WO2020071680A1 - 안테나 구조체 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents

안테나 구조체 및 이를 포함하는 디스플레이 장치

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WO2020071680A1
WO2020071680A1 PCT/KR2019/012456 KR2019012456W WO2020071680A1 WO 2020071680 A1 WO2020071680 A1 WO 2020071680A1 KR 2019012456 W KR2019012456 W KR 2019012456W WO 2020071680 A1 WO2020071680 A1 WO 2020071680A1
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김종민
박동필
오윤석
홍원빈
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Dongwoo Fine Chem Co Ltd
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Dongwoo Fine Chem Co Ltd
POSTECH Research and Business Development Foundation
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    • H01Q3/38—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with variable phase-shifters the phase-shifters being digital

Definitions

  • the present invention relates to an antenna structure and a display device including the same. More particularly, the present invention relates to an antenna structure including an electrode and a dielectric layer, and a display device including the same.
  • wireless communication technologies such as Wi-Fi, Bluetooth, etc. are combined with display devices and implemented in the form of, for example, smartphones.
  • an antenna may be coupled to the display device to perform a communication function.
  • an antenna for performing ultra-high frequency communication needs to be coupled to the display device.
  • the space occupied by the antenna may also be reduced. Accordingly, there is a limit to simultaneously transmitting and receiving high-frequency and broadband signals in a limited space.
  • Korean Patent Publication No. 2013-0095451 discloses an antenna integrated in a display panel, but does not provide an alternative to the above-mentioned problems.
  • One object of the present invention is to provide an antenna structure having improved signal efficiency and reliability.
  • One object of the present invention is to provide a display device including an antenna structure having improved signal efficiency and reliability.
  • An antenna element including a dielectric layer and an antenna electrode layer disposed on an upper surface of the dielectric layer and including a plurality of radiation patterns; And a flexible circuit board including feed wires electrically connected to the radiation pattern, wherein the feed wires include individual wires connected to each of the plurality of radiation patterns, and at least one pair of neighboring wires is adjacent to each other. The length of the individual wires of different antenna structures.
  • the feeding wire further includes connecting wires coupling the individual wires in a predetermined unit.
  • a plurality of power supply units are defined by connecting individual wires adjacent to each other by the connection wires, and the length of the individual wires included in each of the power supply units is different.
  • a phase difference is generated between radiation patterns connected to the power supply unit, and the phase difference generated from each of the power supply units is constant, an antenna structure.
  • phase difference is generated by the adjacent individual wiring among the individual wiring included in the different feeding unit, the phase difference is the same as the phase difference generated from the feeding unit,
  • the plurality of radiation patterns, the antenna structure having a phase that constantly increases or decreases along the arrangement direction.
  • At least one of the individual wires included in each of the power supply unit includes a bent portion protruding along the arrangement direction of the plurality of power supply units, the antenna structure.
  • the antenna electrode layer further includes a signal pad electrically connected to the radiation pattern
  • the feeding wire is electrically connected to the signal pad, the antenna structure.
  • the flexible circuit board further comprises a core layer and a feeding ground layer disposed on an upper surface of the core layer, and the feeding wiring is disposed on a lower surface of the core layer.
  • the antenna electrode layer further comprises a ground pad disposed around the signal pad, and the feeding ground layer of the flexible circuit board is electrically connected to the ground pad.
  • the antenna structure of 10 above further comprising a ground contact electrically connecting the feed ground layer and the ground pad.
  • the flexible circuit board further comprises a feeding contact electrically connecting the antenna electrode layer and the feeding wiring.
  • the antenna element further comprises an antenna ground layer disposed on a bottom surface of the dielectric layer.
  • the antenna element further comprises a dummy mesh layer disposed around the antenna electrode layer.
  • a display device comprising the antenna structure according to any one of 1 to 19 above.
  • the lengths of individual wires connected to different radiation patterns may be adjusted differently. Through this, a phase difference may be formed between adjacent radiation patterns, and beam tilting may be performed. Therefore, the beam coverage of the antenna can be extended.
  • the flexible circuit board may further include a feeding ground disposed on an upper layer of the feeding wiring. Accordingly, it is possible to further shield or reduce self-irradiation from the power supply wiring.
  • the antenna electrode layer is formed in a mesh structure to improve transmittance of the antenna structure.
  • the antenna structure may be applied to a display device including a mobile communication device capable of transmitting and receiving 3G to 5G high-frequency bands to improve optical characteristics such as radiation characteristics and transmittance.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an antenna structure according to example embodiments.
  • FIG. 2 is a schematic plan view illustrating an antenna electrode layer structure of an antenna structure according to example embodiments.
  • FIG. 3 is a schematic plan view showing a state in which a feeding wire and a radiation pattern are connected according to exemplary embodiments.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an antenna structure in accordance with some example embodiments.
  • FIG. 5 is a schematic plan view illustrating an antenna electrode layer structure of an antenna structure in accordance with some example embodiments.
  • Fig. 6 is a schematic plan view showing a display device according to example embodiments.
  • FIG. 7 is a schematic plan view showing a phase difference of a radiation pattern according to example embodiments.
  • FIG. 8 is a graph showing a beamforming distribution of the antenna structure of FIG. 7.
  • Exemplary embodiments of the present invention include an antenna element including a plurality of radiation patterns and a flexible circuit board including a power supply wiring electrically connected to the radiation pattern, wherein the power supply wiring includes individual wirings each connected to the plurality of radiation patterns. Includes, and provides an antenna structure having different lengths of at least one pair of individual wires neighboring among the individual wires.
  • the antenna structure may have improved signal efficiency and beam coverage.
  • the antenna structure or the antenna element may be, for example, a microstrip patch antenna manufactured in the form of a transparent film.
  • the antenna structure may be applied to communication devices for 3G to 5G mobile communication, for example.
  • embodiments of the present invention provides a display device including the antenna structure.
  • first direction and the second direction two directions parallel to the upper surface of the dielectric layer 110 and intersecting each other are defined as the first direction and the second direction.
  • first direction and the second direction may intersect perpendicularly to each other.
  • the direction perpendicular to the top surface of the dielectric layer 110 is defined as a third direction.
  • the first direction may correspond to the length direction of the antenna structure (the direction in which the transmission line extends), the second direction to the width direction of the antenna structure, and the third direction to the thickness direction of the antenna structure. You can.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an antenna structure according to example embodiments.
  • the antenna structure may include an antenna element (eg, a film antenna) 100 and a flexible circuit board (eg, FPCB) 200.
  • the antenna structure may further include a driving integrated circuit (IC) chip 280 electrically connected to the antenna element 100 through the flexible circuit board 200.
  • IC driving integrated circuit
  • the antenna element 100 may include a dielectric layer 110 and an antenna electrode layer 120 disposed on the top surface of the dielectric layer 110.
  • the antenna ground layer 130 may be disposed on the bottom surface of the dielectric layer 110.
  • the dielectric layer 110 may include, for example, a transparent resin material.
  • the dielectric layer 110 may include polyester-based resins such as polyethylene terephthalate, polyethylene isophthalate, polyethylene naphthalate, and polybutylene terephthalate; Cellulose-based resins such as diacetyl cellulose and triacetyl cellulose; Polycarbonate resins; Acrylic resins such as polymethyl (meth) acrylate and polyethyl (meth) acrylate; Styrene resins such as polystyrene and acrylonitrile-styrene copolymers; Polyolefin resins such as polyethylene, polypropylene, cycloolefin or polyolefin having a norbornene structure, and ethylene-propylene copolymer; Vinyl chloride resin; Amide resins such as nylon and aromatic polyamides; Imide resin; Polyethersulfone-based resins; Sulfone resins; Polyether ether ket
  • a transparent film made of (meth) acrylic, urethane-based, acrylic urethane-based, epoxy-based, or silicone-based thermosetting resin or UV curable resin may be used as the dielectric layer 110.
