KR20070089148A - 액정 부품 모듈 및 유전율 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

액정 부품 모듈은, 액정 유전체층과, 상기 액정 유전체층을 사이에 두고서 대향 배치된 제 1 및 제 2 도체층과, 상기 액정 유전체층에 직류 전압을 인가함으로써 상기 액정 유전체층의 유전율을 제어하는 전압 인가 수단과, 상기 액정 유전체층의 온도를 변화시키는 온도 조절 소자와, 상기 온도 조절 소자에 의해, 상기 액정 유전체층의 온도를 변화시켜서 상기 액정 유전체층을 고체상과 액체상 사이에서 천이시키는 온도 제어 수단을 구비한다.

Description

액정 부품 모듈 및 유전율 제어 방법{LIQUID CRYSTAL COMPONENT MODULE AND DIELECTRIC CONSTANT CONTROL METHOD}
본 발명은 유전체 재료를 이용하여 형성한 액정 유전체층의 유전율을 제어하는 액정 부품 모듈 및 이 유전율 제어 방법에 관한 것이다.
본원은 2004년 12월 20일에 출원된 일본 특허 제2004-367929호에 대하여 우선권을 주장하며, 그 내용을 여기에 채용한다.
이동체 통신 시스템에 있어서의 휴대 통신 단말 등의 높은 주파수(예를 들면, 마이크로파 주파수대)를 사용하는 전자기기에는, 유전체를 이용한 전자 부품이 대부분 사용되고 있다.
예컨대, 전송로, 공진 회로, 필터 회로 등에는, 도 13에 나타내는 마이크로 스트립 선로가 이용되고 있으며, 이 마이크로 스트립 선로는 그라운드면(그라운드선)(4)과, 도체층(1)(회로 패턴)과, 이들 사이에 개재된 유전체층(2)으로 구성되어 있다. 그 특성 임피던스는 도체층(1)의 폭 W, 두께 t, 도체간 거리, 유전체층(2) 의 두께 d와 비유전율 εr에 의해 결정된다. 또한, 도 14에 나타내는 유전체 안테나는 안테나 패턴(14)과 그라운드면(4) 사이에 유전체층(2)을 사이에 두고, 안테나 급전점(6)에 고주파 신호를 인가하여 전파를 방사시키는 것이다.
이와 같이, 유전체를 이용한 마이크로 스트립 선로나 유전체 안테나 등에 있어서, 그 유전체 부분의 유전율을 변화시킴으로써, 부품의 전기적 특성을 변화시키는 방법이 제안되고 있다. 예를 들면, 도 13에 나타내는 마이크로 스트립 선로를 예로 하여 설명하면, 이 선로의 특성 임피던스 Z0는 수학식으로 이하와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007041749815-PCT00001
Figure 112007041749815-PCT00002
따라서, 마이크로 스트립 선로의 특성 임피던스 Z0는, 형상 파라미터인 d(두 께), W(선로폭), 유전체 재료의 유전율 ε(또는 비유전율 εr)의 3변수에 의해서 결정된다. 그리고, 이 중에서 유전체의 유전율을 변화시킴으로써 마이크로 스트립 선로의 전기적 특성을 제어하는 것이 행해지고 있다.
종래의 유전율 제어 방법으로서 2개의 방법이 제안되고 있다. 하나는 고체의 유전체에 전압이나 온도의 변화를 가함으로써 유전율을 변화시키는 방법이고, 또 하나는 액정에 전압을 가함으로써 유전율을 변화시키는 방법이다. 이 2개의 방법 중, 유전체 재료로서 액정을 사용하는 예에 대해서 설명한다.
