CN209544616U - 一种平板液晶天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种平板液晶天线，包括相对设置的第一基板和第二基板以及位于所述第一基板和第二基板之间的液晶层；在所述第一基板朝向所述第二基板的第一表面设置有第一金属膜层；在所述第一基板背离所述第二基板的第二表面设置有第三金属膜层；所述第一金属膜层为图案化第一金属膜层，所述第三金属膜层为图案化第三金属膜层；在所述第二基板上朝向所述第一基板一侧设置有第二金属膜层。本申请通过结构上的改善，使双面金属同时图案化成为可能，可以在工艺上省去大部分效率低下的黄光制程工序，节省了占线等待、切换型号调机时间。使平板液晶天线能够规模化制造，提高了制造的效率，降低了制造成本。

Description

一种平板液晶天线

技术领域

本实用新型涉及无线通信技术领域，具体地，涉及一种平板液晶天线。

背景技术

信息网络的发展日新月异，在各个领域都正在或将会产生重大变革，其中热点技术就有5G和卫星移动互联网通信技术。

天线作为通信信息发送和接收的核心设备，已经成为影响信息网络性能指标和用户应用效果的关键因素。

已知现有的相控阵天线具备此性能指标，但是它基于国防领域应用背景和芯片制造工艺，其昂贵的生产成本和高功耗使消费级市场用户无法承担，从而造成了消费品普及的障碍。

传统的机械转动式抛物面天线具有体积大、笨重、机械转动容易损坏、成本高的问题也难以满足如车载/飞机等新应用的需求。目前市场上对于体积小、低轮廓、电调控、低成本的平板型天线的需求迫在眉睫。

实用新型内容

为了解决上述问题，提供一种低成本、能够大规模制造平板液晶天线的解决方案。

本实用新型提供了一种平板液晶天线，包括相对设置的第一基板和第二基板以及位于所述第一基板和第二基板之间的液晶层；在所述第一基板朝向所述第二基板的第一表面设置有第一金属膜层；在所述第一基板背离所述第二基板的第二表面设置有第三金属膜层；所述第一金属膜层为图案化第一金属膜层，所述第三金属膜层为图案化第三金属膜层；在所述第二基板上朝向所述第一基板一侧设置有第二金属膜层。

优选的，所述第一金属膜层和第三金属膜层的材料相同。

优选的，所述第一金属膜层和第三金属膜层的金属材料为银、铜、金、铝、或者其合金。

优选的，所述第一基板为玻璃基板，所述第一金属膜层和第三金属膜层的材料为铜。

优选的，所述第一金属膜层的厚度不小于2.0μm。

优选的，所述第一金属膜层的厚度和第三金属膜层的厚度的比值在0.8~1.2之间。

优选的，所述第一金属膜层的厚度和第三金属膜层的厚度相同。

优选的，所述图案化第一金属膜层和图案化第三金属膜层是通过对第一基板的第一金属膜层和第三金属膜层同步图案化而获得。

优选的，所述图案化第一金属膜层包括第一电极，所述图案化第三金属膜层包括天线辐射单元。

优选的，所述第二金属膜层为图案化第二金属膜层，所述图案化第二金属膜层包括第二电极。

优选的，平板液晶天线还包括分别设置在所述液晶层两侧的第一取向层和第二取向层。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本申请通过结构上的改善，使双面金属同时图案化成为可能，可以在工艺上省去大部分效率低下的黄光制程工序，节省了占线等待、切换型号调机时间。使平板液晶天线能够规模化制造，提高了制造的效率，降低了制造成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例一所提供的一种平板液晶天线结构示意图；

图2为本实用新型实施例二所提供的一种平板液晶天线的制作方法的流程图；

图3为本实用新型实施例二所提供的一种对第一基板的双面金属同时进行图案化处理的制作方法的流程图。

附图标记：

11-第一基板、12-第二基板、21-第一金属膜层、22-第二金属膜层、23-第三金属膜层、30-液晶层、40-框胶。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合附图和实施例，对本实用新型的一种平板液晶天线及其制作方法作进一步说明：

实施例一：

如图1所示，为本实用新型实施例一，本具体实施例提供了一种平板液晶天线。平板液晶天线包括相对设置的第一基板11和第二基板12，还包括位于第一基板11和第二基板12之间的液晶层30。

第一基板11和第二基板12，选用稳定性和绝缘效果较佳同时介电损耗极低的材料，在本实施例中，第一基板11和第二基板12是刚性基板，可以是玻璃基材、熔融石英、陶瓷基材和陶瓷热固聚合物复合材料。