  • a point adhesive film such as optically clear adhesive (OCA), optically clear resin (OCR), or the like may be included in the dielectric layer 110.
  • the dielectric layer 110 may include an inorganic insulating material such as silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, glass, and the like.
  • dielectric layer 110 may be provided as a substantially single layer. In one embodiment, the dielectric layer 110 may include at least two or more multi-layer structures.
  • a capacitance or inductance is formed between the antenna electrode layer 120 and the antenna ground layer 130 by the dielectric layer 110, so that the frequency band that the antenna element 100 can drive or sense is adjusted. Can be.
  • the dielectric constant of the dielectric layer 110 may be adjusted in the range of about 1.5 to 12. When the dielectric constant exceeds about 12, the driving frequency is excessively reduced, so that driving in a desired high frequency band may not be realized.
  • the antenna electrode layer 120 may include a radiation pattern. According to exemplary embodiments, the antenna electrode layer 120 further includes a transmission line and a pad electrode, and the pad electrode and the radiation pattern may be electrically connected to each other by the transmission line.
  • the pad electrode may include a signal pad and a ground pad. The structure and structure of the antenna electrode layer 120 will be described later in more detail with reference to FIG. 2.
  • the antenna ground layer 130 may be disposed on the bottom surface of the dielectric layer 110. In some embodiments, the antenna ground layer 130 may be disposed to overlap the antenna electrode layer 120 in a plane direction.
  • the antenna electrode layer 120 and the antenna ground layer 130 include silver (Ag), gold (Au), copper (Cu), aluminum (Al), platinum (Pt), palladium (Pd), chromium (Cr), and titanium (Cr). Ti), tungsten (W), niobium (Nb), tantalum (Ta), vanadium (V), iron (Fe), manganese (Mn), cobalt (Co), nickel (Ni), zinc (Zn), tin ( Sn) or alloys thereof. These may be used alone or in combination of two or more. For example, silver (Ag) or a silver alloy (for example, a silver-palladium-copper (APC) alloy) may be used to achieve low resistance.
  • APC silver-palladium-copper
  • the antenna electrode layer 120 and the antenna ground layer 130 are transparent, such as indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium zinc tin oxide (ITZO), or zinc oxide (ZnOx). It may contain a metal oxide.
  • ITO indium tin oxide
  • IZO indium zinc oxide
  • ITZO indium zinc tin oxide
  • ZnOx zinc oxide
  • the flexible circuit board 200 may be disposed on the antenna electrode layer 120 to be electrically connected to the antenna element 100.
  • the flexible circuit board 200 may include a core layer 210, a feeding wire 220, and a feeding ground layer 230.
  • An upper coverlay film 250 and a lower coverlay film 240 for protecting wires may be formed on upper and lower surfaces of the core layer 210, respectively.
  • the core layer 210 may include a resin material having flexibility such as polyimide, epoxy resin, polyester, cyclo olefin polymer (COP), liquid crystal polymer (LCP), and the like.
  • a resin material having flexibility such as polyimide, epoxy resin, polyester, cyclo olefin polymer (COP), liquid crystal polymer (LCP), and the like.
  • the power supply wiring 220 may be disposed on the bottom surface of the core layer 210, for example.
  • the power supply wiring 220 may be provided as a wiring that distributes power from the driving integrated circuit (IC) chip 280 to the antenna electrode layer 120.
  • IC driving integrated circuit
  • the power supply wiring 220 may be electrically connected to the antenna electrode layer 120 (eg, the signal pad 126 shown in FIG. 2) through a conductive intermediate structure.
  • the conductive intermediary structure may be manufactured, for example, from an anisotropic conductive film (ACF).
  • ACF anisotropic conductive film
  • the conductive intermediary structure may include conductive particles (eg, silver particles, copper particles, carbon particles, etc.) dispersed in the resin layer.
  • a bonding area BA may be defined by a combination area of the antenna electrode layer 120 and the power supply wiring 220.
  • the lower coverlay film 240 may be partially cut or removed to expose a portion of the power supply wiring 220 having a size corresponding to the bonding area BA.
  • the bonding structure in the bonding area BA may be implemented by press-bonding the exposed power supply wiring 220 and the antenna electrode layer 120.
  • the conductive intermediary structure may be interposed between the feed wire 220 and the antenna electrode layer 120.
  • a feeding ground layer 230 may be disposed on the top surface of the core layer 210.
  • the feeding ground layer 230 may have a line shape or a plate shape.
  • the feeding ground layer 230 may function as a barrier that shields or suppresses noise or self-radiation generated from the feeding wiring 220.
  • the feeding wire 220 and the feeding ground layer 230 may include the metal and / or alloy described in the antenna electrode layer 120.
  • the feed ground layer 230 is electrically connected to the ground pads 123 and 125 of the antenna electrode layer 120 (see FIG. 2) through the ground contact 235 penetrating the core layer 210. Can be connected.
  • the feeding ground layer 230 and the ground pads 123 and 125 may be electrically connected through a plurality of ground contacts 235.
  • the ground contact 235 may have a diameter of 30 ⁇ m or more, and the distance between adjacent ground contacts 235 may be two or more times the diameter.
  • the plurality of ground contacts 235 satisfying the above standards and arrangements can greatly improve the energization efficiency of the feeding ground layer 230 and the ground pads 123 and 125. Therefore, noise generated from the radiation pattern 122 or the power supply wiring 220 can be effectively removed.
  • the ground contact 235 may have a diameter of 200 ⁇ m or less, and a distance between adjacent ground contacts 235 may be 4 times or less of the diameter. More preferably, the ground contact 235 may have a diameter of 50 to 100 ⁇ m, and the distance between adjacent ground contacts 235 may be 2 to 3 times the diameter.
  • the driving IC chip 280 may be disposed on the flexible circuit board 200. Power may be supplied from the driving IC chip 280 to the antenna electrode layer 120 through the feed wire 220.
  • the flexible circuit board 200 may further include a circuit or a contact that electrically connects the driving IC chip 280 and the power supply wiring 220.
  • FIG. 2 is a schematic plan view illustrating an antenna electrode layer structure of an antenna structure according to example embodiments.
  • the antenna electrode layer 120 illustrated in FIG. 1 may include a radiation pattern 122, a transmission line 124 and pad electrodes.
  • the pad electrodes may include signal pads 126 and ground pads 123 and 125.
  • the transmission line 124 may branch from the radiation pattern 122 and extend in the first direction.
  • the transmission line 124 may be provided as a single member by being substantially integrally connected with the radiation pattern 122.
  • the distal end of transmission line 124 may be provided as signal pad 126.
  • the ground pads may include a first ground pad 123 and a second ground pad 125.
  • the first ground pad 123 and the second ground pad 125 may be disposed to face each other in the second direction with the signal pad 126 therebetween.
  • An area covering the signal pad 126 and the ground pads 123 and 125 in the planar direction may be provided as a bonding area BA in which connection is performed with the flexible circuit board 200 described in FIG. 1.
  • the power supply wiring 220 of the flexible circuit board 200 may be selectively connected to the signal pad 126, in which case the bonding area BA covers the signal pad 126 in FIG. 2 It can also be defined as an area.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a state in which a feeding wire and a radiation pattern are connected according to exemplary embodiments.
  • the radiation pattern 122 may include a first radiation pattern 122a, a second radiation pattern 122b, a third radiation pattern 122c, and a fourth radiation pattern 122d.
  • the power supply wiring 220 includes a plurality of individual wirings including a first individual wiring 222, a second individual wiring 224, a third individual wiring 226, and a fourth individual wiring 228.
  • the radiation patterns 122 may be arranged in a second direction.
  • the distance between the adjacent radiation patterns 122 is not limited, and the adjacent radiation patterns 122 may be arranged to be spaced apart from each other in a range in which they are not directly short-circuited.
  • the interval may be different or may be constant. When the interval is constant, signal efficiency may be improved by reducing interference between signals emitted from the respective radiation patterns 122 or by unifying the interference pattern.
