KR20210121679A - 안테나 적층체 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예들의 안테나 적층체는 하부 유전층, 하부 유전층 상에 형성된 안테나 전극층, 및 안테나 전극층 상에 배치되며 1 내지 6.5 범위의 유전율 및 100 내지 1300㎛ 범위의 두께를 갖는 상부 유전층을 포함한다. 상부 유전층을 통해 지나친 게인 감소 및 주파수 시프트를 방지하면서 주파수 및 대역폭을 미세 조절할 수 있다.

Description

안테나 적층체 및 이를 포함하는 디스플레이 장치{ANTENNA STACK STRUCTURE AND DISPLAY DEVICE}
본 발명은 안테나 적층체 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 안테나 전극층 및 절연성 구조물을 포함하는 안테나 적층체 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. 상기 디스플레이 장치의 두께가 얇아지고, 경량화될수록 안테나가 실장될 수 있는 공간 역시 감소할 수 있다. 이에 따라, 상기 디스플레이 장치 내에 삽입되는 안테나의 치수 역시 감소될 필요가 있다.
안테나가 디스플레이 장치에 결합됨에 따라, 상기 디스플레이 장치에 포함된 구조물들에 의해 안테나의 방사 특성, 임피던스 특성이 교란될 수 있다. 예를 들면, 안테나 위로 적층되는 유전 구조물들에 의해 원하는 주파수, 임피던스로 세팅된 안테나의 방사 특성이 변화될 수 있으며, 안테나의 게인 역시 감소될 수 있다.
또한, 안테나 위로 복수의 유전층 혹은 절연층이 적층되는 경우 상기 방사 특성의 교란, 미스매칭이 보다 쉽게 초래될 수 있다.
따라서, 디스플레이 장치의 구조물들의 영향으로부터 자유로우며 원하는 고주파수 대역의 방사를 구현하기 위한 안테나 설계가 필요하다. 예를 들면, 한국공개특허 제2013-0095451호는 디스플레이 패널에 일체화된 안테나를 개시하고 있으나, 상술한 바와 같이 디스플레이 장치와의 정합성을 충분히 고려하고 있지 않다.
한국공개특허공보 제2013-0095451호
본 발명의 일 과제는 향상된 방사 특성 및 신호 효율성을 갖는 안테나 적층체를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 향상된 방사 특성 및 신호 효율성을 갖는 안테나 적층체를 포함하는 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
1. 하부 유전층; 상기 하부 유전층 상에 형성된 안테나 전극층; 및 상기 안테나 전극층 상에 배치되며 1 내지 6.5 범위의 유전율 및 100 내지 1300㎛ 범위의 두께를 갖는 상부 유전층을 포함하는, 안테나 적층체.
2. 위 1에 있어서, 상기 상부 유전층의 유전율은 1 내지 5.5인, 안테나 적층체.
3. 위 1에 있어서, 상기 상부 유전층은 글래스, 수지층 또는 점접착층을 포함하는, 안테나 적층체
4. 위 1에 있어서, 상기 상부 유전층은 복수의 유전층들을 포함하는, 안테나 적층체.
5. 위 4에 있어서, 상기 복수의 유전층들은 상기 안테나 전극층으로부터 순차적으로 유전율이 증가하도록 적층되는, 안테나 적층체.
6. 위 4에 있어서, 상기 상부 유전층은 상기 안테나 전극층으로부터 순차적으로 적층되며 서로 다른 유전율을 갖는 제1 상부 유전층 및 제2 상부 유전층을 포함하는, 안테나 적층체.
7. 위 6에 있어서, 상기 제1 상부 유전층의 유전율은 상기 제2 상부 유전층의 유전율보다 작은, 안테나 적층체.
8. 위 1에 있어서, 상기 하부 유전층 아래에 배치되어 상기 안테나 전극층과 마주보는 그라운드 층을 더 포함하는, 안테나 적층체.
9. 위 8에 있어서, 상기 그라운드 층 및 상기 하부 유전층 사이에 배치된 기재층을 더 포함하는, 안테나 적층체.