在第一基板11朝向所述第二基板12的第一表面设置有图案化第一金属膜层21。在第一基板11背离所述第二基板12的第二表面设置有图案化第三金属膜层23。第一金属膜层21为图案化第一金属膜层，第三金属膜层23为图案化第三金属膜层。

图案化第一金属膜层21包括第一电极。图案化第三金属膜层23包括天线辐射单元。天线辐射单元用于辐射微波信号，实现微波信号的馈入和馈出。

在第二基板12上朝向所述第一基板11一侧设置有图案化第二金属膜层22。第二金属膜层22具体为图案化第二金属膜层。图案化第二金属膜层22包括第二电极。

图案化金属膜层的金属图案，是先在相应的基板上制作金属膜层，之后通过对金属膜层进行图案化处理而得到。

在相应的基板上制作金属膜层，可以通过镀膜的方式，使金属在基板上覆膜，并在基板的表面形成呈平面状结构的金属膜层。因为镀膜使基板的整个表面均覆上了金属膜层，其结构类似平面，因此这里称之平面状结构的金属膜层。

图案化处理工艺一般包括刻蚀。在刻蚀时需要用刻蚀液将没有光刻胶覆盖的金属刻蚀掉，以便得到金属电极图形。

优选的，图案化第一金属膜层和图案化第三金属膜层是通过对第一基板的第一金属膜层和第三金属膜层进行同步图案化处理而获得。

如果按照传统工艺，先对第一金属膜层21和第三金属膜层23中的其中一个先进行刻蚀，然后再对另外一个进行刻蚀，容易导致在后面刻蚀时，会破坏已经完成刻蚀的金属图案。如果在后面的刻蚀时，增加对之前已经完成刻蚀的金属图案的保护，但这明显地导致效率的下降。

本申请通过结构上的改善，使对双面金属同时进行图案化处理成为可能，可以一次性制作出两面图形，使平板液晶天线不仅能够规模化制造，而且还提高了制造的效率，降低了制造成本。省去大部分效率低下的黄光制程工序，节省了占线等待、切换型号调机等时间。

现有技术中，第一金属膜层21和第三金属膜层23的材料可以有所不同，但在本实施例中，第一金属膜层21和第三金属膜层23设置为相同的材料。

在对金属膜层进行图案化处理时，蚀刻工艺需要将没有光刻胶覆盖的金属膜层刻蚀掉，在具体蚀刻工艺时，一般根据不同的金属材料以及金属膜层的厚度来设置蚀刻液体以及蚀刻工艺的具体参数。

如果第一金属膜层21和第三金属膜层23的材料不相同，这将导致选用的蚀刻液不同，以及蚀刻工艺具体参数的不同，这使同时进行刻蚀难以进行。

本实施例通过将第一金属膜层21和第三金属膜层23设置为相同的材料，有利于后期对平面状结构的第一金属膜层21和第三金属膜层23同时进行图案化处理，更具体的，有利于后期工艺中同时进行蚀刻。

另外，优选的，使第一金属膜层21的厚度和第三金属膜层23的厚度大致相当。

如果第一金属膜层21和第三金属膜层23的厚度相差加大，第一金属膜层21和第三金属膜层23中的一个已经蚀刻完成，而另外一个仍未完成蚀刻。

具体的，第一金属膜层21的厚度和第三金属膜层23的厚度的比值在0.8~1.2之间。更加优选的方案是，第一金属膜层21的厚度和第三金属膜层23的厚度相同。

通过使第一金属膜层21的厚度和第三金属膜层23的厚度大致相当，可以使得对平面状结构的第一金属膜层21和第三金属膜层23同时进行图案化处理的工艺更加简单，避免第一金属膜层21和第三金属膜层23中的其中一个被过度蚀刻或者未被充分蚀刻。

第一基板11优选为玻璃基板。

由于平板液晶天线所需要的金属材料要求高的电导率和磁导率，因此，第一金属膜层21和第二金属膜层22选用具有高导电性和磁导率的金属材料，可以采用铝、铜、银、金、镉、铬、钼、铌、镍、铁等金属，优选为银、铜、金、铝及其合金。