도 15는 종래의 유전체의 유전율을 변화시키는 마이크로 스트립 선로의 구성예를 나타내는 도면이다. 도 15에서, 전압을 인가하지 않은 상태에서는 액정 유전체층(7)의 극성의 방향은, 연마면(3)의 방향(배향 방향)에 의해서 결정된다. 그리고, 유전율 제어 전압원(35)에 의해 액정 유전체층(7)에 대하여 전압을 인가하면, 액정 유전체층(7) 내의 액정 분자의 방향이 인가 전압에 의한 전계 강도의 영향에 의해 변화되어 유전율이 변화된다. 이와 같이, 액정 유전체층(7)에 전압을 가함으로써, 유전율을 변화시켜서 소망하는 특성으로 되도록 제어한다.
또한, 종래 기술로서, 안테나 공진 주파수를 가변으로 하여 광대역화를 도모할 수 있는 안테나 장치를 제공하는 것을 목적으로 한 안테나 장치가 개시되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 이 안테나 장치는, 안테나와 이 안테나에 대하여 송수신 신호를 교환하는 무선기기를 갖는 안테나 장치에 있어서, 안테나에 주파수 제어 전압 Ec에 의해 비유전율이 변화되는 유전체부를 마련하고, 이 유전체부에 공급하는 주파수 제어 전압 Ec의 값을 제어하도록 구성되어 있다.
특허 문헌 1: 일본 특허 공개 평성 제11-154821호 공보
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
도 15에 나타내는 종래 기술의 마이크로 스트립 선로에서는, 정전압을 액정 유전체층(7)에 인가하여, 액정 유전체층(7)의 유전율을 결정한다. 그 때문에 마이크로 스트립 선로에 가해지는 신호에 의해서도 액정 유전체층(7)의 유전율이 변화해 버린다. 특히 신호에 직류 성분이 포함되는 경우, 그 영향은 보다 커진다고 하는 문제가 있었다. 또한, 액정 유전체층(7)을 이용한 전기 부품을 물리적 진동이 있는 장소에서 이용하는 경우에도, 액정 유전체층(7)의 유전율이 시간적으로 변동해 버린다고 하는 특징이 있어, 유전율을 일정하게 유지하고자 하는 경우에 문제로 되고 있었다. 또한, 특허 문헌 1에 개시된 종래 기술의 유전체 안테나에 있어서도, 안정하게 유전율을 제어하는 것이 곤란하다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 액정 유전체층의 유전율을 안정하게 유지할 수 있는 액정 부품 모듈 및 액정 부품 모듈의 유전율 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 본 발명의 제 1 형태는, 액정 유전체층과, 상기 액정 유전체층을 사이에 두고서 대향 배치된 제 1 및 제 2 도체층과, 상기 액정 유전체층에 직류 전압을 인가함으로써 상기 액정 유전체층의 유전율을 제어하는 전압 인가 수단과, 상기 액정 유전체층의 온도를 변화시키는 온도 조절 소자와, 상기 온도 조절 소자에 의해, 상기 액정 유전체층의 온도를 변화시켜서 상기 액정 유전체층을 고체상과 액체상 사이에서 천이시키는 온도 제어 수단을 구비한 액정 부품 모듈이다.
이에 따라, 유전체 재료로서 액정을 사용하는 액정 부품 모듈에 있어서 필요에 따라서 유전율을 변경 가능하게 하고, 또한, 유전율의 변경 후에 액정 유전체층을 고체화하여, 안정한 유전율을 갖는 액정 부품 모듈을 제공할 수 있다. 또한, 액정 부품 모듈을 소형화하여, 회로 기판 상에 더욱 탑재하기 쉽게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2 형태에 있어서는, 상기 액정 부품 모듈에 있어서, 상기 제 1 도체층이 회로 패턴을 갖는 회로층이며, 상기 제 2 도체층이 그라운드층이더라도 무방하다.
이에 따라, 소망하는 유전율을 갖는 마이크로 스트립 선로 등의 액정 부품 모듈을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2 형태에 있어서는, 상기 액정 부품 모듈에 있어서, 상기 액정 유전체층은 복수의 영역으로 구분되어 있고, 상기 전압 인가 수단은 상기 액정 유전체층의 영역마다 유전율을 제어하도록 구성되더라도 무방하다.
