JP2012514926A - 集積アンテナを具備するフラットスクリーン - Google Patents

Abstract

本発明は、アクティブ画素マトリクス（Ｍ）と、該画素に共通の電極（Ｃ）と、該共通電極に接続され、かつ少なくとも部分的に該アクティブマトリクスを囲む好ましくはリング状の導電性ストリップ（Ｒ）とを備え、アンテナを画定する少なくとも１つのスロット（Ｆ）が該導電性ストリップに形成されることを特徴とするフラットスクリーン（Ｅ）に関する。本発明はまた、このようなフラットスクリーン（Ｅ）と、該フラットスクリーンに平行であり、かつ該フラットスクリーンの該導電性ストリップに電気的に接続された接地平面（ＰＭ）を含む電子ボードと、電気無線周波数信号を生成及び／又は検出するための手段と、該フラットスクリーンに設けられた該スロットアンテナ（Ｆ）用の励起ポート（Ｐ）であって、電気無線周波数信号を生成及び／又は検出するための該手段に接続されている励起ポート（Ｐ）とを備えるポータブル装置に関する。

Description

本発明は、内蔵型アンテナを含むアクティブマトリクス・タイプのフラットスクリーンに関する。本発明はまた、このようなスクリーンを含む、モバイル電話などのポータブル電子機器を提供する。

モバイル電話やハンドヘルドコンピュータなどのポータブル又は「ノマディック」機器の通信市場はますます拡大している。このような機器は、通信ネットワーク（ＧＭＳ、ＵＭＴＳなど）と接続できるように、短距離無線接続（ＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈなど）を使用するために、或いは衛星ポジショニング及びナビゲーションシステム（ＧＰＳ、Ｇａｌｉｌｅｏなど）を利用するために、アンテナを必要とする。場合によっては、単一の機器が、異なる周波数で動作する複数のアンテナを有する必要がある。

離散要素として形成され、かつ他のコンポーネントとともに組立てられた従来のタイプのアンテナの使用は、コンパクトで製造コストがかからない機器を得るという点では、それほど満足のいくものではないことが分かっている。結果として、他のコンポーネントにアンテナを内蔵するための種々の手段が開発されてきた。

最新の機器では、スクリーン−液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）や、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を有するもの−は極力広い面積を占める傾向があるため、タッチスクリーンと交換するために完全かつ簡単に省略されることもあるキーパッドにとって一般的に不都合である。したがって、フラットスクリーンに送信及び／又は受信アンテナを内蔵するという提案がなされてきた。

特許文献１および特許文献２は、スクリーンに堆積された透明の導電性材料（インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ））のパターンによって構成されたアンテナについて記載している。これらは、プリンテッド・オン・ディスプレイ（ＰＯＤ）アンテナと称される。

特許文献３は、直接スクリーンに内蔵されているのではなく、スクリーンを囲む機械的な支持体に内蔵されているアンテナについて記載している。

これらの手段はコストの点からは完全に満足のいくものではない。というのは、アンテナを製造するためには、１つ以上のさらなる技術ステップが提供される必要があるからである。

特許文献４は、液晶スクリーンの基板上に、このスクリーンの傍らに、作られた無線周波数自動識別（ＲＦＩＤ）アンテナであって、同じ基板上に搭載されている電子チップに接続されている無線周波数自動識別（ＲＦＩＤ）アンテナについて記載している。このアンテナは、さらなる技術ステップを必要とせずに、スクリーンの導電性要素のうちの１つとともに形成されている。それにもかかわらず、スクリーンの傍らのチップ及びアンテナを受け入れる余地が基板上に提供されなければならず、このことは、このような機器を微細化するための要件に反するものであり、またコストに対してもマイナス要因となる。とりわけ、当該アンテナは、近距離で動作するＲＦＩＤアンテナにすぎない。

米国特許第６，９７３，７０９号明細書 米国特許第６，８２５，８１１号明細書 米国特許第７，２４２，３５３号明細書 米国特許第７，３３６，２７０号明細書

本発明は、さらなる技術ステップにほとんど又は全く拠らずに製造可能であり、かつ使用可能な空間を最大限利用可能な内蔵型アンテナを有するスクリーンを提供することによって、従来技術の上記欠陥を解決する。用語「アンテナ」は、送信及び／又は受信用の、遠距離で動作する放射アンテナを意味するのに使用される。

本発明によると、この目的は、画素からなるアクティブマトリクスと、該画素に共通の共通電極と、該共通電極に接続され、かつ少なくとも部分的に該アクティブマトリクスを囲む導電性ストリップとを有するフラットスクリーンによって達成可能であり、該スクリーンは、少なくとも１つのアンテナを形成するスロット（antenna-forming slot）が該導電性ストリップに形成されていることを特徴とする。該導電性ストリップは、該アクティブマトリクスの少なくとも一部（つまり、従来技術の一般的な環境）を囲むリングを形成してよいし、或いは、例えばＬ字型やＵ字型のようなオープン形状を同様に示すことも可能である。

