CN108780946B - 扫描天线及扫描天线的检查方法 - Google Patents

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Abstract

扫描天线具备:具有多个贴片电极(15)的TFT基板;具有狭缝电极(55)的狭缝基板;以及设置在TFT基板与狭缝基板之间的液晶层,狭缝电极(55)具有与多个贴片电极15对应配置的多个狭缝(57)、和未形成多个狭缝(57)的实心部(56),从基板的法线方向观察时,在多个天线单位的每一个中,贴片电极(15)以沿第一方向横切狭缝(57)的方式配置,且在狭缝(57)的两侧与实心部(56)重叠,从基板的法线方向观察时,在多个天线单位中的至少一部分的天线单位中,实心部(56)的周缘和贴片电极(15)的周缘中的至少一方具有凹部(81、82)或凸部。

Description

扫描天线及扫描天线的检查方法
技术领域
本发明涉及扫描天线及扫描天线的检查方法,特别是涉及天线单位(有时也称为“振子天线”。)具有液晶电容的扫描天线(有时也称为“液晶阵列天线”。)及扫描天线的检查方法。
背景技术
移动体通信或卫星广播用天线需要改变波束的方向(被称为“波束扫描”或者“波束定向(beam steering)”。)的功能。作为具有这种功能的天线(以下称为“扫描天线(scanned antenna)”。),已知具备天线单位的相控阵列天线。但是,现有的相控阵列天线的价格高,成为向消费品普及的障碍。特别是,天线单位的数量增加时,成本会显著上升。
因此,已提出利用了液晶材料(包含向列液晶、高分子分散液晶)的大的介电各向异性(双折射率)的扫描天线(专利文献1~4和非专利文献1)。液晶材料的介电常数具有频率分散性,因此在本说明书中将微波的频带中的介电常数(有时也称为“相对于微波的介电常数”。)特别标记为“介电常数M(εM)”。
在专利文献3和非专利文献1中,记载了通过利用液晶显示装置(以下称为“LCD”。)的技术能得到价格低的扫描天线。
现有技术文献
专利文件
专利文献1:日本特开2007-116573号公报
专利文献2:日本特开2007-295044号公报
专利文献3:日本特表2009-538565号公报
专利文献4:日本特表2013-539949号公报
非专利文献
非专利文献1:R.A.Stevenson et al.,“Rethinking Wireless Communications:Advanced Antenna Design using LCD Technology”,SID 2015DIGEST,pp.827-830.
非专利文献2:M.ANDO et al.,“A Radial Line Slot Antenna for12GHzSatellite TV Reception”,IEEE Transactions of Antennas and Propagation,Vol.AP-33,No.12,pp.1347-1353(1985).
发明内容
本发明所要解决的技术问题
如上所述,虽然已知通过应用LCD技术来实现价格低的扫描天线这样的想法,但是没有具体地记载了利用LCD技术的扫描天线的结构、其制造方法、其驱动方法以及其检查方法的文献。
因此,本发明的目的在于提供能够利用现有的LCD的制造技术批量生产的扫描天线及其检查方法。
解决问题的方法
本发明的某实施方式的扫描天线具有:排列有多个天线单位的发送接收区域;和位于上述发送接收区域以外的区域的非发送接收区域,并具备:TFT基板,其具有第一电介质基板、由上述第一电介质基板支承的多个TFT、多个栅极总线、多个源极总线、以及多个贴片电极,其中,上述多个TFT和上述多个贴片电极分别与上述多个天线单位对应配置;狭缝基板,其具有第二电介质基板、和设置于上述第二电介质基板的第一主面的狭缝电极;液晶层,其设置在上述TFT基板与上述狭缝基板之间;以及反射导电板,其以隔着电介质层与上述第二电介质基板的与上述第一主面相反的一侧的第二主面相对的方式配置;上述狭缝电极具有与上述多个贴片电极对应配置的多个狭缝、和未形成上述多个狭缝的实心部,从上述第一电介质基板的法线方向观察时,在上述多个天线单位的每一个中,上述贴片电极以沿第一方向横切上述狭缝的方式配置,且在上述狭缝的两侧与上述实心部重叠,从上述第一电介质基板的法线方向观察时,在上述多个天线单位中的至少一部分的天线单位中,上述实心部的周缘和上述贴片电极的周缘中的至少一方具有凹部或凸部。
在某实施方式中,从上述第一电介质基板的法线方向观察时,在上述至少一部分的天线单位中,上述凹部或上述凸部包含设置于上述实心部的上述周缘的第一凹部,上述第一凹部位于上述实心部的上述周缘中与上述贴片电极重叠的部分。
在某实施方式中,从上述第一电介质基板的法线方向观察时,在上述至少一部的天线单位中,上述凹部或上述凸部包含设置于上述贴片电极的上述周缘的第二凹部,上述第二凹部位于上述贴片电极的上述周缘中与上述实心部重叠的部分。
在某实施方式中,从上述第一电介质基板的法线方向观察时,在上述至少一部分的天线单位中,上述凹部或上述凸部包含设置于上述贴片电极的上述周缘中沿上述第一方向延伸的部分的第一凸部,上述第一凸部以上述贴片电极中的与上述第一方向正交的第二方向的宽度与其他部分相比,在至少一方的端部处变大的方式配置。
在某实施方式中,从上述第一电介质基板的法线方向观察时,在上述狭缝内,上述贴片电极的上述宽度与其他部分相比,在上述实心部的上述周缘的附近更大。
在某实施方式中,上述贴片电极的上述宽度与其他部分相比,在与上述实心部重叠的部分处更大。
上述贴片电极的厚度可以为2μm以上。
上述狭缝电极的厚度可以为2μm以上。
在某实施方式中,上述凹部或上述凸部仅设置于上述多个天线单位中一部分的天线单位。
本发明的另一实施方式的扫描天线具有排列有多个天线单位的发送接收区域;和位于上述发送接收区域以外的区域的非发送接收区域,并具备:TFT基板,其具有第一电介质基板、由上述第一电介质基板支承的多个TFT、多个栅极总线、多个源极总线、以及多个贴片电极,上述多个TFT和上述多个贴片电极分别与上述多个天线单位对应配置;狭缝基板,其具有第二电介质基板、和设置于上述第二电介质基板的第一主面的狭缝电极;液晶层,其设置在上述TFT基板与上述狭缝基板之间;以及反射导电板,其以隔着电介质层与上述第二电介质基板的与上述第一主面相反的一侧的第二主面相对的方式配置,上述狭缝电极具有与上述多个贴片电极对应配置的多个狭缝、和未形成上述多个狭缝的实心部,从上述第一电介质基板的法线方向观察时,在上述多个天线单位的每一个中,上述贴片电极以沿着第一方向横切上述狭缝的方式配置,且在上述狭缝的两侧与上述实心部重叠,上述多个天线单位中的至少一部分的天线单位与上述实心部和上述贴片电极中的任意一方的电极接触,且还具有比上述一方的电极薄的透明电极,从上述第一电介质基板的法线方向观察时,上述透明电极包含取向控制区域,该取向控制区域不与上述一方的电极重叠,且隔着上述液晶层与另一方的电极重叠。
在某实施方式中,上述透明电极具有高于上述一方的电极的电阻。
在某实施方式中,上述一方的电极为上述实心部,上述取向控制区域以在上述狭缝内与上述贴片电极重叠的方式配置。
在某实施方式中,上述一方的电极为上述贴片电极。
在某实施方式中,上述取向控制区域从上述贴片电极的周缘中沿上述第一方向延伸的部分向与上述第一方向正交的第二方向延伸。
在某实施方式中,上述TFT基板和上述狭缝基板分别具有用于形成端子的透明导电层,上述透明电极由与上述TFT基板或者上述狭缝基板的上述透明导电层共用的导电膜形成。
在某实施方式中,上述透明电极由与上述多个TFT的活性层共用的半导体膜形成。
本发明的一实施方式的扫描天线的检查方法是具有排列有多个天线单位的发送接收区域;和位于上述发送接收区域以外的区域的非发送接收区域的扫描天线的检查方法,其中,上述扫描天线具备:TFT基板,其具有第一电介质基板、由上述第一电介质基板支承的多个TFT、多个栅极总线、多个源极总线、以及多个贴片电极,上述多个TFT和上述多个贴片电极分别与上述多个天线单位对应配置;狭缝基板,其具有第二电介质基板、和设置于上述第二电介质基板的第一主面的狭缝电极;液晶层,其设置在上述TFT基板与上述狭缝基板之间;以及反射导电板,其以隔着电介质层与上述第二电介质基板的与上述第一主面相反的一侧的第二主面相对的方式配置,上述狭缝电极具有与上述多个贴片电极对应配置的多个狭缝、和未形成上述多个狭缝的实心部,上述实心部和上述贴片电极均为金属电极,从上述第一电介质基板的法线方向观察时,在上述多个天线单位的每一个中,上述贴片电极以沿第一方向横切上述狭缝的方式配置,且在上述狭缝的两侧与上述实心部重叠,上述检查方法包含:工序(A),从上述多个天线单位中选择至少一个作为检查对象的天线单位;以及工序(B),从上述TFT基板或上述狭缝基板的上方观察在对上述狭缝电极、和上述多个源极总线和上述多个栅极总线中连接到上述选择出的天线单位的总线分别施加规定的电压的状态下,使可见光入射到上述选择出的天线单位时的反射光,在上述工序(B),在上述选择出的天线单位中,若将上述实心部和上述贴片电极中观察侧的电极设为上部电极,将另一电极设为下部电极,则从上述上部电极的上方观察时,不被上述上部电极覆盖、且存在上述下部电极的区域的一部分成为进行上述反射光的观察的观察区域,根据来自上述观察区域的上述反射光的强度的大小,判断上述选择出的天线单位的好坏。
在某实施方式中,作为上述检查对象的天线单位还具有连接到上述上部电极的透明电极,在上述工序(B),上述观察区域是上述透明电极隔着上述液晶层与上述下部电极重叠的区域,上述反射光的观察隔着上述透明电极而进行。
在某实施方式中,在上述工序(B),上述观察区域是液晶取向能够因在上述上部电极的边缘与上述下部电极之间产生的斜电场而变化的区域。
在某实施方式中,在上述工序(A),将上述多个天线单位按照与其连接的源极总线或栅极总线分成多个组,在各组中至少各一个地选择作为上述检查对象的天线单位。
在某实施方式中,在上述选择出的天线单位被判断为不良的情况下,对于与被判断为上述不良的天线单位相同组的其他天线单位,进行上述工序(B)的观察。
发明效果
根据本发明的某实施方式,提供能利用现有的LCD的制造技术来批量生产的扫描天线及其检查方法。
附图说明
图1是示意性表示第一实施方式的扫描天线1000的一部分的截面图。
图2的(a)和(b)分别是表示扫描天线1000中的TFT基板101和狭缝基板201的示意性俯视图。
图3的(a)和(b)分别是示意性地表示TFT基板101的天线单位区域U的截面图和俯视图。
图4的(a)~(c)分别是示意性地表示TFT基板101的栅极端子部GT、源极端子部ST以及传输端子部PT的截面图。
图5是表示TFT基板101的制造工序的一例的图。
图6是示意性地表示狭缝基板201的天线单位区域U和端子部IT的截面图。
图7是用于说明TFT基板101和狭缝基板201的传输部的示意性截面图。
图8的(a)~(c)分别是表示第二实施方式的TFT基板102的栅极端子部GT、源极端子部ST以及传输端子部PT的截面图。
图9是表示TFT基板102的制造工序的一例的图。
图10的(a)~(c)分别是表示第三实施方式的TFT基板103的栅极端子部GT、源极端子部ST以及传输端子部PT的截面图。
图11是表示TFT基板103的制造工序的一例的图。
图12是用于说明TFT基板103和狭缝基板203的传输部的示意性截面图。
图13的(a)是具有加热器用电阻膜68的TFT基板104的示意性俯视图,图13的(b)是用于说明狭缝57和贴片电极15的尺寸的示意性俯视图。
图14的(a)和(b)是表示电阻加热结构80a和80b的示意性结构和电流的分布的图。
图15的(a)~(c)是表示电阻加热结构80c~80e的示意性结构和电流的分布的图。
图16的(a)是具有加热器用电阻膜68的液晶面板100Pa的示意性截面图,图16的(b)是具有加热器用电阻膜68的液晶面板100Pb的示意性截面图。
图17是表示本发明的实施方式的扫描天线的一个天线单位的等价电路的图。
图18的(a)~(c)、(e)~(g)是表示在实施方式的扫描天线的驱动中使用的各信号的波形的例子的图,图18的(d)是表示进行点反转驱动的LCD面板的显示信号的波形的图。
图19的(a)~(e)是表示在实施方式的扫描天线的驱动中使用的各信号的波形的另一例的图。
图20的(a)~(e)是在实施方式的扫描天线的驱动中使用的各信号的波形的又一例的图。
图21的(a)是示意性地表示扫描天线1000的天线单位的取向状态的截面图,图21的(b)是例示从狭缝基板201侧观察各天线单位的取向状态的结果的俯视图。
图22的(a)是示意性地表示扫描天线1000的天线单位的取向状态的截面图,图22的(b)是例示从TFT基板101侧观察各天线单位的取向状态的结果的俯视图。
图23的(a)和(b)是例示本实施方式的电极形状的俯视图和放大俯视图,图23的(c)是表示电极形状的另一例的俯视图。
图24的(a)和(b)是例示本实施方式的另一电极形状的俯视图和放大俯视图,图24的(c)是表示电极形状的另一例的俯视图。
图25的(a)是不具有检查用透明电极的扫描天线的示意性截面图,图25的(b)是表示观察天线单位的液晶取向的结果的示意性顶视图。
图26的(a)和(b)分别是设置有检查用透明电极的扫描天线1000A的示意性截面图和顶视图,图26的(c)是表示观察天线单位的液晶取向的结果的示意性顶视图。
图27是表示设置有检查用透明电极的扫描天线1000A的变形例的示意性截面图。
图28的(a)和(b)是表示设置有检查用透明电极的另一扫描天线1000B的示意性截面图和顶视图,图28的(c)是表示液晶取向的观察结果的顶视图。
图29的(a)和(b)是表示设置有检查用透明电极的又一扫描天线1000C的示意性截面图和顶视图,图29的(c)是表示液晶取向的观察结果的顶视图。
图30的(a)~(c)是表示设置有检查用透明电极的又一其他扫描天线1000D的示意性截面图和顶视图,图30的(d)是表示液晶取向的观察结果的顶视图。
图31是例示配置有检查用透明电极的狭缝基板201的示意性截面图。
图32是例示配置有检查用透明电极的TFT基板101的示意性截面图。
图33是取向检查I、II所使用的检查装置401的示意性立体图。
图34是取向检查I、II所使用的另一检查装置402的示意性立体图。
图35的(a)和(b)分别是例示扫描天线1000的基准位置标记的俯视图和标记放大顶视图。
图36是说明本实施方式的液晶取向的检查方法的一例的图。
图37是说明本实施方式的液晶取向的检查方法的另一例的图。
图38是用于说明选择作为检查对象的天线单位的方法的一例的、表示扫描天线的一部分的俯视图。
图39是用于说明选择作为检查对象的天线单位的方法的另一例的、表示扫描天线的一部分的俯视图。
图40的(a)是表示现有的LCD900的结构的模式图,图40的(b)是LCD面板900a的示意性截面图。
具体实施方式
以下,参照附图说明本发明的实施方式的扫描天线及其制造方法。在以下的说明中,首先,说明公知的TFT型LCD(以下称为“TFT-LCD”。)的结构和制造方法。不过,针对在LCD技术领域中周知的事项,有时省略说明。关于TFT-LCD的基本技术,请参照LiquidCrystals,Applications and Uses,Vol.1-3(Editor:Birenda Bahadur,Publisher:WorldScientific Pub Co Inc)等。为了参考,在本说明书中引用上述文献的全部公开内容。
参照图31的(a)和(b),说明典型的透射型TFT-LCD(以下简称为“LCD”。)900的结构和动作。这里,例示在液晶层的厚度方向上施加电压的纵向电场模式(例如TN模式或垂直取向模式)的LCD900。对LCD的液晶电容施加的电压的帧频率(典型地为极性反转频率的2倍)例如在4倍速驱动下为240Hz,作为LCD的液晶电容的电介质层的液晶层的介电常数ε与相对于微波(例如卫星广播或Ku频带(12~18GHz)、K频带(18~26GHz)、Ka频带(26~40GHz))的介电常数M(εM)不同。
如在图40的(a)中示意性表示的那样,透射型LCD900具备液晶显示面板900a、控制电路CNTL、背光源(未图示)以及电源电路(未图示)等。液晶显示面板900a包括:液晶显示单元LCC;以及包含栅极驱动器GD和源极驱动器SD的驱动电路。驱动电路例如可以安装于液晶显示单元LCC的TFT基板910,驱动电路的一部分或者全部也可以与TFT基板910一体化(单片化)。
图40的(b)是示意性地示出LCD900所具有的液晶显示面板(以下称为“LCD面板”。)900a的截面图。LCD面板900a具有TFT基板910、相对基板920以及设置于它们之间的液晶层930。TFT基板910和相对基板920均具有玻璃基板等透明基板911、921。作为透明基板911、921,除了玻璃基板以外,有时也使用塑料基板。塑料基板例如用透明的树脂(例如聚酯)和玻璃纤维(例如无纺布)形成。
LCD面板900a的显示区域DR排列成矩阵状的像素P。在显示区域DR的周边形成有无助于显示的边框区域FR。液晶材料由以包围显示区域DR的方式形成的密封部(未图示)密封到显示区域DR内。密封部例如通过使紫外线固化性树脂和间隔物(例如树脂珠或者硅珠)的密封材料固化而形成,将TFT基板910与相对基板920相互粘接、固定。密封材料中的间隔物将TFT基板910与相对基板920的间隙、即液晶层930的厚度控制为恒定。为了抑制液晶层930的厚度的面内不均,在显示区域DR内的被遮光的部分(例如配线上)使用紫外线固化性树脂形成柱状间隔物。近年来,如在液晶电视、智能电话用LCD面板中可以看到的、无助于显示的边框区域FR的宽度变得非常窄。
在TFT基板910中,在透明基板911上形成有TFT912、栅极总线(扫描线)GL、源极总线(显示信号线)SL、像素电极914、辅助电容电极(未图示)、CS总线(辅助电容线)(未图示)。CS总线与栅极总线平行地设置。或者有时也将下一级的栅极总线作为CS总线使用(CS导通栅极结构)。
像素电极914由控制液晶的取向的取向膜(例如聚酰亚胺膜)覆盖。取向膜以与液晶层930接触的方式设置。TFT基板910多配置于背光源侧(与观察者相反的一侧)。
相对基板920多配置于液晶层930的观察者侧。相对基板920在透明基板921上具有彩色滤光片层(未图示)、相对电极924以及取向膜(未图示)。相对电极924设置为与构成显示区域DR的多个像素P共用,因此也被称为共用电极。彩色滤光片层包括按每一像素P设置的彩色滤光片(例如红滤光片、绿滤光片、蓝滤光片)和用于遮挡对于显示而言不需要的光的黑矩阵(遮光层)。黑矩阵例如以对显示区域DR内的像素P之间和边框区域FR进行遮光的方式配置。
TFT基板910的像素电极914、相对基板920的相对电极924以及他们之间的液晶层930构成液晶电容Clc。各个液晶电容与像素对应。为了保持对液晶电容Clc施加的电压(为了提高所谓的电压保持率),形成有与液晶电容Clc电并联连接的辅助电容CS。辅助电容CS典型地包括与像素电极914设为同电位的电极、无机绝缘层(例如栅极绝缘层(SiO2层))以及连接到CS总线的辅助电容电极。从CS总线典型地供应与相对电极924相同的共用电压。
