WO2020080704A1 - 안테나 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents

안테나 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 Download PDF

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WO2020080704A1
WO2020080704A1 PCT/KR2019/012794 KR2019012794W WO2020080704A1 WO 2020080704 A1 WO2020080704 A1 WO 2020080704A1 KR 2019012794 W KR2019012794 W KR 2019012794W WO 2020080704 A1 WO2020080704 A1 WO 2020080704A1
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electrode
antenna element
equation
radiation electrode
radiation
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PCT/KR2019/012794
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류한섭
안기환
박동필
백성호
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동우화인켐 주식회사
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    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna

Definitions

  • the present invention relates to an antenna element and a display device including the same. More specifically, the present invention relates to an antenna element including an electrode pattern 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 antennas also need to be developed to have improved transparency and flexibility.
  • the space or area of the bezel portion or the light blocking portion is decreasing.
  • the space or area in which the antenna can be built is also limited, and accordingly, a radiation electrode for transmitting and receiving signals included in the antenna may overlap the display area of the display device. Therefore, the image of the display device may be obscured by the radiation electrode of the antenna or the radiation electrode may be viewed by the user, thereby degrading the image quality.
  • Korean Patent Publication No. 2013-0095451 discloses an antenna integrated into a display panel, but does not consider image deterioration of the display device by the antenna.
  • One object of the present invention is to provide an antenna element having improved visual characteristics and signal transmission and reception efficiency.
  • One object of the present invention is to provide a display device including a film antenna having improved visual characteristics and signal transmission and reception efficiency.
  • the radiation electrode is defined by the following Equation 1 and exhibits a visibility index ranging from -1.4 to 1.9, the antenna element:
  • Visibility index Log (contrast ⁇ contrast sensitivity function (CSF) value).
  • the CSF value is calculated through the functions of the following equations 2, 2-1 and 2-2, the antenna element:
  • ⁇ is the viewing angle (degree)
  • f is the space when the distance between the film antenna and the viewer's eye is 400 mm Frequency (cycles per degree).
  • the shortest distance between the opposite sides of the unit cell is 20 to 225 ⁇ m, the antenna element.
  • the shortest distance between opposing sides of the unit cell is 50 to 196 ⁇ m, the antenna element.
  • the line width of the electrode line is 0.5 to 5 ⁇ m, antenna element.
  • the mesh structure includes first electrode lines and second electrode lines that cross each other, and the unit cell has a rhombus shape.
  • the transmission line connected to the radiation electrode on the dielectric layer; And a pad electrode connected to one end of the transmission line.
  • the pad electrode is an antenna element having a solid (solid) structure.
  • the pad electrode is disposed on the upper layer of the radiation electrode and the transmission line, the antenna element.
  • a display device comprising the antenna element according to any one of 1 to 12 above.
  • the antenna element may include, for example, a radiating electrode having a mesh structure in which unit cells of diamond or rhombus shapes are aggregated.
  • the radiation electrode may be designed to satisfy a range of visibility indicators according to example embodiments including contrast and contrast sensitivity function (CSF) values. It is possible to prevent the radiation electrode from being visually viewed by the user without impairing the transmittance of the antenna element within the visibility index range.
  • CSF contrast and contrast sensitivity function
  • visibility of an electrode line included in the radiation electrode may be prevented by adjusting the shortest distance between opposing sides of the unit cell.
  • resistance and transmittance can be controlled by adjusting the line width of the electrode line.
  • the antenna element may be inserted or mounted on the front surface of the display device, and the radiation electrode may be prevented from being viewed by the user of the display device.
  • the antenna element includes a metal mesh structure, flexibility characteristics are improved, and thus it can be effectively applied to a flexible display device.
  • FIG 1 and 2 are schematic cross-sectional and plan views, respectively, showing antenna elements according to example embodiments.
  • 3 and 4 are schematic plan views each showing a mesh structure and a unit cell of an antenna element according to example embodiments.
  • Fig. 5 is a schematic plan view showing a unit cell of an antenna element according to some exemplary embodiments.
  • 6 and 7 are schematic cross-sectional and plan views, respectively, showing an antenna element in accordance with some example embodiments.
  • FIG. 8 is a schematic plan view illustrating a display device according to example embodiments.
  • 9 is a graph showing simulation results between exemplary resistance and signal loss level S21.
  • Embodiments of the invention include, for example, a radiating electrode comprising a mesh structure, reducing electrode electrode visibility, and providing an antenna element with improved transmittance and signal sensitivity.
  • the antenna element may be, for example, a microstrip patch antenna manufactured in the form of a transparent film.
  • the antenna element may be applied to, for example, communication devices for 3G to 5G mobile communication.
  • embodiments of the present invention provides a display device including the antenna element.
  • FIG 1 and 2 are schematic cross-sectional and plan views, respectively, showing antenna elements according to example embodiments.
  • an antenna element includes a dielectric layer 100 and a first electrode layer 110 disposed on the dielectric layer 100.
  • the second electrode layer 90 may be further included on the bottom surface of the dielectric layer 100.
  • the dielectric layer 100 may include an insulating material having a predetermined dielectric constant.
  • the dielectric layer 100 may include, for example, inorganic insulating materials such as silicon oxide, silicon nitride, and metal oxide, or organic insulating materials such as epoxy resin, acrylic resin, and imide-based resin.
  • the dielectric layer 100 may function as a film substrate on which the first electrode layer 110 is formed.
  • a transparent film may be provided as the dielectric layer 100.
  • the transparent film may include, for example, polyester terephthalate, polyethylene isophthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene terephthalate and other polyester resins; 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 ketone-based resins; Poly
  • 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 100.
  • the dielectric constant of the dielectric layer 100 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 first electrode layer 110 may include an antenna pattern including a radiation electrode 112 and a transmission line 114.
  • the antenna pattern or the first electrode layer 110 may further include a pad electrode 116 connected to an end of the transmission line 114.
  • the first electrode layer 110 may further include a dummy electrode 118 arranged around the antenna pattern.
  • the first electrode layer 110 includes silver (Ag), gold (Au), copper (Cu), aluminum (Al), platinum (Pt), palladium (Pd), chromium (Cr), titanium (Ti), and tungsten (W) ), Niobium (Nb), tantalum (Ta), vanadium (V), iron (Fe), manganese (Mn), cobalt (Co), nickel (Ni), zinc (Zn), or alloys thereof. have. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the radiation electrode 112 may include silver (Ag) or a silver alloy to implement low resistance, and may include, for example, a silver-palladium-copper (APC) alloy.
  • the first electrode layer 110 may include a transparent metal oxide such as indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium zinc tin oxide (ITZO), or zinc oxide (ZnOx).
  • ITO indium tin oxide
  • IZO indium zinc oxide
  • ITZO indium zinc tin oxide
  • ZnOx zinc oxide
  • the first electrode layer 110 may have a multilayer structure including at least one layer of a metal or alloy layer, and a transparent metal oxide layer.
  • the radiation electrode 112 of the antenna pattern may include a mesh structure. Accordingly, the transmittance of the radiation electrode 112 can be increased, and flexibility of the antenna element can be improved. Therefore, the antenna element can be effectively applied to a flexible display device.
  • the dummy electrode 118 also includes a mesh structure, and a mesh structure substantially the same as the mesh structure included in the radiation electrode 112 may be included in the dummy electrode 118. In some embodiments, the dummy electrode 118 and the radiation electrode 112 may include the same metal.
