TWI750005B

TWI750005B - 天線裝置

Info

Publication number: TWI750005B
Application number: TW110101699A
Authority: TW
Inventors: 廖宜揚; 郭家瑋
Original assignee: 友達光電股份有限公司
Priority date: 2021-01-15
Filing date: 2021-01-15
Publication date: 2021-12-11
Also published as: CN113782958A; CN113782958B; TW202230881A

Abstract

一種天線裝置，包括第一基板、第二基板、第一電極、第二電極以及液晶層。第一基板具有凹槽，且凹槽具有第一側壁及與第一側壁相對的第二側壁。第二基板重疊第一基板。第一電極位於第一側壁上，第二電極位於第二側壁上。液晶層位於第一基板與第二基板之間。

Description

天線裝置

本發明是有關於一種天線裝置，且特別是有關於一種液晶天線裝置。

隨著通訊技術的不斷發展，天線已經逐漸朝向小型化、寬頻帶、多波段以及高增益的技術方向發展，其中液晶天線因具有成本低、維護容易、以及信賴度高等優勢，對於先進的通訊技術，例如5G及車載衛星通訊等技術的發展極具潛力。

在現有的液晶天線中，通過在液晶層兩側的電極施加電壓來驅動液晶層中的液晶分子偏轉，從而改變液晶層的有效介電常數以及電容。然而，當外界環境的溫度變化時，液晶層的熱脹冷縮會影響液晶層兩側電極的間距，導致液晶層的電容在非受控的情況下發生變化。

本發明提供一種天線裝置，具有穩定的電極間距。

本發明的一個實施例提出一種天線裝置，包括：第一基板，具有凹槽，且凹槽具有第一側壁及與第一側壁相對的第二側壁；第二基板，重疊第一基板；第一電極，位於第一側壁上；第二電極，位於第二側壁上；以及液晶層，位於第一基板與第二基板之間。

在本發明的一實施例中，上述的液晶層位於第一電極與第二電極之間。

在本發明的一實施例中，上述的第一電極與第二電極凸出於凹槽之外。

在本發明的一實施例中，上述的第一電極與第二電極的高度不同。

在本發明的一實施例中，上述的第一電極的圖案平行於第二電極的圖案。

在本發明的一實施例中，上述的第一電極的圖案圍繞第二電極的圖案。

在本發明的一實施例中，上述的第一電極與第二電極的間距固定。

在本發明的一實施例中，上述的第一電極與第二電極的間距介於1 μm與900 μm之間。

在本發明的一實施例中，上述的凹槽凹入第一基板的上表面。

在本發明的一實施例中，上述的天線裝置還包括墊高層，墊高層位於第一電極與第一基板之間以及第二電極與第一基板之間。

在本發明的一實施例中，上述的第一基板包括絕緣層，且凹槽凹入絕緣層的上表面。

在本發明的一實施例中，上述的第一基板具有第一通孔，且第一電極貫穿第一通孔。

在本發明的一實施例中，上述的第一基板還具有第二通孔，且第二電極貫穿第二通孔。

在本發明的一實施例中，上述的天線裝置還包括天線，位於第二基板上，其中第二基板位於天線與第一基板之間。

在本發明的一實施例中，上述的天線裝置還包括間隙物，其中間隙物位於第一基板與第二基板之間。

在本發明的一實施例中，上述的凹槽的深度大於間隙物的高度。

在本發明的一實施例中，上述的天線裝置還包括多個間隙物，其中間隙物位於第一電極與第二基板之間。

在本發明的一實施例中，上述的間隙物還位於第二電極與第二基板之間。

在本發明的一實施例中，上述的第一基板為玻璃基板或塑膠基板。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1A是依照本發明一實施例的天線裝置10的立體圖。圖1B是沿圖1A的剖面線A-A’所作的剖面示意圖。為了使圖式的表達較為簡潔，圖1A省略了圖1B中的液晶層140、框膠150以及間隙物PS。以下，請同時參照圖1A至圖1B，以清楚地理解天線裝置10的整體結構。