作为对液晶电容Clc施加的电压(有效电压)降低的原因,有(1)基于液晶电容Clc的电容值CClc与电阻值R的乘积的CR时间常数、(2)由液晶材料中所包含的离子性杂质导致的界面极化、和/或液晶分子的取向极化等。其中,液晶电容Clc的CR时间常数带来的贡献较大,通过设置电并联连接到液晶电容Clc的辅助电容CS,能增大CR时间常数。此外,液晶电容Clc的作为电介质层的液晶层930的体积电阻率在是通用的向列液晶材料的情况下,超过1012Ω·cm的量级。
对像素电极914供应的显示信号是在根据从栅极驱动器GD供应到栅极总线GL的扫描信号而选择的TFT912成为导通状态时对连接到该TFT912的源极总线SL供应的显示信号。因而,连接到某栅极总线GL的TFT912同时成为导通状态,此时,从连接到该行的像素P的各个TFT912的源极总线SL供应对应的显示信号。从第一行(例如显示面的最上行)到第m行(例如显示面的最下行)为止依次进行该动作,从而在由m行的像素行构成的显示区域DR中写入、显示一个图像(帧)。当像素P按m行n列排列成矩阵状时,与各像素列对应地设置至少一个源极总线SL,而总共设置至少n个源极总线SL。
这种扫描被称为线顺序扫描,从选择一个像素行到选择下一行为止的时间称为水平扫描期间(1H),从选择某行到再次选择该行为止的时间被称为垂直扫描期间(1V)或者帧。此外,一般来说,1V(或者1帧)成为将选择全部m个像素行的期间m·H加上消隐期间而得到的期间。
例如在输入视频信号为NTSC信号的情况下,现有的LCD面板的1V(=1帧)是1/60sec(16.7msec)。NTSC信号是隔行信号,帧频率为30Hz,场频率为60Hz,但在LCD面板中需要在各场中对全部像素供应显示信号,因此以1V=(1/60)sec驱动(60Hz驱动)。此外,近年来,为了改善动态显示特性,也有以2倍速驱动(120Hz驱动、1V=(1/120)sec)驱动的LCD面板,还有为了进行3D显示而以4倍速(240Hz驱动、1V=(1/240)sec)驱动的LCD面板。
当对液晶层930施加直流电压时,有效电压降低,像素P的亮度降低。在该有效电压的降低中有上述的界面极化和/或取向极化的贡献,因此即使设置辅助电容CS也难以完全防止。例如,当将与某中间灰度级对应的显示信号按每一帧写入全部像素时,亮度会按每一帧变动,而被观察为闪烁。另外,当对液晶层930长时间施加直流电压时,有时会发生液晶材料的电解。另外,有时也会是杂质离子偏析于单侧的电极,而无法对液晶层施加有效的电压,液晶分子无法动作。为了防止这些情况,LCD面板900a进行所谓的交流驱动。典型地进行使显示信号的极性按每一帧(每一垂直扫描期间)反转的帧反转驱动。例如在现有的LCD面板中,按每1/60sec进行极性反转(极性反转的周期为30Hz)。
另外,为了在1帧内也使施加的电压的极性不同的像素均匀地分布,而进行点反转驱动或者线反转驱动等。其原因是,正极性与负极性时,难以使对液晶层施加的有效电压的大小完全一致。例如当液晶材料的体积电阻率超过1012Ω·cm的量级时,若按每1/60sec进行点反转或者线反转驱动,则几乎不会看到闪烁。
栅极驱动器GD和源极驱动器SD基于从控制电路CNTL向栅极驱动器GD和源极驱动器SD供应的信号将LCD面板900a中的扫描信号和显示信号分别供应到栅极总线GL和源极总线SL。例如,栅极驱动器GD和源极驱动器SD分别连接到设置于TFT基板910的对应的端子。栅极驱动器GD和源极驱动器SD例如有时作为驱动器IC安装于TFT基板910的边框区域FR,有时以单片形成于TFT基板910的边框区域FR。
相对基板920的相对电极924经由被称为传输(转移)的导电部(未图示)电连接到TFT基板910的端子(未图示)。传输是通过例如与密封部重叠或者对密封部的一部分赋予导电性而形成的。这是为了缩窄边框区域FR。从控制电路CNTL对相对电极924直接或间接地供应共用电压。典型地,共用电压如以上所述也对CS总线供应。
[扫描天线的基本结构]
使用了利用液晶材料的大的介电常数M(εM)的各向异性(双折射率)的天线单位的扫描天线对施加于与LCD面板的像素对应的天线单位的各液晶层的电压进行控制,使各天线单位的液晶层的有效的介电常数M(εM)变化,从而由静电电容不同的天线单位形成二维图案(与由LCD进行的图像的显示对应。)。从天线出射或者由天线接收的电磁波(例如微波)被赋予与各天线单位的静电电容相应的相位差,根据由静电电容不同的天线单位形成的二维图案而在特定的方向上具有强定向性(波束扫描)。例如从天线出射的电磁波是通过考虑由各天线单位赋予的相位差而对输入电磁波入射到各天线单位并在各天线单位散射后得到的球面波进行积分而得到的。也能认为各天线单位作为“移相器:phase shifter”发挥功能。关于使用液晶材料的扫描天线的基本结构和动作原理,请参照专利文献1~4和非专利文献1、2。非专利文献2公开了排列有螺旋状狭缝的扫描天线的基本结构。为了参考,在本说明书中引用专利文献1~4和非专利文献1、2的全部公开内容。
此外,本发明的实施方式的扫描天线的天线单位虽然与LCD面板的像素类似,但是与LCD面板的像素的结构不同,且多个天线单位的排列也与LCD面板中的像素的排列不同。参照示出后面详细说明的第一实施方式的扫描天线1000的图1来说明本发明的实施方式的扫描天线的基本结构。扫描天线1000是狭缝排列成同心圆状的径向线狭缝天线,但本发明的实施方式的描天线不限于此,例如狭缝的排列也可以是公知的各种排列。
图1是示意性地表示本实施方式的扫描天线1000的一部分的截面图,示意性地表示从设置于排列成同心圆状的狭缝的中心附近的供电销72(参照图2的(b))起沿着半径方向的截面的一部分。
扫描天线1000具备TFT基板101、狭缝基板201、配置在它们之间的液晶层LC、以及以隔着空气层54与狭缝基板201相对的方式配置的反射导电板65。扫描天线1000从TFT基板101侧发送、接收微波。
TFT基板101具有玻璃基板等电介质基板1、形成于电介质基板1上的多个贴片电极15以及多个TFT10。各贴片电极15连接到对应的TFT10。各TFT10连接到栅极总线和源极总线。
狭缝基板201具有玻璃基板等电介质基板51和形成于电介质基板51的液晶层LC侧的狭缝电极55。狭缝电极55具有多个狭缝57。
反射导电板65配置成隔着空气层54与狭缝基板201相对。能够用由相对于微波的介电常数M小的电介质(例如PTFE等氟树脂)形成的层来代替空气层54。狭缝电极55和反射导电板65以及它们之间的电介质基板51以及空气层54作为波导路径301发挥功能。
贴片电极15、包含狭缝57的狭缝电极55的部分以及它们之间的液晶层LC构成天线单位U。在各天线单位U中,一个贴片电极15隔着液晶层LC与包含一个狭缝57的狭缝电极55的部分相对,构成液晶电容。贴片电极15与狭缝电极55隔着液晶层LC相对的结构与图40所示的LCD面板900a的像素电极914与相对电极924隔着液晶层930相对的结构类似。即,扫描天线1000的天线单位U与LCD面板900a中的像素P具有类似的构成。另外,天线单位在具有与液晶电容电并联连接的辅助电容(参照图13的(a)、图17)方面也具有与LCD面板900a中的像素P相似的构成。但是,扫描天线1000与LCD面板900a具有许多不同点。
首先,扫描天线1000的电介质基板1、51所要求的性能不同于LCD面板的基板所要求的性能。
LCD面板一般使用在可见光中透明的基板,例如玻璃基板或者塑料基板。在反射型的LCD面板中,背面侧的基板不需要有透明性,因此有时也使用半导体基板。而作为天线用的电介质基板1、51,优选相对于微波的介电损耗(将相对于微波的介电损耗角正切表示为tanδ M。)小。电介质基板1、51的tanδ M为大致0.03以下,进一步优选为0.01以下。具体地,能够使用玻璃基板或者塑料基板。玻璃基板与塑料基板相比尺寸稳定性、耐热性优异,适于使用LCD技术形成TFT、配线、电极等电路要素。例如在形成波导路径的材料是空气和玻璃的情况下,玻璃的上述介电损耗较大,因此从较薄的玻璃更能减小导波损耗的这一观点出发,优选是400μm以下,更优选是300μm以下。没有特别的下限,只要在制造工艺中能无破损地进行处理即可。
电极所使用的导电材料也是不同的。在LCD面板的像素电极、相对电极中多使用ITO膜作为透明导电膜。但是,ITO相对于微波的tanδ M大,无法作为天线中的导电层使用。狭缝电极55与反射导电板65一起作为波导路径301的壁发挥功能。因而,为了抑制微波透射过波导路径301的壁,优选波导路径301的壁的厚度、即金属层(Cu层或者Al层)的厚度大。已知金属层的厚度若是表皮深度的3倍,则电磁波衰减为1/20(-26dB),若是5倍,则衰减为1/150(-43dB)左右。因而,若金属层的厚度是表皮深度的5倍,则能将电磁波的透射率降低为1%。例如,当针对10GHz的微波使用厚度为3.3μm以上的Cu层和厚度为4.0μm以上的Al层时,能将微波降低到1/150。另外,当针对30GHz的微波使用厚度为1.9μm以上的Cu层和厚度为2.3μm以上的Al层时,能将微波降低到1/150。这样,狭缝电极55由比较厚的Cu层或者Al层形成。Cu层或者Al层的厚度没有特别的上限,能考虑成膜时间、成本而适当地设定。当使用Cu层时,能得到与使用Al层相比形成为较薄的优点。不仅能采用在LCD的制造工艺中使用的薄膜沉积法,还能采用将Cu箔或者Al箔贴附于基板等其他方法来形成比较厚的Cu层或者Al层。金属层的厚度例如是2μm以上30μm以下。在使用薄膜沉积法形成的情况下,优选金属层的厚度是5μm以下。此外,反射导电板65能使用例如厚度为数mm的铝板、铜板等。
贴片电极15并不是如狭缝电极55那样构成波导路径301,因此能够使用与狭缝电极55相比厚度较小的Cu层或者Al层。但是,为了避免狭缝电极55的狭缝57附近的自由电子的振动被诱发为贴片电极15内的自由电子的振动时转化为热的损耗,而优选贴片电极15的片电阻低。从批量生产性的观点出发,与Cu层相比,优选使用Al层,优选Al层的厚度例如是0.5μm~2μm。
另外,天线单位U的排列间距与像素间距大为不同。例如,当考虑12GHz(Ku频带)的微波用的天线时,波长λ例如是25mm。这样,如专利文献4所记载的,天线单位U的间距是λ/4以下和/或λ/5以下,因此成为6.25mm以下和/或5mm以下。这比LCD面板的像素的间距大10倍以上。因而,天线单位U的长度和宽度也会比LCD面板的像素长度和宽度大约10倍。
当然,天线单位U的排列可与LCD面板中的像素的排列不同。在此,示出排列成同心圆状的例子(例如参照日本特开2002-217640号公报),但不限于此,例如也可以如非专利文献2所记载的那样,排列成螺旋状。而且,也可以如专利文献4所记载的那样排列成矩阵状。
扫描天线1000的液晶层LC的液晶材料所要求的特性与LCD面板的液晶材料所要求的特性不同。LCD面板通过像素的液晶层的折射率变化而对可见光(波长380nm~830nm)的偏振光赋予相位差,从而使偏振光状态变化(例如使直线偏振光的偏振轴方向旋转或者使圆偏振光的圆偏振度变化),由此进行显示。而实施方式的扫描天线1000通过使天线单位U所具有的液晶电容的静电电容值变化而使从各贴片电极励振(再辐射)的微波的相位变化。因而,优选液晶层的相对于微波的介电常数M(εM)的各向异性(ΔεM)大,优选tanδ M小。例如能适于使用在M.Wittek et al.,SID 2015DIGESTpp.824-826中记载的ΔεM为4以上且tanδ M为0.02以下(均为19Gz的值)。除此以外,能使用在九鬼、高分子55卷8月号pp.599-602(2006)中记载的ΔεM为0.4以上、tanδ M为0.04以下的液晶材料。
液晶材料的介电常数一般具有频率分散性,但相对于微波的介电各向异性ΔεM与相对于可见光的折射率各向异性Δn存在正相关关系。因而可以说,就相对于微波的天线单位用的液晶材料而言,优选是相对于可见光的折射率各向异性Δn大的材料。LCD用的液晶材料的折射率各向异性Δn是用相对于550nm的光的折射率各向异性来评价的。当在此也将相对于550nm的光的Δn(双折射率)用作指标时,在针对微波的天线单位中使用Δn为0.3以上、优选为0.4以上的向列液晶。Δn没有特别的上限。不过,Δn大的液晶材料存在极性强的倾向,因此有可能会致使可靠性降低。从可靠性的观点出发,优选Δn是0.4以下。液晶层的厚度例如是1μm~500μm。
以下,更详细地说明本发明的实施方式的扫描天线的结构和制造方法。
(第一实施方式)
首先,参照图1和图2。图1如详述那样是扫描天线1000的中心附近的示意性局部截面图,图2的(a)和(b)分别是表示扫描天线1000中的TFT基板101和狭缝基板201的示意性俯视图。
扫描天线1000具有按二维排列的多个天线单位U,在此例示的扫描天线1000中,多个天线单位排列成同心圆状。在以下的说明中,将与天线单位U对应的TFT基板101的区域和狭缝基板201的区域称为“天线单位区域”,标注与天线单位相同的附图标记U。另外,如图2的(a)和(b)所示,在TFT基板101和狭缝基板201中,将由二维排列的多个天线单位区域划定的区域称为“发送接收区域R1”,将发送接收区域R1以外的区域称为“非发送接收区域R2”。在非发送接收区域R2中设置端子部、驱动电路等。
图2的(a)是表示扫描天线1000中的TFT基板101的示意性俯视图。
在图示的例子中,从TFT基板101的法线方向观看时,发送接收区域R1是环状。非发送接收区域R2包括位于发送接收区域R1的中心部的第一非发送接收区域R2a和位于发送接收区域R1的周缘部的第二非发送接收区域R2b。发送接收区域R1的外径例如是200mm~1500mm,是根据通信量等设定的。
在TFT基板101的发送接收区域R1中设有由电介质基板1支撑的多个栅极总线GL和多个源极总线SL,利用这些配线来规定天线单位区域U。天线单位区域U在发送接收区域R1中排列成例如同心圆状。天线单位区域U各自包括TFT和电连接到TFT的贴片电极。TFT的源极电极电连接到源极总线SL,栅极电极电连接到栅极总线GL。另外,TFT的漏极电极与贴片电极电连接。
在非发送接收区域R2(R2a、R2b)中以包围发送接收区域R1的方式配置有密封区域Rs。对密封区域Rs赋予密封材料(未图示)。密封材料使TFT基板101和狭缝基板201相互粘接,并且在这些基板101、201之间封入液晶。
在非发送接收区域R2中的密封区域Rs的外侧设置有栅极端子部GT、栅极驱动器GD、源极端子部ST以及源极驱动器SD。栅极总线GL各自经由栅极端子部GT连接到栅极驱动器GD。源极总线SL各自经由源极端子部ST连接到源极驱动器SD。此外,在该例中,源极驱动器SD和栅极驱动器GD形成于电介质基板1上,但这些驱动器中的一方或者双方也可以设置于另一电介质基板上。
在非发送接收区域R2还设置有多个传输端子部PT。传输端子部PT与狭缝基板201的狭缝电极55(图2的(b))电连接。在本说明书中,将传输端子部PT与狭缝电极55的连接部称为“传输部”。如图所示,传输端子部PT(传输部)可以配置于密封区域Rs内。在该情况下,可以使用含有导电性颗粒的树脂作为密封材料。由此,能使液晶封入TFT基板101与狭缝基板201之间,并且能确保传输端子部PT与狭缝基板201的狭缝电极55的电连接。在该例中,在第一非发送接收区域R2a和第二非发送接收区域R2b两者中均配置有传输端子部PT,但也可以仅配置于任意一者。
此外,传输端子部PT(传输部)也可以不配置于密封区域Rs内。例如也可以配置于非发送接收区域R2中的密封区域Rs的外侧。
图2的(b)是例示扫描天线1000中的狭缝基板201的示意性俯视图,示出狭缝基板201的液晶层LC侧的表面。
在狭缝基板201中,在电介质基板51上,跨发送接收区域R1和非发送接收区域R2形成有狭缝电极55。
在狭缝基板201的发送接收区域R1中,多个狭缝57配置于狭缝电极55。狭缝57与TFT基板101中的天线单位区域U对应配置。在图示的例子中,多个狭缝57为了构成径向线狭缝天线,而使在相互大致正交的方向上延伸的一对狭缝57排列成同心圆状。由于具有相互大致正交的狭缝,因此扫描天线1000能发送、接收圆偏振波。
狭缝电极55的端子部IT在非发送接收区域R2中设置有多个。端子部IT与TFT基板101的传输端子部PT(图2的(a))电连接。在该例中,端子部IT配置于密封区域Rs内,通过含有导电性颗粒的密封材料与对应的传输端子部PT电连接。
另外,在第一非发送接收区域R2a中,供电销72配置于狭缝基板201的背面侧。微波通过供电销72进入由狭缝电极55、反射导电板65以及电介质基板51构成的波导路径301。供电销72连接到供电装置70。从排列有狭缝57的同心圆的中心进行供电。供电的方式可以是直接连结供电方式和电磁耦合方式中的任意一种,能采用公知的供电结构。
以下,参照附图更详细地说明扫描天线1000的各构成要素。
<TFT基板101的结构>
·天线单位区域U
图3的(a)和(b)分别是示意性地表示TFT基板101的天线单位区域U的截面图和俯视图。
天线单位区域U各自具备:电介质基板(未图示);TFT10,其支撑于电介质基板;第一绝缘层11,其覆盖TFT10;贴片电极15,其形成于第一绝缘层11上,电连接到TFT10;以及第二绝缘层17,其覆盖贴片电极15。TFT10例如配置于栅极总线GL和源极总线SL的交点附近。
TFT10具备栅极电极3、岛状的半导体层5、配置于栅极电极3与半导体层5之间的栅极绝缘层4、源极电极7S以及漏极电极7D。TFT10的结构没有特别限定。在该例中,TFT10是具有底栅极结构的沟道蚀刻型TFT。
栅极电极3电连接到栅极总线GL,由栅极总线GL供应扫描信号。源极电极7S电连接到源极总线SL,由源极总线SL供应数据信号。栅极电极3和栅极总线GL可以由相同的导电膜(栅极用导电膜)形成。源极电极7S、漏极电极7D以及源极总线SL可以由相同的导电膜(源极用导电膜)形成。栅极用导电膜和源极用导电膜例如是金属膜。在本说明书中,有时将使用栅极用导电膜形成的层(layer)称为“栅极金属层”,将使用源极用导电膜形成的层称为“源极金属层”。
半导体层5以隔着栅极绝缘层4与栅极电极3重叠的方式配置。在图示的例子中,在半导体层5上形成有源极接触层6S和漏极接触层6D。源极接触层6S和漏极接触层6D分别配置于半导体层5中的形成沟道的区域(沟道区域)的两侧。半导体层5是本征非晶硅(i-a-Si)层,源极接触层6S和漏极接触层6D可以是n+型非晶硅(n+-a-Si)层。
源极电极7S以与源极接触层6S接触方式设置,经由源极接触层6S连接到半导体层5。漏极电极7D以与漏极接触层6D接触的方式设置,经由漏极接触层6D连接到半导体层5。
第一绝缘层11具有到达TFT10的漏极电极7D的接触孔CH1。