  • the transmission line 114 may extend from one end of the radiation electrode 112 and be electrically connected to the pad electrode 116.
  • the transmission line 114 may extend from a protrusion formed in the center of the radiation electrode 112.
  • the transmission line 114 includes a conductive material that is substantially the same as the radiation electrode 112, and may be formed through substantially the same etching process. In this case, the transmission line 114 may be integrally connected to the radiation electrode 112 to be provided as a substantially single member.
  • the transmission line 114 and the radiating electrode 112 can include substantially the same mesh structure.
  • the pad electrode 116 is electrically connected to the radiation electrode 112 through the transmission line 114, and electrically connects the driving circuit unit (eg, an IC chip) and the radiation electrode 112.
  • the driving circuit unit eg, an IC chip
  • a circuit board such as a flexible circuit board (FPCB) is bonded on the pad electrode 116, and the driving circuit part may be disposed on the flexible circuit board. Accordingly, signal transmission and reception may be implemented between the antenna pattern and the driving circuit part.
  • FPCB flexible circuit board
  • the pad electrode 116 may be disposed on the same layer or the same level as the radiation electrode 112. In this case, the pad electrode 116 may also include a mesh structure substantially the same as the radiation electrode 112.
  • the dummy electrode 118 may include a mesh structure substantially the same as the radiation electrode 112, and may be electrically or physically separated or separated from the antenna pattern and the pad electrode 116.
  • a separation region 115 may be formed along a side line or profile of the antenna pattern to separate the dummy electrode 118 and the antenna pattern from each other.
  • the antenna pattern to include the mesh structure
  • transmittance of the antenna element can be improved.
  • the electrode line included in the mesh structure may be formed of a low-resistance metal such as copper, silver, or APC alloy, thereby suppressing an increase in resistance. Accordingly, a transparent antenna element with low resistance and high sensitivity can be effectively implemented.
  • dummy electrodes 118 having the same mesh structure around the antenna pattern, it is possible to prevent the antenna pattern from being recognized by the user of the display device according to the difference in electrode arrangement for each location.
  • antenna patterns Although only one antenna pattern is shown in FIG. 2 for convenience of description, a plurality of the antenna patterns may be arranged in an array form on the dielectric layer 100.
  • the second electrode layer 90 may be provided as a ground layer of the antenna element.
  • a capacitance or inductance is formed between the radiation electrode 112 and the second electrode layer 90 in the thickness direction of the antenna element by the dielectric layer 100, so that the antenna element is driven.
  • the frequency band that can be sensed can be adjusted.
  • the antenna element may be provided as a vertical radiation antenna.
  • the second electrode layer 90 may include a metal that is substantially the same as or similar to the first electrode layer 110.
  • a conductive member of the display device on which the antenna element is mounted may be provided as the second electrode layer 90.
  • the conductive member may include, for example, a gate electrode of a thin film transistor (TFT) included in a display panel, various wiring such as a scan line or a data line, or various electrodes such as a pixel electrode and a common electrode.
  • TFT thin film transistor
  • FIG. 3 and 4 are schematic plan views each showing a mesh structure and a unit cell of a film antenna according to example embodiments.
  • FIG. 3 shows a mesh structure inside an antenna pattern included in the antenna element.
  • the mesh structure included in the antenna pattern may be defined by electrode lines intersecting each other.
  • the mesh structure may include a first electrode line 120a and a second electrode line 120b divided according to an extension direction.
  • the first and second electrode lines 120a and 120b extend to cross each other in the first direction and the second direction, respectively, and the plurality of first electrode lines 120a and the plurality of second electrode lines 120b.
  • the mesh structure in which unit cells 125 are aggregated to cross each other may be defined.
  • the unit cell 125 is defined by two adjacent first electrode lines 120a and two adjacent second electrode lines 120b intersecting each other, and may have a diamond or rhombus shape.
  • the diffraction between two adjacent electrode lines may be visually recognized by the user according to the difference in contrast and luminance.
  • the visibility index defined by Equation 1 below may be adjusted to a predetermined range in consideration of the optical characteristics that cause electrode visibility from the electrode lines 120a and 120b. Therefore, it is possible to prevent the electrode lines 120a and 120b from being viewed by the user, thereby preventing the image quality of the display device from being deteriorated by the antenna element.
  • Visibility index Log (contrast ⁇ contrast sensitivity function (CSF) value)
  • the visibility indicator value calculated from the radiation electrode 112 of the antenna element may range from about -1.4 to 1.9. In the above range, while preventing excessive decrease in transmittance of the film antenna by the radiation electrode 112, it is possible to effectively suppress the radiation electrode 112 from being viewed by the user.
  • contrast represents the contrast difference represented by the ratio of the brightness of the lightest and darkest parts from the microscopic images of the electrode lines 120a and 120b. For example, as the distance or pitch between the electrode lines 120a and 120b increases, the contrast increases, and accordingly, the probability of being recognized by the user may increase.
  • the contrast sensitivity function (CSF) value may be a value obtained by quantifying sensitivity as a pattern is repeated in the human visual system. According to the CSF value, a human eye's ability to discriminate or discern the discrimination ability according to the frequency of a pattern may be numerically provided for an image having a small difference in contrast. As the CSF value increases, the probability that the electrode lines 120a and 120b are visually recognized by the human eye may increase.
  • the CSF value may represent a probability that can be perceived by a human by using spatial frequency, viewing angle, and average luminance as variables.
  • the spatial frequency can be expressed as a cycle of bright and dark portions of the optical image (eg, cycles per millimeter (CPM)) or the reciprocal of the pitch of the electrode lines 120a and 120b.
  • the spatial frequency may be converted to CPD (cycles per degree) and used.
  • the spatial frequency may be measured by fixing the distance between the film antenna and the viewer's eye at 400 mm.
  • the CSF value can be calculated through the functions of Equations 2, 2-1 and 2-2 below.
  • the radiation electrode 112 may be designed such that the visibility index according to Equation 1 satisfies the range of about -1.4 to 1.9.
  • the visibility indicator is less than about -1.4, the density of the electrode lines 120a and 120b may be excessively increased, and the transmittance itself may be lowered (for example, less than about 85%).
  • the visibility indicator exceeds about 1.9
  • the probability of visibility of the electrode lines 120a and 120b may exceed, for example, about 70%, such that the radiation electrode 112 may be substantially exposed to the user's naked eye.
  • the unit cell 125 may have a rhombus shape and may include a pair of first sides 121a facing each other and a pair of second sides 121b facing each other.
  • the first side 121a may originate from the first electrode line 120a
  • the second side 121b may originate from the second electrode line 120b.
  • the shortest distance between the opposite sides facing each other may be defined as a distance D1 between the first sides 121a or a distance D2 between the second sides 121b. In one embodiment, the distance D1 between the first sides 121a and the distance D2 between the second sides 121b may be the same.
  • the shortest distance between the opposite sides of each other may be about 225 ⁇ m or less.
  • the contrast or CSF value described as the visibility indicator can be reduced to suppress the visibility of the electrode line to the user.
  • the space inside the unit cell 125 decreases, and thus the transmittance of the antenna element may decrease as a whole.
  • the shortest distance between the feces is about 20 to 225 ⁇ m, preferably about 50 to 196 ⁇ m.