  • the plurality of radiation patterns 122 may have different phases between adjacent radiation patterns 122.
  • the angle of the beam may be tilted by a phase difference between adjacent radiation patterns 122. Therefore, the beam coverage of the antenna element 100 can be extended.
  • the power supply wire 220 includes a plurality of individual wires respectively connected to the plurality of radiation patterns 122.
  • the individual wires may mean respective wires branched from the connection wires 221a and 221b of the power supply wire 220 and connected to the plurality of radiation patterns 122.
  • neighboring at least one pair of individual wires have different lengths.
  • the first individual wiring 222 and the third individual wiring 226 with respect to the second individual wiring 224 may have different lengths.
  • the lengths of the first individual wiring 222, the second individual wiring 224, the third individual wiring 226, and the fourth individual wiring 228 may be different.
  • phase difference may occur in the phase of the signal emitted from each of the adjacent radiation patterns 122 due to the length difference of the individual wires.
  • the phase difference may be represented by Equation 1 below.
  • Phase difference ( ⁇ ) ⁇ sin ⁇ + ⁇ 0
  • the beam direction may mean, for example, an angle directed by an antenna pattern, and may be expressed by Equation 2 below.
  • Beam direction ( ⁇ ) -sin -1 (1- (m ⁇ / d))
  • the distance d between centers between antennas may be ⁇ / 2.
  • the feeding wire 220 may include connecting wires 221a and 221b coupling the individual wires in a predetermined unit.
  • the first connection wiring 221a may couple the first individual wiring 222 and the second individual wiring 224
  • the second connection wiring 221b may include the third individual wiring 226 and the fourth individual wiring. (228) can be grouped.
  • the first connection wiring 221a and the second connection wiring 221b may be coupled to each other again to form a connection wiring unit, and the connection wiring units may be additionally coupled to form a power supply wiring 220.
  • connection wirings are connected by the connection wirings to define a plurality of power supply units.
  • the first feeding unit may be defined by the first individual wiring 222 and the second individual wiring 224 coupled by the first connection wiring 221a.
  • the first feeding unit may be connected to the first radiation pattern 122a and the second radiation pattern 122b, for example.
  • the second feeding unit may be defined by the third individual wiring 226 and the fourth individual wiring 228 coupled by the second connecting wiring 221b.
  • the lengths of the individual wires included in the respective power feeding units may be different.
  • the first individual wiring 222 and the second individual wiring 224 included in the first feeding unit may have different lengths, and the third individual wiring 226 included in the second feeding unit.
  • the lengths of the fourth and fourth individual wirings 228 may be different.
  • a phase difference may be generated between radiation patterns included in each power supply unit by the length difference of the individual wires.
  • the lengths of adjacent individual wires among the individual wires included in different power supply units may be different.
  • neighboring second individual wirings 224 and third individual wirings 226 may have different lengths. Accordingly, a phase difference of the radiation pattern can be generated not only within each power supply unit but also between neighboring power supply units.
  • the phase difference generated from each of the power feeding units may be constant.
  • the phase difference between the first radiation pattern 122a and the second radiation pattern 122b of the first feeding unit and between the third radiation pattern 122c and the fourth radiation pattern 122d of the second feeding unit can be the same.
  • the "constant” or “same” includes substantially constant or the same, and may include, for example, an error of ⁇ 10%.
  • a phase difference between signals emitted from the adjacent radiation patterns may be kept constant.
  • the phase difference between the signals emitted from the first radiation pattern 122a and the second radiation pattern 122b is the phase difference between the signals emitted from the second radiation pattern 122b and the third radiation pattern 122c, And a phase difference between signals emitted from the third radiation pattern 122c and the fourth radiation pattern 122d.
  • the phase difference is kept constant, beam tilting can be performed more effectively.
  • the plurality of radiation patterns 122 may have a phase that constantly increases or decreases in an arranged direction.
  • adjacent radiation patterns may be coupled to each other, thereby tilting the beam forming angle.
  • a plurality of radiation patterns 122 may be coupled as a whole to effectively tilt the beam forming angle.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a phase difference of a radiation pattern according to example embodiments.
  • the phase of the eight radiation patterns tends to increase by 120 ° in the left direction with respect to the rightmost radiation pattern (Phase 0 °).
  • Phase 0 ° is the same as Phase 0 °.
  • the phase difference between neighboring radiation patterns may be constant at 120 °.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a beamforming distribution of the antenna structure of FIG. 7.
  • a phase difference between signals emitted from neighboring radiation patterns may be 30 ° to 270 °. Within this range, the beam coverage of the antenna structure can be effectively extended. More preferably, the phase difference may be 60 ° to 180 °.
  • each individual wire may be electrically connected to the radiation pattern 122 in the bonding area BA.
  • an area in which the individual wiring parts are located except for the distal end in the bonding area BA may be provided as a phase shift area (PSA).
  • PSA phase shift area
  • At least one of the individual wires included in each feeding unit may include a bent portion protruding along the arrangement direction of the plurality of feeding units.
  • the bent portion may protrude in the second direction.
  • a difference in length may occur between individual wires in which the bent portion is formed and individual wires in which the bent portion is not formed.
  • a difference in length between the first individual wires 222 and the second individual wires 224 may be equal to the length of the bent portion of the first individual wires 222.
  • a length difference may occur in individual wires according to the length of each bent portion. For example, in the case of the third individual wiring 226, the length of the bent portion is longer than that of the fourth individual wiring 228, and a length difference may occur between the individual wires by the difference in the length of the bent portion. Therefore, the phases of signals emitted from the plurality of radiation patterns 122 may be different from each other due to length differences in the electrical path.
  • At least one of the plurality of individual wires may include a bent portion protruding in a direction in which a plurality of radiation patterns 122 are arranged in the phase change region PSA.
  • the phase difference can be easily adjusted without adjusting the arrangement and spacing between the radiation patterns 122.
  • a feeding ground pad may be disposed around the individual wires.
  • the feeding ground pads may be arranged facing each other in a pair with the individual wires in the center. For example, it may be formed facing the second direction.
  • the power supply ground pad may be disposed at the same level as the power supply wiring 220 and individual wirings based on the third direction.
  • the feeding ground pad may be disposed in contact with the ground pads 123 and 125 of the antenna electrode layer 120, and may be integrally formed with the ground pads 123 and 125.
  • the feeding ground pad may be penetrated into the ground contact 235. Noise of the electric signal provided through the individual wires by the feeding ground pad can be effectively reduced.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an antenna structure in accordance with some example embodiments.
  • the flexible circuit board 200 may be disposed under the antenna element 100a.
  • the flexible circuit board 200 may be coupled to the antenna element 100a toward the bottom surface of the dielectric layer 110.
  • the power supply wiring 220 may be electrically connected to the antenna electrode layer 120a through the power supply contact 260.
  • the antenna electrode layer 120a may be bent along a sidewall of the dielectric layer 110 to extend onto the bottom surface of the dielectric layer 110.
  • a signal pad of the antenna electrode layer 120a is disposed on the bottom surface of the dielectric layer 110, and accordingly, connection with the feeding wire 220 through the feeding contact 260 can be easily implemented.
  • the ground pad of the antenna electrode layer 120a is also bent along the side of the dielectric layer 110 to extend to the bottom surface of the dielectric layer 110, and may be electrically connected to the feeding ground layer 230 of the flexible circuit board 200. In one embodiment, a portion of the ground pad extending to the bottom surface of the dielectric layer 110 may be integrally connected to the antenna ground layer 130a.
  • FIG. 5 is a schematic plan view illustrating an antenna electrode layer structure of an antenna structure in accordance with some example embodiments.
  • the antenna electrode layer 120 may include a mesh structure. As shown in FIG. 5, both the radiation pattern 122, the transmission line 124, the signal pad 126 and the ground pads 123 and 125 may include a mesh structure.
  • the signal pads 126 and the ground pads 123 and 125 may be formed in a solid pattern to prevent signal loss due to an increase in resistance.