贴片电极15设置于第一绝缘层11上和接触孔CH1内,在接触孔CH1内与漏极电极7D接触。贴片电极15包含金属层。贴片电极15也可以是仅由金属层形成的金属电极。贴片电极15的材料也可以与源极电极7S和漏极电极7D相同。不过,贴片电极15中的金属层的厚度(在贴片电极15为金属电极的情况下是贴片电极15的厚度)设定为大于源极电极7S和漏极电极7D的厚度。贴片电极15的金属层的厚度在由Al层形成的情况下例如设定为0.5μm以上。
可以使用与栅极总线GL相同的导电膜来设置CS总线CL。CS总线CL可以以隔着栅极绝缘层4与漏极电极(或者漏极电极的延长部分)7D重叠的方式配置,构成以栅极绝缘层4为电介质层的辅助电容CS。
也可以在比栅极总线GL靠电介质基板侧形成有对准标记(例如金属层)21和覆盖对准标记21的基底绝缘膜2。关于对准标记21,在由一个玻璃基板制作例如m个TFT基板的情况下,若光掩模的个数为n个(n<m),则需要将各露光工序分为多次进行。这样,在光掩模的个数(n个)比由1个玻璃基板1制作的TFT基板101的个数(m个)少时,用于光掩模的对准。对准标记21能省略。
在本实施方式中,在与源极金属层不同的层内形成贴片电极15。由此,能得到如下优点。
由于源极金属层通常是使用金属膜形成的,所以还可以考虑在源极金属层内形成贴片电极(参考例的TFT基板)。但是,优选贴片电极是不阻碍电子的振动程度的低电阻,例如由厚度为0.5μm以上的比较厚的Al层形成。因此,在参考例的TFT基板中,也会由这种厚的金属膜形成源极总线SL等,存在形成配线时的图案化的控制性变低的问题。而在本实施方式中,与源极金属层分开地形成贴片电极15,因此能独立地控制源极金属层的厚度和贴片电极15的厚度。因而,能确保形成源极金属层时的控制性且形成所希望厚度的贴片电极15。
在本实施方式中,能与源极金属层的厚度分开地以高自由度设定贴片电极15的厚度。此外,贴片电极15的尺寸无需如源极总线SL等那样被严格地控制,因此即使由于增厚贴片电极15而致使线宽变动(与设计值的偏差)变大也不要紧。此外,并不排除贴片电极15的厚度与源极金属层的厚度相等的情况。
贴片电极15可以包含Cu层或者Al层作为主层。扫描天线的性能与贴片电极15的电阻有关,主层的厚度设定为能得到所希望的电阻。从电阻的观点来看,Cu层与Al层相比,更有可能减小贴片电极15的厚度。
栅极端子部GT、源极端子部ST以及传输端子部PT
图4的(a)~(c)分别是示意性地表示栅极端子部GT、源极端子部ST以及传输端子部PT的截面图。
栅极端子部GT具备形成于电介质基板上的栅极总线GL、覆盖栅极总线GL的绝缘层以及栅极端子用上部连接部19g。栅极端子用上部连接部19g在形成于绝缘层的接触孔CH2内与栅极总线GL接触。在该例中,覆盖栅极总线GL的绝缘层从电介质基板侧起包含栅极绝缘层4、第一绝缘层11和第二绝缘层17。栅极端子用上部连接部19g例如是由设置于第二绝缘层17上的透明导电膜形成的透明电极。
源极端子部ST具备形成于电介质基板上(在此为栅极绝缘层4上)的源极总线SL、覆盖源极总线SL的绝缘层以及源极端子用上部连接部19s。源极端子用上部连接部19s在形成于绝缘层的接触孔CH3内与源极总线SL接触。在该例中,覆盖源极总线SL的绝缘包含第一绝缘层11和第二绝缘层17。源极端子用上部连接部19s例如是由设置于第二绝缘层17上的透明导电膜形成的透明电极。
传输端子部PT具有形成于第一绝缘层11上的贴片连接部15p、覆盖贴片连接部15p的第二绝缘层17以及传输端子用上部连接部19p。传输端子用上部连接部19p在形成于第二绝缘层17的接触孔CH4内与贴片连接部15p接触。贴片连接部15p由与贴片电极15相同的导电膜形成。传输端子用上部连接部(也称为上部透明电极。)19p例如是由设置于第二绝缘层17上的透明导电膜形成的透明电极。在本实施方式中,各端子部的上部连接部19g、19s和19p由相同的透明导电膜形成。
在本实施方式中,有如下优点:能通过在形成了第二绝缘层17后的蚀刻工序通过形成各端子部的接触孔CH2、CH3、CH4。后述详细的制造工艺。
<TFT基板101的制造方法>
TFT基板101例如能用以下的方法来制造。图5是例示TFT基板101的制造工序的图。
首先,在电介质基板上形成金属膜(例如Ti膜),并对其进行图案化,从而形成对准标记21。作为电介质基板,例如能使用玻璃基板、具有耐热性的塑料基板(树脂基板)等。接着,以覆盖对准标记21的方式形成基底绝缘膜2。例如使用SiO2作为基底绝缘膜2。
接下来,在基底绝缘膜2上形成包含栅极电极3和栅极总线GL的栅极金属层。
栅极电极3能与栅极总线GL一体地形成。在此,在电介质基板上通过溅射法等形成未图示的栅极用导电膜(厚度:例如为50nm以上500nm以下)。接着,通过对栅极用导电膜进行图案化,得到栅极电极3和栅极总线GL。栅极用导电膜的材料没有特别限定。能适当地使用包含铝(Al)、钨(W)、钼(Mo)、钽(Ta)、铬(Cr)、钛(Ti)、铜(Cu)等金属或其合金、或者其金属氮化物的膜。在此,形成将MoN(厚度:例如50nm)、Al(厚度:例如200nm)以及MoN(厚度:例如为50nm)按顺序层叠后的层叠膜作为栅极用导电膜。
接着,以覆盖栅极金属层的方式形成栅极绝缘层4。栅极绝缘层4能通过CVD法等形成。能适当地使用氧化硅(SiO2)层、氮化硅(SiNx)层、氧化氮化硅(SiOxNy;x>y)层、氮化氧化硅(SiNxOy;x>y)层等作为栅极绝缘层4。栅极绝缘层4也可以具有层叠结构。在此,形成SiNx层(厚度:例如410nm)作为栅极绝缘层4。
接着,在栅极绝缘层4上形成半导体层5和接触层。在此,将本征非晶硅膜(厚度:例如为125nm)和n+型非晶硅膜(厚度:例如为65nm)按顺序形成并对其进行图案化,从而得到岛状的半导体层5和接触层。在半导体层5中使用的半导体膜不限于非晶硅膜。例如也可以形成氧化物半导体层作为半导体层5。在该情况下,在半导体层5与源极/漏极电极之间可以不设置接触层。
接着,在栅极绝缘层4上和接触层上形成源极用导电膜(厚度:例如为50nm以上500nm以下),并对其进行图案化,从而形成包含源极电极7S、漏极电极7D和源极总线SL的源极金属层。此时,接触层也被蚀刻,形成相互分离的源极接触层6S和漏极接触层6D。
源极用导电膜的材料没有特别限定。能适当地使用包含铝(Al)、钨(W)、钼(Mo)、钽(Ta)、铬(Cr)、钛(Ti)、铜(Cu)等金属或其合金、或者其金属氮化物的膜。在此,形成将MoN(厚度:例如为30nm)、Al(厚度:例如为200nm)和MoN(厚度:例如为50nm)按该顺序层叠后的层叠膜作为源极用导电膜。此外,也可以取而代之,而形成将Ti(厚度:例如为30nm)、MoN(厚度:例如为30nm)、Al(厚度:例如为200nm)和MoN(厚度:例如为50nm)按该顺序层叠后的层叠膜作为源极用导电膜。
在此,例如用溅射法形成源极用导电膜,通过湿式蚀刻进行源极用导电膜的图案化(源极/漏极分离)。之后,例如通过干式蚀刻将接触层中的位于成为半导体层5的沟道区域的区域上的部分除去而形成间隙部,分离为源极接触层6S和漏极接触层6D。此时,在间隙部中,半导体层5的表面附近也被蚀刻(过蚀刻)。
此外,例如在使用将Ti膜和Al膜按顺序层叠后的层叠膜作为源极用导电膜的情况下,例如也可以是使用磷酸乙酸硝酸水溶液通过湿式蚀刻进行了Al膜的图案化后,通过干式蚀刻对Ti膜和接触层(n+型非晶硅层)6同时进行图案化。或者还能一并对源极用导电膜和接触层进行蚀刻。不过,在同时对源极用导电膜或其下层和接触层6进行蚀刻的情况下,有时难以控制基板整体的半导体层5的蚀刻量(间隙部的挖掘量)的分布。而当如上所述通过分开的蚀刻工序进行源极/漏极分离和间隙部的形成时,则能更容易地控制间隙部的蚀刻量。
接着,以覆盖TFT10的方式形成第一绝缘层11。在该例中,第一绝缘层11以与半导体层5的沟道区域接触的方式配置。另外,通过公知的光刻在第一绝缘层11中形成到达漏极电极7D的接触孔CH1。
第一绝缘层11例如可以是氧化硅(SiO2)膜、氮化硅(SiNx)膜、氧化氮化硅(SiOxNy;x>y)膜、氮化氧化硅(SiNxOy;x>y)膜等无机绝缘层。在此,例如通过CVD法形成厚度例如是330nm的SiNx层作为第一绝缘层11。
接着,在第一绝缘层11上和接触孔CH1内形成贴片用导电膜,并对其进行图案化。由此,在发送接收区域R1中形成贴片电极15,在非发送接收区域R2中形成贴片连接部15p。贴片电极15在接触孔CH1内与漏极电极7D接触。此外,在本说明书中,有时将由贴片用导电膜形成的、包含贴片电极15、贴片连接部15p的层称为“贴片金属层”。
能使用与栅极用导电膜或源极用导电膜同样的材料作为贴片用导电膜的材料。不过,贴片用导电膜设定为比栅极用导电膜和源极用导电膜厚。由此,通过较低地抑制电磁波的透射率、减小贴片电极的片电阻,能降低贴片电极内的自由电子的振动转化为热的损耗。贴片用导电膜的合适厚度例如是1μm以上30μm以下。若比其薄,则电磁波的透射率称为30%左右,片电阻称为0.03Ω/sq以上,有可能发生损耗变大的问题,若比其厚,则有可能发生狭缝的图案化性恶化的问题。
在此,形成将、MoN(厚度:例如为50nm)、Al(厚度:例如为1000nm)和MoN(厚度:例如为50nm)按该顺序层叠后的层叠膜(MoN/Al/MoN)作为贴片用导电膜。此外,也可以取而代之,而形成将Ti(厚度:例如为50nm)、MoN(厚度:例如为50nm)、Al(厚度:例如为2000nm)和MoN(厚度:例如为50nm)按该顺序层叠后的层叠膜(MoN/Al/MoN/Ti)。或者,还可以取而代之,形成将Ti(厚度:例如为50nm)、MoN(厚度:例如为50nm)、Al(厚度:例如为500nm)和MoN(厚度:例如为50nm)按该顺序层叠后的层叠膜(MoN/Al/MoN/Ti)。或者可以使用将Ti膜、Cu膜和Ti膜按该顺序层叠后的层叠膜(Ti/Cu/Ti),或者将Ti膜和Cu膜按该顺序层叠后的层叠膜(Cu/Ti)。
接着,在贴片电极15和第一绝缘层11上形成第二绝缘层(厚度:例如为100nm以上300nm以下)17。作为第二绝缘层17,没有特别地限定,能适当地使用例如氧化硅(SiO2)膜、氮化硅(SiNx)膜、氧化氮化硅(SiOxNy;x>y)膜、氮化氧化硅(SiNxOy;x>y)膜等。在此,例如形成厚度200nm的SiNx层作为第二绝缘层17。
之后,例如通过使用了氟系气体的干式蚀刻对无机绝缘膜(第二绝缘层17、第一绝缘层11和栅极绝缘层4)一并进行蚀刻。在蚀刻中,贴片电极15、源极总线SL和栅极总线GL作为蚀刻阻挡物发挥功能。由此,在第二绝缘层17、第一绝缘层11和栅极绝缘层4中形成到达栅极总线GL的接触孔CH2,在第二绝缘层17和第一绝缘层11中形成到达源极总线SL的接触孔CH3。另外,在第二绝缘层17中形成到达贴片连接部15p的接触孔CH4。
在该例中,由于对无机绝缘膜一并进行蚀刻,因此在所得到的接触孔CH2的侧壁,第二绝缘层17、第一绝缘层11和栅极绝缘层4的侧面整合,在接触孔CH3的侧壁,第二绝缘层17和第一绝缘层11的侧壁整合。此外,在本说明书中,在接触孔内不同的两个以上的层的“侧面整合”不仅包括这些层中的露出到接触孔内的侧面在垂直方向上齐平的情况,还包括连续地构成锥形等倾斜面的情况。这种构成例如是通过使用同一掩模对这些层进行蚀刻或者将一个层作为掩模对另一个层进行蚀刻等而得到的。
接着,在第二绝缘层17上和接触孔CH2、CH3、CH4内,例如通过溅射法形成透明导电膜(厚度:50nm以上200nm以下)。作为透明导电膜,例如能使用ITO(铟/锡氧化物)膜、IZO膜、ZnO膜(氧化锌膜)等。在此,使用厚度例如是100nm的ITO膜作为透明导电膜。
接着,通过对透明导电膜进行图案化来形成栅极端子用上部连接部19g、源极端子用上部连接部19s和传输端子用上部连接部19p。栅极端子用上部连接部19g、源极端子用上部连接部19s和传输端子用上部连接部19p用于保护在各端子部露出的电极或者配线。这样,得到栅极端子部GT、源极端子部ST和传输端子部PT。
<狭缝基板201的结构>
接着,更具体地说明狭缝基板201的结构。
图6是示意性地表示狭缝基板201中的天线单位区域U和端子部IT的截面图。
狭缝基板201具备:具有表面和背面的电介质基板51;形成于电介质基板51的表面的第三绝缘层52;形成于第三绝缘层52上的狭缝电极55;以及覆盖狭缝电极55的第四绝缘层58。反射导电板65以隔着电介质层(空气层)54与电介质基板51的背面相对的方式配置。狭缝电极55和反射导电板65作为波导路径301的壁发挥功能。
在发送接收区域R1中,多个狭缝57形成于狭缝电极55。狭缝57是将狭缝电极55贯通的开口。在该例中,在各天线单位区域U中配置有一个狭缝57。
第四绝缘层58形成于狭缝电极55上和狭缝57内。第四绝缘层58的材料可以与第三绝缘层52的材料相同。通过用第四绝缘层58覆盖狭缝电极55,狭缝电极55与液晶层LC不会直接接触,因此能提高可靠性。若狭缝电极55由Cu层形成,则Cu有时会溶出到液晶层LC。另外,若使用薄膜沉积技术在Al层中形成狭缝电极55,则在Al层中有时会包含孔隙。第四绝缘层58能防止液晶材料侵入Al层的孔隙。此外,若通过将铝箔利用粘接材料贴附于电介质基板51而对Al层进行图案化从而制作狭缝电极55,则能避免孔隙的问题。
狭缝电极55包含Cu层、Al层等主层55M。狭缝电极55可以具有包含主层55M以及以夹着主层55M的方式配置的上层55U和下层55L的层叠结构。主层55M的厚度是根据材料并考虑表皮效果而设定的,例如可以是2μm以上30μm以下。主层55M的厚度典型地大于上层55U和下层55L的厚度。
在图示的例子中,主层55M是Cu层,上层55U和下层55L是Ti层。通过在主层55M与第三绝缘层52之间配置下层55L,能够提高狭缝电极55与第三绝缘层52的贴紧性。另外,通过设置上层55U,能够抑制主层55M(例如Cu层)的腐蚀。
反射导电板65构成波导路径301的壁,因此优选具有表皮深度的三倍以上、优选为五倍以上的厚度。反射导电板65例如能使用通过切削制作的厚度为数mm的铝板、铜板等。
在非发送接收区域R2中设置有端子部IT。端子部IT具备狭缝电极55、覆盖狭缝电极55的第四绝缘层58以及上部连接部60。第四绝缘层58具有到达狭缝电极55的开口。上部连接部60在开口内与狭缝电极55接触。在本实施方式中,端子部IT配置于密封区域Rs内,通过含有导电性颗粒的密封树脂与TFT基板的传输端子部连接(传输部)。
·传输部
图7是用于说明将TFT基板101的传输端子部PT与狭缝基板201的端子部IT连接的传输部的示意性截面图。在图7中,对与图1~图4同样的构成要素标注相同的附图标记。
在传输部中,端子部IT的上部连接部60与TFT基板101中的传输端子部PT的传输端子用上部连接部19p电连接。在本实施方式中,将上部连接部60和传输端子用上部连接部19p经由包含导电性珠71的树脂(密封树脂)73(有时也称为“密封部73”。)连接。
上部连接部60、19p均为ITO膜、IZO膜等透明导电层,有时在其表面形成氧化膜。当氧化膜形成时,无法确保透明导电层彼此的电连接,接触电阻有可能变高。而在本实施方式中,经由包含导电性珠(例如Au珠)71的树脂使这些透明导电层粘接,因此即使形成有表面氧化膜,导电性珠也会突破(贯通)表面氧化膜,从而能抑制接触电阻的增大。导电性珠71也可以不仅贯通表面氧化膜,还贯通作为透明导电层的上部连接部60、19p,而与贴片连接部15p和狭缝电极55直接接触。
传输部既可以配置于扫描天线1000的中心部和周缘部(即,从扫描天线1000的法线方向观看时的环状的发送接收区域R1的内侧和外侧)这两者,也可以仅配置于任意一者。传输部既可以配置于将液晶封入的密封区域Rs内,也可以配置于密封区域Rs的外侧(与液晶层相反的一侧)。
<狭缝基板201的制造方法>
狭缝基板201例如能用以下的方法来制造。
首先,在电介质基板上形成第三绝缘层(厚度:例如为200nm)52。能使用玻璃基板、树脂基板等相对于电磁波的透射率高(介电常数εM和介电损耗tanδM小)的基板作为电介质基板。为了抑制电磁波的衰减,优选电介质基板较薄。例如可以在玻璃基板的表面用后述的工艺形成狭缝电极55等构成要素后,从背面侧使玻璃基板薄板化。由此,能将玻璃基板的厚度降低到例如500μm以下。
在使用树脂基板作为电介质基板的情况下,既可以将TFT等构成要素直接形成于树脂基板上,也可以使用转印法将其形成在树脂基板上。根据转印法,例如在玻璃基板上形成树脂膜(例如聚酰亚胺膜),在树脂膜上用后述的工艺形成构成要素后,使形成有构成要素的树脂膜与玻璃基板分离。一般地与玻璃相比,树脂的介电常数εM和介电损耗tanδM较小。树脂基板的厚度例如是3μm~300μm。作为树脂材料,除了聚酰亚胺以外,例如也能使用液晶高分子。
作为第三绝缘层52,没有特别限定,能适当地使用例如氧化硅(SiO2)膜、氮化硅(SiNx)膜、氧化氮化硅(SiOxNy;x>y)膜、氮化氧化硅(SiNxOy;x>y)膜等。
接着,在第三绝缘层52上形成金属膜,并对其进行图案化,从而得到具有多个狭缝57的狭缝电极55。作为金属膜,可以使用厚度为2μm~5μm的Cu膜(或者Al膜)。在此,使用将Ti膜、Cu膜和Ti膜按该顺序层叠后的层叠膜。此外,也可以取而代之,形成将Ti(厚度:例如为50nm)和Cu(厚度:例如为5000nm)按该顺序层叠后的层叠膜。
之后,在狭缝电极55上和狭缝57内形成第四绝缘层(厚度:例如为100nm或者200nm)58。第四绝缘层58的材料可以与第三绝缘层的材料相同。之后,在非发送接收区域R2中,在第四绝缘层58形成到达狭缝电极55的开口部。
接着,在第四绝缘层58上和第四绝缘层58的开口部内形成透明导电膜,并对其进行图案化,从而形成在开口部内与狭缝电极55接触的上部连接部60。由此,得到端子部IT。
<TFT10的材料和结构>
在本实施方式中,使用将半导体层5设为活性层的TFT作为配置于各像素的开关元件。半导体层5不限于非晶硅层,也可以是多晶硅层、氧化物半导体层。
在使用氧化物半导体层的情况下,氧化物半导体层包含的氧化物半导体既可以是非晶质氧化物半导体,也可以是具有结晶质部分的结晶质氧化物半导体。作为结晶质氧化物半导体,可举出多晶氧化物半导体、微晶氧化物半导体、c轴与层面大致垂直取向的结晶质氧化物半导体等。
氧化物半导体层也可以具有两层以上的层叠结构。在氧化物半导体层具有层叠结构的情况下,氧化物半导体层可以包含非晶质氧化物半导体层和结晶质氧化物半导体层。或者,也可以包含结晶结构不同的多个结晶质氧化物半导体层。另外,也可以包含多个非晶质氧化物半导体层。在氧化物半导体层具有包含上层和下层的双层结构的情况下,优选上层所包含的氧化物半导体的能隙大于下层所包含的氧化物半导体的能隙。不过,在这些层的能隙之差比较小的情况下,下层的氧化物半导体的能隙也可以大于上层的氧化物半导体的能隙。
非晶质氧化物半导体和上述的各结晶质氧化物半导体的材料、结构、成膜方法、具有层叠结构的氧化物半导体层的构成等例如记载在日本特开2014-007399号公报中。为了参考,在本说明书中引用日本特开2014-007399号公报的全部公开内容。
