JP2019087852A - 走査アンテナおよび液晶装置 - Google Patents

Abstract

【課題】走査アンテナ、液晶表示装置などの液晶装置の性能を向上させる。【解決手段】ある実施形態の走査アンテナ１０００Ａは、複数の第１アンテナ単位Ｕ−Ａと、複数の第２アンテナ単位Ｕ−Ｂとを有している。複数の第１アンテナ単位Ｕ−Ａは、複数の第１ゲートバスラインＧＬ−Ａに接続された第１ゲートドライバＧＤ−Ａと、複数の第１ソースバスラインＳＬ−Ａに接続された第１ソースドライバＳＤ−Ａとによって駆動される。複数の第２アンテナ単位Ｕ−Ｂは、複数の第２ゲートバスラインＧＬ−Ｂに接続された第２ゲートドライバＧＤ−Ｂと、複数の第２ソースバスラインＳＬ−Ｂに接続された第２ソースドライバＳＤ−Ｂとによって駆動される。第１ゲートドライバＧＤ−Ａと第２ゲートドライバＧＤ−Ｂとは互いに独立に動作し、第１ソースドライバＳＤ−Ａと第２ソースドライバＳＤ−Ｂとは互いに独立に動作する。【選択図】図３

Description

本発明は、走査アンテナに関し、特に、アンテナ単位（「素子アンテナ」ということもある。）が液晶容量を有する走査アンテナ（「液晶アレイアンテナ」ということもある。）に関する。本発明は、また、液晶表示装置などの液晶装置に関する。

移動体通信や衛星放送用のアンテナは、ビームの方向を変えられる（「ビーム走査」または「ビームステアリング」と言われる。）機能を必要とする。このような機能を有するアンテナ（以下、「走査アンテナ（ｓｃａｎｎｅｄ ａｎｔｅｎｎａ）」という。）として、アンテナ単位を備えるフェイズドアレイアンテナが知られている。しかしながら、従来のフェイズドアレイアンテナは高価であり、民生品への普及の障害となっている。特に、アンテナ単位の数が増えると、コストが著しく上昇する。

そこで、液晶材料（ネマチック液晶、高分子分散液晶を含む）の大きな誘電異方性（複屈折率）を利用した走査アンテナが提案されている（特許文献１〜５および非特許文献１）。液晶材料の誘電率は周波数分散を有するので、本明細書において、マイクロ波の周波数帯における誘電率（「マイクロ波に対する誘電率」ということもある。）を特に「誘電率Ｍ（ε_M）」と表記することにする。

特許文献３および非特許文献１には、液晶表示装置（以下、「ＬＣＤ」という。）の技術を利用することによって低価格な走査アンテナが得られると記載されている。しかしながら、ＬＣＤ技術を利用した走査アンテナの構造、その製造方法、およびその駆動方法を具体的に記載した文献はなかった。

本出願人は、従来のＬＣＤの製造技術を利用して量産することが可能な走査アンテナを開発している。本出願人による特許文献６は、従来のＬＣＤの製造技術を利用して量産することが可能な走査アンテナ、そのような走査アンテナに用いられるＴＦＴ基板ならびにそのような走査アンテナの製造方法および駆動方法を開示している。参考のために、特許文献６の開示内容の全てを本明細書に援用する。

特開２００７−１１６５７３号公報 特開２００７−２９５０４４号公報 特表２００９−５３８５６５号公報 特表２０１３−５３９９４９号公報 国際公開第２０１５／１２６５５０号 国際公開第２０１７／０６１５２７号 Ｒ． Ａ． Ｓｔｅｖｅｎｓｏｎ ｅｔ ａｌ．， "Ｒｅｔｈｉｎｋｉｎｇ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ：Ａｄｖａｎｃｅｄ Ａｎｔｅｎｎａ Ｄｅｓｉｇｎ ｕｓｉｎｇ ＬＣＤ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ"， ＳＩＤ ２０１５ ＤＩＧＥＳＴ， ｐｐ．８２７−８３０． Ｍ． ＡＮＤＯ ｅｔ ａｌ．， "Ａ Ｒａｄｉａｌ Ｌｉｎｅ Ｓｌｏｔ Ａｎｔｅｎｎａ ｆｏｒ １２ＧＨｚ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ＴＶ Ｒｅｃｅｐｔｉｏｎ"， ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ， Ｖｏｌ． ＡＰ−３３， Ｎｏ．１２， ｐｐ． １３４７−１３５３ （１９８５）．

本発明のある目的は、特許文献６に記載の走査アンテナの性能をさらに向上させることにある。また、本発明の他の目的は、走査アンテナに限られず、液晶表示装置などの液晶装置の性能を向上させることにある。

本発明のある実施形態による走査アンテナは、複数のアンテナ単位が配列された走査アンテナであって、第１誘電体基板と、前記第１誘電体基板に支持された複数のＴＦＴと、複数のゲートバスラインと、複数のソースバスラインと、複数のパッチ電極とを有するＴＦＴ基板と、第２誘電体基板と、前記第２誘電体基板の第１主面上に形成されたスロット電極であって、前記複数のパッチ電極に対応して配置された複数のスロットを有するスロット電極と有するスロット基板と、前記ＴＦＴ基板と前記スロット基板との間に設けられた液晶層と、前記第２誘電体基板の前記第１主面と反対側の第２主面に誘電体層を介して対向するように配置された反射導電板とを有し、前記複数のアンテナ単位は、複数の第１アンテナ単位と、複数の第２アンテナ単位とを含み、前記複数の第１アンテナ単位は、複数の第１ゲートバスラインに接続された第１ゲートドライバと、複数の第１ソースバスラインに接続された第１ソースドライバとによって駆動され、前記複数の第２アンテナ単位は、複数の第２ゲートバスラインに接続された第２ゲートドライバと、複数の第２ソースバスラインに接続された第２ソースドライバとによって駆動され、前記第１ゲートドライバと前記第２ゲートドライバとは互いに独立に動作し、前記第１ソースドライバと前記第２ソースドライバとは互いに独立に動作する。

