KR20210079174A - 안테나 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

일 양상에 따른 안테나 소자는 유전층 및 상기 유전층 상에서 제1 공진 주파수에서 동작하도록 형성된 방사 패턴들을 포함할 수 있다. 상기 방사 패턴들이 소정 간격으로 이격되어 방사 패턴 집합체를 형성하고, 상기 방사 패턴 집합체는 상기 제1 공진 주파수, 및 상기 제1 공진 주파수와 상이한 제2 공진 주파수에서 동작할 수 있다.

Description

안테나 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치{ANTENNA DEVICE AND DISPLAY DEVICE INCLUDING THE SAME}

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 디스플레이 장치에 결합되어 통신 기능이 수행될 수 있다.

최근 이동통신 기술이 발전하면서 초고주파 대역의 통신을 수행하기 위한 안테나가 디스플레이 장치에 결합될 필요가 있다.

안테나가 탑재되는 디스플레이 장치가 보다 얇아지고 경량화됨에 따라 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.

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 제2013-0095451호

이중 대역에서 동작 가능한 안테나 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

1. 유전층; 및 상기 유전층 상에서 제1 공진 주파수에서 동작하도록 형성된 방사 패턴들; 을 포함하고, 상기 방사 패턴들이 소정 간격으로 이격되어 방사 패턴 집합체를 형성하고, 상기 방사 패턴 집합체는 상기 제1 공진 주파수, 및 상기 제1 공진 주파수와 상이한 제2 공진 주파수에서 동작하는, 안테나 소자.

2. 위 1에 있어서, 상기 소정 간격은 상기 방사 패턴의 길이를 고려하여 결정되는, 안테나 소자.

3. 위 1에 있어서, 상기 소정 간격은 하기 수학식을 만족하는 범위에서 결정되는, 안테나 소자.

[수학식]

1.5*L1 < D < 2.8*L1

여기서 L1은 상기 방사 패턴의 길이, D는 상기 소정 간격임.

4. 위 1에 있어서, 상기 제1 공진 주파수는 23GHz ~ 30GHz이고, 상기 제2 공진 주파수는 36GHz ~ 42GHz인, 안테나 소자.

5. 위 1에 있어서, 상기 유전층 상에서 상기 방사 패턴들 각각에 연결되며 속이 찬 구조로 형성된 임피던스 매칭 패턴들; 상기 유전층 상에서 상기 임피던스 매칭 패턴들 각각에 연결되며 속이 찬 구조로 형성된 신호 패드들; 을 포함하고, 상기 임피던스 매칭 패턴은 상기 신호 패드보다 큰 너비를 가지는, 안테나 소자.

6. 위 5에 있어서, 상기 임피던스 매칭 패턴은 상기 방사 패턴보다 작은 길이를 가지는, 안테나 소자.

7. 위 5에 있어서, 상기 임피던스 매칭 패턴은 상기 신호 패드보다 작은 길이를 가지는, 안테나 소자.

8. 위 5에 있어서, 상기 임피던스 매칭 패턴은 역사다리꼴, 사다리꼴, 직사격형 형상을 갖는, 안테나 소자.

9. 위 5에 있어서, 상기 신호 패드 주변에서 상기 신호 패드와 물리적, 전기적으로 분리되도록 배치된 그라운드 패드들; 을 더 포함하는, 안테나 소자.

10. 위 5에 있어서, 상기 유전층은 고투과 영역과 저투과 영역을 포함하고, 상기 방사 패턴들은 상기 고투과 영역에 배치되고, 상기 임피던스 매칭 패턴들 및 상기 신호 패드들은 상기 저투과 영역에 배치되는, 안테나 소자.

11. 위 1의 안테나 소자를 포함하는 디스플레이 장치.

동일한 공진 주파수에서 동작하는 방사 패턴들의 이격 거리를 조절함으로써, 이중 대역 안테나를 구현할 수 있다. 이중 대역 안테나의 구현에 있어서, 각 대역별로 안테나를 형성하지 않아도 특정 주파수 대역에서 공진하는 안테나 간 이격 거리를 조절함으로써 원하는 대역에서 추가 공진을 구현할 수 있다.

또한, 방사 패턴과 신호 패드 사이에 속이 찬 구조의 임피던스 매칭 패턴을 삽입함으로써, 방사 패턴과 연결되는 별도의 전송 선로를 생략할 수 있고, 이를 통해 게인/방사 특성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 안테나 소자를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 안테나 소자를 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 안테나 소자를 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 4는 방사 패턴과 임피던스 매칭 패턴의 경계 주변의 부분 확대 평면도이다.
도 5 내지 도 7은 또 다른 실시예들에 따른 안타나 소자를 나타내는 개략적인 평면도들이다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 안테나 소자를 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 안테나 소자를 나타내는 개략적인 평면도이다
도 10은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치를 나타내는 개략적인 평면도이다.

