CN112425001A - 天线结构体及包含其的显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的天线结构体包含膜天线和柔性电路基板，上述膜天线包含介电层和形成于上述介电层的上表面上的天线电极层，上述柔性电路基板包含与上述天线电极层电连接的馈电配线。由上述天线电极层与上述馈电配线在俯视方向上重叠的区域定义接合区域，上述接合区域的长度为1.5mm以下。通过调整接合区域的长度，能够提高信号效率以及辐射可靠性。

Description

天线结构体及包含其的显示装置
技术领域
本发明涉及天线结构体及包含其的显示装置。更详细而言，涉及包含电极和介电层的天线结构体、以及包含上述天线结构体显示装置。
背景技术
近年来，随着信息化社会的发展，Wi-Fi、蓝牙(Bluetooth)等无线通信技术与显示装置结合，例如以智能手机的形式实现。该情况下，天线与上述显示装置结合而能够实施通信功能。
最近，随着移动通信技术的发展，有必要将用于进行超高频带通信的天线与上述显示装置结合。
此外，由于搭载了天线的显示装置变得更加轻薄，上述天线所占的空间也会减少。为此，在有限的空间内同时实现高频、宽带信号的发送和接收存在局限。
因此，要求开发在上述薄型显示装置中以膜或贴片的形式嵌入、且虽为薄型结构也能够确保辐射特性的可靠性的天线。
例如，从驱动集成电路(IC)芯片向天线进行馈电时，可能会由分配电力的配线引起非有意的辐射。由此，可能产生噪声，天线的辐射效率可能下降。
例如，韩国公开专利第2013-0095451号公开了一种与显示面板一体化的天线，但是没有提供上述问题的解决方案。
发明内容
技术课题
本发明的课题在于，提供具有提高了的信号效率和可靠性的天线结构体。
本发明的课题在于，提供包含具有提高了的信号效率和可靠性的天线结构体的显示装置。
解决课题的方法
1.一种天线结构体，其包含膜天线和柔性电路基板，
上述膜天线包含介电层和形成于上述介电层的上表面上的天线电极层，
上述柔性电路基板包含与上述天线电极层电连接的馈电配线，
由上述天线电极层与上述馈电配线在俯视方向上重叠的区域定义接合区域，上述接合区域的长度为1.5mm以下。
2.如上述项1所述的天线结构体，上述接合区域的长度为1.1mm以下。
3.如上述项1所述的天线结构体，上述接合区域的长度为50μm～0.7mm。
4.如上述项1所述的天线结构体，上述天线电极层包含辐射图案和与上述辐射图案电连接的信号焊盘，
上述馈电配线与上述信号焊盘电连接。
5.如上述项4所述的天线结构体，上述馈电配线和上述信号焊盘具有相同的接合宽度。
6.如上述项5所述的天线结构体，进一步包含配置于上述馈电配线与上述信号焊盘之间的导电性中间结构物，
上述导电性中间结构物具有与上述馈电配线和上述信号焊盘相同的上述接合宽度。
7.如上述项1所述的天线结构体，上述柔性电路基板进一步包含芯层和配置于上述芯层的上表面的馈电接地，
上述馈电配线配置于上述芯层的底面上。
8.如上述项7所述的天线结构体，上述天线电极层包含辐射图案、与上述辐射图案电连接的信号焊盘、以及配置于上述信号焊盘的周围的接地焊盘，上述馈电接地与上述接地焊盘电连接。
9.如上述项1所述的天线结构体，上述柔性电路基板配置于上述膜天线的上述天线电极层之上。
10.如上述项1所述的天线结构体，上述柔性电路基板配置于上述膜天线的介电层的底面之下。
11.如上述项10所述的天线结构体，上述膜天线进一步包含配置于上述介电层的上述底面上的天线接地层。
12.如上述项10所述的天线结构体，上述天线电极层在上述介电层的上述底面上弯曲并延伸。
13.如上述项12所述的天线结构体，上述柔性电路基板进一步包含将上述天线电极层与上述馈电配线电连接的馈电触点。
14.如上述项1所述的天线结构体，其进一步包含配置于上述柔性电路基板上、且经由上述馈电配线而向上述天线电极层供给电力的驱动集成电路芯片。
