KR20160080444A - 안테나 장치 및 그를 구비하는 전자 장치 - Google Patents

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KR20160080444A
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홍원빈
고승태
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Abstract

본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치 및 그를 구비하는 전자 장치는, 투명한 재질의 유전체 기판; 상기 유전체 기판의 적어도 일면에 형성된 투명한 도선들로 이루어진 메시 그리드(mesh grid); 상기 메시 그리드의 제1 부분으로 이루어지는 방사 도체(radiation conductor); 및 상기 메시 그리드의 제2 부분으로 이루어지는 더미 패턴을 포함할 수 있고, 상기 더미 패턴은 도선들의 일부분이 단절된 적어도 하나의 분절부를 포함함으로써, 상기 방사 도체를 이루는 제1 부분과, 상기 제1 부분을 제외한 상기 메시 그리드의 다른 부분을 전기적으로 단절시키고, 상기 방사 도체를 이루는 도선과, 상기 더미 패턴을 이루는 도선의 선폭(line width)이 서로 다르게 형성될 수 있다. 상기와 같은 안테나 장치 및 그를 구비하는 전자 장치는 실시예에 따라 다양하게 구현될 수 있다.

Description

안테나 장치 및 그를 구비하는 전자 장치 {ANTENNA DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE WITH THE SAME}
본 발명의 다양한 실시예는 전자 장치에 관한 것으로서, 예컨대, 무선 통신을 가능하게 하기 위한 안테나 장치 및 그를 구비하는 전자 장치에 관한 것이다.
무선 통신 기술은 상용화된 이동통신망 접속뿐만 아니라, 최근에는 와이파이(Wi-Fi) 기술로 대표되는 근거리 무선통신(wireless local area network; w-LAN), 블루투스(Bluetooth), 근접무선통신(near field communication; NFC) 등 다양한 방식으로 구현되고 있다. 이동통신 서비스는 음성 통화 중심의 1세대 이동통신 서비스로부터 4세대 이동통신망으로 진화하면서 인터넷, 멀티미디어 서비스가 가능하게 되었다. 이러한 무선 통신은 통신 방식에 따라 700MHz, 1.8GHz, 2.1GHz, 2.4GHz, 5GHz, 2.45GHz 등의 주파수 대역에서 각각 제공되고 있으며, 향후에 상용화될 차세대 이동통신 서비스는 수십 GHz 이상의 초고주파 대역을 통해 제공될 것으로 전망된다.
또한, 근거리 무선통신이나 블루투스 등의 통신 방식이 보편화되면서, 전자 장치, 예컨대, 이동통신 단말기는 서로 다른 다양한 주파수 대역에서의 무선 통신을 위해, 각 주파수 대역 및 통신 방식에 상응하는 안테나 장치를 구비할 수 있다. 이러한 안테나 장치는 다른 회로 장치들과 충분한 거리를 두고 설치됨으로써, 고주파 신호를 송수신하는 과정에서 다른 회로 장치들과 간섭을 억제하고 안정된 성능을 확보할 수 있다.
다른 한편으로, 일부의 전자 장치는, 휴대성을 확보하기 위해 소형, 경량화할 필요가 있다. 예컨대, 이미 상용화된 이동통신 단말기나, 손목시계형, 안경형 전자 장치와 같은 신체 착용형 전자 장치에서는 사용자의 편의를 위해 소형화, 경량화가 요구된다.
하지만 소형, 경량화된 전자 장치에서는 안테나 장치의 설치 공간을 확보하는데 어려움이 있다.
이에, 본 발명의 다양한 실시예들은 협소한 공간에서도 설치가 용이한 안테나 장치 및 그를 구비하는 전자 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예들은 디스플레이 장치의 시인성을 유지하면서도 디스플레이 장치의 화면 표시 영역에도 설치가 가능한 안테나 장치 및 그를 구비하는 전자 장치를 제공하고자 한다.
따라서 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치는, 유전체 기판; 상기 유전체 기판의 적어도 일면에 형성된 도선들로 이루어진 메시 그리드(mesh grid); 상기 메시 그리드의 제1 부분으로 이루어지는 방사 도체(radiation conductor); 및 상기 메시 그리드의 제2 부분으로 이루어지는 더미 패턴을 포함할 수 있으며,
상기 더미 패턴은 상기 방사 도체를 이루는 제1 부분과, 상기 제1 부분을 제외한 상기 메시 그리드의 다른 부분을 전기적으로 단절시킬 수 있고,
상기 방사 도체를 이루는 도선과, 상기 더미 패턴을 이루는 도선의 선폭(line width)이 서로 다르게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치는, 투명한 재질의 유전체 기판; 상기 유전체 기판의 적어도 일면에 형성된 투명한 도선들로 이루어진 메시 그리드(mesh grid); 상기 메시 그리드의 제1 부분으로 이루어지는 방사 도체(radiation conductor); 및 상기 메시 그리드의 제2 부분으로 이루어지는 더미 패턴을 포함할 수 있고,
상기 더미 패턴은 도선들의 일부분이 단절된 적어도 하나의 분절부를 포함함으로써, 상기 방사 도체를 이루는 제1 부분과, 상기 제1 부분을 제외한 상기 메시 그리드의 다른 부분을 전기적으로 단절시킬 수 있고,
상기 방사 도체를 이루는 도선과, 상기 더미 패턴을 이루는 도선의 선폭(line width)이 서로 다르게 형성될 수 있다.