ある実施形態において、前記第１ゲートドライバおよび前記第１ソースドライバは、第１駆動周波数で前記複数の第１アンテナ単位を駆動し、前記第２ゲートドライバおよび前記第２ソースドライバは、前記第１駆動周波数とは異なる第２駆動周波数で前記複数の第２アンテナ単位を駆動する。

ある実施形態において、前記複数の第１アンテナ単位は受信用であり、前記複数の第２アンテナ単位は送信用である。

ある実施形態において、前記複数の第１アンテナ単位と前記複数の第２アンテナ単位とは、異なる周波数の電磁波を受信または送信する。

ある実施形態において、前記複数の第１アンテナ単位が配列されている領域と、前記複数の第２アンテナ単位が配列されている領域は互いに重なっている。

ある実施形態において、複数の液晶素子が配列された液晶装置であって、前記複数の液晶素子のそれぞれは、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に設けられた液晶層とを有し、前記第１電極は、ＴＦＴを介してソースバスラインに接続されており、前記ＴＦＴはゲートバスラインに接続されており、前記複数の液晶素子は、複数の第１液晶素子と、複数の第２液晶素子とを含み、前記複数の第１液晶素子のそれぞれが有する前記ＴＦＴは、第１ソースバスラインを介して第１ソースドライバに接続されており、前記複数の第２液晶素子のそれぞれが有する前記ＴＦＴは、第２ソースバスラインを介して第２ソースドライバに接続されており、前記第１ソースドライバと前記第２ソースドライバとは互いに独立に動作する。

ある実施形態において、複数の液晶素子が配列された液晶装置であって、前記複数の液晶素子のそれぞれは、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に設けられた液晶層とを有し、前記第１電極は、ＴＦＴを介してソースバスラインに接続されており、前記ＴＦＴはゲートバスラインに接続されており、前記複数の液晶素子は、複数の第１液晶素子と、複数の第２液晶素子とを含み、前記複数の第１液晶素子のそれぞれが有する前記ＴＦＴは、第１ゲートバスラインを介して第１ゲートドライバに接続されており、前記複数の第２液晶素子のそれぞれが有する前記ＴＦＴは、第２ゲートバスラインを介して第２ゲートドライバに接続されており、前記第１ゲートドライバと前記第２ゲートドライバとは互いに独立に動作する。

本発明のある実施形態によると、走査アンテナの性能をさらに向上させることができる。また、本発明の他の実施形態によると、液晶表示装置などの液晶装置の性能を向上させることができる。

走査アンテナ１０００の一部を模式的に示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ、走査アンテナ１０００におけるＴＦＴ基板１０１およびスロット基板２０１を示す模式的な平面図である。 本発明の実施形態１による走査アンテナ１０００Ａの模式的な回路図である。 本発明の実施形態１による他の走査アンテナ１０００Ｂの模式的な回路図である。 本発明の実施形態２による走査アンテナ１０００Ｃの模式的な回路図である。 本発明の実施形態２による他の走査アンテナ１０００Ｄの模式的な回路図である。 本発明の実施形態２によるさらに他の走査アンテナ１０００Ｅの模式的な回路図である。 本発明の実施形態３による走査アンテナ１０００Ｆの模式的な回路図である。 本発明の実施形態３による他の走査アンテナ１０００Ｇの模式的な回路図である。

［走査アンテナの基本構造］
液晶材料の大きな誘電率Ｍ（ε_M）の異方性（複屈折率）を利用したアンテナ単位を用いた走査アンテナは、ＬＣＤパネルの画素に対応付けられるアンテナ単位の各液晶層に印加する電圧を制御し、各アンテナ単位の液晶層の実効的な誘電率Ｍ（ε_M）を変化させることによって、静電容量の異なるアンテナ単位で２次元的なパターンを形成する（ＬＣＤによる画像の表示に対応する。）。アンテナから出射される、または、アンテナによって受信される電磁波（例えば、マイクロ波）には、各アンテナ単位の静電容量に応じた位相差が与えられ、静電容量の異なるアンテナ単位によって形成された２次元的なパターンに応じて、特定の方向に強い指向性を有することになる（ビーム走査）。例えば、アンテナから出射される電磁波は、入力電磁波が各アンテナ単位に入射し、各アンテナ単位で散乱された結果得られる球面波を、各アンテナ単位によって与えられる位相差を考慮して積分することによって得られる。各アンテナ単位が、「フェイズシフター：ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔｅｒ」として機能していると考えることもできる。液晶材料を用いた走査アンテナの基本的な構造および動作原理については、特許文献１〜４および非特許文献１、２を参照されたい。非特許文献２は、らせん状のスロットが配列された走査アンテナの基本的な構造を開示している。参考のために、特許文献１〜４および非特許文献１、２の開示内容の全てを本明細書に援用する。

なお、走査アンテナにおけるアンテナ単位はＬＣＤパネルの画素に類似してはいるものの、ＬＣＤパネルの画素の構造とは異なっているし、複数のアンテナ単位の配列もＬＣＤパネルにおける画素の配列とは異なっている。特許文献６に記載の走査アンテナ１０００を示す図１を参照して、走査アンテナの基本構造を説明する。走査アンテナ１０００は、スロットが同心円状に配列されたラジアルインラインスロットアンテナであるが、本発明の実施形態による走査アンテナはこれに限られず、例えば、スロットの配列は、公知の種々の配列であってよい。特に、スロットおよび／またはアンテナ単位の配列について、特許文献５の全ての開示内容を参考のために本明細書に援用する。

図１は、走査アンテナ１０００の一部を模式的に示す断面図であり、同心円状に配列されたスロットの中心近傍に設けられた給電ピン７２（図２（ｂ）参照）から半径方向に沿った断面の一部を模式的に示す。

走査アンテナ１０００は、ＴＦＴ基板１０１と、スロット基板２０１と、これらの間に配置された液晶層ＬＣと、スロット基板２０１と、空気層５４を介して対向するように配置された反射導電板６５とを備えている。走査アンテナ１０００は、ＴＦＴ基板１０１側からマイクロ波を送受信する。