15.如上述项14所述的天线结构体，其以20～30GHz的频率驱动，通过上述驱动集成电路芯片供给与40～70Ω的范围相对应的电力。
16.如上述项1所述的天线结构体，上述天线电极层包含网格结构。
17.如上述项16所述的天线结构体，上述膜天线进一步包含配置于上述天线电极层的周围的虚设网格层。
18.一种显示装置，其包含上述项1～17中任一项所述的天线结构体。
发明效果
本发明的实施方式的天线结构体中，能够将与柔性电路基板的馈电配线连接的天线电极层的接合长度调节至预定的范围内。此外，能够将上述馈电配线和天线电极层的接合宽度实质相同地形成。由此，能够提高上述天线电极层和馈电配线的接合区域中的阻抗匹配，抑制来自上述馈电配线的自辐射。由此，能够提高例如从驱动IC芯片向上述天线电极的信号供给效率以及可靠性。
一些实施方式中，上述柔性电路基板可以进一步包含配置于上述馈电配线的上层的馈电接地。由此，能够进一步屏蔽或减小来自上述馈电配线的自辐射。
一些实施方式中，通过将上述天线电极层的至少一部分形成为网格结构，从而能够提高天线结构体的透过率。例如，上述天线结构体应用于具备能够进行3G以上、例如5G高频带的信号发送和接收的移动通信设备的显示装置，能够同时提高辐射特性以及透过度之类的光学特性。
附图说明
图1是示出例示性实施方式的天线结构体的概略截面图。
图2是用于说明例示性实施方式的天线结构体的天线电极层的结构的概略俯视图。
图3是示出一些实施方式的接合区域中的馈电配线与天线电极层的连接的部分放大截面图。
图4是示出一些例示性实施方式的天线结构体的概略截面图。
图5是用于说明一些例示性实施方式的天线结构体的天线电极层的结构的概略俯视图。
图6是示出例示性实施方式的显示装置的概略俯视图。
图7是示出例示性实施方式的天线结构体的S参数随接合区域的长度变化而变化的图形。
具体实施方式
本发明的实施方式提供一种天线结构体，其包含介电层、天线电极以及含有与上述天线电极电连接的馈电配线层的柔性电路基板，通过调节连接上述馈电配线层与上述天线电极的接合区域的长度而提高辐射可靠性。上述天线结构体例如可以为以透明膜形态制作的微带贴片天线(microstrip patch antenna)。上述天线结构体例如可以在用于3G～5G移动通信的通信设备中应用。
此外，本发明的实施方式提供包含上述天线结构体的显示装置。
以下，参照附图来更加具体地说明本发明的实施方式。但是，本说明书随附的附图是例示本发明的优选的实施方式的，起到进一步帮助理解发明的具体实施方式以及本发明的技术思想的作用，因此本发明不应解释成仅限定于附图所记载的事项。
以下的附图中，例如，将平行于介电层110的上表面、且彼此交叉的两个方向定义为第一方向和第二方向。例如，上述第一方向和第二方向可以彼此垂直地交叉。将与介电层110的上表面垂直的方向定义为第三方向。例如，上述第一方向可以相当于上述天线结构体的长度方向，上述第二方向可以相当于上述天线结构体的宽度方向，上述第三方向可以相当于上述天线结构体的厚度方向。上述方向的定义在其他附图中也同样适用。
图1是示出例示性实施方式的天线结构体的概略截面图。
参照图1，上述天线结构体可以包含膜天线100以及柔性电路基板(FPCB)200。上述天线结构体可以进一步包含经由柔性电路基板200与膜天线100电连接的驱动集成电路(IC)芯片。
膜天线100可以包含介电层110以及配置于介电层110的上表面上的天线电极层120。一些实施方式中，在介电层110的底面上可以配置天线接地层130。
介电层110例如可以包含透明树脂物质。例如，介电层110可以包含聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚间苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等聚酯系树脂；二乙酰纤维素、三乙酰纤维素等纤维素系树脂；聚碳酸酯系树脂；聚(甲基)丙烯酸甲酯、聚(甲基)丙烯酸乙酯等丙烯酸树脂；聚苯乙烯、丙烯腈-苯乙烯共聚物等苯乙烯系树脂；聚乙烯、聚丙烯、环系或具有降冰片烯结构的聚烯烃、乙烯-丙烯共聚物等聚烯烃系树脂；氯乙烯系树脂；尼龙、芳香族聚酰胺等酰胺系树脂；酰亚胺系树脂；聚醚砜系树脂；砜系树脂；聚醚醚酮系树脂；聚苯硫醚系树脂；乙烯醇系树脂；偏二氯乙烯系树脂；乙烯缩丁醛系树脂；烯丙基化物系树脂；聚甲醛系树脂；环氧系树脂等热塑性树脂。它们可以单独使用或将两种以上组合使用。
