JP2020532911A - 液晶の多相制御 - Google Patents

Abstract

多相可変誘電体アンテナであって、上部誘電体と、底部誘電体と、上部誘電体と底部誘電体との間の可変誘電体プレートと、可変誘電体プレートの上方に設けられた複数の導電性デバイスと、底部誘電体の下に設けられたＲＦ給電部と、を備え、可変誘電体プレートは、上部バインダと、底部バインダと、上部バインダと底部バインダとの間に設けられた可変比誘電率材料と、を含み、可変比誘電率材料は、ピクセルに分割され、ピクセルのそれぞれは、対応の導電性デバイスの下に配置され、複数の電極と、複数の導電ラインとを具え、当該複数の導電ラインのそれぞれは、独立して、電極の１つと、コントローラとに接続されて、その結果、単一のピクセルの複数の電極のそれぞれが、独立して、コントローラから作動信号を受信する、多相可変誘電体アンテナ。【選択図】図５Ｂ

Description

関連出願の相互参照
本願は、２０１７年８月３０日出願の米国仮出願第６２／５５２，２７３号の優先権を主張し、その開示は、参照によりそのすべてが本明細書に援用される。

１．分野
本開示は、概ね、液晶デバイスの分野に関し、特に、液晶のドメイン配向の制御に関する。

２．関連技術
液晶は、種々のアプリケーションにおいて使用可能である。液晶の特徴は、外乱（externalperturbation）によって、液晶系の巨視的特性が著しく変化し得ることである。巨視的特性におけるこの変化を、２つだけ例を挙げれば光学系及び電気系において用いることができる。電場及び磁場の両方を、このような変化を引き起こすために用いることができる。場の大きさと、分子が配向する速度とは、特定のアプリケーションにとって重要な特性である。

特別な表面処理を液晶デバイスに用いて、双極分子に特定の配向をさせ、よってダイレクタを配向させることができる。外場に沿ったダイレクタの配向は、分子の電気的性質により引き起こされる。この点において、ダイレクタは、任意の場所近くの分子の好ましい配向の向きを表す、大きさを持たない単位ベクトルｎのことを言う。永久電気双極子は、分子の一方の端部が正味の正電荷を有し、一方、他方の端部は正味の負の電荷を有する結果もたらされる。外部電場を液晶に掛けると、双極分子は、それ自体を場の向きに沿って配向させる傾向がある。

一般的な系では、分子は、緩和状態、すなわち、外場を掛けていない状態では、一方向に配向する。変化が必要な場合、適切な電場を掛け、この電場は、分子を、掛けた場の強度と相関する量だけ回転させる。その作用がもう必要なくなって、場を除去すると、分子が緩和状態に戻る。電気的反応及び化学的反応として２つの作用、つまり、場を掛けると、電気的反応が起こって分子が回転する作用と、場を除去すると、化学的反応によって、分子が緩和状態に戻る作用とが考えられる。しかしながら、電気的反応は、化学的反応よりもずっと早く起こる。よって、経時的作動は、対称的ではない、つまり、「ＯＮ」は、「ＯＦＦ」よりもずっと早い。

ＬＣＤディスプレイ等の光学系では、この非対称的な現象は、リフレッシュレートが比較的緩やかであっても、滑らかで許容可能な画像を維持するので、実際有利に働く。電極に電位を掛けて、ピクセルが「ＯＮ」になると、ダイレクタは急速に配向を変えて、光が、そのピクセルを通過して所望の強度まで照らし得る。スキャンが他のピクセルに進行すると、電位は、リフレッシュシーケンスにおける次のサイクルまで、そのピクセルには掛からなくなる。しかしながら、光は、なお通過可能であるものの、ダイレクタの緩和にかかる時間が長くなると、全体がＯＦＦになる前に、次のリフレッシュサイクルが、電位を再び掛け、人間の目には強度のわずかな低下は分からないので滑らかな画像を維持する結果になる。

電極を使用して液晶の配向を制御する際の情報をさらに得るため、読み手には、例えば、米国特許第５，１０５，１８６号明細書及び米国特許第８，１１１，２３２号明細書と、米国特許出願公開第２００８／００２４６８８号明細書に目を向けてもらう。この技術は、フラットパネルディスプレイ用のネマチック相液晶の従来の使用に関連する。

最近、出願人は、非光学デバイスの特性及び作動を制御するために液晶を使用することを提案した。例を、米国特許第７，４６６，２６９号明細書及び７，８８４，７６６号明細書と、米国特許出願公開第２０１８−００６２２３８号明細書において参照可能である。このようなデバイスでは、ダイレクタの配向を、液晶層の誘電率を変更するために制御して、それにより、電気デバイスの作動特性を変化させる。しかしながら、本発明者が発見したように、従来技術とは反対に、液晶の非対称的な作動は、このようなアプリケーションには望ましくない。本発明者は、電気デバイスの作動を制御するとき、「ＯＦＦ」の過程を「ＯＮ」の過程と同程度速くすることが望ましいと判断した。