ＴＦＴ基板１０１は、ガラス基板などの誘電体基板１と、誘電体基板１上に形成された複数のパッチ電極１５と、複数のＴＦＴ１０とを有している。各パッチ電極１５は、対応するＴＦＴ１０に接続されている。各ＴＦＴ１０は、ゲートバスラインとソースバスラインとに接続されている。

スロット基板２０１は、ガラス基板などの誘電体基板５１と、誘電体基板５１の液晶層ＬＣ側に形成されたスロット電極５５とを有している。スロット電極５５は複数のスロット５７を有している。

スロット基板２０１と、空気層５４を介して対向するように反射導電板６５が配置されている。空気層５４に代えて、マイクロ波に対する誘電率Ｍが小さい誘電体（例えば、ＰＴＦＥなどのフッ素樹脂）で形成された層を用いることができる。スロット電極５５と反射導電板６５と、これらの間の誘電体基板５１および空気層５４とが導波路３０１として機能する。

パッチ電極１５と、スロット５７を含むスロット電極５５の部分と、これらの間の液晶層ＬＣとがアンテナ単位Ｕを構成する。各アンテナ単位Ｕにおいて、１つのパッチ電極１５が１つのスロット５７を含むスロット電極５５の部分と液晶層ＬＣを介して対向しており、液晶容量を構成している。パッチ電極１５とスロット電極５５とが液晶層ＬＣを介して対向する構造は、ＬＣＤパネルの画素電極と対向電極とが液晶層を介して対向する構造と似ている。すなわち、走査アンテナ１０００のアンテナ単位Ｕと、ＬＣＤパネルにおける画素とは似た構成を有している。また、アンテナ単位は、液晶容量と電気的に並列に接続された補助容量を有している点でもＬＣＤパネルにおける画素と似た構成を有している。しかしながら、走査アンテナ１０００は、ＬＣＤパネルと多くの相違点を有している。

まず、走査アンテナ１０００の誘電体基板１、５１に求められる性能は、ＬＣＤパネルの基板に求められる性能と異なる。

一般にＬＣＤパネルには、可視光に透明な基板が用いられ、例えば、ガラス基板またはプラスチック基板が用いられる。反射型のＬＣＤパネルにおいては、背面側の基板には透明性が必要ないので、半導体基板が用いられることもある。これに対し、アンテナ用の誘電体基板１、５１としては、マイクロ波に対する誘電損失（マイクロ波に対する誘電正接をｔａｎδ_Mと表すことにする。）が小さいことが好ましい。誘電体基板１、５１のｔａｎδ_Mは、概ね０．０３以下であることが好ましく、０．０１以下がさらに好ましい。具体的には、ガラス基板またはプラスチック基板を用いることができる。ガラス基板はプラスチック基板よりも寸法安定性、耐熱性に優れ、ＴＦＴ、配線、電極等の回路要素をＬＣＤ技術を用いて形成するのに適している。例えば、導波路を形成する材料が空気とガラスである場合、ガラスの方が上記誘電損失が大きいため、ガラスがより薄い方が導波ロスを減らすことができるとの観点から、好ましくは４００μｍ以下であり、３００μｍ以下がさらに好ましい。下限は特になく、製造プロセスにおいて、割れることなくハンドリングできればよい。

電極に用いられる導電材料も異なる。ＬＣＤパネルの画素電極や対向電極には透明導電膜としてＩＴＯ膜が用いられることが多い。しかしながら、ＩＴＯはマイクロ波に対するｔａｎδ_Mが大きく、アンテナにおける導電層として用いることができない。スロット電極５５は、反射導電板６５とともに導波路３０１の壁として機能する。したがって、導波路３０１の壁におけるマイクロ波の透過を抑制するためには、導波路３０１の壁の厚さ、すなわち、金属層（Ｃｕ層またはＡｌ層）の厚さは大きいことが好ましい。金属層の厚さが表皮深さの３倍であれば、電磁波は１／２０（−２６ｄＢ）に減衰され、５倍であれば１／１５０（−４３ｄＢ）程度に減衰されることが知られている。したがって、金属層の厚さが表皮深さの５倍であれば、電磁波の透過率を１％に低減することができる。例えば、１０ＧＨｚのマイクロ波に対しては、厚さが３．３μｍ以上のＣｕ層、および厚さが４．０μｍ以上のＡｌ層を用いると、マイクロ波を１／１５０まで低減することができる。また、３０ＧＨｚのマイクロ波に対しては、厚さが１．９μｍ以上のＣｕ層、および厚さが２．３μｍ以上のＡｌ層を用いると、マイクロ波を１／１５０まで低減することができる。このように、スロット電極５５は、比較的厚いＣｕ層またはＡｌ層で形成することが好ましい。Ｃｕ層またはＡｌ層の厚さに上限は特になく、成膜時間やコストを考慮して、適宜設定され得る。Ｃｕ層を用いると、Ａｌ層を用いるよりも薄くできるという利点が得られる。比較的厚いＣｕ層またはＡｌ層の形成は、ＬＣＤの製造プロセスで用いられる薄膜堆積法だけでなく、Ｃｕ箔またはＡｌ箔を基板に貼り付ける等、他の方法を採用することもできる。金属層の厚さは、例えば、２μｍ以上３０μｍ以下である。薄膜堆積法を用いて形成する場合、金属層の厚さは５μｍ以下であることが好ましい。なお、反射導電板６５は、例えば、厚さが数ｍｍのアルミニウム板、銅板などを用いることができる。

パッチ電極１５は、スロット電極５５のように導波路３０１を構成する訳ではないので、スロット電極５５よりも厚さが小さいＣｕ層またはＡｌ層を用いることができる。ただし、スロット電極５５のスロット５７付近の自由電子の振動がパッチ電極１５内の自由電子の振動を誘起する際に熱に変わるロスを避けるために、抵抗が低い方が好ましい。量産性の観点からはＣｕ層よりもＡｌ層を用いることが好ましく、Ａｌ層の厚さは例えば０．３μｍ以上２μｍ以下が好ましい。