此外，也可以利用由(甲基)丙烯酸系、氨基甲酸酯系、丙烯酸氨基甲酸酯系、环氧系、有机硅系等热固性树脂或紫外线固化型树脂形成的透明膜作为介电层110。一些实施方式中，介电层110还可以包含光学透明粘着剂(Optically clear Adhesive：OCA)、光学透明树脂(Optically Clear Resin：OCR)等粘接膜。
一些实施方式中，介电层110可以包含硅氧化物、硅氮化物、硅氮氧化物、玻璃等无机绝缘物质。
一实施方式中，介电层110可以以实质单层来提供。一实施方式中，介电层110也可以包含至少两层以上的多层结构。
借助介电层110而在天线电极层120与天线接地层130之间形成电容(capacitance)或电感(inductance)，能够调节上述膜天线可驱动或感应的频带。一些实施方式中，介电层110的介电常数可以在约1.5～12的范围调节。如果上述介电常数大于12，则驱动频率过度减小而可能无法实现期望的高频带中的驱动。
天线电极层120可以包含膜天线100的辐射图案。根据例示性实施方式，天线电极层120进一步包含传输线路和焊盘电极，借助上述传输线路，能够将上述焊盘电极与上述辐射图案彼此电连接。上述焊盘电极可以包含信号焊盘和接地焊盘。关于天线电极层120的构成以及结构，将参照图2在后文中详细描述。
天线接地层130可以配置于介电层110的上述底面上。一些实施方式中，天线接地层130在俯视方向上可以以与天线电极层120整体重叠的方式配置。
天线电极层120和天线接地层130可以包含银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、铝(Al)、铂(Pt)、钯(Pd)、铬(Cr)、钛(Ti)、钨(W)、铌(Nb)、钽(Ta)、钒(V)、铁(Fe)、锰(Mn)、钴(Co)、镍(Ni)、锌(Zn)、锡(Sn)或它们的合金。它们可以单独使用或将两种以上组合使用。例如，为了实现低电阻，可以使用银(Ag)或银合金(例如银-钯-铜(APC)合金)。
一些实施方式中，天线电极层120和天线接地层130也可以包含氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铟锡锌(ITZO)、锌氧化物(ZnOx)之类的透明金属氧化物。
柔性电路基板200可以以与膜天线100电连接的方式配置于天线电极层120上。柔性电路基板200可以包含芯层210、馈电配线220以及馈电接地230。在芯层210的上表面和下表面之上分别可以形成用于保护配线的上部覆盖(coverlay)膜250和下部覆盖膜240。
芯层210例如可以包含聚酰亚胺、环氧树脂、聚酯、环烯烃聚合物(COP)、液晶聚合物(LCP)等具有柔性的树脂物质。
馈电配线220例如可以配置于芯层210的底面上。馈电配线220可以作为从驱动集成电路(IC)芯片280向天线电极层120分配电力的配线来提供。
根据例示性实施方式，馈电配线220可以经由导电性中间结构物150与天线电极层120(例如，图2所示的信号焊盘126)电连接。
导电性中间结构物150例如可以由各向异性导电膜(ACF)来制造。该情况下，导电性中间结构物150可以包含分散在树脂层内的导电性粒子(例如，银粒子、铜粒子、碳粒子等)。
如图1所示，可以由天线电极层120、导电性中间结构物150和馈电配线220在上述第三方向上依次接触或层叠的区域来定义接合区域BA。
例如，通过将下部覆盖膜240部分切断或去除，能够使与接合区域BA相对应的尺寸的馈电配线220部分露出。将露出的馈电配线220部分与天线电极层120隔着导电性中间结构物150加压接合，从而能够实现接合区域BA中的接合结构。