  • a dummy mesh layer 129 may be disposed around the antenna electrode layer 120.
  • the electrode array around the antenna electrode layer 120 (eg, around the radiation pattern 122) may be uniformized with the dummy mesh layer 129 to prevent the antenna electrode layer 120 from being viewed by the user of the display device.
  • a mesh metal layer is formed on the dielectric layer 110, and the mesh metal layer is etched along a predetermined area to electrically dummy the mesh layer 129 from the radiation pattern 122, the transmission line 124, and the like. , Can be physically separated.
  • FIG. 6 is a schematic plan view showing a display device according to example embodiments.
  • FIG. 6 shows an external shape including a window of a display device.
  • the display device 300 may include a display area 310 and a peripheral area 320.
  • the peripheral area 320 may be disposed on both sides and / or both ends of the display area 310, for example.
  • the antenna element 100 included in the above-described antenna structure may be inserted in the form of a patch in the peripheral area 320 of the display device 300.
  • the pad electrodes 123, 125, and 126 of the antenna element 100 may be arranged to correspond to the peripheral area 320 of the display device 300.
  • the peripheral area 320 may correspond to, for example, a light blocking portion or a bezel portion of the image display device.
  • the flexible circuit board 200 of the antenna structure may be disposed in the peripheral area 320 to prevent image degradation in the display area 310 of the display device 300.
  • the driving IC chip 280 may be disposed in the peripheral area 320.
  • the pad electrodes 123, 125, and 126 of the antenna element 100 adjacent to the flexible circuit board 200 and the driving IC chip 280 within the peripheral area 320 the signal transmission / reception path is shortened to signal. Loss can be suppressed.
  • the radiation patterns 122 of the antenna element 100 may overlap at least partially with the display area 310.
  • the mesh pattern may be utilized to reduce the visibility of the radiation pattern 122 to the user.

Landscapes

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Abstract

본 발명의 예시적인 실시예들은 유전층 및 유전층의 상면 상에 배치되고 복수의 방사 패턴들을 포함하는 안테나 전극층을 포함하는 필름 안테나 및 방사 패턴과 전기적으로 연결된 급전 배선을 포함하는 연성 회로 기판을 포함하고, 급전 배선은 복수의 방사 패턴에 각각 연결되는 개별 배선들을 포함하고, 개별 배선들 중 이웃하는 적어도 한쌍의 개별 배선의 길이가 서로 다른 안테나 구조체를 제공한다.

Description

안테나 구조체 및 이를 포함하는 디스플레이 장치
본 발명은 안테나 구조체 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 전극 및 유전층을 포함하는 안테나 구조체 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.
예를 들면, 최근 5G의 고주파 대역의 통신의 경우 파장이 보다 짧아짐에 따라, 신호 송수신이 차단되는 경우가 발생할 수 있으며, 또한 송수신이 가능한 주파수 대역이 좁아 신호 손실이 초래될 수 있다. 따라서, 원하는 지향성, 게인 및 신호 효율을 갖는 고주파 안테나에 대한 요구가 증가하고 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 송수신이 동시에 구현되기에는 한계가 있다.
예를 들면, 한국공개특허 제2013-0095451호는 디스플레이 패널에 일체화된 안테나를 개시하고 있으나, 상술한 문제점들에 대한 대안은 제공하지 못하고 있다.
본 발명의 일 과제는 향상된 신호 효율성 및 신뢰성을 갖는 안테나 구조체를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 향상된 신호 효율성 및 신뢰성을 갖는 안테나 구조체를 포함하는 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
1. 유전층, 및 상기 유전층의 상면 상에 배치되며 복수의 방사 패턴들을 포함하는 안테나 전극층을 포함하는 안테나 소자; 및 상기 방사 패턴과 전기적으로 연결된 급전 배선을 포함하는 연성 회로 기판을 포함하고, 상기 급전 배선은 상기 복수의 방사 패턴들 각각에 연결되는 개별 배선들을 포함하고, 상기 개별 배선들 중 이웃하는 적어도 한 쌍의 개별 배선의 길이가 서로 다른, 안테나 구조체.
2. 위 1에 있어서, 상기 급전 배선은 상기 개별 배선들을 소정의 단위로 커플링하는 연결 배선들을 더 포함하는, 안테나 구조체.
3. 위 2에 있어서, 상기 연결 배선들에 의해 이웃하는 개별 배선들이 연결되어 복수의 급전 단위들이 정의되며, 각각의 상기 급전 단위들 내에 포함된 상기 개별 배선들의 길이가 서로 다른, 안테나 구조체.
4. 위 3에 있어서, 서로 다른 급전 단위에 포함된 상기 개별 배선들 중 이웃한 개별 배선들의 길이가 서로 다른, 안테나 구조체.
5. 위 3에 있어서, 상기 급전 단위에 연결된 방사 패턴들 사이에 위상차가 생성되며, 각각의 상기 급전 단위들로부터 생성된 위상차는 일정한, 안테나 구조체.
6. 위 5에 있어서, 상기 서로 다른 급전 단위에 포함된 상기 개별 배선들 중 이웃한 개별 배선들에 의해 위상차가 생성되며, 상기 위상차는 상기 급전 단위들로부터 생성된 위상차와 동일하고,
상기 복수의 방사 패턴들은 그 배열 방향을 따라 일정하게 증가 또는 감소하는 위상을 갖는, 안테나 구조체.
7. 위 3에 있어서, 각각의 상기 급전 단위 내에 포함된 상기 개별 배선들 중 적어도 하나는 상기 복수의 급전 단위들의 배열 방향을 따라 돌출된 굴곡부를 포함하는, 안테나 구조체.
8. 위 1에 있어서, 상기 안테나 전극층은 상기 방사 패턴과 전기적으로 연결된 신호 패드를 더 포함하며, 상기 급전 배선은 상기 신호 패드와 전기적으로 연결되는, 안테나 구조체.
9. 위 8에 있어서, 상기 연성 회로 기판은 코어층, 및 상기 코어층의 상면에 배치된 급전 그라운드 층을 더 포함하며, 상기 급전 배선은 상기 코어층의 하면 상에 배치되는, 안테나 구조체.
10. 위 9에 있어서, 상기 안테나 전극층은 상기 신호 패드 주변에 배치된 그라운드 패드를 더 포함하며, 상기 연성 회로 기판의 상기 급전 그라운드 층은 상기 그라운드 패드와 전기적으로 연결되는, 안테나 구조체.
11. 위 10에 있어서, 상기 급전 그라운드 층과 상기 그라운드 패드를 전기적으로 연결시키는 그라운드 콘택을 더 포함하는, 안테나 구조체.
12. 위 1에 있어서, 상기 연성 회로 기판은 상기 안테나 소자의 상기 안테나 전극층 위에 배치되는, 안테나 구조체.
13. 위 1에 있어서, 상기 연성 회로 기판은 상기 안테나 소자의 유전층의 저면 아래에 배치되는, 안테나 구조체.
14. 위 13에 있어서, 상기 안테나 전극층은 상기 유전층의 측벽을 따라 굴곡되어 상기 저면 상으로 연장하는, 안테나 구조체.
15. 위 14에 있어서, 상기 연성 회로 기판은 상기 안테나 전극층 및 상기 급전 배선을 전기적으로 연결시키는 급전 콘택을 더 포함하는, 안테나 구조체.
16. 위 1에 있어서, 상기 안테나 소자는 상기 유전층의 저면 상에 배치되는 안테나 그라운드 층을 더 포함하는, 안테나 구조체.
17. 위 1에 있어서, 상기 연성 회로 기판 상에 배치되며 상기 급전 배선을 통해 상기 안테나 전극층에 전력을 공급하는 구동 집적 회로 칩을 더 포함하는, 안테나 구조체.
18. 위 1에 있어서, 상기 안테나 전극층은 메쉬 구조를 포함하는, 안테나 구조체.
