CN113782958B

CN113782958B - 天线装置

Info

Publication number: CN113782958B
Application number: CN202111150896.8A
Authority: CN
Inventors: 廖宜扬; 郭家玮
Original assignee: AU Optronics Corp
Current assignee: AU Optronics Corp
Priority date: 2021-01-15
Filing date: 2021-09-29
Publication date: 2023-06-30
Anticipated expiration: 2041-09-29
Also published as: TW202230881A; CN113782958A; TWI750005B

Abstract

本发明提出一种天线装置。天线装置包括第一基板、第二基板、第一电极、第二电极以及液晶层。第一基板具有凹槽，且凹槽具有第一侧壁及与第一侧壁相对的第二侧壁。第二基板重叠第一基板。第一电极位于第一侧壁上，第二电极位于第二侧壁上。液晶层位于第一基板与第二基板之间。

Description

天线装置

技术领域

本发明涉及一种天线装置，尤其涉及一种液晶天线装置。

背景技术

随着通信技术的不断发展，天线已经逐渐朝向小型化、宽频带、多波段以及高增益的技术方向发展，其中液晶天线因具有成本低、维护容易、以及信赖度高等优势，对于先进的通信技术，例如5G及车载卫星通信等技术的发展极具潜力。

在现有的液晶天线中，通过在液晶层两侧的电极施加电压来驱动液晶层中的液晶分子偏转，从而改变液晶层的有效介电常数以及电容。然而，当外界环境的温度变化时，液晶层的热胀冷缩会影响液晶层两侧电极的间距，导致液晶层的电容在非受控的情况下发生变化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种天线装置，天线装置具有稳定的电极间距。

本发明的一个实施例提出一种天线装置，包括：第一基板，具有凹槽，且凹槽具有第一侧壁及与第一侧壁相对的第二侧壁；第二基板，重叠第一基板；第一电极，位于第一侧壁上；第二电极，位于第二侧壁上；以及液晶层，位于第一基板与第二基板之间。

在本发明的一实施例中，上述的液晶层位于第一电极与第二电极之间。

在本发明的一实施例中，上述的第一电极与第二电极凸出于凹槽之外。

在本发明的一实施例中，上述的第一电极与第二电极的高度不同。

在本发明的一实施例中，上述的第一电极的图案平行于第二电极的图案。

在本发明的一实施例中，上述的第一电极的图案围绕第二电极的图案。

在本发明的一实施例中，上述的第一电极与第二电极的间距固定。

在本发明的一实施例中，上述的第一电极与第二电极的间距介于1μm与900μm之间。

在本发明的一实施例中，上述的凹槽凹入第一基板的上表面。

在本发明的一实施例中，上述的天线装置还包括垫高层，垫高层位于第一电极与第一基板之间以及第二电极与第一基板之间。

在本发明的一实施例中，上述的第一基板包括绝缘层，且凹槽凹入绝缘层的上表面。

在本发明的一实施例中，上述的第一基板具有第一通孔，且第一电极贯穿第一通孔。

在本发明的一实施例中，上述的第一基板还具有第二通孔，且第二电极贯穿第二通孔。

在本发明的一实施例中，上述的天线装置还包括天线，位于第二基板上，其中第二基板位于天线与第一基板之间。

在本发明的一实施例中，上述的天线装置还包括间隙物，其中间隙物位于第一基板与第二基板之间。

在本发明的一实施例中，上述的凹槽的深度大于间隙物的高度。

在本发明的一实施例中，上述的天线装置还包括多个间隙物，其中间隙物位于第一电极与第二基板之间。

在本发明的一实施例中，上述的间隙物还位于第二电极与第二基板之间。

在本发明的一实施例中，上述的第一基板为玻璃基板或塑胶基板。

本发明的有益效果在于，本发明实施例的天线装置中，通过将第一电极以及第二电极设置于凹槽中，能够使第一电极与第二电极之间的间距保持稳定，而不会受液晶层的热胀冷缩影响，因此，能够防止液晶电容在非受控的情况下发生变化，从而使天线装置保持稳定。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。