在芯层210的上表面上可以配置馈电接地230。馈电接地230可以具有线形或板形。馈电接地230可以作为屏蔽或抑制由馈电配线220产生的噪声或自辐射的屏障而发挥功能。
馈电配线220和馈电接地230可以包含天线电极层120中说明的金属和/或合金。
一些实施方式中，馈电接地230可以经由贯穿芯层210的接地触点(未图示)与天线电极层120的接地焊盘123、125(参照图2)电连接。
在柔性电路基板200上可以配置驱动IC芯片280。可以从驱动IC芯片280经由馈电配线220向天线电极层120供给电力。例如，在柔性电路基板200内，可以进一步包含将驱动IC芯片280与馈电配线220电连接的电路或触点。
图2是用于说明例示性实施方式的天线结构体的天线电极层的结构的概略俯视图。图3是示出接合区域中的馈电配线与天线电极层的连接的部分放大截面图。
参照图2，如上所述，图1所示的天线电极层120可以包含辐射图案122、传输线路124和焊盘电极。上述焊盘电极可以包含信号焊盘126和接地焊盘123、125。
传输线路124可以从辐射图案122分支并在上述第一方向上延伸。一实施方式中，传输线路124可以与辐射图案122实质一体地连接而作为单一的构件来提供。
一些实施方式中，可以将传输线路124的末端部作为信号焊盘126来提供。上述接地焊盘可以包含第一接地焊盘123和第二接地焊盘125。第一接地焊盘123和第二接地焊盘125可以以夹着信号焊盘126且彼此在上述第二方向上相对的方式配置。
可以将俯视方向上覆盖信号焊盘126和接地焊盘123、125的区域作为图1中说明的进行与柔性电路基板200连接的接合区域(BA)来提供。
一些实施方式中，柔性电路基板200的馈电配线220可以与信号焊盘126选择性连接。该情况下，接合区域BA也可以定义为覆盖图2中的信号焊盘126的区域。
接合区域的长度(以下，有时简称为“接合长度”。)BL可以和与信号焊盘126连接的馈电配线220部分的长度(上述第一方向上的长度)实质相同。此外，接合长度BL可以和信号焊盘126的长度实质相同。
接合宽度BW可以和与信号焊盘126连接的馈电配线220部分的宽度(第二方向上的宽度)实质相同。此外，接合宽度BW可以和信号焊盘126的宽度实质相同。
根据例示性实施方式，接合长度BL可以为约1.5mm以下。在上述范围内，能够实质实现馈电配线220与信号焊盘126之间的阻抗匹配。
例如，为了在约20GHz～30GHz范围的高频通信时通过驱动IC芯片280来进行无信号反射的共振，可以将电阻或阻抗设置在约40～70Ω、优选在约50～60Ω、更优选在约50Ω附近。
该情况下，馈电配线220和信号焊盘126也有必要在上述范围实现阻抗匹配。在没有实现上述阻抗匹配的情况下，馈电配线220可能自身产生辐射而发生信号损失，且对于天线电极层120的信号效率可能下降。
此外，在插入导电性中间结构物150那样的不同材质的中间结构物的情况下，为了实现上述阻抗匹配，有必要更精密地设计接合区域BA。
根据例示性实施方式，通过将接合长度BL限制在约1.5mm以下，能够将信号反射或来自馈电配线220的自辐射去除或大幅减小。
一实施方式中，接合长度BL可以为约1.1mm以下。一个优选的实施方式中，接合长度BL可以为约0.7mm以下。此外，接合长度BL可以为约50μm以上以实现实质性的电连接。
图3是示出一些实施方式的接合区域中的馈电配线层与天线电极层的连接的部分放大截面图。
参照图3，在接合区域BA中信号焊盘126、导电性中间结构物150和馈电配线220依次接触或层叠而可以定义接合结构物。
馈电配线220和导电性中间结构物150可以具有与信号焊盘126实质相同的宽度。由此，包含信号焊盘126、导电性中间结构物150和馈电配线220的上述接合结构物可以具有带有接合宽度BW的单一的图案形状。