通常リング状であり、かつ該アクティブマトリクス及びその共通電極を囲む該導電性ストリップは、通常、該共通電極（一般的には陰極）の均一なポテンシャルを達成するために、アクティブマトリクス・フラットスクリーンに提供される。結果として、本発明の実施によって、デバイスの寸法は増加しない。さらに、該スロットアンテナは、適切なフォトリソグラフィー・マスクを使用することによって、堆積により該導電性ストリップの製造と同時に形成可能である。したがって、これに伴う余分なコストは実質上ゼロである。

本発明の特定の実施形態では、
・該アンテナは、該ストリップの縁部に対してオープンなスロットによって、オープンでないスロットによって、または、該画素からなるアクティブマトリクスを囲む環状スロットによって形成可能である。

・該導電性ストリップは、該スクリーンの基板上に堆積されることによって形成可能であり、また５０ナノメートル（ｎｍ）から２マイクロメートル（μｍ）、好ましくは１００ｎｍから１μｍの範囲の厚さ、及び／又は５０μｍから１０ミリメートル（ｍｍ）、好ましくは１００μｍから２ｍｍの範囲の幅を示すことができる。この幅は一定であってもよく、該ストリップに沿って変動してもよい。有利には、該スロットは該ストリップの最も幅広の部分に形成される。

・該スロットは、１００メガヘルツ（ＭＨｚ）から１０ギガヘルツ（ＧＨｚ）の範囲の少なくとも１つの周波数で共鳴するように寸法設定されてもよい。

本発明はまた、このようなフラットスクリーンと、該フラットスクリーンに平行であり、且つその該導電性ストリップに電気的に接続された接地平面（ground plane）を含む電子カードと、無線周波数の電気信号を生成及び／又は検出するための手段と、該フラットスクリーンに内蔵されている該スロットアンテナを励起するためのポートであって、無線周波数の電気信号を生成及び／又は検出するための該手段に接続されているポートとを備えるポータブル機器を提供する。

有利には、該スロットアンテナは、共鳴を示し、かつ該手段によって生成又は検出された該電気信号の周波数において該励起ポートと少なくともほぼインピーダンス整合するように、寸法設定してもよい。

本発明の他の特徴、詳細及び利点は、例証として提供された添付の図面を参照してなされた以下の説明を読めば明らかになる。

有機ＯＬＥＤを有する従来技術のフラットスクリーンの分解図である。 スロットアンテナが内蔵されている本発明のフラットスクリーンの概略正面図である。 図１のタイプのスクリーンに内蔵されるのに適したスロットアンテナのレイアウトを示している。 図１のタイプのスクリーンに内蔵されるのに適したスロットアンテナのレイアウトを示している。 図１のタイプのスクリーンに内蔵されるのに適したスロットアンテナのレイアウトを示している。 図１のタイプのスクリーンに内蔵されるのに適したスロットアンテナのレイアウトを示している。 図１のタイプのスクリーンに内蔵されるのに適したスロットアンテナのレイアウトを示している。 本発明のフラットスクリーンに内蔵されているアンテナの性能を評価するためのグラフである。 本発明のフラットスクリーンに内蔵されているアンテナの性能を評価するためのグラフである。 本発明のフラットスクリーンに内蔵されているアンテナの性能を評価するためのグラフである。

図１は、ＯＬＥＤタイプのアクティブマトリクス・フラットスクリーンＥが、通常ガラスからなる透明基板Ｓであって、その上に、薄膜トランジスタＴを介して電源ライン（図示せず）に個別に接続された透明電極（陽極）ＡのマトリクスＭを堆積している透明基板Ｓを通常備えていることを示している。ＯＬＥＤを形成する発光半導体ポリマー層は陽極Ａ上に堆積される。陽極Ａ及び対応するＯＬＥＤは、画素、より正確にはサブ画素（完全な画素は、青色、緑色及び赤色の３つの異なる色の画素からなる）を形成する。ポリマー層上に堆積された金属層Ｃは、すべての画素に共通の陰極を形成する。

