KR20220110951A - 안테나 소자 및 이를 포함하는 화상 표시 장치 - Google Patents
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Abstract
안테나 소자는 유전층, 및 유전층 상에 배치되고, 구리-칼슘(CuCa) 합금을 포함하며 구리-칼슘 합금에 포함된 칼슘의 함량은 구리 중량의 0.006 내지 0.04중량%인 안테나 패턴을 포함한다. 안테나 패턴의 방사 성능을 확보하면서도 고 신뢰성의 안테나 소자를 구현할 수 있다.
Description
본 발명은 안테나 소자 및 이를 포함하는 화상 표시 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 유전층 및 안테나 패턴을 포함하는 안테나 소자 및 이를 포함하는 화상 표시 장치에 관한 것이다.
최근 정보화 사회가 발전함에 따라 와이 파이(Wi-Fi), 블루투스(Bluetooth) 등과 같은 무선 통신 기술이 화상 표시 장치와 결합되어, 예를 들면 스마트폰 형태로 구현되고 있다. 이 경우, 안테나가 상기 화상 표시 장치에 결합되어 통신 기능이 수행될 수 있다.
최근 이동통신 기술이 진화하면서, 예를 들면, 고주파 혹은 초고주파 대역의 통신을 수행하기 위한 안테나가 상기 화상 표시 장치에 결합될 필요가 있다.
그러나, 안테나의 구동 주파수가 증가하는 경우, 신호 손실이 증가할 수 있으며 전송 경로의 길이가 증가할수록 신호 손실의 정도가 더욱 증가할 수 있다.
상기 신호 손실을 방지하기 위해 상기 안테나는 예를 들면, 구리(Cu)를 포함할 수 있다. 그러나, 구리는 산화성이 높아 시간이 지남에 따라 안테나의 신뢰성이 저하될 수 있다.
따라서, 안테나의 방사 특성을 유지 또는 향상시키면서 고 신뢰성을 갖는 안테나 소자가 설계될 필요가 있다.
예를 들면, 한국공개특허 제2003-0095557호는 휴대용 단말기에 내장되는 안테나 구조를 개시하고 있으나, 상술한 바와 같이 고 신뢰성을 갖는 소재에 대해서는 고려하고 있지 않다.
본 발명의 일 과제는 향상된 구동 신뢰성을 갖는 안테나 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 향상된 구동 신뢰성을 갖는 안테나 패키지를 포함하는 화상 표시 장치를 제공하는 것이다.
1. 유전층; 및 상기 유전층 상에 배치되고, 구리-칼슘(CuCa) 합금을 포함하며 상기 구리-칼슘 합금에 포함된 칼슘의 함량은 구리 중량의 0.006 내지 0.04중량%인 안테나 패턴을 포함하는, 안테나 소자.
2. 위 1에 있어서, 상기 구리-칼슘 합금은 구리-칼슘 합금 입자를 포함하고, 상기 구리-칼슘 합금 입자의 결정립 크기는 200 내지 550nm인, 안테나 소자.
3. 위 1에 있어서, 상기 구리-칼슘 합금의 도전율은 1.80x107 내지 4.80x107 S/m인, 안테나 소자.
4. 위 3에 있어서, 상기 도전율에 따른 상기 안테나 패턴의 안테나 게인(gain)은 0 내지 5.0dB인, 안테나 소자.
5. 위 1에 있어서, 상기 안테나 패턴은 20 내지 40GHz의 공진 주파수 범위에서 측정된 S 파라미터(S11)가 -27dB 미만인 구간을 포함하는, 안테나 소자.
6. 위 1에 있어서, 상기 안테나 패턴은 방사 패턴, 상기 방사 패턴으로부터 연장되는 전송 선로 및 상기 전송 선로의 말단부에 연결된 신호 패드를 포함하는, 안테나 소자.
7. 위 6에 있어서, 상기 방사 패턴, 상기 전송 선로 및 상기 신호 패드는 상기 구리-칼슘 합금을 포함하는, 안테나 소자.
8. 위 7에 있어서, 상기 방사 패턴, 상기 전송 선로 및 상기 신호 패드는 상기 유전층 상에서 동일 레벨에 배치되며 실질적으로 단일 공정을 통해 형성된, 안테나 소자.
9. 위 6에 있어서, 상기 방사 패턴 및 상기 전송 선로는 메쉬 구조를 포함하는, 안테나 소자.
10. 디스플레이 패널; 상기 디스플레이 패널 상에 배치된 청구항 1의 안테나 소자를 포함하는, 화상 표시 장치.
11. 위 10에 있어서, 상기 안테나 소자와 전기적으로 연결되며, 상기 안테나 소자의 신호 패드와 전기적으로 연결된 신호 배선을 포함하는 연성 인쇄 회로 기판을 더 포함하고, 상기 신호 배선은 구리-칼슘 합금을 포함하는, 화상 표시 장치.