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.

본 명세서에서 설명되는 안테나 소자는 투명 필름 형태로 제작되는 마이크로스트립 패치 안테나(microstrip patch antenna)일 수 있다. 안테나 소자는, 예를 들면 고주파 또는 초고주파(예컨대, 3G, 4G, 5G, 또는 그 이상) 이동통신, Wi-fi, 블루투스, NFC(Near Field Communication), GPS(Global Positioning System) 등을 위한 전자 장치에 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, 전자 장치는 휴대폰, 스마트폰, 태블릿, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션 장치, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 웨어러블 디바이스 등을 포함할 수 있고, 웨어러블 디바이스는 손목시계형, 손목 밴드형, 반지형, 벨트형, 목걸이형, 발목 밴드형, 허벅지 밴드형, 팔뚝 밴드형 등을 포함할 수 있다. 그러나 전자 장치는 상술한 예에 제한되지 않으며, 웨어러블 디바이스 역시 상술한 예에 제한되지 않는다. 또한, 안테나 소자는 차량, 건축물 등 다양한 대상 구조물에 적용될 수 있다.

이하 도면들에서, 유전층의 상면에 평행하며 서로 수직하게 교차하는 두 방향을 x 방향 및 y 방향으로 정의하고, 유전층의 상면에 대해 수직한 방향을 z 방향으로 정의한다. 예를 들면, x 방향은 안테나 소자의 너비 방향, y 방향은 안테나 소자의 길이 방향, z 방향은 안테나 소자의 두께 방향에 해당될 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 안테나 소자를 나타내는 개략적인 단면도이다.

도 1을 참조하면, 안테나 소자는 유전층(110) 및 안테나 패턴층(120)을 포함할 수 있다.

유전층(110)은 소정의 유전율을 갖는 절연 물질을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 유전층(110)은 글래스, 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. 유전층(110)은 안테나 패턴층(120)이 형성되는 안테나 소자의 필름 기재로서 기능할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 투명 필름이 유전층(110)으로 제공될 수 있다. 이때 투명 필름은 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 수지 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다. 또한, (메타)아크릴계, 우레탄계, 아크릴우레탄계, 에폭시계, 실리콘계 등의 열경화성 수지 또는 자외선 경화형 수지로 된 투명 필름이 유전층(110)으로 활용될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 광학 투명 점착제(Optically clear Adhesive: OCA), 광학 투명 수지(Optically Clear Resin: OCR) 등과 같은 점접착 필름이 유전층(110)에 포함될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 유전층(110)은 실질적으로 단일 층으로 형성되거나, 적어도 2층 이상의 복층 구조로 형성될 수 있다.

유전층(110)에 의해 정전용량(capacitance) 또는 인덕턴스(inductance)가 형성되어, 안테나 소자가 구동 혹은 센싱할 수 있는 주파수 대역이 조절될 수 있다. 유전층(110)의 유전율이 약 12를 초과하는 경우, 구동 주파수가 지나치게 감소하여, 원하는 고주파 대역에서의 구동이 구현되지 않을 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따르면, 유전층(110)의 유전율은 약 1.5 내지 12 범위, 바람직하게는 약 2 내지 12 범위로 조절될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 안테나 소자가 실장되는 디스플레이 장치 내부의 절연층(예를 들면, 디스플레이 패널의 인켑슐레이션 층, 패시베이션 층 등)이 유전층(110)으로 제공될 수도 있다.

안테나 패턴층(120)은 유전층(110)의 상면 상에 배치될 수 있다.

안테나 패턴층(120)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), 주석(Sn), 몰리브덴(Mo), 칼슘(Ca) 등과 같은 저저항 금속 또는 이들 중 적어도 하나를 함유하는 합금을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다. 예를 들면, 안테나 패턴은 저저항 구현을 위해 은(Ag) 또는 은 합금(예를 들면 은-팔라듐-구리(APC) 합금)을 포함할 수 있다. 다른 예를 들면, 안테나 패턴은 저저항 및 미세 선폭 패터닝을 고려하여 구리(Cu) 또는 구리 합금(예를 들면, 구리-칼슘(CuCa) 합금)을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 안테나 패턴은 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO), 인듐아연주석 산화물(ITZO), 아연 산화물(ZnOx), 산화 구리(CuO) 등과 같은 투명 전도성 산화물을 포함할 수 있다

일 실시예에 따르면, 안테나 패턴은 투명 도전성 산화물 층 및 금속층의 적층 구조를 포함할 수 있으며, 예를 들면, 투명 도전성 산화물 층-금속층-투명 도전성 산화물 층의 3층 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 금속층에 의해 플렉시블 특성이 향상되면서, 저항을 낮추어 신호 전달 속도가 향상될 수 있으며, 투명 도전성 산화물 층에 의해 내부식성, 투명성이 향상될 수 있다.

