KR20210064118A - 안테나 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents

안테나 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 Download PDF

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KR20210064118A
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Abstract

본 발명의 실시예들은 유전층, 및 방사 전극 및 보조 방사 전극을 포함하는 안테나 전극층을 포함한다. 상기 보조 방사 전극은 기생 캐패시턴스 성분을 활용하여 다중 대역을 구현함으로써 노이즈에 의한 간섭을 제거하고 신호 송수신 효율성을 향상시킬 수 있다.

Description

안테나 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치{ANTENNA DEVICE AND DISPLAY DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 안테나 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 전극 및 유전층을 포함하는 안테나 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
최근 정보화 사회가 발전함에 따라 와이 파이(Wi-Fi), 블루투스(Bluetooth) 등과 같은 무선 통신 기술이 디스플레이 장치와 결합되어, 예를 들면 스마트폰 형태로 구현되고 있다. 이 경우, 안테나가 상기 디스플레이 장치에 결합되어 통신 기능이 수행될 수 있다.
최근 이동통신 기술이 진화하면서, 초고주파 대역의 통신을 수행하기 위한 안테나가 상기 디스플레이 장치에 결합될 필요가 있다.
또한, 안테나가 탑재되는 디스플레이 장치가 보다 얇아지고 경량화됨에 따라, 상기 안테나가 차지하는 공간 역시 감소할 수 있다. 이에 따라, 제한된 공간 안에서 고주파, 광대역 신호 송수신을 동시에 구현하는 것은 용이하지 않다.
예를 들면, 최근 5G의 고주파 대역의 통신의 경우 파장이 보다 짧아짐에 따라, 신호 송수신이 차단되는 경우가 발생할 수 있으며, 다중 대역의 신호 송수신을 구현하는 것이 필요할 수 있다.
상기 디스플레이 장치에 필름 또는 패치 형태로 안테나가 적용될 필요가 있으며, 상술한 고주파 통신 구현을 위해서는 박형 구조에도 불구하고 방사 특성의 신뢰성 확보를 위한 안테나 구조 설계가 필요하다.
예를 들면, 한국공개특허 제2010-0114091호는 듀얼 패치 안테나 모듈을 개시하고 있으나, 제한된 공간 내에서 박형으로 제작되어 소형기기에 적용되기에는 충분하지 않을 수 있다.
한국공개특허공보 제2010-0114091호
본 발명의 일 과제는 향상된 게인 및 신호 송수신 효율성을 갖는 안테나 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 향상된 게인 및 신호 송수신 효율성을 갖는 안테나 소자를 포함하는 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
1. 유전층; 상기 유전층의 상면 상에 배치되는 방사 전극; 상기 유전층 상에서 상기 방사 전극의 일변과 연결되는 전송 선로; 상기 전송 선로의 일단에 연결되는 신호 패드; 상기 신호 패드 주변에 배치되는 그라운드 패드; 및 상기 그라운드 패드로부터 상기 전송 선로와 평행하게 연장하는 보조 방사 전극을 포함하는, 안테나 소자.
2. 위 1에 있어서, 하기 식 1을 만족하는, 안테나 소자.
[식 1]
0.3 < D2/D1 < 0.99
(식 1에서, D1은 상기 전송 선로의 길이이고, D2는 상기 보조 방사 전극의 길이임).
3. 위 1에 있어서, 상기 보조 방사 전극은 상기 방사 전극 및 상기 전송 선로와 전기적, 물리적으로 이격된, 안테나 소자.
4. 위 1에 있어서, 상기 그라운드 패드는 상기 신호 패드를 사이에 두고 서로 마주보는 한 쌍의 그라운드 패드들을 포함하는, 안테나 소자.
5. 위 4에 있어서, 상기 보조 방사 전극은 상기 한 쌍의 그라운드 패드들 각각으로부터 연장하는, 안테나 소자.
6. 위 1에 있어서, 상기 보조 방사 전극은 상기 그라운드 패드와 일체로 연결된 단일 부재인, 안테나 소자.
7. 위 6에 있어서, 상기 보조 방사 전극은 상기 그라운드 패드와 동일한 형상을 가지며, 상기 그라운드 패드와 상이한 내부 구조를 갖는, 안테나 소자.
