JP2024068778A - 電波反射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電波の位相変化量が大きく反射強度の高い電波反射装置を提供することを目的の一つとする。【解決手段】電波反射装置は、第１パッチ電極と、第１パッチ電極と隣り合う第２パッチ電極と、第１パッチ電極と隣り合う第３パッチ電極と、第２パッチ電極および前記第３パッチ電極と隣り合う第４パッチ電極と、第１パッチ電極および前記第２パッチ電極と対向するコモン電極と、第１パッチ電極および第２パッチ電極とコモン電極との間の液晶層と、第１パッチ電極と第２パッチ電極との間の第１配線と、を有し、第１パッチ電極の面積は、第２パッチ電極および第３パッチ電極の面積と異なる大きさであり、第１パッチ電極と第１配線との間隔と第２パッチ電極と第１配線との間隔は等しい。【選択図】図５

Description

本発明は、電波反射装置に関する。

フェーズドアレイアンテナ（Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ Ａｎｔｅｎｎａ）装置は、面状に配列された複数のアンテナ素子のそれぞれに対し、印加する高周波信号の振幅と位相を調整することでアンテナを固定した状態で指向性を制御している。フェーズドアレイアンテナ装置は移相器を必要とする。液晶の配向状態による誘電率の変化を利用した移相器を用いたフェーズドアレイアンテナ装置が開示されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。

特開平１１－１０３２０１号公報 特表２０１９－５３０３８７号公報

フェーズドアレイアンテナ装置のように、液晶を利用して反射方向を制御できる電波反射板を用いた電波反射装置は、液晶に印加する電圧次第で反射方向をあらゆる方向に制御することが可能である。第５世代移動通信システム（５Ｇ）の普及において、さらに反射位相の位相変化量を拡大する必要がある。しかしながら、反射位相の位相変化量の拡大において、液晶に印加する電圧の制御が困難であり所望の反射強度が得られないという問題がある。

このような問題に鑑み本発明の一実施形態は、電波の位相変化量が大きく反射強度の高い電波反射装置を提供することを目的の一つとする。

本発明の一実施形態に係る電波反射装置は、第１パッチ電極と、第１パッチ電極と隣り合う第２パッチ電極と、第１パッチ電極と隣り合う第３パッチ電極と、第２パッチ電極および前記第３パッチ電極と隣り合う第４パッチ電極と、第１パッチ電極および前記第２パッチ電極と対向するコモン電極と、第１パッチ電極および第２パッチ電極とコモン電極との間の液晶層と、第１パッチ電極と第２パッチ電極との間の第１配線と、を有し、第１パッチ電極の面積は、第２パッチ電極および第３パッチ電極の面積と異なる大きさであり、第１パッチ電極と第１配線との間隔と第２パッチ電極と第１配線との間隔は等しい。

本発明の一実施形態に係る電波反射装置に用いられる反射素子の平面図を示す。 本発明の一実施形態に係る電波反射装置に用いられる反射素子の断面図を示す。 本発明の一実施形態に係る電波反射装置に用いられる反射素子が動作するときの状態を示し、パッチ電極とコモン電極との間に電圧が印加されない状態を示す。 本発明の一実施形態に係る電波反射装置に用いられる反射素子が動作するときの状態を示し、パッチ電極とコモン電極との間に電圧が印加された状態を示す。 本発明の一実施形態に係る電波反射装置によって反射波の進行方向が変化することを模式的に示す。 本発明の一実施形態に係る電波反射装置の構成を示す。 本発明の一実施形態に係る電波反射装置に用いられる反射素子の平面図を示す。 本発明の一実施形態に係る電波反射装置における反射素子の断面図を示す。 本発明の一実施形態に係る電波反射装置に用いられる配線の断面図を示す。 本発明の一実施形態に係る電波反射装置の構成を示す。 本発明の一実施形態に係る電波反射装置に用いられる反射素子の平面図を示す。

［発明に至る背景］
本発明者らは、反射素子の反射位相の位相変化量の拡大に関して、反射素子の液晶に同電位の電圧を印加しパッチ電極を大小異なるサイズとすることで、反射素子に反射位相の位相変化を得る開発を行っている。その開発の中で、それらパッチ電極の間に給電用の配線を設けることに起因した反射強度の低下が起きる場合があることが判明した。本発明の実施の形態は、その反射強度の低下を改善するものである。

以下、本発明の実施の形態を、図面などを参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に例示する実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状などについて模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号（又は数字の後にａ、ｂなどを付した符号）を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。さらに各要素に対する「第１」、「第２」と付記された文字は、各要素を区別するために用いられる便宜的な標識であり、特段の説明がない限りそれ以上の意味を有しない。

本明細書において、ある部材又は領域が他の部材又は領域の「上に（又は下に）」あるとする場合、特段の限定がない限りこれは他の部材又は領域の直上（又は直下）にある場合のみでなく他の部材又は領域の上方（又は下方）にある場合を含み、すなわち、他の部材又は領域の上方（又は下方）において間に別の構成要素が含まれている場合も含む。

本明細書において、ある部材又は領域などの面積が他の部材又は領域などの面積と「等しい」とする場合、互いの面積の差が一方の面積に対して１０％以内であり、好ましくは５％以内であり、さらに好ましくは３％以内である。また、ある部材と他の部材などとの間隔が「等しい」とする場合、互いの距離の差が一方の距離に対して１０％以内であり、好ましくは５％以内であり、さらに好ましくは３％以内である。さらに、ある部材と他の部材などの長さが「等しい」場合、互いの長さの差が一方の長さに対して１０％以内であり、好ましくは５％以内であり、さらに好ましくは３％以内である。

［全体構成］
図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の一実施形態に係る電波反射装置に用いられる反射素子１０２を示す。
＜反射素子＞
図１Ａは、反射素子１０２を上方（電波が入射する側）からみたときの平面図を示し、図１Ｂは平面図に示すＡ１－Ａ２間の断面図を示す。