天線裝置10包括：第一基板100、第二基板200、第一電極120、第二電極130以及液晶層140。第一基板100具有凹槽110，且凹槽110具有第一側壁S1及與第一側壁S1相對的第二側壁S2。第二基板200重疊第一基板100。第一電極120位於第一側壁S1上。第二電極130位於第二側壁S2上。液晶層140位於第一基板100與第二基板200之間。

在本實施例中，藉由將第一電極120以及第二電極130分別設置於凹槽110的兩相對側壁上，第一電極120與第二電極130之間的間距w1不會因液晶層140的熱脹冷縮而產生變化，而能夠使天線裝置10保持穩定。

以下，配合圖1A與圖1B，繼續說明天線裝置10的各個元件與膜層的實施方式，但本發明不以此為限。

在本實施例中，第一基板100可為介電損耗較低的絕緣基板，例如玻璃基板或塑膠基板等等。在一些實施例中，第一基板100可為可撓式基板，且第一基板100包括透明、半透明或不透明的材料，但本發明不以此為限。

第一基板100上形成有凹槽110。在本實施例中，凹槽110可以凹入第一基板100的上表面101，且凹槽110具有相對的第一側壁S1與第二側壁S2、以及底面BS，其中底面BS連接第一側壁S1與第二側壁S2，且第一側壁S1與第二側壁S2大致垂直於上表面101或底面BS，但本發明不以此為限。

凹槽110的整體圖案可以視需要進行設計，例如，凹槽110的整體圖案可以配合第一電極120以及第二電極130的圖案進行設計。在本實施例中，凹槽110的整體圖案例如大致為蛇形，且第一側壁S1與第二側壁S2之間的間距較佳保持固定。

第二基板200位於第一基板100的一側而重疊第一基板100。舉例而言，在本實施例中，第一基板100位於第二基板200上，使得第一基板100的上表面101位於第一基板100與第二基板200之間。第二基板200可以包括透明、半透明或不透明的材料。在本實施例中，第二基板200的材質可包括玻璃或是陶瓷等介電損耗較低的材料。

第一電極120以及第二電極130分別沿著凹槽110的第一側壁S1以及第二側壁S2延伸，且第一電極120以及第二電極130之間的間距w1可以變化或保持固定。第一電極120的圖案與第二電極130的圖案例如可以是蛇形或螺旋形，且可以視需要進行調整。舉例而言，請參照圖1A，在本實施例中，第一電極120與第二電極130的圖案為相互平行的蛇形，且第一電極120以及第二電極130分別沿著凹槽110的第一側壁S1以及第二側壁S2延伸至天線裝置10的外部。在一些實施例中，第一電極120與第二電極130之間的間距w1可以介於1 μm與900 μm之間，例如50 μm、100 μm、300 μm或500 μm，但本發明不以此為限。

在本實施例中，第一電極120以及第二電極130可藉由電鍍的方式形成，但本發明不以此為限。舉例而言，在本實施例中，可以先在凹槽110的第一側壁S1、第二側壁S2以及底面BS上形成一層薄的種晶層（seed layer）。接著，於種晶層上形成光阻層，且光阻層僅重疊底面BS的中心區CE，中心區CE是底面BS上不欲形成第一電極120以及第二電極130之處。接著，於種晶層上進行電鍍製程，而形成第一電極120以及第二電極130，且第一電極120位於第一側壁S1的表面上，第二電極130位於第二側壁S2的表面上。接著，移除光阻層，而暴露出光阻層下方的種晶層。之後，再移除暴露出的種晶層，即可完成第一電極120以及第二電極的製作。

在電鍍製程中，種晶層可作為電極，以利於電鍍溶液中的金屬附著到種晶層，且使金屬進行沉積，進而形成第一電極120以及第二電極130。種晶層的材質可以是鎳鈀(Ni-Pd)，但本發明不限於此。種晶層例如可以具有1,000Å至3,000Å的厚度，較佳為2,000Å。第一電極120以及第二電極130的材質可以是任何具高導電性與磁導率的金屬材料，例如銅、鋁、金、銀、鉻、鉬或其合金等，但本發明不限於此。