そのために、当該技術において、液晶のダイレクタの制御を改善する必要がある。

以下の本開示の発明の概要は、本発明におけるいくつかの態様及び特徴の基本的な理解を得るために含ませている。この発明の概要は本発明の広範囲の概略ではなく、それ自体特に本発明の不可欠若しくは重要な要素を特定すること、又は本発明の範囲を詳述することを意図しない。その唯一の目的は、以下に記載されるより詳細な説明の前置きとして簡易な形態で本発明のいくつかの概念を提示することにある。

開示の実施形態は、改善された液晶ドメイン配向の制御を提供する。開示の実施形態は、複数の電極を用い、複数の電極のそれぞれが、ドメイン系を迅速に所望の状態にし得る独立した制御ラインを具える複数の電極を利用する。

一般的な態様では、液晶系を、複数のピクセルグループのそれぞれのグループが電気デバイスの作動特性を制御するように作動可能な複数のピクセルグループを具えて、製作する。それぞれのグループは、複数のピクセルを含み、それぞれのピクセルは、複数の電場の状態を生成し空間での配向を相違させるように空間に配置された複数の電極を含む。それぞれの状態は、液晶のドメインをピクセル内において相違する所望の配向で配置するように設定される。

開示の実施形態では、液晶材料は、ガラス、ＰＥＴ、テフロン等の上部誘電体プレートと、底部誘電体プレートとの間に挟まれている。画定されたそれぞれのピクセルについて、複数の上部電極が上部誘電体に設けられ、少なくとも１つの電極が底部誘電体に設けられる。上部電極及び底部電極のそれぞれが、コントローラにより任意の極性に独立して通電され得る個別の制御ラインに接続される。異なる電位を異なる極性で個々の電極に掛けることによって、種々のモードまたは状態を液晶系内において画定し得る。ダイレクタの向きと振幅は、掛ける電荷の大きさと、電荷を掛ける電極の選択とにより、制御可能である。

一態様によれば、多相可変誘電体アンテナが提供され、この多相誘電体アンテナは、上部誘電体と、底部誘電体と、上部誘電体と底部誘電体との間の可変誘電体プレートと、可変誘電体プレートの上方に設けられた複数の導電性デバイスと、底部誘電体の下に設けられたＲＦ給電部と、を備え、可変誘電体プレートは、上部バインダと、底部バインダと、上部バインダと底部バインダとの間に設けられた可変比誘電率材料と、を備え、可変比誘電率材料は、ピクセルに分割され、ピクセルのそれぞれは、対応の導電性デバイスの下に配置され、複数の電極と、複数の導電ラインとを具え、当該複数の導電ラインのそれぞれは、独立して、電極の１つとコントローラとに接続されて、その結果、単一のピクセルの複数の電極のそれぞれが、独立して、コントローラから作動信号を受信する。

多相可変誘電体アンテナは、さらに、上部誘電体の上方に設けられた複数の放射パッチと、複数の導電性ビアであって、それぞれが、導電性デバイスの１つと、放射パッチの対応する１つとの間に電気接続を提供する複数の導電性ビアとを備え得る。アンテナは、放射パッチの１つの下においてそれぞれが位置合わせされた複数の窓を有するＲＦ接地部もさらに備え得る。複数の導電ラインは、独立して、放射パッチの１つとコントローラとに接続された導電ラインを含み得、その結果、複数の放射パッチのそれぞれが、独立して、コントローラから作動信号を受信する。可変誘電体プレートは、さらに、上部バインダと底部バインダとの間に設けられた複数のスペーサを備え得る。可変誘電体プレートは、さらに、それぞれのピクセル用の複数の接地電極を備え得る。可変誘電体プレートは、さらに、複数の接地ラインであって、それぞれの接地ラインが、独立して、接地電極の１つとコントローラとに接続されて、単一のピクセルの複数の接地電極のそれぞれが、独立して、コントローラから作動信号を受信する複数の接地ラインを備え得る。その上、複数の導電性デバイスのそれぞれは、ＲＦ信号を放射パッチに送信するように構成された遅延ラインを含み得、また、放射パッチからＲＦ信号を受信しコントローラからピクセル作動信号を受信するように構成し得る。アンテナは、ＲＦ給電部と複数の導電性デバイスとの間にＤＣオープン及びＲＦ短絡の構成を含み得る。複数の導電性デバイスのそれぞれが、蛇行した導電ストリップとして形成された遅延ラインを含み得、ピクセルのいくつかは、蛇行した導電ストリップに沿って配置される。複数のＲＦ放射パッチを含ませることができ、遅延ラインのそれぞれがＲＦ放射パッチの１つに接続される。アンテナは、さらに、それぞれのピクセルの下に配置された複数の接地電極を備え、複数の接地信号ラインのそれぞれが、個々にかつ独占的に接地電極の１つに接続され、よってコントローラに通じる。