이에 따라, 영역마다 전기적 특성을 바꿀 수 있는 유전체 기판 등을 제작하는 것이 가능해진다. 예컨대, 유전체 부분이 액정으로 구성된 마이크로 스트립 선 로의 특성 임피던스를 영역마다 바꿀 수 있어, 전송 선로의 임피던스 정합 회로 등을 제작할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 4 형태는, 액정 유전체층을 구비한 액정 부품 모듈의 유전율을 제어하는 방법으로서, 상기 액정 유전체층에, 액체상의 상태로 직류 전압을 인가함으로써, 상기 액정 유전체층의 유전율을 변화시키는 공정과, 상기 액정 유전체층을 액체상으로부터 고체상으로 천이시킴으로써, 상기 액정 유전체층의 유전율을 고정하는 공정을 포함한다.
이에 따라, 유전체 재료로서 액정을 사용하는 액정 부품 모듈(예를 들면, 마이크로 스트립 선로, 유전체 안테나, 안테나 정합 회로ㆍ회로 소자 등)에 있어서 필요에 따라서 유전율을 변경 가능하게 하고, 또한, 유전율의 변경 후에 액정 유전체층을 고체화함으로써 유전율을 안정시킬 수 있다.
발명의 효과
본 발명에 의하면, 액정 유전체층의 유전율을 안정하게 유지할 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 액정 부품 모듈의 기본 구성예를 나타내는 도면,
도 2는 도 1에 나타내는 액정 부품 모듈의 제어 회로의 구성예를 나타내는 도면,
도 3은 유전율의 제어 순서를 나타내는 흐름도,
도 4는 마이크로 스트립 선로의 제 1 구성예를 나타내는 도면,
도 5는 도 4에 나타내는 마이크로 스트립 선로의 단면도,
도 6은 마이크로 스트립 선로의 제 2 구성예를 나타내는 도면,
도 7은 복수의 전극에 인가하는 전압의 관계를 나타내는 도면,
도 8은 마이크로 스트립 선로의 분포 정수 선로에서의 등가 회로를 나타내는 도면,
도 9는 온도 조절 소자로 액정 부품 모듈의 전면을 덮은 예를 나타내는 도면,
도 10은 액정 유전체층을 사용한 콘덴서의 구성예를 나타내는 도면,
도 11은 액정의 온도와 압력의 관계에 의한 상(相) 상태의 천이도,
도 12는 MBBA의 화학식과 상 상태의 천이도,
도 13은 종래의 마이크로 스트립 선로의 예를 나타내는 도면,
도 14는 종래의 유전체 안테나의 예를 나타내는 도면,
도 15는 종래의 유전율이 가변인 마이크로 스트립 선로의 예를 나타내는 도면.
부호의 설명
1: 회로 패턴, 2: 유전체층, 3: 연마면, 4: 그라운드면, 5: 유전율 제어 전압원, 6: 안테나 급전점, 7: 액정 유전체층, 8: 온도 조절 소자, 9: 액정 봉입벽, 12: 전원선, 13: 전극, 14: 안테나 패턴, 20: 온도 조절 소자 제어 전류원, 21: 온도 센서, 22: 온도 검출부, 23: 온도 제어부, 24: 유전율 제어부, 25: 유전율 계측부, 30: 제어부, 40: 기억부, 41: 유전율 제어 테이블
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 각 실시예에 한정되는 것이 아니라, 예컨대 이들 실시예의 구성요소 끼리를 적절히 조합하더라도 무방하다.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 액정 부품 모듈을 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 이 실시예의 구성을 나타내는 도면이다. 여기서는, 마이크로 스트립 선로(마이크로파대 등의 고주파수 신호를 통과시키는 신호선)를 예로 하여 설명한다. 도 1에 나타내는 마이크로 스트립 선로는 액정 유전체층(7), 액정 유전체층(7) 위에 형성된 회로 패턴(제 1 도체층)(1), 액정 유전체층(7)의 연마면(3), 액정 유전체층(7)의 하면에 배치된 그라운드면(제 2 도체층)(4), 액정 유전체층(7)에 직류 전압을 인가함으로써 액정 유전체층(7) 내의 액정 분자를 편향시켜 유전율을 변화시키는 유전율 제어 전압원(전압 인가 수단)(5), 그라운드면(4) 아래에 배치되어 액정 유전체층(7)의 온도를 조절하는 온도 조절 소자(8), 및 온도 조절 소자(8)를 냉각ㆍ가열하는 온도 조절 소자 제어 전류원(온도 제어 수단)(20)으로 구성되어 있다.