また、アンテナ単位Ｕの配列ピッチは、画素ピッチと大きく異なる。例えば、１２ＧＨｚ（Ｋｕ ｂａｎｄ）のマイクロ波用のアンテナを考えると、波長λは、例えば２５ｍｍである。そうすると、特許文献４に記載されているように、アンテナ単位Ｕのピッチはλ／４以下および／またはλ／５以下であるので、６．２５ｍｍ以下および／または５ｍｍ以下ということになる。これはＬＣＤパネルの画素のピッチと比べて１０倍以上大きい。したがって、アンテナ単位Ｕの長さおよび幅もＬＣＤパネルの画素長さおよび幅よりも約１０倍大きいことになる。

もちろん、アンテナ単位Ｕの配列はＬＣＤパネルにおける画素の配列と異なり得る。ここでは、同心円状に配列した例（例えば、特開２００２−２１７６４０号公報参照）を示すが、これに限られず、例えば、非特許文献２に記載されているように、らせん状に配列されてもよい。さらに、特許文献４に記載されているようにマトリクス状に配列してもよい。

走査アンテナ１０００の液晶層ＬＣの液晶材料に求められる特性は、ＬＣＤパネルの液晶材料に求められる特性と異なる。ＬＣＤパネルは画素の液晶層の屈折率変化によって、可視光（波長３８０ｎｍ〜８３０ｎｍ）の偏光に位相差を与えることによって、偏光状態を変化させる（例えば、直線偏光の偏光軸方向を回転させる、または、円偏光の円偏光度を変化させる）ことによって、表示を行う。これに対して走査アンテナ１０００は、アンテナ単位Ｕが有する液晶容量の静電容量値を変化させることによって、各パッチ電極から励振（再輻射）されるマイクロ波の位相を変化させる。したがって、液晶層は、マイクロ波に対する誘電率Ｍ（ε_M）の異方性（Δε_M）が大きいことが好ましく、ｔａｎδ_Mは小さいことが好ましい。例えば、Ｍ． Ｗｉｔｔｅｋ ｅｔ ａｌ．， ＳＩＤ ２０１５ ＤＩＧＥＳＴｐｐ．８２４−８２６に記載のΔε_Mが４以上で、ｔａｎδ_Mが０．０２以下（いずれも１９Ｇｚの値）を好適に用いることができる。この他、九鬼、高分子５５巻８月号ｐｐ．５９９−６０２（２００６）に記載のΔε_Mが０．４以上、ｔａｎδ_Mが０．０４以下の液晶材料を用いることができる。

一般に液晶材料の誘電率は周波数分散を有するが、マイクロ波に対する誘電異方性Δε_Mは、可視光に対する屈折率異方性Δｎと正の相関がある。したがって、マイクロ波に対するアンテナ単位用の液晶材料は、可視光に対する屈折率異方性Δｎが大きい材料が好ましいと言える。ＬＣＤ用の液晶材料の屈折率異方性Δｎは５５０ｎｍの光に対する屈折率異方性で評価される。ここでも５５０ｎｍの光に対するΔｎ（複屈折率）を指標に用いると、Δｎが０．３以上、好ましくは０．４以上のネマチック液晶が、マイクロ波に対するアンテナ単位用に用いられる。Δｎに特に上限はない。ただし、Δｎが大きい液晶材料は極性が強い傾向にあるので、信頼性を低下させる恐れがある。液晶層の厚さは、例えば、１μｍ〜５００μｍである。

以下、走査アンテナの構造をより詳細に説明する。

まず、図１および図２を参照する。図１は詳述した様に走査アンテナ１０００の中心付近の模式的な部分断面図であり、図２（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、走査アンテナ１０００におけるＴＦＴ基板１０１およびスロット基板２０１を示す模式的な平面図である。

走査アンテナ１０００は２次元に配列された複数のアンテナ単位Ｕを有しており、ここで例示する走査アンテナ１０００では、複数のアンテナ単位が同心円状に配列されている。以下の説明においては、アンテナ単位Ｕに対応するＴＦＴ基板１０１の領域およびスロット基板２０１の領域を「アンテナ単位領域」と呼び、アンテナ単位と同じ参照符号Ｕを付すことにする。また、図２（ａ）および（ｂ）に示す様に、ＴＦＴ基板１０１およびスロット基板２０１において、２次元的に配列された複数のアンテナ単位領域によって画定される領域を「送受信領域Ｒ１」と呼び、送受信領域Ｒ１以外の領域を「非送受信領域Ｒ２」と呼ぶ。非送受信領域Ｒ２には、端子部、駆動回路などが設けられる。

図２（ａ）は、走査アンテナ１０００におけるＴＦＴ基板１０１を示す模式的な平面図である。

図示する例では、ＴＦＴ基板１０１の法線方向から見たとき、送受信領域Ｒ１はドーナツ状である。非送受信領域Ｒ２は、送受信領域Ｒ１の中心部に位置する第１非送受信領域Ｒ２ａと、送受信領域Ｒ１の周縁部に位置する第２非送受信領域Ｒ２ｂとを含む。送受信領域Ｒ１の外径は、例えば２００ｍｍ〜１５００ｍｍで、通信量などに応じて設定される。

ＴＦＴ基板１０１の送受信領域Ｒ１には、誘電体基板１に支持された複数のゲートバスラインＧＬおよび複数のソースバスラインＳＬが設けられ、これらの配線によってアンテナ単位領域Ｕが規定されている。アンテナ単位領域Ｕは、送受信領域Ｒ１において、例えば同心円状に配列されている。アンテナ単位領域Ｕのそれぞれは、ＴＦＴと、ＴＦＴに電気的に接続されたパッチ電極とを含んでいる。ＴＦＴのソース電極はソースバスラインＳＬに、ゲート電極はゲートバスラインＧＬにそれぞれ電気的に接続されている。また、ドレイン電極は、パッチ電極と電気的に接続されている。

非送受信領域Ｒ２（Ｒ２ａ、Ｒ２ｂ）には、送受信領域Ｒ１を包囲するようにシール領域Ｒｓが配置されている。シール領域Ｒｓにはシール材（不図示）が付与されている。シール材は、ＴＦＴ基板１０１およびスロット基板２０１を互いに接着させるとともに、これらの基板１０１、２０１の間に液晶を封入する。