상기와 같은 안테나 장치는 유전체 기판을 필름 형태로 구현할 수 있어, 전자 장치의 임의의 한 면(예: 디스플레이 장치의 외측면이나 윈도우 부재의 내측면)에 부착하는 것만으로 설치가 가능하다. 따라서 소형, 경량화된 전자 장치에 설치하기 용이할 수 있다. 또한, 투명 도전체로 형성된 도선들로 이루어지는 메시 그리드에서 일부분을 방사 도체로 활용하면서, 방사 도체 부분과 나머지 부분을 전기적으로 단절시키는 더미 패턴을 형성함에 있어 유전체 기판의 전체 영역에서 균일한 광투과율을 확보할 수 있다. 따라서 디스플레이 장치 상에 설치하더라도 양호한 화질을 유지할 수 있으므로, 소형, 경량화된 전자 장치의 공간을 효율적으로 활용하는데 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치를 나타내는 분리 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치를 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치의 변형 예를 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치의 메시 그리드의 일부를 확대하여 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치의 메시 그리드의 다른 일부를 확대하여 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치의 일부분을 나타내는 단면 구성도이다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치의 변형 예를 나타내는 단면 구성도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 일부 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
'제1', '제2' 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. '및/또는' 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
또한, '전면', '후면', '상면', '하면' 등과 같은 도면에 보이는 것을 기준으로 기술된 상대적인 용어들은 '제1', '제2' 등과 같은 서수들로 대체될 수 있다. '제1', '제2' 등의 서수들에 있어서 그 순서는 언급된 순서나 임의로 정해진 것으로서, 필요에 따라 임의로 변경될 수 있다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명에서 전자 장치는 터치 패널을 구비하는 임의의 장치일 수 있으며, 전자 장치는 단말, 휴대 단말, 이동 단말, 통신 단말, 휴대용 통신 단말, 휴대용 이동 단말, 디스플레이 장치 등으로 칭할 수 있다.
예를 들어, 전자 장치는 스마트폰, 휴대폰, 내비게이션 장치, 게임기, TV, 차량용 헤드 유닛, 노트북 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 태블릿(Tablet) 컴퓨터, PMP(Personal Media Player), PDA(Personal Digital Assistants) 등일 수 있다. 전자 장치는 무선 통신 기능을 갖는 포켓 사이즈의 휴대용 통신 단말로서 구현될 수도 있다. 또한, 전자 장치는 플렉서블 장치 또는 플렉서블 디스플레이 장치일 수 있다.
전자 장치는 서버 등의 외부 전자 장치와 통신하거나, 외부 전자 장치와의 연동을 통해 작업을 수행할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 카메라에 의해 촬영된 영상 및/또는 센서부에 의해 검출된 위치 정보를 네트워크를 통해 서버로 전송할 수 있다. 네트워크는, 이에 한정되지 않지만, 이동 또는 셀룰러 통신망, 근거리 통신망(Local Area Network: LAN), 무선 근거리 통신망(Wireless Local Area Network: WLAN), 광역 통신망(Wide Area Network: WAN), 인터넷, 소지역 통신망(Small Area Network: SAN) 등일 수 있다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치(100)를 나타내는 분리 사시도이다.
도 1을 참조하면, 상기 전자 장치(100)는, 본체부(101)의 양측(또는, 양단)에서 각각 서로 멀어지는 방향으로 연장된 착용 부재(121, 123)들을 포함할 수 있다. 상기 착용 부재(121, 123)들은 일부분이 서로 중첩한 상태로 결속되어 상기 전자 장치(100)를 사용자의 신체(예; 손목)에 착용 가능하게 한다. 상기 본체부(101)는, 프로세서(예: 어플리케이션 프로세서(application processor; AP), 통신 모듈, 메모리, 배터리 등 각종 회로 장치들을 내장할 수 있으며, 일면에 장착된 디스플레이 장치(111)를 포함할 수 있다. 상기 디스플레이 장치(111)는, 액정 디스플레이(LCD), 발광 다이오드(LED) 디스플레이, 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이, 또는 마이크로 전자기계 시스템(microelectromechanical systems; MEMS) 디스플레이, 또는 전자종이(electronic paper) 디스플레이를 포함할 수 있다. 상기 디스플레이 장치(111)는 각종 콘텐츠(예: 사진, 동영상)를 출력할 수 있고, 사용자의 조작에 따라 다양한 어플리케이션(예: 게임, 인터넷 뱅킹, 일정 관리 등)의 실행 화면을 출력할 수 있다.
