JP6618616B2 - Tft基板、tft基板を備えた走査アンテナ、およびtft基板の製造方法 - Google Patents
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Description
液晶材料の大きな誘電率M(εM)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(εM)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。
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。
・アンテナ単位領域U
図3(a)および(b)は、それぞれ、TFT基板101のアンテナ単位領域Uを模式的に示す断面図および平面図である。
図4(a)〜(c)は、それぞれ、ゲート端子部GT、ソース端子部STおよびトランスファー端子部PTを模式的に示す断面図である。
TFT基板101は、例えば以下の方法で製造され得る。図5は、TFT基板101の製造工程を例示する図である。
次いで、スロット基板201の構造をより具体的に説明する。
図7は、TFT基板101のトランスファー端子部PTと、スロット基板201の端子部ITとを接続するトランスファー部を説明するための模式的な断面図である。図7では、図1〜図4と同様の構成要素には同じ参照符号を付している。
スロット基板201は、例えば以下の方法で製造され得る。
本実施形態では、各画素に配置されるスイッチング素子として、半導体層5を活性層とするTFTが用いられる。半導体層5はアモルファスシリコン層に限定されず、ポリシリコン層、酸化物半導体層であってもよい。
図面を参照しながら、第2の実施形態の走査アンテナを説明する。本実施形態の走査アンテナにおけるTFT基板は、各端子部の上部接続部となる透明導電層が、TFT基板における第1絶縁層と第2絶縁層との間に設けられている点で、図2に示すTFT基板101と異なる。
TFT基板102は、例えば次のような方法で製造される。図9は、TFT基板102の製造工程を例示する図である。なお、以下では、各層の材料、厚さ、形成方法などが、前述したTFT基板101と同様である場合には説明を省略する。
図面を参照しながら、第3の実施形態の走査アンテナを説明する。本実施形態の走査アンテナにおけるTFT基板は、透明導電膜からなる上部接続部をトランスファー端子部に設けない点で、図8に示すTFT基板102と異なる。
TFT基板103は、例えば次のような方法で製造される。図11は、TFT基板103の製造工程を例示する図である。なお、以下では、各層の材料、厚さ、形成方法などが、前述したTFT基板101と同様である場合には説明を省略する。
図12は、本実施形態における、TFT基板103のトランスファー端子部PTと、スロット基板203の端子部ITとを接続するトランスファー部を説明するための模式的な断面図である。図12では、前述の実施形態と同様の構成要素には同じ参照符号を付している。
スロット基板203は、次のようにして製造される。各層の材料、厚さおよび形成方法は、スロット基板201と同様であるので、説明を省略する。
上述したように、アンテナのアンテナ単位に用いられる液晶材料の誘電異方性ΔεMは大きいことが好ましい。しかしながら、誘電異方性ΔεMが大きい液晶材料(ネマチック液晶)の粘度は大きく、応答速度が遅いという問題がある。特に、温度が低下すると、粘度は上昇する。移動体(例えば、船舶、航空機、自動車)に搭載された走査アンテナの環境温度は変動する。したがって、液晶材料の温度をある程度以上、例えば30℃以上、あるいは45℃以上に調整できることが好ましい。設定温度は、ネマチック液晶材料の粘度が概ね10cP(センチポアズ)以下となるように設定することが好ましい。
本発明の実施形態の走査アンテナは、上記の内部ヒーター構造に代えて、あるいは、内部ヒーター構造とともに、外部ヒーター構造を有してもよい。外部ヒーターとしては、公知の種々のヒーターを用いることができるが、ジュール熱を利用する抵抗加熱方式のヒーターが好ましい。ヒーターの内、発熱する部分をヒーター部ということにする。以下では、ヒーター部として抵抗膜を用いる例を説明する。以下でも、抵抗膜は参照符号68で示す。