氧化物半导体层包含例如In、Ga和Zn中的至少一种金属元素。在本实施方式中,氧化物半导体层例如包含In-Ga-Zn-O系的半导体(例如氧化铟镓锌)。在此,In-Ga-Zn-O系的半导体是In(铟)、Ga(镓)、Zn(锌)的三元系氧化物,In、Ga和Zn的比例(组成比)没有特别限定,例如包含In:Ga:Zn=2:2:1、In:Ga:Zn=1:1:1、In:Ga:Zn=1:1:2等。这种氧化物半导体层能由In-Ga-Zn-O系的半导体的氧化物半导体膜形成。此外,有时将具有包含In-Ga-Zn-O系的半导体等氧化物半导体的活性层的沟道蚀刻型TFT称为“CE-OS-TFT”。
In-Ga-Zn-O系的半导体既可以是非晶质,也可以是结晶质。作为结晶质In-Ga-Zn-O系的半导体,优选c轴与层面大致垂直取向的结晶质In-Ga-Zn-O系的半导体。
此外,结晶质In-Ga-Zn-O系的半导体的结晶结构例如公开于上述的日本特开2014-007399号公报、日本特开2012-134475号公报、日本特开2014-209727号公报等中。为了参考,在本说明书中引用日本特开2012-134475号公报和日本特开2014-209727号公报的全部公开内容。具有In-Ga-Zn-O系半导体层的TFT具有高迁移率(与a-SiTFT相比超过20倍)和低漏电电流(与a-SiTFT相比不到百分之一),因此适于用驱动TFT(例如设置于非发送接收区域的驱动电路所包含的TFT)和设置于各天线单位区域的TFT。
氧化物半导体层也可以包含其他氧化物半导体来代替In-Ga-Zn-O系半导体。例如可以包含In-Sn-Zn-O系半导体(例如In2O3-SnO2-ZnO;InSnZnO)。In-Sn-Zn-O系半导体是In(铟)、Sn(锡)和Zn(锌)的三元系氧化物。或者,氧化物半导体层也可以包含In-Al-Zn-O系半导体、In-Al-Sn-Zn-O系半导体、Zn-O系半导体、In-Zn-O系半导体、Zn-Ti-O系半导体、Cd-Ge-O系半导体、Cd-Pb-O系半导体、CdO(氧化镉)、Mg-Zn-O系半导体、In-Ga-Sn-O系半导体、In-Ga-O系半导体、Zr-In-Zn-O系半导体、Hf-In-Zn-O系半导体、Al-Ga-Zn-O系半导体、Ga-Zn-O系半导体等。
在图3所示的例子中,TFT10是具有底栅极结构的沟道蚀刻型TFT。在“沟道蚀刻型TFT”中,在沟道区域上没有形成蚀刻阻挡物层,源极和漏极电极的沟道侧的端部下表面以与半导体层的上表面接触的方式配置。沟道蚀刻型TFT例如通过在半导体层上形成源极/漏极电极用的导电膜,进行源极/漏极分离而形成。在源极/漏极分离工序中,有时沟道区域的表面部分会被蚀刻。
此外,TFT10也可以是在沟道区域上形成有蚀刻阻挡物层的蚀刻阻挡物型TFT。在蚀刻阻挡物型TFT中,源极和漏极电极的沟道侧的端部下表面例如位于蚀刻阻挡物层上。蚀刻阻挡物型TFT例如是通过以下方式形成的:在形成覆盖半导体层中的成为沟道区域的部分的蚀刻阻挡物层后,在半导体层和蚀刻阻挡物层上形成源极/漏极电极用的导电膜,进行源极/漏极分离。
另外,TFT10具有源极和漏极电极与半导体层的上表面接触的顶部接触结构,但源极和漏极电极也可以以与半导体层的下表面接触的方式配置(底部接触结构)。而且,TFT10既可以是在半导体层的电介质基板侧具有栅极电极的底栅结构,也可以是在半导体层的上方具有栅极电极的顶栅结构。
(第二实施方式)
参照附图说明第二实施方式的扫描天线。本实施方式的扫描天线中的TFT基板与图2所示的TFT基板101的不同之处在于,成为各端子部的上部连接部的透明导电层设置于TFT基板中的第一绝缘层与第二绝缘层之间。
图8的(a)~(c)分别是表示本实施方式的TFT基板102的栅极端子部GT、源极端子部ST以及传输端子部PT的截面图。对与图4同样的构成要素标注相同的附图标记,省略说明。此外,天线单位区域U的断面结构与上述的实施方式(图3)相同,因此省略图示和说明。
本实施方式的栅极端子部GT具备形成于电介质基板上的栅极总线GL、覆盖栅极总线GL的绝缘层以及栅极端子用上部连接部19g。栅极端子用上部连接部19g在形成于绝缘层的接触孔CH2内与栅极总线GL接触。在该例中,覆盖栅极总线GL的绝缘层包含栅极绝缘层4和第一绝缘层11。在栅极端子用上部连接部19g和第一绝缘层11上形成有第二绝缘层17。第二绝缘层17具有将栅极端子用上部连接部19g的一部分露出的开口部18g。在该例中,第二绝缘层17的开口部18g也可以以将整个接触孔CH2露出的方式配置。
源极端子部ST具备形成于电介质基板上(在此为栅极绝缘层4上)的源极总线SL、覆盖源极总线SL的绝缘层以及源极端子用上部连接部19s。源极端子用上部连接部19s在形成于绝缘层的接触孔CH3内与源极总线SL接触。在该例中,覆盖源极总线SL的绝缘层仅包含第一绝缘层11。第二绝缘层17延伸设置在源极端子用上部连接部19s和第一绝缘层11上。第二绝缘层17具有将源极端子用上部连接部19s的一部分露出的开口部18s。第二绝缘层17的开口部18s也可以以将整个接触孔CH3露出的方式配置。
传输端子部PT具有:源极连接配线7p,其由与源极总线SL相同的导电膜(源极用导电膜)形成;第一绝缘层11,其延伸设置在源极连接配线7p上;以及传输端子用上部连接部19p和贴片连接部15p,它们形成于第一绝缘层11上。
在第一绝缘层11中设置有将源极连接配线7p露出的接触孔CH5和CH6。传输端子用上部连接部19p配置于第一绝缘层11上和接触孔CH5内,在接触孔CH5内与源极连接配线7p接触。贴片连接部15p配置于第一绝缘层11上和接触孔CH6内,在接触孔CH6内与源极连接配线7p接触。传输端子用上部连接部19p是由透明导电膜形成的透明电极。贴片连接部15p由与贴片电极15相同的导电膜形成。此外,各端子部的上部连接部19g、19s和19p也可以由相同的透明导电膜形成。
第二绝缘层17延伸设置在传输端子用上部连接部19p、贴片连接部15p以及第一绝缘层11上。第二绝缘层17具有将传输端子用上部连接部19p的一部分露出的开口部18p。在该例中,第二绝缘层17的开口部18p以将整个接触孔CH5露出的方式配置。另一方面,贴片连接部15p被第二绝缘层17覆盖。
这样,在本实施方式中,通过形成于源极金属层的源极连接配线7p将传输端子部PT的传输端子用上部连接部19p与贴片连接部15p电连接。虽未图示,但与上述的实施方式同样,传输端子用上部连接部19p通过含有导电性颗粒的密封树脂与狭缝基板201中的狭缝电极连接。
在上述的实施方式中,在形成第二绝缘层17之后,一并形成深度不同的接触孔CH1~CH4。例如在栅极端子部GT上,蚀刻比较厚的绝缘层(栅极绝缘层4、第一绝缘层11以及第二绝缘层17),而在传输端子部PT,仅蚀刻第二绝缘层17。因此,成为浅的接触孔的基底的导电膜(例如贴片电极用导电膜)在蚀刻时有可能受到大的损伤。
而在本实施方式中,在形成第二绝缘层17前形成接触孔CH1~CH3、CH5、CH6。这些接触孔仅形成于第一绝缘层11或者形成于第一绝缘层11和栅极绝缘层4的层叠膜,因此与上述的实施方式相比,能减小一并形成的接触孔的深度的差。因而,能减小对成为接触孔的基底的导电膜的损伤。特别是,在贴片电极用导电膜使用Al膜的情况下,若使ITO膜与Al膜直接接触,则无法得到良好的接触,所以有时在Al膜的上层形成MoN层等盖层。在这种情况下,不需要考虑蚀刻时的损伤而增大盖层的厚度,因此是有利的。
<TFT基板102的制造方法>
例如用如下方法制造TFT基板102。图9是例示TFT基板102的制造工序的图。此外,以下,在各层的材料、厚度、形成方法等与上述的TFT基板101相同的情况下省略说明。
首先,用与TFT基板102同样的方法在电介质基板上形成对准标记、基底绝缘层、栅极金属层、栅极绝缘层、半导体层、接触层以及源极金属层,得到TFT。在形成源极金属层的工序中,由源极用导电膜形成源极和漏极电极、源极总线以及源极连接配线7p。
接着,以覆盖源极金属层的方式形成第一绝缘层11。之后,一并蚀刻第一绝缘层11和栅极绝缘层4,形成接触孔CH1~CH3、CH5、CH6。在蚀刻中,源极总线SL和栅极总线GL作为蚀刻阻挡物发挥功能。由此,在发送接收区域R1中,在第一绝缘层11中形成到达TFT的漏极电极的接触孔CH1。另外,在非发送接收区域R2中,在第一绝缘层11和栅极绝缘层4中形成到达栅极总线GL的接触孔CH2,在第一绝缘层11中形成到达源极总线SL的接触孔CH3和到达源极连接配线7p的接触孔CH5、CH6。可以将接触孔CH5配置于密封区域Rs,将接触孔CH6配置于密封区域Rs的外侧。或者也可以将两者均配置于密封区域Rs的外部。
接着,在第一绝缘层11上和接触孔CH1~CH3、CH5、CH6中形成透明导电膜,并对其进行图案化。由此,形成在接触孔CH2内与栅极总线GL接触的栅极端子用上部连接部19g、在接触孔CH3内与源极总线SL接触的源极端子用上部连接部19s以及在接触孔CH5内与源极连接配线7p接触的传输端子用上部连接部19p。
接着,在第一绝缘层11上、在栅极端子用上部连接部19g、源极端子用上部连接部19s、传输端子用上部连接部19p上、以及在接触孔CH1、CH6内形成贴片电极用导电膜,并进行图案化。由此,在发送接收区域R1中形成在接触孔CH1内与漏极电极7D接触的贴片电极15、在非发送接收区域R2中形成在接触孔CH6内与源极连接配线7p接触的贴片连接部15p。可以通过湿式蚀刻进行贴片电极用导电膜的图案化。在此,使用能增大透明导电膜(ITO等)与贴片电极用导电膜(例如Al膜)的蚀刻选择比的蚀刻剂。由此,在进行贴片电极用导电膜的图案化时,能使透明导电膜作为蚀刻阻挡物发挥功能。源极总线SL、栅极总线GL以及源极连接配线7p中的在接触孔CH2、CH3、CH5内露出的部分被蚀刻阻挡物(透明导电膜)覆盖,因此未被蚀刻。
接下来,形成第二绝缘层17。之后,例如通过使用氟系气体的干式蚀刻进行第二绝缘层17的图案化。由此,在第二绝缘层17中设置将栅极端子用上部连接部19g露出的开口部18g、将源极端子用上部连接部19s露出的开口部18s以及将传输端子用上部连接部19p露出的开口部18p。这样,得到TFT基板102。
(第三实施方式)
参照附图说明第三实施方式的扫描天线。本实施方式的扫描天线中的TFT基板与图8所示的TFT基板102的不同之处在于,不将包括透明导电膜的上部连接部设置于传输端子部。
图10的(a)~(c)分别是表示本实施方式的TFT基板103的栅极端子部GT、源极端子部ST以及传输端子部PT的截面图。对与图8同样的构成要素标注相同的附图标记,省略说明。此外,天线单位区域U的结构与上述的实施方式(图3)相同,因此省略图示和说明。
栅极端子部GT和源极端子部ST的结构与图8所示的TFT基板102的栅极端子部和源极端子部的结构相同。
传输端子部PT具有形成于第一绝缘层11上的贴片连接部15p和层叠于贴片连接部15p上的保护导电层23。第二绝缘层17延伸设置在保护导电层23上,具有将保护导电层23的一部分露出的开口部18p。另一方面,贴片电极15被第二绝缘层17覆盖。
<TFT基板103的制造方法>
TFT基板103例如用如下方法制造。图11是例示TFT基板103的制造工序的图。此外,以下,在各层的材料、厚度、形成方法等与上述的TFT基板101相同的情况下省略说明。
首先,用与TFT基板101同样的方法在电介质基板上形成对准标记、基底绝缘层、栅极金属层、栅极绝缘层、半导体层、接触层以及源极金属层,得到TFT。
接着,以覆盖源极金属层的方式形成第一绝缘层11。之后,一并蚀刻第一绝缘层11和栅极绝缘层4,形成接触孔CH1~CH3。在蚀刻中,源极总线SL和栅极总线GL作为蚀刻阻挡物发挥功能。由此,在第一绝缘层11中形成到达TFT的漏极电极的接触孔CH1,并且在第一绝缘层11和栅极绝缘层4中形成到达栅极总线GL的接触孔CH2,在第一绝缘层11中形成到达源极总线SL的接触孔CH3。在形成传输端子部的区域中不形成接触孔。
接着,在第一绝缘层11上和接触孔CH1、CH2、CH3内形成透明导电膜,并对其进行图案化。由此,形成在接触孔CH2内与栅极总线GL接触的栅极端子用上部连接部19g、以及在接触孔CH3内与源极总线SL接触的源极端子用上部连接部19s。在形成传输端子部的区域,透明导电膜被除去。
接着,在第一绝缘层11上、栅极端子用上部连接部19g和源极端子用上部连接部19s上、以及接触孔CH1内形成贴片电极用导电膜,并进行图案化。由此,在发送接收区域R1中,形成在接触孔CH1内与漏极电极7D接触的贴片电极15,非发送接收区域R2中形成贴片连接部15p。与上述的实施方式同样,在贴片电极用导电膜的图案化中使用能确保透明导电膜(ITO等)与贴片电极用导电膜的蚀刻选择比的蚀刻剂。
接下来,在贴片连接部15p上形成保护导电层23。能使用Ti层、ITO层和IZO(铟锌氧化物)层等(厚度:例如为50nm以上100nm以下)作为保护导电层23。在此,使用Ti层(厚度:例如为50nm)作为保护导电层23。此外,也可以将保护导电层形成在贴片电极15上。
接着,形成第二绝缘层17。之后,例如通过使用氟系气体的干式蚀刻进行第二绝缘层17的图案化。由此,在第二绝缘层17中设置将栅极端子用上部连接部19g露出的开口部18g、将源极端子用上部连接部19s露出的开口部18s以及将保护导电层23露出的开口部18p。这样,得到TFT基板103。
<狭缝基板203的结构>
图12是用于说明本实施方式的将TFT基板103的传输端子部PT与狭缝基板203的端子部IT连接的传输部的示意性截面图。在图12中,对与上述的实施方式同样的构成要素标注相同的附图标记。
首先,说明本实施方式的狭缝基板203。狭缝基板203具备电介质基板51、形成于电介质基板51的表面的第三绝缘层52、形成于第三绝缘层52上的狭缝电极55以及覆盖狭缝电极55的第四绝缘层58。反射导电板65以隔着电介质层(空气层)54与电介质基板51的背面相对的方式配置。狭缝电极55和反射导电板65作为波导路径301的壁发挥功能。
狭缝电极55具有将Cu层或者Al层作为主层55M的层叠结构。在发送接收区域R1中,多个狭缝57形成于狭缝电极55。发送接收区域R1中的狭缝电极55的结构与参照图6说明的上述的狭缝基板201的结构相同。
在非发送接收区域R2中设置有端子部IT。端子部IT在第四绝缘层58中设置有将狭缝电极55的表面露出的开口。狭缝电极55的露出的区域成为接触面55c。这样,在本实施方式中,狭缝电极55的接触面55c未被第四绝缘层58覆盖。
在传输部中,经由包含导电性珠71的树脂(密封树脂)将TFT基板103中的覆盖贴片连接部15p的保护导电层23与狭缝基板203中的狭缝电极55的接触面55连接。
本实施方式的传输部与上述的实施方式同样既可以设置于扫描天线的中心部和周缘部这两者,也可以仅配置于任意一者。另外,既可以配置于密封区域Rs内,也可以配置于密封区域Rs的外侧(与液晶层相反的一侧)。
在本实施方式中,在传输端子部PT和端子部IT的接触面中不设置透明导电膜。因此,能使保护导电层23与狭缝基板203的狭缝电极55经由含有导电性颗粒的密封树脂连接。
另外,在本实施方式中,与第一实施方式(图3和图4)相比,一并形成的接触孔的深度的差小,因此能降低对成为接触孔的基底的导电膜的损伤。
<狭缝基板203的制造方法>
如下制造狭缝基板203。各层的材料、厚度和形成方法与狭缝基板201相同,因此省略说明。
首先,用与狭缝基板201相同的方法在电介质基板上形成第三绝缘层52和狭缝电极55,在狭缝电极55中形成多个狭缝57。接着,在狭缝电极55上和狭缝内形成第四绝缘层58。之后,为了将狭缝电极55的成为接触面的区域露出而在第四绝缘层58中设置开口部18p。这样,制造狭缝基板203。
<内部加热器结构>
如上所述,优选在天线的天线单位中使用的液晶材料的介电各向异性ΔεM大。但是,介电各向异性ΔεM大的液晶材料(向列液晶)的粘度大,存在响应速度慢的问题。特别是,当温度降低时,粘度上升。移动体(例如船舶、飞机、汽车)所搭载的扫描天线的环境温度会发生变动。因而,优选能将液晶材料的温度调整为某程度以上、例如30℃以上、或者45℃以上。优选设定温度以向列液晶材料的粘度成为大致10cP(厘泊)以下的方式设定。
优选本发明的实施方式的扫描天线除了具有上述的结构以外,还具有内部加热器结构。优选将利用焦耳热的电阻加热方式的加热器作为内部加热器。作为加热器用的电阻膜的材料,没有特别限定,能使用例如ITO、IZO等电阻率比较高的导电材料。另外,为了调整电阻值,也可以用金属(例如镍铬合金、钛、铬、白金、镍、铝、铜)的细线、丝网来形成电阻膜。也能使用ITO、IZO等细线、丝网。只要根据所要求的散热量设定电阻值即可。
例如,为了在直径为340mm的圆的面积(约90,000mm2)中以100V交流(60Hz)将电阻膜的散热温度设为30℃,只要将电阻膜的电阻值设为139Ω、将电流设为0.7A、将功率密度设为800W/m2即可。为了在相同的面积中以100V交流(60Hz)将电阻膜的散热温度设为45℃,只要将电阻膜的电阻值设为82Ω、将电流设为1.2A、将功率密度设为1350W/m2即可。
加热器用的电阻膜只要不影响扫描天线的动作就可以设置于任意的部位,但为了对液晶材料高效地进行加热,优选设置在液晶层的附近。例如像图13的(a)所示的TFT基板104所示的那样,可以在电介质基板1的大致整个面中形成电阻膜68。图13的(a)是具有加热器用电阻膜68的TFT基板104的示意性俯视图。电阻膜68例如被图3所示的基底绝缘膜2覆盖。基底绝缘膜2形成为具有足够的绝缘耐压。
优选电阻膜68具有开口部68a、68b和68c。在TFT基板104与狭缝基板贴合时,狭缝57处于与贴片电极15相对的位置。此时,为了在从狭缝57的边缘起距离为d的周围不存在电阻膜68,而配置开口部68a。d例如是0.5mm。另外,优选在辅助电容CS的下部还配置开口部68b,在TFT的下部还配置开口部68c。
此外,天线单位U的尺寸例如是4mm×4mm。另外,如图13的(b)所示,例如狭缝57的宽度s2是0.5mm,狭缝57的长度s1是3.3mm,狭缝57的宽度方向的贴片电极15的宽度p2是0.7mm,狭缝的长度方向的贴片电极15的宽度p1是0.5mm。此外,天线单位U、狭缝57以及贴片电极15的尺寸、形状、配置关系等不限于图13的(a)和图13的(b)所示的例子。
为了进一步减小来自加热器用电阻膜68的电场的影响,也可以形成屏蔽导电层。屏蔽导电层例如在基底绝缘膜2上形成于电介质基板1的大致整个面。在屏蔽导电层中无需如电阻膜68那样设置开口部68a、68b,但优选设置开口部68c。屏蔽导电层例如由铝层形成,设为接地电位。
另外,为了能对液晶层均匀地进行加热,优选使电阻膜的电阻值具有分布。优选在液晶层的温度分布中,最高温度-最低温度(温度不匀)成为例如15℃以下。当温度不匀超过15℃时,有时会发生如下缺陷:相位差调制在面内不匀,无法形成良好的波束。另外,当液晶层的温度接近Tni点(例如125℃)时,ΔεM会变小,因此是不优选的。