8. 위 7에 있어서, 상기 보조 방사 전극은 상기 그라운드 패드보다 큰 면적을 갖는, 안테나 소자.
9. 위 7에 있어서, 상기 보조 방사 전극은 메쉬 구조를 가지며, 상기 그라운드 패드는 속이 찬(solid) 패턴 구조를 갖는, 안테나 소자.
10. 위 9에 있어서, 상기 유전층 상에서 상기 방사 전극 및 상기 보조 방사 전극 주변에 배치된 더미 메쉬 패턴을 더 포함하는, 안테나 소자.
11. 위 1에 있어서, 상기 보조 방사 전극은 상기 그라운드 패드보다 작은 너비를 갖는, 안테나 소자.
12. 위 1에 있어서, 상기 방사 전극 및 상기 보조 방사 전극은 동일 층에 배치되는, 안테나 소자.
13. 위 1에 있어서, 상기 유전층 저면 상에 형성된 그라운드 층을 더 포함하는, 안테나 소자.
14. 위 13에 있어서, 상기 그라운드 층은 상기 보조 방사 전극 및 상기 방사 전극과 상기 유전층을 사이에 두고 함께 중첩되는, 안테나 소자.
15. 위 11에 있어서, 상기 보조 방사 전극의 공진 주파수는 상기 방사 전극의 공진 주파수보다 큰, 안테나 소자.
16. 위 1 에 따른 안테나 소자를 포함하는, 디스플레이 장치.
본 발명의 실시예들에 따른 안테나 소자는 유전층의 상면 상에 방사 전극 및 그라운드 패드로부터 전송 선로와 평행하게 연장하는 보조 방사 전극을 포함할 수 있다. 이에 따라, 안테나 소자가 구동되는 주파수를 조절할 수 있으며 제한된 공간 안에서 고주파, 광대역 신호 송수신이 가능한 안테나 소자를 구현할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 보조 방사 전극은 방사 전극과 동일층에 형성될 수 있다. 따라서, 기생 캐패시턴스로 인한 간섭 및 신호 교란을 방지하며 이를 이용하여 단층 구조로 형성되는 박형 듀얼 밴드 안테나 소자를 구현할 수 있다.
또한, 방사 전극 및 보조 방사 전극은 메쉬 구조를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 안테나 소자의 투과율이 향상되며 상기 안테나 소자가 디스플레이 장치에 실장되는 경우 사용자에게 시인되는 것을 억제할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 안테나 전극층의 적어도 일부를 메쉬 구조로 형성하여, 안테나 소자의 투과율을 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 안테나 소자는 3G 이상, 예를 들면 5G 고주파 대역의 송수신이 가능한 이동 통신 기기를 포함하는 디스플레이 장치에 적용되어 방사 특성 및 투과도와 같은 광학 특성을 함께 향상시킬 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 안테나 소자를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 안테나 소자를 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 3 내지 도 5는 일부 예시적인 실시예들에 따른 안테나 소자를 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 디스플레이 장치를 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 7은 예시적인 실시예들에 따른 안테나 소자의 보조 방사 전극 길이 변화에 따른 게인량 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 예시적인 실시예들에 따른 안테나 소자의 보조 방사 전극 길이 변화에 따른 S 파라미터를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 실시예들은 유전층, 및 방사 전극 및 보조 방사 전극을 포함하는 안테나 전극층을 포함하고, 상기 보조 방사 전극은 기생 캐패시턴스 성분을 활용하여 다중 대역을 구현함으로써 노이즈에 의한 간섭을 제거하고 신호 송수신 효율성을 향상시킬 수 있다.
상기 안테나 소자는 예를 들면, 투명 필름 형태로 제작되는 마이크로스트립 패치 안테나(microstrip patch antenna)일 수 있다. 상기 안테나 소자는 예를 들면, 3G 내지 5G 이동통신을 위한 통신 기기에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 상기 안테나 소자를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.