本発明の実施形態による走査アンテナが有するアンテナ単位のアレイは、LCDパネルと類似した構造を有しているので、LCDパネルと同様に線順次駆動を行う。しかしながら、従来のLCDパネルの駆動方法を適用すると、以下の問題が発生する恐れがある。図17に示す、走査アンテナの1つのアンテナ単位の等価回路図を参照しつつ、走査アンテナに発生し得る問題点を説明する。
本発明の実施形態の走査アンテナにおいて、アンテナ単位は例えば、同心円状に配列される。
以下、第4の実施形態の走査アンテナを説明する。
図21および図22A(a)に示すように、TFT基板107における各アンテナ単位領域Uは、誘電体基板1上に形成されたゲートバスラインGLおよびソースバスラインSLと、TFT10と、TFT10を覆う第1絶縁層11と、第1絶縁層11上に形成された複数のパッチ電極15とを有している。第1絶縁層11およびパッチ電極15上には第2絶縁層17が形成されている。
第1トランスファー端子部PT1は、図21および図22A(b)に示すように、ゲート接続部3pと、ゲート接続部3pを覆うゲート絶縁層4および第1絶縁層11と、トランスファー端子用パッチ接続部15pと、第2絶縁層17と、トランスファー端子用上部接続部19pとを有している。
図21、図22A(c)および図22Bに示すように、ソース−ゲート接続部SGは、ソースバスラインSLと、ゲート接続配線3sgとを電気的に接続する。この例では、ソースバスラインSLとゲート接続配線3sgとを、SG用パッチ接続部15sgを介して電気的に接続している。ゲート接続配線3sgは、ゲートバスラインGLと同じ導電膜を用いて形成され、かつ、ゲートバスラインGLとは電気的に分離されている。SG用パッチ接続部15sgは、パッチ電極15と同じ導電膜を用いて形成され、かつ、パッチ電極15とは電気的に分離されている。また、本明細書では、ソースバスラインSLのうちソース−ゲート接続部SGに位置する部分を「ソース接続部7sg」と呼ぶことがある。ソース接続部7sgの幅は、ソースバスラインSLの幅よりも大きくてもよい。
ソース端子部STは、図21、図22A(d)および図22Bに示すように、ソース−ゲート接続部SGから延設されたゲート接続配線3sgと、ゲート接続配線3sgを覆うゲート絶縁層4、第1絶縁層11および第2絶縁層17と、ソース端子用上部接続部19sとを有している。ゲート絶縁層4、第1絶縁層11および第2絶縁層17には、ゲート接続配線3sgに達する開口部18sが設けられている。ソース端子用上部接続部19sは、第2絶縁層17上および開口部18s内に配置され、開口部18s内でゲート接続配線3sgと接している。
上述のように、本実施形態では、TFT基板107は、誘電体基板1上に、ゲートメタル層、ゲート絶縁層4、ソースメタル層、第1絶縁層11、パッチメタル層、第2絶縁層17、上部透明導電層をこの順で有している。ゲートメタル層は、ゲートバスラインGL、TFTのゲート電極3、ゲート接続配線3sg、ゲート接続部3pを含む。ソースメタル層は、ソースバスラインSL、TFTのソース電極7Sおよびドレイン電極7Dを含む。パッチメタル層は、パッチ電極15、SG用パッチ接続部15sg、トランスファー端子用パッチ接続部15pを含む。上部透明導電層は、各端子部の上部接続部19s、19g、19c、19pを含む。
以下、図面を参照しながら、変形例1のTFT基板を説明する。
以下、図面を参照しながら、変形例2のTFT基板を説明する。
以下、図面を参照しながら、変形例3のTFT基板を説明する。
2 :下地絶縁膜
3 :ゲート電極
3sg :ゲート接続配線
3p :ゲート接続部
4 :ゲート絶縁層
5 :半導体層
6D :ドレインコンタクト層
6S :ソースコンタクト層
7D :ドレイン電極
7S :ソース電極
7p :ソース接続配線
7sg :ソース接続部
11 :第1絶縁層
15 :パッチ電極
15e :パッチ電極のエッジ
15sg、15p、15s :パッチ接続部
17 :第2絶縁層