図１Ａ及び図１Ｂに示すように、反射素子１０２は、誘電体基板１０４、対向基板１０６、パッチ電極１０８、コモン電極１１０、第１配向膜１１２ａ、第２配向膜１１２ｂ、液晶層１１４を含む。反射素子１０２の中で誘電体基板１０４は一つの層をなすものとして誘電体層とみなすこともできる。パッチ電極１０８は誘電体基板（誘電体層）１０４に設けられ、コモン電極１１０は対向基板１０６に設けられる。コモン電極１１０は、パッチ電極１０８の背面側に配置される。誘電体基板（誘電体層）１０４にはパッチ電極１０８を覆うように第１配向膜１１２ａが設けられ、対向基板１０６にはコモン電極１１０を覆うように第２配向膜１１２ｂが設けられる。パッチ電極１０８とコモン電極１１０とは対向するように配置され、両者の間に液晶層１１４が設けられる。パッチ電極１０８と液晶層１１４との間には第１配向膜１１２ａが介在し、コモン電極１１０と液晶層１１４との間には第２配向膜１１２ｂが介在する。

パッチ電極１０８は、入射する電波の垂直偏波及び水平偏波に対して対称となる形状を有していることが好ましく、平面視で正方形又は長方形の形状を有する。また、複数のパッチ電極１０８が配列する場合、隣り合うパッチ電極１０８は、互いに面積、形状または配置の向きが異なる。図１Ａは、パッチ電極１０８が平面視で正方形である場合を示す。コモン電極１１０の形状には特段の限定はなく、パッチ電極１０８よりも広い面積を有するように対向基板１０６の略全面に広がる形状を有する。パッチ電極１０８及びコモン電極１１０を形成する材料に限定はなく、導電性を有する金属、金属酸化物を用いて形成される。誘電体基板（誘電体層）１０４には接続配線１０９が設けられていてもよい。接続配線１０９はパッチ電極１０８に接続され、パッチ電極１０８に制御信号を印加するときに用いることができる。

図１Ａ及び図１Ｂには示されないが、誘電体基板（誘電体層）１０４と対向基板１０６とは、シール材により貼り合わされる。誘電体基板（誘電体層）１０４と対向基板１０６とは間隙を有するように対向配置され、液晶層１１４はシール材で囲まれる領域内に設けられる。液晶層１１４は誘電体基板（誘電体層）１０４と対向基板１０６との間隙を充填するように設けられる。誘電体基板（誘電体層）１０４と対向基板１０６との間隔は２０～１００μｍであり、例えば、５０μｍの間隔を有する。誘電体基板（誘電体層）１０４と対向基板１０６との間には、パッチ電極１０８、コモン電極１１０、第１配向膜１１２ａ、第２配向膜１１２ｂが設けられるため、正確には誘電体基板１０４と対向基板１０６の各々に設けられた第１配向膜１１２ａ及び第２配向膜１１２ｂの間の間隔が液晶層１１４の厚さとなる。なお、図１Ｂには図示されないが、誘電体基板（誘電体層）１０４と対向基板１０６との間には間隔を一定に保つためのスペーサが設けられていてもよい。

パッチ電極１０８には液晶層１１４の液晶分子の配向を制御する制御信号が印加される。制御信号は直流電圧の信号、又は正の直流電圧と負の直流電圧が交互に反転する極性反転信号である。コモン電極１１０は接地又は極性反転信号の中間レベルの電圧が印加される。パッチ電極１０８に制御信号が印加されることで液晶層１１４に含まれる液晶分子の配向状態が変化する。液晶層１１４には誘電率異方性を有する液晶材料が用いられる。例えば、液晶層１１４として、ネマチック液晶、スメクチック液晶、コレステリック液晶、ディスコティック液晶を用いることができる。誘電率異方性を有する液晶層１１４は、液晶分子の配向状態の変化により誘電率が変化する。反射素子１０２は、パッチ電極１０８に印加する制御信号によって液晶層１１４の誘電率を変化させることができ、それによって電波を反射するときに反射波の位相を遅延させることができる。

反射素子１０２が反射する電波の周波数帯は、超短波（ＶＨＦ：Ｖｅｒｙ Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯、極超短波（ＵＨＦ：Ｕｌｔｒａ－Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯、マイクロ波（ＳＨＦ：Ｓｕｐｅｒ Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯、サブミリ波（ＴＨＦ：Ｔｒｅｍｅｎｄｏｕｓｌｙ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）、ミリ波（ＥＨＦ：Ｅｘｔｒａ Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯である。液晶層１１４の液晶分子はパッチ電極１０８に印加される制御信号に応答して液晶分子の配向が変化するが、パッチ電極１０８に照射される電波の周波数にはほとんど追従しない。したがって、反射素子１０２は、電波の影響を受けずに反射する電波の位相を制御することができる。

図２Ａは、パッチ電極１０８とコモン電極１１０との間に電圧が印加されない状態（「第１の状態」とする）を示す。図２Ａは、第１配向膜１１２ａ及び第２配向膜１１２ｂが水平配向膜である場合を示す。第１の状態における液晶分子１１６の長軸は、第１配向膜１１２ａ及び第２配向膜１１２ｂによりパッチ電極１０８及びコモン電極１１０の表面に対して水平に配向している。図２Ｂは、パッチ電極１０８に制御信号（電圧信号）が印加された状態（「第２の状態」とする）を示す。第２の状態において、液晶分子１１６は電界の作用を受けて長軸がパッチ電極１０８及びコモン電極１１０の表面に対し垂直に配向する。液晶分子１１６の長軸が配向する角度は、パッチ電極１０８に印加する制御信号の大きさ（対向電極とパッチ電極間の電圧の大きさ）によって、水平方向と垂直方向の中間の方向に配向させることもできる。

液晶分子１１６が正の誘電率異方性を有する場合、第１の状態に対して第２の状態の方が、誘電率が大きくなる。また、液晶分子１１６が負の誘電率異方性を有する場合、第１の状態に対して第２の状態の方が見かけ上の誘電率が小さくなる。誘電率異方性を有する液晶層１１４は、可変誘電体層とみなすこともできる。反射素子１０２は、液晶層１１４の誘電率異方性を利用して、反射波の位相を遅らせる（又は遅らせない）ように制御することができる。