안테나 패턴층(120)에 대한 구체적인 설명은 도 2 내지 도 8를 참조하여 후술하기로 한다.

일 실시예에 따르면, 안테나 소자는 그라운드층(130)을 더 포함할 수 있다. 안테나 소자가 그라운드층(130)을 포함함으로써 수직 방사 특성이 구현될 수 있다.

그라운드층(130)은 유전층(110)의 저면 상에 형성될 수 있다. 그라운드층(130)은 유전층(110)을 사이에 두고 안테나 패턴층(120)과 중첩될 수 있다. 예를 들면, 그라운드층(130)은 안테나 패턴층(120)의 방사 패턴(도 2의 121 참조)과 전체적으로 중첩될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 안테나 소자가 실장되는 디스플레이 장치 또는 디스플레이 패널의 도전성 부재가 그라운드층(130)으로 제공될 수 있다. 예를 들면, 도전성 부재는 디스플레이 패널에 포함된 박막 트랜지스터(TFT)의 게이트 전극, 소스/드레인 전극, 화소 전극, 공통 전극, 데이터 라인, 스캔 라인 등과 같은 전극 또는 배선, 및 디스플레이 장치의 SUS(Stainless steel) 플레이트, 방열 시트, 디지타이저(digitizer), 전자파 차폐층, 압력센서, 지문센서 등을 포함할 수 있다.

도 2는 일 실시예에 따른 안테나 소자를 나타내는 개략적인 평면도이다.

도 2를 참조하면, 안테나 소자는 유전층(110) 상에 형성된 안테나 패턴층(120)을 포함하며, 안테나 패턴층(120)은 2개의 방사 패턴들(121)을 포함할 수 있다. 방사 패턴들(121)은 제1 방사 패턴(121a) 및 제2 방사 패턴(121b)을 포함할 수 있다.

제1 방사 패턴(121a) 및 제2 방사 패턴(121b)은 메쉬 구조로 유전층(110) 상에 형성될 수 있다.

제1 방사 패턴(121a) 및 제2 방사 패턴(121b)은 예를 들면, 다각형 플레이트 형상으로 구현될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 방사 패턴(121a) 및 제2 방사 패턴(121b)은 도 2에 도시된 바와 같이 직사각형으로 구현될 수 있으나, 이는 일 실시예에 불과할 뿐, 마름모, 원 등 다양한 형상으로 구현될 수 있다.

제1 방사 패턴(121a) 및 제2 방사 패턴(121b)은 동일한 공진 주파수(이하, 제1 공진 주파수)에서 동작하도록 구현될 수 있다. 예컨대, 제1 방사 패턴(121a), 및 제2 방사 패턴(121b)은 동일한 형상, 동일한 크기 및 동일한 메쉬 구조로 형성될 수 있다.

제1 방사 패턴(121a) 및 제2 방사 패턴(121b)은 소정 간격으로 이격되어 하나의 방사 패턴 집합체(210)를 형성할 수 있다. 제1 방사 패턴(121a) 및 제2 방사 패턴(121b) 사이의 이격 거리가 소정 범위 내에 있으면, 방사 패턴들(121a, 121b) 사이에 간섭이 발생할 수 있다. 이러한 방사 패턴들(121a, 121b) 사이의 간섭으로 인하여, 방사 패턴들(121a, 121b)로 형성된 방사 패턴 집합체(210)는 제1 공진 주파수뿐만 아니라 제1 공진 주파수와 상이한 주파수(이하, 제2 공진 주파수)에서도 공진할 수 있다. 다시 말하면, 방사 패턴 집합체(210)는 제1 공진 주파수와 제2 공진 주파수에서 동작할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 공진 주파수는 23GHz 내지 30GHz이고, 제2 공진 주파수는 36GHz 내지 42GHz일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 제1 방사 패턴(121a)과 제2 방사 패턴(121b) 사이의 이격 거리는 제1 방사 패턴(121a) 및 제2 방사 패턴(121b)의 길이를 고려하여 결정될 수 있다. 예컨대, 제1 방사 패턴(121a)과 제2 방사 패턴(121b)의 길이는 2.0mm 내지 3.5mm, 바람직하게는 2.6mm 내지 3.2mm 일 수 있으며, 제1 방사 패턴(121a)과 제2 방사 패턴(121b) 사이의 이격 거리는 수학식 1을 만족하는 범위에서 결정될 수 있다.