본 발명의 실시예들에 따르면, 안테나 소자에 포함된 안테나 패턴은 구리-칼슘 합금을 포함하며, 상기 구리-칼슘 합금에 포함된 칼슘 함량은 구리 중량의 0.006 내지 0.04중량%일 수 있다. 따라서, 구리의 산화를 방지하여 우수한 경시성 및 구동 신뢰성을 구현하면서도 전기 저항 증가로 인한 방사 성능 저하를 억제할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 구리-칼슘 합금에 포함된 구리-칼슘 합금 입자의 결정립 크기는 200 내지 550nm일 수 있다. 따라서, 결정립 크기가 지나치게 작아져 합금의 전도율이 저하되는 것을 방지하면서 고 신뢰성의 안테나 패턴을 구현할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상술한 구리-칼슘 합금의 도전율은 1.80x107 내지 4.80x107 S/m일 수 있다. 이에 따라, 전기 저항의 과도한 증가에 따른 신호 손실 및 방사 성능 저하를 방지면서도, 구리-칼슘 합금 내의 칼슘 함량을 충분하게 유지하여 구리 산화 방지 효과를 구현할 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 안테나 소자를 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 2는 도전율에 따른 S 파라미터(S11) 변화를 설명하기 위한 예시적인 그래프이다.
도 3는 예시적인 실시예들에 따른 안테나 소자를 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 4 및 도 5는 각각 예시적인 실시예들에 따른 화상 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도 및 평면도이다.
도 2는 도전율에 따른 S 파라미터(S11) 변화를 설명하기 위한 예시적인 그래프이다.
도 3는 예시적인 실시예들에 따른 안테나 소자를 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 4 및 도 5는 각각 예시적인 실시예들에 따른 화상 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도 및 평면도이다.
본 발명의 실시예들은 유전층 및 안테나 패턴을 포함하는 안테나 소자를 제공한다. 또한, 상기 안테나 소자를 포함하는 화상 표시 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.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 안테나 소자를 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 1을 참조하면, 상기 안테나 소자(100)는 유전층(110) 및 유전층(110) 상에 배치된 안테나 패턴(120)을 포함할 수 있다.
유전층(110)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; 우레탄계 또는 아크릴우레탄계 수지; 실리콘 계 수지 등을 포함하는 투명 수지 필름을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다.
유전층(110)은 광학 투명 점착제(Optically clear Adhesive: OCA), 광학 투명 수지(Optically Clear Resin: OCR) 등과 같은 점접착성 물질을 포함할 수도 있다. 일부 실시예들에 있어서, 유전층(110)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 글래스 등과 같은 무기 절연 물질을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 유전층(110)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 패턴(120)은 유전층(110)의 상면 상에 형성될 수 있다. 예를 들면, 복수의 안테나 패턴들(120)이 유전층(110) 또는 상기 안테나 소자(100)의 너비 방향을 따라 어레이 형태로 배열되어 안테나 패턴 행을 형성할 수 있다.
안테나 패턴(120)은 방사 패턴(122) 및 전송 선로(124)를 포함할 수 있다. 방사 패턴(122)은 예를 들면, 다각형 플레이트 형상을 가지며, 전송 선로(124)는 방사 패턴(122)의 일변으로부터 연장될 수 있다. 전송 선로(124)는 방사 패턴(122)과 실질적으로 일체의 단일 부재로서 형성되며, 방사 패턴(122)보다 좁은 폭을 가질 수 있다.
안테나 패턴(120)은 신호 패드(126)를 더 포함할 수 있다. 신호 패드(126)는 전송 선로(124)의 말단부와 연결될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 신호 패드(126)는 전송 선로(124)와 실질적으로 일체의 부재로 제공되며, 전송 선로(124)의 상기 말단부가 신호 패드(126)로 제공될 수도 있다.
일부 실시예들에 있어서, 방사 패턴(122), 전송 선로(124) 및 신호 패드(126)는 후술할 구리-칼슘 합금을 포함할 수 있다. 예를 들면, 방사 패턴(122), 전송 선로(124) 및 신호 패드(126)는 실질적으로 동일한 구리-칼슘 합금을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 방사 패턴(122), 전송 선로(124) 및 신호 패드(126)는 유전층(110) 상에서 동일 레벨에 배치되며 실질적으로 단일 공정을 통해 형성될 수 있다. 이 경우, 실질적으로 동일한 부재(예를 들면, 후술할 구리-칼슘 합금)를 사용하여 단일 공정으로 동일 레벨 상에서 형성되므로, 공정이 간소화되고 안테나 소자(100)의 제조 비용이 절감될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 신호 패드(126) 주변에는 그라운드 패드(128)가 배치될 수 있다. 예를 들면, 한 쌍의 그라운드 패드들(128)이 신호 패드(126)를 사이에 두고 서로 마주보며 배치될 수 있다. 그라운드 패드(128)는 전송 선로(124) 및 신호 패드(126)와는 전기적, 물리적으로 분리될 수 있다.