反射素子１０２は、電波を所定の方向に反射する電波反射板に用いられる。反射素子１０２は、反射した電波の振幅がなるべく減衰しないことが好ましい。図１Ｂに示す構造から明らかなように、空中を伝搬する電波が反射素子１０２で反射されるとき電波は誘電体基板（誘電体層）１０４を２回通過する。誘電体基板（誘電体層）１０４は、例えば、ガラス、樹脂などの誘電体材料で形成される。

電波反射板は、複数の反射素子を用いることで、反射波の進行方向を変化することができる。

図３は、反射素子１０２を２つ用いて、反射波の進行方向が変化することを模式的に示す。第１反射素子１０２ａと第２反射素子１０２ｂに同じ位相で電波が入射した場合において、第１反射素子１０２ａと第２反射素子１０２ｂに異なる制御信号（Ｖ１≠Ｖ２）が印加されているために、第１反射素子１０２ａに比べ第２反射素子１０２ｂによる反射波の位相変化が大きい場合を示す。その結果、第１反射素子１０２ａで反射した反射波Ｒ１の位相と、第２反射素子１０２ｂで反射した反射波Ｒ２の位相が異なり（図３では反射波Ｒ２の位相が反射波Ｒ１の位相より進んでいる）、見かけ上、反射波の進行方向が斜め方向に変化する。

＜電波反射装置＞
次に、反射素子を集積させた電波反射装置の構成を示す。

図４は、本発明の一実施形態に係る電波反射装置１００の構成を示す。電波反射装置１００は電波反射板１２０を有する、電波反射板１２０は複数の反射素子１０２により構成される。複数の反射素子１０２は、例えば、列方向（図４に示すＸ軸方向）及び列方向に交差する行方向（図４に示すＹ軸方向）に配列される。反射素子１０２は、パッチ電極１０８が電波の入射面に向くように配置される。電波反射板１２０は平板状であり、この平板状の面内に４つのパッチ電極１０８を第１パターン１１９として、第１パターン１１９が周期的に列方向および行方向に配列される。

電波反射装置１００は、一つの誘電体基板（誘電体層）１０４に複数の反射素子１０２が集積化された構造を有する。図４に示すように、電波反射装置１００は、複数のパッチ電極１０８が配列された誘電体基板（誘電体層）１０４と、コモン電極１１０が設けられた対向基板１０６とが重ねて配置され、２つの基板間に液晶層（図示されず）が設けられた構造を有する。電波反射板１２０は、複数のパッチ電極１０８とコモン電極１１０とが重畳する領域に形成される。電波反射板１２０の断面構造は、個々のパッチ電極１０８について見れば、図１Ｂに示す反射素子１０２の構造と同じである。誘電体基板（誘電体層）１０４と対向基板１０６とはシール材１２８で貼り合わされており、図示されない液晶層はシール材１２８の内側の領域に設けられる。

誘電体基板（誘電体層）１０４は対向基板１０６と対向する領域に加え、対向基板１０６より外側に広がる周辺領域１２２を有する。周辺領域１２２には第１駆動回路１２４、第２駆動回路１３０及び端子部１２６が設けられる。第１駆動回路１２４はパッチ電極１０８に制御信号を出力する。第２駆動回路１３０は、走査信号を出力する。端子部１２６は外部回路との接続を形成する領域であり、例えば、図示されないフレキシブルプリント回路基板が接続される。端子部１２６には第１駆動回路１２４を制御する信号が入力される。

上記のように、誘電体基板（誘電体層）１０４には複数のパッチ電極１０８が第１方向（Ｘ軸方向）及び第２方向（Ｙ軸方向）に配列される。配列された複数のパッチ電極１０８は、隣り合うパッチ電極１０８と互いに大きさが異なり、具体的には、隣り合うパッチ電極１０８の形状は同じであっても面積が異なる。例えば、図４に示すように、複数のパッチ電極１０８は、正方形の形状である。複数のパッチ電極１０８は、第１方向および第２方向に隣り合うパッチ電極１０８の一方は面積が大きく、隣り合うパッチ電極１０８の他方は面積が小さい。さらに、複数のパッチ電極１０８において、パッチ電極１０８の対角線方向に位置する別のパッチ電極１０８は同じ大きさである。

さらに、誘電体基板（誘電体層）１０４には第２方向（Ｙ軸方向）に伸びる複数の第１配線１１８が配設される。複数の第１配線１１８のそれぞれは、第２方向（Ｙ軸方向）に配列する複数のパッチ電極１０８と各列に電気的に接続される。電波反射板１２０は、第１配線１１８によって電気的に接続された一列のパッチ電極アレイが第１方向（Ｘ軸方向）に複数個配列された構成を有する。

電波反射板１２０に配設された複数の第１配線１１８は周辺領域１２２に伸びて第１駆動回路１２４と接続される。第１駆動回路１２４は、複数の第１配線１１８のそれぞれに異なる電圧レベルの制御信号を出力することが可能である。これにより、電波反射板１２０では、第１方向（Ｘ軸方向）及び第２方向（Ｙ軸方向）に配列された複数のパッチ電極１０８に対し、列ごと（第２方向（Ｙ軸方向）に配列されたパッチ電極１０８ごと）に制御信号が印加される。

第１駆動回路１２４に伸びる複数の第１配線１１８は、隣接するパッチ電極１０８の間で等距離に配置される。複数の第１配線１１８は、隣り合うパッチ電極１０８が第１配線１１８に対し対象になるように、位置する。複数の第１配線１１８は、隣り合うパッチ電極１０８の面積が異なるため、複数のパッチ電極１０８の間を屈曲しながら第１駆動回路１２４まで伸びる。したがって、第１配線１１８は、電波反射板１２０において複数のパッチ電極１０８の間で複数の屈曲部を有する。