상기 본체부(101)의 전면에는 윈도우 부재(113)가 장착되어 상기 디스플레이 장치(111)를 보호할 수 있다. 상기 윈도우 부재(113)는 투명한 소재, 예컨대, 유리(glass)나 합성수지(예: 아크릴, 폴리카보네이트)로 제작되어, 상기 디스플레이 장치(111)로부터 출력되는 화면을 투과시키면서 외부 환경으로부터 상기 디스플레이 장치(111)를 보호할 수 있다. 상기 전자 장치(100)가 터치스크린 기능을 가지고 있다면, 상기 디스플레이 장치(111) 상에는 터치스크린 패널이 설치될 수 있다. 터치스크린 패널은 상기 디스플레이 장치(111)에 또는 상기 윈도우 부재(113)에 통합될 수 있으며, 이러한 구성은 도 6 또는 도 7을 통해 좀더 상세하게 살펴보게 될 것이다.
상기 전자 장치(100)는 안테나 장치를 포함할 수 있다. 상기 안테나 장치(103)는 필름 형태로 제작되어 상기 본체부(101) 상에서 적절한 위치에 설치될 수 있다. 예컨대, 상기 안테나 장치(103)는 상기 디스플레이 장치(111)의 외측면, 상기 윈도우 부재(113)의 내측면, 상기 윈도우 부재(113)의 외측면, 상기 본체부(101)의 내측면(예: 상기 착용 부재(121, 123)들과 마주보는 면) 중 어느 한 면에 부착될 수 있다. 본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 안테나 장치(103)는 상기 본체부(101)의 전면 상에 설치된 구성이 예시되고 있다.
상기 안테나 장치(103)는 전송 선로(139)를 구비함으로써, 상기 본체부(101)에 내장된 회로 장치(예: 통신 모듈)로 접속할 수 있다. 상기 전송 선로(139)는 가요성 인쇄회로 기판으로 구현할 수 있으며, 실시예에 따라서는 동축 케이블 등으로도 구현될 수 있다. 상기 전송 선로(139)는 상기 안테나 장치(103)를 상기 전자 장치의 회로 장치로 접속시켜 급전을 제공할 수 있다. 상기 안테나 장치(103)가 상기 디스플레이 장치(111) 상에 설치되는 경우, 상기 디스플레이 장치(111)가 출력하는 화면을 투과할 수 있도록 광투과율을 확보할 수 있다. 앞서 언급한 바와 같애, 상기 안테나 장치(103)는 상기 본체부(101)의 내측면에 설치될 수 있는데, 이 경우, 화면 투과 등을 고려할 필요가 없기 때문에 설계 자유도가 향상될 수 있다.
이하에서는 도 2 내지 도 5를 참조하여, 상기 안테나 장치(103)의 구체적인 구성을 살펴보기로 한다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치(103)를 나타내는 평면도이다. 도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치(103)의 변형 예를 나타내는 평면도이다.
도 2와 도 3을 참조하면, 상기 안테나 장치(103)는 유전체 기판(131) 상에 형성된 메시 그리드(133)를 포함할 수 있으며, 상기 메시 그리드(133)의 일부분이 방사 도체(135)로 활용될 수 있다. 설명의 편의를 위해, 도 2와 도 3에서는 상기유전체 기판(131)과 메시 그리드(133)(예: 상기 메시 그리드(133)를 이루는 도선(133a)들) 등을 도시하였으나, 앞서 언급한 바와 같이, 상기 안테나 장치(103)는 상기 디스플레이 장치(111) 상에 위치될 수 있는 바, 상기 유전체 기판(131)이나 메시 그리드(133), 도선(133a) 등은 투명한 소재로 제작될 수 있다.
상기 유전체 기판(131)은 투명한(예: 광투과율이 높은) 소재, 예를 들면, 폴리이미드(polyimide) 등의 고분자 합성수지로 제작된 필름으로 이루어질 수 있다. 하지만, 본 발명이 이에 한정될 필요는 없다. 예를 들어, 상기 윈도우 부재(113) 또한 상기 안테나 장치(103)의 기판으로 활용될 수 있으며, 이는 도 7을 통해 살펴보게 될 것이다. 상기 유전체 기판(131)은 유연성을 가진 소재로 제작될 수도 있다. 예컨대, 상기 유전체 기판(131)이 폴리이미드 등의 고분자 합성수지로 제작된 필름으로 구성된 경우, 곡면 형태를 가진 상기 윈도우 부재(113)의 일면(예: 내측면 또는 외측면)에 용이하게 부착될 수 있다.
상기 메시 그리드(133)는 투명 도전체로 형성된 도선(133)들이 격자 형태로 배열되어 이루어질 수 있다. 상기 도선(133)들을 형성하기 위한 투명 도전체로는, 그래핀(Graphene), 나노 와이어(Nanowire), 인듐-주석 산화물(Indium-Tin Oxide; ITO), 인듐-아연 산화물(Indium-Zinc Oxide; IZO), 알루미늄-아연 산화물(Aluminium-Zinc Oxide; AZO), 갈륨-주석 산화물(Ga-doped Zinc Oxide; GZO), 아연-주석 산화물(Zinc-Tin Oxide; ZTO), 알루미늄-아연-주석 산화물(Aluminium-Zinc-Tin Oxide; AZTO), 인듐-알루미늄-아연-주석 산화물(Indium-Aluminium-Zinc-Tin Oxide; IAZTO), 인듐-아연-주석 산화물(Indium-Zinc-Tin Oxide; IZTO) 등을 예로 들 수 있다. 상기에서 나열한 투명 도전체들은 그 자체로서 일정 정도의 광투과율을 가질 수 있으며, 수 마이크로미터의 선폭(line width)으로 인쇄 또는 증착 공정을 통해 상기 유전체 기판(131)의 일면(또는 양면)에 상기 도선(133a)들이 형성될 수 있다.