参照图14的(a)、图14的(b)和图15的(a)~(c)说明电阻膜的电阻值的分布。在图14的(a)、图14的(b和图15的(a)~(c)中示出电阻加热结构80a~80e的示意性结构和电流的分布。电阻加热结构具备电阻膜和加热器用端子。
图14的(a)所示的电阻加热结构80a具有第一端子82a和第二端子84a以及连接到它们的电阻膜86a。第一端子82a配置于圆的中心,第二端子84a沿着整个圆周配置。在此,圆与发送接收区域R1对应。当对第一端子82a与第二端子84a之间供应直流电压时,例如电流IA从第一端子82a以辐射状向第二端子84a流动。因而,电阻膜86a即使是面内的电阻值恒定,也能均匀地散热。当然,电流的流动方向也可以是从第二端子84a朝向第一端子82a的方向。
在图14的(b)中电阻加热结构80b具有第一端子82b和第二端子84b以及连接到它们的电阻膜86b。第一端子82b和第二端子84b沿着圆周相互相邻配置。为了使由电阻膜86b中的第一端子82b与第二端子84b之间流动的电流IA产生的每单位面积的散热量保持恒定,电阻膜86b的电阻值具有面内分布。电阻膜86b的电阻值的面内分布例如在用细线构成电阻膜86的情况下,只要以细线的粗细、细线的密度进行调整即可。
图15的(a)所示的电阻加热结构80c具有第一端子82c和第二端子84c以及连接到它们的电阻膜86c。第一端子82c沿着圆的上侧半个圆周配置,第二端子84c沿着圆的下侧半个圆周配置。例如用在第一端子82c与第二端子84c之间上下延伸的细线构成电阻膜86c的情况下,为了使电流IA的每单位面积的散热量在面内保持恒定,例如将中央附近的细线的粗细、密度调高。
图15的(b)所示的电阻加热结构80d具有第一端子82d和第二端子84d以及连接到它们的电阻膜86d。第一端子82d和第二端子84d以分别沿着圆的直径在上下方向、左右方向上延伸的方式设置。在图中虽然进行了简化,但第一端子82d与第二端子84d是相互绝缘的。
另外,图15的(c)所示的电阻加热结构80e具有第一端子82e和第二端子84e以及连接到它们的电阻膜86e。电阻加热结构80e与电阻加热结构80d不同,第一端子82e和第二端子84e均具有从圆的中心向上下左右的四个方向延伸的四个部分。相互成90度的第一端子82e的部分和第二端子84e的部分配置成电流IA顺时针流动。
在电阻加热结构80d和电阻加热结构80e中,为了使每单位面积的散热量在面内保持均匀,均以离圆周越近电流IA越多、例如加粗离圆周近的一侧的细线并提高其密度的方式进行调整。
这种内部加热器结构例如可以检测扫描天线的温度并在低于预先设定的温度时自动动作。当然,也可以响应使用者的操作而动作。
<外部加热器结构>
本发明的实施方式的扫描天线也可以代替上述的内部加热器结构、或者与内部加热器结构一同具有外部加热器结构。能够使用公知的各种加热器作为外部加热器,但优选利用焦耳热的电阻加热方式的加热器。将加热器内的散热的部分称为加热器部。以下,说明使用电阻膜作为加热器部的例子。以下,电阻膜也用附图标记68表示。
例如,像图16的(a)和图16的(b)所示的液晶面板100Pa或者100Pb那样,优选配置加热器用的电阻膜68。在此,液晶面板100Pa和100Pb具有:图1所示的扫描天线1000的TFT基板101、狭缝基板201、以及设置在它们之间的液晶层LC,进一步在TFT基板101的外侧具有包含电阻膜68的电阻加热结构。虽然可以将电阻膜68形成在TFT基板101的电介质基板1的液晶层LC侧,但由于TFT基板101的制造工艺复杂化,因此优选配置在TFT基板101的外侧(与液晶层LC相反的一侧)。
图16(a)所示的液晶面板100Pa具有:形成于TFT基板101的电介质基板1的外侧的表面的加热器用电阻膜68;和覆盖加热器用电阻膜68的保护层69a。也可以省略保护层69a。扫描天线例如收纳于塑料制的箱体,因此用户不会与电阻膜68直接接触。
电阻膜68能够在电介质基板1的外侧的表面例如使用公知的薄膜沉积技术(例如溅射法、CVD法)、涂布法或者印刷法而形成。电阻膜68根据需要被图案化。图案化例如通过光刻工艺进行。
作为加热器用的电阻膜68的材料,如关于内部加热器结构那样如上所述,没有特别限定,能使用例如ITO、IZO等电阻率比较高的导电材料。另外,为了调整电阻值,也可以用金属(例如,镍铬合金、钛、铬、白金、镍、铝、铜)细线、丝网形成电阻膜68。也能够使用ITO、IZO等细线、丝网。只要根据所要求的散热量设定电阻值即可。
保护层69a由绝缘材料形成,并形成为覆盖电阻膜68。电阻膜68被图案化,也可以不在露出电介质基板1的部分形成保护层69a。电阻膜68如后所述以不使天线的性能下降的方式被图案化。由于存在形成保护层69a的材料,在天线的性能下降的情况下,与电阻膜68同样地,优选使用被图案化的保护层69a。
保护层69a可以通过湿式工艺、干式工艺的任意一种工艺形成。例如,对形成有电阻膜68的电介质基板1的表面施加液状的固化性树脂(或者树脂的前体)或者溶液,之后使固化性树脂固化而形成。液状的树脂或者树脂的溶液通过各种涂布法(例如狭缝式涂布机、旋涂机、喷雾器)或者各种印刷法以成为规定的厚度的方式被施加到电介质基板1的表面。之后,根据树脂的种类,进行室温固化、加热固化、或者光固化,由此能够由绝缘性树脂膜形成保护层69a。绝缘性树脂膜例如能通过光刻工艺被图案化。
作为形成保护层69a的材料,能够优选使用固化性树脂材料。固化性树脂材料包含热固化型和光固化型。另外,热固化型包含热交联型和热聚合型。
作为热交联型的树脂材料,例如列举有环氧系化合物(例如环氧树脂)与胺系化合物的组合、环氧系化合物与酰肼系化合物的组合、环氧系化合物与醇系化合物(例如包含酚醛树脂)的组合、环氧系化合物与羧酸系化合物(例如包含酸酐)的组合、异氰酸酯系化合物与胺系化合物的组合、异氰酸酯系化合物与酰肼系化合物的组合、异氰酸酯系化合物与醇系化合物的组合(例如包含聚氨酯树脂)、以及异氰酸酯系化合物与羧酸系化合物的组合。另外,作为阳离子聚合型粘接材料,例如列举有环氧系化合物与阳离子聚合引发剂的组合(代表性的阳离子聚合引发剂、芳香族锍盐)。作为自由基聚合型的树脂材料,例如各种丙烯、异丁烯、聚氨酯改性丙烯(异丁烯)树脂等包含乙烯基的单体以及/或者低聚物与自由基聚合引发剂的组合(代表性的自由基聚合引发剂:偶氮系化合物(例如AIBN(偶氮二异丁腈))),作为开环聚合型的树脂材料,例如列举有环氧乙烷系化合物、乙烯亚胺系化合物、硅氧烷系化合物。除此之外,能够使用马来酰亚胺树脂、马来酰亚胺树脂与胺的组合、马来酰亚胺与异丁烯化合物的组合、双马来酰亚胺-三嗪树脂以及聚苯醚树脂。另外,聚酰亚胺也能够优选使用。此外,“聚酰亚胺”以包含作为聚酰亚胺的前体的聚酰胺酸的意思而使用。聚酰亚胺例如与环氧系化合物或者异氰酸酯系化合物组合而使用。
从耐热性、化学稳定性、机械性能的观点出发,优选使用热固化性类型的树脂材料。特别是,优选包含环氧树脂或者聚酰亚胺树脂的树脂材料,从机械性能(特别是机械强度)和吸湿性的观点出发,优选包含聚酰亚胺树脂的树脂材料。也能将聚酰亚胺树脂与环氧树脂混合使用。另外,也可以对聚酰亚胺树脂以及/或者环氧树脂混合热可塑性树脂以及/或者弹性体。进一步,作为聚酰亚胺树脂以及/或者环氧树脂,也可以混合橡胶改性的材料。通过混合热可塑性树脂或者弹性体,能够使柔软性、韧性(韧度)提高。使用橡胶改性的材料也能够获得同样的效果。
光固化型通过紫外线或者可见光引起交联反应以及/或者聚合反应而固化。在光固化型中,例如存在自由基聚合型与阳离子聚合型。作为自由基聚合型,是以丙烯酸树脂(环氧改性丙烯酸树脂、聚氨酯改性丙烯酸树脂、有机硅改性丙烯酸树脂)与光聚合引发剂的组合为代表的。作为紫外光用自由基聚合引发剂,例如列举有苯乙酮型和二苯甲酮型。作为可见光用自由基聚合引发剂,例如能够列举有苄基型和噻吨酮型。作为阳离子聚合型,是以环氧系化合物与光阳离子聚合引发剂的组合为代表的。光阳离子聚合引发剂例如能够列举碘盐系化合物。此外,也能够使用同时具有光固化性与热固化性的树脂材料。
图16的(b)所示的液晶面板100Pb与液晶面板100Pa的不同之处在于,在电阻膜68与电介质基板1之间还具有粘接层67。另外,保护层69b使用预先制作的高分子膜或者玻璃板而形成的这一点不同。
例如,保护层69b由高分子膜形成的液晶面板100Pb如以下那样而制造。
首先,准备作为保护层69b的绝缘性的高分子膜。作为高分子膜,例如使用聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯等聚酯膜、聚苯砜、以及聚酰亚胺、聚酰胺等超级工程塑料的膜。高分子膜的厚度(即,保护层69b的厚度)例如是5μm以上200μm以下。
在该高分子膜的一方的表面上形成电阻膜68。电阻膜68能通过上述的方法形成。电阻膜68可以被图案化,高分子膜也可以根据需要而被图案化。
使用粘接将形成有材料电阻膜68的高分子膜(即,保护层69b与电阻膜68一体形成的部件)粘贴于电介质基板1。作为粘接材料,能够使用与上述的保护层69a的形成所使用的固化性树脂相同的固化性树脂。进一步,也能够使用热熔型的树脂材料(粘接材料)。热熔型树脂材料以热可塑性树脂为主要成分,通过加热而熔融,通过冷却而固化。例示了聚烯烃系(例如,聚乙烯、聚丙烯)、聚酰胺系、乙烯-醋酸乙烯系。另外,也销售具有反应性的聚氨酯系的热熔树脂材料(粘接材料)。从粘接性和耐久性的观点出发,优选反性性的聚氨酯系。
另外,粘接层67也可以与电阻膜68以及保护层(高分子膜)69b相同地被图案化。然而,粘接层67只要能将电阻膜68和保护层69b固定于电介质基板1即可,因此也可以电阻率膜68和保护层69b小。
也能够代替高分子膜,使用玻璃板而形成保护层69b。制造工艺可以与使用高分子膜的情况相同。玻璃板的厚度优选是1mm以下,进一步优选是0.7mm以下。玻璃板的厚度没有特别的下限,但从处理性的观点出发,优选玻璃板的厚度是0.3mm以上。
在图16的(b)所示的液晶面板100Pb中,经由粘接层67将形成于保护层(高分子膜或者玻璃板)69b的电阻膜68固定于电介质基板1,但以将电阻膜68与电介质基板1接触的方式配置即可,并非一定需要将电阻膜68和保护层69b固定(粘接)于电介质基板1。即,也可以省略粘接层67。例如,也可以以电阻膜68与电介质基板1接触的方式配置形成有电阻膜68的高分子膜(即,保护层69与电阻膜68一体形成的部件),并通过收纳扫描天线的箱体将电阻膜68按压于电介质基板1。例如,若仅单纯放置形成有电阻膜68的高分子膜,则存在接触热电阻变高的担忧,因此优选通过按压而使接触热电阻下降。若采用这样的构成,则能够将电阻膜68和保护层(高分子膜或者玻璃板)69b形成为一体的部件取下。
此外,在电阻膜68(以及保护层69b)如后述那样被图案化的情况下,优选以相对于TFT基板的位置不偏离的程度进行固定,以使天线的性能不下降。
加热器用的电阻膜68只要不影响扫描天线的动作,设置在何处都可以,但为了有效地加热液晶材料,优选设置在液晶层的附近。因此,如图16的(a)和(b)所示,优选设置于TFT基板101的外侧。另外,与如图16的(b)所示,经由粘接层67将电阻膜68设置于电介质基板1的外侧相比,如图16的(a)所示,直接在TFT基板101的电介质基板1的外侧设置电阻膜68的能量效率更高、且温度的控制性也更高,因此优选。
电阻膜68例如也可以相对于图13的(a)所示的TFT基板104,设置于电介质基板1的大致整个面。关于内部加热器结构如上所述,优选电阻膜68具有开口部68a、68b及68c。
保护层69a和69b也可以以覆盖电阻膜68的方式形成于整个面。如上述那样,在保护层69a或者69b对天线特性带来不良影响的情况下,也可以设置对应于电阻膜68的开口部68a、68b及68c的开口部。在该情况下,保护层69a或者69b的开口部形成在电阻膜68的开口部68a、68b及68c的内侧。
为了进一步减小来自加热器用电阻膜68的电场的影响,也可以形成屏蔽导电层。屏蔽导电层例如在电阻膜68的电介质基板1侧经由绝缘膜而形成。屏蔽导电层形成于电介质基板1的大致整个面。在屏蔽导电层中无需如电阻膜68那样设置开口部68a、68b,但优选设置开口部68c。屏蔽导电层例如由铝层形成,设为接地电位。另外,为能对液晶层均匀地进行加热,优选使用电阻膜的电阻值具有分布。它们关于内部加热器结构也如上述所述。
电阻膜只要能对发送接收区域R1的液晶层LC进行加热即可,因此如例示那样,可以在对应于发送接收区域R1的区域设置电阻膜,但并不限于此。例如,如图2所示,在TFT基板101具有能够划定包含发送接收区域R1的矩形的区域那样的外形的情况下,也可以在对应于包含发送接收区域R1的矩形的区域的区域设置电阻膜。当然,电阻膜的外形并不限于矩形,可以是包含发送接收区域R1的、任意的形状。
在上述的例子中,在TFT基板101的外侧配置电阻膜,但也可以在狭缝基板201的外侧(与液晶层LC相反的一侧)配置电阻膜。在该情况下,也与图16的(a)的液晶面板100Pa同样地,既可以将电阻膜直接形成于电介质基板51,也可以与图16的(b)的液晶面板100Pb同样地,经由粘接层将形成于保护层(高分子膜或者玻璃板)的电阻膜固定于电介质基板51。或者,也可以省略粘接层,将形成有电阻膜的保护层(即、保护层与电阻膜一体形成的部件)以电阻膜与电介质基板51接触的方式配置。例如,若仅单纯放置形成有电阻膜的高分子膜,则存在接触热电阻变高的担忧,因此优选通过按压而使接触热电阻下降。若采用这样的构成,则能够将电阻膜和保护层(高分子膜或者玻璃板)形成为一体的部件取下。此外,在电阻膜(及保护层)被图案化的情况下,优选以相对于狭缝基板的位置不偏离的程度进行固定,以使天线的性能不下降。
当在狭缝基板201的外侧配置电阻膜的情况下,优选在对应于电阻膜的狭缝57的位置设置开口部。另外,优选电阻膜是能充分透射微波的厚度。
这里,说明了使用电阻膜作为加热器部的例子,但作为加热器部,除此之外,例如能够使用镍铬合金线(例如绕组)、红外线加热器部等。在这种情况下,也优选以不使天线的性能下降的方式配置加热器部。
这种外部加热器结构例如可以检测扫描天线的温度并在低于预先设定的温度时自动动作。当然,也可以响应使用者的操作而动作。
作为用于使外部加热器结构自动动作的温度控制装置,例如能够使用公知的各种恒温器。例如,在与电阻膜连接的两个端子的一方与电源之间,连接使用了双金属的恒温器即可。当然,也可以使用温度检测器,以不低于预先设定的温度的方式,对外部加热器结构使用从电源供应电流那样的温度控制装置。
<驱动方法>
本发明的实施方式的扫描天线所具有的天线单位的阵列具有与LCD面板类似的结构,因此与LCD面板同样地进行线顺序驱动。但是,若应用现有的LCD面板的驱动方法,则有可能产生以下问题。参照图17所示的扫描天线的一个天线单位的等价电路图来说明可能在扫描天线中发的问题。
首选,如上所述,微波区域的介电各向异性ΔεM(相对于可见光的双折射Δn)大的液晶材料的电阻率低,因此若直接应用LCD面板的驱动方法,则无法充分保持对液晶层施加的电压。这样,对液晶层施加的有效电压降低,液晶电容的静电电容值达不到目标值。
这样,当对液晶层施加的电压从规定的值偏离时,天线的增益为最大的方向会从所系望的方向偏离。这样,例如就无法准确地追踪通信卫星。为了防止该情况,以与液晶电容Clc电并联的方式设置辅助电容CS,使辅助电容CS的电容值C-Ccs足够大。优选以液晶电容Clc的电压保持率成为90%以上的方式适当地设定辅助电容CS的电容值C-Ccs。
另外,当使用电阻率低的液晶材料时,还会发生界面极化和/或取向极化所致的电压降低。为了防止这些极化所致的电压降低,可以考虑施加将电压降低量估计在内的足够高的电压。但是,当对电阻率低的液晶层施加高电压时,有可能发生动态散射效应(DS效应)。DS效应起因于液晶层中的离子性杂质的对流,液晶层的介电常数εM接近平均值((εM∥+2εM⊥)/3)。另外,为了以多级(多灰度级)控制液晶层的介电常数εM,也无法总是施加足够高的电压。
为了抑制上述的DS效应和/或极化所致的电压降低,烛台对于液晶层施加的电压的极性反转周期足够短即可。如已知的那样,当缩短施加电压的极性反转周期时,发生DS效应的阈值电压会变高。因而,只要以使对液晶层施加的电压(绝对值)的最大值不到发生DS效应的阈值电压的方式来决定极性反转频率即可。若极性反转频率是300Hz以上,则例如即使对电阻率为1×1010Ω·cm、介电各向异性Δε(@1kHz)为-0.6左右的液晶层施加绝对值为10V的电压,也能确保良好的动作。另外,若极性反转频率(典型地与帧频率的2倍相同)是300Hz以上,则也能抑制由上述的极化导致的电压降低。从功耗等的观点出发,优选极性反转周期的上限是约5kHz以下。
如上所述,液晶材料的粘度依赖于温度,因此优选适当地控制液晶层的温度。在此描述的液晶材料的物理性质和驱动条件是液晶层的动作温度的值。反而言之,优选以能用上述的条件驱动的方式控制液晶层的温度。
参照图18的(a)~(g)说明在扫描天线的驱动中使用的信号的波形的例子。在此,在18的(d)中为了进行比较而示出了对LCD面板的源极总线供应的显示信号Vs(LCD)的波形。
图18的(a)表示对栅极总线G-L1供应的扫描信号Vg的波形,图18的(b)表示对栅极总线G-L2供应的扫描信号Vg的波形,图18的(c)表示对栅极总线G-L3供应的扫描信号Vg的波形,图18的(e)表示对源极总线供应的数据信号Vda的波形,图18的(f)表示对狭缝基板的狭缝电极(狭缝电极)供应的狭缝电压Vidc的波形,图18的(g)表示对天线单位的液晶层施加的电压的波形。
如图18的(a)~(c)所示,对栅极总线供应的扫描信号Vg的电压依次从低电平(VgL)切换为高电平(VgH)。VgL和VgH可根据TFT的特性适当地设定。例如是VgL=-5V~0V,Vgh=+20V。另外,也可以VgL=-20V,Vgh=+20V。将从某栅极总线的扫描信号Vg的电压从低电平(VgL)切换为高电平(VgH)的时刻到下一个栅极总线的电压从VgL切换为VgH的时刻为止的期间称为一个水平扫描期间(1H)。另外,将各栅极总线的电压为高电平(VgH)的期间称为选择期间PS。在该选择期间PS中,连接到各栅极总线的TFT成为导通状态,对源极总线供应的数据信号Vda的此时的电压供应到对应的贴片电极。数据信号Vda例如是-15V~+15V(绝对值为15V),例如使用与12灰度级、优选与16灰度级对应的绝对值不同的数据信号Vda。
在此,例示对全部的天线单位施加某中间电压的情况。即,数据信号Vda的电压相对于全部天线单位(设为连接到m个栅极总线。)是恒定的。这与在LCD面板中显示作为整个面的中间灰度级的情况对应。此时,在LCD面板中进行点反转驱动。即,在各帧中以相互相邻的像素(点)的极性相互相反的方式供应显示信号电压。
图18的(d)表示进行点反转驱动的LCD面板的显示信号的波形。如图18的(d)所示,Vs(LCD)的极性按每1H反转。对与被供应具有该波形的Vs(LCD)的源极总线相邻的源极总线供应的Vs(LCD)的极性与图18的(d)所示的Vs(LCD)的极性是相反的。另外,对全部像素供应的显示信号的极性按每一帧反转。在LCD面板中,正极性与负极性时,难以使对液晶层施加的有效电压的大小完全一致,且有效电压的差成为亮度的差,而被观察为闪烁。为了不易观察到该闪烁,使施加极性不同的像素(点)在空间上分散在各帧中。典型地,通过进行点反转驱动,使极性不同的像素(点)按方格花纹排列。