19. 위 18에 있어서, 상기 안테나 소자는 상기 안테나 전극층 주변에 배치되는 더미 메쉬 층을 더 포함하는, 안테나 구조체.
20. 위 1 내지 19 중 어느 한 항에 따른 안테나 구조체를 포함하는, 디스플레이 장치.
본 발명의 실시예들에 따른 안테나 구조체에 있어서, 서로 다른 방사 패턴들에 연결되는 개별 배선들의 길이를 상이하게 조절할 수 있다. 이를 통해 인접한 방사 패턴 사이에 위상차를 형성할 수 있으며, 빔 틸팅(Beam tilting)을 수행할 수 있다. 따라서 안테나의 빔 커버리지(Beam coverage)를 확장할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 연성 회로 기판은 상기 급전 배선의 상층에 배치되는 급전 그라운드를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 급전 배선으로부터의 자체 방사를 더욱 차폐 또는 감소시킬 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 안테나 전극층의 적어도 일부를 메쉬 구조로 형성하여, 안테나 구조체의 투과율을 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 안테나 구조체는 3G 내지 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 구조체를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 안테나 구조체의 안테나 전극층 구조를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따라 급전 배선과 방사 패턴이 연결된 모습을 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 4는 일부 예시적인 실시예들에 따른 안테나 구조체를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 5는 일부 예시적인 실시예들에 따른 안테나 구조체의 안테나 전극층 구조를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 디스플레이 장치를 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 7은 예시적인 실시예들에 따른 방사 패턴의 위상차를 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 8은 도 7의 안테나 구조체의 빔 형성 분포를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 복수의 방사 패턴들을 포함하는 안테나 소자 및 방사 패턴과 전기적으로 연결된 급전 배선을 포함하는 연성 회로 기판을 포함하고, 급전 배선은 복수의 방사 패턴에 각각 연결되는 개별 배선들을 포함하고, 개별 배선들 중 이웃하는 적어도 한쌍의 개별 배선의 길이가 서로 다른 안테나 구조체를 제공한다. 상기 안테나 구조체는 향상된 신호 효율 및 빔 커버리지(Beam coverage)를 가질 수 있다.
상기 안테나 구조체 또는 상기 안테나 소자는 예를 들면, 투명 필름 형태로 제작되는 마이크로스트립 패치 안테나(microstrip patch antenna)일 수 있다. 상기 안테나 구조체는 예를 들면, 3G 내지 5G 이동통신을 위한 통신 기기에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 상기 안테나 구조체를 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(110)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(110)의 상면에 대해 수직한 방향은 제3 방향으로 정의된다. 예를 들면, 상기 제1 방향은 상기 안테나 구조체의 길이 방향(전송 선로가 연장되는 방향), 상기 제2 방향은 상기 안테나 구조체의 너비 방향, 상기 제3 방향은 상기 안테나 구조체의 두께 방향에 해당될 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 안테나 구조체를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 상기 안테나 구조체는 안테나 소자(예를 들면, 필름 안테나)(100) 및 연성 회로 기판(예를 들면, FPCB)(200)을 포함할 수 있다. 상기 안테나 구조체는 연성 회로 기판(200)을 통해 안테나 소자(100)와 전기적으로 연결되는 구동 집적 회로(IC) 칩(280)을 더 포함할 수 있다.
안테나 소자(100)는 유전층(110) 및 유전층(110)의 상면 상에 배치된 안테나 전극층(120)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 유전층(110)의 저면 상에는 안테나 그라운드층(130)이 배치될 수 있다.
유전층(110)은 예를 들면, 투명 수지 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 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 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(110)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(110)에 포함될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 유전층(110)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 글래스 등과 같은 무기 절연 물질을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 유전층(110)은 실질적으로 단일 층으로 제공될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 유전층(110)은 적어도 2층 이상의 복층 구조를 포함할 수도 있다.
유전층(110)에 의해 안테나 전극층(120) 및 안테나 그라운드층(130) 사이에서 정전용량(capacitance) 또는 인덕턴스(inductance)가 형성되어, 안테나 소자(100)가 구동 혹은 센싱할 수 있는 주파수 대역이 조절될 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 전극층(120)은 방사 패턴을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 안테나 전극층(120)은 전송 선로 및 패드 전극을 더 포함하며, 상기 전송 선로에 의해 상기 패드 전극 및 상기 방사 패턴이 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 패드 전극은 신호 패드 및 그라운드 패드를 포함할 수 있다. 안테나 전극층(120)의 구성 및 구조에 대해서는 도 2를 참조로 보다 상세히 후술한다.
안테나 그라운드층(130)은 유전층(110)의 상기 저면 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 안테나 그라운드층(130)은 평면 방향에서 안테나 전극층(120)과 전체적으로 중첩되도록 배치될 수 있다.
안테나 전극층(120) 및 안테나 그라운드층(130)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) 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다. 예를 들면, 저저항 구현을 위해 은(Ag) 또는 은 합금이(예를 들면 은-팔라듐-구리(APC) 합금)이 사용될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 안테나 전극층(120) 및 안테나 그라운드층(130)은 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO), 인듐아연주석 산화물(ITZO), 아연 산화물(ZnOx)과 같은 투명 금속 산화물을 포함할 수도 있다.
연성 회로 기판(200)은 안테나 소자(100)와 전기적으로 연결되도록 안테나 전극층(120) 상에 배치될 수 있다. 연성 회로 기판(200)은 코어층(210), 급전 배선(220) 및 급전 그라운드 층(230)을 포함할 수 있다. 코어층(210)의 상면 및 하면 상에는 각각 배선 보호를 위한 상부 커버레이(coverlay) 필름(250) 및 하부 커버레이 필름(240)이 형성될 수 있다.
코어층(210)은 예를 들면, 폴리이미드, 에폭시 수지, 폴리 에스테르, 시클로 올레핀 폴리머(COP), 액정 폴리머(LCP) 등과 같은 유연성을 갖는 수지 물질을 포함할 수 있다.
급전 배선(220)은 예를 들면, 코어층(210)의 저면 상에 배치될 수 있다. 급전 배선(220)은 구동 집적 회로(IC) 칩(280)으로부터 안테나 전극층(120)으로 전력을 분배하는 배선으로 제공될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 급전 배선(220)은 도전성 중개 구조물을 통해 안테나 전극층(120)(예를 들면, 도 2에 도시된 신호 패드(126))과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 도전성 중개 구조물은 예를 들면, 이방성 도전 필름(ACF)으로부터 제조될 수 있다. 이 경우, 상기 도전성 중개 구조물은 수지 층 내에 분산된 도전성 입자(예를 들면, 은 입자, 구리 입자, 카본 입자 등)를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 안테나 전극층(120) 및 급전 배선(220) 결합 영역에 의해 본딩 영역(BA)이 정의될 수 있다.
예를 들면, 하부 커버레이 필름(240)을 부분적으로 절단 또는 제거하여, 본딩 영역(BA)에 대응되는 사이즈의 급전 배선(220) 부분을 노출시킬 수 있다. 노출된 급전 배선(220) 부분과 안테나 전극층(120)을 가압 본딩하여 본딩 영역(BA)에서의 본딩 구조가 구현될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 급전 배선(220)과 안테나 전극층(120)사이에 상기 도전성 중개 구조물이 개재될 수 있다.
코어층(210)의 상면 상에는 급전 그라운드 층(230)이 배치될 수 있다. 급전 그라운드 층(230)은 라인 형태 또는 플레이트 형태를 가질 수 있다. 급전 그라운드 층(230)은 급전 배선(220)으로부터 발생하는 노이즈 또는 자체 방사를 차폐 또는 억제하는 배리어로 기능할 수 있다.