本说明书中所使用的“实质相同的宽度”应当按照允许工序误差或排列误差的含义来理解。例如，实质相同的宽度可以包含信号焊盘126的宽度或接合宽度BW的约70～130％、优选为约80～120％、更优选为约90～110％的范围。
通过使馈电配线220和导电性中间结构物150的宽度与接合宽度BW一致，从而能够更加容易地实现或长时间维持调节前述的接合长度BL而确保的阻抗匹配。
一些实施方式中，馈电接地230可以具有与接地焊盘123、125实质相同的宽度且重叠。例如，馈电接地230可以为接地焊盘123、125的宽度的约70～130％、优选为约80～120％、更优选为约90～110％的范围。
图4是示出一些例示性实施方式的天线结构体的概略截面图。
参照图4，柔性电路基板200可以配置于膜天线100a之下。例如，柔性电路基板200可以在介电层110的底面层与膜天线100a结合。
该情况下，如图4所示，馈电配线220可以经由馈电触点260与天线电极层120a电连接。一些实施方式中，天线电极层120a可以沿介电层110的侧壁弯曲而在介电层110的底面上延伸。例如，可以将天线电极层120a的信号焊盘在介电层110的上述底面上延伸。由此，可以容易地实现经由馈电触点260的与馈电配线220的连接。
可以由介电层110的上述底面方向上天线电极层120a和馈电配线220重叠的区域来定义接合区域，如图4所示那样定义接合长度BL。接合长度BL如上所述可以调节至约1.5mm以下，优选调节至1.1mm以下，更优选调节至0.7mm以下。
虽未在图4中详细示出，天线电极层120a的接地焊盘也可以沿介电层110的侧面弯曲而延伸至介电层110的上述底面，与柔性电路基板200的馈电接地230电连接。一实施方式中，延伸至介电层110的上述底面的接地焊盘部分可以与天线接地层130a一体地连接。
图5是用于说明一些例示性实施方式的天线结构体的天线电极层的结构的概略俯视图。
参照图5，天线电极层120也可以包含网格结构。如图5所示，辐射图案122、传输线路124、信号焊盘126和接地焊盘123、125均可以包含网格结构。
一些实施方式中，为了防止由电阻增加导致的信号损失，信号焊盘126和接地焊盘123、125也可以由实心(solid)图案形成。
天线电极层120通过包含上述网格结构，从而能够提高膜天线100的透过率。一些实施方式中，在天线电极层120的周围可以配置虚设网格层129。借助虚设网格层129而使天线电极层120的周围(例如，辐射图案122的周围)的电极排列均一化，从而能够防止上述网格结构或其所包含的电极线被显示装置的使用者可见。
例如，将网格金属层形成于介电层110上，且将上述网格金属层沿预定的区域切断，从而能够将虚设网格层129与辐射图案122、传输线路124等电隔离、物理隔离。
图6是示出例示性实施方式的显示装置的概略俯视图。例如，图6示出了显示装置的包含视窗的外部形状。
参照图6，显示装置300可以包含显示区域310和周围区域320。周围区域320例如可以配置于显示区域310的两个侧部和/或两个端部。
一些实施方式中，前述的天线结构体所含的膜天线100以以贴片形式嵌入至显示装置300的周围区域320。一些实施方式中，膜天线100的焊盘电极123、125、126可以以与显示装置300的周围区域320相对应的方式配置。
周围区域320例如可以相当于图像显示装置的遮光部或边框部。根据例示性实施方式，上述天线结构体的柔性电路基板200可以配置于周围区域320，从而防止显示装置300的显示区域310中的画质降低。
此外，在周围区域320中可以在柔性电路基板200上一起配置驱动IC芯片280。通过将上述膜天线的焊盘电极123、125、126在周围区域320内与柔性电路基板200和驱动IC芯片280相邻地配置，从而能够将信号的发送和接收路径缩短而抑制信号损失。
膜天线100的辐射图案122可以与显示区域310至少部分重叠。例如，通过如图5所示那样利用网格结构，从而能够降低辐射图案122被使用者可见。