  • the line width Lw of each side of the unit cell 125 or the electrode line may be about 0.5 to 5 ⁇ m.
  • the line width Lw of the electrode line is less than about 0.5 ⁇ m, the signal loss rate of the antenna element is excessively increased, so that effective driving characteristics of the antenna element may not be secured.
  • the line width Lw of the electrode line exceeds about 5 ⁇ m, transmittance of the antenna element may be reduced.
  • the unit cell 125 may have the rhombus shape as an example, and may have another convex polygonal shape such as a hexagonal shape.
  • Fig. 5 is a schematic plan view showing a unit cell of an antenna element according to some exemplary embodiments.
  • the unit cell 127 may have a hexagonal shape.
  • the unit cell 127 may include first sides 123a, second sides 123b, and third sides 123c derived from electrode lines extending in three different directions.
  • the first side 123a and the second side 123b may respectively extend in two diagonal directions
  • the third side 123c may extend in the vertical direction.
  • the shortest distance between opposite sides is the distance (Da) between a pair of first sides (123a) facing each other, the distance (Db) between a pair of second sides (123b) facing each other, and the one facing each other
  • Dc between the pair of third sides 123c may be included.
  • the distance Da between the first sides 123a, the distance Db between the second sides 123b, and the distance Dc between the third sides 123c are the same or It may be different, and each of about 225 ⁇ m or less, preferably about 20 to 225 ⁇ m, more preferably about 50 to 196 ⁇ m.
  • 6 and 7 are schematic cross-sectional and plan views, respectively, showing an antenna element in accordance with some example embodiments.
  • the pad electrode 130 of the antenna element may include a solid structure, not a mesh structure. Accordingly, it is possible to improve signal transmission and reception efficiency between the driving IC chip and the radiation electrode 112 and suppress signal loss.
  • the pad electrode 130 includes an antenna pattern (eg, a first electrode layer 110 including a radiation electrode 112 and a transmission line 114). They can be located on different floors or different levels.
  • the pad electrode 130 is positioned at an upper level of the first electrode layer 110 and may be electrically connected to the first electrode layer 110 through the contact 135.
  • the interlayer insulating layer 140 is formed on the dielectric layer 100 to cover the first electrode layer 110.
  • the contact 135 may penetrate the interlayer insulating layer 140 and be electrically connected to the transmission line 114 included in the first electrode layer 110.
  • the pad electrode 130 may be disposed on the interlayer insulating layer 140 to contact the contact 135.
  • a protective layer 150 covering the pad electrode 130 may be further formed on the interlayer insulating layer 140.
  • a contact hole partially exposing the upper surface of the transmission line 114 may be formed in the interlayer insulating layer 140. Thereafter, a metal film or an alloy film filling the contact hole may be formed and patterned to form the contact 135.
  • the contact 135 and the pad electrode 130 may be provided as a single member that is substantially integrally connected, and in this case, may be formed through the same patterning process for the metal film or alloy film. .
  • the interlayer insulating layer 140 and the protective layer 150 may include inorganic insulating materials such as silicon oxide and silicon nitride, or organic insulating materials such as acrylic resin, epoxy resin, and polyimide resin.
  • the pad electrode 130 may be disposed in a peripheral portion such as a light blocking portion and a bezel portion of the display device. Therefore, since it is not recognized by the user, the signal loss can be suppressed by forming the metal so as to contain a solid metal.
  • the radiation electrode 112 that can be disposed in the display area of the display device is formed to include the above-described mesh structure, thereby improving transmittance and preventing electrode visibility.
  • FIG. 8 is a schematic plan view illustrating a display device according to example embodiments.
  • FIG. 8 shows an external shape including a window of a display device.
  • the display device 200 may include a display area 210 and a peripheral area 220.
  • the peripheral area 220 may be disposed on both sides and / or both ends of the display area 210, for example.
  • the above-described antenna element may be inserted in the form of a patch in the peripheral region 220 of the display device 200.
  • the radiation electrode 112 of the antenna element described above is disposed to at least partially correspond to the display area 210 of the display device 200, and the pad electrodes 116 and 130 are the display device 200 ) May be disposed to correspond to the peripheral region 220.
  • the peripheral area 220 may correspond to, for example, a light blocking portion or a bezel portion of the image display device.
  • a driving circuit such as an IC chip of the display device 200 and / or the film antenna may be disposed in the peripheral area 220.
  • the signal transmission / reception path can be shortened to suppress signal loss.
  • a dummy electrode 118 of the film antenna may be disposed on the display area 210.
  • the radiation electrode 112 and the dummy electrode 118 may be formed to have the same mesh structure including the unit cells described with reference to FIGS. 3 and 4 to effectively improve transmittance and prevent electrode visibility.
  • a mesh structure shown in FIG. 3 was formed using an alloy (APC) of silver (Ag), palladium (Pd), and copper (Cu) on the dielectric layer.
  • the line width of the electrode line was 3 ⁇ m, and the electrode thickness (or height) was 2000 mm 2.
  • APC alloy of silver (Ag), palladium (Pd), and copper (Cu) on the dielectric layer.
  • the line width of the electrode line was 3 ⁇ m, and the electrode thickness (or height) was 2000 mm 2.
  • the contrast of the samples was extracted from the image measured using an Olympus microscope SZ61.
  • the distance between the microscope and the sample was defined as a distance between the end of the objective lens and the electrode on a vertical direction basis, and was measured at a distance of 40 cm. Contrast was calculated using the following formula using the brightness distribution of the measured image.
  • Min represents the minimum brightness among the brightness distribution and the maximum brightness among the Max brightness distribution
  • the visibility index of the samples was calculated through Equation 1.
  • the average luminance (nt), viewing angle ( o ), and spatial frequency (CPD: cycles per degree) used when measuring CSF values are listed together in Table 1.
  • the spatial frequency was measured by fixing the distance between the sample and the observer's eye at 400 mm.
  • the transmittance and electrode visibility of the samples were evaluated as follows.
  • the luminous transmittance (Y_D65) of the samples prepared by Examples and Comparative Examples was measured under a 2D observer condition using a spectrophotometer (CM-3600A, Konica Minolta).
  • Example 2 when the visibility indicator exceeded 1.9, the visibility probability reached substantially 100%.
  • the transmittance was reduced to 85%, and if the visibility index decreased to less than -1.4, it can be predicted that the transmittance would be further reduced.
  • a mesh structure shown in FIG. 3 was formed using an alloy (APC) of silver (Ag), palladium (Pd), and copper (Cu) on the dielectric layer.
  • APC alloy of silver (Ag), palladium (Pd), and copper (Cu) on the dielectric layer.
  • the shortest distance between the sides of the rhombus unit cell was fixed to 196 ⁇ m in the same manner as in Example 1-6 of Experimental Example 1, and samples were prepared while changing the line width of the electrode line.
  • the signal loss was measured by extracting an S-parameter at 28 GHz using a network analyzer.
  • the line resistance was measured by the method of Resistance simulation (Q3D tool).
  • the transmittance was measured in the same manner as in Experimental Example 1. The evaluation results are shown in Table 3 below.
  • FIG. 9 is a graph showing simulation results between exemplary resistance and signal loss levels (S21).
  • S21 exemplary resistance and signal loss levels
  • a target S21 value indicating efficiency (output intensity / input intensity) of 50% or more is set to -3 dB, and the resistance of the antenna pattern is measured to be 22.5 ⁇ .
