DE112005003028T5 - Flüssigkristallkomponentenmodul und Verfahren zur Steuerung einer dielektrischen Konstante - Google Patents

Flüssigkristallkomponentenmodul und Verfahren zur Steuerung einer dielektrischen Konstante Download PDF

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Abstract

Flüssigkristallkomponentenmodul, umfassend:
eine dielektrische Flüssigkristallschicht;
erste und zweite elektrisch leitfähige Schichten, die einander gegenüberliegend mit der dazwischen eingefügten dielektrischen Flüssigkristallschicht angeordnet sind;
eine Spannungsanlegevorrichtung, die an die dielektrische Flüssigkristallschicht eine Gleichspannung anlegt, um die dielektrische Konstante der dielektrischen Flüssigkristallschicht zu steuern/zu regeln;
ein Temperaturregulierungselement zum Ändern der Temperatur der dielektrischen Flüssigkristallschicht; und
eine Temperatursteuerungsvorrichtung zum Ändern der Temperatur der dielektrischen Flüssigkristallschicht mit dem Temperaturregulierungselement, um einen Übergang der dielektrischen Flüssigkristallschicht zwischen der festen Phase und der flüssigen Phase zu bewirken.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flüssigkristallkomponentenmodul zum Steuern der dielektrischen Konstanten einer aus einem dielektrischen Material gebildeten dielektrischen Flüssigkristallschicht, sowie ein Verfahren zum Steuern einer darin verwendeten dielektrischen Konstanten.
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2004-367929, eingereicht am 20. Dezember 2004, deren Offenbarung hierin unter Bezugnahme aufgenommen wird.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • Elektronische Vorrichtungen, wie etwa tragbare Kommunikationsterminals mobiler Kommunikationssysteme, die hohe Frequenzen verwenden (wie etwa das Mikrowellenband) verwenden eine große Anzahl elektronischer Komponenten, die aus dielektrischen Materialien aufgebaut sind.
  • In Übertragungswegen, Resonanzschaltungen und Filterschaltungen werden z.B. Mikrostreifenleitungen verwendet, wie sie in 13 gezeigt sind. Die Mikrostreifenleitung ist aus einer Massefläche (Masseleitung) 4, einer elektrisch leitfähigen Schicht 1 (Schaltungsmuster) und einer dazwischen angeordneten dielektrischen Schicht 2 aufgebaut. Die charakteristische Impedanz der Mikrostreifenleitung wird durch die Breite W der elektrisch leitfähigen Schicht 1, die Dicke t, den Abstand zwischen elektrischen Leitern, die Dicke d der dielektrischen Schicht 2 und die relative dielektrische Konstante εr davon bestimmt. Eine in 14 gezeigte dielektrische Resonatorantenne ist aufgebaut, indem die dielektrische Schicht 2 zwischen ein Antennenmuster 14 und die Bodenfläche 4 eingefügt wird, und strahlt eine elektromagnetische Welle ab, wenn einem Antennenspeisepunkt 6 ein hochfrequentes Signal zugeführt wird.
  • Es ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, um die dielektrischen Charakteristika einer Komponente zu ändern, indem die dielektrische Konstante des dielektrischen Elements in einer Mikrostreifenleitung oder einer dielektrischen Resonatorantenne, die ein dielektrisches Material verwendet, verändert wird. Z.B. kann eine charakteristische Impedanz Z0 der in 13 gezeigten Mikrostreifenleitung durch die folgende Gleichung angegeben werden.
  • Wenn W/d ≤ 1,0:
    Figure 00020001
  • Wenn W/d ≥ 1,0:
    Figure 00020002
  • Somit wird die charakteristische Impedanz Z0 der Mikrostreifenleitung durch drei Variablen bestimmt: d (Dicke), die ein geometrischer Parameter ist, W (Leitungsbreite) und die dielektrische Konstante ε (oder relative dielektrische Konstante εr) des dielektrischen Materials. Es ist Praxis, die dielektrische Konstante des dielektrischen Materials unter diesen Parametern zu verändern, um die elektrischen Charakteristika der Mikrostreifenleitung zu steuern.
  • Es gab zwei herkömmliche Verfahren zum Steuern der dielektrischen Konstante. Eines ist die Änderung der Spannung und Temperatur eines festen dielektrischen Materials, um hierdurch die dielektrische Konstante zu verändern, und das andere ist das Anlegen einer Spannung an ein Flüssigkristall, um hierdurch die dielektrische Konstante zu ändern.
  • Von diesen zwei Verfahren wird nachfolgend jenes beschrieben, das Flüssigkristall als das dielektrische Material verwendet.
  • 15 zeigt ein Beispiel des Aufbaus einer Mikrostreifenleitung der herkömmlichen Technik, wo die dielektrische Konstante eines dielektrischen Materials verändert wird. In 15 wird die Polarisationsrichtung einer dielektrischen Flüssigkristallschicht 7, an die keine Spannung angelegt wird, durch die Richtung einer Reibfläche 3 (Orientierungsrichtung) bestimmt. Wenn von einer die dielektrische Konstante steuernden Spannungquelle 35 an die dielektrische Flüssigkristallschicht 7 eine Spannung angelegt wird, ändert sich die Orientierung der Flüssigkristallmodule innerhalb der dielektrischen Flüssigkristallschicht 7 aufgrund des Einflusses des durch die Spannung erzeugten elektrischen Felds, sodass sich die dielektrische Konstante ändert. Somit wird, durch Anlegen der Spannung an die dielektrische Flüssigkristallschicht, die dielektrische Konstante so verändert, dass man die gewünschten Charakteristika erhält.