안테나 패턴(120) 또는 방사 패턴(122)은 예를 들면, 3G, 4G, 5G 혹은 그 이상의 고주파 혹은 초고주파 대역의 공진 주파수를 갖도록 설계될 수 있다. 예를 들면, 상기 안테나 패턴(120)의 공진 주파수는 약 20 내지 40GHz 범위일 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 서로 다른 사이즈를 갖는 방사 패턴들(122)이 유전층(110) 상에 배열될 수 있다. 이 경우, 안테나 소자(100)는 복수의 공진 주파수 대역에서 방사하는 다중 방사 혹은 멀티-밴드 안테나로서 제공될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 방사 패턴(122) 및 전송 선로(124)는 투과율 향상을 위해 메쉬-패턴 구조를 포함할 수 있다. 이 경우, 방사 패턴(122) 및 전송 선로(124) 주변에는 더미 메쉬 패턴(미도시)이 형성될 수도 있다.
신호 패드(126) 및 그라운드 패드(128)는 급전 저항 감소, 노이즈 흡수 효율 및 수평 방사 특성 향상 등을 고려하여 상술한 금속 또는 합금으로 형성된 속이 찬(solid) 패턴으로 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 방사 패턴(122)은 메쉬-패턴 구조를 가지며, 전송 선로(124)의 적어도 일부는 속이 찬(solid) 금속 패턴을 포함할 수 있다.
방사 패턴(122)은 화상 표시 장치의 표시 영역 내에 배치되고, 신호 패드(126) 및 그라운드 패드(128)는 화상 표시 장치의 비표시 영역 또는 베젤 영역 내에 배치될 수 있다. 전송 선로(124)의 상기 적어도 일부 역시 비표시 영역 또는 베젤 영역 내에 배치될 수 있다.
예를 들면, 안테나 패턴은 예를 들어 구리(Cu)를 포함할 수 있다. 이 경우, 구리의 높은 산화성에 의해 시간이 지남에 따라 구리가 산화되어 안테나 패턴(120)의 방사 성능 및 구동 신뢰성이 저하될 수 있다.
예를 들면, 안테나 패턴은 은 합금(예를 들면, 은-팔라듐-구리(APC) 합금)을 포함할 수 있다. 이 경우, 은 합금의 높은 전기 저항에 의해 도전율(Conductivity)이 저하될 수 있다. 이에 따라, 안테나 패턴(120)의 신호 손실이 증가하여 방사 성능이 저하될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 안테나 패턴(120)은 구리-칼슘(CuCa) 합금을 포함할 수 있다. 이 경우, 안테나 패턴에 은 합금이 포함된 경우보다 우수한 도전율 및 안테나 게인을 확보할 수 있다. 또한, 상기 구리-칼슘 합금은 구리보다 산화성이 작을 수 있다. 이에 따라, 쉽게 산화되는 구리보다 우수한 경시성 및 구동 신뢰성을 구현하면서도 은 합금보다 우수한 안테나 게인을 확보할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 안테나 패턴(120)은 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO), 인듐아연주석 산화물(ITZO), 아연 산화물(ZnOx)과 같은 투명 도전성 산화물을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 안테나 패턴들(120)은 투명 도전성 산화물 층 및 금속층의 적층 구조를 포함할 수 있으며, 예를 들면, 투명 전도성 산화물 층-금속층의 2층 구조 또는 투명 도전성 산화물 층-금속층-투명 도전성 산화물 층의 3층 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 상기 금속층에 의해 플렉시블 특성이 향상되면서, 저항을 낮추어 신호 전달 속도가 향상될 수 있으며, 상기 투명 도전성 산화물 층에 의해 내부식성, 투명성이 향상될 수 있다.
안테나 패턴(120)은 흑화 처리부를 포함할 수 있다. 이에 따라, 안테나 패턴(120) 표면에서의 반사율을 감소시켜, 광반사에 따른 패턴 시인을 감소시킬 수 있다.
일 실시예에 있어서, 안테나 패턴(120)에 포함된 금속층의 표면을 금속 산화물 또는 금속 황화물로 변환시켜, 흑화층을 형성할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 안테나 패턴(120) 또는 상기 금속 층 상에 흑색 재료 코팅층, 또는 도금층과 같은 흑화층을 형성할 수 있다. 상기 흑색 재료 또는 도금층은 규소, 탄소, 구리, 몰리브덴, 주석, 크롬, 몰리브덴, 니켈, 코발트 또는 이들 중 적어도 하나를 함유하는 산화물, 황화물, 합금 등을 포함할 수 있다.
흑화층의 조성 및 두께는 반사율 저감 효과, 안테나 방사 특성을 고려하여 조절될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 구리-칼슘 합금에 포함된 칼슘의 함량은 구리 중량의 0.006 내지 0.04중량%일 수 있다.