別の態様によれば、多相可変誘電体アンテナを製作する方法が、提供され、当該方法は、可変比誘電率材料を上部バインダと底部バインダとの間に配置するステップと、可変比誘電率材料からピクセルを形成するステップと、複数の電極を上部バインダに形成するステップであって、複数の電極の１つ以上の電極のサブセットをそれぞれのピクセルの上方に設ける、複数の電極を上部バインダに形成するステップと、複数の信号ラインを形成するステップであって、それぞれの信号ラインは、複数の電極の１つのみに独立してかつ独占的に接続されてコントローラに通じる、複数の信号ラインを形成するステップと、底部バインダ上に接地構成を形成するステップと、複数の導電性デバイスを上部バインダの上方に形成するステップであって、ピクセルの少なくとも１つが導電性デバイスのそれぞれの下に位置する複数の導電性デバイスを上部バインダ上方に形成するステップと、を含む。接地構成を形成するステップは、それぞれのピクセルの下に複数の接地電極を形成するステップと、複数の接地信号ラインを形成するステップであって、それぞれが個々にかつ独占的に接地電極の１つに接続されてコントローラに通じる、複数の接地信号ラインを形成するステップとを含み得る。複数の導電性デバイスを形成するステップは、蛇行した複数の導電ラインを形成するステップであって、蛇行した複数の導電ラインのそれぞれは複数のピクセルの上方に形成される、複数の蛇行した導電ラインを形成するステップを含み得る。本方法は、さらに、複数の放射パッチを形成するステップと、複数の接点を形成するステップであって、それぞれの接点が放射パッチの１つを、蛇行する導電ラインの１つに接続する、複数の接点を形成するステップとを含み得る。

本発明の他の態様及び特徴は、以下の図面を参照して行う詳細な説明から明らかとなるだろう。詳細な説明及び図面は、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の種々の実施形態の種々の非限定的例をなすものであることが理解すべきである。

本明細書に含まれるとともに本明細書の一部をなす添付の図面は、本発明の実施形態を例示するものであり、詳細な説明とともに本発明の原理を説明し図示する役割を担う。図面は、概略的に、例示の実施形態の主な特徴を示すことを意図している。図面は、実際の実施形態のすべての特徴や示される要素の相対的寸法を示すことを意図するものではなく、正確な縮尺で描いていない。

図１は、先行技術に係る液晶構造を示す。 図２は、本発明の一実施形態に係る液晶構造を示す。 図３は、本発明の別の実施形態に係る液晶構造を示す。 図４は、導電性パッチを電極として使用する本発明の別の実施形態に係る液晶構造を示す。 図５Ａは、一実施形態に係る電子デバイスの一例を示す。 図５Ｂは、一実施形態に係る電子デバイスの一例を示す。

本発明の液晶構造の実施形態およびその作動について、図面を参照して説明する。様々な用途のために又は様々な利点を得るために、種々の実施形態又はそれらの組合せを使用することができる。本明細書に開示する種々の特徴は、得ようとする結果次第で、利点を要件や制約と両立させて、部分的に又はそのすべてを単独で又は他の特徴と組み合わせて使用することができる。ゆえに、特定の利点は種々の実施形態において強調されるが、開示の実施形態に限定されるわけではない。すなわち、本明細書に開示の特徴は、それらが記載される実施形態に限定されるわけではなく、他の特徴と「組み合わせ適合させ」、他の実施形態に組み込むことができる。

図面に、場またはダイレクタを表示していることに留意すべきである。これらの表示は、以下にさらに徹底的に説明していくように、特定の例に相互に関連してくるものであり、また、異なる電位をかけることにより変化し得るものである。

図１は、先行技術に係る液晶構造の断面の一部を示す。液晶材料１００、例えば、ネマチック相液晶が、上部誘電体１０５と、底部誘電体１１０との間に挟まれている。カラーフィルタ１１５が上部誘電体１０５上に設けられ、照射層１２０が底部誘電体１１０上に設けられている。（図１に示す２つのピクセルの）それぞれのピクセルにおけるダイレクタの配向は、電位を、導電性材料からなる上部電極１２５と底部電極１３０とにかけることにより制御する。上部電極１２５は、ユーザに対して透明である必要があり、したがって、それぞれのピクセルに対して、上部電極は、３枚の薄い、ＩＴＯ等の透明導電性ストリップからなる。３枚のストリップを、次に、単一の横向きの導電性ストリップに接続し、３枚すべてが常時同じ電位に維持されるようにする。図１の断面には横向きのストリップを図示できないので、ストリップをコントローラ１４０に接続する３本の導体ライン１２７により模している。すなわち、コントローラからの信号は、横向きのストリップを介して同時に３枚のストリップに印加されて、１２８で示す均一な場が生成される。底部電極１３０は、１枚の大きなプレートとして作製可能であり、コントローラに通じる１本の信号線も有する。場１２８は、３枚のストリップ１２５と底部電極１３０との間の電位差により生成される。３枚のストリップは、すべて同じ電位に保持されるので、場の向きは、均一で変化しないが、その大きさは、電極に印加される電位の大きさにより変化し得る。