  • Es sollte angemerkt werden, dass eine herkömmliche Technologie versucht hat, eine Antennenvorrichtung vorzusehen, die den Betrieb über ein breiteres Frequenzband ermöglicht, indem die Resonanzfrequenz der Antenne variabel gemacht wird (siehe z.B. Patent Dokument 1). Die Antennenvorrichtung umfasst eine Antenne und einen Funktransceiver, der der Antenne ein Sendesignal zuführt und von dieser ein Empfangssignal empfängt, wobei die Antenne mit einem dielektrischen Element versehen ist, dessen relative dielektrische Konstante sich in Antwort auf eine Frequenzsteuerungsspannung Ec verändert, während die an das dielektrische Element angelegte Frequenzsteuerungsspannung Ec gesteuert wird.
    • Patent Dokument 1: japanische ungeprüfte Patentschrift, Erstveröffentlichung Nr. H11-154821
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
  • In der in 15 gezeigten herkömmlichen Mikrostreifenleitung wird die dielektrische Konstante der dielektrische Flüssigkristallschicht 7 durch Anlegen einer konstanten Spannung an die dielektrische Flüssigkristallschicht 7 bestimmt. Dementsprechend wird die dielektrische Konstante der dielektrischen Flüssigkristallschicht 7 auch durch das an die Mikrostreifenleitung angelegte Signal zu einer Veränderung veranlasst. Insbesondere, falls das Signal eine Gleichstromkomponente enthält, bewirkt das Signal einen noch signifikanteren Einfluss. Auch falls eine elektrische Komponente, die die dielektrische Flüssigkristallschicht 7 verwendet, an einem Ort verwendet wird, der durch physikalische Schwingung beeinflusst wird, ändert sich die dielektrische Konstante der dielektrischen Flüssigkristallschicht 7 über die Zeit, was ein zu lösendes Problem erzeugt, wenn es erwünscht ist, einen konstanten Wert der dielektrischen Konstante einzuhalten. Die herkömmliche dielektrische Resonatorantenne, die in dem Patent Dokument 1 offenbart ist, hat auch ein solches Problem, dass es schwierig ist, die dielektrische Konstante in stabiler Weise zu steuern/zu regeln.
  • Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme erdacht worden und hat zur Aufgabe, ein Flüssigkristallkomponentenmodul anzugeben, das in der Lage ist, die dielektrische Konstante einer dielektrischen Flüssigkristallschicht in stabiler Weise einzuhalten, sowie ein Verfahren zum Steuern/Regeln einer dielektrischen Konstante des Flüssigkristallkomponentenmoduls.
  • MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
  • Die vorliegende Erifndung dient zur Lösung der oben beschriebenen Probleme, und eine erste Ausführung der vorliegenden Erfindung ist ein Flüssigkristallkomponentenmodul, umfassend: eine dielektrische Flüssigkristallschicht; erste und zweite elektrisch leitfähige Schichten, die einander gegenüberliegend mit der dazwischen eingefügten dielektrischen Flüssigkristallschicht angeordnet sind; eine Spannungsanlegevorrichtung, die an die dielektrische Flüssigkristallschicht eine Gleichspannung anlegt, um die dielektrische Konstante der dielektrischen Flüssigkristallschicht zu steuern/zu regeln; ein Temperaturregulierungselement zum Ändern der Temperatur der dielektrischen Flüssigkristallschicht; und eine Temperatursteuerungsvorrichtung zum Ändern der Temperatur der dielektrischen Flüssigkristallschicht mit dem Temperaturregulierungselement, um einen Übergang der dielektrischen Flüssigkristallschicht zwischen der festen Phase und der flüssigen Phase zu bewirken.
  • Dieser Aufbau macht es möglich, die dielektrische Konstant in einem Flüssigkristallkomponentenmodul nach Bedarf zu verändern, das ein Flüssigkristall als das dielektrische Material verwendet, und die dielektrische Flüssigkristallschicht, nach Änderung der dielektrischen Konstante, in eine feste Phase zu bringen, um hierdurch das Flüssigkristallkomponentenmodul mit einer stabilen dielektrischen Konstante vorzusehen. Das Flüssigkristallkomponentenmodul kann auch, zum Anbringen auf einer Schaltplatine, kompakt und leicht gemacht werden.
  • In einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung kann die erste elektrisch leitfähige Schicht eine Schaltungsschicht mit einem Schaltungsmuster und die zweite elektrisch leitfähige Schicht eine Masseschicht sein. Dieser Aufbau macht es möglich, ein Flüssigkristallkomponentenmodul, wie etwa eine Mikrostreifenleitung, anzugeben, die einen gewünschten Wert der dielektrischen Konstante hat.
  • In der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung kann das Flüssigkristallkomponentenmodul einen derartigen Aufbau haben, dass die dielektrische Flüssigkristallschicht in eine Mehrzahl von Bereichen unterteilt ist, und die Spannungsanlegevorrichtung aufgebaut ist, um für jeden Bereich der dielektrischen Flüssigkristallschicht die dielektrische Konstante individuell zu steuern/zu regeln.