非送受信領域Ｒ２のうちシール領域Ｒｓの外側には、ゲート端子部ＧＴ、ゲートドライバＧＤ、ソース端子部ＳＴおよびソースドライバＳＤが設けられている。ゲートバスラインＧＬのそれぞれはゲート端子部ＧＴを介してゲートドライバＧＤに接続されている。ソースバスラインＳＬのそれぞれはソース端子部ＳＴを介してソースドライバＳＤに接続されている。なお、この例では、ソースドライバＳＤおよびゲートドライバＧＤは誘電体基板１上に形成されているが、これらのドライバの一方または両方は他の誘電体基板上に設けられていてもよい。

非送受信領域Ｒ２には、また、複数のトランスファー端子部ＰＴが設けられている。トランスファー端子部ＰＴは、スロット基板２０１のスロット電極５５（図２（ｂ））と電気的に接続される。本明細書では、トランスファー端子部ＰＴとスロット電極５５との接続部を「トランスファー部」と称する。図示するように、トランスファー端子部ＰＴ（トランスファー部）は、シール領域Ｒｓ内に配置されてもよい。この場合、シール材として導電性粒子を含有する樹脂を用いてもよい。これにより、ＴＦＴ基板１０１とスロット基板２０１との間に液晶を封入させるとともに、トランスファー端子部ＰＴとスロット基板２０１のスロット電極５５との電気的な接続を確保できる。この例では、第１非送受信領域Ｒ２ａおよび第２非送受信領域Ｒ２ｂの両方にトランスファー端子部ＰＴが配置されているが、いずれか一方のみに配置されていてもよい。

なお、トランスファー端子部ＰＴ（トランスファー部）は、シール領域Ｒｓ内に配置されていなくてもよい。例えば非送受信領域Ｒ２のうちシール領域Ｒｓの外側に配置されていてもよい。

図２（ｂ）は、走査アンテナ１０００におけるスロット基板２０１を例示する模式的な平面図であり、スロット基板２０１の液晶層ＬＣ側の表面を示している。

スロット基板２０１では、誘電体基板５１上に、送受信領域Ｒ１および非送受信領域Ｒ２に亘ってスロット電極５５が形成されている。

スロット基板２０１の送受信領域Ｒ１では、スロット電極５５には複数のスロット５７が配置されている。スロット５７は、ＴＦＴ基板１０１におけるアンテナ単位領域Ｕに対応して配置されている。図示する例では、複数のスロット５７は、ラジアルインラインスロットアンテナを構成するように、互いに概ね直交する方向に延びる一対のスロット５７が同心円状に配列されている。互いに概ね直交するスロットを有するので、走査アンテナ１０００は、円偏波を送受信することができる。

非送受信領域Ｒ２には、複数の、スロット電極５５の端子部ＩＴが設けられている。端子部ＩＴは、ＴＦＴ基板１０１のトランスファー端子部ＰＴ（図２（ａ））と電気的に接続される。この例では、端子部ＩＴは、シール領域Ｒｓ内に配置されており、導電性粒子を含有するシール材によって対応するトランスファー端子部ＰＴと電気的に接続される。

また、第１非送受信領域Ｒ２ａにおいて、スロット基板２０１の裏面側に給電ピン７２が配置されている。給電ピン７２によって、スロット電極５５、反射導電板６５および誘電体基板５１で構成された導波路３０１にマイクロ波が挿入される。給電ピン７２は給電装置７０に接続されている。給電は、スロット５７が配列された同心円の中心から行う。給電の方式は、直結給電方式および電磁結合方式のいずれであってもよく、公知の給電構造を採用することができる。

図２（ａ）および（ｂ）では、シール領域Ｒｓは、送受信領域Ｒ１を含む比較的狭い領域を包囲するように設けた例を示したが、これに限られない。特に、送受信領域Ｒ１の外側に設けられるシール領域Ｒｓは、送受信領域Ｒ１から一定以上の距離を持つように、例えば、誘電体基板１および／または誘電体基板５１の辺の近傍に設けてもよい。もちろん、非送受信領域Ｒ２に設けられる、例えば端子部や駆動回路は、シール領域Ｒｓの外側（すなわち、液晶層が存在しない側）に形成してもよい。送受信領域Ｒ１から一定以上の離れた位置にシール領域Ｒｓを形成することによって、シール材（特に、硬化性樹脂）に含まれている不純物（特にイオン性不純物）の影響を受けてアンテナ特性が低下することを抑制することができる。

特許文献６に記載の走査アンテナ１０００は、全てのアンテナ単位ＵがゲートドライバＧＤおよびソースドライバＳＤによって駆動される。したがって、走査アンテナ１０００を送受信に用いる場合、時分割で駆動する必要があった。例えば、送信を右旋円偏波で行い、受信を左旋円偏波で行う場合、あるいは、送信と受信とで周波数が異なる場合、複数のアンテナ単位Ｕを２つの群、例えば複数の第１アンテナ単位（第１群）および複数の第２アンテナ単位（第２群）で構成し、第１アンテナ単位（第１群）を駆動する期間と第２アンテナ単位（第２群）を駆動する期間とに分けて、駆動する（時分割駆動）必要があった。複数の第１アンテナ単位および複数の第２アンテナ単位は、それぞれの偏波および／または周波数に応じて、スロットが配列されている。複数の第１アンテナ単位が配列されている領域と、複数の第２アンテナ単位が配列されている領域は互いに重なっている。例えば、複数の第１アンテナ単位および複数の第２アンテナ単位のいずれも送受信領域Ｒ１のほぼ全体にわたって、所定の間隔で配置される。

図３に、本発明の実施形態１による走査アンテナ１０００Ａの模式的な回路図を示す。なお、図３は、走査アンテナ１０００Ａの一部を示しており、アンテナ単位Ｕ−Ａ、Ｕ−Ｂの配列は例示に過ぎない。以下の図でも同様である。