이하 도면을 참고하여, 본 발명의 실시예들을 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 다만, 본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
이하 도면들에서, 예를 들면 유전층(90)의 상면에 평행하며, 서로 교차하는 두 방향을 제1 방향 및 제2 방향으로 정의한다. 예를 들면, 상기 제1 방향 및 제2 방향은 서로 수직하게 교차할 수 있다. 유전층(90)의 상면에 대해 수직한 방향은 제3 방향으로 정의된다. 예를 들면, 상기 제1 방향은 상기 안테나 소자의 길이 방향, 상기 제2 방향은 상기 안테나 소자의 너비 방향, 상기 제3 방향은 상기 안테나 소자의 두께 방향에 해당될 수 있다. 상기 방향의 정의는 나머지 도면들에서도 동일하게 적용될 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 안테나 소자의 안테나 전극층을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 안테나 소자는 유전층(90) 및 유전층(90) 상에 배치된 안테나 전극층(100)을 포함할 수 있다.
유전층(90)은 예를 들면, 투명 수지 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 유전층(90)은 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌이소프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르계 수지; 디아세틸셀룰로오스, 트리아세틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스계 수지; 폴리카보네이트계 수지; 폴리메틸(메타)아크릴레이트, 폴리에틸(메타)아크릴레이트 등의 아크릴계 수지; 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체 등의 스티렌계 수지; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 시클로계 또는 노보넨 구조를 갖는 폴리올레핀, 에틸렌-프로필렌 공중합체 등의 폴리올레핀계 수지; 염화비닐계 수지; 나일론, 방향족 폴리아미드 등의 아미드계 수지; 이미드계 수지; 폴리에테르술폰계 수지; 술폰계 수지; 폴리에테르에테르케톤계 수지; 황화 폴리페닐렌계 수지; 비닐알코올계 수지; 염화비닐리덴계 수지; 비닐부티랄계 수지; 알릴레이트계 수지; 폴리옥시메틸렌계 수지; 에폭시계 수지 등의 열가소성 수지를 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다.
또한, (메타)아크릴계, 우레탄계, 아크릴우레탄계, 에폭시계, 실리콘계 등의 열경화성 수지 또는 자외선 경화형 수지로 된 투명 필름이 유전층(90)으로 활용될 수도 있다. 일부 실시예들에 있어서, 또한, 광학 투명 점착제(Optically clear Adhesive: OCA), 광학 투명 수지(Optically Clear Resin: OCR) 등과 같은 점접착 필름이 유전층(90)에 포함될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 유전층(90)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 글래스 등과 같은 무기 절연 물질을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 유전층(90)은 실질적으로 단일 층으로 제공될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 유전층(90)은 적어도 2층 이상의 복층 구조를 포함할 수도 있다.
유전층(90)에 의해 상기 안테나 전극층(100) 및/또는 그라운드 층(80) 사이에서 정전용량(capacitance) 또는 인덕턴스(inductance)가 형성되어, 상기 안테나 소자가 구동 혹은 센싱할 수 있는 주파수 대역이 조절될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 유전층(90)의 유전율은 약 1.5 내지 12 범위로 조절될 수 있다. 상기 유전율이 약 12를 초과하는 경우, 구동 주파수가 지나치게 감소하여, 원하는 고주파 대역에서의 구동이 구현되지 않을 수 있다.
안테나 전극층(100)은 유전층(90)의 상면 상에 배치될 수 있다. 안테나 전극층(100)은 상기 안테나 소자의 안테나 패턴을 포함할 수 있다. 안테나 패턴은 방사 전극(120), 전송 선로(130), 패드 전극(145) 및 보조 방사 전극(150)을 포함할 수 있다. 상기 안테나 패턴을 포함하는 안테나 전극층(100)의 구체적인 구조는 이하 도 2를 활용하여 후술하였다.
예시적인 실시예들에 따르면, 안테나 전극층(100)은 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 바나듐(V), 철(Fe), 망간(Mn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 아연(Zn), 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다. 예를 들면, 방사 전극(120)은 저저항 구현을 위해 은(Ag) 또는 은 합금을 포함할 수 있으며, 예를 들면 은-팔라듐-구리(APC) 합금을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 안테나 전극층(100)은 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO), 인듐아연주석 산화물(ITZO), 아연 산화물(ZnOx)과 같은 투명 금속 산화물을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 안테나 전극층(100)은 적어도 1층의 금속 또는 합금층, 및 투명 금속 산화물층을 포함하는 복층 구조를 가질 수도 있다.