共通の陰極Ｃは、数センチメートルの水平寸法（幅、長さ）と比較して極めて小さい、１μｍ程度の厚さである。それにもかかわらず、このことから生じる比較的高い抵抗が陰極のポイント間にもたらす電圧降下がごくわずかであることを保証し、ひいては、均一であり、且つトランジスタのマトリクスの適切な動作と干渉しない電気ポテンシャルを保証するために、より厚いリング状の導体ストリップを陰極の周辺に、これと電気接触させて提供することが知られている。図２及び図３ａ〜図３ｅにおいてＲで示されているこのようなリングは通常、５０ｎｍから２μｍ、好ましくは１００ｎｍから１μｍの範囲の厚さと、５０μｍから１０ｍｍ、好ましくは１００μｍから２ｍｍの幅を示すことができる。リングＲの導電率は、略均一なポテンシャルを維持するのに十分であり、このため、共通の陰極Ｃのポテンシャルを均一にするのには十分である。リングは、例えばアルミニウム、銀、銅、又はモリブデンから作られていてもよい。上記のように、リングＲは、陰極の周辺の一部にのみ延びる「オープン」形状、例えばＵ字型又はＬ字型を示す導電性ストリップと交換可能である。

好ましくは、寸法を最小化するために、図示されているように、リングＲは、スクリーンＥの表面から突出しない。

本発明がベースとしているアイデアは、リングＲに形成されたスロットまたは溝をアンテナとして使用することである。スロットアンテナの原理自体は、従来技術において知られている。特に、Ｒ．Ｇａｒｇ、Ｐ．Ｂｈａｒｔｉａ、Ｉ．Ｂａｈｌ＆Ａ．Ｉｔｔｉｐｉｂｏｏｎによる文献「Ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ａｎｔｅｎｎａ ｄｅｓｉｇｎ ｈａｎｄｂｏｏｋ」、２００１ Ａｒｔｅｃｈ Ｈｏｕｓｅの第７章４４１行〜４８１行を参照されたい。

図２は、リングの縁部に対してオープンなスロットＦを具備する導体リングＲが内部に形成されているアクティブマトリクス・スクリーンＥを示している。ポートＰによってスロットは無線周波数信号で励起可能になり、或いは反対に、外部の無線周波数電磁場によってスロットに誘導された電気信号が抽出可能になる。つまり、上記文献の段落７．３は、共平面導波管の原理に基づいたスロットアンテナ用の励起ポートについて記載している。

ポートＰを介してスロットＦに注入された電気信号、または該スロットによって取り上げられた電磁信号は、スクリーンＥのトランジスタの動作に影響を与えない。というのは、この周波数が、これらのデバイスのカットオフ周波数より十分に高いからである。通常、ノマディック機器用の無線通信プロトコルは、５００ＭＨｚより大きな周波数、場合によっては５ＧＨｚから６ＧＨｚ程度の周波数の使用を伴う（例えば、ＧＭＳ基準は９００ＭＨｚで動作し、ＧＰＳ基準は１．５ＧＨｚ、ＵＭＴＳ基準は２ＧＨｚ、ＷｉＦｉ基準は２．４ＧＨｚ及び５ＧＨｚで動作する）。

接地平面（ground plane）ＰＭは、スクリーンＥから数ミリメートルの距離で、これに平行して延びる。つまり、このような接地平面は、通常、本発明のスクリーンが取り付けられた機器の電子カードに提供される。接続ＣＭは、リングＲを接地平面に接続する。

図２及び３ａに示されている（いわゆる「切欠き（notch）」タイプのアンテナを形成する）オープンスロットは、本発明の一つの可能な実施形態を構成するにすぎない。変形例において、スロットは、非オープンかつ直線形（図３ｂ）、非オープンかつＬ字型（図３ｃ）、Ｌ字型かつ一方の端部においてオープン（図示せず）、又はリング状（図３ｄ）であってもよい。複数の周波数で動作可能になるように、また、アンテナ・ダイバーシティ・システムを提供するように、複数の別個のスロットアンテナ（Ｆ_１、Ｆ_２）を形成することも可能である（図３ｅ）。

一般的に、図３ａのオープンスロットは、その小寸法ゆえに、本発明の好ましい実施形態を構成する。つまり、これは、その長さが、非オープンスロットに適用されるようなλ／２ではなく、λ／４にすぎない（ここで、λは、スロットの共鳴周波数と関連した波長である）からである。

図３ｄのリングスロットは、リングの寸法がアンテナの共鳴周波数を決定するため、比較的に、制約的な実施形態を構成する。加えて、スロットによって分離されているリングＲの２つの部分を共に接続するための導体「ブリッジ」を提供する必要がある。

図４ａ〜図４ｃは、図２のデバイスに基づいたシミュレーションの結果を示している。シミュレーションされた構成の特徴は以下のとおりである：
・｜ε_ｒ｜＝４．８２かつｔａｎδ＝０．００５４で、厚さ１ｍｍ、寸法３０ｍｍ×５０ｍｍのパイレックスガラス基板；
・幅２ｍｍ、厚さ１μｍ、寸法２２ｍｍ×４２ｍｍの長方形のアルミニウム導体リング；
・無限であるとされ、かつ陰極Ｃから５ｍｍに配置されている接地平面；
・アルミニウムからなり、かつ厚さ１μｍの陰極Ｃ；
・リングの長辺に対してオープンであり、長方形の形状であり、幅０．５ｍｍ、長さ３ｃｍのスロット；及び
・５０オーム（Ω）のポートＰ。