  • Dieser Aufbau macht es möglich, ein dielektrisches Substrat herzustellen, dessen elektrische Charakteristik von Bereich zu Bereich verändert werden kann. Z.B. kann eine Mikrostreifenleitung, die ein aus einem Flüssigkristall gebildetes dielektrisches Element aufweist, in unterschiedlichen Bereichen davon unterschiedliche Werte der charakteristischen Impedanz haben, wodurch es möglich wird, eine Impedanzanpassungsschaltung für eine Übertragungsleitung herzustellen.
  • Eine vierte Ausführung der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern/Regeln einer dielektrischen Konstante eines Flüssigkristallkomponentenmoduls, das eine dielektrische Flüssigkristallschicht aufweist, welches die Schritte umfasst: Anlegen einer Gleichspannung an die dielektrische Flüssigkristallschicht in der flüssigen Phase, um die dielektrische Konstante der dielektrischen Flüssigkristallschicht zu ändern; und Bewirken eines Übergangs der dielektrischen Flüssigkristallschicht von der flüssigen Phase zur festen Phase, um die dielektrische Konstante der dielektrischen Flüssigkristallschicht festzulegen.
  • Dieses Verfahren macht es möglich, die dielektrische Konstante nach Bedarf in einem Flüssigkristallkomponentenmodul zu verändern (z.B. einer Mikrostreifenleitung, einer dielektrische Resonatorantenne, einer Antennenanpassungsschaltung und einer Schaltungskomponente etc.), das als das dielektrische Material ein Flüssigkristall verwendet, und nach Änderung der dielektrischen Konstante die dielektrische Flüssigkristallschicht in eine feste Phase zu bringen, um hierdurch die dielektrische Konstante zu stabilisieren.
  • Die vorliegende Erfindung hat den Effekt, die dielektrische Konstante der dielektrischen Flüssigkristallschicht zu stabilisieren und einzuhalten.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt ein Beispiel der Grundkonstruktion eines Flüssigkristallkomponentenmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt ein Beispiel des Aufbaus einer Steuerungsschaltung für das in 1 gezeigte Flüssigkristallkomponentenmodul.
  • 3 ist ein Flussdiagramm, das eine Prozedur zur Steuerung der dielektrischen Konstante zeigt.
  • 4 zeigt ein erstes Beispiel des Aufbaus einer Mikrostreifenleitung.
  • 5 ist eine Schnittansicht der in 4 gezeigten Mikrostreifenleitung.
  • 6 zeigt ein zweites Beispiel des Aufbaus der Mikrostreifenleitung.
  • 7 zeigt einen Aufbau zum Anlegen von Spannungen an eine Mehrzahl von Elektroden.
  • 8 zeigt eine Ersatzschaltung der Mikrostreifenleitung als Verteilte-Elemente-Übertragungsleitung.
  • 9 zeigt ein Beispiel, wo die Gesamtoberfläche des Flüssigkristallkomponentenmoduls mit einem temperaturregulierenden Element abgedeckt ist.
  • 10 zeigt ein Beispiel, wo aus der dielektrischen Flüssigkristallschicht ein Kondensator aufbaut ist.
  • 11 ist ein Diagramm, das den Phasenübergang von Flüssigkristall in Abhängigkeit von Temperatur und Druck zeigt.
  • 12 ist eine chemische Formel und ein Phasenübergangsdiagramm von MBBA.
  • 13 zeigt ein Beispiel der herkömmlichen Mikrostreifenleitung.
  • 14 zeigt ein Beispiel der herkömmlichen dielektrischen Resonatorantenne.
  • 15 zeigt ein Beispiel der herkömmlichen Mikrostreifenleitung, deren dielektrische Konstante variabel ist.
    • 1
    Schaltkreis
    2
    Dielektrische Schicht
    3
    Reibfläche
    4
    Massefläche
    5
    Dielektrische-Konstante-Steuerspannungsquelle
    6
    Antennenspeisepunkt
    7
    Dielektrische Flüssigkristallschicht
    8
    Temperaturregulierungselement
    9
    Flüssigkristalldichtungswand
    12
    Stromleitung
    13
    Elektroden
    14
    Antennenmuster
    20
    Temperaturregulierungselement-Steuerstromquelle
    21
    Temperatursensor
    22
    Temperaturerfassungsabschnitt
    23
    Temperaturregelabschnitt
    24
    Dielektrische-Konstante-Regelungsabschnitt
    25
    Dielektrische-Konstante-Messabschnitt
    30
    Steuerungsabschnitt
    40
    Speicherabschnitt
    41
    Dielektrische-Konstante-Steuerungstabelle
  • BESTE ART ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Nun werden bevorzugte Beispiele der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorliegenden Beispiele beschränkt ist, und die Bauelemente der Beispiele nach Bedarf kombiniert werden können.