  • the target S21 may be set according to Equation 4 below.
  • the line width of the electrode line having the target signal efficiency is measured to be 0.5 ⁇ m, and when the electrode line line width falls below 0.5 ⁇ m, the target signal efficiency value is not obtained. On the other hand, when the line width of the electrode line exceeds 5 ⁇ m, the transmittance of the antenna element is reduced to less than 90%.

Abstract

본 발명의 실시예들의 안테나 소자는 유전층, 및 유전층의 상면 상에 배치되며 복수의 전극 라인들을 포함하는 방사 전극을 포함한다. 방사 전극은 -1.4 내지 1.9 범위의 시인성 지표를 나타낸다. 방사 전극 설계를 통해 전극 시인을 억제하고 신호 감도를 향상시킬 수 있다. 안테나 소자를 포함하는 디스플레이 장치가 함께 제공된다.

Description

안테나 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치
본 발명은 안테나 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 전극 패턴을 포함하는 안테나 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
최근 정보화 사회가 발전함에 따라 와이 파이(Wi-Fi), 블루투스(Bluetooth) 등과 같은 무선 통신 기술이 디스플레이 장치와 결합되어, 예를 들면 스마트폰 형태로 구현되고 있다. 이 경우, 안테나가 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. 또한, 최근 투명 디스플레이, 플렉시블 디스플레이와 같은 박형, 고투명, 고해상도의 디스플레이 장치가 개발되면서, 상기 안테나 역시 향상된 투명성, 유연성을 갖도록 개발될 필요가 있다.
상기 디스플레이 장치의 화면이 대면적화 되면서, 베젤부 혹은 차광부의 공간 혹은 면적은 감소되고 있는 추세이다. 이 경우, 안테나가 내장될 수 있는 공간 혹은 면적 역시 제한되며, 이에 따라, 안테나에 포함되는 신호 송수신을 위한 방사 전극이 상기 디스플레이 장치의 표시 영역과 중첩될 수 있다. 따라서, 상기 디스플레이 장치의 이미지가 상기 안테나의 방사 전극에 의해 가려지거나 상기 방사 전극이 사용자에게 시인되어 이미지 품질이 저하될 수 있다.
예를 들면, 한국공개특허 제2013-0095451호는 디스플레이 패널에 일체화된 안테나를 개시하고 있으나, 안테나에 의한 디스플레이 장치의 이미지 열화에 대해서는 고려하지 않고 있다.
본 발명의 일 과제는 향상된 시각적 특성 및 신호 송수신 효율성을 갖는 안테나 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 향상된 시각적 특성 및 신호 송수신 효율성을 갖는 필름 안테나를 포함하는 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
1. 유전층; 및 상기 유전층의 상면 상에 배치되며, 복수의 전극 라인들을 포함하는 방사 전극을 포함하며,
상기 방사 전극은 하기 식 1로 정의되며 -1.4 내지 1.9 범위의 시인성 지표를 나타내는, 안테나 소자:
[식 1]
시인성 지표 = Log(콘트라스트 × 대비민감도함수(CSF) 값).
2. 위 1에 있어서, 상기 식 1 중, 상기 CSF 값은 하기의 식 2, 식 2-1 및 2-2의 함수를 통해 산출되는, 안테나 소자:
[식 2]
Figure PCTKR2019012794-appb-img-000001
[식 2-1]
Figure PCTKR2019012794-appb-img-000002
[식 2-2]
Figure PCTKR2019012794-appb-img-000003
(식 2, 2-1 및 2-2 중, L은 평균 휘도(nt＝cd/m 2), ω는 시야각(degree), f는 필름 안테나 및 관찰자의 눈 사이의 거리가 400mm일 때의 공간 주파수(cycles per degree)를 나타냄).
3. 위 1에 있어서, 상기 방사 전극은 상기 전극 라인들에 의해 정의된 단위 셀들이 집합된 메쉬 구조를 포함하는, 안테나 소자.
4. 위 3에 있어서, 상기 단위 셀의 마주보는 대변 사이의 최단 거리는 20 내지 225㎛인, 안테나 소자.
5. 위 4에 있어서, 상기 단위 셀의 마주보는 대변 사이의 최단 거리는 50 내지 196㎛인, 안테나 소자.
6. 위 3에 있어서, 상기 전극 라인의 선폭은 0.5 내지 5㎛인, 안테나 소자.
7. 위 3에 있어서, 상기 메쉬 구조는 서로 교차하는 제1 전극 라인들 및 제2 전극 라인들을 포함하며, 상기 단위 셀은 마름모 형상인, 안테나 소자.
8. 위 3에 있어서, 상기 유전층 상에서 상기 방사 전극과 연결된 전송 선로; 및 상기 전송 선로 일단에 연결된 패드 전극을 더 포함하는, 안테나 소자.
9. 위 8에 있어서, 상기 패드 전극은 속이 찬(solid) 구조를 갖는 안테나 소자.
10. 위 9에 있어서, 상기 패드 전극 및 상기 전송 선로를 서로 전기적으로 연결시키는 콘택을 더 포함하며, 상기 패드 전극은 상기 방사 전극 및 상기 전송 선로의 상층에 배치되는, 안테나 소자.
11. 위 3에 있어서, 상기 방사 전극 주변에 배열된 더미 전극을 더 포함하는, 안테나 소자.
12. 위 11에 있어서, 상기 더미 전극은 상기 방사 전극과 동일한 메쉬 구조를 포함하는, 안테나 소자.
13. 위 1 내지 12 중 어느 한 항에 따른 안테나 소자를 포함하는, 디스플레이 장치.
본 발명의 실시예들에 따르는 안테나 소자는 예를 들면, 다이아몬드 혹은 마름모 형상의 단위 셀이 집합된 메쉬 구조를 갖는 방사 전극을 포함할 수 있다. 상기 방사 전극은 콘트라스트 및 대비 민감도 함수(CSF) 값을 포함하는 예시적인 실시예들에 따른 소정의 시인성 지표 범위를 만족하도록 설계될 수 있다. 상기 시인성 지표 범위에서 상기 안테나 소자의 투과율이 저해되지 않으면서 상기 방사 전극이 사용자에게 육안으로 시인되는 것을 방지할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 단위 셀의 마주보는 대변 사이의 최단 거리를 조절하여 상기 방사 전극에 포함된 전극 라인의 시인을 방지할 수 있다. 또한, 상기 전극 라인의 선폭을 조절하여 저항 및 투과율을 조절할 수 있다.
상기 안테나 소자는 디스플레이 장치의 전면부에 삽입 또는 실장될 수 있으며, 상기 방사 전극이 상기 디스플레이 장치의 사용자에게 시인되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 전극 라인의 선폭 조절을 통해 신호 감도를 증가시키면서 투과율을 향상시켜 디스플레이 장치의 이미지 품질 저하를 최소화할 수 있다.
상기 안테나 소자는 금속 재질의 메쉬 구조를 포함하므로, 유연성 특성이 향상되어 플렉시블 디스플레이 장치에 효과적으로 적용될 수 있다.
도 1 및 도 2는 각각 예시적인 실시예들에 따른 안테나 소자를 나타내는 개략적인 단면도 및 평면도이다.
도 3 및 도 4는 각각 예시적인 실시예들에 따른 안테나 소자의 메쉬 구조 및 단위 셀을 나타내는 개략적인 평면도들이다.