10. 위 9에 있어서, 상기 기재층 및 상기 그라운드 층 사이에 배치된 점접착층을 더 포함하는, 안테나 적층체.
11. 위 1에 있어서, 상기 안테나 전극층은 방사 전극, 상기 방사 전극으로부터 연장되는 전송 선로 및 상기 전송 선로의 일단에 연결된 신호 패드를 포함하는, 안테나 적층체.
12. 위 11에 있어서, 상기 방사 전극은 메쉬 구조를 포함하며, 상기 안테나 전극층은 상기 방사 전극 주변에 형성된 더미 메쉬 전극을 더 포함하는, 안테나 적층체.
13. 위 12에 있어서, 상기 신호 패드는 속이 찬(solid) 패턴 구조를 갖는, 안테나 적층체.
14. 디스플레이 패널; 및 기 디스플레이 패널 상에 적층된 상술한 실시예들에 따른 안테나 적층체를 포함하는, 디스플레이 장치.
15. 위 14에 있어서, 상기 디스플레이 패널 및 상기 안테나 적층체 사이에 배치된 터치 센서층을 더 포함하는, 디스플레이 장치.
본 발명의 실시예들에 따르는 안테나 적층체는 안테나 전극층 상에 형성되며 소정의 유전율 및 두께 범위를 갖는 상부 유전층을 포함할 수 있다. 상부 유전층의 유전율/두께 조절을 통해 안테나 전극층을 통한 고주파 혹은 초고주파 방사 특성을 유지하면서 충분한 안테나 게인 특성을 확보할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 상부 유전층은 복층 구조를 포함할 수 있으며, 상기 안테나 전극층에 인접한 제1 상부 유전층은 상기 안테나 전극층으로부터 상대적으로 이격된 제2 상부 유전층보다 낮은 유전율을 가질 수 있다. 이에 따라, 지나친 주파수 시프트를 억제하면서 안테나의 신호 손실을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 안테나 적층체의 개략적인 단면도이다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 안테나 전극층에 포함된 안테나 패턴의 구조를 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 3은 일부 예시적인 실시예들에 따른 안테나 전극층에 포함된 안테나 패턴의 구조를 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 4 내지 도 6은 일부 예시적인 실시예들에 따른 안테나 적층체의 개략적인 단면도들이다.
도 7은 예시적인 실시예들에 따른 디스플레이 장치를 나타내는 개략적인 단면도이다.
본 발명의 실시예들은 하부 유전층, 안테나 전극층 및 상부 유전층을 포함하는 안테나 적층체를 제공한다.
상기 안테나 적층체에 포함되는 안테나 전극층은 투명 필름 형태로 제작되는 마이크로스트립 패치 안테나(microstrip patch antenna)일 수 있다. 상기 안테나 적층체는 예를 들면, 고주파 혹은 초고주파(예를 들면, 3G, 4G, 5G 또는 그 이상) 이동통신을 위한 통신 기기에 적용되어 향상된 신호 효율성을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 상기 안테나 적층체를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다. 상기 안테나 적층체의 적용 대상이 디스플레이 장치에 한정되는 것은 아니며, 차량, 가전 기기, 건축물 등과 같은 다양한 대상체 또는 구조체에 적용될 수도 있다.
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.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 안테나 적층체의 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 안테나 적층체는 하부 유전층(100), 안테나 전극층(110) 및 상부 유전층(130)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 하부 유전층(100) 아래에는 그라운드 층(50)이 배치될 수 있다.
하부 유전층(100)은 상기 안테나 적층체의 베이스 유전층 또는 안테나 전극층(110) 형성을 위한 기재층으로 제공될 수 있다.
예를 들면, 하부 유전층(100)에 의해 안테나 전극층(110) 및 그라운드 층(50) 사이에서 정전용량(capacitance) 또는 인덕턴스(inductance)가 형성되어, 상기 필름 안테나가 구동 혹은 센싱할 수 있는 주파수 대역이 조절될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 하부 유전층(100)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. 바람직하게는, 하부 유전층(100)의 유전율은 약 2 내지 10 범위로 조절될 수 있다.