12a、12s、12g、12c、12p、12sg(1)、12sg(2) :開口部18g、18s、18p、18c :開口部
19g、20g :ゲート端子用上部接続部
19p :トランスファー端子用上部接続部
19s、20s :ソース端子用上部接続部
20p :トランスファー端子用透明接続部
20sg :SG用透明接続部
21 :アライメントマーク
23 :保護導電層
54 :誘電体層(空気層)
55 :スロット電極
55L :下層
55M :主層
55U :上層
55c :コンタクト面
56 :ソリッド部
56e :ソリッド部のエッジ
57 :スロット
58 :第4絶縁層
60 :上部接続部
65 :反射導電板
68 :ヒーター用抵抗膜
70 :給電装置
71 :導電性ビーズ
72 :給電ピン
73 :シール部
101、102、103、104、105、106、107、108、109、110
:TFT基板
201、203、204、206 :スロット基板
1000、1000A、1000B、1000C、1000D、1000E:走査アンテナ
CH1、CH2、CH3、CH4、CH5、CH6 :コンタクトホール
CL :CSバスライン
GD :ゲートドライバ
GL :ゲートバスライン
GT :ゲート端子部
SD :ソースドライバ
SG :ソース−ゲート接続部
SL :ソースバスライン
ST :ソース端子部
PT :トランスファー端子部
IT :端子部
LC :液晶層
R1 :送受信領域
R2 :非送受信領域
Rs :シール領域
U、U1、U2 :アンテナ単位、アンテナ単位領域
Claims (16)
- 複数のアンテナ単位領域を含む送受信領域と、前記送受信領域以外の領域に位置する非送受信領域とを含み、
前記複数のアンテナ単位領域のそれぞれは、TFTと、前記TFTのドレイン電極に電気的に接続されたパッチ電極とを含む、TFT基板であって、
誘電体基板と、
前記誘電体基板に支持された、複数のゲートバスラインを含むゲートメタル層と、
前記ゲートメタル層上に配置されたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上に配置され、かつ、複数のソースバスラインを含むソースメタル層と、
前記ソースメタル層上に配置された第1絶縁層と、
前記第1絶縁層上に配置され、かつ、前記パッチ電極を含むパッチメタル層と
を有し、
前記TFTのソース電極は前記複数のソースバスラインの1つに電気的に接続され、前記TFTのゲート電極は前記複数のゲートバスラインの1つに電気的に接続されており、
前記ゲートメタル層は、前記非送受信領域に配置され、かつ、前記複数のゲートバスラインとは電気的に分離された複数のゲート接続配線をさらに含み、
前記複数のソースバスラインのそれぞれは、前記複数のゲート接続配線の1つと導電体部を介して電気的に接続されており、
前記導電体部は、前記ゲート絶縁層および前記第1絶縁層に設けられた第2開口部内で前記ゲート接続配線と接し、かつ、前記第1絶縁層に設けられた第1開口部内で前記ソースバスラインと接しており、
前記パッチメタル層は、前記第1開口部内および/または前記第2開口部内に位置する第1パッチ接続部をさらに含み、
前記第1パッチ接続部は前記導電体部を含むか、あるいは、前記導電体部上に配置されている、TFT基板。 - 前記第1パッチ接続部は前記導電体部を含む、請求項1に記載のTFT基板。
- 前記第1絶縁層と前記パッチメタル層との間に配置された下部透明導電層をさらに有し、
前記下部透明導電層は前記導電体部を含み、
前記第1パッチ接続部は前記導電体部上に配置されている、請求項1に記載のTFT基板。 - 前記第1パッチ接続部は、前記第1開口部内および前記第2開口部内に配置されている、請求項3に記載のTFT基板。
- 前記パッチメタル層は、前記第1パッチ接続部と間隔を空けて配置された他のパッチ接続部をさらに有し、
前記第1パッチ接続部は前記第1開口部内に配置されており、前記他のパッチ接続部は前記第2開口部内に配置されている、請求項3に記載のTFT基板。 - 前記パッチメタル層上に配置された第2絶縁層と、