도 5는 일부 예시적인 실시예들에 따른 안테나 소자의 단위 셀을 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 6 및 도 7은 각각 일부 예시적인 실시예들에 따른 안테나 소자를 나타내는 개략적인 단면도 및 평면도이다.
도 8은 예시적인 실시예들에 따른 디스플레이 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 9는 예시적인 저항(resistance) 및 신호 손실 레벨(S21) 사이의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 실시예들은 예를 들면, 메쉬 구조를 포함하는 방사 전극을 포함하며, 전극 전극 시인을 감소시키고, 투과율 및 신호 감도가 함께 향상된 안테나 소자를 제공한다.
상기 안테나 소자는 예를 들면, 투명 필름 형태로 제작되는 마이크로스트립 패치 안테나(microstrip patch antenna)일 수 있다. 상기 안테나 소자는 예를 들면, 3G 내지 5G 이동통신을 위한 통신 기기에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 상기 안테나 소자를 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.
도 1 및 도 2는 각각 예시적인 실시예들에 따른 안테나 소자를 나타내는 개략적인 단면도 및 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 예시적인 실시예들에 따른 안테나 소자는 유전층(100), 및 유전층(100) 상에 배치된 제1 전극층(110)을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 유전층(100)의 저면 상에 제2 전극층(90)이 더 포함될 수 있다.
유전층(100)은 소정의 유전율을 갖는 절연 물질을 포함할 수 있다. 유전층(100)은 예를 들면, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 금속 산화물 등과 같은 무기 절연 물질, 또는 에폭시 수지, 아크릴 수지, 이미드 계열 수지 등과 같은 유기 절연 물질을 포함할 수 있다. 유전층(100)은 제1 전극층(110)이 형성되는 필름 기재로서 기능할 수 있다.
예를 들면, 투명 필름이 유전층(100)으로 제공될 수 있다. 상기 투명 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; 폴리에테르케톤계 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(100)으로 활용될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 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.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 전극층(110)은 방사 전극(112) 및 전송 라인(114)을 포함하는 안테나 패턴을 포함할 수 있다. 상기 안테나 패턴 또는 제1 전극층(110)은 전송 라인(114)의 말단과 연결된 패드 전극(116)을 더 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 제1 전극층(110)은 상기 안테나 패턴 주변에 배열된 더미 전극(118)을 더 포함할 수 있다.
제1 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), 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다. 예를 들면, 방사 전극(112)은 저저항 구현을 위해 은(Ag) 또는 은 합금을 포함할 수 있으며, 예를 들면 은-팔라듐-구리(APC) 합금을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 제1 전극층(110)은 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO), 인듐아연주석 산화물(ITZO), 아연 산화물(ZnOx)과 같은 투명 금속 산화물을 포함할 수도 있다
예를 들면, 제1 전극층(110)은 적어도 1층의 금속 또는 합금층, 및 투명 금속 산화물층을 포함하는 복층 구조를 가질 수도 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 안테나 패턴의 방사 전극(112)은 메쉬(mesh) 구조를 포함할 수 있다. 이에 따라, 방사 전극(112)의 투과율을 증가시킬 수 있으며, 상기 안테나 소자의 유연성이 향상될 수 있다. 따라서, 상기 안테나 소자는 플렉시블 디스플레이 장치에 효과적으로 적용될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 더미 전극(118) 역시 메쉬 구조를 포함하며, 방사 전극(112)에 포함된 메쉬 구조와 실질적으로 동일한 메쉬 구조가 더미 전극(118)에 포함될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 더미 전극(118) 및 방사 전극(112)은 동일한 금속을 포함할 수 있다.
전송 선로(114)는 방사 전극(112)의 일단으로부터 연장되어 패드 전극(116)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들면, 전송 선로(114)는 방사 전극(112)의 중앙에 형성된 돌출부로부터 연장될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 전송 선로(114)는 방사 전극(112)과 실질적으로 동일한 도전 물질을 포함하며, 실질적으로 동일한 식각 공정을 통해 형성될 수 있다. 이 경우, 전송 선로(114)는 방사 전극(112)과 일체로 연결되어 실질적으로 단일 부재로 제공될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 전송 선로(114) 및 방사 전극(112)은 실질적으로 동일한 메쉬 구조를 포함할 수 있다.
패드 전극(116)은 전송 선로(114)를 통해 방사 전극(112)과 전기적으로 연결되며, 구동 회로부(예를 들면, IC 칩)와 방사 전극(112)을 전기적으로 연결시킬 수 있다.
예를 들면, 패드 전극(116) 상에 연성 회로 기판(FPCB)와 같은 회로 기판이 접합되며, 상기 연성 회로 기판 상에 상기 구동 회로부가 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 안테나 패턴 및 상기 구동 회로부 사이에서 신호 송수신이 구현될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 패드 전극(116)은 방사 전극(112)과 실질적으로 동일한 층 혹은 동일한 레벨 상에 배치될 수 있다. 이 경우, 패드 전극(116) 역시 방사 전극(112)과 실질적으로 동일한 메쉬 구조를 포함할 수 있다.
더미 전극(118)은 상술한 바와 같이, 방사 전극(112)과 실질적으로 동일한 메쉬 구조를 포함할 수 있으며, 상기 안테나 패턴 및 패드 전극(116)과 전기적, 물리적으로 분리 혹은 이격될 수 있다.
예를 들면, 분리 영역(115)이 상기 안테나 패턴의 측면 라인 혹은 프로파일을 따라 형성되어, 더미 전극(118)과 상기 안테나 패턴을 서로 분리시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 안테나 패턴을 상기 메쉬 구조를 포함하도록 형성함으로써, 상기 안테나 소자의 투과율을 향상시킬 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 메쉬 구조를 채용하면서 상기 메쉬 구조에 포함되는 전극 라인은 구리, 은 또는 APC 합금과 같은 저저항 금속으로 형성함으로써, 저항 증가를 억제할 수 있다. 따라서, 저저항, 고감도의 투명 안테나 소자를 효과적으로 구현할 수 있다.
또한, 상기 안테나 패턴 주변에 동일한 메쉬 구조의 더미 전극(118)을 배열함으로써, 위치별 전극 배열 차이에 따라 디스플레이 장치의 사용자에게 상기 안테나 패턴이 시인되는 것을 방지할 수 있다.
설명의 편의를 위해 도 2에서는 하나의 안테나 패턴만이 도시되었으나, 복수의 상기 안테나 패턴들이 유전층(100) 상에 어레이 형태로 배열될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 제2 전극층(90)은 상기 안테나 소자의 그라운드 층으로 제공될 수 있다. 예를 들면, 유전층(100)에 의해 방사 전극(112) 및 제2 전극층(90) 사이에서 상기 안테나 소자의 두께 방향으로 정전용량(capacitance) 또는 인덕턴스(inductance)가 형성되어, 상기 안테나 소자가 구동 혹은 센싱할 수 있는 주파수 대역이 조절될 수 있다. 예를 들면, 상기 안테나 소자는 수직 방사 안테나로 제공될 수 있다.
제2 전극층(90)은 제1 전극층(110)과 실질적으로 동일하거나 유사한 금속을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 안테나 소자가 실장되는 디스플레이 장치의 도전성 부재가 제2 전극층(90)으로 제공될 수도 있다.