상기 안테나 소자는 안테나 전극층(100) 상에 상부 유전층(110)을 더 포함할 수 있다.
상부 유전층(110)은 소정의 유전율을 갖는 절연 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 유리, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 금속 산화물 등과 같은 무기 절연 물질, 또는 에폭시 수지, 아크릴 수지, 이미드 계열 수지 등과 같은 유기 절연 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 유전층(90) 및 상부 유전층(110)은 실질적으로 동일한 물질을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 유전층(90)의 저면 상에는 그라운드 층(80)이 형성될 수 있다. 그라운드 층(80)은 평면 방향에서 방사 전극(120) 및 보조 방사 전극(150)과 전체적으로 중첩되도록 배치될 수 있다. 따라서, 상기 안테나 소자를 통해 수직 방사 특성이 구현될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 안테나 소자가 실장되는 디스플레이 장치 또는 디스플레이 패널의 도전성 부재가 안테나 그라운드 층(80)으로 제공될 수 있다. 예를 들면, 상기 도전성 부재는 박막 트랜지스터(TFT) 어레이 패널에 포함되는 게이트 전극, 소스/드레인 전극, 화소 전극, 공통 전극, 데이터 라인, 스캔 라인 등과 같은 전극 혹은 배선 들을 포함할 수 있다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 안테나 소자를 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 2를 참조하면, 상기 안테나 소자는 유전층(90)의 상면 상에 형성된 안테나 전극층(100)을 포함하며, 안테나 전극층(100)은 안테나 패턴을 포함할 수 있다.
안테나 전극층(100)은 방사 전극(120), 전송 선로(130), 신호 패드(141) 및 그라운드 패드(143)를 포함하며, 그라운드 패드(143)로부터 전송 선로(130)와 평행하게 연장하는 보조 방사 전극(150)을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 패드 전극(145)은 방사 전극(120)과 전기적으로 연결된 신호 패드(141) 주변에서 신호 패드(141)와 전기적, 물리적으로 분리되도록 배치된 그라운드 패드(143)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 한 쌍의 그라운드 패드들(143)이 신호 패드(141)를 사이에 두고 상기 제2 방향으로 서로 마주보도록 배치될 수 있다.
패드 전극(145)은 구동 회로부와 직접적으로 접합 또는 본딩되는 영역일 수 있다. 예를 들면, 상기 구동 회로부는 연성 회로 기판(FPCB) 및 도전성 중개 구조물을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 안테나 패턴 및 상기 구동 회로부 사이에서 신호 송수신이 구현될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 패드 전극(145)은 박막 투명 금속 층 형태의 속이 찬 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 패드 전극(145) 및 상기 구동 회로부의 접촉 저항을 감소시키고 급전 및 전력 효율이 보다 향상될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 방사 전극(120)은 다각형 플레이트 형상을 가질 수 있다. 도 2에 도시된 방사 전극(120)의 형상은 예시적인 것이며, 방사 효율 등을 고려하여 적절하게 변경될 수 있다
전송 선로(130)는 방사 전극(120)으로부터 분기되어 신호 패드(141)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 전송 선로(130)는 방사 전극(120)과 실질적으로 일체의 단일 부재로서 형성될 수 있다.
보조 방사 전극(150)은 방사 전극(120) 및 전송 선로(130)와 물리적으로 이격되며 동일 층에 배치될 수 있다. 또한, 보조 방사 전극(150)은 한 쌍의 그라운드 패드(143)로부터 각각 연장될 수 있다. 따라서, 그라운드 패드(143) 및 보조 방사 전극(150)은 일체로 연결된 단일 부재로 형성될 수 있다. 이 경우, 보조 방사 전극(150)의 너비는 그라운드 패드(143)의 너비와 동일하게 형성될 수 있다. 또한, 보조 방사 전극(150)의 너비는 그라운드 패드(143)의 너비보다 작게 형성될 수 있다.