電波反射装置１００は、第１方向（Ｘ軸方向）に延伸する複数の第２配線１３２をさらに有する。複数の第１配線１１８と複数の第２配線１３２は後述する絶縁層を挟んで交差するように配置される。複数の第２配線１３２は第２駆動回路１３０に接続される。第２駆動回路１３０は走査信号を出力する。

第２駆動回路１３０に伸びる複数の第２配線１３２は、複数のパッチ電極１０８間で均等な距離を保つ。複数の第２配線１３２は、隣り合うパッチ電極１０８が第２配線１３２に対し対象になるように、位置する。複数の第２配線１３２は、隣り合うパッチ電極１０８の面積が異なるため、複数のパッチ電極１０８の間を屈曲しながら第２駆動回路１３０まで伸びる。したがって、第２配線１３２は、第２駆動回路１３０までに複数の屈曲部を有する。

複数のパッチ電極１０８には、後述するスイッチング素子１３４がそれぞれ設けられる。スイッチング素子１３４のスイッチング（オン及びオフ）は第２配線１３２に印加される走査信号により制御される。スイッチング素子１３４がオンになったパッチ電極１０８は、第１配線１１８と導通し制御信号が印加される。スイッチング素子１３４は、例えば、薄膜トランジスタで形成される。このような構成によれば、第１方向（Ｘ軸方向）に配列する複数のパッチ電極１０８を行ごとに選択し、各行に異なる電圧レベルの制御信号を印加することができる。

電波反射装置１００は、電波反射板１２０に照射された電波を、行方向（Ｙ軸方向）に平行な反射軸ＶＲを中心として図面の左右方向に反射波の進行方向を制御することができることに加え、第１方向（Ｘ軸方向）に平行な反射軸ＨＲを中心として図面の上下方向へも反射波の進行方向を制御することができる。すなわち、電波反射装置１００は、行方向（Ｙ軸方向）に平行な反射軸ＶＲと、第１方向（Ｘ軸方向）に平行な反射軸ＨＲを有するため、反射軸ＶＲを回転軸とした方向、反射軸ＨＲを回転軸とした方向に反射角を制御することができる。

このような原理を電波反射装置１００に適用し、例えば、反射素子による位相変化量の制御を第１方向の配列、第２方向の配列ともに独立して制御することにより、反射方向を一軸方向および二軸方向に制御することができる。

図５は、図４に示す反射素子１０２の平面図を示す。図５に示す第１領域１３５は、図４に示す第１領域１３５を拡大した図である。

第１領域１３５には、複数の第１配線１１８および第２配線１３２の間に配置される複数のパッチ電極１０８と複数のパッチ電極１０８とそれぞれ接続する複数のスイッチング素子１３４が含まれる。

はじめに、図６を参照し、スイッチング素子１３４について説明する。

図６は、反射素子１０２の断面図を示す。図６は、パッチ電極１０８にスイッチング素子１３４が接続された反射素子１０２の断面構造の一例を示す。スイッチング素子１３４が誘電体基板（誘電体層）１０４に設けられる。スイッチング素子１３４はトランジスタであり、第１ゲート電極１３８、第１ゲート絶縁層１４０、半導体層１４２、第２ゲート絶縁層１４６、第２ゲート電極１４８が積層された構造を有する。第１ゲート電極１３８と誘電体基板（誘電体層）１０４との間にはアンダーコート層１３６が設けられていてもよい。第１ゲート絶縁層１４０と第２ゲート絶縁層１４６との間に第１配線１１８が設けられる。第１配線１１８は半導体層１４２と接するように設けられる。また、第１配線１１８を形成する導電層と同じ層で第１接続配線１４４が設けられる。第１接続配線１４４は半導体層１４２と接するように設けられる。第１配線１１８及び第１接続配線１４４の半導体層１４２に対する接続構造は、一方の配線がトランジスタのソースに接続され、もう一方の配線がドレインに接続された構造を示す。配線は、トランジスタのソースまたはドレインに導電性を有する接続配線や電極パッド等を介して電気的に接続してもよい。

スイッチング素子１３４を覆うように第１層間絶縁層１５０が設けられる。第１層間絶縁層１５０の上に第２配線１３２が設けられる。第２配線１３２は、第１層間絶縁層１５０に形成されたコンタクトホールを介して第２ゲート電極１４８と接続される。なお、図示されないが、第１ゲート電極１３８と第２ゲート電極１４８とは半導体層１４２と重ならない領域で相互に電気的に接続されている。第１層間絶縁層１５０の上には、第２配線１３２と同じ導電層で第２接続配線１５２が設けられる。第２接続配線１５２は、第１層間絶縁層１５０に形成されたコンタクトホールを介して第１接続配線１４４と接続される。

第２配線１３２及び第２接続配線１５２を覆うように第２層間絶縁層１５４が設けられる。さらにスイッチング素子１３４の段差を埋めるように平坦化層１５６が設けられる。平坦化層１５６を設けることにより、スイッチング素子１３４の配置に影響を受けずにパッチ電極１０８を形成することができる。平坦化層１５６の平坦な表面の上にパッシベーション層１５８が設けられる。パッチ電極１０８はパッシベーション層１５８の上に設けられる。パッチ電極１０８は、パッシベーション層１５８、平坦化層１５６、及び第２層間絶縁層１５４を貫通するコンタクトホールを介して第２接続配線１５２と接続される。パッチ電極１０８の上に第１配向膜１１２ａが設けられる。

対向基板１０６は、図１Ｂと同様に、コモン電極１１０、第２配向膜１１２ｂが設けられる。誘電体基板（誘電体層）１０４のスイッチング素子１３４及びパッチ電極１０８が設けられた面が対向基板１０６のコモン電極１１０が設けられた面が対向するように配置され、その間に液晶層１１４が設けられる。誘電体基板（誘電体層）１０４の厚さＴは、パッチ電極１０８の液晶層１１４側の表面から誘電体基板（誘電体層）１０４のパッチ電極１０８が設けられる面とは反対側の面までの長さとすることができる。この場合、パッチ電極１０８と誘電体基板（誘電体層）１０４との間にある少なくとも１層の絶縁層（アンダーコート層１３６、第１ゲート絶縁層１４０、第２ゲート絶縁層１４６、第１層間絶縁層１５０、第２層間絶縁層１５４、平坦化層１５６、パッシベーション層１５８）の厚さを考慮に入れることができる。