여기서, L1은 제1 방사 패턴(121a)과 제2 방사 패턴(121b)의 길이이고, D는 제1 방사 패턴(121a)과 제2 방사 패턴(121b) 사이의 이격 거리일 수 있다. 이때 이격 거리는 제1 방사 패턴(121a)의 중심부와 제2 방사 패턴(121b)의 중심부 사이의 거리를 나타낼 수 있다.

일 실시예에 따르면, 방사 패턴(121)은 유전층(110) 상에서, 신호 패드(123)와 전기적으로 연결될 수 있다.

신호 패드(123)는 유전층(110) 상에 형성되며, 신호 저항 감소를 위해 상술한 금속 또는 합금을 포함하는 속이 찬(solid) 구조로 형성될 수 있다.

신호 패드(123)는 예를 들면, 방사 패턴(121)의 길이 방향으로 연장하는 바(bar) 형상으로 구현될 수 있다.

신호 패드(123)는 안테나 구동부(예컨대, RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit) 등)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 통해 신호 패드(123)는 방사 패턴(121)과 안테나 구동부를 전기적으로 연결시킬 수 있다. 예를 들면, 신호 패드(123) 상에 연성 인쇄 회로 기판(Flexible Printed Circuit Board, FPCB)이 접합되고, FPCB의 전송 선로가 신호 패드(123)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 신호 패드(123)는 이방성 도전 필름(Anisotropic Conductive Film, ACF)과 같은 중개 도전체를 이용하거나 동축 케이블(coaxial cable)을 이용하여 FPCB에 전기적으로 연결될 수 있다. 안테나 구동부는 FPCB 상에 실장되거나 FPCB와 전기적으로 연결된 별개의 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board, PCB) 상에 실장되어, FPCB의 전송 선로에 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라 방사 패턴(121)와 안테나 구동부는 전기적으로 연결되며, 안테나 구동부로부터 방사 패턴(121)으로의 급전이 수행되고, 방사 패턴(121)의 방사/구동이 제어될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 방사 패턴(121)과 신호 패드(123) 사이에는 임피던스 매칭 패턴(122)이 배치될 수 있다.

임피던스 매칭 패턴(122)은 유전층(110) 상에 형성되며, 신호 저항 감소를 위해 상술한 금속 또는 합금을 포함하는 속이 찬(solid) 구조로 형성될 수 있다.

임피던스 매칭 패턴(122)은 신호 패드(123)의 일단으로부터 확장되어 방사 패턴(121)과 직접 연결될 수 있다.

예를 들면, 임피던스 매칭 패턴(122)은 신호 패드(123)의 폭이 확장된 일부분일 수 있다. 임피던스 매칭 패턴(122)은 신호 패드(123)와 방사 패턴(121) 사이에서 신호 전달, 임피던스 조절/매칭 등을 수행하는 중개 패턴으로 제공될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 임피던스 매칭 패턴(122)의 일부가 신호 패드(123)로 제공될 수도 있다.

임피던스 매칭 패턴(122)은 신호 패드(123)의 저항과 방사 패턴(121)의 저항의 기하 평균에 상응하는 저항을 가질 수 있으며, 안테나 소자가 원하는 주파수 대역에서 방사할 수 있도록, 임피던스 조절/매칭을 위한 패턴으로 기능할 수 있다. 따라서, 방사 패턴(121)과 신호 패드(123) 사이에 형성되는 별도의 메쉬 구조의 전송 선로를 생략할 수 있으며, 방사 패턴(121)과 신호 패드(123) 사이의 거리를 단축시켜, 안테나 소자의 사이즈를 감소시키고 메쉬 구조의 전송 선로에 의한 게인 감소를 억제할 수 있다.

임피던스 매칭 패턴(122)의 너비는 신호 패드(123)의 너비보다 클 수 있으며, 역사다리꼴 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 신호 패드(123)로부터 방사 패턴(121)으로 갈수록 임피던스 매칭 패턴(122)의 너비가 점진적으로 증가할 수 있다.

임피던스 매칭 패턴(122)의 길이는 방사 패턴(121)의 길이보다 작을 수 있다. 임피던스 매칭 패턴(122)의 길이는 신호 패드(123)의 길이보다도 작을 수 있다.