在本實施例中，液晶層140位於凹槽110中，且位於第一電極120與第二電極130之間。如此一來，第一基板100與第二基板200之間不需注滿液晶，而可節省液晶的使用量。第一電極120例如可用於傳輸電磁波訊號，而第二電極130例如可作為接地電極。通過在第一電極120與第二電極130之間施加電壓，可以改變液晶層140的有效介電常數，從而改變電磁波訊號的相位。

天線裝置10還可以包括第一配向層P1以及第二配向層P2，且第一配向層P1位於液晶層140與第一基板100之間，第二配向層P2位於液晶層140與第二基板200之間。在本實施例中，第一配向層P1可位於凹槽110的底面BS的中心區CE上以及第一基板100的上表面101上。第一配向層P1以及第二配向層P2可對液晶層140的液晶分子的初始偏轉角度進行限定。第一配向層P1以及第二配向層P2的材質例如是聚醯亞胺，但本發明不限於此。

當第一電極120與第二電極130之間未施加電場時，液晶層140的液晶分子在第一配向層P1以及第二配向層P2的作用下沿預設的方向排列。當第一電極120與第二電極130之間施加電場時，電場會驅動液晶層140中的液晶分子偏轉。在電磁波訊號的傳輸過程中，電磁波訊號會因液晶分子的偏轉而改變相位。因此，藉由控制施加於第一電極120與第二電極130之間的電壓，可以控制液晶層140中液晶分子的偏轉角度，進而調整電磁波訊號的相位。

天線裝置10還可以包括間隙物PS。間隙物PS可以位於第一基板100與第二基板200之間，用於保持第一基板100與第二基板200之間的間距。在本實施例中，間隙物PS位於第一配向層P1與第二配向層P2之間。間隙物PS的數量與形狀並無特別限制，可以視需要進行調整。舉例而言，在本實施例中，間隙物PS的數量可以為一個或多個，且間隙物PS的形狀（例如在第一基板100上的正投影的形狀）可以近似圓形。此外，間隙物PS的設置位置也可以在第一電極120或第二電極130與第二基板200之間，可以視實際需求進行調整。

具體而言，在本實施例中，第一電極120與第二電極130凸出於凹槽110之外，且第一電極120與第二電極130位於凹槽110的底面BS與第二配向層P2之間。第一電極120具有高度h1，第二電極130具有高度h2，且高度h1等於高度h2。間隙物PS位於凹槽110之外，且位於第一基板100的上表面101上的第一配向層P1與第二配向層P2之間。

在本實施例中，凹槽110可以具有深度d1，間隙物PS可以具有高度h3，且凹槽110的深度d1大於間隙物PS的高度h3，凹槽110的深度d1小於第一電極120的高度h1或第二電極130的高度h2。利用凸出於凹槽110之外的第一電極120與第二電極130以及間隙物PS，第一基板100與第二基板200之間可以具有間距g1。

天線裝置10還可以包括框膠150，框膠150位於第一基板100與第二基板200之間且位於第一基板100與第二基板200的邊緣處。框膠150可密封第一基板100與第二基板200的周緣，以避免液晶層140的液晶分子流出。

圖2是依照本發明一實施例的天線裝置20的立體圖。與圖1A至圖1B所示的天線裝置10的結構相比，如圖2所示的天線裝置20的結構的不同之處在於：天線裝置20包括多個間隙物PS，間隙物PS位於第一電極120與第二基板200之間，且第一電極120的高度h1與第二電極130的高度h2不同。

在本實施例中，第一電極120的高度h1大於第二電極130的高度h2。另外，間隙物PS位於第一電極120與第二配向層P2之間。由於第二電極130的高度h2小於第一電極120的高度h1，當受熱膨脹時，液晶層140中的液晶分子可從第二電極130上方流出至第一基板100的上表面101上方。因此，第一電極120與第二電極130之間的間距w1不會因液晶層140的熱脹冷縮而產生變化，而能夠使天線裝置20保持穩定。

圖3是依照本發明一實施例的天線裝置30的立體圖。與圖1A至圖1B所示的天線裝置10的結構相比，如圖3所示的天線裝置30的結構的不同之處在於：天線裝置30包括多個間隙物PS，間隙物PS位於第二電極130與第二基板200之間，且第一電極120的高度h1與第二電極130的高度h2不同。