  • Nachfolgend wird ein Flüssigkristallkomponentenmodul gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 zeigt den Aufbau dieser Ausführung. In der folgenden Beschreibung wird eine Mikrostreifenleitung (eine Signalleitung, über die Signale hoher Frequenz, wie etwa im Mikrowellenband, übertragen werden) als Beispiel genommen. Die in 1 gezeigte Mikrostreifenleitung umfasst eine dielektrische Flüssigkristallschicht 7, eine Schaltung (eine erste elektrisch leitfähige Schicht) 1, die auf der dielektrischen Flüssigkristallschicht 7 ausgebildet ist, eine Reibfläche 3 der dielektrischen Flüssigkristallschicht 7, eine Massefläche (zweite elektrisch leitfähige Schicht) 4, die auf der Unterseite der dielektrischen Flüssigkristallschicht 7 angeordnet ist, eine Spannungsquelle zur Steuerung der dielektrischen Konstante (Spannungsanlegevorrichtung) 5, die an die dielektrische Flüssigkristallschicht 7 eine Gleichspannung anlegt, um die Flüssigkristallmoleküle innerhalb der dielektrischen Flüssigkristallschicht 7 zu polarisieren und die dielektrische Konstante zu ändern, ein Temperaturregulierungselement 8, das unter der Massefläche 4 angeordnet ist und die Temperatur der dielektrischen Flüssigkristallschicht 7 reguliert, sowie eine Steuerungsstromquelle des Temperaturregulierungselements (Temperatursteuerungsvorrichtung) 20, die das Temperaturregulierungselement 8 kühlt oder heizt.
  • Das Temperaturregulierungselement 8 ist z.B. aus einem Peltier-Element aufgebaut und führt die Temperaturregelung durch Abkühlung oder Erwärmen mittels eines Gleichstroms (Stromstärke und Polarität) durch, um die Temperatur der dielektrischen Flüssigkristallschicht 7 anzuheben oder zu senken. Die an beiden Seitenflächen der dielektrischen Flüssigkristallschicht 7 angeordneten Reibflächen 3 erzeugen eine Spannung durch Reibung, um die Flüssigkristallmoleküle in einigermaßen ähnlichen Richtungen zu orientieren, wenn die dielektrische Konstante-Steuerungsspannung nicht angelegt wird.
  • Das Flüssigkristall ändert seinen Zustand zwischen fester Phase, Flüssigphase und Gasphase in Abhängigkeit von der Temperatur und dem Druck, wie in 11 gezeigt. Im in 1 gezeigten Flüssigkristallkomponentenmodul wird, falls die dielektrische Flüssigkristallschicht 7 in der festen Phase ist, die Temperatur der dielektrischen Flüssigkristallschicht 7 mittels des Temperaturregulierungselements 8 geändert, während der Druck konstant gehalten wird (z.B. auf Atmosphärendruck), um die dielektrische Flüssigkristallschicht 7 von der festen Phase zur flüssigen Phase (Flüssigkristall) zu bringen, und wird, nach Steuerung der dielektrischen Konstante der dielektrischen Flüssigkristallschicht 7 mittels der Dielektrische-Konstante-Steuerspannungsquelle 5 zur festen Phase zurückgebracht.
  • Die dielektrische Flüssigkristallschicht 7 kann z.B. aus einem Material gebildet sein, das Flüssigkristallpolymer (LCP) genannt wird. Das Flüssigkristallpolymer ist ein Kunststofftyp, der bei Normaltemperatur fest ist, einen Schmelzpunkt von etwa 100 °C hat und eine relative dielektrische Konstante von etwa 2,5 bis 4 im Mikrowellenband.
  • 2 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau einer Steuerungsschaltung für das in 1 gezeigte Flüssigkristallkomponentenmodul zeigt. In 2 ist die Temperaturregulierungselement-Steuerungsstromquelle 20 eine Gleichstromquelle mit dualen Polaritäten, die einen Gleichstrom dualer Polaritäten (einen Strom mit entgegengesetzten Polaritäten entsprechend den Kühl- und Heizvorgängen) dem Temperaturregulierungselement 8 zuführt, um die dielektrische Flüssigkristallschicht 7 nach Bedarf zu kühlen oder zu heizen. Der Temperaturerfassungsabschnitt 22 sensiert die Temperatur des Temperaturregulierungselements 8 aus dem Signal, das von einem an dem Temperaturregelungselement 8 angebrachten Temperatursensor 21 eingegeben wird. Ein Temperatursteuerungsabschnitt 23 steuert/regelt den Ausgangsstrom der Temperaturregulierungselement-Steuerungsstromquelle 20 entsprechend dem Temperatursensorsignal von dem Temperaturerfassungsabschnitt 22, um das Temperaturregulierungselement 8 auf der gesetzten Temperatur zu halten.
  • Falls keine hohe Genauigkeit für die Temperatursteuerung durch das Temperaturregulierungselement 8 erforderlich ist, können der Temperatursensor 21 und der Temperaturerfassungsabschnitt 22 weggelassen werden. In diesem Fall wird Information über die Beziehung zwischen einer Solltemperatur des Temperaturregulierungselements 8 und die Stromstärke und Polarität des Ausgangsstroms der Temperaturregulierungselement-Steuerungsstromquelle 20 zum Erzielen der Solltemperatur in einem Speicherabschnitt 40 gespeichert und der Ausgabestrom der Temperaturregulierungselement-Steuerstromquelle 20 wird gesteuert/geregelt, um die Stromstärke und Polarität vorzusehen, die zu Erzielen der Solltemperatur erforderlich ist.