附图说明

图1A是依照本发明一实施例的天线装置的立体图。

图1B是沿图1A的剖面线A-A’所作的剖面示意图。

图2是依照本发明一实施例的天线装置的立体图。

图3是依照本发明一实施例的天线装置的立体图。

图4是依照本发明一实施例的天线装置的立体图。

图5是依照本发明一实施例的天线装置的立体图。

图6A是依照本发明一实施例的天线装置的立体图。

图6B是沿图6A的剖面线B-B’所作的剖面示意图。

图6C是沿图6A的剖面线C-C’所作的剖面示意图。

图7A是依照本发明一实施例的天线装置的立体图。

图7B是沿图7A的剖面线D-D’所作的剖面示意图。

图8A是依照本发明一实施例的天线装置的立体图。

图8B是沿图8A的剖面线E-E’所作的剖面示意图。

图9是依照本发明一实施例的天线模块的示意图。

附图标记如下：

1：天线模块

10、20、30、40、50、60、70、80：天线装置

100：第一基板

101：上表面

102：下表面

110：凹槽

120：第一电极

130：第二电极

140：液晶层

150：框胶

160：绝缘层

161：上表面

170：垫高层

200：第二基板

210：天线

A-A’、B-B’、C-C’、D-D’、E-E’：剖面线

BS：底面

CA：载板

CE：中心区

d1：深度

g1：间距

GD：接地线

h1、h2、h3：高度

IP：输入线

P1：第一配向层

P2：第二配向层

PS：间隙物

S1：第一侧壁

S2：第二侧壁

V1：第一通孔

V2：第二通孔

w1、w2、w3、w4、w5：间距

具体实施方式

图1A是依照本发明一实施例的天线装置10的立体图。图1B是沿图1A的剖面线A-A’所作的剖面示意图。为了使附图的表达较为简洁，图1A省略了图1B中的液晶层140、框胶150以及间隙物PS。以下，请同时参照图1A至图1B，以清楚地理解天线装置10的整体结构。

天线装置10包括：第一基板100、第二基板200、第一电极120、第二电极130以及液晶层140。第一基板100具有凹槽110，且凹槽110具有第一侧壁S1及与第一侧壁S1相对的第二侧壁S2。第二基板200重叠第一基板100。第一电极120位于第一侧壁S1上。第二电极130位于第二侧壁S2上。液晶层140位于第一基板100与第二基板200之间。

在本实施例中，通过将第一电极120以及第二电极130分别设置于凹槽110的两相对侧壁上，第一电极120与第二电极130之间的间距w1不会因液晶层140的热胀冷缩而产生变化，而能够使天线装置10保持稳定。

以下，配合图1A与图1B，继续说明天线装置10的各个元件与膜层的实施方式，但本发明不以此为限。

在本实施例中，第一基板100可为介电损耗较低的绝缘基板，例如玻璃基板或塑胶基板等等。在一些实施例中，第一基板100可为可挠式基板，且第一基板100包括透明、半透明或不透明的材料，但本发明不以此为限。

第一基板100上形成有凹槽110。在本实施例中，凹槽110可以凹入第一基板100的上表面101，且凹槽110具有相对的第一侧壁S1与第二侧壁S2、以及底面BS，其中底面BS连接第一侧壁S1与第二侧壁S2，且第一侧壁S1与第二侧壁S2大致垂直于上表面101或底面BS，但本发明不以此为限。

凹槽110的整体图案可以视需要进行设计，例如，凹槽110的整体图案可以配合第一电极120以及第二电极130的图案进行设计。在本实施例中，凹槽110的整体图案例如大致为蛇形，且第一侧壁S1与第二侧壁S2之间的间距较佳保持固定。

第二基板200位于第一基板100的一侧而重叠第一基板100。举例而言，在本实施例中，第一基板100位于第二基板200上，使得第一基板100的上表面101位于第一基板100与第二基板200之间。第二基板200可以包括透明、半透明或不透明的材料。在本实施例中，第二基板200的材质可包括玻璃或是陶瓷等介电损耗较低的材料。