而在扫描天线中,闪烁本身不会成为问题。即,液晶电容的静电电容值是所希望的值即可,各帧中的极性的空间分布不会成为问题。因此,从低功耗等的观点出发,优选减小从源极总线供应的数据信号Vda的极性反转的次数,即延伸极性反转的周期。例如像图18的(e)所示,只要将极性反转的周期设为10H(按每5H进行极性反转)即可。当然,当连接到各源极总线的天线单位的数量(典型地与栅极总线的个数相等。)设为m个时,也可以将数据信号Vda的极性反转的周期设为2m·H(按每m·H进行极性反转)。数据信号Vda的极性反转的周期也可以等于2帧(按每一帧进行极性反转)。
另外,也可以将从全部的源极总线供应的数据信号Vda的极性设为相同的。因而,例如可以在某帧中从全部的源极总线供应正极性的数据信号Vda,在接下来的帧中从全部的源极总线供应负极性的数据信号Vda。
或者,也可以将从相互相邻的源极总线供应的数据信号Vda的极性设为相互相反的极性。例如在某帧中从奇数列的源极总线供应正极性的数据信号Vda,从偶数列的源极总线供应负极性的数据信号Vda。然后,在接下来的帧中从奇数列的源极总线供应负极性的数据信号Vda,从偶数列的源极总线供应正极性的数据信号Vda。这种驱动方法在LCD面板中被称为源极线反转驱动。当将从相邻的源极总线供应的数据信号Vda设为相反的极性时,通过在帧间使供应的数据信号Vda的极性反转前将相邻的源极总线相互连接(使其短路),而能将充电到液晶电容的电荷在相邻的列之间消除。因而,可得到能减小在各帧中从源极总线供应的电荷量的优点。
如图18的(f)所示,狭缝电极的电压Vidc例如是DC电压,典型地使接地电位。天线单位的电容(液晶电容和辅助电容)的电容值大于LCD面板的像素电容的电容值(例如与20英寸左右的LCD面板相比约为30倍),因此不存在由TFT的寄生电容导致的馈通电压的影响,即使将狭缝电极的电压Vidc设为接地电位,将数据信号Vda以接地电位为基准设为正负对称的电压,对贴片电极供应的电压也称为正负对称的电压。在LCD面板中,考虑TFT的馈通电压而调整相对电极的电压(共用电压),从而对像素电极施加正负对称的电压,但针对扫描天线的狭缝电压则不必这样,可以是接地电位。另外,虽在图18中未图示,但对CS总线供应与狭缝电压Vidc相同的电压。
对天线单位的液晶电容施加的电压是相对于狭缝电极的电压Vidc(图18的(f))的贴片电极的电压(即,图18的(e)所示的数据信号Vda的电压),因此在狭缝电压Vidc为接地电位时,如图18的(g)所示,与图18的(e)所示的数据信号Vda的波形一致。
在扫描天线的驱动中使用的信号的波形不限于上述的例子。例如像参照图19和图20而在下面说明的那样,也可以使用具有振动波形的Viac作为狭缝电极的电压。
例如能使用像在图19的(a)~(e)中例示那样的信号。在图19中,省略了对栅极总线供应的扫描信号Vg的波形,但在此也使用参照图18的(a)~(c)所说明的扫描信号Vg。
如图19的(a)所示,例示与在图18的(e)中示出的同样使数据信号Vda的波形按10H周期(没5H)进行极性反转的情况。在此,作为数据信号Vda,示出振幅为最大值|Vdamax|的情况。如上所述,也可以使数据信号Vda的波形按2帧周期(每一帧)进行极性反转。
在此,如图19的(c)所示,狭缝电极的电压Viac设为极性与数据信号Vda(ON)相反,振动的周期与数据信号Vda(ON)相同的振动电压。狭缝电极的电压Viac的振幅与数据信号Vda的振幅的最大值|Vdamax|相等。即,狭缝电压Viac设为极性反转的周期与数据信号Vda(ON)相同,极性与数据信号Vda(ON)相反(相位相差180°)、在-Vdamax与+Vdamax之间振动的电压。
对天线单位的液晶电容施加的电压Vlc是相对于狭缝电极的电压Viac(图19的(c))的贴片电极的电压(即,图19的(a)所示的数据信号Vda(ON)的电压),因此在数据信号Vda的振幅按±Vdamax振动时,对液晶电容施加的电压如图19的(d)所示成为按Vdamax的2倍的振幅振动的波形。因而,为了将对液晶电容施加的电压Vlc的最大振幅设为±Vdamax而需要的数据信号Vda的最大振幅成为±Vdamax/2。
通过使用这种狭缝电压Viac,能将数据信号Vda的最大振幅设为一半,因此可得到例如能使用耐压为20V以下的通用的驱动器IC作为输出数据信号Vda的驱动器电路的优点。
此外,如图19的(e)所示,为了将对天线单位的液晶电容施加的电压Vlc(断开)设为零,如图19的(b)所示,只要将数据信号Vda(断开)设为与狭缝电压Viac相同的波形即可。
例如考虑将对液晶电容施加的电压Vlc的最大振幅设为±15V的情况。作为狭缝电压使用图18的(f)所示的Vidc,设Vidc=0V时,图18的(e)所示的Vda的最大振幅成为±15V。而作为狭缝电压使用图19的(c)所示的Viac,将Viac的最大振幅设为±7.5V时,图19的(a)所示的Vda(ON)的最大振幅成为±7.5V。
在将对液晶电容施加的电压Vlc设为0V的情况下,只要将图18的(e)所示的Vda设为0V即可,图19的(b)所示的Vda(断开)的最大振幅只要设为±7.5V即可。
在使用图19的(c)所示的Viac的情况下,对液晶电容施加的电压Vlc的振幅与Vda的振幅不同,因此需要适当地转换。
还能使用图20中(a)~(e)中例示那样的信号。图20的(a)~(e)所示的信号与图19的(a)~(e)所示的信号同样地将狭缝电极的电压Viac如图20的(c)所示设为振动的相位与数据信号Vda(ON)相差180°的振动电压。不过,如在图20的(a)~(c)中分别所示,将数据信号Vda(ON)、Vda(断开)以及狭缝电压Viac均设为在0V与正的电压之间振动的电压。狭缝电极的电压Viac的振幅等于数据信号Vda的振幅的最大值|Vdamax|。
当使用这种信号时,驱动电路只要仅输出正的电压即可,这有助于低成本化。这样,即使是使用在0V与正的电压之间振动的电压,也如图20的(d)所示,对液晶电容施加的电压Vlc(ON)发生极性反转。在图20的(d)所示的电压波形中,+(正)表示贴片电极的电压高于狭缝电压,-(负)表示贴片电极的电压低于狭缝电压。即,对液晶层施加的电场的方向(极性)与其他例子同样地反转。对液晶电容施加的电压Vlc(ON)的振幅是Vdamax
此外,如图20的(e)所示,为了将对天线单位的液晶电容施加的电压Vlc(断开)设为零,如图20的(b)所示,只要将数据信号Vda(断开)设为与狭缝电压Viac相同的波形即可。
使参照图19和图20说明的狭缝电极的电压Viac振动(反转)的驱动方法若以LCD面板的驱动方法来说,则与使相对电压反转的驱动方法对应(有时被称为“普通反转驱动”。)。在LCD面板中,由于无法充分地抑制闪烁,所以不采用普通反转驱动。而在扫描天线中,闪烁不会成为问题,因此能使狭缝电压反转。例如按每一帧进行振动(反转)(将图19和图20中的5H设为1V(垂直扫描期间或者帧))。
在上述的说明中,说明了狭缝电极的电压Viac为施加一个电压的例子、即对全部贴片电极设置有共用的狭缝电极的例子,但也可以将狭缝电极与贴片电极的一行或两个以上的行对应地进行分割。在此,行是指经由TFT连接到一个栅极总线的贴片电极的集合。若这样将狭缝电极分割为多个行部分,则能将狭缝电极各部分的电压的极性设为相互独立的。例如在任意的帧中,能将对贴片电极施加的电压的极性在连接到相邻的栅极总线的贴片电极之间设为相互相反的。这样,不仅能进行使极性按贴片电极的每一行反转的行反转(1H反转),还能进行使极性按每两个以上的行反转的m行反转(mH反转)。当然,可将行反转与帧反转组合。
从驱动的简单性的观点出发,优选在任意的帧中使对贴片电极施加的电压的极性全部相同且极性按每一帧反转的驱动。
<天线单位的排列、栅极总线、源极总线的连接例>
在本发明的实施方式的扫描天线中,天线单位例如排列成同心圆状排列。
例如,在排列成m个同心圆的情况下,例如对各圆各设置一根栅极总线,设置合计m根栅极总线。当将发送接收区域R1的外径例如设为800mm时,m例如为200。当将最内侧的栅极总线设为第一个时,则在第一个栅极总线连接着n个(例如30个)天线单位,第m个栅极总线连接着nx个(例如620个)天线单位。
在这种排列中,连接到各栅极总线的天线单位的数量不同。另外,连接到构成最外侧的圆的nx个天线单位的nx个源极总线连接着m个天线单位,但连接到构成内侧的圆的天线单位的源极总线所连接的天线单位的数量小于m。
这样,扫描天线中的天线单位的排列与LCD面板中的像素(点)的排列不同,通过栅极总线和/或源极总线连接的天线单位的数量不同。因而,当将全部天线单位的电容(液晶电容+辅助电容)设为相同时,通过栅极总线和/或源极总线连接的电负载不同。这样,存在向天线单位的电压的写入发生不匀的问题。
因此,为了防止该情况,优选例如通过调整辅助电容的电容值或调整连接到栅极总线和/或源极总线的天线单位的数量而使各栅极总线和各源极总线所连接的电负载大致相同。
[扫描天线的检查方法]
接下来,说明对扫描天线的动作不良进行检测的检查方法。
如上述那样,在扫描天线中,按照每个天线单位U控制对液晶层LC施加的电压,由此,通过控制该天线单位U的液晶取向来使介电常数M相对于微波发生变化。例如若产生配线的短路、断线等,则没有适当地控制连接到该配线的天线单位U的液晶取向,成为使扫描天线的定向性、灵敏度等下降的主要原因。因此,在检测扫描天线的动作不良的检查中,优选按照每个天线单位U评价液晶的取向状态,并检测取向不良。
在透射型LCD900(图40)中,以夹着液晶层930的方式配置的像素电极914和相对电极924是透明的。因此,能通过是否透射可见光而直接观察液晶层930的取向状态。然而,在本实施方式的扫描天线1000(图1)中,使用不透明的金属电极作为控制液晶的取向的贴片电极15和狭缝电极55。因此,存在如下问题:难以直接观察液晶层LC中位于贴片电极15与狭缝电极55中的除狭缝57以外的部分(以下,称为“实心部”)之间的部分的取向状态,不能容易地检测出各天线单位U的取向控制的进行与否。而本发明者发现了容易且有效地检测天线单位U的液晶取向的方法(以下,简称为“取向检查方法”)。
在本实施方式的取向检查方法中,观察由在贴片电极15与实心部之间生成的斜电场形成的液晶分子的取向状态,或者对天线单位U配置检查用的透明电极,观察透明电极与贴片电极15或者实心部之间的液晶分子的取向状态,由此按照每个天线单位U检查液晶取向的好坏。以下,将利用斜电场的取向检查方法称为“取向检查I”,将利用检查用透明电极的取向检查方法称为“取向检查II”。
<取向检查I>
在以下的说明中,有时将贴片电极15和狭缝电极55的实心部中在取向检查时位于观察侧的电极称为“上部电极UE”、将其相反侧的电极称为“下部电极LE”。
图21的(a)是示意性地表示扫描天线1000中的天线单位的取向状态的截面图,图21的(b)是例示观察各天线单位的取向状态的结果的俯视图。在此,说明从狭缝基板侧观察液晶取向的例子。
扫描天线1000包含多个天线单位。在图21中,例示了两个天线单位U1、U2。天线单位U1是对液晶层LC施加电压,且液晶分子良好地取向的例子,天线单位U2是由于某种原因未对液晶层LC施加电压,且液晶分子不具有规定的取向(具有取向不良)的例子。
参照图1并如上述那样,扫描天线1000具有:TFT基板101,其包含多个TFT(未图示)、和多个贴片电极15等;狭缝基板201,其在表面(第一主面)形成有狭缝电极55;液晶层LC,其设置在TFT基板101与狭缝基板201之间;以及反射导电板(未图示),其配置在狭缝基板201的第二主面(背面)侧。多个TFT、多个贴片电极15与天线单位相对应。狭缝电极55具有多个狭缝(开口部)57;和由金属膜形成的实心部(除狭缝57以外的部分)56。多个狭缝57与贴片电极15对应配置。
从TFT基板101和狭缝基板201的法线方向观察时,分别在天线单位U1、U2中,贴片电极15以沿第一方向x横切狭缝57的方式配置,且在狭缝57的两侧与实心部56重叠。此外,在本说明书中,有时将第一方向x称为狭缝宽度方向,将与第一方向x正交的第二方向y称为狭缝长度方向。
在该例子中,使用厚度5μm的Al电极或者厚度3μm的Cu电极作为狭缝电极55,使用厚度2μm的Al电极作为贴片电极15。液晶层LC的厚度(在此为贴片电极15与狭缝电极55之间的间隙)例如是5μm。另外,将天线单位U1、U2的尺寸设为3mm×4mm,将狭缝57的尺寸(宽度s2×长度s1)设为380μm×3100μm,将贴片电极15的尺寸(宽度p2×长度p1)设为318μm×584μm。或者,也可以将天线单位U的尺寸设为3mm×4mm,将狭缝57的尺寸(宽度s2×长度s1)设为458μm×3300μm,将贴片电极15的尺寸(宽度p2×长度p1)设为508μm×660μm。此外,各电极或液晶层的厚度、尺寸等并不限于上述尺寸,可根据作为对象的微波的频率等适当地进行设定。
在天线单位U1中,由作为上部电极UE的实心部56和作为下部电极LE的贴片电极15对液晶层LC施加电压。当对液晶层LC施加电压时,液晶层LC中,在位于实心部56与贴片电极15之间的部分,液晶分子沿垂直方向(即液晶层LC的厚度方向)取向。如上述那样,该取向状态被不具有透光性的上部电极UE(实心部56)覆盖,因此无法从狭缝基板201的上方观察。
在天线单位U1中,并且在实心部56的边缘56e与贴片电极15之间能产生斜电场。因此,液晶层LC中、位于实心部56的边缘56e与贴片电极15之间的部分在斜电场平行取向。若斜电场大到一定程度,则能够从狭缝基板201侧观察由斜电场形成的取向状态(液晶分子倾斜取向)。
另一方面,在天线单位U2中,未对液晶层LC施加电压,液晶分子在实心部56与贴片电极15之间大致水平地取向。液晶层LC中,在实心部56的边缘56e与贴片电极15之间,不产生斜电场,因此液晶分子大致沿水平方向(液晶层的面内方向)取向。
在本说明书中,在各个天线单位中,将能从上部电极UE的上方观察液晶取向的区域称为“观察区域Ur”。在取向检查I中,液晶分子因斜电场而能取向的部分中、未被上部电极UE(在此为实心部56)覆盖的区域成为观察区域Ur。在该例子中,天线单位U1具有沿狭缝长度方向y延伸的两个观察区域Ur1。天线单位U2也同样地具有两个观察区域Ur2。观察区域Ur1、Ur2在狭缝57内位于实心部56的边缘附近,且是与贴片电极15重叠的区域。
能够根据通过落射式显微镜放大观察上述天线单位U1、U2时的、来自观察区域Ur1、Ur2的反射光的强度(或者观察区域Ur1、Ur2的明暗),识别在该天线单位是否控制了液晶取向。具体而言,如图21的(b)中所例示的那样,在液晶分子沿倾斜方向取向的观察区域Ur1中,来自观察区域Ur1的反射光的强度较大。即,观察区域Ur1成为“明(或者白)”状态。而在液晶分子沿水平方向取向的观察区域Ur2中,来自观察区域Ur2的反射光的强度小,观察区域Ur2成为“暗(或者黑)”状态。像这样,根据来自观察区域Ur的反射光的强度(或者观察区域Ur的明暗),可知该天线单位的液晶取向的状态,从而能够判别是否对液晶层LC施加了电压。作为通过液晶取向而使反射光的强度发生变化的理由,考虑是因为当液晶取向发生变化时,液晶层的折射率改变,其结果为,液晶层与下部电极的界面的反射率发生变化。
观察区域Ur的明暗能通过视觉或图像处理而识别。在图像处理的情况下,使用在未对液晶层施加电压的情况下获取的图像、或者在施加了电压的情况下获取的图像作为基准图像,也可以计算出通过取向检查得到的图像与基准图像的差量。通过将按照每个天线单位计算出的差量值与阈值进行比较,可以识别观察区域Ur的明暗。或者,如后述那样,还可以按照每个天线单位,分别获取对栅极总线和源极总线施加了电压的情况和未对上述总线施加电压的情况的图像,计算出上述图像中的观察区域Ur的亮度的变化量。通过将按照每个天线单位计算出的亮度变化量与阈值进行比较,能够识别观察区域Ur的明暗。
也可以从TFT基板101侧进行液晶取向的观察。图22的(a)是示意性地表示扫描天线1000中的天线单位的取向状态的截面图,图22的(b)是例示观察各天线单位的取向状态的结果的俯视图。除从TFT基板101侧观察液晶取向的这一点以外,与图21所示的例子相同。
在图22所示的例子中,贴片电极15为上部电极UE,实心部56为下部电极LE。从TFT基板101侧观察由在作为上部电极UE的贴片电极15的边缘15e与作为下部电极LE的实心部56之间生成的斜电场引起的液晶取向的变化。在该情况下,各天线单位U1、U2中的观察区域Ur1、Ur2分别是在从TFT基板101的法线方向观察时,实心部56中没有被贴片电极15覆盖的部分上,且成为位于贴片电极15的边缘15e附近的区域。
当通过落射式显微镜观察天线单位U1、U2时,如图22的(b)所示,在对液晶层LC施加了电压的天线单位U1中,观察区域Ur1成为“明”状态,在未对液晶层LC施加电压的天线单位U2中,观察区域Ur2成为“暗”状态。
(贴片电极15和狭缝电极55的形状)
在本实施方式的取向检查I中,通过增大斜电场,或者扩大观察区域Ur或产生斜电场的区域,能够更加容易地观察由斜电场引起的液晶取向的变化。
以下,参照附图对能够更加容易地进行利用斜电场的液晶取向的观察的电极的形状进行说明。
参照图21和图22并如上述那样,在取向检查中,观察因在上部电极UE的边缘UEe与下部电极LE之间生成的斜电场形成的液晶取向。此时,上部电极UE越厚,则能与下部电极LE生成斜电场的上部电极UE的侧面的面积越大,因此能增大斜电场。优选上部电极UE的厚度D1例如是2μm以上。由此,能够增大斜电场,因此由斜电场形成的液晶取向的变化变大。因此,由斜电场的有无形成的反射光强度的差扩大,因此明暗的识别变得容易。
上部电极UE和/或下部电极LE也可以具有使各天线单位U中的观察区域Ur的面积增加的平面形状。通过扩大观察区域Ur的尺寸,能够将检查装置所需的倍率、分辨率抑制得较低。例如,从TFT基板或狭缝基板的法线方向(以下,有时也称为“基板法线方向”或“第一电介质基板的法线方向”。)观察时,上部电极UE和/或下部电极LE的周缘也可以具有段差(凹部或凸部)。
作为一个例子,在实心部56为上部电极UE的情况下,从基板法线方向观察时,实心部56的周缘可以在与贴片电极15重叠的部分具有凹部(第一凹部)。在贴片电极15为上部电极UE的情况下,从基板法线方向观察时,贴片电极15的周缘可以在与实心部56重叠的部分具有凹部(第二凹部)。
图23的(a)是例示本实施方式的电极形状的俯视图,图23的(b)是将图23的(a)的一部分放大后的图。图23的(c)是例示其他电极形状的俯视图。
如图23的(a)和(b)所示,从基板法线方向观察时,上部电极UE(在此为实心部56)的边缘UEe中与下部电极LE(在此为贴片电极15)重叠的部分可以具有狭槽(第一凹部)81。由此,上部电极UE的边缘UEe中与下部电极LE重叠的部分的长度变大,因此能在液晶层LC生成斜电场的区域增加,观察区域Ur的尺寸也扩大。此外,在此,实心部56的周缘为矩形,在横切贴片电极15的两边分别形成有凹部81,但也可以仅在单侧的边形成凹部81。