하부 유전층(100)은 상술한 범위의 유전율을 갖는 절연 물질을 포함할 수 있다. 하부 유전층(100)은 예를 들면, 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.
예를 들면, 투명 수지 필름이 하부 유전층(100)으로 제공될 수 있다. 상기 투명 수지 필름은 예를 들면, 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; 우레탄계 혹은 아크릴우레탄계 수지; 실리콘계 수지 등을 포함할 수 있다.
예를 들면, 하부 유전층(100)의 두께는 약 50 내지 1000㎛의 범위로 조절될 수 있다. 상기 범위 내에서 안테나 적층체의 고주파 구동이 용이하게 확보하면서 지나친 신호 손실을 억제할 수 있다.
안테나 전극층(110)은 하부 유전층(100)의 상면 상에 형성될 수 있다.
예를 들면, 안테나 전극층(110)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), 몰리브덴(Mo), 칼슘(Ca) 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 안테나 전극층(110)은 저저항 구현을 위해 은(Ag) 또는 은 합금이(예를 들면 은-팔라듐-구리(APC) 합금)이 사용될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 안테나 전극층(110)은 저저항 및 미세 선폭 패터닝을 고려하여 구리(Cu) 또는 구리 합금(예를 들면, 구리-칼??(CuCa) 합금)을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 안테나 전극층(110)은 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO), 인듐아연주석 산화물(ITZO), 주선 산화물(SnOx), 아연 산화물(ZnOx)과 같은 투명 전도성 산화물을 포함할 수도 있다
예를 들면, 안테나 전극층(110)은 금속 또는 합금층, 및 투명 전도성 산화물층을 포함하는 복층 구조를 가질 수도 있다. 일부 실시예들에 있어서, 안테나 전극층(110)은 투명 도전성 산화물 층-금속층을 포함하는 2층 구조 또는 제1 투명 전도성 산화물층-금속층-제2 투명 전도성 산화물층을 포함하는 3층 구조를 포함할 수 있다.
안테나 전극층(110)은 방사 전극, 전송 선로 및 신호 패드를 포함하는 안테나 패턴을 포함할 수 있다. 안테나 전극층(110)의 구성 및 구조에 대해서는 도 2를 참조로 보다 상세히 후술한다.
그라운드 층(50)은 하부 유전층(100)의 저면 상에 배치될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 그라운드 층(50)을 통해 안테나 전극층(110)의 방사 전극으로부터 상기 안테나 적층체의 두께 방향으로의 수직 방사가 유도될 수 있다. 그라운드 층(50)은 안테나 적층체의 노이즈 흡수 혹은 차폐 전극으로 기능할 수도 있다. 그라운드 층(50)은 상술한 금속 혹은 합금을 포함할 수 있다.
상부 유전층(130)은 안테나 전극층(110) 상에 형성될 수 있다. 예를 들면, 상부 유전층(130)은 하부 유전층(100) 상에 형성되어 안테나 전극층(110)을 덮을 수 있다.
상부 유전층(130)은 예를 들면, 안테나 전극층(110)의 보호층으로 제공되면서, 안테나 전극층(110)으로부터 구현되는 공진 주파수의 미세 조절층으로 기능할 수 있다.
예를 들면, 하부 유전층(100)을 통해 안테나 적층체를 통한 메인 공진 주파수를 세팅할 수 있다. 이후, 상부 유전층(130)의 두께 및 유전율 조절을 통해 원하는 공진 주파수에 따라 소정의 범위 내에서(예를 들면, 23 GHz 이상, 또는 23 내지 35 GHz) 미세하게 주파수를 시프트시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상부 유전층(130)의 두께는 약 100 내지 1300㎛일 수 있다. 상부 유전층(130)의 유전율은 약 1 내지 6.5 범위 내로 조절될 수 있다.
상술한 두께 및 유전율 범위 내에서 공진 주파수의 지나친 시프트를 방지하면서 소정의 범위 내에서 주파수 또는 대역폭의 미세 조절이 구현될 수 있다. 또한, 상부 유전층(130)에 의한 안테나 적층체의 지나친 게인(gain) 감소를 방지할 수 있다.