第一电极120以及第二电极130分别沿着凹槽110的第一侧壁S1以及第二侧壁S2延伸，且第一电极120以及第二电极130之间的间距w1可以变化或保持固定。第一电极120的图案与第二电极130的图案例如可以是蛇形或螺旋形，且可以视需要进行调整。举例而言，请参照图1A，在本实施例中，第一电极120与第二电极130的图案为相互平行的蛇形，且第一电极120以及第二电极130分别沿着凹槽110的第一侧壁S1以及第二侧壁S2延伸至天线装置10的外部。在一些实施例中，第一电极120与第二电极130之间的间距w1可以介于1μm与900μm之间，例如50μm、100μm、300μm或500μm，但本发明不以此为限。

在本实施例中，第一电极120以及第二电极130可通过电镀的方式形成，但本发明不以此为限。举例而言，在本实施例中，可以先在凹槽110的第一侧壁S1、第二侧壁S2以及底面BS上形成一层薄的种晶层(seed layer)。接着，于种晶层上形成光刻胶层，且光刻胶层仅重叠底面BS的中心区CE，中心区CE是底面BS上不欲形成第一电极120以及第二电极130之处。接着，于种晶层上进行电镀工艺，而形成第一电极120以及第二电极130，且第一电极120位于第一侧壁S1的表面上，第二电极130位于第二侧壁S2的表面上。接着，移除光刻胶层，而暴露出光刻胶层下方的种晶层。之后，再移除暴露出的种晶层，即可完成第一电极120以及第二电极的制作。

在电镀工艺中，种晶层可作为电极，以利于电镀溶液中的金属附着到种晶层，且使金属进行沉积，进而形成第一电极120以及第二电极130。种晶层的材质可以是镍钯(Ni-Pd)，但本发明不限于此。种晶层例如可以具有

至/>

的厚度，较佳为/>

第一电极120以及第二电极130的材质可以是任何具高导电性与磁导率的金属材料，例如铜、铝、金、银、铬、钼或其合金等，但本发明不限于此。

在本实施例中，液晶层140位于凹槽110中，且位于第一电极120与第二电极130之间。如此一来，第一基板100与第二基板200之间不需注满液晶，而可节省液晶的使用量。第一电极120例如可用于传输电磁波信号，而第二电极130例如可作为接地电极。通过在第一电极120与第二电极130之间施加电压，可以改变液晶层140的有效介电常数，从而改变电磁波信号的相位。

天线装置10还可以包括第一配向层P1以及第二配向层P2，且第一配向层P1位于液晶层140与第一基板100之间，第二配向层P2位于液晶层140与第二基板200之间。在本实施例中，第一配向层P1可位于凹槽110的底面BS的中心区CE上以及第一基板100的上表面101上。第一配向层P1以及第二配向层P2可对液晶层140的液晶分子的初始偏转角度进行限定。第一配向层P1以及第二配向层P2的材质例如是聚酰亚胺，但本发明不限于此。

当第一电极120与第二电极130之间未施加电场时，液晶层140的液晶分子在第一配向层P1以及第二配向层P2的作用下沿预设的方向排列。当第一电极120与第二电极130之间施加电场时，电场会驱动液晶层140中的液晶分子偏转。在电磁波信号的传输过程中，电磁波信号会因液晶分子的偏转而改变相位。因此，通过控制施加于第一电极120与第二电极130之间的电压，可以控制液晶层140中液晶分子的偏转角度，进而调整电磁波信号的相位。

天线装置10还可以包括间隙物PS。间隙物PS可以位于第一基板100与第二基板200之间，用于保持第一基板100与第二基板200之间的间距。在本实施例中，间隙物PS位于第一配向层P1与第二配向层P2之间。间隙物PS的数量与形状并无特别限制，可以视需要进行调整。举例而言，在本实施例中，间隙物PS的数量可以为一个或多个，且间隙物PS的形状(例如在第一基板100上的正投影的形状)可以近似圆形。此外，间隙物PS的设置位置也可以在第一电极120或第二电极130与第二基板200之间，可以视实际需求进行调整。