電子デバイスについて検討すべき事項は、ＬＣＤ等の光学デバイスについて検討すべき事項とは異なる。例えば、電子デバイスについては、電極が光学的に透明か否かは問題ではない。さらに、場の大きさを変更することは、電子デバイスにとっても重要だが、本発明者は、場の向き及び／または場の形状、および場が変化する速度を制御することも重要であると判断した。以下の実施形態は、大きさに加えて、場の向きと形状を変更可能とするものである。

図２に、大きさに加えて、場の向きと形状を制御可能な実施形態を図示する。図１に示すように、液晶１００は、上部誘電体１０５と底部誘電体１１０との間に挟まれている。電子デバイスに、カラーフィルタは不要である。その代わりに、電子デバイスを、例えば、遅延ライン、放射パッチ等の導電性回路１１６の形態で、上部誘電体１０５上に設ける。また、照射部１２０は、不要なので、排除している。図２において、底部電極１３０は、図１と同様に維持し得る。それとは逆に、それぞれのピクセル用の上部電極は、個々に制御される複数の（ここでは３つの）電極１２６ａ〜１２６ｃを設けるように変更している。１つのピクセル内において個々に制御される上部電極１２６ａ〜１２６ｃのそれぞれは、コントローラ１４０に個々に接続されている。コントローラが、電極１２６ａ〜１２６ｃに、極性が異なる別々の電位をかけることによって、場１２８の向きと形状は、図２に例示したように変化し得る。

一例として、図２では、コントローラは、２つのピクセルに異なる信号を印加している。左にあるピクセルについて、コントローラは、接地信号を、底部電極１３０と、最も左の上部電極１２６ａにも印加している。その結果、生成される場は、図１に図示した従来の均一な場と比較して、歪んでいる。ここに示した図面は、シミュレーションプログラムにより作成していないので、場は、概略を図示しており、実際に生じた場の正確な図示にはなっていない。場の大きさは、電極１２６ｂ及び電極１２６ｃに印加される正電位の大きさにより制御される。

また、図２において、右のピクセルについて、コントローラは、正の電位を最も右の上部電極１２６ｃのみに印加し、その他の全ての電極は、接地電位を受信する。このように、コントローラは、図２に概略を図示したように、場の歪みを強化する。よって、本明細書に開示の制御方式によって、標準的なＬＣＤ制御方式では不可能な場の生成が可能である。

本明細書に開示の制御方式には、従来のＬＣＤ制御方式よりもっと多くのラインを要することを理解すべきである。しかしながら、ライン及び電極は、透明にする必要はないので、アルミニウムまたは銅から作製可能であり、それにより、ＩＴＯと比較してコンダクタンスが改善される。

図３に、複数の上部電極１２６ａ〜１２６ｃと複数の底部電極１３０ａ〜１３０ｃとをピクセルそれぞれのために設けた実施形態を図示する。上部電極１２６ａ〜１２６ｃ及び底部電極１３０ａ〜１３０ｃのそれぞれは、独立してかつ別々にコントローラに接続されており、その結果、コントローラはそれぞれの電極に作動信号を別々に印加することができる。確かに、特定の場を生成するために、電極の全てに通電する必要は全くない。このことを、図３の特定の図に例示しているが、他のいかなる実施形態または実施にも適用可能である。

図３に図示した状況では、左のピクセルに通電して、右のピクセルとは異なる場を生成している。左のピクセルにおいて、コントローラは、負電位または接地電位を、底部電極１３０ａ及び１３０ｂに掛けるが、底部電極１３０ｃには電位を掛けず、すなわち、浮遊状態のままである。コントローラは、正電位を上部電極１２６ｂ及び１２６ｃに掛けるが、上部電極１２６ａには電位を掛けない。繰り返すが、結果として生じる場は、従来のＬＣＤの場と比較して歪む。右にあるピクセルについて、コントローラは、負電位または接地電位を、２つの底部電極１３０ｂ及び１３０ｃと、上部電極１２６ｃに掛ける。コントローラは、正電位を上部電極１２６ａ及び１２６ｂに掛けるが、底部電極１３０ａは浮遊状態にしておく。結果として生じる場は、従来のＬＣＤの場と比較して歪む。

図３の実施形態は、スペーサ１４４の使用も図示している。電子デバイスについて、上部誘電体と底部誘電体との間の距離は、デバイスの性能に影響を与えるものであり、精確に維持すべきである。従って、図３の実施形態では、絶縁スペーサ、例えば、ガラスビーズを、上部誘電体と底部誘電体との間隔と、デバイス全体における均等さとを維持するために使用する。