예를 들면, 상부 유전층(130)의 두께가 약 1300㎛을 초과하거나, 상부 유전층(130)의 유전율이 약 6.5를 초과하는 경우, 안테나 적층체의 게인량이 지나치게 감소할 수 있다(예를 들면, -0.1dBi 미만으로 감소).
상부 유전층(130)의 두께 및 유전율은 공정 용이성, 안테나 전극층(110)의 보호를 고려하여 각각 100㎛이상 및 1 이상으로 설정될 수 있다.
바람직한 일 실시예에 있어서, 상부 유전층(130)의 유전율은 약 1 내지 5.5 범위로 조절될 수 있다.
상부 유전층(130)은 하부 유전층(100)에서 상술한 절연 물질들과 실질적으로 동일하거나 유사한 절연 물질을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 상부 유전층(130)은 글래스, 무기 절연 물질 또는 수지 물질을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상부 유전층(130)은 OCA(Optically Clear Adhesive) 층 또는 PSA(Pressure Sensitive Adhesive) 층과 같은 점점착층을 포함할 수도 있다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 안테나 전극층에 포함된 안테나 패턴의 구조를 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 2를 참조하면, 안테나 전극층(110)은 하부 유전층(100) 상에 배치된 안테나 패턴을 포함할 수 있다. 예를 들면, 복수의 안테나 패턴들이 어레이(array) 형태로 하부 유전층(100) 상에 배열될 수 있다.
각 안테나 패턴은 방사 전극(112), 전송 선로(114) 및 패드(115)를 포함할 수 있다.
방사 전극(112)은 예를 들면, 다각형 플레이트 형상을 가지며, 전송 선로(114)는 방사 전극(112)의 일변으로부터 연장되어 신호 패드(116)와 전기적으로 연결될 수 있다. 전송 선로(114)는 방사 전극(112)과 실질적으로 일체의 단일 부재로서 형성될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 패드(115)는 신호 패드(116)를 포함하며, 그라운드 패드(118)를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 신호 패드(116)를 사이에 두고 한 쌍의 그라운드 패드들(118)이 배치될 수 있다. 그라운드 패드들(118)은 신호 패드(116) 및 전송 선로(114)와 전기적으로 분리될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 그라운드 패드(118)는 생략될 수도 있다. 또한, 신호 패드(116)는 전송 선로(114)의 말단에 일체의 부재로서 제공될 수도 있다.
패드(115)는 예를 들면, 연성 인쇄 회로 기판과 같은 도전성 중개 회로 구조를 통해 안테나 구동 집적 회로(IC) 칩과 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 상기 안테나 구동 IC 칩을 통해 상기 안테나 패턴으로의 급전 및 구동 제어가 수행될 수 있다. 예를 들면, 상기 안테나 구동 IC 칩은 상기 연성 인쇄 회로 기판 상에 직접 표면 실장될 수 있다.
도 3은 일부 예시적인 실시예들에 따른 안테나 전극층에 포함된 안테나 패턴의 구조를 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 3을 참조하면, 방사 전극(112)은 메쉬 구조를 가질 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 방사 전극(112)과 연결된 전송 선로(114) 역시 메쉬 구조를 가질 수 있다.
방사 전극(112)이 메쉬 구조를 포함함에 따라, 방사 전극(112)이 디스플레이 장치의 표시 영역 내에 배치되는 경우에도 투과율이 향상되어 전극 시인 및 이미지 품질 저하를 방지할 수 있다.
방사 전극(112) 및 전송 선로(114) 주변에는 더미 메쉬 전극(117)이 배치될 수 있다. 더미 메쉬 전극(117)은 방사 전극(112) 및 전송 선로(114)와 분리 영역(119)을 통해 전기적, 물리적으로 이격될 수 있다.