상기 메시 그리드(133)를 형성함에 있어, 일부분(이하, '제1 부분(A1)')은 상기 메시 그리드(133)의 다른 부분과 전기적으로 단절되어(electrically opened) 상기 방사 도체(135)로 활용될 수 있다. 전기적인 단절은 상기 제1 부분(A1)의 둘레에서 상기 메시 그리드(133)의 또 다른 일부분(이하, '제2 부분(A2)')에서 상기 도선(133a)들을 형성하는 투명 도전체를 제거하여 구현할 수 있다. 다만, 상기 메시 그리드(133)(예: 상기 도선(133a)들)를 형성하기 위한 도전체들이 투명한 소재라 하더라도, 광투과율이 100%일 수는 없으므로, 상기 제1 부분을 상기 메시 그리드의 다른 부분과 전기적으로 단절시키기 위해 상기 제2 부분에서 상기 도선들을 모두 제거하면, 상기 제2 부분과 상기 도선들이 형성된 부분(예: 상기 제1 부분(A1)) 사이에 광투과율에 편차가 발생할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치(103)는 상기 유전체 기판(131)의 전반에서 균일한 광투과율을 확보하기 위해 상기 제2 부분(A2)에서 도선들을 모두 제거하지 않고, 일부의 도선들에 적어도 하나의 단절된 부분(이하, '분절부(133b)')을 형성할 수 있다. 예컨대, 상기 제2 부분(A2)에서 상기 분절부(들)(133b)를 형성함으로써 전기적인 단절 구조를 제공하면서 상기 제1 부분(A1)과 제2 부분(A2)의 광투과율 편차를 억제할 수 있다. 이와 같이, 상기 제2 부분(A2)에서 상기 메시 그리드(133)는 상기 분절부(들)(133b)를 포함하는 더미 패턴(137)이 형성됨으로써, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치(103)는 광투과율의 편차를 억제하고 상기 제1 부분(A1), 예컨대, 상기 방사 도체(135)를 상기 메시 그리드(133)의 다른 부분과 전기적으로 단절시킬 수 있다.
상기 제1 부분(A1)은 도전체 부분(상기 도선들이 형성된 부분)과 유전체 부분(상기 도선들이 형성되지 않은 부분)으로 구분된 격자 형태를 가지지만, 상기 메시 그리드(133)를 형성하는 도선(133a)들이 상당히 조밀한 간격(예: 수십 마이크로미터 간격 이내)으로 배열되어 상기 제1 부분(A1)이 교류 전류에 대하여 평판형 도체로 활용될 수 있다. 예컨대, 상기 제1 부분(A1)에 형성된 메시 그리드는 평판형 패치 안테나 구조의 방사 도체를 형성할 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 상기 제2 부분(A2)에 위치하는 도선들은 상기 분절부(들)(133b)를 포함하는 더미 패턴(137)을 구성함으로써, 상기 방사 도체(135)는 상기 메시 그리드(133)의 다른 부분으로부터 전기적으로 단절될 수 있다.
도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 방사 도체(135)는 상기 유전체 기판(131) 상에 하나 또는 복수로 구현될 수 있다. 예컨대, 상기 유전체 기판(131)에 형성되는 상기 방사 도체(135)의 수는 상기 전자 장치(100)에 요구되는 무선 통신 주파수 대역에 따라 다양하게 설계될 수 있다.
또한, 상세한 설명 및 도면의 기재를 간결하게 하기 위해, 상기 방사 도체(135)는 평판형 도체(예: 패치 안테나 구조)를 이루는 형상만을 예시하고 있으나, 상기 제2 부분(A2), 예컨대, 상기 더미 패턴(137)의 배열에 따라, 상기 방사 도체(135)는 슬롯 안테나, 루프 안테나, 모노폴 안테나, 다이폴 안테나, 야기-우다 안테나 중 어느 하나의 구조를 가지거나, 그 일부분을 구성할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 하나의 유전체 기판에 동일한 안테나 구조를 가진 복수의 방사 도체들이 형성될 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 하나의 유전체 기판에 서로 다른 안테나 구조(예: 상기에서 나열한 안테나 구조들의 선택적인 조합)를 가진 복수의 방사 도체들이 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치(103)의 메시 그리드의 일부를 확대하여 나타내는 도면이다. 도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치(103)의 메시 그리드의 다른 일부를 확대하여 나타내는 도면이다.