온도 조절 소자(8)는, 예를 들면, 펠티에 소자(Peltier element) 등으로 구 성하는 온도 조절 소자로서, 직류 전류(전류값과 극성)에 의해 냉각 또는 가열 온도를 제어하여, 액정 유전체층(7)의 온도를 상승 또는 하강시키기 위한 것이다. 또한, 액정 유전체층(7)의 양쪽면에 배치된 연마면(3)은 마찰에 의해 전압을 발생시켜, 액정 분자를 유전율 제어를 위한 전압을 인가하고 있지 않은 상태에서 액정 분자의 방향을 어느 정도 일정한 방향으로 가지런히 하기 위한 것이다.
액정은 도 11에 도시하는 바와 같이 온도와 압력의 관계에 의해 고체상, 액체상, 기체상으로 상태가 변화된다. 도 1에 나타내는 액정 부품 모듈에서는, 액정 유전체층(7)이 고체 상태로 있는 경우, 압력을 일정(예를 들면, 대기압)하게 하여 온도 조절 소자(8)에 의해 액정 유전체층(7)의 온도를 변화시킴으로써, 액정 유전체층(7)을 고체 상태로부터 액체(액정) 상태로 변화시켜, 유전율 제어 전압원(5)에 의해 액정 유전체층(7)의 유전율을 제어한 후에, 고체상의 상태에 되돌리도록 하고 있다.
이 액정 유전체층(7)으로서는, 예를 들면, 액정 폴리머(LCP)라고 불리는 물질을 사용할 수 있다. 이 액정 폴리머는 상온에서 고체 플라스틱의 일종이지만, 융해 온도가 100℃ 정도이며, 또한, 마이크로파대에서 비유전율 2.5~4 정도인 것이다.
도 2는 도 1에 나타내는 액정 부품 모듈의 제어 회로의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 2에서, 온도 조절 소자 제어 전류원(20)은 양극성의 직류 전류원으로서, 온도 조절 소자(8)에 양극성의 전류(냉각과 가열로 극성이 상이한 전류)를 흘림으로써 액정 유전체층(7)의 냉각과 가열을 한다. 또한, 온도 검출부(22)는 온 도 조절 소자(8)에 부설된 온도 센서(21)로부터 입력된 신호에 근거하여 온도 조절 소자(8)의 온도를 검출한다. 온도 제어부(23)는 온도 검출부(22)로부터의 온도 검출 신호를 기초로, 온도 조절 소자(8)의 온도가 설정 온도로 되도록 온도 조절 소자 제어 전류원(20)의 출력 전류를 제어한다.
또한, 온도 조절 소자(8)에 의한 온도 설정에 정밀도가 요구되지 않는 경우에는, 온도 센서(21) 및 온도 검출부(22)는 생략해도 된다. 이 경우에는, 온도 조절 소자(8)의 목표 온도와, 온도 조절 소자 제어 전류원(20)에 대하여 상기 목표 온도를 설정한 경우의 전류값 및 극성 관련 정보를 기억부(40)에 미리 기억시켜 놓고, 상기 목표로 하는 전류값과 극성으로 되도록 온도 조절 소자 제어 전류원(20)의 출력 전류를 제어한다.