以下，为了帮助本发明的理解，提示优选的实施例，但这些实施例只不过是例示本发明，并不限制随附的权利要求书的范围。对于这些实施例而言，显而易见的是，本领域的技术人员可以在本发明的范畴以及技术思想的范围内加以各种各样的变更和修改，当然，这些变形和修改也属于随附的权利要求书的范围。
实验例：基于接合区域的长度变化的S11的测定
在聚酰亚胺介电层之上形成包含银-钯-铜合金(APC)、且接合宽度BW为250μm的信号焊盘。在上述信号焊盘上形成相同接合宽度的ACF层，使柔性电路基板的铜馈电配线露出而彼此接合。
对于上述柔性电路基板-信号焊盘的连接结构，按照50Ω的阻抗利用网络分析仪(Network analyzer)在约26GHz的频率下一边改变接合长度一边提取S参数(S-Parameter，S11)。将模拟的结果示于图7的图形中。S11图形中，随着峰的深度增加，意味着天线的辐射效率变高，阻抗匹配良好。
参照图7，在接合长度为约1.1mm时实质性出现共振频率，随着接合长度减小至0.7mm，明显观察到共振频率。
具体而言，将图7中的基于各接合长度的共振频率和S11值示于以下表1中。
[表1]
接合长度(mm) 共振频率(GHz) S11(dB) 增益(Gain)(dB)
0.5 26.8 -33.7 +4.5
0.7 26.4 -14.0 +3.9
1.1 25.9 -4.2 +0.8

Claims (18)

1.一种天线结构体，其包含膜天线和柔性电路基板，
所述膜天线包含介电层和形成于所述介电层的上表面上的天线电极层，
所述柔性电路基板包含与所述天线电极层电连接的馈电配线，
由所述天线电极层与所述馈电配线在俯视方向上重叠的区域定义接合区域，所述接合区域的长度为1.5mm以下。
2.根据权利要求1所述的天线结构体，所述接合区域的长度为1.1mm以下。
3.根据权利要求1所述的天线结构体，所述接合区域的长度为50μm～0.7mm。
4.根据权利要求1所述的天线结构体，所述天线电极层包含辐射图案和与所述辐射图案电连接的信号焊盘，
所述馈电配线与所述信号焊盘电连接。
5.根据权利要求4所述的天线结构体，所述馈电配线与所述信号焊盘具有相同的接合宽度。
6.根据权利要求5所述的天线结构体，其进一步包含配置于所述馈电配线与所述信号焊盘之间的导电性中间结构物，
所述导电性中间结构物具有与所述馈电配线和所述信号焊盘相同的所述接合宽度。
7.根据权利要求1所述的天线结构体，所述柔性电路基板进一步包含芯层和配置于所述芯层的上表面的馈电接地，
所述馈电配线配置于所述芯层的底面上。
8.根据权利要求7所述的天线结构体，所述天线电极层包含辐射图案、与所述辐射图案电连接的信号焊盘、以及配置于所述信号焊盘的周围的接地焊盘，
所述馈电接地与所述接地焊盘电连接。
9.根据权利要求1所述的天线结构体，所述柔性电路基板配置于所述膜天线的所述天线电极层之上。
10.根据权利要求1所述的天线结构体，所述柔性电路基板配置于所述膜天线的介电层的底面之下。
11.根据权利要求10所述的天线结构体，所述膜天线进一步包含配置于所述介电层的所述底面上的天线接地层。
12.根据权利要求10所述的天线结构体，所述天线电极层在所述介电层的所述底面上弯曲并延伸。
13.根据权利要求12所述的天线结构体，所述柔性电路基板进一步包含将所述天线电极层与所述馈电配线电连接的馈电触点。
14.根据权利要求1所述的天线结构体，进一步包含配置于所述柔性电路基板上、且经由所述馈电配线而向所述天线电极层供给电力的驱动集成电路芯片。
15.根据权利要求14所述的天线结构体，其以20～30GHz的频率驱动，通过所述驱动集成电路芯片供给与40～70Ω的范围相对应的电力。
16.根据权利要求1所述的天线结构体，所述天线电极层包含网格结构。
17.根据权利要求16所述的天线结构体，所述膜天线进一步包含配置于所述天线电极层的周围的虚设网格层。
18.一种显示装置，其包含权利要求1所述的天线结构体。
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