예를 들면, 상기 칼슘의 함량이 구리 중량의 0.04중량%을 초과할 경우 안테나 패턴(120)의 도전율이 감소할 수 있다. 이에 따라, 안테나 게인이 저하되거나 S 파라미터(S11) 값이 증가할 수 있다.
예를 들면, 상기 칼슘의 함량이 구리 중량의 0.006중량% 미만일 경우 상술한 구리 산화 방지 효과가 충분히 구현되지 않을 수 있다. 이에 따라, 예를 들면 구리-칼슘 합금이 시간의 흐름에 따라 쉽게 산화되어 안테나 패턴(120)의 수명 특성 및 구동 신뢰성이 저하될 수 있다.
따라서, 상기 구리-칼슘 합금에 포함된 칼슘의 함량이 구리 중량의 0.006 내지 0.04중량%인 경우, 안테나의 방사 특성 저하를 방지하면서도 수명 특성 및 구동 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 안테나 패턴(120)에 포함된 구리-칼슘 합금은 구리-칼슘 합금 입자를 포함할 수 있고, 상기 구리-칼슘 합금 입자의 결정립 크기(grain size)는 200 내지 550nm일 수 있다.
예를 들면, 구리 입자에 칼슘 원소가 삽입되면서 구리 입자의 결정면 구조가 변경되어 구리-칼슘 합금 입자의 결정립 크기가 감소할 수 있다. 이에 따라, 구리-칼슘 합금 입자의 결정립 크기는 구리 입자의 결정립 크기보다 작을 수 있다.
예를 들면, 구리-칼슘 합금 형성 시 공정 온도에 따라 결정립 크기가 조절될 수 있다. 예를 들면, 상기 공정 온도가 낮아지면 결정립 크기가 감소할 수 있고, 공정 온도가 증가하면 결정립 크기가 증가할 수 있다.
결정립 크기가 증가하는 경우 예를 들면, 구리-칼슘 합금이 쉽게 산화될 수 있으나, 전기 저항이 감소하여 도전율이 증가할 수 있다.
결정립 크기가 감소하는 경우 예를 들면, 전기 저항이 증가하여 도전율이 감소할 수 있으나, 구리-칼슘 합금의 산화성이 감소하여 고 신뢰성의 안테나 패턴이 구현될 수 있다.
예를 들면, 상기 결정립 크기가 200 내지 550nm인 경우, 구리-칼슘 합금의 도전율이 지나치게 감소하는 것을 방지하면서 구리-칼슘 합금 내의 칼슘 함량을 적절히 유지할 수 있다. 이에 따라, 안테나 패턴(120)에 포함된 구리-칼슘 합금의 전기 저항이 지나치게 커져 안테나 게인이 저하되는 것을 방지하면서도, 칼슘의 구리 산화 방지 효과가 충분히 구현되어 안테나 패턴(120)의 수명 특성 및 구동 신뢰성이 향상될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상술한 구리-칼슘 합금의 도전율은 1.80x107 내지 4.80x107 S/m일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "도전율"은 예를 들면, 도전 물질의 고유 저항의 역수를 의미할 수 있고, 도전 물질 내에서 전기가 잘 흐르는 정도를 의미할 수 있다.
예를 들면, 순수한 구리에 칼슘을 포함시켜 구리-칼슘 합금 입자를 형성할 수 있다. 이 경우, 칼슘이 포함됨에 따라 결정립 크기가 상대적으로 감소할 수 있다. 이에 따라, 구리-칼슘 합금의 전기 저항이 증가하여 도전율이 순수한 구리보다 상대적으로 감소할 수 있다.
예를 들면, 상기 구리-칼슘 합금의 도전율이 1.80x107 내지 4.80x107 S/m인 경우, 전기 저항의 과도한 증가에 따른 신호 손실 및 방사 성능 저하를 방지면서도, 구리-칼슘 합금 내의 칼슘 함량을 충분하게 유지하여 구리 산화 방지 효과를 구현할 수 있다. 따라서, 방사 성능 감소를 방지하며 안테나 수명 특성을 개선할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상술한 구리-칼슘 합금의 도전율 범위 내에서 도전율에 따른 안테나 패턴(120)의 안테나 게인은 0 내지 5dB일 수 있다.
예를 들면, 상기 안테나 게인 범위에서 상술한 구리-칼슘 합금의 도전율 범위를 만족할 수 있다. 또한, 상기 안테나 게인 범위에서 안테나 패턴(120) 또는 방사 패턴(122)의 방사 성능이 지나치게 감소하는 것을 방지하면서도, 칼슘 함유로 인한 수명 특성 개선 효과를 충분히 구현할 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 안테나 패턴(120)의 공진 주파수는 예를 들면, 약 20 내지 40GHz 범위일 수 있다.
도 2는 도전율에 따른 S 파라미터(S11) 변화를 설명하기 위한 예시적인 그래프이다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "S 파라미터" 또는 "S11"은 특정 주파수에서 안테나 패턴에 입력되는 전압 대비 출력되는 전압의 비를 의미할 수 있다. 예를 들면, S 파라미터가 낮을 수록(예를 들면, 음수의 절대값이 클 수록) 해당 공진 주파수에서 높은 방사 성능이 구현될 수 있다.