図３に示すように、走査アンテナ１０００Ａは、複数の第１アンテナ単位Ｕ−Ａと、複数の第２アンテナ単位Ｕ−Ｂとを有している。複数の第１アンテナ単位Ｕ−Ａは、複数の第１ゲートバスラインＧＬ−Ａに接続された第１ゲートドライバＧＤ−Ａと、複数の第１ソースバスラインＳＬ−Ａに接続された第１ソースドライバＳＤ−Ａとによって駆動される。複数の第２アンテナ単位Ｕ−Ｂは、複数の第２ゲートバスラインＧＬ−Ｂに接続された第２ゲートドライバＧＤ−Ｂと、複数の第２ソースバスラインＳＬ−Ｂに接続された第２ソースドライバＳＤ−Ｂとによって駆動される。第１ゲートドライバＧＤ−Ａと第２ゲートドライバＧＤ−Ｂとは互いに独立に動作し、第１ソースドライバＳＤ−Ａと第２ソースドライバＳＤ−Ｂとは互いに独立に動作する。

ここでは、複数の第１アンテナ単位Ｕ−Ａと複数の第２アンテナ単位Ｕ−Ｂとは、それぞれが接続されているソースバスラインＳＬ−ＡとソースバスラインＳＬ−Ｂとがゲートバスラインに沿って交互になるように、配置されている。複数の第１アンテナ単位Ｕ−Ａおよび複数の第２アンテナ単位Ｕ−Ｂはそれぞれ所定の間隔で配置されており、所定の偏波および／または周波数の電波を送信または受信する。

第１ゲートドライバＧＤ−Ａと第２ゲートドライバＧＤ−Ｂとは互いに独立に動作し、第１ソースドライバＳＤ−Ａと第２ソースドライバＳＤ−Ｂとは互いに独立に動作するので、例えば、複数の第１アンテナ単位Ｕ−Ａを第１駆動周波数（例えば９０Ｈｚ）で駆動し、複数の第２アンテナ単位Ｕ−Ｂを第１駆動周波数とは異なる第２駆動周波数（例えば、１２０Ｈｚ）で駆動することができる。また、例えば、複数の第１アンテナ単位Ｕ−Ａを受信用とし使い、複数の第２アンテナ単位Ｕ−Ｂを送信用として使うこともできる。もちろん、送信周波数と受信周波数とが異なってもよい。

図４に、実施形態１による他の走査アンテナ１０００Ｂの模式的な回路図を示す。図４に示すように、走査アンテナ１０００Ｂが有する複数の第１アンテナ単位Ｕ−Ａおよび複数の第２アンテナ単位Ｕ−Ｂは同心円状に配列されている。円周に沿って延びるソースバスラインＳＬ−ＡとソースバスラインＳＬ−Ｂとが半径方向に交互に配列され、半径方向に延びるゲートバスラインＧＬ−ＡとゲートバスラインＧＬ−Ｂとが円周方向に交互に配列されている。

走査アンテナ１０００Ｂにおいても走査アンテナ１０００Ａと同様に、複数の第１アンテナ単位Ｕ−Ａは、複数の第１ゲートバスラインＧＬ−Ａに接続された第１ゲートドライバＧＤ−Ａと、複数の第１ソースバスラインＳＬ−Ａに接続された第１ソースドライバＳＤ−Ａとによって駆動される。複数の第２アンテナ単位Ｕ−Ｂは、複数の第２ゲートバスラインＧＬ−Ｂに接続された第２ゲートドライバＧＤ−Ｂと、複数の第２ソースバスラインＳＬ−Ｂに接続された第２ソースドライバＳＤ−Ｂとによって駆動される。第１ゲートドライバＧＤ−Ａと第２ゲートドライバＧＤ−Ｂとは互いに独立に動作し、第１ソースドライバＳＤ−Ａと第２ソースドライバＳＤ−Ｂとは互いに独立に動作し、複数の第１アンテナ単位Ｕ−Ａと複数の第２アンテナ単位Ｕ−Ｂとは、独立に駆動される。

図５に、本発明の実施形態２による走査アンテナ１０００Ｃの模式的な回路図を示す。走査アンテナ１０００Ｃも、実施形態１の走査アンテナ１０００Ａ、Ｂと同様に、複数の第１アンテナ単位Ｕ−Ａと、複数の第２アンテナ単位Ｕ−Ｂとを有している。複数の第１アンテナ単位Ｕ−Ａおよび複数の第２アンテナ単位Ｕ−Ｂが、複数のゲートバスラインＧＬに接続された共通のゲートドライバＧＤで駆動される点において、実施形態１の走査アンテナ１０００Ａ、Ｂと異なっている。

複数の第１アンテナ単位Ｕ−Ａは、ゲートドライバＧＤと複数の第１ソースバスラインＳＬ−Ａに接続された第１ソースドライバＳＤ−Ａとによって駆動される。複数の第２アンテナ単位Ｕ−Ｂは、ゲートドライバＧＤと、複数の第２ソースバスラインＳＬ−Ｂに接続された第２ソースドライバＳＤ−Ｂとによって駆動される。第１ソースドライバＳＤ−Ａと第２ソースドライバＳＤ−Ｂとは互いに独立に動作する。したがって、例えば、複数の第１アンテナ単位Ｕ−Ａと複数の第２アンテナ単位Ｕ−Ｂとを駆動するためのソース電圧（データ電圧）が異なる場合、それぞれの電圧範囲に適したソースドライバを用いることができる。

図５に示した走査アンテナ１０００Ｃでは、複数の第１アンテナ単位Ｕ−Ａと複数の第２アンテナ単位Ｕ−Ｂとは、それぞれが接続されているソースバスラインＳＬ−ＡとソースバスラインＳＬ−Ｂとがゲートバスラインに沿って交互になるように、配置されているが、これに限られず、例えば、図６に示す様に、複数の第１アンテナ単位Ｕ−Ａに接続されたソースバスラインＳＬ−Ａがゲートバスラインに沿って互いに隣接し、複数の第２アンテナ単位Ｕ−Ｂに接続されたソースバスラインＳＬ−Ｂがゲートバスラインに沿って互いに隣接するように配置してもよい。互いに隣接するソースバスラインＳＬ−ＡまたはソースバスラインＳＬ−Ｂの本数は、２本に限られず、任意であってよい。