도 4와 도 5는 상기 방사 도체(135)와 상기 더미 패턴(137)을 이루는 부분의 도선(133a)들의 배열을 각각 간략하게 도시한다. 이하에서는 도 4와 도 5를 참조하여, 상기 안테나 장치(103), 예컨대, 상기 유전체 기판(131)의 전반에서 광투과율을 균일하게 확보하는 구성을 살펴보게 될 것이다. 도 4와 도 5는 상기 방사 도체(135)의 일부분과 상기 더미 패턴(137)의 일부분으로서 도선(133a)들이 사각형 형태로 배열된 구성을 예시하고 있다. 또한, 이하에서 도 4와 도 5에 도시된 도선(133a)들의 배열에 기초하여 개구율(opened area rate) 등을 산출하는 수학식을 예시하게 될 것이다. 하지만, 도 4와 도 5에 도시된 구조와 하기에서 예시되는 수학식은 본 발명의 다양한 실시예의 이해를 돕기 위해 단순화한 것으로서, 본 발명이 이에 한정되지 않음에 유의한다. 또한, 상기 도선들(133a)의 배열에 따라 수학식은 달라질 수 있다. 예컨대, 도 4와 도 5에서 상기 도선들(133a)은 하나의 사각형을 이룬 형태로 예시하지만, 상기 도선들(133a)이 창문 형태 또는 도 2 등에 도시된 격자 형태로 배열된 경우의 개구율은 하기에서 예시하는 수학식으로 산출되지 않을 수 있다.
상기 메시 그리드(133)를 형성함에 있어, 상기 방사 도체(135)를 이루는 도선(133a)들의 선폭과 상기 더미 패턴(137)을 이루는 도선(133a)들의 선폭 등을 조절하여 상기 유전체 기판(131)의 전반에서 균일한 광투과율을 확보할 수 있다. 상기 더미 패턴(137)과 상기 방사 도체(135)를 각각 이루는 도선(133a)들의 선폭이 일정하다면, 상기 분절부(들)(133b)이 위치하는 상기 제2 부분(A2)의 개구율이 상기 제1 부분(A1)보다 더 높을 수 있다. 따라서 상기 더미 패턴(137)을 이루는 도선(133a)들의 선폭을 상기 방사 도체(135)를 이루는 도선들의 선폭과 다르게 함으로써, 예컨대, 상기 더미 패턴(137)을 이루는 도선(133a)들의 선폭을 상기 방사 도체(135)를 이루는 도선(133a)들의 선폭보다 더 크게 함으로써 상기 더미 패턴(137)의 개구율을 상기 방사 도체(135)의 개구율과 유사하게 또는 동일하게 설정할 수 있다. 상기 방사 도체(135)와 상기 더미 패턴(137)의 개구율을 유사하게 또는 동일하게 함으로써, 상기 방사 도체(135)에 상응하는 상기 제1 부분(A1)과 상기 더미 패턴(137)이 위치하는 상기 제2 부분(A2)의 광투과율을 균일하게 설정할 수 있다.
여기서, '개구율'이라 함은, 상기 방사 도체(135) 또는 더미 패턴(137)이 형성된 사각형 영역의 전체 면적에서 상기 도선(133a)들이 형성되지 않은 영역의 비율을 의미하는 것으로서, 다음의 [수학식 1]로 정의될 수 있다.
Figure pat00001
상기한 [수학식 1]에서, L1, L2는 상기 도선(133a)들이 형성한 사각형의 각 변의 길이를, W는 상기 도선(133a)들의 선폭을, θ는 인접하는 두 도선(133a)들 사이의 각도를, G는 상기 분절부(들)(133b)의 길이를, N은 상기 분절부(들)(133b)의 수를 각각 의미한다. [수학식 1]에서 '(L1+2W)(L2+2W)sinθ'의 값은 상기 방사 도체(135) 또는 더미 패턴(137)이 형성된 사각형 영역의 전체 면적을, '2W(L1+L2+2W)'는 상기 도선(133a)들 자체의 표면적을, 'GWN'은 상기 도선(133a)들이 형성된 궤적 상에서 상기 분절부(들)(133b)의 면적을 각각 의미할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치(103)를 구성함에 있어 도선들의 길이나 선폭은 '마이크로미터' 단위로 형성될 것이나, 이하의 설명에서는 단위의 기재를 생략하기로 한다.
도 4에 도시된 방사 도체(135)는, 분절부(133b)가 형성되지 않은 폐루프 형상이므로, 'GWN'의 값은 0이 될 것이다. 상기 방사 도체(135)를 형성함에 있어, 상기 도선(133a)들의 길이 L1, L2 각각을 120으로, 상기 도선(133a)들의 선폭 W를 4로, 상기 도선(133a)들 사이의 경사각 θ를 90도로 설정한 경우, 상기 방사 도체(135)의 개구율은 87.5%로 산출된다.
도 5에 도시된 더미 패턴(137)을 형성함에 있어, 상기 도선(133a)들의 길이 L1, L2 각각을 120으로, 상기 도선(133a)들의 선폭 W를 4로, 상기 도선(133a)들 사이의 경사각 θ를 90도로 설정하고, 상기 분절부(들)(133b)의 길이 G를 30으로 설정하여 4개를 형성한 경우, 상기 더미 패턴(137)의 개구율은 90.6%로 산출된다.