일 실시예에 따르면, 임피던스 매칭 패턴(122)의 길이(L2)는 방사 패턴(121)의 길이(L1)의 약 1/5 이하, 바람직하게는 약 1/10 이하일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 임피던스 매칭 패턴(122)의 길이(L2)는 임피던스 모듈레이션 효과 확보를 위해 방사 패턴(121)의 길이(L1)의 약 1/50 이상일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 임피던스 매칭 패턴(122) 및 신호 패드(123)의 길이의 합은 약 5mm 이하로 조절될 수 있다. 예를 들면, 임피던스 매칭 패턴(122) 및 신호 패드(123)의 길이의 합은 약 0.5 내지 5mm 범위로 조절될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 신호 패드(123) 주변에는 그라운드 패드(124)가 배치될 수 있다.

그라운드 패드(124)는 유전층(110) 상에서, 신호 패드(123) 주변에서 신호 패드(123)와 물리적, 전기적으로 분리되도록 배치될 수 있다. 예를 들면, 한 쌍의 그라운드 패드들(124)이 신호 패드(123)를 사이에 두고 서로 마주보도록 배치될 수 있다.

그라운드 패드(124)는 신호 저항 감소를 위해 상술한 금속 또는 합금을 포함하는 속이 찬 구조로 형성될 수 있다.

한편, 일 실시예에 따르면, 유전층(110) 또는 안테나 소자는 고투과 영역(HA)과 저투과 영역(LA)을 포함할 수 있다. 고투과 영역(HA)은 저투과 영역(LA)보다 전체적으로 높은 투과율, 개구율 또는 투명성을 가지는 영역일 수 있다.

예를 들면, 고투과 영역(HA)은 안테나 소자가 탑재되는 디스플레이 장치의 표시 영역에 대응되며, 저투과 영역(LA)은 디스플레이 장치의 베젤 영역 또는 블랙 매트릭스(BM) 영역에 대응될 수 있다.

메쉬 구조로 형성된 방사 패턴(121)은 고투과 영역(HA)에 배치되며, 속이 찬 구조로 형성된 임피던스 매칭 패턴(122), 신호 패드(123) 및 그라운드 패드(124)는 저투과 영역(LA)에 배치될 수 있다. 따라서, 고투과 영역(HA)에서 안테나 소자는 상대적으로 높은 투과율 또는 개구율을 가질 수 있다. 또한, 고투과 영역(HA)에 방사 패턴(121) 만을 배치시킴으로써, 디스플레이 장치의 표시 영역에서 안테나 소자가 차지하는 면적을 감소시켜 이미지 품질을 향상시킬 수 있다.

일 실시예에 따르면, 공정 조건, 디스플레이 장치의 공간 등에 따라, 방사 패턴(121)의 일부분이 저투과 영역(LA) 내에 배치될 수도 있으며, 임피던스 매칭 패턴(122)의 일부분이 고투과 영역(HA) 내에 배치될 수도 있다.

도 3은 다른 실시예에 따른 안테나 소자를 나타내는 개략적인 평면도이고, 도 4는 방사 패턴과 임피던스 매칭 패턴의 경계 주변의 부분 확대 평면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 방사 패턴(121)은 테두리 라인(125)을 더 포함할 수 있다. 임피던스 매칭 패턴(122)은 테두리 라인(125)과 접촉하며 방사 패턴(121)과 연결될 수 있다.

테두리 라인(125)에 의해 방사 패턴(121)과 임피던스 매칭 패턴(122)의 접촉 면적이 증가될 수 있다. 따라서, 임피던스 매칭 패턴(122)에 의한 급전/신호 효율성이 향상되고, 방사 패턴(121)을 통한 게인 특성도 향상될 수 있다.

방사 패턴(121)은 메쉬 구조를 가지며, 메쉬 구조는 복수의 전극 라인들이 실질적으로 벌집(honeycomb) 형상으로 교차함에 따라 정의되는 단위 셀(50)을 포함하며, 복수의 단위 셀들(50)이 집합되어 메쉬 구조가 정의될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 테두리 라인(125)은 임피던스 매칭 패턴(122)과 인접한 방사 패턴(121)의 일 측 또는 일 변에 배열된 단위 셀들(50)의 꼭지점들을 서로 연속적으로 연결시킬 수 있다. 따라서, 임피던스 매칭 패턴(122)과 접하는 단위 셀들(50)이 실질적으로 절단되지 않고, 폐쇄된 형상을 가질 수 있다. 이에 따라 임피던스 매칭 패턴(122)으로부터의 신호 손실을 방지하며, 방사 신뢰성을 증진시킬 수 있다.