상기 도전성 부재는 예를 들면, 디스플레이 패널에 포함된 박막 트랜지스터(TFT)의 게이트 전극, 스캔 라인 또는 데이터 라인과 같은 각종 배선, 또는 화소 전극, 공통 전극과 같은 각종 전극 등을 포함할 수 있다.
도 3 및 도 4는 각각 예시적인 실시예들에 따른 필름 안테나의 메쉬 구조 및 단위 셀을 나타내는 개략적인 평면도들이다. 예를 들면, 도 3은 상기 안테나 소자에 포함된 안테나 패턴 내부의 메쉬 구조를 도시하고 있다.
도 3을 참조하면, 상기 안테나 패턴에 포함된 메쉬 구조는 서로 교차하는 전극 라인들에 의해 정의될 수 있다.
상기 메쉬 구조는 연장 방향에 따라 구분되는 제1 전극 라인(120a) 및 제2 전극 라인(120b)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 전극 라인들(120a, 120b)은 각각 제1 방향 및 제2 방향으로 서로 교차하도록 연장되며, 복수의 제1 전극 라인들(120a) 및 복수의 제2 전극 라인들(120b)이 서로 교차하여 단위 셀들(125)이 집합된 상기 메쉬 구조가 정의될 수 있다.
단위 셀(125)은 이웃하는 2개의 제1 전극 라인들(120a) 및 이웃하는 2개의 제2 전극 라인들(120b)이 서로 교차하여 정의되며, 이 경우 다이아몬드 혹은 마름모 형상을 가질 수 있다.
단위 셀(125) 내에서 제1 전극 라인들(120a)이 서로 마주보며 배치되며, 제2 전극 라인들(120b)이 서로 마주보며 배치됨에 따라, 인접하는 두 전극 라인들 사이에서의 회절에 따른 명암 차이, 휘도 차이에 따라 전극 라인들(120a, 120b) 또는 단위 셀(125)의 형상 또는 실루엣이 사용자에게 육안으로 시인될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 전극 라인들(120a, 120b)로부터 전극 시인을 초래하는 광학적 특성을 고려하여 하기 식 1로 정의되는 시인성 지표를 소정의 범위로 조절할 수 있다. 따라서, 전극 라인들(120a, 120b)이 사용자에게 시인되는 것을 억제하여 안테나 소자에 의한 디스플레이 장치의 이미지 품질 저하를 방지할 수 있다.
[식 1]
시인성 지표 = Log(콘트라스트 × 대비민감도함수(CSF) 값)
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 안테나 소자의 방사 전극(112)으로부터 산출되는 상기 시인성 지표 값은 약 -1.4 내지 1.9 범위일 수 있다. 상기 범위에서 방사 전극(112)에 의한 필름 안테나의 지나친 투과율 저하를 방지하면서 방사 전극(112)이 사용자에게 시인되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
식 1에서, 콘트라스트(contrast)는 전극 라인들(120a, 120b)의 현미경 이미지로부터 가장 밝은 부분과 가장 어두운 부분의 밝기 비율로 나타나는 명암 차이를 나타낸다. 예를 들면, 전극 라인들(120a, 120b) 사이의 간격 혹은 피치(pitch)가 증가할수록 콘트라스트가 증가하며, 이에 따라 사용자에게 시인될 확률이 높아질 수 있다.
식 1에서 대비 민감도 함수(Contrast Sensitivity Function: CSF) 값은 인간의 시각 시스템에서 패턴이 반복됨에 따른 민감도를 수치화 한 값일 수 있다. CSF 값에 의해, 명암의 차이가 적은 이미지에 대해 패턴의 주파수에 따라 인간의 육안에 의한 식별 능력 또는 식별 가능성이 수치화되어 제공될 수 있다. CSF 값이 커질수록, 인간의 육안에 의해 전극 라인들(120a, 120b)이 시인될 확률이 증가할 수 있다.
구체적으로, CSF 값은 공간 주파수, 시야각 및 평균 휘도를 변수로 하여 인간에게 시인될 수 있는 확률을 나타낼 수 있다. 공간 주파수는 광학 이미지에서 밝고 어두운 부분의 사이클(예를 들면, cycles per millimeter(CPM)) 혹은 전극 라인들(120a, 120b)의 피치(pitch)의 역수로 표시될 수 있다. 공간 주파수는 CPD(cycles per degree)로 변환되어 사용될 수도 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 상기 공간 주파수는 필름 안테나 및 관찰자의 눈 사이의 거리를 400mm로 고정하여 측정될 수 있다.
CSF 값은 하기의 식 2, 식 2-1 및 2-2의 함수를 통해 산출될 수 있다.
[식 2]
Figure PCTKR2019012794-appb-img-000004
[식 2-1]
Figure PCTKR2019012794-appb-img-000005
[식 2-2]
Figure PCTKR2019012794-appb-img-000006
식 2, 2-1 및 2-2 중, L은 평균 휘도(단위: nt＝cd/m 2), ω는 시야각(degree), f는 공간 주파수(cycle per degree)를 나타낸다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 현미경 이미지를 통해 패턴 시인 확률을 반영하는 콘트라스트 및 인간 육안에서의 민감도를 반영하는 CSF 값을 모두 반영한 수치를 시인성 지표로 사용함으로써, 보다 정밀한 전극 라인 혹은 방사 전극의 시인 억제가 가능하다.
상술한 바와 같이, 식 1에 따른 시인성 지표가 약 -1.4 내지 1.9 범위를 만족하도록 방사 전극(112)이 설계될 수 있다. 상기 시인성 지표가 약 -1.4 미만인 경우 전극 라인들(120a, 120b)의 밀도가 지나치게 증가하여 투과율 자체가 저하될 수 있다(예를 들면, 약 85% 미만)
상기 시인성 지표가 약 1.9를 초과하는 경우 전극 라인들(120a, 120b)의 시인 확률이 예를 들면, 약 70%를 초과하여 실질적으로 방사 전극(112)이 사용자 육안에 노출될 수 있다.
도 4를 참조하면, 단위 셀(125)은 마름모 형상을 가지며 서로 마주보는 한 쌍의 제1 변들(121a) 및 서로 마주보는 한 쌍의 제2 변들(121b)을 포함할 수 있다. 제1 변(121a)은 제1 전극 라인(120a)으로부터 유래하며, 제2 변(121b)은 제2 전극 라인(120b)으로부터 유래할 수 있다.
서로 마주보는 대변 사이의 최단 거리는 제1 변들(121a) 사이의 거리(D1) 또는 제2 변들(121b) 사이의 거리(D2)로 정의될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제1 변들(121a) 사이의 거리(D1) 및 제2 변들(121b) 사이의 거리(D2)는 서로 동일할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 서로 마주보는 대변 사이의 최단 거리는 약 225㎛ 이하일 수 있다. 이 경우, 예를 들면 상기 시인성 지표로 설명한 콘트라스트 혹은 CSF 값이 감소하여 전극 라인이 사용자에게 시인되는 것을 억제할 수 있다.
한편, 서로 마주보는 대변 사이의 최단 거리가 지나치게 감소하는 경우, 단위 셀(125) 내부의 공간이 감소하여 안테나 소자의 투과율이 전체적으로 감소할 수 있다.