이와 같이, 상기 방사 도체(135)와 더미 패턴(137)이 동일한 크기, 동일한 선폭의 도선들로 형성될 경우, 분절부(들)(133b)이 포함된 더미 패턴(137)이 방사 도체(135)보다 더 높은 개구율을 가질 수 있으며, 광투과율 또한 더미 패턴(137)이 형성된 제2 부분(A2)에서 제1 부분(A1)보다 높아질 수 있다. 이러한 광투과율의 편차는 두 개 이상의 주기적인 물결무늬가 겹쳐져 생기는 간섭무늬(interference fringe)를 발생시키는 모아레(Moire) 현상 등을 유발할 수 있다. 이러한 안테나 장치(103)가 상기 디스플레이 장치(111) 상에 배치된다면, 화질을 저하시키는 요인이 될 수 있다.
상기한 [수학식 1]에 따르면, 상기 도선(133a)들의 길이 L1, L2를 동일하게 유지하는 조건에서, 상기 도선(133a)들의 선폭 W, 상기 분절부(들)(133b)의 길이 G와 수 N을 조절하여 상기 더미 패턴(137)의 개구율을 조절할 수 있다. 예컨대, 상기 도선(133a)들의 길이 L1, L2나 선폭 W 등을 상기한 조건과 동일하게 유지하되 분절부(들)(133b)의 길이 G를 10으로 설정하여 상기 더미 패턴(137)의 개구율이 88.5%로 조정될 수 있다.
상기 더미 패턴(137)을 형성함에 있어 상기 도선(133a)들의 길이 L1, L2 각각의 120으로, 상기 도선(133a)들 사이의 경사각 θ를 90도로 설정하고, 길이 G가 30인 상기 분절부(들)(133b) 4개를 형성하여 앞서 언급한 조건과 동일하게 유지하되, 상기 도선(133a)들의 선폭 W를 5.33으로 조절한 경우, 상기 더미 패턴(137)의 개구율은 87.5%로 앞서 언급한 상기 방사 도체(135)의 개구율과 동일하게 설정할 수 있다. 예컨대, 상기 더미 패턴(137)을 이루는 도선(133a)들의 선폭 W를 조절하여 상기 제1, 제2 부분(A1, A2)의 광투과율을 균일하게 설정할 수 있다.
상술한 더미 패턴(137)의 구조에서, 상기 더미 패턴(137)을 이루는 도선(133a)들의 선폭 W는 상기 분절부(들)(133b)의 길이 G와 수 N에 비례할 수 있다. 이는 상기 도선(133a)들의 길이 L1, L2를 각각 120으로, 상기 분절부(들)(133b)의 길이 G를 30으로 설정한 경우, 87.5%의 개구율을 확보하기 위한 상기 도선(133a)들의 선폭 W와 분절부(들)(133b)의 수 N의 관계를 정리한 다음의 [표 1]을 통해서도 알 수 있다.
분절부(들)의 수 N 도선들의 선폭 W 개구율(%)
방사 도체 0 4 87.5

더미 패턴		 1 4.26 87.5
2 4.57 87.5
3 4.92 87.5
이하에서는, 도 6과 도 7을 참조하여, 상기 안테나 장치(103)가 전자 장치에 설치된 구조를 살펴보기로 한다. 다만, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치(103)를 전자 장치에 설치함에 있어, 도 6과 도 7에서는 디스플레이 장치(111) 상에 설치된 구조가 예시될 것이나, 본 발명이 이에 한정될 필요는 없다. 예컨대, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치(103)는 상술한 본체부(101)의 내측면 또는 상기 본체부(101)의 내부에도 설치될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치의 일부분을 나타내는 단면 구성도이다. 도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치의 변형 예를 나타내는 단면 구성도이다.
도 6과 도 7을 참조하면, 상기 안테나 장치(103)는 디스플레이 장치(111) 상에 배치될 수 있다. 예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 안테나 장치(103)는 상기 디스플레이 장치(111)와 윈도우 부재(113) 사이에 개재될 수 있다. 상기 윈도우 부재(113)의 내측면에는 터치스크린 패널(115)이 통합될 수 있다. 예컨대, 상기 유전체 기판(131)은 상기 디스플레이 장치(111)와 마주보게 배치되고, 상기 터치스크린 패널(115)은 상기 안테나 장치(103)를 사이에 두고 상기 디스플레이 장치(111)와 마주보게 배치될 수 있다. 상기 윈도우 부재(113)와 상기 디스플레이 장치(111) 사이에 상기 안테나 장치(103)가 배치되는 경우 상기 유전체 기판(111)은 고분자 합성수지로 제작된 투명한 필름일 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치(103)는 유전체 기판(131)과, 방사 도체 등을 형성하는 메시 그리드(예: 상술한 도선(133a)들)가 투명한 소재로 제작되어, 상기 디스플레이 장치(111) 상에 설치되더라도 상기 디스플레이 장치(111)가 출력하는 화면을 투과할 수 있다.