図４ａのグラフは、ＧＨｚ単位で表される周波数ｆの関数としてスロットのインピーダンスＺ（曲線ＲｅＺ＝実数部分；曲線ＩｍＺ＝虚数部分）を示している。２つの共鳴が観察され、一方は２．３ＧＨｚ付近であり、他方は２．７５ＧＨｚ付近である。第１の共鳴ピークは、周波数ｆ_ｍ≒２．３ＧＨｚでのスロットとポートＰとの間のインピーダンスの略一致（５０Ω）を達成するように作用する。図４ｂに示されるように、パラメータＳ_１１（入口における電圧反射係数）の絶対値を示すグラフは、この結果を確認するものである。つまり、｜Ｓ_１１｜が、−２５デシベル（ｄＢ）の最小値、及びｆ_ｍを中心として約２５ＭＨｚの−１０ｄＢ帯域幅Ｂ_１０を有することが分かる。

値ｆ_ｍは、スロットＦのレイアウトだけでなく、その環境にも依存し、とりわけ、基板Ｓの誘電特性、および接地平面ＰＭが位置する距離に依存する。

リングＲの抵抗率、及びとりわけガラス基板の誘電損失は、図４ｃに示されているように、アンテナの放射効率Ｒ_ｅｆｆを制限する。この構成が最適化されないため、アンテナの放射効率は周波数ｆ_ｍで最小であるが、それにもかかわらず、これらの条件下でさえも多くの無線通信機器の仕様に匹敵する。

本発明は特定のタイプのＯＬＥＤスクリーンを参照して上述されているが、いかなる制約もするものではない。本発明は、ＬＣＤスクリーンにも、不透明な構造、及び透明電極Ｃ（これは上記実施例のような陰極であっても、陽極であってもよい）を使用する他の構造のＯＬＥＤまたはＬＣＤスクリーンにも、同様に適用可能である。

Claims (11)

1. 画素からなるアクティブマトリクス（Ｍ）と、前記画素に共通の共通電極（Ｃ）と、前記共通電極に接続され、かつ少なくとも部分的に前記アクティブマトリクスを囲む導電性ストリップ（Ｒ）とを有するフラットスクリーン（Ｅ）であって、前記導電性ストリップに、アンテナを形成する少なくとも１つのスロット（Ｆ）が形成されていることを特徴とするフラットスクリーン（Ｅ）。
2. 前記導電性ストリップが、前記アクティブマトリクスの少なくとも一部を囲むリングを形成する、請求項１に記載のフラットスクリーン。
3. 前記アンテナが、前記導電性ストリップの縁部に対してオープンなスロットによって形成される、請求項１又は請求項２に記載のフラットスクリーン。
4. 前記アンテナが、オープンでないスロットによって形成される、請求項１又は請求項２に記載のフラットスクリーン。
5. 前記アンテナが、前記画素からなるアクティブマトリクスを囲む環状スロットによって形成される、請求項２に記載のフラットスクリーン。
6. 前記導電性ストリップが、前記スクリーンの基板（Ｓ）上に堆積されることによって形成される、請求項１から５のいずれか一項に記載のフラットスクリーン。
7. 前記導電性ストリップが、５０ｎｍから２μｍ、好ましくは１００ｎｍから１μｍの範囲の厚さを示す、請求項６に記載のフラットスクリーン。
8. 前記導電性ストリップが、５０μｍから１０ｍｍ、好ましくは１００μｍから２ｍｍの範囲の幅を示す、請求項１から７のいずれか一項に記載のフラットスクリーン。
9. 前記スロットが、１００ＭＨｚから１０ＧＨｚの範囲の少なくとも１つの周波数で共鳴するように寸法設定される、請求項１から８のいずれか一項に記載のフラットスクリーン。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載のフラットスクリーン（Ｅ）と、
    前記フラットスクリーンに平行であり、且つ前記フラットスクリーンの前記導電性ストリップに電気的に接続された接地平面（ＰＭ）を含む電子カードと、
    無線周波数の電気信号を生成及び／又は検出するための手段と、
    前記フラットスクリーンに内蔵されている前記スロットアンテナを励起するためのポート（Ｐ）であって、無線周波数の電気信号を生成及び／又は検出するための前記手段に接続されているポート（Ｐ）と、
    を備えるポータブル機器。
11. 前記スロットアンテナが、共鳴を示すように、かつ、前記手段によって生成又は検出された前記電気信号の周波数（ｆ_ｍ）において前記励起ポートと少なくともほぼインピーダンス整合するように寸法設定される、請求項１０に記載のポータブル機器。

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