보조 방사 전극(150)은 그라운드 패드(143)와 동일한 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 그라운드 패드(143)가 사각형으로 형성될 경우 보조 방사 전극(150) 또한 사각형으로 형성될 수 있다. 동일한 형상이라는 것은 외곽의 모양이 동일함을 의미하는 것이며 크기 및 면적은 상이할 수 있다.
보조 방사 전극(150)은 그라운드 패드(143)와 상이한 내부 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 보조 방사 전극(150)은 메쉬 패턴의 내부 구조를 가지며 그라운드 패드(143)는 속이 찬 솔리드 형태의 내부 구조를 가질 수 있다. 내부 구조는 다각형 형상의 방사 전극(120) 및 보조 방사 전극(150)을 채우는 내부의 패턴을 의미할 수 있다.
보조 방사 전극(150) 및 방사 전극(120)은 유전층(90)의 상면 상에 동일한 레벨(동일층)에 형성될 수 있다. 따라서, 단층 구조의 안테나 소자를 구현하여 두께를 감소시킬 수 있고 소형기기에 적용이 가능하면서도 다중 대역 신호 송수신을 구현할 수 있다.
보조 방사 전극(150) 및 방사 전극(120)은 메쉬 구조를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 안테나 패턴의 투과율이 향상되며 상기 안테나 소자가 디스플레이 장치에 실장되는 경우 사용자에게 시인되는 것을 억제할 수 있다. 이 경우, 상기 메쉬 구조는 실질적으로 동일한 형상(예를 들면, 동일 선폭, 동일 간격)의 메쉬 구조를 포함할 수 있다. 따라서, 보조 방사 전극(150) 및 방사 전극(120)은 실질적으로 동일한 도전 물질을 포함하며 실질적으로 동일한 식각 공정을 통해 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 안테나 소자는 다음과 같은 식 1을 만족할 수 있다.
[식 1]
0.3 < D2/D1 < 0.99
(식 1에서, D1은 상기 전송 선로의 길이이고, D2는 상기 보조 방사 전극의 길이임)
방사 전극(120) 및 패드 전극(145) 사이에는 기생 캐패시턴스의 형성으로 인해 안테나 소자가 구동 혹은 센싱할 수 있는 주파수 대역이 교란될 수 있다. 이 경우, 상기 식 1과 같이 보조 방사 전극(150)의 길이를 조절함으로써 방사 전극(120)이 세팅된 주파수 대역과 다른 대역의 신호 송수신에 기생 캐패시턴스 성분을 활용할 수 있다. 예를 들면, 보조 방사 전극(150)을 이용하여 방사 전극(120)보다 고주파 영역의 신호를 송수신할 수 있다. 따라서, 노이즈에 의한 신호 교란을 방지하는 동시에 단층 구조의 다중 대역을 송수신하는 안테나 소자를 제공할 수 있다.
일부 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 안테나 소자는 다음과 같은 식 2를 만족할 수 있다.
[식 2]
0.5 < D2/D1 < 0.95
(식 2에서, D1은 상기 전송 선로의 길이이고, D2는 상기 보조 방사 전극의 길이임)
예를 들면, 보조 방사 전극(150)의 길이는 상기 제1 방향과 동일한 방향인 길이 방향으로 형성된 크기일 수 있다. 상기 안테나 소자가 상기 식 2를 만족할 경우, 충분한 방사 효율 및 안테나 게인(gain) 특성을 구현할 수 있다.
전송 선로(130)의 길이는 상기 제1 방향으로 연장될 수 있다. 또한, 방사 전극(120) 및 패드 전극(145)사이의 거리와 동일할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 보조 방사 전극(150)의 공진 주파수는 방사 전극(120)의 공진 주파수보다 클 수 있다. 예를 들면, 보조 방사 전극(150)의 공진 주파수는 약 36GHz 일 때 방사 전극(120)의 공진 주파수는 약 28GHz일 수 있다.
도 3 내지 도 5는 일부 예시적인 실시예들에 따른 안테나 소자를 나타내는 개략적인 평면도이다. 도 1 및 도 2를 참조로 상술한 바와 실질적으로 동일하거나 유사한 구조 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략되었다.