具体而言，在本实施例中，第一电极120与第二电极130凸出于凹槽110之外，且第一电极120与第二电极130位于凹槽110的底面BS与第二配向层P2之间。第一电极120具有高度h1，第二电极130具有高度h2，且高度h1等于高度h2。间隙物PS位于凹槽110之外，且位于第一基板100的上表面101上的第一配向层P1与第二配向层P2之间。

在本实施例中，凹槽110可以具有深度d1，间隙物PS可以具有高度h3，且凹槽110的深度d1大于间隙物PS的高度h3，凹槽110的深度d1小于第一电极120的高度h1或第二电极130的高度h2。利用凸出于凹槽110之外的第一电极120与第二电极130以及间隙物PS，第一基板100与第二基板200之间可以具有间距g1。

天线装置10还可以包括框胶150，框胶150位于第一基板100与第二基板200之间且位于第一基板100与第二基板200的边缘处。框胶150可密封第一基板100与第二基板200的周缘，以避免液晶层140的液晶分子流出。

图2是依照本发明一实施例的天线装置20的立体图。与图1A至图1B所示的天线装置10的结构相比，如图2所示的天线装置20的结构的不同之处在于：天线装置20包括多个间隙物PS，间隙物PS位于第一电极120与第二基板200之间，且第一电极120的高度h1与第二电极130的高度h2不同。

在本实施例中，第一电极120的高度h1大于第二电极130的高度h2。另外，间隙物PS位于第一电极120与第二配向层P2之间。由于第二电极130的高度h2小于第一电极120的高度h1，当受热膨胀时，液晶层140中的液晶分子可从第二电极130上方流出至第一基板100的上表面101上方。因此，第一电极120与第二电极130之间的间距w1不会因液晶层140的热胀冷缩而产生变化，而能够使天线装置20保持稳定。

图3是依照本发明一实施例的天线装置30的立体图。与图1A至图1B所示的天线装置10的结构相比，如图3所示的天线装置30的结构的不同之处在于：天线装置30包括多个间隙物PS，间隙物PS位于第二电极130与第二基板200之间，且第一电极120的高度h1与第二电极130的高度h2不同。

在本实施例中，第二电极130的高度h2大于第一电极120的高度h1。另外，间隙物PS位于第二电极130与第二配向层P2之间。由于第一电极120的高度h1小于第二电极130的高度h2，当受热膨胀时，液晶层140中的液晶分子可从第一电极120上方流出至第一基板100的上表面101上方。因此，第一电极120与第二电极130之间的间距w1不会因液晶层140的热胀冷缩而产生变化，而能够使天线装置30保持稳定。

图4是依照本发明一实施例的天线装置40的立体图。与图1A至图1B所示的天线装置10的结构相比，如图4所示的天线装置40的结构的不同之处在于：天线装置40包括多个间隙物PS，且间隙物PS位于第一电极120与第二基板200之间以及第二电极130与第二基板200之间。

在本实施例中，间隙物PS位于第一电极120与第二配向层P2之间以及第二电极130与第二配向层P2之间，第一电极120与第二电极130上的间隙物PS之间可提供液晶层140中的液晶分子受热膨胀的空间。因此，第一电极120与第二电极130之间的间距w1不会因液晶层140的热胀冷缩而产生变化，而能够使天线装置40保持稳定。

图5是依照本发明一实施例的天线装置50的立体图。与图1A至图1B所示的天线装置10的结构相比，如图5所示的天线装置50的结构的不同之处在于：第一基板100还包括绝缘层160，且凹槽110凹入绝缘层160的上表面161。

在本实施例中，绝缘层160上形成有凹槽110，而且第一配向层P1位于凹槽110的底面BS上以及绝缘层160的上表面161上。另外，第二配向层P2位于第一配向层P1与第二基板200之间。在凹槽110中，液晶层140位于第一配向层P1与第二配向层P2之间。另外，间隙物PS以及框胶150位于绝缘层160的上表面161上的第一配向层P1与第二配向层P2之间。通过将第一电极120以及第二电极130分别设置于凹槽110的第一侧壁S1与第二侧壁S2上，第一电极120与第二电极130之间的间距w1不会因液晶层140的热胀冷缩而产生变化，因此能够使天线装置50保持稳定。