前記第2絶縁層上に配置され、かつ、端子用上部接続部を含む上部透明導電層と、
前記非送受信領域に配置されたソース端子部と
をさらに有し、
前記ソース端子部は、
前記ゲート接続配線と、
前記ゲート接続配線に電気的に接続された前記端子用上部接続部と
を有する、請求項2から5のいずれかに記載のTFT基板。 - 前記端子用上部接続部は、前記ゲート絶縁層、前記第1絶縁層および前記第2絶縁層に設けられた第3開口部内で前記ゲート接続配線と接する、請求項6に記載のTFT基板。
- 前記パッチメタル層は、前記非送受信領域に位置する第2パッチ接続部をさらに含み、
前記ソース端子部において、
前記第2パッチ接続部は、前記ゲート絶縁層および前記第1絶縁層に設けられた第4開口部内で前記ゲート接続配線と接し、
前記端子用上部接続部は、前記第2絶縁層に設けられた第5開口部内で前記第2パッチ接続部と接する、請求項6に記載のTFT基板。 - 複数のアンテナ単位領域を含む送受信領域と、前記送受信領域以外の領域に位置する非送受信領域とを含み、
前記複数のアンテナ単位領域のそれぞれは、TFTと、前記TFTのドレイン電極に電気的に接続されたパッチ電極とを含む、TFT基板であって、
誘電体基板と、
前記誘電体基板に支持された、複数のゲートバスラインを含むゲートメタル層と、
前記ゲートメタル層上に配置されたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上に配置され、かつ、複数のソースバスラインを含むソースメタル層と、
前記ソースメタル層上に配置された第1絶縁層と、
前記第1絶縁層上に配置され、かつ、前記パッチ電極を含むパッチメタル層と、
前記パッチメタル層上に配置された第2絶縁層と、
前記第2絶縁層上に配置された上部透明導電層と
を有し、
前記TFTのソース電極は前記複数のソースバスラインの1つに電気的に接続され、前記TFTのゲート電極は前記複数のゲートバスラインの1つに電気的に接続されており、
前記ゲートメタル層は、前記非送受信領域に配置され、かつ、前記複数のゲートバスラインとは電気的に分離された複数のゲート接続配線をさらに含み、
前記複数のソースバスラインのそれぞれは、前記複数のゲート接続配線の1つと導電体部を介して電気的に接続されており、
前記第1絶縁層と前記パッチメタル層との間に配置された下部透明導電層をさらに有し、前記下部透明導電層は、前記ゲート絶縁層および前記第1絶縁層に設けられた第2開口部内で前記ゲート接続配線と接し、かつ、前記第1絶縁層に設けられた第1開口部内で前記ソースバスラインと接する前記導電体部を含む、TFT基板。 - 前記パッチメタル層は、前記導電体部上であって、前記第1開口部内および/または前記第2開口部内に位置する第1パッチ接続部をさらに含む、請求項9に記載のTFT基板。
- 前記非送受信領域に配置されたソース端子部をさらに備え、
前記下部透明導電層は、端子用上部接続部をさらに含み、
前記ソース端子部は、前記ゲート接続配線と、前記端子用上部接続部とを含み、
前記端子用上部接続部は、前記ゲート絶縁層および前記第1絶縁層に設けられた第3開口部内で前記ゲート接続配線に接している、請求項9に記載のTFT基板。 - 請求項1から11のいずれかに記載のTFT基板と、
前記TFT基板と対向するように配置されたスロット基板と、
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、
前記スロット基板の前記液晶層と反対側の表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
を備え、
前記スロット基板は、他の誘電体基板と、前記他の誘電体基板の前記液晶層側の表面に形成されたスロット電極とを有し、
前記スロット電極は複数のスロットを有し、前記複数のスロットは、前記TFT基板の前記複数のアンテナ単位領域における前記パッチ電極に対応して配置されている走査アンテナ。 - 請求項7に記載のTFT基板の製造方法であって、
(a)前記誘電体基板上に前記ゲートメタル層、前記ゲート絶縁層および前記第1絶縁層を形成する工程と、