在本實施例中，第二電極130的高度h2大於第一電極120的高度h1。另外，間隙物PS位於第二電極130與第二配向層P2之間。由於第一電極120的高度h1小於第二電極130的高度h2，當受熱膨脹時，液晶層140中的液晶分子可從第一電極120上方流出至第一基板100的上表面101上方。因此，第一電極120與第二電極130之間的間距w1不會因液晶層140的熱脹冷縮而產生變化，而能夠使天線裝置30保持穩定。

圖4是依照本發明一實施例的天線裝置40的立體圖。與圖1A至圖1B所示的天線裝置10的結構相比，如圖4所示的天線裝置40的結構的不同之處在於：天線裝置40包括多個間隙物PS，且間隙物PS位於第一電極120與第二基板200之間以及第二電極130與第二基板200之間。

在本實施例中，間隙物PS位於第一電極120與第二配向層P2之間以及第二電極130與第二配向層P2之間，第一電極120與第二電極130上的間隙物PS之間可提供液晶層140中的液晶分子受熱膨脹的空間。因此，第一電極120與第二電極130之間的間距w1不會因液晶層140的熱脹冷縮而產生變化，而能夠使天線裝置40保持穩定。

圖5是依照本發明一實施例的天線裝置50的立體圖。與圖1A至圖1B所示的天線裝置10的結構相比，如圖5所示的天線裝置50的結構的不同之處在於：第一基板100還包括絕緣層160，且凹槽110凹入絕緣層160的上表面161。

在本實施例中，絕緣層160上形成有凹槽110，而且第一配向層P1位於凹槽110的底面BS上以及絕緣層160的上表面161上。另外，第二配向層P2位於第一配向層P1與第二基板200之間。在凹槽110中，液晶層140位於第一配向層P1與第二配向層P2之間。另外，間隙物PS以及框膠150位於絕緣層160的上表面161上的第一配向層P1與第二配向層P2之間。藉由將第一電極120以及第二電極130分別設置於凹槽110的第一側壁S1與第二側壁S2上，第一電極120與第二電極130之間的間距w1不會因液晶層140的熱脹冷縮而產生變化，因此能夠使天線裝置50保持穩定。

絕緣層160的厚度會影響天線裝置50的整體厚度，因此，絕緣層160的厚度可視實際需求進行調整。絕緣層160的材質例如包括氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、有機絕緣材料、或是上述至少二者之堆疊層，但本發明不以此為限。

圖6A是依照本發明一實施例的天線裝置60的立體圖。圖6B是沿圖6A的剖面線B-B’所作的剖面示意圖。圖6C是沿圖6A的剖面線C-C’所作的剖面示意圖。與圖1A至圖1B所示的天線裝置10的結構相比，如圖6A至圖6C所示的天線裝置60的結構的不同之處在於：凹槽110的整體圖案大致為一個矩形迴圈，而且第一電極120的圖案圍繞第二電極130的圖案。另外，第一基板100具有第一通孔V1以及第二通孔V2，第一電極120以及第二電極130分別貫穿第一通孔V1以及第二通孔V2而延伸至天線裝置60的外部。

在本實施例中，第一電極120的圖案與凹槽110的圖案大致相同，皆呈一個矩形迴圈，而第二電極130的圖案為矩形，且第二電極130的圖案可被第一電極120的圖案包圍，如圖6A所示。因此，第一電極120的圖案可呈現為圍繞第二電極130的圖案。在一些實施例中，第一電極120與凹槽110的圖案可以是圓形迴圈，且第二電極130的圖案為圓形而可被第一電極120包圍。

在本實施例中，第一電極120從凹槽110內延伸至部分的上表面101上，再貫穿第一通孔V1而延伸至第一基板100的下表面102，第二電極130從凹槽110內延伸至部分的上表面101上，再貫穿第二通孔V2而延伸至第一基板100的下表面102。藉由使第一電極120以及第二電極130分別通過第一通孔V1以及第二通孔V2延伸至天線裝置60的外部，可減小第一電極120以及第二電極130的布局面積。在一些實施例中，第一基板100也可以不設置第一通孔V1以及第二通孔V2，而且第一電極120以及第二電極130可以如圖1A所示延伸至天線裝置10的外部。