일 실시예에 따르면, 도 3에 도시된 바와 같이, 테두리 라인(125)은 방사 패턴(121)의 변들 중 임피던스 매칭 패턴(122)과 접하는 변에만 선택적으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 테두리 라인(125)은 고투과 영역(HA) 및 저투과 영역(LA)의 경계에 배치되며, 고투과 영역(HA) 내로는 연장 혹은 형성되지 않을 수 있다. 따라서, 테두리 라인(125)이 고투과 영역(HA) 또는 표시 영역에서 사용자에게 시인되는 것을 방지할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 테두리 라인(125)은 고투과 영역(HA)과 적어도 일부 겹쳐질 수도 있다.

일 실시예에 따르면, 도 3에 도시된 바와 같이, 테두리 라인(125)은 임피던스 매칭 패턴(122)과 접하는 방사 패턴(121)의 일변과 동일한 길이로 형성될 수 있다. 또는, 테두리 라인(125)은 임피던스 매칭 패턴(122)과 접하는 방사 패턴(121)의 일변보다 짧은 길이를 가질 수도 있고, 긴 길이를 가질 수도 있다. 테두리 라인(125)이 임피던스 매칭 패턴(122)과 접하는 방사 패턴(121)의 일변보다 긴 경우, 테두리 라인(125)은 방사 패턴(121)의 측부로부터 돌출될 수 있다.

도 5 내지 도 7은 또 다른 실시예들에 따른 안테나 소자를 나타내는 개략적인 평면도들이다. 도 5 내지 도 7을 설명함에 있어, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명된 바와 실질적으로 동일하거나 유사한 구성 및 구조에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 5를 참조하면, 임피던스 매칭 패턴(122a)은 사다리꼴 형상을 가질 수 있다. 예를 들면 신호 패드(123)로부터 방사 패턴(121)으로 갈수록 임피던스 매칭 패턴(122)의 너비가 점진적으로 감소할 수 있다.

도 6을 참조하면, 임피던스 매칭 패턴(122b)은 방사 패턴(121)과 접촉하는 윗변의 길이가 방사 패턴(121)의 길이와 실질적으로 동일한 역사다리꼴 형상을 가질 수 있다. 이를 통해 임피던스 매칭 패턴(122b)은 방사 패턴(121)의 일변과 전체적으로 접촉할 수 있다.

도 7을 참조하면, 임피던스 매칭 패턴(122c)은 신호 패드(123)보다 크고, 방사 패턴(121)와 동일하거나 작은 너비를 갖는 직사각형 형상을 가질 수 있다.

도 5 내지 도 7를 참조하여 전술한 임피던스 매칭 패턴들의 형상들은 예시적인 것이며, 임피던스 모듈레이션, 신호 효율성, 게인 특성 등을 고려하여 적절히 변경될 수 있다.

도 8은 또 다른 실시예에 따른 안테나 소자를 나타내는 개략적인 평면도이다. 도 8을 설명함에 있어, 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명된 바와 실질적으로 동일하거나 유사한 구성 및 구조에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 8을 참조하면, 방사 패턴(121) 주변에는 더미 패턴(126)이 형성될 수 있다.

더미 패턴(126)은 방사 패턴(121)과 유사한 구조의 메쉬 구조로 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 안테나 성능 확보를 위해 더미 패턴(126)의 메쉬 구조를 형성하는 전극 라인들 중 일부가 분절될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 더미 패턴(126)은 안테나 소자가 실장되는 디스플레이 장치의 터치 전극으로 이용될 수 있다.

더미 패턴(126)은 고투과 영역(HA)에 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 더미 패턴(126)은 고투과 영역(HA) 상에만 선택적으로 형성되며, 저투과 영역(LA) 상에는 형성되지 않을 수 있다.

더미 패턴(126)은 방사 패턴(121)과 전기적으로, 물리적으로 분리되도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 분리 영역(SA)이 방사 패턴(121)의 측면 라인 또는 윤곽을 따라 형성되어, 더미 패턴(126)을 방사 패턴(121)으로부터 분리시킬 수 있다.

전술한 바와 같이 더미 패턴(126)이 방사 패턴(121) 주변에 배열됨에 따라 고투과 영역(HA)에서 패턴의 광학적 균일성이 증진되어, 패턴이 시인되는 것을 방지할 수 있다.

도 9는 또 다른 실시예에 따른 안테나 소자를 나타내는 개략적인 평면도이다. 도 9를 설명함에 있어, 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명된 바와 실질적으로 동일하거나 유사한 구성 및 구조에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 9를 참조하면, 방사 패턴(121)과 신호 패드(123) 사이에는 전송 선로(127)가 배치될 수 있다. 즉, 일 실시예에 따른 안테나 소자는 도 2 내지 도 8의 안테나 소자들과 달리 임피던스 매칭 패턴(122, 122a, 122b, 122c) 대신에 전송 선로(127)를 포함할 수 있다.