급전 배선(220) 및 급전 그라운드 층(230)은 안테나 전극층(120)에서 설명한 금속 및/또는 합금을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 급전 그라운드 층(230)은 코어층(210)을 관통하는 그라운드 콘택(235)을 통해 안테나 전극층(120)의 그라운드 패드(123, 125)(도 2 참조)와 전기적으로 연결될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 급전 그라운드 층(230)과 그라운드 패드(123, 125)는 복수의 그라운드 콘택(235) 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 그라운드 콘택(235)은 직경이 30㎛ 이상일 수 있으며, 인접한 그라운드 콘택(235) 간의 거리는 상기 직경의 2배 이상일 수 있다. 상기 규격 및 배열을 만족하는 복수의 그라운드 콘택(235)은 급전 그라운드 층(230)과 그라운드 패드(123, 125)의 통전 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 따라서, 방사 패턴(122) 또는 급전 배선(220)으로부터 발생하는 노이즈가 효과적으로 제거될 수 있다. 그라운드 콘택(235)은 직경이 200㎛ 이하일 수 있으며, 인접한 그라운드 콘택(235) 간의 거리는 상기 직경의 4배 이하일 수 있다. 보다 바람직하게는, 그라운드 콘택(235)은 직경이 50 내지 100㎛일 수 있으며, 인접한 그라운드 콘택(235) 간의 거리는 상기 직경의 2 내지 3배일 수 있다.
연성 회로 기판(200) 상에는 구동 IC 칩(280)이 배치될 수 있다. 구동 IC 칩(280)으로부터 급전 배선(220)을 통해 안테나 전극층(120)으로 전력이 공급될 수 있다. 예를 들면, 연성 회로 기판(200) 내에는 구동 IC 칩(280)과 급전 배선(220)을 전기적으로 연결시키는 회로 또는 콘택을 더 포함할 수 있다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 안테나 구조체의 안테나 전극층 구조를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 2를 참조하면, 상술한 바와 같이 도 1에 도시된 안테나 전극층(120)은 방사 패턴(122), 전송 선로(124) 및 패드 전극들을 포함할 수 있다. 상기 패드 전극들은 신호 패드(126) 및 그라운드 패드(123, 125)들을 포함할 수 있다.
전송 선로(124)는 방사 패턴(122)으로부터 분기되어 상기 제1 방향으로 연장할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 전송 선로(124)는 방사 패턴(122)과 실질적으로 일체로 연결되어 단일 부재로서 제공될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 전송 선로(124)의 말단부가 신호 패드(126)로 제공될 수 있다. 상기 그라운드 패드들은 제1 그라운드 패드(123) 및 제2 그라운드 패드(125)를 포함할 수 있다. 제1 그라운드 패드(123) 및 제2 그라운드 패드(125)는 신호 패드(126)를 사이에 두고 서로 상기 제2 방향으로 마주보도록 배치될 수 있다.
평면 방향에서 신호 패드(126) 및 그라운드 패드들(123, 125)을 커버하는 영역이 도 1에서 설명된 연성 회로 기판(200)과 접속이 수행되는 본딩 영역(BA)으로 제공될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 연성 회로 기판(200)의 급전 배선(220)은 신호 패드(126)와 선택적으로 연결될 수 있으며, 이 경우 본딩 영역(BA)은 도 2에서 신호 패드(126)를 커버하는 영역으로 정의될 수도 있다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따라 급전 배선과 방사 패턴이 연결된 모습을 나타내는 개략적인 도면이다.
도 3를 참조하면, 유전층(110) 상면 상에 복수의 방사 패턴(122)이 형성된다. 방사 패턴(122)은 제1 방사 패턴(122a), 제2 방사 패턴(122b), 제3 방사 패턴(122c) 및 제4 방사 패턴(122d)을 포함할 수 있다. 급전 배선(220)은 제1 개별 배선(222), 제2 개별 배선(224), 제3 개별 배선(226) 및 제4 개별 배선(228)을 포함하는 복수의 개별 배선을 포함한다.
예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 방사 패턴들(122)은 제2 방향으로 배열될 수 있다. 인접한 방사 패턴(122) 사이의 간격은 제한되지 않으며, 인접한 방사 패턴(122)이 서로 직접 단락되지 않는 간격 범위에서 이격되어 배치될 수 있다. 상기 간격은 상이할 수 있으며, 일정할 수도 있다. 상기 간격이 일정할 경우, 각 방사 패턴(122)들로부터 방출되는 신호 사이의 간섭이 감소하거나 간섭 패턴이 단일화됨으로써 신호 효율이 향상될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 복수의 방사 패턴(122)은 인접한 방사 패턴(122)끼리 상이한 위상을 가질 수 있다. 인접한 방사 패턴(122) 간의 위상차에 의해 빔의 각도가 틸팅(tilting)될 수 있다. 따라서, 안테나 소자(100)의 빔 커버리지가 확장될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 급전 배선(220)은 복수의 방사 패턴(122)에 각각 연결되는 복수의 개별 배선들을 포함한다. 상기 개별 배선들은 급전 배선(220)의 연결 배선(221a, 221b)으로부터 분기되어 복수의 방사 패턴(122)에 연결되는 각각의 배선들을 의미할 수 있다.
상기 복수의 개별 배선 중 이웃하는 적어도 한 쌍의 개별 배선의 길이는 상이하다. 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 개별 배선(224)에 대하여 제1 개별 배선(222) 및 제3 개별 배선(226)은 상이한 길이를 가질 수 있다. 또한, 제1 개별 배선(222), 제2 개별 배선(224), 제3 개별 배선(226) 및 제4 개별 배선(228)의 길이가 각각 상이할 수 있다.
상기 개별 배선의 길이 차이에 의해 인접한 방사 패턴(122) 각각으로부터 방출되는 신호의 위상에 차이가 발생할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 위상차는 하기 수학식 1으로 표시될 수 있다.
[수학식 1]
위상차(φ) = βsinθ + φ 0
(β = 2π/λ, λ: 공진 파장, θ: 빔 방향, φ 0: 초기 위상)
상기 빔 방향(Beam Direction)은 예를 들면, 안테나 패턴이 지향하는 각도를 의미할 수 있으며, 하기 수학식 2로 표시될 수 있다.
[수학식 2]
빔 방향(θ) = -sin -1(1-(mλ/d))
(m: array 수, λ: 공진 파장, d: 안테나 간 중심 사이의 거리)
예를 들면, 안테나 간 중심 사이의 거리 d는 λ/2일 수 있다.
따라서, 인접한 개별 배선의 길이 차이를 조절하여 방사 패턴에 위상차를 형성할 수 있으며, 안테나의 빔 틸팅 각도를 변경할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 급전 배선(220)은 상기 개별 배선들을 소정의 단위로 커플링하는 연결 배선들(221a, 221b)을 포함할 수 있다. 제1 연결 배선(221a)은 제1 개별 배선(222) 및 제2 개별 배선(224)을 커플링할 수 있으며, 제2 연결 배선(221b)은 제3 개별 배선(226) 및 제4 개별 배선(228)을 그룹핑할 수 있다. 제1 연결 배선(221a) 및 제2 연결 배선(221b)은 다시 서로 커플링되어 연결 배선 단위를 형성할 수 있으며, 상기 연결 배선 단위들이 추가적으로 커플링되어 급전 배선(220)을 형성할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 연결 배선들에 의해 이웃하는 2개의 개별 배선들이 연결되어 복수의 급전 단위들이 정의될 수 있다. 예를 들면, 제1 연결 배선(221a)에 의해 커플링된 제1 개별 배선(222) 및 제2 개별 배선(224) 에 의해 제1 급전 단위가 정의될 수 있다. 상기 제1 급전 단위는 예를 들면, 제1 방사 패턴(122a) 및 제2 방사 패턴(122b)과 연결될 수 있다. 같은 방식으로, 제2 연결 배선(221b)에 의해 커플링된 제3 개별 배선(226) 및 제4 개별 배선(228) 에 의해 제2 급전 단위가 정의될 수 있다.