투과율 및 전극 시인 억제를 함께 고려하여, 상기 대변 사이의 최단 거리는 약 20 내지 225㎛이며, 바람직하게는 약 50 내지 196㎛ 범위일 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 단위 셀(125)의 각 변 또는 상기 전극 라인의 선폭(Lw)은 약 0.5 내지 5㎛일 수 있다. 상기 전극 라인의 선폭(Lw)이 약 0.5 ㎛미만인 경우, 상기 안테나 소자의 신호 손실율이 지나치게 증가하여 상기 안테나 소자의 유효한 구동 특성이 확보되지 않을 수 있다. 상기 전극 라인의 선폭(Lw)이 약 5㎛를 초과하는 경우, 상기 안테나 소자의 투과율이 저하될 수 있다.
단위 셀(125)의 마주보는 대변 사이의 최단 거리 및 각 전극 라인의 선폭을 상술한 바와 같이 조절하여, 투과율을 유지하면서 전극 시인을 차단할 수 있으며, 안테나 소자의 유효한 신호 감도를 확보할 수 있다. 또한, 상술한 범위의 시인성 지표 값을 보다 용이하게 획득할 수 있다.
상술한 바와 같이, 단위 셀(125)은 예시적으로 상기 마름모 형상을 가질 수 있으며, 육각형 형상과 같은 다른 볼록 다각형 형상을 가질 수도 있다.
도 5는 일부 예시적인 실시예들에 따른 안테나 소자의 단위 셀을 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 5를 참조하면, 단위 셀(127)은 육각형 형상을 가질 수도 있다. 이 경우, 단위 셀(127) 서로 다른 3개의 방향으로 연장하는 전극 라인들로부터 유래하는 제1 변(123a), 제2 변(123b) 및 제3 변(123c)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 변(123a) 및 제2 변(123b)은 2개의 사선 방향으로 각각 연장하며, 제3 변(123c)은 수직 방향으로 연장할 수 있다.
서로 마주보는 대변 사이의 최단 거리는 서로 마주보는 한 쌍의 제1 변들(123a) 사이의 거리(Da), 서로 마주보는 한 쌍의 제2 변들(123b) 사이의 거리(Db) 및 서로 마주보는 한 쌍의 제3 변들(123c) 사이의 거리(Dc)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 변들(123a) 사이의 거리(Da), 제2 변들(123b) 사이의 거리(Db) 및 제3 변들(123c) 사이의 거리(Dc)는 서로 동일하거나 상이할 수 있으며, 각각 약 225㎛ 이하, 바람직하게는 약 20 내지 225㎛이며, 보다 바람직하게는 약 50 내지 196㎛ 범위일 수 있다.
도 6 및 도 7은 각각 일부 예시적인 실시예들에 따른 안테나 소자를 나타내는 개략적인 단면도 및 평면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 안테나 소자의 패드 전극(130)은 메쉬 구조가 아닌 속이 찬(solid) 구조를 포함할 수 있다. 이에 따라, 구동 IC 칩과 방사 전극(112) 사이의 신호 송수신 효율성을 향상시키고 신호 손실을 억제할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 일부 실시예들에 있어서, 패드 전극(130)은 안테나 패턴(예를 들면, 방사 전극(112) 및 전송 선로(114)를 포함하는 제1 전극층(110))과 서로 다른 층 혹은 다른 레벨에 위치할 수 있다.
예를 들면, 패드 전극(130)은 제1 전극층(110)의 상부 레벨에 위치 하며, 콘택(135)을 통해 제1 전극층(110)과 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 층간 절연층(140)이 유전층(100) 상에 형성되어 제1 전극층(110)을 덮을 수 있다. 콘택(135)은 층간 절연층(140)을 관통하여 제1 전극층(110)에 포함된 전송 선로(114)와 전기적으로 연결될 수 있다.
패드 전극(130)은 층간 절연층(140) 상에 배치되어 콘택(135)과 접촉할 수 있다. 층간 절연층(140) 상에는 패드 전극(130)을 덮는 보호층(150)이 더 형성될 수도 있다.
예를 들면, 층간 절연층(140) 내에 전송 선로(114)의 상면을 부분적으로 노출시키는 콘택 홀이 형성될 수 있다. 이후, 상기 콘택 홀을 채우는 금속막 혹은 합금막을 형성하고, 이를 패터닝하여 콘택(135)을 형성할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 콘택(135) 및 패드 전극(130)은 실질적으로 일체로 연결된 단일 부재로서 제공될 수 있으며, 이 경우 상기 금속막 혹은 합금막에 대한 동일한 패터닝 공정을 통해 형성될 수 있다.
층간 절연층(140) 및 보호층(150)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 등과 같은 무기 절연 물질 또는 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 폴리이미드계 수지 등과 같은 유기 절연 물질을 포함할 수 있다.
패드 전극(130)은 예를 들면, 디스플레이 장치의 차광부, 베젤부 등과 같은 주변부에 배치될 수 있다. 따라서, 사용자에게 시인되지 않으므로 속이 찬 금속을 포함하도록 형성하여, 신호 손실을 억제할 수 있다. 반면, 디스플레이 장치의 표시 영역에 배치될 수 있는 방사 전극(112)은 상술한 메쉬 구조를 포함하도록 형성하여 투과율을 향상시키면서 및 전극 시인을 방지할 수 있다.
도 8은 예시적인 실시예들에 따른 디스플레이 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다. 예를 들면, 도 8은 디스플레이 장치의 윈도우를 포함하는 외부 형상을 도시하고 있다.
도 8을 참조하면, 디스플레이 장치(200)는 표시 영역(210) 및 주변 영역(220)을 포함할 수 있다. 주변 영역(220)은 예를 들면, 표시 영역(210)의 양 측부 및/또는 양 단부에 배치될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상술한 안테나 소자는 디스플레이 장치(200)의 주변 영역(220)에 패치 형태로 삽입될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상술한 안테나 소자의 방사 전극(112)은 디스플레이 장치(200)의 표시 영역(210)에 적어도 부분적으로 대응되도록 배치되며, 패드 전극(116, 130)은 디스플레이 장치(200)의 주변 영역(220)에 대응되도록 배치될 수 있다.
주변 영역(220)은 예를 들면, 화상 표시 장치의 차광부 또는 베젤부에 해당될 수 있다. 또한, 주변 영역(220)에는 디스플레이 장치(200) 및/또는 상기 필름 안테나의 IC 칩과 같은 구동 회로가 배치될 수 있다.
상기 필름 안테나의 패드 전극(116, 130)을 상기 구동 회로에 인접하도록 배치함으로써, 신호 송수신 경로를 단축시켜 신호 손실을 억제할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 표시 영역(210) 상에 상기 필름 안테나의 더미 전극(118)이 배치될 수 있다. 방사 전극(112) 및 더미 전극(118)을 예를 들면 도 3 및 도 4를 참조로 설명한 단위 셀을 포함하는 동일한 메쉬 구조를 갖도록 형성하여 투과율 향상 및 전극 시인 방지를 함께 효과적으로 구현할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 이들 실시예는 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: 시인성 지표에 따른 전극 시인 평가
유전층 상에 은(Ag), 팔라듐(Pd) 및 구리(Cu)의 합금(APC)을 사용하여 도 3에 도시된 메쉬 구조를 형성하였다. 전극 라인 선폭은 3㎛, 전극 두께(또는 높이)는 2000Å이 되도록 형성하였으며, 마름모 단위셀의 X축 방향의 대각선 길이(표 1에서 X로 표시), Y축 방향의 대각선 길이(표 1에서 Y로 표시)를 조절하여 마주보는 대변 사이의 최단거리(표 1 에서 A로 표시됨)를 변경하며, 실시예 및 비교예들의 안테나 샘픔들을 제조하였다.