도 3을 참조하면, 상기 안테나 소자는 방사 전극(120), 전송 선로(130), 신호 패드(141) 및 그라운드 패드(143)를 포함하며, 그라운드 패드(143)로부터 전송 선로(130)와 평행하게 연장하는 보조 방사 전극(150)을 포함할 수 있다.
상기 안테나 소자는 도 2를 참조로 설명한 바와 같이, 상기 식 1 또는 식 2를 만족할 수 있다. 이 경우, 보조 방사 전극(150)의 너비는 상기 제2 방향으로의 크기일 수 있다. 또한, 보조 방사 전극(150)의 너비는 그라운드 패드(143)의 너비와 다르게 형성될 수 있다.
따라서, 방사 전극(120) 및 보조 방사 전극(150)의 상호작용으로 사이에 형성되는 캐패시턴스의 크기를 조절할 수 있으며 원하는 대역의 신호 송수신에 활용할 수 있다. 이에 따라, 노이즈에 의한 신호 간섭을 방지할 수 있으며 박형 구조의 다중 대역 송수신을 구현할 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 안테나 소자는 복수의 상기 안테나 패턴들을 어레이 형태로 배열할 수 있다.
예를 들면, 상기 복수의 안테나 패턴들은 서로 다른 주파수에 감도를 갖는 안테나 패턴들을 포함하며 상기 안테나 소자의 주파수 커버리지 및 게인 특성을 증가시킬 수 있다.
상기 안테나 패턴들은 각각 방사 전극(120) 및 보조 방사 전극(150)을 포함할 수 있다. 이 경우, 각 안테나 패턴들의 방사 전극(120) 및 보조 방사 전극(150)의 크기를 조절하여 원하는 대역의 신호 송수신을 구현할 수 있다.
도 5를 참조하면, 방사 전극(120) 및 보조 방사 전극(150)이 메쉬 구조를 포함하는 경우, 방사 전극(120) 및 보조 방사 전극(150) 주변에 더미 메쉬 패턴(160)이 배치될 수 있다. 도 2을 참조로 설명한 바와 같이 방사 전극(120)이 상기 메쉬 구조를 포함함에 따라 안테나 소자의 투과율이 향상될 수 있다.
방사 전극(120) 및 보조 방사 전극(150) 주변에는 더미 메쉬 패턴(160)이 배치됨에 따라, 방사 전극(120) 및 보조 방사 전극(150) 주변의 전극 배열을 균일화하여 상기 메쉬 구조 또는 이에 포함된 전극 라인이 디스플레이 장치의 사용자에게 시인되는 것을 방지할 수 있다.
예를 들면, 메쉬 금속 층이 유전층(90) 상에 형성되고, 상기 메쉬 금속 층이 소정의 분리 영역을 따라 절단되어 더미 메쉬 패턴(160)을 방사 전극(120), 전송 선로(130) 및 보조 방사 전극(150) 등으로부터 전기적, 물리적으로 이격시킬 수 있다. 이 경우, 유전층(90)의 상면 상에 상술한 금속 또는 합금을 포함하는 안테나 전극층(100)을 형성할 수 있다. 이 후, 상기 안테나 패턴들의 프로파일을 따라 안테나 전극층(100)을 부분적으로 식각하여 상기 안테나 패턴들을 형성할 수 있다. 따라서, 상기 안테나 패턴들로 변환된 부분을 제외한 안테나 전극층(100)의 나머지 부분이 더미 메쉬 패턴(160)으로 사용될 수 있다.
더미 메쉬 패턴(160)은 안테나 구동 집적 회로 칩(IC 칩)과 미연결되어 방사 구동이 실질적으로 미수행되는 패턴일 수 있다.
더미 메쉬 패턴(160)은 방사 전극(120) 및 보조 방사 전극(150)과 실질적으로 동일하거나 유사한 메쉬 구조를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 안테나 소자의 투과율을 향상시키면서 패턴 형상의 차이에 따른 상기 안테나 패턴의 시인을 방지할 수 있다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 디스플레이 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다. 예를 들면, 도 6은 디스플레이 장치의 윈도우를 포함하는 외부 형상을 도시하고 있다.