(b)前記ゲート絶縁層および前記第1絶縁層に前記ゲート接続配線の一部を露出する前記第2開口部を形成するとともに、前記第1絶縁層に前記ソースバスラインの一部を露出する前記第1開口部を形成する工程と、
(c)前記工程(b)の後に、前記第1パッチ接続部を含む前記パッチメタル層を形成する工程であって、前記第1パッチ接続部は前記第1開口部内および前記第2開口部内に位置する、工程と、
(d)前記パッチメタル層上に前記第2絶縁層を形成する工程と、
(e)前記第2絶縁層、前記第1絶縁層および前記ゲート絶縁層に、前記ゲート接続配線の一部を露出する前記第3開口部を形成する工程と、
(f)前記第3開口部内に位置する前記端子用上部接続部を含む前記上部透明導電層を形成する工程と
を包含するTFT基板の製造方法。 - 請求項3から5のいずれかに記載のTFT基板の製造方法であって、
前記TFT基板は、
前記パッチメタル層上に配置された第2絶縁層と、
前記第2絶縁層上に配置され、かつ、端子用上部接続部を含む上部透明導電層と、
前記非送受信領域に配置されたソース端子部と
をさらに有し、
前記ソース端子部は、
前記ゲート接続配線と、
前記ゲート接続配線に電気的に接続された前記端子用上部接続部と
を有し、
前記端子用上部接続部は、前記ゲート絶縁層、前記第1絶縁層および前記第2絶縁層に設けられた第3開口部内で前記ゲート接続配線と接しており、
前記製造方法は、
(a)前記誘電体基板上に前記ゲートメタル層、前記ゲート絶縁層および前記第1絶縁層を形成する工程と、
(b)前記ゲート絶縁層および前記第1絶縁層に前記ゲート接続配線の一部を露出する前記第2開口部を形成するとともに、前記第1絶縁層に前記ソースバスラインの一部を露出する前記第1開口部を形成する工程と、
(c)前記工程(b)の後に、前記第1パッチ接続部を含む前記パッチメタル層を形成する工程であって、前記第1パッチ接続部は前記第1開口部内および前記第2開口部内に位置する、工程と、
(d)前記パッチメタル層上に前記第2絶縁層を形成する工程と、
(e)前記第2絶縁層、前記第1絶縁層および前記ゲート絶縁層に、前記ゲート接続配線の一部を露出する前記第3開口部を形成する工程と、
(f)前記第3開口部内に位置する前記端子用上部接続部を含む前記上部透明導電層を形成する工程と
を包含し、
前記工程(b)と前記工程(c)との間に、前記導電体部を含む前記下部透明導電層を形成する工程をさらに包含する、TFT基板の製造方法。 - 請求項8に記載のTFT基板の製造方法であって、
(a)前記誘電体基板上に前記ゲートメタル層、前記ゲート絶縁層および前記第1絶縁層を形成する工程と、
(b)前記ゲート絶縁層および前記第1絶縁層に前記ゲート接続配線の一部を露出する前記第2開口部および前記第4開口部をそれぞれ形成するとともに、前記第1絶縁層に前記ソースバスラインの一部を露出する前記第1開口部を形成する工程と、
(c)前記工程(b)の後に、前記第1パッチ接続部および前記第2パッチ接続部を含む前記パッチメタル層を形成する工程であって、前記第1パッチ接続部は前記第1開口部内および前記第2開口部内に位置し、前記第2パッチ接続部は前記第4開口部内に位置する、工程と、
(d)前記パッチメタル層上に前記第2絶縁層を形成する工程と、
(e)前記第2絶縁層に、前記第5開口部を形成する工程と、
(f)前記第5開口部内に位置する前記端子用上部接続部を含む前記上部透明導電層を形成する工程と
を包含するTFT基板の製造方法。 - 請求項11に記載のTFT基板の製造方法であって、
(a)前記誘電体基板上に前記ゲートメタル層、前記ゲート絶縁層および前記第1絶縁層を形成する工程と、
(b)前記ゲート絶縁層および前記第1絶縁層に前記ゲート接続配線の一部を露出する前記第2開口部および前記第3開口部を形成するとともに、前記第1絶縁層に前記ソースバスラインの一部を露出する前記第1開口部を形成する工程と、
(c)前記導電体部および前記端子用上部接続部を含む前記下部透明導電層を形成する工程と、
(d)前記工程(c)の後で前記パッチメタル層を形成する工程と
を包含するTFT基板の製造方法。
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