도 7을 참조하면, 터치스크린 패널(115)이 상기 디스플레이 장치(111)에 통합될 수 있다. 상기 윈도우 부재(113)는 상기 안테나 장치(103)의 유전체 기판(131)으로 구성될 수 있다. 상기 안테나 장치(103)의 메시 그리드(예: 상술한 도선(133a)들)는 상기 유전체 기판(131), 예컨대, 상기 윈도우 부재(113)의 내측면(또는 외측면)에 형성될 수 있다. 상기 터치스크린 패널(115)이 상기 디스플레이 장치(111)에 통합된 경우, 상기 안테나 장치(103)는 상기 터치스크린 패널(115)을 사이에 두고 상기 디스플레이 장치(111)와 마주보게 배치될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치는 투명한 유전체 기판에 투명 도전체를 이용하여 형성된 메시 그리드를 이용하여 방사 도체를 형성함으로써, 디스플레이 장치와 적층된 구조로 설치할 수 있다. 또한, 방사 도체와 메시 그리드의 다른 부분을 전기적으로 단절시키기 위해, 메시 그리드를 형성하는 도선들의 일부분이 제거된 분절부가 형성될 수 있는데, 분절부가 형성된 영역의 개구율을 방사 도체가 형성된 영역과 유사하게 또는 동일하게 설정함으로써, 안테나 장치의 전체 면적에서 균일한 광투과율을 확보할 수 있다. 따라서 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치를 디스플레이 장치와 적층한 구조로 설치하더라도 모아레 현상 등으로 인한 화질 저하를 방지할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치는, 유전체 기판; 상기 유전체 기판의 적어도 일면에 형성된 도선들로 이루어진 메시 그리드(mesh grid); 상기 메시 그리드의 제1 부분으로 이루어지는 방사 도체(radiation conductor); 및 상기 메시 그리드의 제2 부분으로 이루어지는 더미 패턴을 포함할 수 있고,
상기 더미 패턴은 상기 방사 도체를 이루는 제1 부분과, 상기 제1 부분을 제외한 상기 메시 그리드의 다른 부분을 전기적으로 단절시킬 수 있으며,
상기 방사 도체를 이루는 도선과, 상기 더미 패턴을 이루는 도선의 선폭(line width)이 서로 다르게 형성될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 유전체 기판은 투명한 필름이고, 상기 도선들은 투명 도전체(transparent conductor)로 이루어질 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 투명 도전체는 그래핀(Graphene), 나노 와이어(Nanowire), 인듐-주석 산화물(Indium-Tin Oxide; ITO), 인듐-아연 산화물(Indium-Zinc Oxide; IZO), 알루미늄-아연 산화물(Aluminium-Zinc Oxide; AZO), 갈륨-주석 산화물(Ga-doped Zinc Oxide; GZO), 아연-주석 산화물(Zinc-Tin Oxide; ZTO), 알루미늄-아연-주석 산화물(Aluminium-Zinc-Tin Oxide; AZTO), 인듐-알루미늄-아연-주석 산화물(Indium-Aluminium-Zinc-Tin Oxide; IAZTO), 인듐-아연-주석 산화물(Indium-Zinc-Tin Oxide; IZTO) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 더미 패턴을 이루는 도선들은 적어도 하나의 단절된 부분(이하, '분절부'라 함)을 포함함으로써, 상기 더미 패턴은 상기 방사 도체를 이루는 제1 부분과, 상기 제1 부분을 제외한 상기 메시 그리드의 다른 부분을 전기적으로 단절시킬 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 더미 패턴을 이루는 도선의 선폭은 상기 분절부의 길이와 수에 비례하게 설정될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 분절부의 길이와 수, 상기 더미 패턴을 이루는 도선들의 선폭에 따라 상기 제2 부분의 광투과율이 조절될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 방사 도체는, 슬롯 안테나, 루프 안테나, 패치 안테나, 모노폴 안테나, 다이폴 안테나, 야기-우다 안테나 중 어느 하나의 일부분을 형성할 수 있다.
상기와 같은 전자 장치는 디스플레이 장치를 더 포함할 수 있으며, 상기 유전체 기판은 상기 디스플레이 장치 상에 배치될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 전자 장치는 상기 디스플레이 장치 상에 배치되는 터치스크린 패널을 더 포함할 수 있으며, 상기 터치스크린 패널은 상기 유전체 기판을 사이에 두고 상기 디스플레이 장치와 마주보게 배치될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 전자 장치는 상기 디스플레이 장치 상에 배치되는 터치스크린 패널을 더 포함할 수 있으며, 상기 유전체 기판은 상기 터치스크린 패널을 사이에 두고 상기 디스플레이 장치와 마주보게 배치될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 유전체 기판은 유리(glass)로 제작될 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치는, 투명한 재질의 유전체 기판; 상기 유전체 기판의 적어도 일면에 형성된 투명한 도선들로 이루어진 메시 그리드(mesh grid); 상기 메시 그리드의 제1 부분으로 이루어지는 방사 도체(radiation conductor); 및 상기 메시 그리드의 제2 부분으로 이루어지는 더미 패턴을 포함할 수 있고,
상기 더미 패턴은 도선들의 일부분이 단절된 적어도 하나의 분절부를 포함함으로써, 상기 방사 도체를 이루는 제1 부분과, 상기 제1 부분을 제외한 상기 메시 그리드의 다른 부분을 전기적으로 단절시킬 수 있으며,
상기 방사 도체를 이루는 도선과, 상기 더미 패턴을 이루는 도선의 선폭(line width)이 서로 다르게 형성될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 제2 부분의 도선들의 선폭, 상기 분절부의 길이와 수에 따라 상기 제2 부분의 광투과율이 조절될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 방사 도체로 연결되어 상기 방사 도체에 급전을 제공하는 전송 선로를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 전송 선로는 가요성 인쇄회로 기판, 동축 케이블을 포함할 수 있다.