因为第一金属膜层21和第三金属膜层23优选设置为相同的材料，因此第三金属膜层23的金属材料为银、铜、金、铝、或者其合金。

在金属材料银、铜、金、铝及其合金中，银导电率最好的，但是成本贵，一般适用于真空磁控溅射工艺。金的成本更贵，且难以用减法刻蚀出图形和走线。铝一般更适用于真空磁控溅射工艺。因此，第一金属膜层21和第三金属膜层23的材料为铜。可以理解的，第二金属膜层22的材料也优选为铜。

无线通信的损耗越低其性能就越好，即插入损耗(含导体损耗)也是越低性能越好，已知金属材料及金属膜层厚度与导体损耗都有关系，趋肤效应就是导体损耗的体现。

由于交流电具有趋肤效应，趋肤效应间接使导体的电阻增大，其能量热损耗也随之增大。在微波等高频段的波段中，趋肤效应非常明显。不同的金属材料具有不同的趋肤深度。

趋肤效应：当导体中有交流电或交变电磁场时，导体内部的电流分布不均匀，电流集中在导体的外表皮肤部分，越靠近导体表面，电流密度越大，导线内部实际上电流很小。结果使导体的电阻增加，使它的损耗功率也增加。这一现象就是趋肤效应(skin effect)。

趋肤深度δ由下式给出：

δ＝(1/πfμσ)^1/2，

其中，μ表示金属材料的磁导率，σ是导体的电导率，f表示平板液晶天线所承载信号的频率。

由于第一金属膜层21的金属材料优选为铜材料。根据趋肤效应，金属膜层的厚度为μm级，可以较好的保证平板液晶天线的性能，优选的，金属膜层厚度均不小于2.0μm。因此第一金属膜层21的厚度不小于2.0μm。

第一基板11和第二基板12之间还具有框胶40，框胶40位于第一基板11和第二基板12的边缘，其用于密封液晶层30。优选的，液晶层30中分布有支撑物。

平板液晶天线还包括分别设置在所述液晶层30两侧的第一取向层和第二取向层。

在第一基板11的图案化第一金属膜层21上制备第一取向层，在第二基板12的图案化第二金属膜层22上制备第二取向层。取向层用于对液晶层30的晶分子的初始偏转角度进行限定。

第一基板11、第二基板12、液晶层30、第一导电层、第二导电层构成了液晶移相器。

天线辐射单元设置在第一基板11远离所述第二基板12的一侧。天线辐射单元可以是矩形、圆形、或方形的形状。在现有的平板液晶天线中，天线辐射单元通过贴片工艺将贴片贴附在液晶移相器。在本实施例中，更优选的方案为，天线辐射单元通过对设置在第一基板11远离所述第二基板12的一侧的第三金属膜层23进行图案化处理而得到。

在本实施例中，第二电极上上包括微带线。微带线的形状可以为蛇形或者螺旋形，对于微带线的形状不作限定，能够实现微波信号的传输即可。

第一电极为接地电极。通过在微带线和接地电极之间施加电压，可以改变液晶的介电常数。

当微带线和接地电极之间不施加电场时，液晶分子在第一配向层和第二配向层的作用下沿预设方向排布。

当微带线和接地电极之间施加电场时，电场驱动液晶层30中的液晶分子方向的偏转。

微波信号在微带线和接地电极之间传输，在微波信号的传输过程中，会由于液晶分子的偏转而改变相位，从而实现微波信号的移相功能。通过控制微带线和接地电极上的电压，可以控制液晶层30中液晶的偏转角度，进而可以对移相过程中所调整的相位进行控制。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本申请通过结构上的改善，使对双面金属同时进行图案化处理成为可能，可以一次性制作出两面图形，使平板液晶天线不仅能够规模化制造，而且还提高了制造的效率，降低了制造成本。省去大部分效率低下的黄光制程工序，节省了占线等待、切换型号调机等时间。