또한, 유전율 계측부(25)는 회로 패턴(1)과 그라운드면(4)에 센스 신호를 인가하여 액정 유전체층(7)의 유전율을 계측한다. 유전율 제어부(24)는 유전율 계측부(25)에서 계측된 유전율이 목표로 되는 유전율로 되도록, 유전율 제어 전압원(5)의 전압을 조정한다. 또한, 유전율 설정의 정밀도가 요구되지 않는 경우에는 유전율 계측부(25)를 생략해도 된다. 이 경우에는, 목표로 하는 유전율과, 상기 목표로 하는 유전율을 부여하는 유전율 제어 전압원(5)의 전압값(목표 전압값)을 관련시킨 정보를 기억부(40)에 미리 기억해 놓고, 상기 목표 전압값으로 되도록 유전율 제어 전압원(5)을 제어한다. 엄밀하게는, 액정 유전체층(7)을 액체(액정) 형상으로 유지해서 유전율을 설정하고, 냉각하여 고체화한 경우에는, 유전율이 간신히 변화되지만, 이러한 변화분도 고려하여 유전율을 설정하면 보다 정확하게 유전율을 설정할 수 있다.
제어부(30)는 제어 회로 전체를 제어하여, 액정 유전체층(7)이 설정 온도(액화용 설정 온도, 고화용 설정 온도)로 되도록 제어하고, 또한, 액정 유전체층(7)이 목표로 하는 유전율로 되도록 제어한다. 기억부(40)는 제어부(30)가 액정 유전체층(7)의 유전율을 제어하기 위해 필요한 제어 정보가 유전율 제어 테이블(41)로서 기록되어 있다. 「목표 유전율」의 정보는 액정 유전체층(7)의 유전율의 제어 목표값의 정보이다. 또한, 액정 유전체층(7)을 냉각하여 고체화한 경우에는, 유전율이 간신히 변화되지만, 이러한 변화분도 고려하여 목표 유전율을 설정함으로써 정확하게 유전율을 설정하도록 해도 된다. 또한, 유전율 계측부(25)를 생략하는 경우 등, 상기 목표 유전율 대신에, 액정 유전체층(7)에 목표로 하는 유전율을 부여하는 유전율 제어 전압원(5)의 전압값(목표 전압값)의 정보가 기록되도록 해도 좋다.
또한, 「고체화 설정 온도」의 정보는 액정 유전체층(7)을 고체 상태로 하기 위해서 필요한 온도의 설정 정보이며, 「액체화 설정 온도」의 정보는 액정 유전체층(7)을 액체(액정) 상태로 하기 위해서 필요한 온도의 설정 정보이다. 또한, 온도 센서(21) 및 온도 검출부(22)를 생략할 경우에는, 「고체화 설정 온도」의 정보를 대신하여, 「고체화시의 전류 극성, 전류값」의 정보가 기록되고, 「액체화 설정 온도」의 정보를 대신하여, 「액체화시의 전류 극성, 전류값」의 정보가 기록된다.
또한, 액정 유전체층(7)이 상온(기기 내부에서의 온도를 포함함, 예를 들면, 60~70℃ 이하)에서 고체 상태로 되는 종류인 경우에는, 온도 조절 소자(8)에 의한 냉각 제어를 하지 않는 경우도 있으며, 이러한 경우에는, 유전율 제어 테이블(41) 내의 「고체화 설정 온도」의 정보 및 「고체화시의 전류 극성, 전류값」의 정보는 필요 없어진다.
다음에, 도 3을 참조하여, 액정 부품 모듈(마이크로 스트립 선로 등)에 있어서의 유전율 제어 순서를 설명한다. 도 3은 액정 부품 모듈에 있어서의 유전율 제어 순서를 나타내는 흐름도이다.