도 2를 참조하면, 도전율이 1.8x107 미만인 경우 S 파라미터(S11) 값이 지나치게 높게 형성되어 안테나 패턴(120)의 방사 성능이 저하될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상술한 구리-칼슘 합금을 포함하는 안테나 패턴(120)은 20 내지 40GHz의 공진 주파수 범위에서 S 파라미터(예를 들면, S11)가 -27dB 미만인 구간을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 공진 주파수 범위에서 S 파라미터가 -50 내지 -27dB인 구간을 포함할 수 있다.
예를 들면, 안테나 패턴(120)의 S 파라미터 값이 -27dB 미만인 경우, 구리-칼슘 합금에 칼슘이 함유됨에 따른 전기 저항 감소가 방지되며 충분한 방사 특성이 구현될 수 있다. 예를 들면, 구리-칼슘 합금의 도전율이 1.80x107 내지 5.80x107 S/m인 경우, 안테나 패턴(120)의 S 파라미터 값이 -27dB 미만일 수 있다.
도 3는 예시적인 실시예들에 따른 안테나 소자를 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 3을 참조하면, 안테나 소자(100)는 연성 인쇄 회로 기판(200)과 전기적으로 연결될 수 있다.
연성 인쇄 회로 기판(200)은 코어층(210) 및 코어층(210)의 표면들 상에 형성된 신호 배선들(220)을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 유전층(110)이 연성 인쇄 회로 기판(200)으로 제공될 수 있다. 이 경우, 연성 인쇄 회로 기판(200)(예를 들면, 연성 인쇄 회로 기판(200)의 코어층(210))은 유전층(110)과 실질적으로 일체의 부재로서 제공될 수 있다. 또한, 후술하는 신호 배선(220)은 전송 선로(124)와 직접 연결되며 신호 패드(126)는 생략될 수도 있다.
코어층(210)은 예를 들면, 폴리이미드 수지, MPI(Modified Polyimide), 에폭시 수지, 폴리 에스테르, 시클로 올레핀 폴리머(COP), 액정 폴리머(LCP) 등과 같은 유연성 수지를 포함할 수 있다. 코어층(210)은 회로 기판(200)에 포함되는 내부 절연층을 포함할 수 있다.
신호 배선들(220)은 예를 들면, 급전 선로로 제공될 수 있다. 신호 배선들(220)은 코어층(210)의 일 면(예를 들면, 안테나 패턴(120)과 마주보는 표면) 상에 배열될 수 있다.
예를 들면, 연성 인쇄 회로 기판(200)은 코어층(210)의 상기 일 면 상에 형성되며, 상기 신호 배선들을 덮는 커버레이 필름을 더 포함할 수 있다.
신호 배선들(220)은 안테나 패턴들(120)의 신호 패드들(126)과 연결 또는 본딩될 수 있다. 예를 들면, 연성 인쇄 회로 기판(200)의 상기 커버레이 필름을 일부 제거하여 신호 배선들(220)의 일단부를 노출시킬 수 있다. 노출된 신호 배선들(220)의 상기 일단부를 신호 패드(126) 상에 접합시킬 수 있다.
예를 들면, 이방성 도전 필름(ACF)과 같은 도전성 접합 구조물을 신호 패드들(126) 상에 부착시킨 후 신호 배선들(220) 상기 일단부들이 위치한 연성 인쇄 회로 기판(200)의 본딩 영역(BR)을 상기 도전성 접합 구조물 상에 배치시킬 수 있다. 이후, 열 처리/가압 공정을 통해 연성 인쇄 회로 기판(200)의 본딩 영역(BR)을 안테나 소자(100)에 부착시킬 수 있으며, 신호 배선들(220)을 각 신호 패드(126)에 전기적으로 연결시킬 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 신호 배선들(220)은 각각 독립적으로 안테나 패턴들(120)의 신호 패드들(126) 각각과 연결 또는 본딩될 수 있다. 이 경우, 안테나 구동 집적 회로(IC) 칩(290)으로부터 각 안테나 패턴(120)으로 독립적으로 급전 및 제어 신호가 공급될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 신호 배선(220)을 통해 소정의 개수의 안테나 패턴들(120)이 커플링될 수도 있다.
일부 실시예들에 있어서, 신호 배선(220)은 상술한 구리-칼슘 합금을 포함할 수 있다. 이 경우, 신호 배선(220)의 전도율이 지나치게 낮아지는 것을 방지하면서, 신호 배선(220)의 산화를 억제할 수 있다. 이에 따라, 신호 배선(220)을 통해 전달되는 신호의 손실을 방지하면서도 고 신뢰성의 신호 배선(220)을 구현할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 연성 인쇄 회로 기판(200) 상에 중개 회로 기판(280)이 배치되고, 중개 회로 기판(280) 상에 안테나 구동 IC 칩(290)이 예를 들면, 표면 실장 기술(SMT)을 통해 실장될 수 있다.