예를 들면, 하부 유전층(100) 상에 상술한 바와 같이, 메쉬 전극층을 형성할 수 있다. 이후, 상기 메쉬 전극층을 방사 전극(112) 및 전송 선로(114)의 프로파일을 따라 부분적으로 식각하여 분리 영역(119)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 상기 메쉬 전극층의 일부를 더미 메쉬 전극(117)으로 변환시킬 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 급전 저항 감소를 위해 패드(115)는 속이 찬(solid) 구조로 형성될 수 있다. 예를 들면, 패드(115)는 디스플레이 장치의 비표시 영역 또는 차광 영역에 배치되어 연성 회로 기판 및/또는 안테나 구동 IC 칩과 본딩 또는 연결될 수 있다. 이에 따라, 패드(115)는 사용자의 시인 영역 밖에 배치될 수 있다.
도 4 내지 도 6은 일부 예시적인 실시예들에 따른 안테나 적층체의 개략적인 단면도들이다.
도 4를 참조하면, 상부 유전층(130)은 복층 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 상부 유전층(130)은 제1 상부 유전층(132) 및 제2 상부 유전층(134)을 포함할 수 있다.
제1 상부 유전층(132) 및 제2 상부 유전층(134)은 안테나 전극층(110)으로부터 순차적으로 적층될 수 있다. 예를 들면, 제1 상부 유전층(132)은 안테나 전극층(110)과 직접 접촉하며, 제2 상부 유전층(134)은 제1 상부 유전층(132) 상에 형성되며 안테나 전극층(110)과는 두께 방향으로 이격될 수 있다.
제1 상부 유전층(132) 및 제2 상부 유전층(134)은 서로 다른 유전율을 가질 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제1 상부 유전층(132)의 유전율은 제2 상부 유전층(134)의 유전율보다 낮을 수 있다.
안테나 전극층(110)에 보다 인접한 제1 상부 유전층(132)의 유전율을 상대적으로 낮게 조절하여, 예를 들면 방사 전극(112)에서의 방사 특성, 게인 특성에 대한 직접적인 영향을 회피 또는 억제할 수 있다. 제2 상부 유전층(134)은 제1 상부 유전층(132) 대비 증가된 유전율을 가지며 상술한 미세 주파수 혹은 대역폭 조절을 수행할 수 있다.
상술한 바와 같이, 복층 구조의 상부 유전층(130)을 활용하여 안테나 전극층(110) 위로 급격한 공진, 방사 환경 변화를 억제하고, 방사 전극(112)의 게인 감소를 억제하면서 점진적으로 미세 주파수/대역폭 조절을 구현할 수 있다.
예를 들면, 제1 상부 유전층(132)의 유전율은 약 1 이상 5 미만일 수 있고, 제2 상부 유전층(134)의 유전율은 약 5 내지 6.5일 수 있다. 제1 및 제2 상부 유전층(132, 134)을 포함하는 상부 유전층(130)의 총 두께는 상술한 바와 같이 약 100 내지 1300㎛일 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상부 유전층(130)은 3층 이상의 유전층들의 복층 구조를 포함할 수 있다. 이 경우, 안테나 전극층(110)으로부터 순차적으로 유전율이 증가하도록 상기 유전층 들이 적층될 수 있다.
도 5를 참조하면, 하부 유전층(100) 및 그라운드 층(50) 사이에는 기재층(80)이 더 포함될 수 있다.
기재층(80)은 예를 들면, 환형올레핀중합체(COP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리아크릴레이트(PAR), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리알릴레이트(polyallylate), 폴리이미드(PI), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(CAP), 폴리에테르술폰(PES), 셀룰로오스 트리아세테이트(TAC), 폴리카보네이트(PC), 환형올레핀공중합체(COC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등을 포함할 수 있다. 기재층(80)은 안테나 적층체의 유연 하부기재로서 제공될 수 있다. 바람직하게는, 기재층(80)은 COP를 포함할 수 있다.
도 6을 참조하면, 도 5를 참조로 설명한 기재층(80) 및 그라운드층(50) 사이에는 점접착층(70)이 더 포함될 수도 있다.