최초로, 온도 조절 소자(8)에 의해서 액정 부품 모듈을 냉각함으로써 액정 유전체층(7)이 고체화되어 있어, 유전율을 고정하고 있는 상태에 있는 것으로 한다(단계 S1). 다음에, 온도 조절 소자(8)에 의해, 액정 유전체층(7)을 유전체 부분이 액체(액정) 상태를 유지할 수 있는 온도 A(예를 들면, 100℃)로 한다(단계 S2). 이 액정 상태에서 액정 유전체층(7)의 부분에 유전율 제어 전압원(5)에 의해 전압을 인가하여, 액정의 극성 방향을 변화시킴으로써 액정 유전체층(7)의 유전율을 소망하는 유전율로 제어한다(단계 S3). 계속해서, 온도 조절 소자(8)를 이용하여 액정 유전체층(7)을 액정이 고체 상태로 되는 온도 B(예를 들면, 10℃)로 설정하여, 유전체층의 유전율을 고정한다(단계 S4). 유전율의 값이 고정된 안정 상태에 있어서, 디바이스로서 사용한다(단계 S5). 그리고, 디바이스의 주파수 특성을 변경할 필요가 발생한 경우에는, 액정 유전체 부분을 액정 상태로 하는 처리 공정(단계 S2), 단계 S2로 되돌아가서 동일한 처리를 재차 실시한다.
도 4는 온도 조절 소자를 구비한 마이크로 스트립 선로의 제 1 구성을 나타 내는 도면으로서, 본 발명의 액정 부품 모듈을 마이크로 스트립 선로에 응용한 예이다. 또한, 도 5는 도 4에 나타내는 마이크로 스트립 선로의 단면도이다. 도 4에 나타내는 마이크로 스트립 선로는 회로 패턴(1)을 갖는 액정 유전체층(7), 연마면(3), 그라운드면(4), 전극(13), 전원선(12), 온도 조절 소자(8)의 순으로 적층하여 구성되어 있다. 그리고, 그라운드면(4)과 동일한 계층에 전극(13)을 부여함으로써, 액정 유전체층(7)의 유전율을 제어한다. 또한, 유전율의 제어 순서는, 도 3에 나타내는 순서와 마찬가지의 제어 순서로 행해진다. 이러한 구성에 의해, 액정 부품 모듈을 소형화하여, 회로 기판 상에 더욱 탑재하기 쉽게 할 수 있다.
또한, 연마면(3)의 위치는 액정 유전체층(7)과 그라운드면(4) 사이에 삽입할 필요는 없고, 도 1에 도시하는 바와 같이 액정 유전체층(7)의 양쪽면에 배치해도 무방하다.
도 6은 온도 조절 소자를 구비한 마이크로 스트립 선로의 제 2 구성예를 나타내는 도면으로서, 액정 유전체층(7)을 복수의 영역으로 구분하여, 영역마다 유전율을 제어하는 전극을 마련한 마이크로 스트립 선로의 예이다. 또한, 도 7은 도 6에 나타내는 마이크로 스트립 선로의 복수의 전극에 인가하는 전압의 관계를 나타내고 있고, 도 8은 마이크로 스트립 선로의 분포 정수 선로에서의 등가 회로도를 나타내고 있다. 도 6에 나타내는 마이크로 스트립 선로는 3세트의 전극(13)을 갖고 있으며, 각각의 전극(13)에 인가되는 전압에 의해서 각 영역(영역 1~영역 3)의 유전율(ε1, ε2, ε3)이 결정되기 때문에, 전극(13)의 위치에 따라서 결정되는 영역 1, 영역 2, 영역 3마다 유전율(ε1, ε2, ε3)을 상이한 값으로 설정하는 것이 가능하다. 예컨대, 도 7에 도시하는 바와 같이, 유전율 제어 전압원(45)과 전극(13) 사이를 전원선(12)에 의해서 접속함으로써, 영역 1에는 전압 V1을 인가하고, 영역 2에는 전압 V2를 인가하고, 영역 3에는 전압 V3을 인가한다. 또한, V1, V2, V3은 상이한 전압값이다.