図４に別の実施形態を示す。図４では、それぞれのピクセルは、２つの上部電極１２６ａ及び１２６ｃを有し、底部には、１つの総合接地電極、またはいくつかの電極、この特定の例では、２つの底部電極１３０ａ及び１３０ｃを存在させることができ、それぞれが、独立して、コントローラ１４０に接続される。さらに、導電性パッチ１１６の形態の電子デバイスのそれぞれもまた、コントローラに接続され、作動信号を受信する。よって、電子デバイス１１６のそれぞれは、電子デバイスとしての機能に加えて、遅延ライン、放射パッチ等の作動電極としても機能する。

図４に図示した特定の作動モーメントにおいて、左のピクセルでは、コントローラ１４０が正電位を上部電極１２６ｃと導電性パッチ１１６とに掛けることにより、場が生成されている。コントローラは、負電位または接地電位を底部電極１３０ａに掛けるが、上部電極１２６ａ及び底部電極１３０ｃは浮遊状態に維持する。右のピクセルに対して、コントローラは、正電位を、上部電極１２６ａと底部電極１３０ａに掛けるが、導電性パッチ１１６には電位を掛けず、接地電位または負電位を上部電極１２６ｃ及び底部電極１３０ｃに掛ける。よって、本明細書において説明するように、開示の実施形態によって、液晶系の多相制御が可能となる。

液晶系の状態が異なることは、ピクセルの上方に位置する導電性パッチに対する比誘電率が異なることを示す。導電性パッチの下のピクセルにおける比誘電率を変更することによって、導電性パッチの作動特性を変化させ得る。例えば、導電性パッチが遅延ラインであるとき、ピクセルの液晶の状態を変更すると、比誘電率が変化することになり、それにより、遅延ラインにより生じる遅延量が変化する。異なる状態は、異なる場を掛けることにより、その系の化学的緩和をせずに、電子的に制御されるので、遅延量は、迅速に制御可能である。このように、遅延ラインは、例えば、信号が導電性パッチを進行する際の相の変化を制御することに使用可能である。

同様に、導電性パッチが放射パッチであるとき、液晶の状態を変更することを、導電性パッチの共振周波数を制御することに用い得る。コントローラを使用して迅速に制御することによって、共振が迅速に変化可能となって、その結果、放射パッチは、複数の周波数で、連続して作動することができる。

図５Ａ及び図５Ｂに、電子デバイス、図では電子的にスキャンされるアンテナにおいて、図３の実施形態を用いた一例を図示する。放射デバイスの例は、図５Ａ〜図５Ｂに図示した革新的な多相制御誘電体を用いた例では、米国特許出願第１５／６５４，６４３号明細書に本発明者が開示した多層型ソフトウェアを用いており、その内容を参照により本明細書に援用する。よって、本明細書に開示の実施形態に関する関連部分のみが、本明細書において繰り返される。図５Ｂは、２つの放射パッチを示すアンテナ部分の断面であり、図５Ａは、多層型ソフトウェア画定アンテナの１つの放射パッチの一例の平面図である。

図５Ａ及び図５Ｂの実施形態において、液晶に変化が起こることにより影響を受ける電子デバイスは、遅延ライン１１６である。遅延ライン１１６は、信号を、ビア５２５を通って放射パッチ５１０に伝導する。放射パッチ５１０は、一般的に、上部誘電体スペーサ５００上に形成され、この上部誘電体スペーサ５００は、一般に、ガラス、ＰＥＴ、Ｒｏｇｅｒｓ、Ｒｏｈａｃｅｌｌ等の誘電体（絶縁）プレート又は誘電体シートの形態とし得る。放射パッチ５１０は、例えば導電膜の接着、スパッタリング、プリント等によってスペーサ５００の上面に形成する。

パッチ５１０の場所において、ビア５２５が、スペーサ５００に形成され、導体が、ビアを通って、パッチ５１０の背面に接続される。遅延ライン１１６は、例えば、スペーサ５００の底面（又は上部誘電体１０５の上面）に形成され、ビア５２５の導体に物理的及び電気的に接続される。遅延ライン１１６は、例えば、導電膜の接着、導電性材料のスパッタリング、プリント等により作製される蛇行した導電ラインであり、液晶ピクセルの上方を通っている。本明細書に開示のように、電位を、ピクセルの上部電極及び底部電極に掛けることによって、信号が遅延ラインを通って伝達される際に遅延が引き起こされ得る。遅延は、例えば、アンテナアレイのスキャン、極性の変化等につながる信号位相の変更に用いることができる。

遅延ライン１１６における遅延は、本明細書に開示の実施形態のいずれかにより構成される可変比誘電率（ＶＤＣ）プレート５４０により制御される。ＶＤＣプレート５４０を構成するための任意の方法が、アンテナの実施形態とともに用いることに適切であり得るが、特定の実施形態における省略表現として、ＶＤＣプレート５４０を、上部バインダ１０５（例えば、ガラス、ＰＥＴ等）と、可変比誘電率材料１００（例えば、ねじれネマチック液晶層）と、下部バインダ１１０とからなるものとして図示する。他の実施形態では、バインダ層１０５及び１１０の一方又は両方を省略してよい。さらに、ガラスビーズ１４４を、バインダ同士の精確な間隔を保証することに使用し得る。