  • Ein Dielektrische-Konstante-Messabschnitt 25 misst die dielektrische Konstante der dielektrischen Flüssigkristallschicht 7 durch Anlegen eines Erfassungssignals zwischen die Schaltung 1 und die Massefläche 4. Ein Dielektrische-Konstante-Steuerungsabschnitt 24 steuert/regelt die Spannung der Dielektrische-Konstante-Steuerspannungsquelle 5, sodass die durch den Dielektrische-Konstante-Messabschnitt 25 gemessene dielektrische Konstante auf den Sollwert kommt. Falls für die Steuerung der dielektrischen Konstante keine hohe Genauigkeit erforderlich ist, kann der Dielektrische-Konstante-Messabschnitt 25 weggelassen werden. In diesem Fall wird Information über die Beziehung zwischen einer dielektrischen Soll-Kostante und der Ausgangsspannung der Dielektrische-Konstante-Steuerspannungsquelle 5 zum Erzielen einer dielektrischen Soll-Konstante (einer Sollspannung) in dem Speicherabschnitt 40 gespeichert, und die Dielektrische-Konstante-Steuerspannungsquelle 5 wird geregelt, um die Sollspannung zu liefern. Genauer gesagt, die dielektrische Konstante zeigt eine leichte Änderung, wenn die dielektrische Konstante gesetzt wird, während die dielektrische Flüssigkristallschicht 7 in der flüssigen Phase gehalten wird (Flüssigkristall), und dann wird die dielektrische Flüssigkristallschicht zur Verfestigung abgekühlt, obwohl die dielektrische Konstante genauer reguliert werden kann, indem die dielektrische Konstante unter Berücksichtigung des Betrags dieser Änderung gesetzt wird.
  • Ein Steuerungsabschnitt 30 steuert/regelt die gesamte Steuerungsschaltung zum Erzielen der eingestellten Temperatur (Setztemperatur zum Verflüssigen und Setztemperatur zum Verfestigen) der dielektrischen Flüssigkristallschicht 7 und steuert/regelt so, dass die dielektrische Sollkonstante der dielektrischen Flüssigkristallschicht 7 erreicht wird. Der Speicherabschnitt 40 speichert eine dielektrische Konstante-Steuerungstabelle 41, die die Steuerungsinformation enthält, die der Steuerungsabschnitt 70 braucht, um die dielektrische Konstante der dielektrischen Flüssigkristallschicht 7 zu steuern/zu regeln. Die dielektrische Sollkonstante ist die Information über den Sollwert zum Steuern/Regeln der dielektrischen Konstante der dielektrischen Flüssigkristallschicht 7. Während die dielektrische Konstante eine leichte Änderung zeigt, wenn die dielektrische Flüssigkristallschicht 7 zur Verfestigung abgekühlt wird, kann die dielektrische Konstante genauer reguliert werden, indem die dielektrische Konstante unter Berücksichtigung des Betrags der Änderung gesetzt wird. Falls der Dielektrische-Konstante-Messabschnitt 25 weggelassen wird, kann Information der Spannung (der Sollspannung) der Dielektrische-Konstanten-Steuerspannungsquelle 5, die der dielektrischen Flüssigkristallschicht 7 die dielektrische Sollkonstante gibt, anstelle der dielektrischen Sollkonstanten aufgezeichnet werden.
  • Die Temperatureinstellung zur Verfestigung ist die Information über die Temperatur, die zum Verfestigen der dielektrischen Flüssigkristallschicht 7 erforderlich ist. Die Temperatureinstellung für die Verflüssigung ist die Information über die Temperatur, die erforderlich ist, um die dielektrische Flüssigkristallschicht 7 in eine flüssige Phase zu bringen (Flüssigkristall). Falls der Temperatursensor 21 und der Temperaturerfassungsabschnitt 22 nicht vorgesehen sind, wird Information über die Polarität und die Stromstärke zur Verfestigung aufgezeichnet anstelle der Temperatureinstellung zur Verfestigung, und Information über die Polarität und die Stromstärke zur Verflüssigung wird anstelle der Temperatureinstellung zur Verflüssigung aufgezeichnet.
  • Falls die dielektrische Flüssigkristallschicht 7 aus einem solchen Material gebildet ist, das bei Normaltemperaturen in der festen Phase ist (einschließlich der Innentemperatur der Vorrichtung, z.B. von 60 bis 70 °C), braucht die Steuerung des Kühlvorgangs durch das Temperaturregulierungselement 8 nicht ausgeführt werden. In dem Fall wird die Information über die Temperatureinstellung zur Verfestigung und die Polarität- und Stromstärkeneinstellung zur Verflüssigung in der Dielektrische-Konstanten-Steuerungstabelle 41 unnötig.
  • Als Nächstes wird eine Prozedur zur Steuerung/Regelung der dielektrischen Konstanten des Flüssigkristallkomponentenmoduls (der Mikrostreifenleitung) in Bezug auf 3 beschrieben. 3 ist ein Flussdiagramm, das die Prozedur zur Steuerung/Regelung der dielektrischen Konstante des Flüssigkristallkomponentenmoduls zeigt.