도 6을 참조하면, 디스플레이 장치(200)는 표시 영역(210) 및 주변 영역(220)을 포함할 수 있다. 주변 영역(220)은 예를 들면, 표시 영역(210)의 양 측부 및/또는 양 단부에 배치될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상술한 안테나 소자는 디스플레이 장치(200)의 주변 영역(220)에 패치 또는 필름 형태로 삽입될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상술한 안테나 소자의 방사 전극(120) 및 보조 방사 전극(150)은 디스플레이 장치(200)의 표시 영역(210)에 적어도 부분적으로 대응되도록 배치되며, 패드 전극(145)은 디스플레이 장치(200)의 주변 영역(220)에 대응되도록 배치될 수 있다.
상기 안테나 패턴들은 디스플레이 장치 모듈의 외곽 영역을 따라 배치될 수 있으며, 주변 영역(220)에 위치할 수 있다. 예를 들면, 안테나 패턴의 패드 전극들(145)이 디스플레이 장치의 주변 영역(220) 내에 배치될 수 있다.
주변 영역(220)은 예를 들면, 화상 표시 장치의 차광부 또는 베젤부에 해당될 수 있다. 또한, 주변 영역(220) 내에는 상기 안테나 소자의 구동/방사 특성을 조절 하고, 급전 신호 공급을 위한 구동 집적 회로(IC) 칩이 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 안테나 소자의 패드 전극(145)을 상기 구동 집적 회로에 인접하도록 배치함으로써, 신호 송수신 경로를 단축시켜 신호 손실을 억제할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 안테나 패턴들에 포함된 방사 전극(120) 및 보조 방사 전극(150)의 일부는 표시 영역(310) 내에 배치될 수 있다. 예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이 메쉬 구조를 활용하여 방사 전극들(120) 및 보조 방사 전극들(150)의 시인성을 감소시킬 수 있다.
상기 안테나 패턴 또는 방사 전극들(120) 및 보조 방사 전극들(150)이 메쉬 구조를 포함함에 따라, 안테나 소자의 전체적인 투과율이 향상될 수 있다. 또한, 메쉬 구조를 갖는 더미 메쉬 패턴이 배치되어 패턴 균일성이 증진될 수 있다. 따라서, 패턴 편차에 의해 상기 안테나 패턴이 사용자에게 시인되는 것을 방지할 수 있다.
상술한 예시적인 실시예들에 따른 안테나 소자는 예를 들면, 초고주파 대역의 통신을 수행하기 위한 디스플레이 장치 등에 적용되어 안테나 실장 공간을 효율적으로 활용할 수 있다. 또한, 다중 대역 신호 송수신을 통해 고효율, 고전력 통신을 효과적으로 구현할 수 있다. 상기 안테나 소자는 디스플레이 장치, 이동식 통신 기기 등 다양한 디바이스, 구조물에 효과적으로 적용될 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실험예를 제시하나, 하기의 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실험예 1: 보조 방사 전극 길이 변화에 따른 신호 성능 측정
COP 유전층 상에 구리를 포함하는 안테나 패턴을 형성하였다. 안테나 패턴 중 방사 전극 및 패드 전극 사이의 거리는 1.6mm로 고정하고, 보조 방사 전극의 길이를 증가시키면서 안테나 패턴의 신호 성능(dBi)을 측정하였다.
도 7을 참조하면, 보조 방사 전극의 길이가 증가하면서 두번째 공진 피크(주파수: 약 38GHz)의 게인량이 증가 하였다. 이에 따라, 두번째 공진 주파수 대역으로 신호 송수신 영역을 확장할 수 있었으며 향상된 신호 효율성을 나타내는 것을 알 수 있다.
실험예 2: 보조 방사 전극 길이 변화에 따른 S11 측정
COP 유전층 상에 구리를 포함하는 안테나 패턴을 형성하였다. 안테나 패턴 중 방사 전극 및 패드 전극 사이의 거리는 1.6mm로 고정하고, 보조 방사 전극의 길이를 증가시키면서 50Ω의 임피던스로 Network analyzer를 이용하여 약 28.5GHz 주파수에서 S-parameter(S11)을 추출하였다. 시뮬레이션 결과는 도 8의 그래프로 획득되었다.