誘電体基板（誘電体層）１０４に形成される各層は以下のような材料を用いて形成される。アンダーコート層１３６は、例えば、シリコン酸化膜で形成される。第１ゲート絶縁層１４０、第２ゲート絶縁層１４６は、例えば、酸化シリコン膜、又は酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層構造で形成される。半導体層は、アモルファスシリコン、多結晶シリコンのようなシリコン半導体、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化ガリウムなどの金属酸化物を含む酸化物半導体で形成される。第１ゲート電極１３８及び第２ゲート電極１４８は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）又はこれらの合金で構成されてもよい。第１配線１１８、第２配線１３２、第１接続配線１４４、及び第２接続配線１５２は、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）などの金属材料を用いて形成される。例えば、チタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａｌ）／チタン（Ｔｉ）の積層構造、又はモリブデン（Ｍｏ）／アルミニウム（Ａｌ）／モリブデン（Ｍｏ）の積層構造で構成されてもよい。平坦化層１５６は、アクリル、ポリイミドなどの樹脂材料で形成される。パッシベーション層１５８は、例えば、窒化シリコン膜などで形成される。パッチ電極１０８及びコモン電極１１０は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）などの金属膜、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などの透明導電膜で形成される。

図６に示すように、第２配線１３２をスイッチング素子１３４として用いるトランジスタのゲートに接続し、第１配線１１８を当該トランジスタのソース及びドレインの一方に接続し、パッチ電極１０８をソース及びドレインの他方に接続することで、第１方向および第２方向に配列された複数のパッチ電極１０８の中から所定のパッチ電極１０８を選択して制御信号を印加することができる。そして、電波反射板１２０の中の個々のパッチ電極１０８にスイッチング素子１３４を設けることにより、第１方向（Ｘ軸方向）に沿って横一列に配列されるパッチ電極１０８ごと、又は第２方向（Ｙ軸方向）に沿って縦一列に配列されるパッチ電極１０８ごとに制御電圧を印加することができ、例えば、電波反射板１２０が直立しているとき、左右方向及び上下方向に反射波の反射方向を制御することができる。

次に、複数のスイッチング素子１３４に接続される複数のパッチ電極１０８について説明する。

図５に示す第１領域１３５は、第１方向および第２方向に繰り返し配列される第１パターン１１９を示す。第１パターン１１９は、第１パッチ電極１０８－１、第２パッチ電極１０８－２、第３パッチ電極１０８－３および第４パッチ電極１０８－４が配置される。

第１パッチ電極１０８－１と第２パッチ電極１０８－２は、図５に示すように、第１方向に交互に配置される。また、第３パッチ電極１０８－３と第４パッチ電極１０８－４は、図５に示すように、第１方向に交互に配置される。また、第１パッチ電極１０８－１と第３パッチ電極１０８－３および第２パッチ電極１０８－２と第４パッチ電極１０８－４は、図５に示すように、第２方向に交互に配置される。したがって、例えば、第２パッチ電極１０８－２は、第１方向に２つの第１パッチ電極１０８－１に挟まれるように配置され、第２方向に２つの第４パッチ電極１０８－４に挟まれるように配置される。

第１パッチ電極１０８－１は、第２パッチ電極１０８－２と隣り合い、第２パッチ電極１０８－２と面積が異なる。第１パッチ電極１０８－１の面積は、第２パッチ電極１０８－２の面積より大きい。さらに、第１パッチ電極１０８－１は、第３パッチ電極１０８－３と隣り合い、第３パッチ電極１０８－３と面積が異なる。第１パッチ電極１０８－１の面積は、第３パッチ電極１０８－３の面積より大きい。

第２パッチ電極１０８－２は、第３パッチ電極１０８－３の対角線方向上にあり、第２パッチ電極１０８－２の面積は、第３パッチ電極１０８－３の面積と等しい。さらに、第２パッチ電極１０８－２は、第４パッチ電極１０８－４と隣り合い、第２パッチ電極１０８－２の面積は、第４パッチ電極１０８－４の面積より小さい。

第３パッチ電極１０８－３は、第４パッチ電極１０８－４と隣り合い、第３パッチ電極１０８－３の面積は、第４パッチ電極１０８－４の面積より小さい。

第４パッチ電極１０８－４は、第１パッチ電極１０８－１の対角線方向上にあり、第４パッチ電極１０８－４の面積は、第１パッチ電極１０８－１の面積と等しい。

第１パッチ電極１０８－１、第２パッチ電極１０８－２、第３パッチ電極１０８－３および第４パッチ電極１０８－４のそれぞれの間に第１配線１１８および第２配線１３２のいずれかが配置される。具体的には、第１パッチ電極１０８－１と第２パッチ電極１０８－２との間および第３パッチ電極１０８－３と第４パッチ電極１０８－４との間に第１配線１１８は配置される。さらに、第１パッチ電極１０８－１と第３パッチ電極１０８－３との間および第２パッチ電極１０８－２と第４パッチ電極１０８－４との間に第２配線１３２が配置される。また、第１パッチ電極１０８－１と第４パッチ電極１０８－４との間に第２配線１３２が配置され、第２パッチ電極１０８－２と第３パッチ電極１０８－３との間に第１配線１１８が配置される。

第１配線１１８は、第１パッチ電極１０８－１および第２パッチ電極１０８－２と等距離の位置に配置される。したがって、第１配線１１８と第１パッチ電極１０８－１との間隔ａ１と第１配線１１８と第２パッチ電極１０８－２との間隔ａ２は等しい。さらに、第１配線１１８は、第２パッチ電極１０８－２および第３パッチ電極１０８－３と等距離の位置に配置される。したがって、第１配線１１８と第２パッチ電極１０８－２との間隔ａ２と第１配線１１８と第３パッチ電極１０８－３との間隔ａ３は等しい。