  • Man nehme an, dass zunächst die dielektrische Flüssigkristallschicht 7 durch Abkühlen des Flüssigkristallkomponentenmoduls mittels des Temperaturregulierungselements 8 verfestigt worden ist, und die dielektrische Konstante fest ist (Schritt S1). Dann wird die Temperatur der dielektrischen Flüssigkristallschicht 7 durch das Temperaturregulierungselement 8 auf eine Temperatur A angehoben (z.B. 100 °C), die es erlaubt, das dielektrische Element in der flüssigen Phase zu halten (Flüssigkristall) (Schritt S2). Eine Spannung von der Dielektrische-Konstante-Steuerspannungsquelle 5 wird im flüssigen Kristallzustand an ein Teil der dielektrischen Flüssigkristallschicht 7 angelegt, um die Orientierung des Flüssigkristalls zu ändern, um die dielektrische Konstante der dielektrischen Flüssigkristallschicht 7 auf einen gewünschten Wert zu steuern (Schritt S3). Dann wird die Temperatur der dielektrischen Flüssigkristallschicht 7 durch das Temperaturregulierungselement 8 auf eine Temperatur B (z.B. 10 °C) verändert, bei der das Flüssigkristall in die feste Phase gebracht wird, und die dielektrische Konstante der dielektrischen Schicht fest wird (Schritt S4). Die Vorrichtung wird in dem stabilen Zustand benutzt, indem der Wert der dielektrischen Konstante fest ist (Schritt S5). Wenn es notwendig wird, die Frequenzcharakteristik der Vorrichtung zu verändern, wird der Vorgang durch Rückkehr zu Schritt S2 wiederholt, wo das dielektrische Flüssigkristallelement in den flüssigen Kristallzustand gebracht wird (Schritt S2).
  • 4 zeigt einen ersten Aufbau der Mikrostreifenleitung, die das Temperaturregulierungselement aufweist, am Beispiel der Anwendung des Flüssigkristallkomponentenmoduls der vorliegenden Erfindung an der Mikrostreifenleitung. 5 ist eine Schnittansicht der in 4 gezeigten Mikrostreifenleitung. Die in 4 gezeigte Mikrostreifenleitung umfasst die dielektrische Flüssigkristallschicht 7, die die Schaltung 1, die Reibfläche 3, die Massefläche 4, die Elektrode 13, die Stromleitung 12 und das Temperaturregulierungselement 8 aufweist, die in dieser Reihenfolge gestapelt sind. Die dielektrische Konstante der dielektrischen Flüssigkristallschicht 7 wird mittels der Elektrode 13 gesteuert, die in der gleichen Höhe wie die Massefläche 4 ausgebildet ist. Die Prozedur zur Steuerung der dielektrischen Konstante ähnlich der in 3 gezeigten Prozedur. Dieser Aufbau reduziert die Größe des Flüssigkristallkomponentenmoduls und macht es leichter, sie auf einer Schaltplatine zu montieren.
  • Es ist nicht erforderlich, die Reibfläche 3 zwischen der dielektrischen Flüssigkristallschicht 7 und der Massefläche 4 vorzusehen, und die Reibflächen 3 können an beiden Seitenflächen der dielektrischen Flüssigkristallschicht 7 vorgesehen werden, wie in 1 gezeigt.
  • 6 zeigt ein Beispiel eines zweiten Aufbaus der Mikrostreifenleitung mit dem Temperaturregulierungselement, wo die dielektrische Flüssigkristallschicht 7 in eine Mehrzahl von Bereichen unterteilt ist und eine Elektrode zum Steuern der dielektrischen Konstante für jeden Bereich vorgesehen ist. 7 zeigt einen Aufbau zum Anlegen von Spannungen an eine Mehrzahl von Elektroden der in 6 gezeigten Mikrostreifenleitung. 8 zeigt eine Ersatzschaltung der Mikrostreifenleitung als Übertragungsleitung mit verteilter Konstante. Die in 6 gezeigte Mikrostreifenleitung hat drei Sätze von Elektroden 13. Da die dielektrischen Konstanten (ε1, ε2, ε3) der Bereiche (Bereich 1 bis Bereich 3) durch die Spannung bestimmt werden, die über die jeweiligen Elektroden 13 angelegt wird, können die dielektrischen Konstanten (ε1, ε2, ε3) für den Bereich 1, den Bereich 2 und den Bereich 3, in Abhängigkeit von der Position der jeweiligen Elektroden 13, auf unterschiedliche Werte gesetzt werden. Wenn z.B. die dielektrische Konstante-Steuerungsspannungsquelle 45 und die Elektrode 13 miteinander durch die Stromleitung 12 verbunden sind, wie in 7 gezeigt, wird eine Spannung V1 an den Bereich 1 angelegt, wird eine Spannung V2 an den Bereich 2 angelegt und wird eine Spannung V3 an den Bereich 3 angelegt. V1, V2 und V3 sind unterschiedliche Spannungen.
  • Dieser Aufbau macht es möglich, ein dielektrisches Substrat oder dgl. herzustellen, wo die elektrische Charakteristik der in 6 gezeigten Mikrostreifenleitung von Bereich zu Bereich verändert werden kann. Somit kann eine Impedanzanpassungsschaltung für die Übertragungsleitung hergestellt werden, wo die charakteristische Impedanz der Mikrostreifenleitung, deren elektrisches Element aus dem Flüssigkristall gebildet ist, von Bereich zu Bereich verändert wird. Z.B. kann die Impedanzabpassungsschaltung dort hergestellt werden, wo die Schaltungen, die charakteristische Impedanzen Z1, Z2 und Z3 haben, in der in 8 gezeigten Mikrostreifenleitung in Serie geschaltet sind. Dies ermöglicht die Ausführung einer Impedanzanpassung zwischen den Schaltungen, die unterschiedliche Impedanzen aufweisen. Sie macht es auch möglich, ein dielektrisches Substrat herzustellen, das eine noch größere Oberflächenausdehnung aufweist, die den Einstellbereich der Impedanzanpassung zwischen den auf dem dielektrischen Substrat angebrachten Komponenten erweitert. Obwohl das in 6 gezeigte Beispiel drei Bereiche aufweist, ist die Anzahl der Bereiche nicht beschränkt.