図７に、実施形態２による他の走査アンテナ１０００Ｅの模式的な回路図を示す。図７に示すように、走査アンテナ１０００Ｅが有する複数の第１アンテナ単位Ｕ−Ａおよび複数の第２アンテナ単位Ｕ−Ｂは同心円状に配列されている。円周に沿って延びるソースバスラインＳＬ−ＡとソーバスラインＳＬ−Ｂとが半径方向に交互に配列され、複数の第１アンテナ単位Ｕ−Ａおよび複数の第２アンテナ単位Ｕ−Ｂに接続されたゲートバスラインＧＬが半径方向に延びている。走査アンテナ１０００Ｅも走査アンテナ１０００Ｃ、１０００Ｄと同様に、複数の第１アンテナ単位Ｕ−Ａは、ゲートドライバＧＤと第１ソースドライバＳＤ−Ａとによって駆動され、複数の第２アンテナ単位Ｕ−Ｂは、ゲートドライバＧＤと第２ソースドライバＳＤ−Ｂとによって駆動される。

図８に、本発明の実施形態３による走査アンテナ１０００Ｆの模式的な回路図を示す。走査アンテナ１０００Ｆも、実施形態１の走査アンテナ１０００Ａ、Ｂと同様に、複数の第１アンテナ単位Ｕ−Ｃと、複数の第２アンテナ単位Ｕ−Ｄとを有している。複数の第１アンテナ単位Ｕ−Ｃおよび複数の第２アンテナ単位Ｕ−Ｄが、複数のソースバスラインＳＬに接続された共通のソースドライバＳＤで駆動される点において、実施形態１の走査アンテナ１０００Ａ、Ｂと異なっている。

複数の第１アンテナ単位Ｕ−Ｃは、第１ゲートドライバＧＤ−Ｃと複数のソースバスラインＳＬに接続されたソースドライバＳＤとによって駆動される。複数の第２アンテナ単位Ｕ−Ｄは、第２ゲートドライバＧＤ−Ｄと、複数のソースバスラインＳＬに接続されたソースドライバＳＤとによって駆動される。第１ゲートドライバＧＤ−Ｃと第２ゲートドライバＧＤ−Ｄとは互いに独立に動作する。したがって、例えば、複数の第１アンテナ単位Ｕ−Ｃを構成するＴＦＴと複数の第２アンテナ単位Ｕ−Ｄを構成するＴＦＴとが、異なるしきい値特性を有する場合、それぞれのしきいち電圧に適したゲートドライバを用いることができる。

図９に、実施形態３による他の走査アンテナ１０００Ｇの模式的な回路図を示す。図９に示すように、走査アンテナ１０００Ｇが有する複数の第１アンテナ単位Ｕ−Ｃおよび複数の第２アンテナ単位Ｕ−Ｄは同心円状に配列されている。円周に沿って延びるゲートバスラインＧＬ−ＣとゲートバスラインＧＬ−Ｄとが半径方向に交互に配列され、複数の第１アンテナ単位Ｕ−Ａおよび複数の第２アンテナ単位Ｕ−Ｂに接続されたソースバスラインＳＬが半径方向に延びている。走査アンテナ１０００Ｇも走査アンテナ１０００Ｆと同様に、複数の第１アンテナ単位Ｕ−Ｃは、第１ゲートドライバＧＤ−ＣとソースドライバＳＤとによって駆動され、複数の第２アンテナ単位Ｕ−Ｄは、第２ゲートドライバＧＤ−ＤとソースドライバＳＤとによって駆動される。

上記では、走査アンテナの実施形態を説明したが、本発明の実施形態は、走査アンテナに限られず、走査アンテナのアンテナ単位や、液晶表示装置の画素の様に、一対の電極と、一対の電極の間に配置された液晶層とを有する液晶素子に、ＴＦＴを介して電圧を印加する構成を有する液晶装置に広く適用できる。

すなわち、本発明のある実施形態による液晶装置は、複数の液晶素子が配列された液晶装置であって、複数の液晶素子のそれぞれは、第１電極と、第２電極と、第１電極と第２電極との間に設けられた液晶層とを有し、第１電極は、ＴＦＴを介してソースバスラインに接続されており、ＴＦＴはゲートバスラインに接続されている。第２電極に供給される電圧は、適宜設定される。例えば、第２電極は、複数の液晶素子に共通の対向電極であってもよい。複数の液晶素子は、複数の第１液晶素子と、複数の第２液晶素子とを含み、複数の第１液晶素子のそれぞれが有するＴＦＴは、第１ソースバスラインを介して第１ソースドライバに接続されており、複数の第２液晶素子のそれぞれが有するＴＦＴは、第２ソースバスラインを介して第２ソースドライバに接続されており、第１ソースドライバと第２ソースドライバとは互いに独立に動作するように構成してもよい。そうすると、実施形態２の走査アンテナの様に、例えば、複数の第１液晶素子と複数の第２液晶素子とを駆動するためのソース電圧（データ電圧）が異なる場合、それぞれの電圧範囲に適したソースドライバを用いることができる。

また、本発明の他の実施形態による液晶装置は、複数の第１液晶素子のそれぞれが有するＴＦＴは、第１ゲートバスラインを介して第１ゲートドライバに接続されており、複数の第２液晶素子のそれぞれが有するＴＦＴは、第２ゲートバスラインを介して第２ゲートドライバに接続されており、第１ゲートドライバと第２ゲートドライバとは互いに独立に動作するように構成してもよい。そうすると、実施形態３の走査アンテナと同様に、複数の第１液晶素子を構成するＴＦＴと複数の第２液晶素子を構成するＴＦＴとが、異なるしきい値特性を有する場合、それぞれのしきいち電圧に適したゲートドライバを用いることができる。