이러한 구성에 의해, 도 6에 나타내는 마이크로 스트립 선로에 있어서, 영역마다 전기적 특성을 바꿀 수 있는 유전체 기판 등을 제작하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 유전체 부분이 액정으로 구성된 마이크로 스트립 선로의 특성 임피던스를 영역마다 바꾸어, 전송 선로의 임피던스 정합 회로를 구성할 수 있다. 예를 들면, 도 8에 도시하는 바와 같이, 마이크로파 회로에 있어서, 특성 임피던스 Z1, Z2, Z3를 갖는 회로를 직렬 접속한 임피던스 정합 회로를 구성할 수 있다. 이에 따라, 상이한 임피던스의 회로간에서 임피던스 정합을 취할 수 있다. 또한, 면적이 더 큰 유전체 기판을 구성할 수도 있고, 이에 따라 유전체 기판 상의 소자간 임피던스 정합의 조정 범위가 넓어진다. 또한, 도 6에 나타낸 예에서는, 3개의 영역을 마련한 예를 나타내고 있지만, 이에 한정되지 않고 영역의 수는 몇 개이더라도 상관없다.
도 9는 온도 조절 소자로 액정 부품 모듈의 전면을 덮은 액정 부품 모듈의 구성예를 나타내는 도면이다. 도 9에 나타내는 예는, 액정 유전체층(7)을 액정 봉입벽(9)으로 둘러싸고, 또한 온도 조절 소자(8)로 덮은 구성예이며, 10은 신호 입력선, 11은 신호 출력선을 나타내고 있다. 또한, 신호선(10, 11) 외에, 액정 유전 체층(7)의 유전율을 제어하는 유전율 제어선(10a, 11a)과, 온도 조절 소자(8)의 온도를 제어하는 온도 제어선(10b, 11b)이 마련되어 있다. 이러한 구성에 의해, 온도 조절 소자(8)에 의해 액정 유전체층(7)을 가열ㆍ냉각할 때의 열효율을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 예컨대, 용량 가변인 콘덴서 등을 구성할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 액정 부품 모듈은 콘덴서, 리액턴스 소자, 저항기 등으로서도 사용할 수 있다. 도 10은 액정 유전체층을 사용한 콘덴서의 구성예를 나타내는 도면으로서, 액정 유전체층(7)을 사이에 두고 금속판(51)을 대향시켜서 콘덴서를 구성한다. 또한, 액정 유전체층(7)은 도 9에 도시하는 바와 같이 온도 조절 소자(8)에 의해 전면이 덮여진 구성으로 되어 있다. 또한, 리액턴스 소자의 경우는, 액정 유전체층(7)을 코일 형상의 신호선으로 감싸는 형태로 구성한다. 또한, 저항기의 경우는, 콘덴서의 경우와 마찬가지의 구성으로 된다.
다음에, 액정 유전체층(7)의 비유전율 εr의 제어 범위에 대해서 설명한다.
마이크로 스트립 선로나 유전체 안테나 등의 마이크로파대에서는, 비유전율 εr이 3.0 이하인 범위가 유전율의 구체적인 제어 범위로 된다. 또한, 마이크로파대에 있어서 마이크로 스트립 선로나 유전체 안테나에 사용 가능한 액정의 예로서, 액정 폴리머(LCP)라고 불리는 물질이 있다. 이 LCP는 상온에서 고체 플라스틱의 일종이며, 융해 온도가 100℃ 정도이고, 유전율 2.5~4 정도인 것이 시판되고 있다.
콘덴서 및 리액턴스 소자의 경우는, 저주파대에 있어서는 유전 손실을 고려할 필요성이 적기 때문에, 비유전율을 1~6 정도의 사이에서 제어하여, 필요한 콘덴 서 용량, 리액턴스를 실현할 수 있다. 또한, 마이크로파대에서는, 비유전율 εr이 3.0 이하인 범위가 구체적인 제어 범위로 된다. 또한, 사용 가능한 액정으로서는, 메소겐(mesogen)-4(4메톡시벤질리덴)-4-부틸아닐린(약칭 MBBA) 등이 있다. 도 12에 MBBA의 화학식과 상 상태의 천이도를 나타낸다.