  • 9 zeigt ein Beispiel des Aufbaus des Flüssigkristallkomponentenmoduls, wo die Gesamtoberfläche des Flüssigkristallkomponentenmoduls mit dem Temperaturregulierungselement abgedeckt ist. Im in 9 gezeigten Beispiel ist die dielektrische Flüssigkristallschicht 7 von einer Flüssigkristalldichtungswand 9 umschlossen und ist ferner von dem Temperaturregulierungselement 8 überdeckt, wobei die Bezugszahl 10 Eingangssignalleitungen und 11 Ausgangssignalleitungen bezeichnet. Zusätzlich zu den Signalleitungen 10 und 11 sind Dielektrische-Konstante-Steuerungsleitungen 10a, 11a vorgesehen, um die dielektrische Konstante der dielektrischen Flüssigkristallschicht 7 zu steuern, sowie Temperatursteuerungsleitungen 10b, 11b zum Steuern der Temperatur des Temperaturregulierungselements 8. Dieser Aufbau macht es möglich, den thermischen Wirkungsgrad des Temperaturregulierungselements 8 beim Heizen oder Kühlen der dielektrischen Flüssigkristallschicht 7 zu verbessern, wodurch es möglich wird, einen variablen Kondensator oder dgl. zu bilden.
  • Das Flüssigkristallkomponentenmodul der vorliegenden Erfindung kann als Kondensator, Reaktanzelement oder Widerstand benutzt werden. 10 zeigt ein Beispiel des Aufbaus eines Kondensators, der die dielektrische Flüssigkristallschicht verwendet, wobei Metallplatten 51 einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei die dielektrische Flüssigkristallschicht 7 zwischen diesen angeordnet ist. Die dielektrische Flüssigkristallschicht 7 ist über ihre gesamte Oberfläche von dem Temperaturregulierungselement 8 abgedeckt, wie in 9 gezeigt. Wenn es bei einem Reaktanzelement angewendet wird, ist es aufgebaut, in dem die dielektrische Flüssigkristallschicht 7 von einer Signalleitung in der Konfiguration einer Spule umgeben ist. Ein Widerstand wird in einem ähnlichen Aufbau wie der Kondensator hergestellt.
  • Nun wird der Einstellbereich der relativen dielektrischen Konstante εr der dielektrischen Flüssigkristallschicht 7 beschrieben.
  • Die relative dielektrische Konstante εr wird in einem Bereich nicht höher als 3,0 für Anwendungen gesteuert, die im Mikrowellenband arbeiten, wie etwa eine Mikrostreifenleitung und eine dielektrische Resonatorantenne. Flüssigkristalle, die in Anwendungen verwendet werden können, die im Mikrowellenband arbeiten, wie etwa Mikrostreifenleitung und dielektrische Resonatorantenne, enthalten Flüssigkristallpolymer (LCP). LCP ist eine Kunststoffart, die bei Normaltemperatur fest ist und ist im Handel erhältlich in der Form eines Produkts, das einen Schmelzpunkt von über 100 °C und eine dielektrische Konstante von etwa 2,5 bis 4,0.
  • Ein Kondensator und ein Reaktanzelement, das aus der dielektrischen Flüssigkristallschicht aufgebaut ist, machen es möglich, die erforderlichen Werte der Kapazität bzw. der Recktanz zu erzielen, durch Steuerung der relativen dielektrischen Konstante im Bereich von 1 bis 6, da der dielektrische Verlust bei niedrigen Frequenzen vernachlässigbar ist. Im Mikrowellenbereich wird die relative dielektrische Konstante εr in einem Bereich von nicht höher als 2,0 gesteuert. Flüssigkristalle, die verwendet werden können, umfassen Mesogen-N(4-methoxybenzyliden)-4-butylanilin (MBBA). 12 zeigt die chemische Formel und das Phasenübergangsdiagramm von MBBA.
  • Ein aus der dielektrischen Flüssigkristallschicht aufgebauter Widerstand erlaubt es, die erforderlichen Widerstandswerte zu erreichen, indem die relative dielektrische Konstante in einem Bereich von etwa 1 bis 6 gesteuert wird. Je höher die relative dielektrische Konstante ist, desto höher ist der Widerstandswert des Widerstands, der erhalten werden kann. Als das Flüssigkristall kann das gleiche MBBA verwendet werden, wie es in 12 gezeigt ist. Es können auch andere Flüssigkristalle verwendet werden, die den Anforderungen für die Temperaturcharakteristik und die dielektrische Konstante erfüllen, wie etwa ein Gemisch von MBBA und EBBA.