狭槽81的尺寸没有特别地限定。在该例子中,从抑制因狭槽81形成而产生对天线性能的影响的观点出发,狭槽81的宽度81w可以是贴片电极15的狭缝长度方向y的宽度p2的50%以下,狭槽81的深度81d可以是狭缝57的宽度s2的5%以下。另一方面,优选狭槽81的宽度81w是贴片电极15的宽度p2的10%以上,狭槽81的深度81d是狭缝57的宽度s2的1%以上。由此,能够更加有效地扩大观察区域Ur。
在贴片电极15为上部电极UE的情况下也是同样的。例如如图23的(c)所示,也可以在贴片电极15的边缘15e中在与实心部56重叠的部分设置狭槽(第二凹部)82。由此,能够扩大观察区域Ur。在此,贴片电极15的周缘为矩形,在沿狭缝长度方向y延伸的两边分别形成有凹部82,但也可以仅在单侧的边形成凹部82。
本实施方式的电极形状并不限于图23所示的例子。例如,从基板法线方向观察时,也可以以贴片电极15的宽度(狭缝长度方向y的宽度)局部变大的方式,在贴片电极15的周缘设置凸部。作为一个例子,贴片电极15的宽度也可以以与其他部分相比,在贴片电极15的至少一方的端部变大的方式配置。
图24的(a)是例示本实施方式的其他电极形状的俯视图,图24的(b)是将图24的(a)的一部分放大后的图。图24的(c)是例示其他电极形状的俯视图。
如图24的(a)和(b)所示,在狭缝电极55的实心部56为上部电极UE的情况下,贴片电极15也可以具有其宽度与其他部分相比,在上部电极UE的边缘附近变大的形状。具体而言,贴片电极15的周缘中沿狭缝宽度方向x延伸的部分具有凸部(第一凸部)83。凸部83位于实心部56的边缘56e的附近。由此,在狭缝57内,贴片电极15中位于实心部56的边缘56e附近的部分的宽度(最大宽度)p3大于其他部分的宽度p2。其结果为,从基板法线方向观察时,能够增大实心部56的边缘中与贴片电极15重叠的部分的长度,因此能够扩大观察区域Ur的尺寸。即,观察区域Ur的第二方向的长度增大凸部83的高度的大小(变得与贴片电极15的宽度p3相等)。
从抑制因局部扩大贴片电极15的宽度而产生对天线性能的影响的观点出发,贴片电极15的最大宽度(边缘UEe附近的宽度)p3可以是其他部分的宽度p2的150%以下,在狭缝57内,具有宽度p3的部分的狭缝57的宽度方向的长度s3可以是狭缝57的宽度s2的5%以下。另一方面,若贴片电极15的最大宽度p3为其他部分的宽度p2的110%以上,且长度s3为狭缝57的宽度s2的1%以上,则能够更加有效地扩大观察区域Ur。
在贴片电极15为上部电极UE的情况下,例如如图24的(c)所示,贴片电极15的周缘中沿狭缝宽度方向x延伸的部分也可以具有凸部(第一凸部)83,以使与其他部分相比,贴片电极15的宽度在与实心部56重叠的部分较大。由此,从基板法线方向观察时,能够增大贴片电极15的边缘15e中与实心部56重叠的部分的长度,因此能够扩大观察区域Ur的尺寸。即,观察区域Ur的狭缝长度方向y的长度变得与贴片电极15的最大宽度p3相等。
此外,在图23的(a)和(c)中,在狭缝57的两侧配置了狭槽81、82,但也可以仅配置在单侧。另外,也可以代替狭槽81、82,配置突出部(凸部)。在图24的(a)和(c)中,在贴片电极15的两端部使其宽度扩大,但也可以与其他部分相比,仅在一个端部扩大宽度。另外,在图24所示的俯视图中,在贴片电极15的端部,从贴片电极15的上边延伸的凸部、与从下边延伸的凸部相对设置,但也可以仅设置任意一方的凸部。而且,本实施方式的电极也可以具有在图23和图24中说明的第一凹部、第二凹部以及第一凸部中的两个以上。例如,狭缝电极55可以具有狭槽81,且贴片电极15可以具有凸部83。
图23和图24所示的电极形状既可以应用于构成扫描天线的所有的天线单位U,也可以仅应用于能成为检查对象的一部分天线单位U。通过选择性地应用于一部分的天线单位U,能够进一步降低对天线性能的影响。
<取向检查II>
在取向检查II中,以与贴片电极和狭缝电极中位于观察者侧的电极(上部电极)接触的方式设置透明电极(以下为“检查用透明电极”),由此观察液晶取向。
图25的(a)和(b)分别是不具有检查用透明电极的扫描天线的示意性截面图、和表示观察天线单位的液晶取向的结果的示意性顶视图。图26的(a)和(b)分别是设置有检查用透明电极的扫描天线1000A的示意性截面图和顶视图。另外,图26的(c)是表示观察天线单位的液晶取向的结果的示意性顶视图。
在图25和图26中,示出从狭缝基板201侧观察的例子。另外,例示了多个天线单位中两个天线单位U1、U2。天线单位U1是对液晶层LC施加电压,液晶分子沿垂直方向(液晶层LC的厚度方向)良好地取向的例子,天线单位U2是由于某种原因而未对液晶层LC施加电压,液晶分子沿水平方向(液晶层LC的面内方向)取向(取向不良)的例子。
从图25的(a)和(b)可知,由于贴片电极15和狭缝电极55是任意的金属电极,因此液晶层中位于上述电极之间的部分的取向状态既不能从TFT基板101侧观察,也不能从狭缝基板201侧观察。因此,例如在由斜电场形成的液晶取向的变化较小的情况下,难以判断是否对液晶层施加了电压。
而如图26的(a)和(b)所示,在扫描天线1000A中,在观察侧的基板(在此为狭缝基板201)以与上部电极UE(在此为狭缝电极55的实心部56)接触的方式配置比上部电极UE薄的检查用透明电极92。
在扫描天线1000A中,由上部电极UE和下部电极LE对液晶层LC施加电压,由此能够控制液晶层LC中、由检查用透明电极92以及上部电极UE与下部电极LE夹着的部分的取向状态。其中,能够按照每个天线单位U地隔着检查用透明电极92观察位于检查用透明电极92与下部电极LE(在此为贴片电极15)之间的部分的液晶取向。
在图示的例子中,检查用透明电极92以在狭缝基板201与狭缝电极55的实心部56接触的方式配置。从基板法线方向观察时,检查用透明电极92以从实心部56的边缘向狭缝57内突出的方式配置。从基板法线方向观察时,检查用透明电极92不与上部电极UE(在此为实心部56)重叠,且具有与下部电极LE(在此为贴片电极15)重叠的区域(也称为取向控制区域。)。天线单位U中、由检查用透明电极92的取向控制区域规定的区域成为能观察液晶取向的观察区域Ur。
在取向检查中,进行扫描天线1000A的DC驱动或低频驱动(例如60Hz左右)。由此,即使是电阻较高的检查用透明电极92也能控制液晶取向。若驱动扫描天线1000A,则在天线单位U1中,对液晶层LC施加电压,实心部56以及检查用透明电极92与贴片电极15之间的液晶分子沿垂直方向(液晶层LC的厚度方向)取向。另一方面,在天线单位U2中,未对液晶层LC施加电压,实心部56以及检查用透明电极92与贴片电极15之间的液晶分子也不具有规定的取向方向。当与取向检查I同样地,通过落射式显微镜观察上述天线单位U1、U2时,则如图26的(c)所示,在天线单位U1中,来自观察区域Ur1的反射光强度较大,而成为“明”状态。在天线单位U2中,来自观察区域Ur2的反射光强度较小,而成为“暗”状态。像这样,通过检查用透明电极92观察液晶取向,由此能够确认取向控制的进行与否。
此外,如后述那样,在从TFT基板101侧观察的情况下,检查用透明电极92以在TFT基板101与贴片电极15接触的方式配置。从基板法线方向观察时,检查用透明电极92也可以以从贴片电极15的边缘起与实心部56重叠的方式延伸。从基板法线方向观察时,检查用透明电极92具有不与贴片电极15重叠,且与实心部56重叠的取向控制区域。天线单位U中、由检查用透明电极92的取向控制区域规定的区域成为能观察液晶取向的观察区域Ur。
优选检查用透明电极92的厚度小于表皮深度。由此,成为发送接收的对象的微波透过检查用透明电极92,因此能够抑制因设置检查用透明电极92而引起的天线性能的下降。检查用透明电极92的厚度例如可以是100nm以下。
另外,优选检查用透明电极92具有高于上部电极UE的电阻。更加优选检查用透明电极92的电阻比上部电极高很多。例如在使用铝(电阻:2.65×10-8Ωm)、铜(电阻:1.68×10-8Ωm)、银(电阻:1.59×10-8Ωm)等低电阻金属作为上部电极UE的情况下,检查用透明电极92的电阻可以是10-1Ωm。
检查用透明电极92的尺寸没有特别地限定。在检查用透明电极92设置于狭缝基板201的情况下,检查用透明电极92中不与实心部56重叠的部分(位于狭缝57内的部分)的狭缝长度方向y的长度92y可以是超过贴片电极的宽度P2的0%且100%以下。另外,检查用透明电极92的上述部分的狭缝宽度方向x的长度92x可以是超过狭缝57的宽度s2的0%且50%以下。
作为检查用透明电极92的材料,没有特别地限定,例如能够使用ITO、In-Ga-Zn-O等金属氧化物。或者,可以使用非晶硅等Si系半导体。另外,具有能够观察液晶取向程度的可见光透射率即可,即使是金属薄膜也没有关系。可以利用与TFT基板中的TFT的活性层相同的半导体膜(例如In-Ga-Zn-O系金属氧化物膜)来形成检查用透明电极92。另外,也可以使用TFT基板或者狭缝基板的端子用的导电膜(例如ITO膜)来形成检查用透明电极92。
此外,从图25和图26可知,即使设置检查用透明电极92,液晶层LC中实心部56与贴片电极15的交叉部(以下为狭缝部)中的液晶层LC的介电常数的变化也不会改变。另外,通过检查用透明电极92的配置,天线单位U的间距也不改变。而且,扫描天线1000通过高频驱动。因此,考虑即使配置检查用透明电极92,也几乎不影响天线性能。
检查用透明电极92的配置并不限于图26所示的例子。为了将检查用透明电极92与实心部56电连接,检查用透明电极92与实心部56的表面(侧面和上表面)中的至少一部分接触即可。例如如图27所示,检查用透明电极92也可以覆盖实心部56中位于相邻的两个狭缝57之间的部分整体。若检查用透明电极92不仅与实心部56的侧面,也与实心部56的上表面接触,则能够降低检查用透明电极92与实心部56的接触电阻。另外,能够抑制检查用透明电极92的剥离。
在图26和图27所示的例子中,检查用透明电极92分别配置在一个狭缝57的右侧和左侧的边缘,对一个天线单位设置有两个检查用透明电极92。而也可以对一个天线单位U仅设置一个检查用透明电极92。
图28的(a)和(b)是表示检查用透明电极92的另一配置例的截面图和顶视图。另外,图28的(c)是表示液晶取向的观察结果的顶视图。
在图28所示的扫描天线1000B中,仅在狭缝57的单侧(在此为右侧)的边缘配置有检查用透明电极92。对一个天线单位U配置有一个检查用透明电极92。其他结构与图26所示的结构相同。在扫描天线1000B中,例如与图26和图27所例示的扫描天线1000A相比,能够进一步降低因检查用透明电极92的配置所引起的对天线动作的影响。
图26~图28示出了将检查用透明电极92设置于狭缝基板201的例子,但如上所述,也可以对TFT基板101设置检查用透明电极92,并从TFT基板101侧观察液晶取向。
图29的(a)和(b)是表示检查用透明电极92的又一配置例的截面图和顶视图。图29的(c)是表示观察结果的顶视图。
在图29所示的扫描天线1000C中,从TFT基板101侧进行液晶取向的观察。因此,贴片电极15成为上部电极UE,狭缝电极55的实心部56成为下部电极LE。检查用透明电极92以与贴片电极15接触的方式配置,并以隔着液晶层LC与实心部56重叠的方式延伸。
优选检查用透明电极92以不影响贴片电极15的长度(狭缝宽度方向x的长度)p1的方式,从贴片电极15的周缘中沿狭缝宽度方向x延伸的部分向狭缝长度方向y延伸。由此,能够降低对天线性能的影响。
即使是扫描天线1000C,从基板法线方向观察时,检查用透明电极92也具有不与贴片电极15重叠而与实心部56重叠的区域(取向控制区域)。天线单位U中由取向控制区域规定的区域成为观察区域Ur。优选检查用透明电极92以不与狭缝57重叠的方式配置。从TFT基板101的上方观察液晶取向时,如图29的(c)所示,在对液晶层LC施加了电压的天线单位U1中,观察区域Ur1成为“明”状态,在未对液晶层LC施加电压的天线单位U2中,观察区域Ur2成为“暗”状态。
像该例子那样,在检查用透明电极92设置于TFT基板101的情况下,检查用透明电极92中不与贴片电极15重叠的部分的狭缝长度方向y的长度92y可以是超过狭缝57的长度s1的0%且为30%以下。另外,检查用透明电极92的上述部分的狭缝宽度方向x的长度92x可以是超过实心部56的宽度(即相邻的两个狭缝57的间隔)的0%且为30%以下。
图30的(a)和(b)是表示检查用透明电极92的又一其他配置例的截面图,图30的(c)是表示其他配置例的俯视图。图30的(a)和(b)分别表示沿着图30的(c)的B-B线和C-C线的截面。图30的(d)是表示液晶取向的观察结果的顶视图。
在图30所示的扫描天线1000D中,检查用透明电极92分别配置在贴片电极15的周缘中沿狭缝宽度方向x延伸的两边。在此,检查用透明电极92也从贴片电极15的边缘起向狭缝长度方向y延伸。但是,检查用透明电极92的狭缝宽度方向x的长度小于图29所示的例子。因此,检查用透明电极92的大致整体位于包含贴片电极15的沿狭缝长度方向y延伸的边的直线94与狭缝57之间。因此,更加抑制检查用透明电极92对贴片电极15的狭缝宽度方向x的长度p1带来的影响,因此能够进一步降低对天线性能的影响。
在图29和图30所示的例子中,检查用透明电极92与贴片电极15的下表面接触,但与贴片电极15的侧面或者上表面接触也没有关系。
图31是例示配置有检查用透明电极92的狭缝基板201的更加具体的结构的示意性截面图。在该例子中,使用端子用的透明导电膜(ITO膜)来形成上部连接部60和检查用透明电极92。除具有检查用透明电极92的这一点以外,具有与图6所示的狭缝基板201同样的结构,因此省略详细的说明。
图32是例示配置有检查用透明电极92的TFT基板101的更加具体的结构的示意性截面图。在该例子中,使用端子用的透明导电膜,来形成源极端子用上部连接部19s、栅极端子用上部连接部19g以及检查用透明电极92。除具有检查用透明电极92的这一点以外,具有与图3所示的TFT基板101同样的结构,因此,省略详细的说明。此外,虽然未图示,但也可以使用共用的氧化物半导体膜,来形成TFT10的活性层和检查用透明电极92。
<在取向检查中使用的检查装置的构成>
接着,说明在取向检查I、II中能够使用的检查装置。在取向检查I、II中,能够使用具备落射式显微镜的同样的检查装置。
图33是在取向检查中使用的检查装置401的示意性立体图。
检查装置401具备:平台181,其载置扫描天线1000;探测夹具189,其用于将平台181上的扫描天线1000连接到电源;以及显微镜183,其对平台181上的扫描天线1000的规定的区域进行放大观察。平台181是可动式的平台,在面内的两个方向(X方向、和与X方向正交的Y方向),能够相对于显微镜183相对地移动。取而代之,也可以显微镜183的头是可动式,能够在X方向和Y方向,相对于平台181相对地移动。
扫描天线1000具有包含多个天线单位U的发送接收区域R1、和位于其周边的非发送接收区域R2。虽然未图示,但在非发送接收区域R2设置有作为基准位置标记的标记190。
平台181或者显微镜183的头移动,由此基于设置于扫描天线1000的基准位置标记,能够将处于指定的坐标的天线单位配置在显微镜183的观察位置。
图34是其他检查装置402的示意性立体图。
在检查装置402中,对显微镜(同轴白色可见光显微镜)183设置有照相系统185。因此,能够通过图像处理自动地进行取向检查。在平台181上,也可以具有用于将扫描天线1000保持在规定的位置的引导销187。虽然未图示,但检查装置402还可以具备用于将检查对象的扫描天线1000设置于检查装置402/从检查装置402取出的装载机/卸载机。其他构成与检查装置401相同。
(基准位置标记的构成)
取向检查时,优选通过坐标管理作为检查对象的天线单位的位置。坐标也可以基于设置于扫描天线1000的非发送接收区域的基准位置标记而规定。
图35的(a)和(b)分别是例示扫描天线1000的基准位置标记的俯视图和标记的放大顶视图。扫描天线1000具有包含多个天线单位U的发送接收区域R1、和位于其周边的非发送接收区域R2。在非发送接收区域R2中设置有作为基准位置标记的多个标记190A~190C。在该例子中,标记190A~190C分别配置在非发送接收区域R2的角处。通过标记190A和190B的直线191与扫描天线1000的外形的长边平行,通过标记190A和190C的直线192与扫描天线1000的外形的短边平行。以标记190A的中央为原点,将直线191设为X轴,将直线192设为Y轴,由此能够以坐标表示发送接收区域R1内的天线单位U的位置。
如图35的(b)所示,各标记190A~190C例如可以具有十字形的图案。在该例子中,在十字形的图案中,交叉的两条线的宽度m1为100μm,长度m2为400μm。标记190A~190C例如也可以在TFT基板中使用与栅极配线相同的导电膜来形成。
<取向检查的工艺流程>
接着,说明取向检查I、II的工艺流程。
在进行取向检查时,首先,预先选择构成扫描天线的多个天线单位之中成为检查对象的天线单位。在本说明书中,将作为检查对象选择出的(典型地多个)天线单位称为“基本检查元件”。例如,也可以将多个天线单位按照与其连接的源极总线或者栅极总线分成多个组,在各组预先选择一个或者多个天线单位作为基本检查元件。由此,能够有效地检测出配线的短路、断线等可能在组单位中产生的动作不良。此外,也可以将构成扫描天线的所有的天线单位设为检查对象。
在取向检查中,首先,将多个基本检查元件中的一个(称为“检查对象元件”)配置于显微镜183的观察位置来进行液晶取向的观察。接着,将剩下的基本检查元件中的一个配置在显微镜183的观察位置,同样地进行液晶取向的观察。这样,依次观察多个基本检查元件的液晶取向。之后,基于观察结果,计算天线单位的不良率。
参照图36说明使用检查装置402(图34)的取向检查方法I的工艺流程的一个例子。
首先,将成为检查对象的扫描天线(以下,称为“面板”。)载置于平台181上(工序S1)。面板的载置既可以通过手动来进行,也可以使用未图示的装载机。接着,沿着平台181上的引导销187决定面板的位置(工序S2)。接下来,使用探测夹具189,将电源连接到面板的源极总线和栅极总线(工序S3)。
接下来,使用设置于面板的标记(图35),确认面板的位置(工序S4)。之后,选择基本检查元件的一个作为检查对象元件,并基于与检查对象元件对应的坐标(检查元件坐标),使面板相对于显微镜183相对地移动,来将检查对象元件配置在通过显微镜183进行观察的位置(工序S5)。
接着,对源极总线施加电压。在此,例如对源极总线施加+2~10V左右的电压。狭缝电极连接到基准电位(接地)。在该状态下,观察由栅极电压的接通断开引起的液晶取向的变化(工序S6)。在此,例如,在栅极电压接通时对栅极总线施加+18V。