본 출원에 사용되는 용어 "중개 회로 기판"은 연성 인쇄 회로 기판(200) 및 안테나 구동 IC 칩(290) 사이에 위치하는 회로 구조 또는 회로 기판을 포괄적으로 지칭할 수 있다.
예를 들면, 중개 회로 기판(280)은 화상 표시 장치의 메인 보드, 리지드(rigid) 인쇄 회로 기판 및 각종 안테나 패키지 기판 등을 포괄할 수 있다.
중개 회로 기판(280)이 리지드 인쇄 회로 기판인 경우, 예를 들면 중개 회로 기판(280)은 연성 인쇄 회로 기판(200)보다 높은 강도 혹은 낮은 연성을 가질 수 있다. 이에 따라, 안테나 구동 IC 칩(290)의 실장 안정성을 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 중개 회로 기판(280)이 리지드 인쇄 회로 기판인 경우, 프리프레그(prepreg)와 같이 유리 섬유와 같은 무기 물질이 함침된 수지(예를 들면, 에폭시 수지)층을 베이스 절연층 혹은 코어층으로 포함하며, 상기 베이스 절연층 표면 및 내부에 분포하는 신호 배선들을 포함할 수 있다.
안테나 구동 IC 칩(290)으로부터 신호 배선(220)을 통해 안테나 패턴(120)으로 급전 및 구동 신호가 인가될 수 있다. 예를 들면, 연성 인쇄 회로 기판(200) 내에는 안테나 구동 IC 칩(290)과 신호 배선(220)을 전기적으로 연결시키는 회로 또는 콘택을 더 포함할 수 있다.
도 4 및 도 5는 각각 예시적인 실시예들에 따른 화상 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도 및 평면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 화상 표시 장치(300)는 예를 들면, 스마트 폰 형태로 구현될 수 있으며, 도 5는 화상 표시 장치(300)의 전면부 또는 윈도우 면을 도시하고 있다. 화상 표시 장치(300)의 전면부는 표시 영역(310) 및 주변 영역(320)을 포함할 수 있다. 주변 영역(320)은 예를 들면, 화상 표시 장치의 차광부 또는 베젤부에 해당될 수 있다
상술한 안테나 패키지에 포함된 안테나 소자(100)는 화상 표시 장치(300)의 전면부를 향해 배치될 수 있으며, 예를 들면 디스플레이 패널(305) 상에 배치될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 방사 패턴들(122)은 표시 영역(310)과 적어도 부분적으로 중첩될 수도 있다.
이 경우, 방사 패턴(122)은 메쉬-패턴 구조를 포함할 수 있으며, 방사 패턴(122)에 의한 투과율 저하를 방지할 수 있다. 안테나 패턴(120)에 포함된 패드들(126, 128)은 속이 찬 금속 패턴으로 형성되며, 이미지 품질 저하 방지를 위해 주변 영역(320)에 배치될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 연성 인쇄 회로 기판(200)은 예를 들면, 디스플레이 패널(305)의 측면 굴곡 프로파일을 따라 굴곡되어 화상 표시 장치(300)의 배면부에 배치되며 안테나 구동 IC 칩(290)이 실장된 중개 회로 기판(280)(예를 들면, 메인 보드)을 향해 연장할 수 있다.
연성 인쇄 회로 기판(200) 및 중개 회로 기판(280)은 본딩되거나 커넥터를 통해 상호 연결되어, 안테나 구동 IC 칩(290)에 의한 안테나 소자(100)로의 급전 및 안테나 구동 제어가 구현될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 구체적인 실시예들 및 비교예들을 포함하는 실험예를 제시하나, 이는 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.
실시예 1
120℃, 17kW 조건에서 스퍼터링(sputtering) 방식으로 200nm 두께의 구리-칼슘(CuCa) 합금 기판을 제조하였다. 구체적으로, 칼슘 함량이 구리 중량의 0.02중량%가 되도록 칼슘을 첨가한 뒤 상기 스퍼터링을 실시하여 구리-칼슘 합금 기판을 제조하였다. 그 후, 상기 구리-칼슘 합금 기판에서 포토리소그래피 공정을 통해 안테나 패턴을 제조하였다.
실시예 2 내지 4
칼슘 함량이 하기 표 1에 기재된 것과 같도록 칼슘을 첨가한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 안테나 패턴을 제조하였다.
실시예 5
100℃에서 스퍼터링을 실시한 것을 제외하고, 실시예 2와 동일한 방법으로 안테나 패턴을 제조하였다.