いくつかの実施形態では、例えば、ねじれネマチック液晶層を使用する場合、ＶＤＣプレート５４０はまた、上部バインダ１０５の底部に成膜及び／若しくは接着することができるアライメント層（薄過ぎるため図示不可能）を含む。アライメント層は、液晶分子を制限基板の端縁部にアライメントするため、ラビング又はＵＶ硬化されるポリイミド系ＰＶＡ等の材料の薄層であり得る。

ＶＤＣプレート５４０におけるそれぞれのピクセルの実効比誘電率は、このＶＤＣプレート５４０に跨って電位を印加することにより制御することができる。その目的で、上部電極及び下部電極が形成され、制御可能な電圧供給部１４０に接続される。上に開示の実施形態において示したように、電極を形成するために種々の構成が存在する。図５Ｂに図示した構成では、ピクセルのそれぞれに対して、複数の上部電極１２６及び底部電極１３０を設けている。上部電極及び底部電極のそれぞれは、独立して、可変電圧供給部１４０に接続されている。

よって、コントローラ１４０により、個別の電極それぞれに掛かる出力電圧を変更することによって、個別のどの電極の近傍におけるＶＤＣ材料の比誘電率を変更し、それにより、遅延ライン１１６を進行するＲＦ信号を変更することが可能である。同様に、従来のコントローラは、制御信号を供給してアンテナの特性を制御することに使用可能であるが、それぞれのピクセル内にある個別の電極に信号を送るように変更しなければならない。よって、アンテナの性能及び特徴はソフトウェアを使用して制御可能であり、つまりソフトウェア制御アンテナである。

この点で、本説明において接地という用語の使用は、一般的に許容しうる接地電位、すなわちアース電位と、設定電位又は浮遊電位としうる共通（コモン）電位又は基準電位との双方を指すことを明確にするべきものである。例えば、従来のＬＣＤディスプレイコントローラは、ピクセルごとに２つの信号を出力し、この信号の一方を、グランドまたは共通信号と呼ぶ。同様に、図面において、負の電位及び接地用の記号を使用しているが、これは互換的にアース電位或いは、共通又は負の電位のいずれかを意味するように簡略表現として使用している。したがって、接地という用語が本明細書に使用されるときは常に、設定電位又は浮遊電位であり得る共通電位又は基準電位という用語が含まれている。

送信モードにおいて、ＲＦ信号がコネクタ５４６（例えば同軸ケーブルコネクタ）を通って給電パッチ５６０に印加される。図５Ｂに示すように、給電パッチ５６０と遅延ライン１１６との間に電気ＤＣ接続は存在しない。しかしながら、開示の実施形態において、層は、給電パッチ５６０と遅延ライン１１６との間にＲＦ短絡が得られるように設計している。図５Ｂに示すように、背面導電性接地（又は共通）層５５５が、背面絶縁体（又は誘電体）４５４の上面と底部バインダ１１０の底面とに形成されている。背面導電性接地層５５５は、実質的に、アンテナアレイの全領域を覆う導体の層である。それぞれのＲＦフィード位置において、窓（ＤＣ遮断部）５５３が背面導電性接地層５５５に設けられる。ＲＦ信号は、給電パッチ５６０から窓５５３を通って進行し、遅延ライン１１６に結合される。受信時には反対のことが起こる。よって、ＤＣオープン及びＲＦ短絡が遅延ライン１１６と給電パッチ５６０との間に形成される。

一実施形態によれば、多相可変誘電体アンテナの製造方法が提供される。本方法は、液晶材料１００等の可変比誘電率材料を、上部バインダ１０５と底部バインダ１１０との間に配置し、可変比誘電率材料からなるピクセルを形成するステップとを含む。ピクセルは、液晶材料内に物理的な仕切りまたは障壁を形成するか、又は単に作動電極１２６の場所を画定することによって、形成し得る。複数の作動電極を上部バインダに形成することは、例えば、銅又はアルミニウム線を形成することにより行い、複数の電極の１つ以上の電極のサブセットをそれぞれのピクセルに対して設ける。さらに、図に示したように、電極１２６は、上部バインダの上面又は底面上に形成し得る。（図５Ｂでは１１７で示す）複数の信号ラインを形成することは、電極１２６の形成と一体的に又は別々に行い得る。形成方法に拘わらず、それぞれの信号ラインは、複数の電極の１つのみに独立してかつ独占的に接続されて、コントローラ１４０に通じている。底部バインダ上に以下の接地構成を形成することは、図に示すように、それぞれのピクセル用に１つ以上の接地電極を具えることにより行い得る。さらに、図に示したように、接地構成は、銅又はアルミニウム電極を用いて底部バインダの上面又は底面に形成し得る。それぞれのピクセル用に形成される接地電極の数に拘わらず、複数の接地信号ライン１１８が、形成され、それぞれが、複数の接地電極の１つのみに独立してかつ独占的に接続されて、コントローラ１４０に通じている。複数の導電性デバイスが、上部バインダ上方に形成され、ピクセルの少なくとも１つが、導電性ストリップのそれぞれの下に位置する。導電性デバイスとは、絶縁体５０５の上に形成される遅延ライン１１６、スペーサ５００の上に形成される放射パッチ５１０等を指し得る。少なくとも１つのピクセルを、導電性デバイス、つまり、遅延ライン１１６又は放射パッチ５１０のいずれかの下に具えることによって、コントローラ１４０により実行されるソフトウェアを用いて、導電性デバイスの作動特性を制御可能となる。