绝缘层160的厚度会影响天线装置50的整体厚度，因此，绝缘层160的厚度可视实际需求进行调整。绝缘层160的材质例如包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、有机绝缘材料、或是上述至少二者的堆叠层，但本发明不以此为限。

图6A是依照本发明一实施例的天线装置60的立体图。图6B是沿图6A的剖面线B-B’所作的剖面示意图。图6C是沿图6A的剖面线C-C’所作的剖面示意图。与图1A至图1B所示的天线装置10的结构相比，如图6A至图6C所示的天线装置60的结构的不同之处在于：凹槽110的整体图案大致为一个矩形回圈，而且第一电极120的图案围绕第二电极130的图案。另外，第一基板100具有第一通孔V1以及第二通孔V2，第一电极120以及第二电极130分别贯穿第一通孔V1以及第二通孔V2而延伸至天线装置60的外部。

在本实施例中，第一电极120的图案与凹槽110的图案大致相同，皆呈一个矩形回圈，而第二电极130的图案为矩形，且第二电极130的图案可被第一电极120的图案包围，如图6A所示。因此，第一电极120的图案可呈现为围绕第二电极130的图案。在一些实施例中，第一电极120与凹槽110的图案可以是圆形回圈，且第二电极130的图案为圆形而可被第一电极120包围。

在本实施例中，第一电极120从凹槽110内延伸至部分的上表面101上，再贯穿第一通孔V1而延伸至第一基板100的下表面102，第二电极130从凹槽110内延伸至部分的上表面101上，再贯穿第二通孔V2而延伸至第一基板100的下表面102。通过使第一电极120以及第二电极130分别通过第一通孔V1以及第二通孔V2延伸至天线装置60的外部，可减小第一电极120以及第二电极130的布局面积。在一些实施例中，第一基板100也可以不设置第一通孔V1以及第二通孔V2，而且第一电极120以及第二电极130可以如图1A所示延伸至天线装置10的外部。

请参照图6A至图6C，在本实施例中，第二电极130与第一电极120之间的间距w2、间距w3、间距w4以及间距w5彼此相等，也就是说，第一电极120与第二电极130的间距固定，而且，第一电极120与第二电极130之间的间距不会因液晶层140的热胀冷缩而发生变化，而能够使天线装置60保持稳定。

图7A是依照本发明一实施例的天线装置70的立体图。图7B是沿图7A的剖面线D-D’所作的剖面示意图。与图4所示的天线装置40的结构相比，如图7A至图7B所示的天线装置70的结构的不同之处在于：天线装置70还包括垫高层170，且垫高层170位于第一电极120与第一基板100之间以及第二电极130与第一基板100之间。

垫高层170的厚度会影响天线装置70的厚度，因此，垫高层170的厚度可视实际需求进行调整。垫高层170的材质例如包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、有机绝缘材料等等，但本发明不以此为限。

在本实施例中，利用垫高层170来局部垫高第一电极120以及第二电极130，能够在凹槽110的底面BS的面积相同之下增加第一电极120以及第二电极130的延伸长度。换言之，通过垫高层170的设置，可以在缩小的凹槽110的底面BS的面积上形成长度相同的第一电极120以及第二电极130，因此，可以采用此种方式来减小第一基板100的面积，从而缩小天线装置70的体积。同时，第一电极120与第二电极130之间的间距w1也不会因液晶层140的热胀冷缩而产生变化，而能够使天线装置70保持稳定。

图8A是依照本发明一实施例的天线装置80的立体图。图8B是沿图8A的剖面线E-E’所作的剖面示意图。与图6A至图6C所示的天线装置60的结构相比，如图8A至图8B所示的天线装置80的结构的不同之处在于：第一电极120以及第二电极130沿着凹槽110延伸至天线装置80的外部，而第一基板100未设置通孔。

在一些实施例中，天线装置80的第一电极120、第二电极130以及间隙物PS的设置方式也可以类似于图1A至图1B、图2、图3、图4、图5或图7A至图7B所示。

天线装置80还可以包括天线210，天线210位于第二基板200上，使得第二基板200位于天线210与第一基板100之间。在本实施例中，天线210与第一电极120上的信号可以进行耦合，以实现天线装置80收发信号的功能。