液晶取向的观察例如像以下那样进行。首先,使用白色可见光光源、白色激光二极管(laser diode)等光源,调整对检查对象元件照射的可见光的量。接着,使可见光入射到检查对象元件,测量来自观察区域(能观察液晶取向的区域)Ur的反射光的强度。通过将预先设定的反射光的基准强度、与测量出的反射光的强度进行比较,判定液晶分子是否因斜电场而沿规定的方向取向。具体而言,若反射光的强度为基准强度以上(“明”状态),则判定为产生了斜电场,即对检查对象元件的液晶层施加了规定的电压。另一方面,若反射光的强度小于基准强度(“暗”状态),则判断为未产生斜电场,即未对检查对象元件的液晶层施加规定的电压,液晶分子不具有规定的取向(取向不良)。作为“取向不良”的主要原因,考虑产生了某些配线不良或者该检查对象元件单独的不良(单元件不良)。
此外,也可以不对反射光的强度进行测定,而通过视觉或者图像处理来进行“明”状态或者“暗”状态的判别。或者,也能进行自动检查。在自动检查中,例如能在工序S6中执行以下的工艺。首先,分别获取栅极电压接通和断开时的检查对象元件的图像。接着,对上述图像进行比较,测定出亮度的变化量最大的点的变化量,并基于预先设定的亮度变化量的基准值,判定取向不良的有无。例如,若测定出的亮度变化量小于预先设定的基准值,则判断为在检查对象元件中产生了取向不良。
接着,选择基本检查元件中尚未观察取向状态的元件中的一个作为新的检查对象元件,同样地,进行工序S5~S6来观察液晶取向。这样,依次观察所有的基本检查元件的液晶取向。
之后,基于观察结果,计算出具有取向不良的天线单位的比例(元件不良率)、或者线缺陷(配线的断线等)的比例等,判定作为面板整体的动作不良的有无(面板不良)。
此外,在判断为检查对象元件具有取向不良的情况下,为了调查取向不良的原因,可以选择除基本检查元件以外的天线单位作为追加检查元件,进行追加检查元件的液晶取向的观察。
图37是说明取向检查I的其他工艺流程的图。工序S1~S6参照图36且与上述的工序相同。
在该例子中,根据工序S6中的液晶取向的观察的结果,在判断为检查对象元件不具有规定的液晶取向的情况下,进行进一步的检查,调查不良的原因(工序S7)。
例如,利用与工序S5~S6同样的方法观察连接到与判定为取向不良的检查对象元件(称为“取向不良元件”)共用的栅极总线的其他天线单位Ug、以及连接到与取向不良元件共用的源极总线的其他天线单位Us的液晶取向。由此,能够判定在源极总线或者栅极总线中产生了断线、短路等(线不良)、还是单独的元件不良(单元件不良)。具体而言,若在天线单位Ug中产生取向不良,则判断为在栅极总线中产生了断线等,若在天线单位Us中产生取向不良,则判断为在源极总线中产生了断线等。另外,若天线单位Ug、Us均具有规定的液晶取向,则判断为在取向不良元件本身中存在不良“单元件不良”。
之后,选择下一基本检查元件作为检查对象元件,按照工序S5~S6进行液晶取向的观察。在判定为取向不良的情况下,进行工序S7,确定出取向不良的原因。这样,依次对其他基本检查元件也利用同样的方法进行取向检查,调查取向不良的原因。
接着,基于观察结果,求出面板的单元件不良率和线缺陷数量。单元件不良率是判定为单元件不良的元件数量与基本检查元件总数的比例。
之后,将计算出的单元件不良率和线缺陷数量与预先设定的单元件不良率和线缺陷数量的上限值进行比较,判断有无作为面板整体的动作不良(面板不良)。预先设定的单元件不良率的上限值例如可以是10%,线缺陷率(线缺陷数量与线总数的比例)的上限值例如可以是1%。
或者,也可以根据由观察结果计算出的单元件不良率和线缺陷数量,计算出“元件不良率”。在此,将计算出由线缺陷导致的不良率作为在连接到该线的所有的天线单位中产生了动作不良。将由该线缺陷导致的不良率与单元件不良率的合计的不良率设为“元件不良率”。也可以将计算出的元件不良率与预先设定的元件不良率的上限值进行比较,判断有无面板不良。预先设定的元件不良率的上限值例如可以是10%。
根据图37所示的检查方法,即使不对所有的天线单位U进行检查,不仅能调查面板的动作不良的有无,还能够调查其原因。因此,能够更加高效且可靠地进行取向检查。
此外,在图36和图37中,例示了取向检查I的工艺流程,但在使用检查用透明电极观察液晶取向的情况下(取向检查II),也应用同样的工艺流程。在取向检查I和取向检查II中,取向检查时使面板驱动的电压既可以相同,也可以不同。在取向检查II中,在观察液晶取向时,例如,对源极总线施加+2~10V,对栅极总线施加+18V,对狭缝电极施加0V。
(基本检查元件的选择方法)
在图36和图37所例示的取向检查中,通过仅对构成扫描天线的多个天线单位的一部分的液晶取向进行检查,能够抑制检查时间和检查成本并提高生产量。以下,说明选择成为检查对象的天线单位(基本检查元件)的方法的一个例子。
图38是表示扫描天线1000的天线单位U的一部分的示意图。
首先,将多个天线单位中、连接到相同配线(在此为源极总线S)的多个天线单位看作一个组来分组化。
在该例子中,多个源极总线S(1)~S(3)沿行方向延伸。各源极总线经由TFT(未图示)与多个天线单位的贴片电极15连接。
在源极总线S(1)上连接有沿行方向排列的多个天线单位U(1a)~U(1g)的贴片电极15。将上述天线单位U(1a)~U(1g)设为组1。同样地,将贴片电极15连接到源极总线S(2)的多个天线单位U(2a)~U(2g)设为组2,将贴片电极15连接到源极总线S(3)的多个天线单位U(3a)~U(3g)设为组3。
接着,按照每个组设定检查对象元件。例如,可以选择天线单位U(1a)、(1d)、(1g)和与它们处于相同列的天线单位作为基本检查元件。基本检查元件的数量、排列等并不限于图示的例子。
优选在一个组中设定两个以上的基本检查元件。若在某组内的所有的基本检查元件中产生取向不良,则能够判断为在该组的天线单位所连接的配线中产生短路、断线等不良。因此,认为该组内的所有的天线单位具有动作不良(组缺陷)。
图39是用于说明本实施方式的检查对象元件的其他选择方法的图,示出了扫描天线1000中的TFT基板的天线单位U的一部分。
多个源极总线S(1)~S(3)沿行方向延伸,多个栅极总线G(1)~G(3)沿列方向延伸。另外,多个天线单位沿行方向和列方向排列。处于相同列的天线单位的TFT的栅极电极连接到相同的栅极总线,处于相同行的天线单位的TFT的源极电极连接到相同的源极总线。在此,将具有连接到源极总线S(n)和栅极总线G(m)的TFT的天线单位设为U(n-m)。例如,天线单位(1-1)的TFT连接到源极总线S(1)和栅极总线G(1)。
在该例子中,设定天线单位U(1-1)、U(2-2)及U(3-3)作为基本检查元件。上述天线单位彼此未连接到共用的配线(栅极总线和源极总线)。若判定为某基本检查元件的液晶取向正常,则判断为在连接到该基本检查元件的源极总线和栅极总线中未产生不良。根据该方法,能够降低调查所有的线不良所需的基本检查元件的数量,因此能够进一步降低检查成本和检查时间。
另外,也可以在判定为在某基本检查元件中产生取向不良的情况下,例如参照图37进行上述的工序S7。即,进行连接到共用的配线的其他天线单位的取向检查,判定在源极总线或者栅极总线中产生了断线等(线不良)、还是单独的元件不良。例如若判定为天线单位U(2-2)取向不良,则检查连接到与天线单位U(2-2)共用的栅极总线的其他天线单位U(1-2)、U(3-2)等的液晶取向。同样地,检查连接到与天线单位U(2-2)共用的源极总线的其他天线单位U(2-1)、U(2-3)等的液晶取向。由此,能够判断栅极总线不良或源极总线不良的有无。在未产生任何线不良的情况下,判断为在天线单位U(2-2)本身中存在不良(单元件不良)。
(基本检查元件的结构)
为了能够更加容易地观察基本检查元件的观察区域的液晶取向,也可以使基本检查元件的电极结构与其他天线单位的电极结构不同。例如,可以在基本检查元件的上部电极和下部电极中的至少一方设置凹部或者凸部,扩大观察区域Ur(参照图21~图24)。或者,可以以与基本检查元件的上部电极或下部电极接触的方式形成检查用透明电极(参照图26~图32)。由此,与像上述那样将构成扫描天线的所有的天线单位的电极结构进行变更的情况相比,能够抑制电极结构的变更对天线性能的影响。
另外,在判断为基本检查元件取向不良的情况下,也可以预选设定有可能成为取向检查的对象的天线单位(追加检查元件),如上述那样对基本检查元件和追加检查元件的电极结构进行变更,使之与其他天线单位的电极结构不同。
本发明的实施方式的扫描天线根据需要收纳于例如塑料制的箱体。优选箱体使用不影响微波的发送接收的介电常数εM小的材料。另外,可以在箱体的与发送接收区域R1对应的部分设置贯通孔。而且,为了使液晶材料不暴露于光中,也可以设置遮光结构。遮光结构例如设为对从TFT基板101的电介质基板1进而/或狭缝基板201的电介质基板51的侧面在电介质基板1和/或51内传播并入射到液晶层的光进行遮光。介电各向异性ΔεM大的液晶材料,有的易于发生光劣化,优选不仅对紫外线还对可见光中短波长的蓝色光进行遮光。例如通过使用黑色的粘合胶带等遮光性的胶带而能在需要的部位容易地形成遮光结构。
本发明的实施方式例如应用于移动体(例如船舶、飞机、汽车)所搭载的卫星通信、卫星广播用的扫描天线及其制造中。
符号说明
1 电介质基板
2 基底绝缘膜
3 栅极电极
4 栅极绝缘层
5 半导体层
6D 漏极接触层
6S 源极接触层
7D 漏极电极
7S 源极电极
7p 源极连接配线
11 第一绝缘层
15 贴片电极
15e 贴片电极的边缘
15p 贴片连接部
17 第二绝缘层
18g、18s、18p 开口部
19g 栅极端子用上部连接部
19p 传输端子用上部连接部
19s 源极端子用上部连接部
21 对准标记
23 保护导电层
51 电介质基板
52 第三绝缘层
54 电介质层(空气层)
55 狭缝电极
55L 下层
55M 主层
55U 上层
55c 接触面
56 实心部
56e 实心部的边缘
57 狭缝
58 第四绝缘层
60 上部连接部
65 反射导电板
68 加热器用电阻膜
70 供电装置
71 导电性珠
72 供电销
73 密封部
81、82 狭槽(凹部)
83 凸部
92 检查用透明电极
101、102、103、104、105 TFT基板
201、203、204 狭缝基板
181 平台
183 显微镜
185 照相系统
187 引导销
189 探测夹具
190、190A、190B、190C 标记
401、402 检查装置
1000、1000A、1000B、1000C、1000D 扫描天线
CH1、CH2、CH3、CH4、CH5、CH6 接触孔
GD 栅极驱动器
GL 栅极总线
GT 栅极端子部
SD 源极驱动器
SL 源极总线
ST 源极端子部
PT 传输端子部
IT 端子部
LC 液晶层
LE 下部电极
UE 上部电极
UEe 上部电极的边缘
R1 发送接收区域
R2 非发送接收区域
Rs 密封区域
U、U1、U2 天线单位、天线单位区域
Ur、Ur1、Ur2 观察区域

Claims (20)

1.一种扫描天线,其具有排列有多个天线单位的发送接收区域;和位于所述发送接收区域以外的区域的非发送接收区域,所述扫描天线的特征在于,具备:
TFT基板,其具有第一电介质基板、由所述第一电介质基板支承的多个TFT、多个栅极总线、多个源极总线、以及多个贴片电极;
狭缝基板,其具有第二电介质基板、和设置于所述第二电介质基板的第一主面的狭缝电极;
液晶层,其设置在所述TFT基板与所述狭缝基板之间;以及
反射导电板,其以隔着电介质层与所述第二电介质基板的与所述第一主面相反的一侧的第二主面相对的方式配置,
所述狭缝电极具有与所述多个贴片电极对应配置的多个狭缝、和未形成所述多个狭缝的实心部,
所述多个天线单位分别包含:所述多个TFT的一个、所述多个贴片电极的一个、以及所述狭缝电极中的包含所述多个狭缝中的一个的部分,
从所述第一电介质基板的法线方向观察时,在所述多个天线单位的每一个中,所述贴片电极以沿第一方向横切所述狭缝的方式配置,且在所述狭缝的两侧与所述实心部重叠,
从所述第一电介质基板的法线方向观察时,在所述多个天线单位中的至少一部分的天线单位中,所述实心部的周缘和所述贴片电极的周缘中的至少一方具有凹部或凸部。
2.根据权利要求1所述的扫描天线,其特征在于,
从所述第一电介质基板的法线方向观察时,在所述至少一部分的天线单位中,所述凹部或者所述凸部包含设置于所述实心部的所述周缘的第一凹部,所述第一凹部位于所述实心部的所述周缘中与所述贴片电极重叠的部分。
3.根据权利要求1所述的扫描天线,其特征在于,
从所述第一电介质基板的法线方向观察时,在所述至少一部分的天线单位中,所述凹部或者所述凸部包含设置于所述贴片电极的所述周缘的第二凹部,所述第二凹部位于所述贴片电极的所述周缘中与所述实心部重叠的部分。
4.根据权利要求1所述的扫描天线,其特征在于,
从所述第一电介质基板的法线方向观察时,在所述至少一部分的天线单位中,所述凹部或者所述凸部包含设置于所述贴片电极的所述周缘中沿所述第一方向延伸的部分的第一凸部,
所述第一凸部以所述贴片电极中的与所述第一方向正交的第二方向的宽度的一部分变大的方式配置,
所述贴片电极的所述第一方向上的两个端部中至少一方的端部的所述第二方向的宽度比其他部分的所述第二方向的宽度大。
5.根据权利要求4所述的扫描天线,其特征在于,
从所述第一电介质基板的法线方向观察时,在所述狭缝内,所述贴片电极的所述宽度与其他部分相比,在所述实心部的所述周缘的附近更大。
6.根据权利要求4所述的扫描天线,其特征在于,
所述贴片电极的所述宽度与其他部分相比,在与所述实心部重叠的部分处更大。
7.根据权利要求3或6所述的扫描天线,其特征在于,
所述贴片电极的厚度为2μm以上。
8.根据权利要求2或5所述的扫描天线,其特征在于,
所述狭缝电极的厚度为2μm以上。
9.根据权利要求1~6中的任一项所述的扫描天线,其特征在于,
所述凹部或者所述凸部仅设置于所述多个天线单位中一部分的天线单位。
10.一种扫描天线,其具有排列有多个天线单位的发送接收区域;和位于所述发送接收区域以外的区域的非发送接收区域,所述扫描天线的特征在于,具备:
TFT基板,其具有第一电介质基板、由所述第一电介质基板支承的多个TFT、多个栅极总线、多个源极总线、以及多个贴片电极,所述多个TFT和所述多个贴片电极分别与所述多个天线单位对应配置;
狭缝基板,其具有第二电介质基板、和设置于所述第二电介质基板的第一主面的狭缝电极;
液晶层,其设置在所述TFT基板与所述狭缝基板之间;以及
反射导电板,其以隔着电介质层与所述第二电介质基板的与所述第一主面相反的一侧的第二主面相对的方式配置,
所述狭缝电极具有与所述多个贴片电极对应配置的多个狭缝、和未形成所述多个狭缝的实心部,
从所述第一电介质基板的法线方向观察时,在所述多个天线单位的每一个中,所述贴片电极以沿着第一方向横切所述狭缝的方式配置,且在所述狭缝的两侧与所述实心部重叠,
所述多个天线单位中的至少一部分的天线单位还具有透明电极,所述透明电极与所述实心部和所述贴片电极的一方接触,且比所述实心部和所述贴片电极的所述一方薄,
从所述第一电介质基板的法线方向观察时,所述透明电极包含取向控制区域,所述取向控制区域不与所述实心部和所述贴片电极的所述一方重叠,且隔着液晶层与所述实心部和所述贴片电极的另一方重叠。
11.根据权利要求10所述的扫描天线,其特征在于,
所述透明电极具有高于所述实心部和所述贴片电极的所述一方的电阻。
12.根据权利要求10或11所述的扫描天线,其特征在于,
所述实心部和所述贴片电极的所述一方为所述实心部,所述取向控制区域以在所述狭缝内与所述贴片电极重叠的方式配置。
13.根据权利要求10或11所述的扫描天线,其特征在于,
所述实心部和所述贴片电极的所述一方为所述贴片电极。
14.根据权利要求13所述的扫描天线,其特征在于,
所述取向控制区域从所述贴片电极的周缘中沿所述第一方向延伸的部分向与所述第一方向正交的第二方向延伸。
15.根据权利要求10或11所述的扫描天线,其特征在于,
所述TFT基板和所述狭缝基板分别具有用于形成端子的透明导电层,所述透明电极由与所述TFT基板或者所述狭缝基板的所述透明导电层共用的导电膜形成。
16.根据权利要求10或11所述的扫描天线,其特征在于,
所述透明电极由与所述多个TFT的活性层共用的半导体膜形成。
17.一种检查方法,其是具有排列有多个天线单位的发送接收区域;和位于所述发送接收区域以外的区域的非发送接收区域的扫描天线的检查方法,所述扫描天线的特征在于,具备:
TFT基板,其具有第一电介质基板、由所述第一电介质基板支承的多个TFT、多个栅极总线、多个源极总线、以及多个贴片电极;
狭缝基板,其具有第二电介质基板、和设置于所述第二电介质基板的第一主面的狭缝电极;
液晶层,其设置在所述TFT基板与所述狭缝基板之间;以及
反射导电板,其以隔着电介质层与所述第二电介质基板的与所述第一主面相反的一侧的第二主面相对的方式配置,
所述狭缝电极具有与所述多个贴片电极对应配置的多个狭缝、和未形成有所述多个狭缝的实心部,
所述实心部和所述多个贴片电极均为金属电极,
所述多个天线单位分别包含:所述多个TFT的一个、所述多个贴片电极的一个、以及所述狭缝电极中的包含所述多个狭缝中的一个的部分,
从所述第一电介质基板的法线方向观察时,在所述多个天线单位的每一个中,所述贴片电极以沿第一方向横切所述狭缝的方式配置,且在所述狭缝的两侧与所述实心部重叠,所述检查方法包含:
工序A,从所述多个天线单位选择至少一个作为检查对象的天线单位;以及
工序B,从所述TFT基板或者所述狭缝基板的上方观察反射光的工序,所述反射光是在对所述狭缝电极、和所述多个源极总线和所述多个栅极总线中连接到所述选择出的天线单位的总线分别施加规定的电压的状态下,使可见光入射到所述选择出的天线单位时的反射光,
在所述工序B中,在所述选择出的天线单位中,将所述实心部和所述贴片电极中观察侧的电极设为上部电极,将另一电极设为下部电极,并从所述上部电极的上方观察时,若将不被所述上部电极覆盖、且存在所述下部电极的区域设为第一区域,则所述第一区域的一部分成为进行所述反射光的观察的观察区域,
根据来自所述观察区域的所述反射光的强度的大小,判断所述选择出的天线单位的好坏。
18.根据权利要求17所述的检查方法,其特征在于,
作为检查对象的天线单位还具有连接到所述上部电极的透明电极,
在所述工序B,所述观察区域是所述透明电极隔着所述液晶层与所述下部电极重叠的区域,所述反射光的观察隔着所述透明电极而进行。
19.根据权利要求17所述的检查方法,其特征在于,
在所述工序B,所述观察区域是液晶取向能够因在所述上部电极的边缘与所述下部电极之间产生的斜电场而变化的区域。
20.根据权利要求17~19中的任一项所述的检查方法,其特征在于,
在所述工序A,将所述多个天线单位按照与其连接的源极总线或者栅极总线分成多个组,在各组至少各一个地选择作为所述检查对象的天线单位。
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