図５Ｂに図示するように、本方法は、絶縁体５０７上に接地面５５５を形成することにより進められる。接地面５５５は、ＲＦ信号が導電性デバイス中を進行するための接地基準（ground reference）になる。図５Ｂの実施形態では、ＲＦ信号が導電性デバイスの方へ進行していく抵抗接続は存在しない。むしろ、ＲＦ信号は、容量結合される。これは、導電性デバイスと給電ライン５４６との間に、抵抗性開口部であるＲＦ短絡を形成することにより行われる。抵抗性開口部であるＲＦ短絡は、給電対象の導電性デバイスの真下で位置調整した場所において窓５５３を接地面に作製することにより形成される。図５Ｂの例では、１つの窓５５３を、遅延ライン１１６のそれぞれの真下に形成している。次いで、給電パッチ５６０を、窓５５３と位置調整して絶縁体４５４上に形成して、その結果、ＲＦ信号が、窓５５３を通じて遅延ライン１１６に、それらの間を抵抗性接続されずに、容量結合される。ＲＦ信号は、同軸コネクタ５４６により給電ライン５６０に結合される。

図５Ｂの図面は、それぞれの遅延ライン１１６の下に１つのピクセル２０２のみを図示するように簡略化している。これは、本説明を明確にし、理解しやすくするためである。しかしながら、実施において、それぞれの遅延ラインに、長さ及び幅に沿って配置されるいくつかのピクセルを具えることができ、それぞれのピクセルは、図示したように別々に制御可能であって、それにより、どんな時でも遅延ラインの所望の作動特性が達成される。遅延レベルを上げるために、遅延ラインは、図５Ａに図示するように、蛇行ラインとして形成されて、その結果、多くのピクセルが、長さに沿って形成され、遅延ラインの長さの大部分の下では比誘電率が変化する。

いくつかの実施形態では、接地電極１３０を省くことができ、また、接地面５５５を、同様に、ピクセル作動信号用の接地基準として使用可能であることにも留意すべきである。しかしながら、このような実施は、個々のピクセルを制御するのに利用可能な状態の数を減らすことになり、また、開示の本発明の利点を幾分減らしてしまいかねない。

本明細書に記載の処理や技術は、本質的に任意の特定の装置に関するものではなく、任意の適切な構成要素の組合せによって実施することができる、ということを理解すべきである。さらに、本明細書に記載の教示に従って、種々のタイプの汎用デバイスを使用することができる。本発明は、特定の実施形態に関して記載しているが、これらは、あらゆる点で限定ではなく例示を目的としている。本発明の実施に多様な組合せが適するということを当業者は理解するであろう。

さらに、本発明の他の態様は、本明細書を考慮して本明細書に開示の本発明を実施することから、当業者には明らかになる。記載の実施形態の種々の態様及び／又は構成要素は単独で又は任意の組合せで使用することができる。明細書及び例は例示のみとして考慮され、本発明の真の範囲及び趣旨は以下の特許請求の範囲によって示されるということを意図している。

Claims (19)