更进一步地，使图案化处理的工艺更加简单，避免第一金属膜层和第三金属膜层中的其中一个被过度蚀刻或者未被充分蚀刻。

实施例二：

本具体实施例提供了一种平板液晶天线的制作方法，用于制作实施例一中所述的平板液晶天线，制作方法包括以下步骤：

S1：提供具有双面金属膜层的第一基板11，所述第一基板11的两侧分别具有平面状结构的第一金属膜层21和平面状结构的第三金属膜层23；

S2：对双面金属同时进行图案化处理：同时对平面状结构的第一金属膜层21和第三金属膜层23进行图案化处理，得到图案化第一金属膜层21和图案化第三金属膜层23；

S3：提供第二基板12，所述第二基板12的一侧具有平面状结构的第二金属膜层22；

S4：对平面状结构的第二金属膜层22进行图案化处理，得到图案化第二金属膜层22。

需要说明的是，步骤S2和步骤S4的先后顺序可以进行调整。

以上，步骤S2对双面金属同时进行图案化处理的方法包括以下步骤：

S21：涂胶，在第一基板11的第一表面和第二表面的金属膜层上涂布光刻胶；

S22：曝光，使用预先做好的电极图形掩模板，对第一基板11第一表面和第二表面的光刻胶进行选择性曝光；

S23：显影，第一基板11的第一表面和第二表面的光刻胶同时进行显影，使被曝光部分的光刻胶以化学方式溶解于显影液中，保留未曝光部分的光刻胶；

S24：刻蚀，对第一基板11的第一表面和第二表面的金属膜层同时进行刻蚀，使用刻蚀液将没有光刻胶覆盖的金属膜层刻蚀掉，得到第一金属膜层21的图案和第三金属膜层23的图案。

如果按照传统工艺，先对第一金属膜层21和第三金属膜层23中的其中一个先进行刻蚀，然后再对另外一个进行刻蚀，容易导致在后面刻蚀时，会破坏在前已经完成刻蚀的金属图案。如果在后面的刻蚀时，增加对之前已经完成刻蚀的金属图案的保护，但这明显地导致效率的下降。

现有技术中，第一金属膜层21和第三金属膜层23的材料可以有所不同，但在本实施例中，第一金属膜层21和第三金属膜层23的材料相同，优选为铜。且第一金属膜层21的厚度和第三金属膜层23的厚度大致相当。

在进行步骤S2，对金属膜层进行图案化处理时，蚀刻工艺需要将没有光刻胶覆盖的金属膜层刻蚀掉，在具体蚀刻工艺时，一般根据不同的金属材料以及金属膜层的厚度来设置不同的蚀刻液以及蚀刻工艺的具体参数。

如果第一金属膜层21和第三金属膜层23的材料不相同，这将导致选用的蚀刻液不同，以及蚀刻工艺具体参数的不同，这使同时进行刻蚀难以进行。

本实施例通过将第一金属膜层21和第三金属膜层23设置为相同的材料，有利于后期对平面状结构的第一金属膜层21和第三金属膜层23同时进行图案化处理，更具体的，有利于后期工艺中同时进行蚀刻。

如果第一金属膜层21和第三金属膜层23的厚度相差加大，第一金属膜层21和第三金属膜层23中的一个已经蚀刻完成，而另外一个仍未完成蚀刻。

通过使第一金属膜层21的厚度和第三金属膜层23的厚度大致相当，可以使得对平面状结构的第一金属膜层21和第三金属膜层23同时进行图案化处理的工艺更加简单，避免第一金属膜层21和第三金属膜层23中的其中一个被过度蚀刻或者未被充分蚀刻。

厚度大致相当，具体的，指第一金属膜层21的厚度和第三金属膜层23的厚度的比值在0.8~1.2之间。更加优选的方案是，第一金属膜层21的厚度和第三金属膜层23的厚度相同。

通过同时对平面状结构的第一金属膜层21和第三金属膜层23进行刻蚀，使图案化处理的工艺更加简单，避免第一金属膜层21和第三金属膜层23中的其中一个被过度蚀刻或者未被充分蚀刻。

在以上的涂胶过程中，可以先在第一表面的金属膜层或者第二表面的金属膜层上整面涂布光刻胶。光刻胶是为之后工序中的刻蚀图形而做的曝光介质。在涂布光刻胶后，进行预固化。然后在另外一个金属膜层上整面涂布光刻胶，再进行预固化。预固化一般是将涂有光刻胶的基板进行烘烤，使得光刻胶的溶剂挥发，增加光刻胶与基板表面的粘附性。

以上的曝光步骤，可以同时对第一基板11第一表面和第二表面的光刻胶进行曝光，也可以对第一基板11第一表面和第二表面的光刻胶按先后顺序逐面曝光。采用掩膜板对光刻胶进行曝光，使光刻胶形成光刻胶未保留区域和光刻胶保留区域，例如，第一金属膜层21上光刻胶保留区域对应于第一电极的图形所在区域，光刻胶未保留区域对应于上述图形以外的区域。具体曝光时，使紫外光(UV)通过预先做好的电极图形掩模板照射光刻胶表面，使被光刻胶未保留区域的光刻胶发生反应而选择性曝光。