예를 들면, 상기 안테나 적층체가 실장되는 터치 패널 또는 디스플레이 장치에 포함된 전극 또는 배선이 안테나 적층체의 그라운드 층(50)으로 활용될 수도 있다. 이 경우, 점접착층(70)을 통해 상기 안테나 적층체가 상기 터치 패널 또는 디스플레이 장치 상에 부착될 수 있다.
점접착층(70) 및 기재층(80)은 하부 유전층(100)과 함께 상기 안테나 적층체의 베이스 유전층으로 제공될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 복수의 기재층(80) 및 점접착층(70)들이 임피던스 매칭을 위해 반복적으로 포함될 수도 있다.
도 7은 예시적인 실시예들에 따른 디스플레이 장치를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 7을 참조하면, 상술한 바와 같이 하부 유전층(100), 안테나 전극층(110) 및 상부 유전층(130)을 포함하는 안테나 적층체는 디스플레이 패널(200) 상에 적층될 수 있다. 이에 따라, 안테나 적층체가 실장된 디스플레이 장치가 구현될 수 있다.
디스플레이 패널(200)은 패널 기판(205) 상에 배치된 화소 전극(210), 화소 정의막(220), 표시층(230), 대향 전극(240) 및 인캡슐레이션 층(250)을 포함할 수 있다.
패널 기판(205) 상에는 박막 트랜지스터(TFT)를 포함하는 화소 회로가 형성되며, 상기 화소 회로를 덮는 절연막이 형성될 수 있다. 화소 전극(210)은 상기 절연막 상에서 예를 들면 TFT의 드레인 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
화소 정의막(220)은 상기 절연막 상에 형성되어 화소 전극(210)을 노출시켜 화소 영역을 정의할 수 있다. 화소 전극(210) 상에는 표시층(230)이 형성되며, 표시 층(230)은 예를 들면, 액정층 또는 유기 발광층을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 표시층(230) 유기 발광층을 포함하며, 디스플레이 패널(200)은 OLED 패널일 수 있다.
화소 정의막(220) 및 표시층(230) 상에는 대향 전극(240)이 배치될 수 있다. 대향 전극(240)은 예를 들면, 디스플레이 장치의 공통 전극 또는 캐소드(cathode)로 제공될 수 있다. 대향 전극(240) 상에는 디스플레이 패널(200) 보호를 위한 인캡슐레이션 층(250)이 적층될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 터치 센서층(150)이 디스플레이 패널(200) 상에 적층될 수 있다. 터치 센서층(150)은 예를 들면, 정전 용량 방식의 센싱 전극들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 열 방향 센싱 전극들 및 행 방향 센싱 전극들이 서로 교차하도록 배열될 수 있다.
예를 들면, 디스플레이 패널(200)에 포함된 화소 전극(210) 또는 대향 전극(240)이 안테나 적층체의 그라운드 층으로 제공될 수 있다. 또한, 터치 센서층(150)에 포함된 센싱 전극들이 상기 그라운드 층으로 기능할 수도 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 안테나 적층체 및 터치 센서층(150) 사이에는 편광층(140)이 배치될 수 있다.
편광층(140)은 코팅형 편광자 또는 편광판을 포함할 수 있다. 상기 코팅형 편광자는 중합성 액정 화합물 및 이색성 염료를 포함하는 액정 코팅층을 포함할 수 있다. 이 경우, 편광층(140)은 상기 액정 코팅층에 배향성을 부여하기 위한 배향막을 더 포함할 수 있다
예를 들면, 상기 편광판은 폴리비닐알코올계 편광자 및 상기 폴리비닐알코올계 편광자의 적어도 일면에 부착된 보호필름을 포함할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 편광층(140)이 상기 안테나 적층체 아래에 배치되는 경우, 편광층(140)은 하부 유전층(100)과 함께 안테나 전극층(110)에 대한 베이스 유전층으로 기능할 수도 있다.
일부 실시예들에 있어서, 편광층(140)은 상기 안테나 적층체 상에 배치될 수도 있다. 이 경우, 편광층(140)은 상부 유전층(130)에 포함된 하나의 유전층으로 제공될 수도 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: 상부 유전층 두께에 따른 안테나 게인 평가
COP 유전층 상에 CuCa로 형성된 2400Å 두께의 안테나 전극층을 형성하고, 유전율 5.5의 글래스를 이용하여 상부 유전층을 안테나 전극층 상에 적층하였다.