비교예 1
120℃, 17kW 조건에서 스퍼터링(sputtering) 방식으로 200nm 두께의 APC(은(Ag)-팔라듐(Pd)-구리(Cu)) 합금 기판을 제조하였다. 구체적으로, 은 99중량%, 팔라듐 0.3중량% 및 구리 0.7중량%를 혼합한 후 상기 스퍼터링을 실시하여 APC 합금 기판을 제조하였다. 그 후, 상기 APC 합금 기판에서 포토리소그래피 공정으로 안테나 패턴을 제조하였다.
비교예 2
120℃, 17kW 조건에서 스퍼터링(sputtering) 방식으로 200nm 두께의 구리(Cu) 기판을 제조하였다. 구체적으로, 순수한 구리를 준비하고 상기 스퍼터링을 실시하여 구리 기판을 제조하였다. 그 후, 상기 구리 기판에서 포토리소그래피 공정으로 안테나 패턴을 제조하였다.
비교예 3 및 4
칼슘 함량이 하기 표 1에 기재된 것과 같도록 칼슘을 첨가한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 안테나 패턴을 제조하였다.
실험예
(1) 결정립 크기 측정
상술한 실시예 및 비교예들에 따라 제조된 안테나 패턴을 정사각형 형태(1cm*1cm)로 제조하여 샘플을 준비하였다. 샘플을 주사전자현미경(SEM) 챔버에 배치시키고 SEM으로 초점을 조절하였다. 후방산란회절분석기(Electron Backscattle Diffraction Pattern System TSL Hikari Super, EDAX 사 제조)를 사용하여 SEM 전자 빔 주사 시 샘플 표면에서 발생한 패턴을 인식, 분석하여 결정립 크기를 측정하였다.
(2) 도전율 측정
상술한 실시예 및 비교예들에 따라 제조된 안테나 패턴을 홀 효과 측정기(Hall Effect Measurement System HMS-5300, Ecopia 사 제조)를 사용하여 도전율을 측정하였다. 구체적으로, 안테나 패턴을 정사각형 형태(1cm*1cm)로 제조하여, 장비 내 스테이지에 배치하고 프로브를 접지하여 도전율을 측정하였다.
(3) S 파라미터(S11) 평가
상술한 실시예 및 비교예들에 따라 제조된 안테나 패턴을 S 파라미터 측정 장치(Vector Network Analyzer MS46522B, Anritsu 사 제조)를 사용하여 S 파라미터(S11)를 측정하였다. 구체적으로, 상기 장치는 프로브 접촉(probe contact) 방식이며 안테나 패턴에 대한 전류의 입·출력 변화를 측정하여 S 파라미터(S11)를 측정하였다.
(4) 산화성(신뢰성) 평가
상술한 실시예 및 비교예들에 따라 제조된 안테나 패턴을 60℃/93%습도 조건에서 24시간동안 방치한 후, 초기 S 파라미터(S11) 값 대비 방치 후 S 파라미터(S11) 값의 변화율을 측정하여 산화 정도를 판단하였다.
○: 안테나 패턴의 극히 일부분만 산화되거나 산화되지 않음(S 파라미터 변화율이 0 내지 10%)
△: 안테나 패턴의 일부분이 산화됨(S 파라미터 변화율이 10% 초과)
Ｘ: 안테나 패턴이 전체적으로 산화됨(S 파라미터 변화율 측정 불가)
상술한 실시예 및 비교예들의 물성 및 실험예의 측정 및 평가 결과는 하기 표 1 및 표 2에 나타낸다.
| 구분 | 구리 중량 대비 칼슘 함량(중량%) | 결정립 크기(nm) | 도전율(S/m) |
| 실시예 1 | 0.02 | 232 | 2.8x107 |
| 실시예 2 | 0.01 | 570 | 3.8x107 |
| 실시예 3 | 0.035 | 192 | 1.6x107 |
| 실시예 4 | 0.008 | 650 | 5.0x107 |
| 실시예 5 | 0.01 | 540 | 3.5x107 |
| 비교예 1 | - | 85 | 1.5x107 |
| 비교예 2 | - | 800 | 5.8x107 |
| 비교예 3 | 0.004 | 720 | 5.3x107 |
| 비교예 4 | 0.05 | 120 | 2.7x107 |
| 구분 | S 파라미터(S11)(dB) | 산화성 |
| 실시예 1 | -44 | ○ |
| 실시예 2 | -46 | △ |
| 실시예 3 | -41 | ○ |
| 실시예 4 | -46 | △ |
| 실시예 5 | -44 | ○ |
| 비교예 1 | -26 | ○ |
| 비교예 2 | -48 | Ｘ |
| 비교예 3 | -47 | Ｘ |
| 비교예 4 | -37 | ○ |
위 표 1 및 표 2를 참고하면, 구리-칼슘 합금에 칼슘 함량이 구리 중량 대비 0.006 내지 0.04중량% 함유된 실시예들은 비교예들에 비하여 전체적으로 우수한 방사 성능(예를 들면, 낮은 S 파라미터)을 유지하면서도 산화성이 낮아 높은 신뢰도를 갖는 안테나 패턴이 구현되었다.