전송 선로(127)는 방사 패턴(121)에서 연장되어 신호 패드(123)에 연결될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 전송 선로(127)는 방사 패턴(121)과 일체로 연결되어 실질적으로 단일 부재로 형성되거나, 방사 패턴(121)과는 별개의 부재로 형성될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 전송 선로(127)는 방사 패턴(121)과 실질적으로 동일한 형상(예를 들면, 동일한 선폭, 동일한 간격 등)의 메쉬 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 방사 패턴(121)과 실질적으로 상이한 형상의 메쉬 구조로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 전송 선로(127)의 메쉬 선폭은 방사 패턴(121)의 메쉬 선폭보다 넓을 수 있다.

한편, 일 실시예에 따르면, 전술한 바와 같이 유전층(110) 또는 안테나 소자는 고투과 영역(HA)과 저투과 영역(LA)을 포함할 수 있다. 메쉬 구조로 형성된 방사 패턴(121) 및 전송 선로(127)는 고투과 영역(HA)에 배치되며, 속이 찬 구조로 형성된 신호 패드(123) 및 그라운드 패드(124)는 저투과 영역(LA)에 배치될 수 있다.

도 10은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치를 나타내는 개략적인 평면도이다. 보다 구체적으로, 도 10은 디스플레이 장치의 윈도우를 포함하는 외부 형상을 도시한 도면이다.

도 10을 참조하면, 디스플레이 장치(1000)는 표시 영역(1010) 및 주변 영역(1020)을 포함할 수 있다.

표시 영역(1010)은 시각 정보가 표시되는 영역을 나타내고, 주변 영역(1020)은 표시 영역(1010)의 양 측부 및/또는 양 단부에 배치된 불투명한 영역을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 주변 영역(1020)은 디스플레이 장치(1000)의 차광부 또는 베젤부에 해당될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 전술한 안테나 소자는 디스플레이 장치(1000)에 탑재될 수 있다. 예컨대, 안테나 소자의 고투과 영역(HA)은 표시 영역(1010)에 대응되도록 배치되며, 저투과 영역(LA)은 주변 영역(1020)에 대응되도록 배치될 수 있다.

주변 영역(1020)에는 디스플레이 장치(1000) 및/또는 안테나 구동부(예컨대, RFIC)가 배치될 수 있다.

안테나 소자의 신호 패드(123)를 안테나 구동부에 인접하도록 배치함으로써, 신호 송수신 경로를 단축시켜 신호 손실을 억제할 수 있다. 또한 임피던스 매칭 패턴(122)을 활용하여 신호 송수신 경로를 추가적으로 단축시켜 안테나 소자의 게인 특성을 보다 증진시킬 수 있다.

안테나 소자가 메쉬 구조로 형성된 방사 패턴(121), 전송 선로(127) 및/또는 더미 패턴(126)을 포함함으로써, 투과성이 향상되며 전극 시인이 현저히 감소 또는 억제될 수 있다. 따라서, 원하는 통신 신뢰성을 유지 또는 향상시키면서, 표시 영역(1010)에서의 이미지 품질 역시 함께 향상될 수 있다.

이제까지 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 발명의 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허 청구범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.

실험예

도 2에 도시된 구조의 안테나 소자들을 제작하였다. 구체적으로 Cu-Ca 합금을 사용하여 메쉬 구조의 방사 패턴(121)과, 속이 찬 구조의 임피던스 매칭 패턴(122), 신호 패드(123) 및 그라운드 패드들(124)을 COP 유전층 상에 형성하였다. 방사 패턴(121)은 28GHz의 제1 공진 주파수에서 동작하도록 길이는 2.75mm로, 너비는 2.9mm로 형성하였다. 신호 패드(123)의 길이는 0.50mm로, 너비는 0.18mm로 형성하였다. 임피던스 매칭 패턴(122)의 길이는 0.2mm로, 방사 패턴(121)과 접하는 상부의 너비는 0.5mm로 형성하였다.

방사 패턴들(121) 사이의 이격 거리가 상이하도록 실시예 1 내지 실시예 5를 형성하여 제1 공진 주파수(28GHz) 및 제2 공진 주파수(38GHz)에서의 S11 및 안테나 게인을 측정하였다. 측정 결과는 표 1과 같다.