상기 상부 유전층의 두께를 변경하면서 안테나 전극층에 전력을 공급한 후 Ansys HFSS(High Frequency Structure Simulator)를 이용하여 안테나 게인을 측정하였다. 구체적으로, 아래 표 1에서와 같이 20개의 샘플에 대해 순차적으로 두께를 100㎛부터 100㎛씩 증가시킨 후 안테나 게인의 변화를 측정하였다.
안테나 게인은 하기의 식 1로 정의된다.
[식 1]
안테나 게인(G)(dBi) =
Figure pat00001
(Pin: 입력 전력[W], U: 방사 세기 [W/unit solid angle])
평가 결과는 아래 표 1과 같다.
샘플 번호 상부 유전층 두께(㎛) 안테나 게인(dBi) 샘플 번호 상부 유전층 두께(㎛) 안테나 게인(dBi)
1-1 100 0.0946 1-11 1100 1.3876
1-2 200 -0.0216 1-12 1200 1.0487
1-3 300 0.1405 1-13 1300 0.5768
1-4 400 0.1362 1-14 1400 -0.2057
1-5 500 0.4016 1-15 1500 -0.3882
1-6 600 0.2933 1-16 1600 -0.9545
1-7 700 0.8230 1-17 1700 -1.4194
1-8 800 1.2504 1-18 1800 -2.0743
1-9 900 1.3219 1-19 1900 -2.5315
1-10 1000 1.3194 1-20 2000 -2.7927
표 1을 참조하면, 상부 유전층의 두께가 1300㎛를 초과하면서 안테나 게인이 -0.1dBi 미만으로 감소하였으며, 1300㎛ 이하의 두께 범위에서 안정적인 안테나 게인이 유지되었다.
실험예 2: 유전율 변화에 따른 주파수 이동 및 게인 평가
COP 유전층 상에 CuCa로 형성된 2400Å 두께의 안테나 전극층을 형성하고, 1100㎛ 두께의 상부 유전층을 적층한 후 유전율 변화(1~9 사이)에 따른 주파수 및 게인 변화를 시뮬레이션 하였다.
구체적으로, 주파수 이동은 Network Analyzer를 이용하여 주파수에 따른 S-파라미터(S11)를 플롯팅(plotting)한 후, 공진 peak가 발생하는 주파수를 측정하여 평가하였다.
평가 결과는 아래 표 2와 같다.
샘플 번호 유전율 주파수
(GHz)		 안테나 게인(dBi) 샘플 번호 유전율 주파수
(GHz)		 안테나 게인(dBi)
2-1 1.0 30.60 0.6927 2-10 5.5 24.65 1.3876
2-2 1.5 29.95 0.8648 2-11 6.0 23.85 0.9717
2-3 2 29.25 1.2233 2-12 6.5 23.25 0.6508
2-4 2.5 28.60 1.4746 2-13 7.0 22.50 0.1428
2-5 3 27.80 1.5847 2-14 7.5 22.50 0.2087
2-6 3.5 27.25 1.7141 2-15 8.0 22.05 -0.2282
2-7 4.0 26.55 1.7407 2-16 8.5 21.55 -0.5514
2-8 4.5 26.00 1.6939 2-17 9.0 21.15 -0.8885
2-9 5.0 25.00 1.4494
표 2를 참조하면, 상부 유전층의 유전율이 6.5를 초과하면서 실용적인 고주파 범위(23GHz 이상)의 방사 특성이 확보되지 않았다. 또한, 유전율을 5.5 이상인 경우, 24 GHz 이상의 주파수가 구현되었다. 또한, 유전율이 6.5를 초과하면서 안테나 게인의 급격한 감소가 관찰되었다.