さらに、第１パッチ電極１０８－１と第２パッチ電極１０８－２との間隔は、第３パッチ電極１０８－３と第４パッチ電極１０８－４との間隔と等しい。したがって、間隔ａ１および間隔ａ２は、間隔ａ３および間隔ａ４と等しい。第１配線１１８は、それらのパッチ電極間を等間隔で配置されるため、第１パッチ電極１０８－１と第４パッチ電極１０８－４との間および第２パッチ電極１０８－２と第３パッチ電極１０８－３との間に、第１屈曲部１６０を有する。第１配線１１８は、例えば第１配線１１８と交差するｎ番目（ｎは１以上の自然数）の第２配線１３２とｎ＋１番目の第２配線１３２との間に第１屈曲部１６０を有する。

また、第１配線１１８は、第１屈曲部１６０においても、近接するパッチ電極と等間隔で配置されるため、図５に示すように、第１パッチ電極１０８－１と第１屈曲部１６０との間隔ｃ１は、第４パッチ電極１０８－４と第１屈曲部１６０との間隔ｃ４と等しい。

第２配線１３２は、第１パッチ電極１０８－１および第３パッチ電極１０８－３と等距離の位置に配置される。したがって、第２配線１３２と第１パッチ電極１０８－１との間隔ｂ１と第２配線１３２と第３パッチ電極１０８－３との間隔ｂ３は等しい。さらに、第２配線１３２は、第２パッチ電極１０８－２および第４パッチ電極１０８－４と等距離の位置に配置される。したがって、第２配線１３２と第２パッチ電極１０８－２との間隔ｂ２と第２配線１３２と第４パッチ電極１０８－４との間隔ｂ４は等しい。

さらに、第１パッチ電極１０８－１と第３パッチ電極１０８－３との間隔は、第２パッチ電極１０８－２と第４パッチ電極１０８－４との間隔と等しい。したがって、間隔ｂ１および間隔ｂ３は、間隔ｂ２および間隔ｂ４と等しい。第２配線１３２は、それらのパッチ電極間を等間隔で配置されるため、第１パッチ電極１０８－１と第３パッチ電極間から第２パッチ電極１０８－２と第４パッチ電極１０８－４との間において、第２屈曲部１６２を有する。

上述した第１屈曲部１６０と第２屈曲部１６２は、それぞれ第１配線１１８および第２配線１３２の一部である。したがって、第１屈曲部１６０と第２屈曲部１６２との間に絶縁層を有する。ここで、図５に示すＢ１-Ｂ２間の断面図を参照し、第１屈曲部１６０と第２屈曲部１６２との間の絶縁層について説明する。

図７は、電波反射装置１００の配線の断面図を示す。図７は、図５に示すＢ１-Ｂ２間の第１配線１１８および配線１３２の断面図である。

図７は、第１屈曲部１６０および第２屈曲部１６２の断面構造の一例を示す。第１屈曲部１６０は、断面視において、第２屈曲部１６２と重畳する。第１屈曲部１６０は、第１配線１１８の一部であるため、第２配線１３２の一部である第２屈曲部との間に絶縁層を有し、例えば、第２ゲート絶縁層１４６を有する。また、第１屈曲部１６０は、第２屈曲部１６２との間に第１層間絶縁層１５０を有してもよい。

以上のように、本発明の一実施形態に係る電波反射装置１００は、隣り合って配置され異なる大きさのパッチ電極１０８を有し、これらのパッチ電極１０８の間を伸びるパッチ電極１０８の給電用の配線は、パッチ電極１０８に対し等間隔で配置される。このように配線が配置されることで、各配線からパッチ電極１０８への電波の影響を抑制することができ、異なる大きさのパッチ電極１０８によって電波を反射させる可変範囲を拡大した反射素子１０２のある周波数における反射振幅の落ち込みを回避することができる。反射振幅の落ち込みを回避することにより、電波反射装置１００は、電波の位相変化量が大きく、さらに反射強度を向上することができる。

＜変形例＞
図８および９を参照し、電波反射装置２００の変形例を説明する。図１から図７に示す電波反射装置１００と異なる点は、大きさまたは配置の向きが異なる４つのパッチ電極２０８が繰り返し電波反射板２２０に配列する点である。さらに、図１から図７に示す電波反射装置１００と異なる点は、第１配線２１８および第２配線２３２が複数のパッチ電極２０８間において屈曲部を有しない点である。なお、図１から図７に示す電波反射装置１００と同一、または類似する構成については、説明を割愛することがある。

図８は、電波反射装置２００の構成を示す。図８は、電波反射装置２００の平面図である。誘電体基板（誘電体層）２０４に配列する複数のパッチ電極２０８は、正方形または長方形の形状である。第１方向および第２方向に隣り合うパッチ電極２０８は、互いに形状が異なり、面積も互いに異なる。

複数のパッチ電極２０８間に配置される第１配線２１８は、第１駆動回路２２４まで直線的に延伸する。さらに、複数のパッチ電極２０８間に配置される第２配線２３２は、第２駆動回路２３０まで直線的に延伸する。複数のパッチ電極２０８は、第１配線２１８および第２配線２３２との間隔が均等になるように、配置される。このように配置されたパッチ電極は、隣り合う４つのパッチ電極２０８を第２パターン２１９として、繰り返し第１方向および第２方向に配置される。

次に、図９を参照し、第２パターン２１９およびその周辺の構造を含む第２領域２３５について説明する。図９は、図８に示す反射素子１０２の平面図を示す。図９に示す第２領域２３５は、図８に示す第２領域２３５を拡大した図である。