저항기의 경우는, 기본적으로 비유전율은 1~6 정도의 사이에서 제어하여, 필요한 저항값을 실현할 수 있다. 또한, 비유전율의 값이 높을수록, 저항값이 높은 저항기를 실현하는 성질이 있다. 또한, 액정으로서는, 도 12에 나타낸 MBBA와 동일한 것을 사용할 수 있다. 그밖에도 온도 특성과 유전율 조건에 맞는 액정을 사용하는 것이 가능하여, 예를 들면, MBBA와 EBBA의 혼합물 등을 사용할 수 있다.
이와 같이, 용도에 따라 액정의 종류를 선택하여, 액정 유전체층의 유전율을 제어함으로써 소망하는 전기 특성을 나타내는 마이크로 스트립 선로, 유전체 안테나, 임피던스 정합 회로, 콘덴서, 리액턴스 소자, 저항기 등의 전자 부품(액정 부품 모듈)을 소형화하여 제작할 수 있으므로, 전자 부품의 회로 기판 상으로의 실장을 용이하게 실행할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 있어서는, 유전체 재료로서 액정을 사용하는 마이크로 스트립 선로, 유전체 안테나, 안테나 정합 회로ㆍ회로 소자 등에 있어서 필요에 따라서 유전율을 변경 가능하게 하고, 또한, 유전율의 변경 후에 액정 유전체층을 고체화하여 안정한 유전율을 갖는 액정 부품 모듈(전자 부품)을 제공할 수 있다. 또한, 전기적 특성이 변경 가능한 액정 부품 모듈을 탑재한 회로 기판을 통신 모듈의 RF 회로 부분에 사용함으로써 처리하는 신호의 주파수 전환을 정밀하게 실행할 수 있게 된다.
본 발명은 액정을 유전체 재료(유전체층)로서 사용하는 경우에, 상기 액정 유전체층의 유전율을 가변적으로 제어하는 것을 가능하게 하고, 또한, 상기 액정 유전체층의 유전율을 안정하게 유지할 수 있는 효과를 나타낸다. 이 때문에, 본 발명은 액정 부품 모듈, 및 액정 부품 모듈의 유전율 제어 방법 등에 유용하다.

Claims (4)

  1. 액정 유전체층과,
    상기 액정 유전체층을 사이에 두고서 대향 배치된 제 1 및 제 2 도체층과,
    상기 액정 유전체층에 직류 전압을 인가함으로써 상기 액정 유전체층의 유전율을 제어하는 전압 인가 수단과,
    상기 액정 유전체층의 온도를 변화시키는 온도 조절 소자와,
    상기 온도 조절 소자에 의해, 상기 액정 유전체층의 온도를 변화시켜 상기 액정 유전체층을 고체상과 액체상 사이에서 천이시키는 온도 제어 수단
    을 구비한 액정 부품 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 도체층은 회로 패턴을 갖는 회로층이며, 상기 제 2 도체층은 그라운드층인 액정 부품 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정 유전체층은 복수의 영역으로 구분되어 있고,
    상기 전압 인가 수단은 상기 액정 유전체층의 영역마다 유전율을 제어하도록 구성된
    액정 부품 모듈.
  4. 액정 유전체층을 구비한 액정 부품 모듈의 유전율을 제어하는 방법으로서,
    상기 액정 유전체층에, 액체상의 상태로 직류 전압을 인가함으로써, 상기 액정 유전체층의 유전율을 변화시키는 공정과,
    상기 액정 유전체층을 액체상으로부터 고체상으로 천이시킴으로써, 상기 액정 유전체층의 유전율을 고정하는 공정
    을 포함하는 액정 부품 모듈의 유전율 제어 방법.
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