이상, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.
100: 전자 장치 101: 본체부
111: 디스플레이 장치 113: 윈도우 부재
121, 123: 착용 부재 103: 안테나 장치
131: 유전체 기판 133: 메시 그리드
133a: 도선 135: 방사 도체
137: 더미 패턴

Claims (15)

  1. 전자 장치에 있어서,
    유전체 기판;
    상기 유전체 기판의 적어도 일면에 형성된 도선들로 이루어진 메시 그리드(mesh grid);
    상기 메시 그리드의 제1 부분으로 이루어지는 방사 도체(radiation conductor); 및
    상기 메시 그리드의 제2 부분으로 이루어지는 더미 패턴을 포함하고,
    상기 더미 패턴은 상기 방사 도체를 이루는 제1 부분과, 상기 제1 부분을 제외한 상기 메시 그리드의 다른 부분을 전기적으로 단절시키고,
    상기 방사 도체를 이루는 도선과, 상기 더미 패턴을 이루는 도선의 선폭(line width)이 서로 다르게 형성된 전자 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 유전체 기판은 투명한 필름이고, 상기 도선들은 투명 도전체(transparent conductor)로 이루어진 전자 장치.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 투명 도전체는 그래핀(Graphene), 나노 와이어(Nanowire), 인듐-주석 산화물(Indium-Tin Oxide; ITO), 인듐-아연 산화물(Indium-Zinc Oxide; IZO), 알루미늄-아연 산화물(Aluminium-Zinc Oxide; AZO), 갈륨-주석 산화물(Ga-doped Zinc Oxide; GZO), 아연-주석 산화물(Zinc-Tin Oxide; ZTO), 알루미늄-아연-주석 산화물(Aluminium-Zinc-Tin Oxide; AZTO), 인듐-알루미늄-아연-주석 산화물(Indium-Aluminium-Zinc-Tin Oxide; IAZTO), 인듐-아연-주석 산화물(Indium-Zinc-Tin Oxide; IZTO) 중 어느 하나를 포함하는 전자 장치.
  4. 제2 항에 있어서, 상기 더미 패턴을 이루는 도선들은 적어도 하나의 단절된 부분(이하, '분절부'라 함)을 포함함으로써,
    상기 더미 패턴은 상기 방사 도체를 이루는 제1 부분과, 상기 제1 부분을 제외한 상기 메시 그리드의 다른 부분을 전기적으로 단절시키는 전자 장치.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 더미 패턴을 이루는 도선의 선폭은 상기 분절부의 길이와 수에 비례하게 설정된 전자 장치.
  6. 제4 항에 있어서, 상기 분절부의 길이와 수, 상기 더미 패턴을 이루는 도선들의 선폭에 따라 상기 제2 부분의 광투과율이 조절된 전자 장치.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 방사 도체는, 슬롯 안테나, 루프 안테나, 패치 안테나, 모노폴 안테나, 다이폴 안테나, 야기-우다 안테나 중 어느 하나의 일부분을 형성하는 전자 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    디스플레이 장치를 더 포함하고,
    상기 유전체 기판은 상기 디스플레이 장치 상에 배치되는 전자 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치 상에 배치되는 터치스크린 패널을 더 포함하고,
    상기 터치스크린 패널은 상기 유전체 기판을 사이에 두고 상기 디스플레이 장치와 마주보게 배치된 전자 장치.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치 상에 배치되는 터치스크린 패널을 더 포함하고,
    상기 유전체 기판은 상기 터치스크린 패널을 사이에 두고 상기 디스플레이 장치와 마주보게 배치된 전자 장치.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 유전체 기판은 유리(glass)로 제작된 전자 장치.
  12. 안테나 장치에 있어서,
    투명한 재질의 유전체 기판;
    상기 유전체 기판의 적어도 일면에 형성된 투명한 도선들로 이루어진 메시 그리드(mesh grid);
    상기 메시 그리드의 제1 부분으로 이루어지는 방사 도체(radiation conductor); 및
    상기 메시 그리드의 제2 부분으로 이루어지는 더미 패턴을 포함하고,
    상기 더미 패턴은 도선들의 일부분이 단절된 적어도 하나의 분절부를 포함함으로써, 상기 방사 도체를 이루는 제1 부분과, 상기 제1 부분을 제외한 상기 메시 그리드의 다른 부분을 전기적으로 단절시키고,
    상기 방사 도체를 이루는 도선과, 상기 더미 패턴을 이루는 도선의 선폭(line width)이 서로 다르게 형성된 안테나 장치.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 제2 부분의 도선들의 선폭, 상기 분절부의 길이와 수에 따라 상기 제2 부분의 광투과율이 조절된 안테나 장치.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 방사 도체로 연결되어 상기 방사 도체에 급전을 제공하는 전송 선로를 더 포함하는 안테나 장치.
  15. 제14 항에 있어서, 상기 전송 선로는 가요성 인쇄회로 기판, 동축 케이블을 포함하는 안테나 장치.
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