請參照圖6A至圖6C，在本實施例中，第二電極130與第一電極120之間的間距w2、間距w3、間距w4以及間距w5彼此相等，也就是說，第一電極120與第二電極130的間距固定，而且，第一電極120與第二電極130之間的間距不會因液晶層140的熱脹冷縮而發生變化，而能夠使天線裝置60保持穩定。

圖7A是依照本發明一實施例的天線裝置70的立體圖。圖7B是沿圖7A的剖面線D-D’所作的剖面示意圖。與圖4所示的天線裝置40的結構相比，如圖7A至圖7B所示的天線裝置70的結構的不同之處在於：天線裝置70還包括墊高層170，且墊高層170位於第一電極120與第一基板100之間以及第二電極130與第一基板100之間。

墊高層170的厚度會影響天線裝置70的厚度，因此，墊高層170的厚度可視實際需求進行調整。墊高層170的材質例如包括氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、有機絕緣材料等等，但本發明不以此為限。

在本實施例中，利用墊高層170來局部墊高第一電極120以及第二電極130，能夠在凹槽110的底面BS的面積相同之下增加第一電極120以及第二電極130的延伸長度。換言之，藉由墊高層170的設置，可以在縮小的凹槽110的底面BS的面積上形成長度相同的第一電極120以及第二電極130，因此，可以採用此種方式來減小第一基板100的面積，從而縮小天線裝置70的體積。同時，第一電極120與第二電極130之間的間距w1也不會因液晶層140的熱脹冷縮而產生變化，而能夠使天線裝置70保持穩定。

圖8A是依照本發明一實施例的天線裝置80的立體圖。圖8B是沿圖8A的剖面線E-E’所作的剖面示意圖。與圖6A至圖6C所示的天線裝置60的結構相比，如圖8A至圖8B所示的天線裝置80的結構的不同之處在於：第一電極120以及第二電極130沿著凹槽110延伸至天線裝置80的外部，而第一基板100未設置通孔。

在一些實施例中，天線裝置80的第一電極120、第二電極130以及間隙物PS的設置方式也可以類似於圖1A至圖1B、圖2、圖3、圖4、圖5或圖7A至圖7B所示。

天線裝置80還可以包括天線210，天線210位於第二基板200上，使得第二基板200位於天線210與第一基板100之間。在本實施例中，天線210與第一電極120上的訊號可以進行耦合，以實現天線裝置80收發訊號的功能。

圖9是依照本發明一實施例的天線模組1的示意圖。天線模組1包括載板CA、多個天線裝置80、輸入線IP以及接地線GD，其中天線裝置80、輸入線IP以及接地線GD設置於載板CA上，且每一天線裝置80皆連接輸入線IP以及接地線GD。

天線裝置80可呈二維陣列排列於載板CA上。舉例而言，在本實施例中，天線裝置80排列成4x4的二維陣列。在其他實施例中，天線裝置80也可排列成8x8的二維陣列。

請同時參照圖8以及圖9，在本實施例中，輸入線IP電性連接天線裝置80的第一電極120，且接地線GD電性連接天線裝置80的第二電極130，但本發明不以此為限。在其他實施例中，輸入線IP可以電性連接第二電極130，而接地線GD可以電性連接第一電極120。

在本實施例中，將電容不同的各個天線裝置80設置成二維陣列而組裝成天線模組1，從天線210接收或發射的電磁波訊號被賦予與各天線裝置80的電容相應的相位差，因此，天線模組1可在特定方向具有強指向性，從而實現天線210接收或發射的電磁波訊號與施加於第一電極120與第二電極130之間的電壓訊號之間的相互轉換。

綜上所述，本發明實施例的天線裝置中，藉由將第一電極以及第二電極設置於凹槽中，能夠使第一電極與第二電極之間的間距保持穩定，而不會受液晶層的熱脹冷縮影響，因此，能夠防止液晶電容在非受控的情況下發生變化，從而使天線裝置保持穩定。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