第２パターン２１９は、第１パッチ電極２０８－１、第２パッチ電極２０８－２、第３パッチ電極２０８－３および第４パッチ電極２０８－４を含む。

第１パッチ電極２０８－１と第１配線２１８との間隔ａ１は、第２パッチ電極２０８－２と第１配線２１８との間隔ａ２と等しい。第１パッチ電極２０８－１と第２配線２３２との間隔ｂ１は、第３パッチ電極２０８－３と第２配線２３２との間隔ｂ３と等しい。第３パッチ電極２０８－３と第１配線２１８との間隔ａ３は、第４パッチ電極２０８－４と第１配線２１８との間隔ａ４と等しい。第４パッチ電極１０８－４と第２配線２３２との間隔ｂ４は、第２パッチ電極２０８－２と第２配線２３２との間隔ｂ２と等しい。

間隔ａ１および間隔ａ２は、間隔ａ３および間隔ａ４と異なる。したがって、第１パッチ電極２０８－１と第２パッチ電極２０８－２との間隔は、第３パッチ電極２０８－３と第４パッチ電極２０８－４との間隔は異なる。間隔ｂ１および間隔ｂ３は、間隔ｂ２および間隔ｂ４と異なる。したがって、第１パッチ電極２０８－１と第３パッチ電極２０８－３との間隔は、第２パッチ電極２０８－２と第４パッチ電極２０８－４との間隔は異なる。

第１パッチ電極２０８－１とその対角線上にある第４パッチ電極２０８－４は、長方形の形状である。第１パッチ電極２０８－１の長辺の長さＷ１は、第４パッチ電極２０８－４の短辺の長さＨ４と等しい。また、第１パッチ電極２０８－１の短辺の長さＨ１は、第４パッチ電極２０８－４の長辺の長さＨ４と等しい。したがって、第１パッチ電極２０８－１の面積は、第４パッチ電極２０８－４の面積と等しく、同じ大きさである。

平面視において、第１パッチ電極２０８－１の長軸は第２配線２３２に沿い、第４パッチ電極２０８－４の長軸は第１配線２１８に沿う。したがって、第１パッチ電極２０８－１と第４パッチ電極２０８－４は、長辺および短辺が等しいが、配置される向きが異なる。ここで、第１パッチ電極２０８－１の長軸は、第１パッチ電極２０８－１の長辺である幅Ｗ１に定義される。第４パッチ電極２０８－４の長軸は、第４パッチ電極２０８－４の長辺である長さＨ４に定義される。

第２パッチ電極２０８－２およびその対角線上にある第３パッチ電極２０８－３は、正方形の形状である。第２パッチ電極２０８－２の辺の長さＨ２とＷ２は等しい。第３パッチ電極２０８－３の辺の長さＨ３とＷ３は等しい。第２パッチ電極２０８－２の面積は、第３パッチ電極２０８－３の面積と異なる。第２パッチ電極２０８－２の面積は、第３パッチ電極２０８－３の面積より大きい。したがって、第２パッチ電極２０８－２の辺の長さＨ２とＷ２は、第３パッチ電極２０８－３の辺の長さＨ３とＷ３より長い。

以上のように、本発明の一実施形態に係る電波反射装置２００は、異なる大きさで正方形の形状であるパッチ電極と、同じ長辺および短辺を有する長方形の形状であるが長軸の向きが異なるパッチ電極とを有し、これらのパッチ電極２０８間を伸びるパッチ電極の給電用の配線は、パッチ電極２０８に対し等間隔で配置される。このような配線の配置とパッチ電極２０８の長方形化により、各配線からパッチ電極２０８への電波の影響を抑制することができ、異なる大きさのパッチ電極２０８によって電波を反射させる可変範囲を拡大した反射素子２０２のある周波数における反射振幅の落ち込みを回避することができる。反射振幅の落ち込みを回避することにより、電波反射装置２００は、電波の位相変化量が大きく、さらに反射強度を向上することができる。

本発明の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。また、各実施形態を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略もしくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる

上述した各実施形態の態様によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、または、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。

＜実施例＞
次に、実施例を説明する。以下では、本発明の実施例および具体例を示してより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

本実施例では、２種類のサイズのパッチ電極を用いた電波反射装置において、振幅（ｄＢ）をシミュレーションした結果について説明する。シミュレーションには、図９に示すように、隣り合う２種類のパッチ電極とそれらパッチ電極の間に配置される第１配線２１８および第２配線２３２が、パッチ電極の間を等間隔で配置される状態（実施例）と、図示しないが、第１配線および第２配線が、パッチ電極の間を等間隔で配置されていない状態（比較例）の電波反射装置の反射板を想定している。正方形の形状であるパッチ電極、例えば、パッチ電極２０８－３のサイズは、２．５ｍｍ×２．５ｍｍより６．２５ｍｍ^２であり、長方形の形状であるパッチ電極、例えば、パッチ電極２０８－４のサイズは、２．８ｍｍ×２．５ｍｍより７．００ｍｍ^２である。第１配線２１８がパッチ電極２０８－３およびパッチ電極２０８－４に対し等間隔で配置されている状態では、パッチ電極と配線との間隔は、１．０５ｍｍである。配線がパッチ電極に対し等間隔で配置されていない状態では、パッチ電極と配線との間隔は、０．４５ｍｍと０．６０ｍｍである。また、反射素子１０２ａ、１０２ｂの液晶層１１４の厚さは７５μｍである。また、液晶層１１４の誘電率は、２．５ε_０Ｆ/ｍから３．５ε_０Ｆ/ｍ（ε_０は真空の誘電率）である。なお、誘電率は、液晶層１１４に電圧が印加されていない状態から印加されている状態の可変範囲である。シミュレーションは、ＣＳＴ Ｓｔｕｄｉｏ Ｓｕｉｔｅ（ダッソー・システムズ株式会社製）により行った。

シミュレーションした結果は、誘電率の可変範囲において垂直偏波に対する反射振幅の平均値は、比較例が－７．６ｄＢに対し実施例は－５．１ｄＢであった。また、誘電率の可変範囲において水平偏波に対する反射振幅の平均値は、比較例が－６．４ｄＢに対し実施例は－５．３ｄＢであった。したがって、実施例の配線の配置は、比較例の配線の配置に比べ反射振幅は１．１ｄＢ以上改善する効果があることが分かった。