상기 샘플들의 콘트라스트를 올림푸스 현미경 SZ61을 이용하여 측정된 이미지로부터 추출하였다. 현미경과 샘플간의 거리는 수직방향기준으로 대물렌즈의 말단과 전극 사이의 거리로 정의하여 40cm 이격하여 측정하였다. 콘트라스트는 측정된 이미지의 밝기 분포를 사용하여 아래의 수식으로 계산하였다.
[식 3]
콘트라스트 = (Min-Max)/(Min+Max)*100
(식 3 중, Min은 밝기 분포 중 최소 밝기, Max 밝기 분포 중 최대 밝기를 나타낸다)
CSF 값은 상기 식 2, 2-1 및 2-2를 이용하여 산출하였다.
이를 통해, 상기 샘플들의 시인성 지표를 상기 식 1을 통해 산출하였다. CSF 값 측정시 사용된 평균휘도(nt), 시야각( o) 및 공간 주파수(CPD: cycles per degree)는 표 1에 함께 기재되었다. 공간주파수는 상기 샘플과 관찰자의 눈까지의 거리를 400mm로 고정하여 측정되었다.
Figure PCTKR2019012794-appb-img-000007
하기의 같이 상기 샘플들의 투과율 및 전극 시인 여부를 평가하였다.
(1) 투과율 측정
실시예들 및 비교예에 의해 제조된 샘플의 시감도 투과율(Y_D65)을 분광측색계(CM-3600A, Konica Minolta)로 2D 관찰자 조건으로 측정하였다.
(2) 시인성 평가
실시예들 및 비교예에 의해 제조된 샘플들을 육안으로 관찰하여 전극 라인 또는 메쉬 구조의 시인여부를 평가하였다. 구체적으로 10명의 패널들에게 육안으로 관찰시켜 전극 패턴들이 명확히 시인된다고 평가한 패널의 명수를 통해 시인확률을 평가하였다(예를 들면, 10명 중 7명이 시인된다고 평가한 경우, 시인 확률은 70%)
평가 결과는 하기의 표 2에 기재되었다.
Figure PCTKR2019012794-appb-img-000008
표 2를 참조하면, 시인성 지표가 1.9를 초과하는 경우 시인확률이 실질적으로 100%에 도달하였다. 또한, 실시예 1에서 투과율이 85%까지 감소하였으며, 시인성 지표가 -1.4 미만으로 감소할 경우 투과율이 더욱 감소할 것임을 예측할 수 있다.
실험예 2: 전극 라인 선폭에 따른 저항 및 신호 손실 평가
유전층 상에 은(Ag), 팔라듐(Pd) 및 구리(Cu)의 합금(APC)을 사용하여 도 3에 도시된 메쉬 구조를 형성하였다. 마름모 단위셀의 대변사이의 최단거리를 실험예 1의 실시예 1-6과 동일하게 196㎛으로 고정하고 전극 라인의 선폭을 변화시키면서 샘플들을 제조하였다.
샘플들의 신호 손실(S21(dB)), 선저항 및 투과율을 측정하였다.
구체적으로, 신호 손실은 Network analyzer를 이용하여 28GHz에서 S-parameter를 추출함으로써 측정되었다. 선저항은 Resistance simulation (Q3D tool)의 방법으로 측정되었다. 투과율은 실험예 1에서와 동일한 방법으로 측정되었다. 평가 결과는 하기의 표 3에 나타낸다.
Figure PCTKR2019012794-appb-img-000009
도 9는 예시적인 저항 및 신호손실 레벨(S21) 사이의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다. 도 9를 참조하면, 50% 이상의 효율(출력세기/입력세기)를 나타내는 타겟 S21값이 -3 dB로 설정되며, 이에 따른 안테나 패턴의 저항은 22.5Ω로 측정된다.
상기 타겟 S21은 아래 식 4에 따라 설정될 수 있다.
[식 4] S21(dB) = 10 * Log(출력세기/입력세기)
표 3을 참조하면, 상기 타겟 신호 효율을 갖는 전극 라인의 선폭은 0.5㎛으로 측정되며, 0.5㎛ 미만으로 전극 라인 선폭이 내려가는 경우 상기 타겟 신호 효율 값이 획득되지 않았다. 한편, 전극 라인 선폭이 5㎛를 초과하는 경우, 안테나 소자의 투과율이 90% 미만으로 감소하였다.

Claims (13)

  1. 유전층; 및
    상기 유전층의 상면 상에 배치되며, 복수의 전극 라인들을 포함하는 방사 전극을 포함하며,
    상기 방사 전극은 하기 식 1로 정의되며 -1.4 내지 1.9 범위의 시인성 지표를 나타내는, 안테나 소자:
    [식 1]
    시인성 지표 = Log(콘트라스트 × 대비민감도함수(CSF) 값).
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 식 1 중, 상기 CSF 값은 하기의 식 2, 식 2-1 및 2-2의 함수를 통해 산출되는, 안테나 소자:
    [식 2]
    Figure PCTKR2019012794-appb-img-000010
    [식 2-1]
    Figure PCTKR2019012794-appb-img-000011
    [식 2-2]
    Figure PCTKR2019012794-appb-img-000012
    (식 2, 2-1 및 2-2 중, L은 평균 휘도(nt＝cd/m 2), ω는 시야각(degree), f는 안테나 소자 및 관찰자의 눈 사이의 거리가 400mm일 때의 공간 주파수(cycles per degree)를 나타냄).
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 방사 전극은 상기 전극 라인들에 의해 정의된 단위 셀들이 집합된 메쉬 구조를 포함하는, 안테나 소자.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 단위 셀의 마주보는 대변 사이의 최단 거리는 20 내지 225㎛인, 안테나 소자
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 단위 셀의 마주보는 대변 사이의 최단 거리는 50 내지 196㎛인, 안테나 소자.
  6. 청구항 3에 있어서, 상기 전극 라인의 선폭은 0.5 내지 5㎛인, 안테나 소자.
  7. 청구항 3에 있어서, 상기 메쉬 구조는 서로 교차하는 제1 전극 라인들 및 제2 전극 라인들을 포함하며, 상기 단위 셀은 마름모 형상인, 안테나 소자.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 유전층 상에서 상기 방사 전극과 연결된 전송 선로; 및
    상기 전송 선로 일단에 연결된 패드 전극을 더 포함하는, 안테나 소자.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 패드 전극은 속이 찬(solid) 구조를 갖는 안테나 소자.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 패드 전극 및 상기 전송 선로를 서로 전기적으로 연결시키는 콘택을 더 포함하며,
    상기 패드 전극은 상기 방사 전극 및 상기 전송 선로의 상층에 배치되는, 안테나 소자.
  11. 청구항 3에 있어서, 상기 방사 전극 주변에 배열된 더미 전극을 더 포함하는, 안테나 소자.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 더미 전극은 상기 방사 전극과 동일한 메쉬 구조를 포함하는, 안테나 소자.
  13. 청구항 1에 따른 안테나 소자를 포함하는, 디스플레이 장치.
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