상기 각각의 급전 단위들 내에 포함된 상기 개별 배선들의 길이는 서로 다를 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 급전 단위에 포함된 제1 개별 배선(222)과 제2 개별 배선(224)은 길이가 서로 다를 수 있으며, 상기 제2 급전 단위에 포함된 제3 개별 배선(226)과 제4 개별 배선(228)은 길이가 서로 다를 수 있다. 상기 개별 배선들의 길이 차이에 의해 각각의 급전 단위에 포함된 방사 패턴들 사이에 위상차가 생성될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 서로 다른 급전 단위에 포함된 상기 개별 배선들 중 이웃한 개별 배선들의 길이가 서로 다를 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 급전 단위 및 제2 급전 단위에 포함된 개별 배선들 중 이웃하는 제2 개별 배선(224) 및 제3 개별 배선(226)의 길이가 서로 다를 수 있다. 따라서, 각각의 급전 단위 내에서뿐만 아니라 이웃하는 급전 단위 사이에서도 방사 패턴의 위상차가 생성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 각각의 급전 단위들로부터 생성되는 위상차는 일정할 수 있다. 예를 들면, 제1 급전 단위의 제1 방사 패턴(122a) 및 제2 방사 패턴(122b) 사이의 위상차와 제2 급전 단위의 제3 방사 패턴(122c) 및 제4 방사 패턴(122d) 사이의 위상차는 동일할 수 있다. 상기 "일정" 또는 "동일"은 실질적으로 일정 또는 동일한 것을 포함하며, 예를 들면 ±10%의 오차를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 인접한 방사 패턴으로부터 방출되는 신호 사이의 위상차는 일정하게 유지될 수 있다. 예를 들면, 제1 방사 패턴(122a) 및 제2 방사 패턴(122b)로부터 방출되는 신호 사이의 위상차는 제2 방사 패턴(122b) 및 제3 방사 패턴(122c)로부터 방출되는 신호 사이의 위상차, 및 제3 방사 패턴(122c) 및 제4 방사 패턴(122d)로부터 방출되는 신호 사이의 위상차와 동일할 수 있다. 상기 위상차를 일정하게 유지할 경우, 빔 틸팅이 보다 효과적으로 수행될 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 복수의 방사 패턴(122)은 배열된 방향으로 일정하게 증가하거나 감소하는 위상을 가질 수 있다.
복수의 방사 패턴(122)의 위상이 일정하게 증가하거나 감소할 경우, 인접한 방사 패턴들이 각각 커플링되어 빔 형성 각도가 틸팅될 수 있다. 예를 들면, 복수의 방사 패턴(122)들이 전체적으로 커플링되어 빔 형성 각도가 효과적으로 틸팅될 수 있다.
도 7은 예시적인 실시예들에 따른 방사 패턴의 위상차를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 안테나 구조체에 있어서, 8개의 방사 패턴들의 위상은 가장 우측의 방사 패턴을 기준(Phase 0°)으로 좌측 방향으로 120°씩 증가하는 경향을 가질 수 있다(Phsae 360°는 Phase 0°와 동일). 예를 들면, 이웃하는 방사 패턴들 사이의 위상차가 120°로 일정할 수 있다.
도 8은 도 7의 안테나 구조체의 빔 형성 분포를 나타낸 개략적인 도면이다.
도 8을 참조하면, 도 7의 안테나 구조체의 경우, 빔 형성의 메인 피크가 -40°에서 나타났다. 따라서, 개별 배선의 길이가 동일하여 각 방사 패턴 사이에 위상차가 없는 비교예에 비하여 메인 빔 형성 각도가 40° 틸팅한 것을 알 수 있었다.
일부 실시예에 따르면, 이웃하는 방사 패턴으로부터 방출된 신호 사이의 위상차는 30° 내지 270°일 수 있다. 상기 범위 내에서 안테나 구조체의 빔 커버리지가 효과적으로 확장될 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 위상차는 60° 내지 180°일 수 있다.
상기 각 개별 배선의 단부는 본딩 영역(BA)에서 방사 패턴(122)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들면, 본딩 영역(BA)에서의 상기 말단부를 제외한 상기 개별 배선 부분들이 위치하는 영역이 위상 변화 영역(Phase Shift Area, PSA)으로 제공될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 각각의 급전 단위 내에 포함된 개별 배선들 중 적어도 하나는 복수의 급전 단위들의 배열 방향을 따라 돌출된 굴곡부를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 굴곡부는 제2 방향으로 돌출될 수 있다. 상기 굴곡부를 복수의 급전 단위들의 배열 방향을 따라 형성함으로써, 예를 들면 안테나 구조체의 길이(제1 방향의 길이)를 증가시키지 않은 채로 개별 배선들 사이에 길이 차이를 형성할 수 있다. 따라서, 안테나 구조체의 사이즈를 감소시킬 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 굴곡부가 형성된 개별 배선과 상기 굴곡부가 형성되지 않은 개별 배선 사이에 길이의 차이가 발생할 수 있다. 예를 들면, 제1 개별 배선(222) 및 제2 개별 배선(224) 사이에 제1 개별 배선(222)의 굴곡부의 길이만큼의 길이 차이가 발생할 수 있다. 또한, 각각 굴곡부가 형성된 한 쌍의 개별 배선들에 있어서, 각 굴곡부의 길이에 따라 개별 배선들에 길이 차이가 발생할 수 있다. 예를 들면 제3 개별 배선(226)의 경우 제4 개별 배선(228)에 비하여 굴곡부의 길이가 길고, 굴곡부의 길이의 차이만큼 개별 배선들 사이에 길이 차이가 발생할 수 있다. 따라서, 전기적 경로에 길이 차이가 발생하여 복수의 방사 패턴(122)에서 방출되는 신호의 위상이 서로 달라질 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 복수의 개별 배선 중 적어도 하나는 위상 변화 영역(PSA) 내에서 복수의 방사 패턴(122)이 배열된 방향으로 돌출된 굴곡부를 포함할 수 있다.
예를 들면, 위상 변화 영역(PSA)에 상기 굴곡부를 형성하여 개별 배선의 길이를 조절할 경우, 방사 패턴(122)의 배열 및 사이 간격을 조절 없이, 용이하게 위상차를 조절할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 개별 배선의 주변에 급전 그라운드 패드가 배치될 수 있다. 상기 급전 그라운드 패드는 상기 개별 배선을 가운데 두고 한 쌍으로 마주보고 배치될 수 있다. 예를 들면, 제2 방향으로 마주보고 형성될 수 있다. 또한, 상기 급전 그라운드 패드는 제3 방향을 기준으로 급전 배선(220) 및 개별 배선들과 동일한 레벨에 배치될 수 있다. 상기 급전 그라운드 패드는 안테나 전극층(120)의 그라운드 패드(123, 125)와 접촉하여 배치될 수 있으며, 그라운드 패드(123, 125)와 일체로 형성될 수 있다. 상기 급전 그라운드 패드는 그라운드 콘택(235)으로 관통될 수 있다. 상기 급전 그라운드 패드에 의해 개별 배선을 통해 제공되는 전기 신호의 노이즈가 효과적으로 감소할 수 있다.
도 4는 일부 예시적인 실시예들에 따른 안테나 구조체를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 4를 참조하면, 연성 회로 기판(200)은 안테나 소자(100a) 아래에 배치될 수도 있다. 예를 들면, 연성 회로 기판(200)은 유전층(110)의 저면측으로 안테나 소자(100a)와 결합될 수 있다.
이 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 급전 배선(220)은 급전 콘택(260)을 통해 안테나 전극층(120a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 안테나 전극층(120a)은 유전층(110)의 측벽을 따라 굴곡되어 유전층(110)의 저면 상으로 연장될 수 있다. 예를 들면, 안테나 전극층(120a)의 신호 패드가 유전층(110)의 상기 저면 상에 배치되며, 이에 따라 급전 콘택(260)을 통한 급전 배선(220)과의 연결이 용이하게 구현될 수 있다.