以上的显影步骤，仅使被曝光经过UV光照的光刻胶以溶解于显影液中，而未曝光部分的光刻胶层不被溶解于显影液中，使需要的光刻胶图形留下来。

显影后的基板再经过高温坚膜烘烤，可以使得光刻胶更牢固。

在以上的刻蚀步骤中，没有光刻胶覆盖的金属膜层则被刻蚀掉，被光刻胶图形所覆盖的金属膜层被光刻胶保护，形成了金属图案结构。在第一金属膜层21形成第一导电层的图案，在第三金属膜层23形成了天线辐射单元的图案。

步骤S2对双面金属同时进行图案化处理的方法，在蚀刻之后，还包括以下步骤：

S25：脱膜，被刻蚀后的金属膜层，在金属图案之上还覆盖有光刻胶，脱膜利用碱液将第一表面和第二表面上剩余的光刻胶冲洗去掉，最终得到了图案化第一金属膜层21和图案化第三金属膜层23。

可以选择分别对第一基板11的第一表面和第二表面进行脱膜处理。也可以选择同时对第一基板11的第一表面和第二表面进行脱膜处理。

对第二金属膜层22进行图案化处理的具体方法，可以参照以上对第一金属膜层21的图案化处理工艺方法进行。

平板液晶天线的制作方法还包括：

S5：在图案化第一金属膜层21上制备第一取向层，在图案化第二金属膜层22上制备第二取向层；

S6：将所述第一基板11和第二基板12进行对合以形成液晶盒，并制备液晶层30。

取向层可采用现有技术中的PI摩擦工艺制成，以便在表面上形成定向凹槽，在此不再赘述。

具体的，在一个实施例中，可先将所述第一基板11和第二基板12对合以形成液晶盒，然后在所述液晶盒内填充液晶层30。已知的，第一基板11和第二基板12对合之前，还在其中一个基板上制作框胶40，框胶40在第一基板11和第二基板12之间形成容纳空间，用于容纳液晶。在所述液晶盒内填充液晶层30后，对液晶盒进行封口，并使框胶40进行固化。

在其它的实施例中，对合以形成液晶盒，并制备液晶层30的顺序并不限于以上，还可以是：在其中一个基板上涂布制作框胶40后，在基板上滴注液晶形成液晶层30，再将第一基板11和第二基板12对合以形成液晶盒，并固化封框胶40。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本申请通过结构上的改善，使第一基板的双面金属同时图案化成为可能，可以在工艺上省去大部分效率低下的黄光制程工序，节省了占线等待、切换型号调机时间。使平板液晶天线能够规模化制造，提高了制造的效率，降低了制造成本。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本实用新型实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本实用新型实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种平板液晶天线，包括相对设置的第一基板和第二基板以及位于所述第一基板和第二基板之间的液晶层；其特征在于，

在所述第一基板朝向所述第二基板的第一表面设置有第一金属膜层；在所述第一基板背离所述第二基板的第二表面设置有第三金属膜层；所述第一金属膜层为图案化第一金属膜层，所述第三金属膜层为图案化第三金属膜层；

在所述第二基板上朝向所述第一基板一侧设置有第二金属膜层。

2.如权利要求1所述的平板液晶天线，其特征在于，所述第一金属膜层和第三金属膜层的材料相同。

3.如权利要求2所述的平板液晶天线，其特征在于，所述第一基板为玻璃基板，所述第一金属膜层和第三金属膜层的材料为铜。

4.如权利要求3所述的平板液晶天线，其特征在于，所述第一金属膜层的厚度不小于2.0μm。

5.如权利要求1所述的平板液晶天线，其特征在于，所述第一金属膜层的厚度和第三金属膜层的厚度的比值在0.8~1.2之间。

6.如权利要求5所述的平板液晶天线，其特征在于，所述第一金属膜层的厚度和第三金属膜层的厚度相同。

7.如权利要求1所述的平板液晶天线，其特征在于，所述图案化第一金属膜层和图案化第三金属膜层是通过对第一基板的第一金属膜层和第三金属膜层同步图案化而获得。

8.如权利要求1所述的平板液晶天线，其特征在于，所述图案化第一金属膜层包括第一电极，所述图案化第三金属膜层包括天线辐射单元。

9.如权利要求1所述的平板液晶天线，其特征在于，所述第二金属膜层为图案化第二金属膜层，所述图案化第二金属膜层包括第二电极。