도 8을 참조하면, 보조 방사 전극의 길이가 증가하면서 첫번째 공진 피크(주파수: 약 27GHz) 및 두번째 공진 피크(주파수: 약 35GHz)의 S11 값이 감소 하였다. 이는 방사 효율의 증가를 나타내며, 구체적으로는 보조 방사 전극의 길이가 1.5mm일 때 반사 손실 감소 및 게인량 증가가 확연히 관찰되었다.
80: 그라운드 층 90: 유전층
100: 안테나 전극층 110: 상부 유전층
120: 방사 전극 130: 전송 선로
141: 신호 패드 143: 그라운드 패드
145: 패드 전극 150: 보조 방사 전극
160: 더미 메쉬 패턴 200: 디스플레이 장치
210: 표시 영역 220: 주변 영역

Claims (14)

  1. 유전층;
    상기 유전층의 상면 상에 배치되는 방사 전극;
    상기 유전층 상에서 상기 방사 전극의 일변과 연결되는 전송 선로;
    상기 전송 선로의 일단에 연결되는 신호 패드;
    상기 신호 패드 주변에 배치되는 그라운드 패드; 및
    상기 그라운드 패드로부터 상기 전송 선로와 평행하게 연장하는 보조 방사 전극을 포함하고,
    상기 보조 방사 전극은 상기 그라운드 패드와 동일한 형상을 가지며, 상기 그라운드 패드와 상이한 내부 구조를 갖는, 안테나 소자.
  2. 청구항 1에 있어서, 하기 식 1을 만족하는, 안테나 소자.
    [식 1]
    0.3 < D2/D1 < 0.99
    (식 1에서, D1은 상기 전송 선로의 길이이고, D2는 상기 보조 방사 전극의 길이임).
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 보조 방사 전극은 상기 방사 전극 및 상기 전송 선로와 전기적, 물리적으로 이격된, 안테나 소자.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 그라운드 패드는 상기 신호 패드를 사이에 두고 서로 마주보도록 배치된 한 쌍의 그라운드 패드들을 포함하며,
    상기 보조 방사 전극은 상기 한 쌍의 그라운드 패드들 각각으로부터 연장하는, 안테나 소자.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 보조 방사 전극은 상기 그라운드 패드와 일체로 연결된 단일 부재인, 안테나 소자.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 보조 방사 전극은 상기 그라운드 패드보다 큰 면적을 갖는, 안테나 소자.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 보조 방사 전극은 메쉬 구조를 가지며, 상기 그라운드 패드는 속이 찬(solid) 패턴 구조를 갖는, 안테나 소자.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 유전층 상에서 상기 방사 전극 및 상기 보조 방사 전극 주변에 배치된 더미 메쉬 패턴을 더 포함하는, 안테나 소자.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 보조 방사 전극은 상기 그라운드 패드보다 작은 너비를 갖는, 안테나 소자.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 방사 전극 및 상기 보조 방사 전극은 동일 층에 배치되는, 안테나 소자.
  11. 유전층;
    상기 유전층의 상면 상에 배치되는 방사 전극;
    상기 유전층 상에서 상기 방사 전극의 일변과 연결되는 전송 선로;
    상기 전송 선로의 일단에 연결되는 신호 패드;
    상기 신호 패드 주변에 배치되는 그라운드 패드;
    상기 그라운드 패드로부터 상기 전송 선로와 평행하게 연장하는 보조 방사 전극; 및
    상기 유전층 저면 상에 형성된 그라운드 층을 포함하는, 안테나 소자.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 그라운드 층은 상기 보조 방사 전극 및 상기 방사 전극과 상기 유전층을 사이에 두고 함께 중첩되는, 안테나 소자.
  13. 청구항 11에 있어서, 상기 보조 방사 전극의 공진 주파수는 상기 방사 전극의 공진 주파수보다 큰, 안테나 소자.
  14. 청구항 1 및 청구항 11 중 어느 한 항에 따른 안테나 소자를 포함하는, 디스플레이 장치.
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