안테나 전극층(120a)의 그라운드 패드 역시 유전층(110)의 측면을 따라 굴곡되어 유전층(110)의 상기 저면 까지 연장되며, 연성 회로 기판(200)의 급전 그라운드 층(230)과 전기적으로 연결될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 유전층(110)의 상기 저면으로 연장된 그라운드 패드 부분은 안테나 그라운드 층(130a)과 일체로 연결될 수 있다.
도 5는 일부 예시적인 실시예들에 따른 안테나 구조체의 안테나 전극층 구조를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 5를 참조하면, 안테나 전극층(120)은 메쉬 구조를 포함할 수도 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 방사 패턴(122), 전송 선로(124), 신호 패드(126) 및 그라운드 패드(123, 125)들 모두 메쉬 구조를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 저항 증가에 따른 신호 손실을 방지하기 위해 신호 패드(126) 및 그라운드 패드(123, 125)들은 속이 찬(solid) 패턴으로 형성될 수도 있다.
안테나 전극층(120)이 상기 메쉬 구조를 포함함에 따라 안테나 소자(100)의 투과율이 향상될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 안테나 전극층(120) 주변에는 더미 메쉬 층(129)이 배치될 수 있다. 더미 메쉬 층(129)으로 안테나 전극층(120) 주변(예를 들면, 방사 패턴(122) 주변)의 전극 배열을 균일화하여 안테나 전극층(120)이 디스플레이 장치의 사용자에게 시인되는 것을 방지할 수 있다.
예를 들면, 메쉬 금속 층이 유전층(110) 상에 형성되고, 상기 메쉬 금속 층이 소정의 영역을 따라 식각되어 더미 메쉬 층(129)을 방사 패턴(122), 전송 선로(124) 등으로부터 전기적, 물리적으로 이격시킬 수 있다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 디스플레이 장치를 나타내는 개략적인 평면도이다. 예를 들면, 도 6은 디스플레이 장치의 윈도우를 포함하는 외부 형상을 도시하고 있다.
도 6을 참조하면, 디스플레이 장치(300)는 표시 영역(310) 및 주변 영역(320)을 포함할 수 있다. 주변 영역(320)은 예를 들면, 표시 영역(310)의 양 측부 및/또는 양 단부에 배치될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상술한 안테나 구조체에 포함되는 안테나 소자(100)는 디스플레이 장치(300)의 주변 영역(320)에 패치 형태로 삽입될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 안테나 소자(100)의 패드 전극들(123, 125, 126)은 디스플레이 장치(300)의 주변 영역(320)에 대응되도록 배치될 수 있다.
주변 영역(320)은 예를 들면, 화상 표시 장치의 차광부 또는 베젤부에 해당될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면 상기 안테나 구조체의 연성 회로 기판(200)은 주변 영역(320)에 배치되어 디스플레이 장치(300)의 표시 영역(310)에서의 이미지 저하를 방지할 수 있다.
또한, 주변 영역(320)에는 구동 IC 칩(280)이 함께 배치될 수 있다. 안테나 소자(100)의 패드 전극들(123, 125, 126)을 주변 영역(320) 내에서 연성 회로 기판(200) 및 구동 IC 칩(280)과 인접하도록 배치함으로써, 신호 송수신 경로를 단축시켜 신호 손실을 억제할 수 있다.
안테나 소자(100)의 방사 패턴(122)들은 표시 영역(310)과 적어도 부분적으로 중첩될 수 있다. 예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이 메쉬 구조를 활용하여 방사 패턴(122)이 사용자에게 시인되는 것을 감소시킬 수 있다.

Claims (20)

  1. 유전층, 및 상기 유전층의 상면 상에 배치되며 복수의 방사 패턴들을 포함하는 안테나 전극층을 포함하는 안테나 소자; 및
    상기 방사 패턴과 전기적으로 연결된 급전 배선을 포함하는 연성 회로 기판을 포함하고,
    상기 급전 배선은 상기 복수의 방사 패턴들 각각에 연결되는 개별 배선들을 포함하고, 상기 개별 배선들 중 이웃하는 적어도 한 쌍의 개별 배선의 길이가 서로 다른, 안테나 구조체.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 급전 배선은 상기 개별 배선들을 소정의 단위로 커플링하는 연결 배선들을 더 포함하는, 안테나 구조체.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 연결 배선들에 의해 이웃하는 개별 배선들이 연결되어 복수의 급전 단위들이 정의되며, 각각의 상기 급전 단위들 내에 포함된 상기 개별 배선들의 길이가 서로 다른, 안테나 구조체.
  4. 청구항 3에 있어서, 서로 다른 급전 단위에 포함된 상기 개별 배선들 중 이웃한 개별 배선들의 길이가 서로 다른, 안테나 구조체.
  5. 청구항 3에 있어서, 상기 급전 단위에 연결된 방사 패턴들 사이에 위상차가 생성되며, 각각의 상기 급전 단위들로부터 생성된 위상차는 일정한, 안테나 구조체.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 서로 다른 급전 단위에 포함된 상기 개별 배선들 중 이웃한 개별 배선들에 의해 위상차가 생성되며, 상기 위상차는 상기 급전 단위들로부터 생성된 위상차와 동일하고,
    상기 복수의 방사 패턴들은 그 배열 방향을 따라 일정하게 증가 또는 감소하는 위상을 갖는, 안테나 구조체.
  7. 청구항 3에 있어서, 각각의 상기 급전 단위 내에 포함된 상기 개별 배선들 중 적어도 하나는 상기 복수의 급전 단위들의 배열 방향을 따라 돌출된 굴곡부를 포함하는, 안테나 구조체.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 안테나 전극층은 상기 방사 패턴과 전기적으로 연결된 신호 패드를 더 포함하며,
    상기 급전 배선은 상기 신호 패드와 전기적으로 연결되는, 안테나 구조체.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 연성 회로 기판은 코어층, 및 상기 코어층의 상면에 배치된 급전 그라운드 층을 더 포함하며,
    상기 급전 배선은 상기 코어층의 하면 상에 배치되는, 안테나 구조체.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 안테나 전극층은 상기 신호 패드 주변에 배치된 그라운드 패드를 더 포함하며,
    상기 연성 회로 기판의 상기 급전 그라운드 층은 상기 그라운드 패드와 전기적으로 연결되는, 안테나 구조체.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 급전 그라운드 층과 상기 그라운드 패드를 전기적으로 연결시키는 그라운드 콘택을 더 포함하는, 안테나 구조체.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 연성 회로 기판은 상기 안테나 소자의 상기 안테나 전극층 위에 배치되는, 안테나 구조체.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 연성 회로 기판은 상기 안테나 소자의 유전층의 저면 아래에 배치되는, 안테나 구조체.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 안테나 전극층은 상기 유전층의 측벽을 따라 굴곡되어 상기 저면 상으로 연장하는, 안테나 구조체.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 연성 회로 기판은 상기 안테나 전극층 및 상기 급전 배선을 전기적으로 연결시키는 급전 콘택을 더 포함하는, 안테나 구조체.
  16. 청구항 1에 있어서, 상기 안테나 소자는 상기 유전층의 저면 상에 배치되는 안테나 그라운드 층을 더 포함하는, 안테나 구조체.
  17. 청구항 1에 있어서, 상기 연성 회로 기판 상에 배치되며 상기 급전 배선을 통해 상기 안테나 전극층에 전력을 공급하는 구동 집적 회로 칩을 더 포함하는, 안테나 구조체.
  18. 청구항 1에 있어서, 상기 안테나 전극층은 메쉬 구조를 포함하는, 안테나 구조체.
  19. 청구항 18에 있어서, 상기 안테나 소자는 상기 안테나 전극층 주변에 배치되는 더미 메쉬 층을 더 포함하는, 안테나 구조체.
  20. 청구항 1에 따른 안테나 구조체를 포함하는, 디스플레이 장치.
PCT/KR2019/012456 2018-10-05 2019-09-25 안테나 구조체 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 Ceased WO2020071680A1 (ko)

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