もちろん、実施形態１の走査アンテナの様に、複数の第１液晶素子が、複数の第１ゲートバスラインに接続された第１ゲートドライバと、複数の第１ソースバスラインに接続された第１ソースドライバとによって駆動されるように構成し、複数の第２液晶素子が、複数の第２ゲートバスラインに接続された第２ゲートドライバＧＤ−Ｂと、複数の第２ソースバスラインＳＬ−Ｂに接続された第２ソースドライバＳＤ−Ｂとによって駆動されるようにしてもよい。そうすると、複数の第１液晶素子と複数の第１液晶素子とを独立に（例えば異なる駆動周波数で）駆動することができる。

本発明の実施形態による走査アンテナは、例えば、移動体（例えば、船舶、航空機、自動車）に搭載される衛星通信や衛星放送用の走査アンテナに好適に用いられる。また、本発明の実施形態による液晶装置は、液晶表示装置等に好適に用いられる。

１、５１：誘電体基板
１５ ：パッチ電極
５４ ：空気層
５５ ：スロット電極
５７ ：スロット
６５ ：反射導電板
７０ ：給電装置
７２ ：給電ピン
１０１ ：ＴＦＴ基板
２０１ ：スロット基板
３０１ ：導波路
１０００、１０００Ａ、１０００Ｂ：走査アンテナ
ＧＤ、ＧＤ−Ａ、ＧＤ−Ｂ、ＧＤ−Ｃ、ＧＤ−Ｄ ：ゲートドライバ
ＧＬ、ＧＬ−Ａ、ＧＬ−Ｂ、ＧＬ−Ｃ、ＧＬ−Ｄ ：ゲートバスライン
ＧＴ ：ゲート端子部
ＩＴ ：端子部
ＬＣ ：液晶層
Ｍ：誘電率
ＰＴ ：トランスファー端子部
Ｒ１ ：送受信領域
Ｒ２ ：非送受信領域
Ｒ２ａ ：第１非送受信領域
Ｒ２ｂ ：第２非送受信領域
Ｒｓ ：シール領域
ＳＤ、ＳＤ−Ａ、ＳＤ−Ｂ ：ソースドライバ
ＳＬ、ＳＬ−Ａ、ＳＬ−Ｂ ：ソースバスライン
ＳＴ ：ソース端子部
Ｕ：アンテナ単位（アンテナ単位領域）

Claims (7)

1. 複数のアンテナ単位が配列された走査アンテナであって、
   第１誘電体基板と、前記第１誘電体基板に支持された複数のＴＦＴと、複数のゲートバスラインと、複数のソースバスラインと、複数のパッチ電極とを有するＴＦＴ基板と、
   第２誘電体基板と、前記第２誘電体基板の第１主面上に形成されたスロット電極であって、前記複数のパッチ電極に対応して配置された複数のスロットを有するスロット電極と有するスロット基板と、
   前記ＴＦＴ基板と前記スロット基板との間に設けられた液晶層と、
   前記第２誘電体基板の前記第１主面と反対側の第２主面に誘電体層を介して対向するように配置された反射導電板とを有し、
   前記複数のアンテナ単位は、複数の第１アンテナ単位と、複数の第２アンテナ単位とを含み、
   前記複数の第１アンテナ単位は、複数の第１ゲートバスラインに接続された第１ゲートドライバと、複数の第１ソースバスラインに接続された第１ソースドライバとによって駆動され、
   前記複数の第２アンテナ単位は、複数の第２ゲートバスラインに接続された第２ゲートドライバと、複数の第２ソースバスラインに接続された第２ソースドライバとによって駆動され、
   前記第１ゲートドライバと前記第２ゲートドライバとは互いに独立に動作し、前記第１ソースドライバと前記第２ソースドライバとは互いに独立に動作する、走査アンテナ。
2. 前記第１ゲートドライバおよび前記第１ソースドライバは、第１駆動周波数で前記複数の第１アンテナ単位を駆動し、
   前記第２ゲートドライバおよび前記第２ソースドライバは、前記第１駆動周波数とは異なる第２駆動周波数で前記複数の第２アンテナ単位を駆動する、請求項１に記載の走査アンテナ。
3. 前記複数の第１アンテナ単位は受信用であり、前記複数の第２アンテナ単位は送信用である、請求項１または２に記載の走査アンテナ。
4. 前記複数の第１アンテナ単位と前記複数の第２アンテナ単位とは、異なる周波数の電磁波を受信または送信する、請求項１から３のいずれかに記載の走査アンテナ。
5. 前記複数の第１アンテナ単位が配列されている領域と、前記複数の第２アンテナ単位が配列されている領域は互いに重なっている、請求項１から４のいずれかに記載の走査アンテナ。
6. 複数の液晶素子が配列された液晶装置であって、
   前記複数の液晶素子のそれぞれは、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に設けられた液晶層とを有し、前記第１電極は、ＴＦＴを介してソースバスラインに接続されており、前記ＴＦＴはゲートバスラインに接続されており、
   前記複数の液晶素子は、複数の第１液晶素子と、複数の第２液晶素子とを含み、
   前記複数の第１液晶素子のそれぞれが有する前記ＴＦＴは、第１ソースバスラインを介して第１ソースドライバに接続されており、
   前記複数の第２液晶素子のそれぞれが有する前記ＴＦＴは、第２ソースバスラインを介して第２ソースドライバに接続されており、
   前記第１ソースドライバと前記第２ソースドライバとは互いに独立に動作する、液晶装置。
7. 複数の液晶素子が配列された液晶装置であって、
   前記複数の液晶素子のそれぞれは、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に設けられた液晶層とを有し、前記第１電極は、ＴＦＴを介してソースバスラインに接続されており、前記ＴＦＴはゲートバスラインに接続されており、
   前記複数の液晶素子は、複数の第１液晶素子と、複数の第２液晶素子とを含み、
   前記複数の第１液晶素子のそれぞれが有する前記ＴＦＴは、第１ゲートバスラインを介して第１ゲートドライバに接続されており、
   前記複数の第２液晶素子のそれぞれが有する前記ＴＦＴは、第２ゲートバスラインを介して第２ゲートドライバに接続されており、
   前記第１ゲートドライバと前記第２ゲートドライバとは互いに独立に動作する、液晶装置。

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