１００：電波反射装置、１０２：反射素子、１０２ａ：第１反射素子、１０２ｂ：第２反射素子、１０４：誘電体基板、１０４：誘電体基板（誘電体層）、１０６：対向基板、１０８：パッチ電極、１０８－１：第１パッチ電極、１０８－２：第２パッチ電極、１０８－３：第３パッチ電極、１０８－４：第４パッチ電極、１０９：接続配線、１１０：コモン電極、１１２ａ：第１配向膜、１１２ｂ：第２配向膜、１１４：液晶層、１１６：液晶分子、１１８：第１配線、１１９：第１パターン、１２０：電波反射板、１２２：周辺領域、１２４：第１駆動回路、１２６：端子部、１２８：シール材、１３０：第２駆動回路、１３２：第２配線、１３４：スイッチング素子、１３５：第１領域、１３６：アンダーコート層、１３８：第１ゲート電極、１４０：第１ゲート絶縁層、１４２：半導体層、１４４：第１接続配線、１４６：第２ゲート絶縁層、１４８：第２ゲート電極、１５０：第１層間絶縁層、１５２：第２接続配線、１５４：第２層間絶縁層、１５６：平坦化層、１５８：パッシベーション層、１６０：第１屈曲部、１６２：第２屈曲部、２００：電波反射装置、２０２：反射素子、２０４：誘電体基板（誘電体層）、２０８：パッチ電極、２０８－１：第１パッチ電極、２０８－２：第２パッチ電極、２０８－３：第３パッチ電極、２０８－４：第４パッチ電極、２１８：第１配線、２１９：第２パターン、２２０：電波反射板、２２４：第１駆動回路、２３０：第２駆動回路、２３２：第２配線、２３５：第２領域

Claims (14)

1. 第１パッチ電極と、
   前記第１パッチ電極と隣り合う第２パッチ電極と、
   前記第１パッチ電極と隣り合う第３パッチ電極と、
   前記第２パッチ電極および前記第３パッチ電極と隣り合う第４パッチ電極と、
   前記第１パッチ電極および前記第２パッチ電極と対向するコモン電極と、
   前記第１パッチ電極および前記第２パッチ電極と前記コモン電極との間の液晶層と、
   前記第１パッチ電極と前記第２パッチ電極との間の第１配線と、を有し、
   前記第１パッチ電極の面積は、前記第２パッチ電極および前記第３パッチ電極の面積と異なる大きさであり、
   前記第１パッチ電極と前記第１配線との間隔と前記第２パッチ電極と前記第１配線との間隔は等しい、
   電波反射装置。
2. 実施例１
   前記第１配線は、第１屈曲部を有する、
   請求項１に記載の電波反射装置。
3. 前記第１配線は、前記第３パッチ電極と前記第４パッチ電極との間に伸び、
   前記第１屈曲部は、前記第１パッチ電極と前記第４パッチ電極との間に配置される、
   請求項２に記載の電波反射装置。
4. 前記第１パッチ電極と前記第１屈曲部との間隔と前記第４パッチ電極と前記第１屈曲部との間隔は等しい、
   請求項３に記載の電波反射装置。
5. 前記第１パッチ電極および前記第４パッチ電極の面積は等しく、
   前記第２パッチ電極および前記第３パッチ電極の面積は等しい、
   請求項３に記載の電波反射装置。
6. 前記第１パッチ電極と前記第３パッチ電極との間および前記第２パッチ電極と前記第４パッチ電極との間に伸びる第２配線をさらに有し、
   前記第２配線は、前記第２パッチ電極と前記第３パッチ電極との間に第２屈曲部を有する、
   請求項３に記載の電波反射装置。
7. 断面視において前記第１屈曲部と前記第２屈曲部との間に絶縁層をさらに有し、
   前記第１屈曲部と前記第２屈曲部は重畳する、
   請求項６に記載の電波反射装置。
8. 前記第１パッチ電極と電気的に接続する第１スイッチング素子をさらに有し、
   前記第１スイッチング素子は、前記第１配線と電気的に接続する、
   請求項１に記載の電波反射装置。
9. 実施例２
   前記第１パッチ電極と隣り合う第３パッチ電極と、
   前記第２パッチ電極および前記第３パッチ電極と隣り合う第４パッチ電極と、をさらに有し、
   前記第３パッチ電極と前記第１配線との間隔と前記第４パッチ電極と前記第１配線との間隔は等しく、
   前記第２パッチ電極および前記第３パッチ電極の面積は異なる、
   請求項１に記載の電波反射装置。
10. 前記第１パッチ電極と前記第２パッチ電極との間隔と前記第３パッチ電極と前記第４パッチ電極との間隔は異なる、
    請求項９に記載の電波反射装置。
11. 前記第１パッチ電極と前記第３パッチ電極との間および前記第２パッチ電極と前記第４パッチ電極との間に伸びる第２配線をさらに有し、
    前記第１パッチ電極と前記第２配線との間隔と前記第３パッチ電極と前記第２配線との間隔は等しく、
    前記第２パッチ電極と前記第２配線との間隔と前記第４パッチ電極と前記第２配線との間隔は等しい、
    請求項９に記載の電波反射装置。
12. 前記第１パッチ電極と前記第３パッチ電極との間隔と前記第２パッチ電極と前記第４パッチ電極との間隔は異なる、
    請求項１１に記載の電波反射装置。
13. 前記第１パッチ電極および前記第４パッチ電極の面積は等しく、
    前記第１パッチ電極と前記第２パッチ電極との間隔と前記第２パッチ電極と前記第４パッチ電極との間隔は等しい、
    請求項９に記載の電波反射装置。
14. 前記第１パッチ電極および前記第４パッチ電極は長方形であり、
    前記第１パッチ電極の長軸は前記第２配線に沿っており、
    前記第４パッチ電極の長軸は前記第１配線に沿っている、
    請求項１１に記載の電波反射装置。
    

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