실험예 3: 상부 유전층 적층 구조에 따른 주파수 이동 및 게인 평가
COP 유전층 상에 CuCa로 형성된 2400Å 두께의 안테나 전극층을 형성하고, 아래 표 3에서와 같이 상부 유전층의 적층 구조를 변경하면서 타겟 주파수를 27.5 GHz로 설정하고 실험예 2에서와 같이 주파수 및 안테나 게인을 측정하였다.
샘플 번호 상부 유전층 구조 주파수
(GHz)		 안테나 게인(dBi)
3-1 유전율 3.2두께 1000㎛ 단일층 27.5 1.8
3-2 유전율 5.5두께 1000㎛ 단일층 23.7 1.0
3-3 제1 상부 유전층유전율: 3.0, 두께: 500㎛
제2 상부 유전층
유전율: 5.5, 두께: 500㎛		 27.5 2.1
3-4 제1 상부 유전층유전율: 5.5, 두께: 500㎛
제2 상부 유전층
유전율: 3.0 두께: 500㎛		 25.3 1.4
표 3을 참조하면, 상이한 유전율의 상부 유전층 적층 구조를 활용하는 경우, 안테나 게인 손실/지나친 주파수 시프트를 억제하면서 보다 효과적으로 원하는 고주파 대역의 통신 기능을 구현할 수 있음을 예측할 수 있다.
한편, 샘플 3-3에서와 같이, 제1 상부 유전층의 유전율을 제2 상부 유전층의 유전율보다 낮게 조절하는 경우, 주파수 시프트 억제/게인 상승이 보다 효과적으로 구현되었다.
100: 하부 유전층 110: 안테나 전극층
130: 상부 유전층 132: 제1 상부 유전층
134: 제2 상부 유전층 112: 방사 전극
114: 전송 선로 115: 패드
116: 신호 패드 118: 그라운드 패드

Claims (15)

  1. 하부 유전층;
    상기 하부 유전층 상에 형성된 안테나 전극층; 및
    상기 안테나 전극층 상에 배치되며 1 내지 6.5 범위의 유전율 및 100 내지 1300㎛ 범위의 두께를 갖는 상부 유전층을 포함하는, 안테나 적층체.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 상부 유전층의 유전율은 1 내지 5.5인, 안테나 적층체.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 상부 유전층은 글래스, 수지층 또는 점접착층을 포함하는, 안테나 적층체
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 상부 유전층은 복수의 유전층들을 포함하는, 안테나 적층체.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 복수의 유전층들은 상기 안테나 전극층으로부터 순차적으로 유전율이 증가하도록 적층되는, 안테나 적층체.
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 상부 유전층은 상기 안테나 전극층으로부터 순차적으로 적층되며 서로 다른 유전율을 갖는 제1 상부 유전층 및 제2 상부 유전층을 포함하는, 안테나 적층체.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 제1 상부 유전층의 유전율은 상기 제2 상부 유전층의 유전율보다 작은, 안테나 적층체.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 하부 유전층 아래에 배치되어 상기 안테나 전극층과 마주보는 그라운드 층을 더 포함하는, 안테나 적층체.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 그라운드 층 및 상기 하부 유전층 사이에 배치된 기재층을 더 포함하는, 안테나 적층체.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 기재층 및 상기 그라운드 층 사이에 배치된 점접착층을 더 포함하는, 안테나 적층체.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 안테나 전극층은 방사 전극, 상기 방사 전극으로부터 연장되는 전송 선로 및 상기 전송 선로의 일단에 연결된 신호 패드를 포함하는, 안테나 적층체.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 방사 전극은 메쉬 구조를 포함하며, 상기 안테나 전극층은 상기 방사 전극 주변에 형성된 더미 메쉬 전극을 더 포함하는, 안테나 적층체.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 신호 패드는 속이 찬(solid) 패턴 구조를 갖는, 안테나 적층체.
  14. 디스플레이 패널; 및
    상기 디스플레이 패널 상에 적층된 청구항 1의 안테나 적층체를 포함하는, 디스플레이 장치.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 디스플레이 패널 및 상기 안테나 적층체 사이에 배치된 터치 센서층을 더 포함하는, 디스플레이 장치.
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