1. 多相可変誘電体アンテナであって、
   上部誘電体と、
   底部誘電体と、
   前記上部誘電体と前記底部誘電体との間の可変誘電体プレートと、
   前記可変誘電体プレートの上に設けられた複数の導電性デバイスと、
   前記底部誘電体の下に設けられたＲＦ給電部と、を備え、
   前記可変誘電体プレートは、
   上部バインダと、
   底部バインダと、
   前記上部バインダと前記底部バインダとの間に設けられた可変比誘電率材料であって、当該可変比誘電率材料は、ピクセルへ分割され、それぞれのピクセルは、対応する導電性デバイスの下に配置され、複数の電極を有している、可変比誘電率材料と、
   複数の導電ラインであって、それぞれの導電ラインは、独立して、前記電極の１つとコントローラとに接続されて、その結果、単一のピクセルの前記複数の電極のそれぞれが、独立して、前記コントローラから作動信号を受信する複数の導電ラインと、を備える多相可変誘電体アンテナ。
2. 前記上部誘電体の上方に設けられた複数の放射パッチと、
   複数の導電性ビアであって、それぞれが、前記導電性デバイスの１つと、前記放射パッチの対応する１つとの間に電気接続を提供する複数の導電性ビアと、をさらに備える請求項１に記載の多相可変誘電体アンテナ。
3. 前記放射パッチの１つの下においてそれぞれが位置合わせされた複数の窓を有するＲＦ接地部をさらに備える請求項２に記載の多相可変誘電体アンテナ。
4. 前記複数の導電ラインは、独立して、前記放射パッチの１つと前記コントローラとに接続されて、その結果、前記複数の放射パッチのそれぞれが、独立して、前記コントローラから作動信号を受信する導電ラインを含む、請求項２に記載の多相可変誘電体アンテナ。
5. 前記可変誘電体プレートは、さらに、前記上部バインダと底部バインダとの間に設けられた複数のスペーサを備える請求項１に記載の多相可変誘電体アンテナ。
6. 前記可変誘電体プレートは、さらに、それぞれのピクセル用の複数の接地電極を備える請求項１に記載の多相可変誘電体アンテナ。
7. 前記可変誘電体プレートは、さらに、複数の接地ラインであって、それぞれの接地ラインが、独立して、前記接地電極の１つと前記コントローラとに接続されて、その結果、単一のピクセルの前記複数の接地電極のそれぞれが、独立して、前記コントローラから作動信号を受信する複数の接地ラインを備える請求項６に記載の多相可変誘電体アンテナ。
8. 前記複数の導電性デバイスのそれぞれは、ＲＦ信号を放射パッチに送るように構成された遅延ラインを含む請求項１に記載の多相可変誘電体アンテナ。
9. 前記複数の導電性デバイスのそれぞれが、放射パッチからＲＦ信号を受信し、前記コントローラからピクセル作動信号を受信するように構成された請求項１に記載の多相可変誘電体アンテナ。
10. さらに、前記ＲＦ給電部と前記複数の導電性デバイスとの間にＤＣオープン及びＲＦ短絡を備える請求項１に記載の多相可変誘電体アンテナ。
11. 前記複数の導電性デバイスのそれぞれが、蛇行した導電ストリップとして形成された遅延ラインを含み、前記ピクセルのいくつかは、前記蛇行した導電ストリップに沿って配置された請求項１に記載の多相可変誘電体アンテナ。
12. 複数のＲＦ放射パッチをさらに備え、前記遅延ラインのそれぞれが前記ＲＦ放射パッチの１つに接続された請求項１１に記載の多相可変誘電体アンテナ。
13. さらに、それぞれのピクセルの下に配置された複数の接地電極を備え、複数の接地信号ラインのそれぞれが、個々にかつ独占的に前記接地電極の１つに接続されて、前記コントローラに通じる請求項１１に記載の多相可変誘電体アンテナ。
14. 可変比誘電率材料を上部バインダと底部バインダとの間に配置するステップと、
    前記可変比誘電率材料からピクセルを形成するステップと、
    複数の電極を上部バインダに形成するステップであって、前記複数の電極の１つ以上の電極のサブセットがそれぞれのピクセルに対して設けられる、複数の電極を上部バインダに形成するステップと、
    複数の信号ラインを形成するステップであって、それぞれの信号ラインは、前記複数の電極の１つのみに独立してかつ独占的に接続されて、コントローラに通じる、複数の信号ラインを形成するステップと、
    前記底部バインダ上に接地構成を形成するステップと、
    複数の導電性デバイスを前記上部バインダ上方に形成するステップであって、前記ピクセルの少なくとも１つが、前記導電性デバイスのそれぞれの下に位置する、複数の導電性デバイスを前記上部バインダの上方に形成するステップと、を含む多相可変誘電体アンテナの製造方法。
15. 前記接地構成を形成するステップは、それぞれのピクセルの下に複数の接地電極を形成するステップと、複数の接地信号ラインを形成するステップであって、それぞれが個々にかつ独占的に前記接地電極の１つに接続されて、前記コントローラに通じる、複数の接地信号ラインを形成するステップとを含む請求項１４に記載の方法。
16. 前記複数の導電性デバイスを形成するステップは、蛇行した複数の導電ラインを形成するステップであって、前記蛇行した複数の導電ラインのそれぞれは複数のピクセルの上方に形成される、複数の蛇行した導電ラインを形成するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
17. 複数の放射パッチを形成するステップと、複数の接点を形成するステップであって、それぞれの接点が前記放射パッチの１つを前記蛇行する導電ラインの１つに接続する、複数の接点を形成するステップとをさらに含む請求項１６に記載の方法。
18. さらに、前記上部バインダと底部バインダとの間に複数の絶縁スペーサを配置するステップを含む請求項１４に記載の方法。
19. さらに、前記底部バインダの下に絶縁プレートを配置するステップと、当該絶縁プレートにＲＦ接地面を形成するステップとを含む請求項１４に記載の方法。
    
    

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