1:天線模組 10、20、30、40、50、60、70、80:天線裝置 100:第一基板 101:上表面 102:下表面 110:凹槽 120:第一電極 130:第二電極 140:液晶層 150:框膠 160:絕緣層 161:上表面 170:墊高層 200:第二基板 210:天線 A-A’、B-B’、C-C’、D-D’、E-E’:剖面線 BS:底面 CA:載板 CE:中心區 d1:深度 g1:間距 GD:接地線 h1、h2、h3:高度 IP:輸入線 P1:第一配向層 P2:第二配向層 PS:間隙物 S1:第一側壁 S2:第二側壁 V1:第一通孔 V2:第二通孔 w1、w2、w3、w4、w5:間距

圖1A是依照本發明一實施例的天線裝置10的立體圖。圖1B是沿圖1A的剖面線A-A’所作的剖面示意圖。圖2是依照本發明一實施例的天線裝置20的立體圖。圖3是依照本發明一實施例的天線裝置30的立體圖。圖4是依照本發明一實施例的天線裝置40的立體圖。圖5是依照本發明一實施例的天線裝置50的立體圖。圖6A是依照本發明一實施例的天線裝置60的立體圖。圖6B是沿圖6A的剖面線B-B’所作的剖面示意圖。圖6C是沿圖6A的剖面線C-C’所作的剖面示意圖。圖7A是依照本發明一實施例的天線裝置70的立體圖。圖7B是沿圖7A的剖面線D-D’所作的剖面示意圖。圖8A是依照本發明一實施例的天線裝置80的立體圖。圖8B是沿圖8A的剖面線E-E’所作的剖面示意圖。圖9是依照本發明一實施例的天線模組1的示意圖。

10:天線裝置

100:第一基板

101:上表面

110:凹槽

120:第一電極

130:第二電極

140:液晶層

150:框膠

200:第二基板

A-A’:剖面線

BS:底面

CE:中心區

d1:深度

g1:間距

h1、h2、h3:高度

P1:第一配向層

P2:第二配向層

PS:間隙物

S1:第一側壁

S2:第二側壁

w1:間距

Claims

一種天線裝置，包括：一第一基板，具有一凹槽，且該凹槽內具有一第一側壁及與該第一側壁相對的一第二側壁；一第二基板，重疊該第一基板；一第一電極，位於該第一側壁的與該第二側壁相對的表面上；一第二電極，位於該第二側壁的與該第一側壁相對的表面上；以及一液晶層，位於該第一基板與該第二基板之間。
如請求項1所述的天線裝置，其中該液晶層位於該第一電極與該第二電極之間。
如請求項1所述的天線裝置，其中該第一電極與該第二電極凸出於該凹槽之外。
如請求項3所述的天線裝置，其中該第一電極與該第二電極的高度不同。
如請求項1所述的天線裝置，其中該第一電極的圖案平行於該第二電極的圖案。
如請求項1所述的天線裝置，其中該第一電極的圖案圍繞該第二電極的圖案。
如請求項1所述的天線裝置，其中該第一電極與該第二電極的間距固定。
如請求項7所述的天線裝置，其中該第一電極與該第二電極的間距介於1μm與900μm之間。
如請求項1所述的天線裝置，其中該凹槽凹入該第一基板的上表面。
如請求項9所述的天線裝置，還包括一墊高層，該墊高層位於該第一電極與該第一基板之間以及該第二電極與該第一基板之間。
如請求項1所述的天線裝置，其中該第一基板包括一絕緣層，且該凹槽凹入該絕緣層的上表面。
如請求項1所述的天線裝置，其中該第一基板具有一第一通孔，且該第一電極貫穿該第一通孔。
如請求項12所述的天線裝置，其中該第一基板還具有一第二通孔，且該第二電極貫穿該第二通孔。
如請求項1所述的天線裝置，還包括一天線，位於該第二基板上，其中該第二基板位於該天線與該第一基板之間。
如請求項1所述的天線裝置，還包括一間隙物，其中該間隙物位於該第一基板與該第二基板之間。
如請求項15所述的天線裝置，其中該凹槽的深度大於該間隙物的高度。
如請求項1所述的天線裝置，還包括多個間隙物，其中該些間隙物位於該第一電極與該第二基板之間。
如請求項17所述的天線裝置，其中該些間隙物還位於該第二電極與該第二基板之間。
如請求項1所述的天線裝置，其中該第一基板為玻璃基板或塑膠基板。