다만, 실시예 2는 칼슘 함량이 상대적으로 낮아 결정립 크기가 550nm를 초과하고, 이에 따라 결정립 크기가 200 내지 550nm를 만족하는 실시예 1에 비하여 상대적으로 높은 산화성을 나타냈다.
또한, 실시예 3은 칼슘 함량이 상대적으로 높아 결정립 크기가 192nm 미만이고, 이에 따라 결정립 크기가 200 내지 550nm를 만족하는 실시예 1에 비하여 상대적으로 높은 S 파라미터 값을 나타냈다.
더하여, 실시예 4는 칼슘 함량이 상대적으로 낮아 결정립 크기가 크며 도전율이 4.8x107 S/m를 초과하고, 이에 따라 도전율이 1.80x107 내지 4.80x107 S/m를 만족하는 실시예 1보다 상대적으로 높은 산화성을 나타냈다.
실시예 5는 실시예 2와 동일한 함량의 칼슘이 포함되나, 결정립 크기가 200 내지 550nm를 만족하였고, 이에 따라 실시예 5에 비하여 상대적으로 낮은 산화성을 나타냈다.
비교예 1은 APC 합금으로 형성된 안테나 패턴이며 실시예들에 비해 전기 저항이 높아 높은 S 파라미터 값을 나타냈다. 칼슘 함량이 0.04중량%를 초과한 비교예 4도 실시예들에 비해 전기 저항이 증가하여 높은 S 파라미터 값을 나타냈다.
비교예 2는 구리로 형성된 안테나 패턴이며 실시예들에 비해 산화성이 지나치게 높아 쉽게 산화되었다. 칼슘 함량이 0.006중량% 미만인 비교예 3도 실시예들에 비해 산화성이 지나치게 높아 쉽게 산화되었다.
100: 안테나 소자
110: 유전층
120: 안테나 패턴 122: 방사 패턴
124: 전송 선로 126: 신호 패드
128: 그라운드 패드 200: 연성 인쇄 회로 기판
210: 코어층 220: 신호 배선
280: 중개 회로 기판 290: 안테나 구동 IC 칩
300: 화상 표시 장치 305: 디스플레이 패널
310: 표시 영역 320: 주변 영역
120: 안테나 패턴 122: 방사 패턴
124: 전송 선로 126: 신호 패드
128: 그라운드 패드 200: 연성 인쇄 회로 기판
210: 코어층 220: 신호 배선
280: 중개 회로 기판 290: 안테나 구동 IC 칩
300: 화상 표시 장치 305: 디스플레이 패널
310: 표시 영역 320: 주변 영역
Claims (11)
- 유전층; 및
상기 유전층 상에 배치되고, 구리-칼슘(CuCa) 합금을 포함하며 상기 구리-칼슘 합금에 포함된 칼슘의 함량은 구리 중량의 0.006 내지 0.04중량%인 안테나 패턴을 포함하는, 안테나 소자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 구리-칼슘 합금은 구리-칼슘 합금 입자를 포함하고, 상기 구리-칼슘 합금 입자의 결정립 크기는 200 내지 550nm인, 안테나 소자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 구리-칼슘 합금의 도전율은 1.80x107 내지 4.80x107 S/m인, 안테나 소자.
- 청구항 3에 있어서, 상기 도전율에 따른 상기 안테나 패턴의 안테나 게인(gain)은 0 내지 5dB인, 안테나 소자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 안테나 패턴은 20 내지 40GHz의 공진 주파수 범위에서 측정된 S 파라미터(S11)가 -27dB 미만인 구간을 포함하는, 안테나 소자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 안테나 패턴은 방사 패턴, 상기 방사 패턴으로부터 연장되는 전송 선로 및 상기 전송 선로의 말단부에 연결된 신호 패드를 포함하는, 안테나 소자.
- 청구항 6에 있어서, 상기 방사 패턴, 상기 전송 선로 및 상기 신호 패드는 상기 구리-칼슘 합금을 포함하는, 안테나 소자.
- 청구항 7에 있어서, 상기 방사 패턴, 상기 전송 선로 및 상기 신호 패드는 상기 유전층 상에서 동일 레벨에 배치되며 실질적으로 단일 공정을 통해 형성된, 안테나 소자.
- 청구항 6에 있어서, 상기 방사 패턴 및 상기 전송 선로는 메쉬 구조를 포함하는, 안테나 소자.
- 디스플레이 패널;
상기 디스플레이 패널 상에 배치된 청구항 1의 안테나 소자를 포함하는, 화상 표시 장치.
- 청구항 10에 있어서,
상기 안테나 소자와 전기적으로 연결되며, 상기 안테나 소자의 신호 패드와 전기적으로 연결된 신호 배선을 포함하는 연성 인쇄 회로 기판을 더 포함하고,
상기 신호 배선은 구리-칼슘 합금을 포함하는, 화상 표시 장치.
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2021
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