	방사 패턴들 사이의 이격 거리 D (mm)	S11(dB) @ 28GHz	S11(dB) @ 38GHz	Gain(dBi) @ 28GHz	Gain(dBi) @ 38GHz
실시예 1	3	-8.7	-13.8	1.5	3.0
실시예 2	4	-9.5	-13.2	2.3	3.1
실시예 3	4.2	-10.2	-12.7	3.2	3.4
실시예 4	5	-10.6	-11.3	3.6	3.5
실시예 5	6	-11.2	-10.8	4.0	3.4
실시예 6	7	-11.3	-10.5	4.2	3.3
실시예 7	7.7	-11.5	-10.2	4.7	3.2
실시예 8	8	-11.7	-8.5	4.9	1.6
실시예 9	9	-12.0	-7.2	4.9	-0.7
실시예 10	10	-12.2	-6.1	4.7	-2.9

표 1을 참조하면, 제1 공진 주파수로 동작하는 2개의 방사 패턴들의 이격 거리를 조정함으로써, 2개의 방사 패턴들이 방사 패턴 집합체를 형성하여 제1 공진 주파수 이외에 제2 공진 주파수에서도 동작함을 알 수 있다.

특히, 일반적으로 안테나 설계에 요구되는 기준 안테나 게인이 3 dBi 임을 고려하면, 전술한 수학식 1을 만족하는 이격 거리(실시예 3 내지 실시예 7)에서 제1 공진 주파수(28GHz) 및 제2 공진 주파수(38GHz)의 안테나 게인이 모두 기준 안테나 게인을 초과한다는 점을 알 수 있다.

110: 유전층 120: 안테나 패턴층
130: 그라운드층 121: 방사 패턴
122: 임피던스 매칭 패턴 123: 신호 패드
124: 그라운드 패드 210: 방사 패턴 집합체
125: 테두리 라인 50: 단위 셀
126: 더미 패턴 900: 디스플레이 장치
910: 표시 영역 920: 주변 영역

Claims (12)

1. 유전층; 및
   상기 유전층 상에서 제1 공진 주파수에서 동작하도록 형성된 방사 패턴들; 을 포함하고,
   상기 방사 패턴들이 소정 간격으로 이격되어 방사 패턴 집합체를 형성하고, 상기 방사 패턴 집합체는 상기 제1 공진 주파수, 및 상기 제1 공진 주파수와 상이한 제2 공진 주파수에서 동작하는,
   안테나 소자.
2. 제1항에 있어서,
   상기 소정 간격은 상기 방사 패턴의 길이를 고려하여 결정되는,
   안테나 소자.
3. 제1항에 있어서,
   상기 소정 간격은 하기 수학식을 만족하는 범위에서 결정되는,
   안테나 소자.
   [수학식]
   1.5*L1 < D < 2.8*L1
   여기서 L1은 상기 방사 패턴의 길이, D는 상기 소정 간격임.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 공진 주파수는 23GHz ~ 30GHz이고,
   상기 제2 공진 주파수는 36GHz ~ 42GHz인,
   안테나 소자.
5. 제1항에 있어서,
   상기 유전층 상에서 상기 방사 패턴들 각각에 연결되며 속이 찬 구조로 형성된 임피던스 매칭 패턴들;
   상기 유전층 상에서 상기 임피던스 매칭 패턴들 각각에 연결되며 속이 찬 구조로 형성된 신호 패드들; 을 포함하고,
   상기 임피던스 매칭 패턴은 상기 신호 패드보다 큰 너비를 가지는,
   안테나 소자.
6. 제5항에 있어서,
   상기 임피던스 매칭 패턴은 상기 방사 패턴보다 작은 길이를 가지는,
   안테나 소자.
7. 제5항에 있어서,
   상기 임피던스 매칭 패턴은 상기 신호 패드보다 작은 길이를 가지는,
   안테나 소자.
8. 제5항에 있어서,
   상기 임피던스 매칭 패턴은 역사다리꼴, 사다리꼴, 직사격형 형상을 갖는,
   안테나 소자.
9. 제5항에 있어서,
   상기 신호 패드 주변에서 상기 신호 패드와 물리적, 전기적으로 분리되도록 배치된 그라운드 패드들; 을 더 포함하는,
   안테나 소자.
10. 제5항에 있어서,
    상기 유전층은 고투과 영역과 저투과 영역을 포함하고,
    상기 방사 패턴들은 상기 고투과 영역에 배치되고,
    상기 임피던스 매칭 패턴들 및 상기 신호 패드들은 상기 저투과 영역에 배치되는,
    안테나 소자.
11. 제1항에 있어서,
    상기 유전층 상에서 상기 방사 패턴들 각각에 연결되며 메쉬 구조로 형성된 전송 선로들; 을 더 포함하는,
    안테나 소자.
12. 제1항의 안테나 소자를 포함하는 디스플레이 장치.

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