图9是依照本发明一实施例的天线模块1的示意图。天线模块1包括载板CA、多个天线装置80、输入线IP以及接地线GD，其中天线装置80、输入线IP以及接地线GD设置于载板CA上，且每一天线装置80皆连接输入线IP以及接地线GD。

天线装置80可呈二维阵列排列于载板CA上。举例而言，在本实施例中，天线装置80排列成4x4的二维阵列。在其他实施例中，天线装置80也可排列成8x8的二维阵列。

请同时参照图8以及图9，在本实施例中，输入线IP电性连接天线装置80的第一电极120，且接地线GD电性连接天线装置80的第二电极130，但本发明不以此为限。在其他实施例中，输入线IP可以电性连接第二电极130，而接地线GD可以电性连接第一电极120。

在本实施例中，将电容不同的各个天线装置80设置成二维阵列而组装成天线模块1，从天线210接收或发射的电磁波信号被赋予与各天线装置80的电容相应的相位差，因此，天线模块1可在特定方向具有强指向性，从而实现天线210接收或发射的电磁波信号与施加于第一电极120与第二电极130之间的电压信号之间的相互转换。

综上所述，本发明实施例的天线装置中，通过将第一电极以及第二电极设置于凹槽中，能够使第一电极与第二电极之间的间距保持稳定，而不会受液晶层的热胀冷缩影响，因此，能够防止液晶电容在非受控的情况下发生变化，从而使天线装置保持稳定。

虽然本发明已以实施例公开如上，然而其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视随附的权利要求所界定者为准。

Claims

1.一种天线装置，包括：

一第一基板，具有一凹槽，且该凹槽内具有一第一侧壁及与该第一侧壁相对的一第二侧壁；

一第二基板，重叠该第一基板；

一第一电极，位于与该第二侧壁相对的该第一侧壁的表面上；

一第二电极，位于与该第一侧壁相对的该第二侧壁的表面上；以及

一液晶层，位于该第一基板与该第二基板之间；

其中该液晶层位于该第一电极与该第二电极之间。

2.如权利要求1所述的天线装置，其中该第一电极与该第二电极凸出于该凹槽之外。

3.如权利要求2所述的天线装置，其中该第一电极与该第二电极的高度不同。

4.如权利要求1所述的天线装置，其中该第一电极的图案平行于该第二电极的图案。

5.如权利要求1所述的天线装置，其中该第一电极的图案围绕该第二电极的图案。

6.如权利要求1所述的天线装置，其中该第一电极与该第二电极的间距固定。

7.如权利要求6所述的天线装置，其中该第一电极与该第二电极的间距介于1μm与900μm之间。

8.如权利要求1所述的天线装置，其中该凹槽凹入该第一基板的上表面。

9.如权利要求8所述的天线装置，还包括一垫高层，该垫高层位于该第一电极与该第一基板之间以及该第二电极与该第一基板之间。

10.如权利要求1所述的天线装置，其中该第一基板包括一绝缘层，且该凹槽凹入该绝缘层的上表面。

11.如权利要求1所述的天线装置，其中该第一基板具有一第一通孔，且该第一电极贯穿该第一通孔。

12.如权利要求11所述的天线装置，其中该第一基板还具有一第二通孔，且该第二电极贯穿该第二通孔。

13.如权利要求1所述的天线装置，还包括一天线，位于该第二基板上，其中该第二基板位于该天线与该第一基板之间。

14.如权利要求1所述的天线装置，还包括一间隙物，其中该间隙物位于该第一基板与该第二基板之间。

15.如权利要求14所述的天线装置，其中该凹槽的深度大于该间隙物的高度。

16.如权利要求1所述的天线装置，还包括多个间隙物，其中多个所述间隙物位于该第一电极与该第二基板之间。

17.如权利要求16所述的天线装置，其中多个所述间隙物还位于该第二电极与该第二基板之间。

18.如权利要求1所述的天线装置，其中该第一基板为玻璃基板或塑胶基板。