  • Somit wird es möglich gemacht, die Größe und die Herstellung elektronischer Komponenten (Flüssigkristallkomponentenmodule) zu reduzieren, wie etwa eine Mikrostreifenleitung, eine dielektrische Resonatorantenne, eine Impedanzanpassungsschaltung, einen Kondensator, ein Reaktanzelement und einen Widerstand, die die gewünschten elektrischen Charakteristika haben, durch Auswahl des geeigneten Typs von Flüssigkristall für die Anwendung und durch Steuern der dielektrischen Konstante der dielektrischen Flüssigkristallschicht, um es hierdurch zu ermöglichen, die elektronischen Komponenten leicht auf der Schaltungsplatine zu montieren.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, wie oben beschrieben, die dielektrische Konstante in einer Mikrostreifenleitung, einer dielektrischen Resonatorantenne, einer Antennenanpassungsschaltung und den Schaltungselementen davon oder dgl., die ein Flüssigkristall als das dielektrische Material verwenden, nach Bedarf verändert werden, und es wird möglich gemacht, ein Flüssigkristallkomponentenmodul (eine elektronische Komponente) bereitzustellen, die einen stabilen Wert der dielektrischen Konstante hat, durch Verfestigung der dielektrischen Flüssigkristallschicht nach der Veränderung der dielektrischen Konstante. Es wird auch möglich gemacht, die Frequenz eines zu bearbeitenden Signals präzise zu schalten, unter Verwendung einer Schaltplatine, auf der in der HF-Schaltung des Kommunikationsmoduls das Flüssigkristallkomponentenmodul angebracht ist, das die variable elektrische Charakteristik hat.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Die vorliegende Erfindung hat die Effekte, dass es ermöglicht wird, die dielektrische Konstante der dielektrischen Flüssigkristallschicht einzustellen, wenn als das dielektrische Material (dielektrische Schicht) ein Flüssigkristall verwendet wird, und die dielektrische Konstante der dielektrischen Flüssigkristallschicht auf einem stabilen Niveau gehalten werden kann. Die vorliegende Erfindung ist daher für ein Flüssigkristallkomponentenmodul, für ein Verfahren zum Steuern/Regeln der dielektrischen Konstante für das Flüssigkristallkomponentenmodul und andere Anwendungen nutzbar.
  • Zusammenfassung
  • Ein Flüssigkristallkomponentenmodul umfasst eine dielektrische Flüssigkristallschicht; erste und zweite elektrisch leitfähige Schichten, die einander gegenüberliegend mit der dazwischen eingefügten dielektrischen Flüssigkristallschicht angeordnet sind; eine Spannungsanlegevorrichtung, die an die dielektrische Flüssigkristallschicht eine Gleichspannung anlegt, um die dielektrische Konstante der dielektrischen Flüssigkristallschicht zu steuern/zu regeln; ein Temperaturregulierungselement zum Ändern der Temperatur der dielektrischen Flüssigkristallschicht; und eine Temperatursteuerungsvorrichtung, welche die Temperatur der dielektrischen Flüssigkristallschicht mittels des Temperaturregulierungselements ändert, um einen Übergang der dielektrischen Flüssigkristallschicht zwischen der festen Phase und der flüssigen Phase zu bewirken.

Claims (4)

  1. Flüssigkristallkomponentenmodul, umfassend: eine dielektrische Flüssigkristallschicht; erste und zweite elektrisch leitfähige Schichten, die einander gegenüberliegend mit der dazwischen eingefügten dielektrischen Flüssigkristallschicht angeordnet sind; eine Spannungsanlegevorrichtung, die an die dielektrische Flüssigkristallschicht eine Gleichspannung anlegt, um die dielektrische Konstante der dielektrischen Flüssigkristallschicht zu steuern/zu regeln; ein Temperaturregulierungselement zum Ändern der Temperatur der dielektrischen Flüssigkristallschicht; und eine Temperatursteuerungsvorrichtung zum Ändern der Temperatur der dielektrischen Flüssigkristallschicht mit dem Temperaturregulierungselement, um einen Übergang der dielektrischen Flüssigkristallschicht zwischen der festen Phase und der flüssigen Phase zu bewirken.
  2. Flüssigkristallkomponentenmodul nach Anspruch 1, worin die erste elektrisch leitfähige Schicht eine Schaltungsschicht mit einem Schaltungsmuster und die zweite elektrisch leitfähige Schicht eine Masseschicht ist.
  3. Flüssigkristallkomponentenmodul nach Anspruch 1, worin die dielektrische Flüssigkristallschicht in eine Mehrzahl von Bereichen unterteilt ist, und die Spannungsanlegevorrichtung aufgebaut ist, um für jeden Bereich der dielektrischen Flüssigkristallschicht die dielektrische Konstante individuell zu steuern/zu regeln.
  4. Verfahren zum Steuern/Regeln der dielektrischen Konstante eines eine dielektrische Flüssigkristallschicht aufweisenden Flüssigkristallkomponentenmoduls, welches die Schritte umfasst: Anlegen einer Gleichspannung an die dielektrische Flüssigkristallschicht in der flüssigen Phase, um die dielektrische Konstante der dielektrischen Flüssigkristallschicht zu ändern; und Bewirken eines Übergangs der dielektrischen Flüssigkristallschicht von der flüssigen Phase zur festen Phase, um die dielektrische Konstante der dielektrischen Flüssigkristallschicht festzulegen.
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