WO2022176737A1 - 電波反射板 - Google Patents

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WO2022176737A1
WO2022176737A1 PCT/JP2022/005131 JP2022005131W WO2022176737A1 WO 2022176737 A1 WO2022176737 A1 WO 2022176737A1 JP 2022005131 W JP2022005131 W JP 2022005131W WO 2022176737 A1 WO2022176737 A1 WO 2022176737A1
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wave reflector
liquid crystal
substrate
temperature
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真一郎 岡
光隆 沖田
大一 鈴木
盛右 新木
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株式会社ジャパンディスプレイ
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    • G02F2203/02—Function characteristic reflective

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to radio wave reflectors.
  • a phase shifter using liquid crystal is being developed as a phase shifter for use in a phased array antenna whose directivity can be electrically controlled.
  • a phased array antenna a plurality of antenna elements to which high-frequency signals are transmitted from corresponding phase shifters are arranged one-dimensionally (or two-dimensionally).
  • radio wave reflectors that can control the direction of radio wave reflection using liquid crystals are also being studied, similar to phased array antennas.
  • this reflector plate reflection control sections having reflective electrodes are arranged one-dimensionally (or two-dimensionally). Also in the reflector, it is necessary to adjust the dielectric constant of the liquid crystal so that the phase difference of the reflected radio waves is constant between the adjacent reflection control sections.
  • the radio wave reflector is also expected to be installed outdoors. However, the temperature of the liquid crystal changes due to the temperature change in the outdoors, and the dielectric constant may deviate from the desired value.
  • This embodiment provides a radio wave reflector whose permittivity changes within a certain range even if there is a change in the outside temperature.
  • a radio wave reflector includes a first substrate having a first base material and a plurality of patch electrodes arranged in a matrix at equal intervals along each of a first direction and a second direction; a second substrate having a second substrate and a common electrode facing the plurality of patch electrodes; a liquid crystal layer sandwiched between the first substrate and the second substrate; A heat exchanger provided in contact with the liquid crystal layer, a temperature sensor that detects the temperature of the liquid crystal layer, and a temperature control unit that controls the heat exchanger based on the temperature detected by the temperature sensor.
  • the light is incident on the incident surface of the first substrate, and the heat exchanger is provided on the opposite side of the incident surface.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the radio wave reflector of this embodiment.
  • 2 is a plan view showing the radio wave reflector shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is an enlarged plan view showing patch electrodes.
  • FIG. 4 is an enlarged sectional view showing part of the radio wave reflector.
  • FIG. 5 is a timing chart showing changes in the voltage applied to the patch electrode for each period in the method for driving the radio wave reflector of this embodiment.
  • FIG. 6 is a perspective view of the radio wave reflector of this embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the radio wave reflector of this embodiment.
  • FIG. 8 is a plan view showing another configuration example of the radio wave reflector in the embodiment.
  • FIG. 9 is a partially enlarged cross-sectional view of the radio wave reflector.
  • first direction X, the second direction Y, and the third direction Z are orthogonal to each other, but they may intersect at an angle other than 90 degrees.
  • the direction toward the tip of the arrow in the third direction Z is defined as upward or upward, and the direction opposite to the direction toward the tip of the arrow in the third direction Z is defined as downward.
  • the second member when “the second member above the first member” and “the second member below the first member” are used, the second member may be in contact with the first member or separated from the first member. may be located In the latter case, a third member may be interposed between the first member and the second member. On the other hand, when “the second member above the first member” and “the second member below the first member” are used, the second member is in contact with the first member.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the radio wave reflector of this embodiment.
  • the radio wave reflector RE can reflect radio waves and functions as a relay device for radio waves.
  • the radio wave reflector RE includes a first substrate SUB1, a second substrate SUB2, and a liquid crystal layer LC.
  • the first substrate SUB1 has an electrically insulating base BA1, a plurality of patch electrodes PE, and an alignment film AL1.
  • the base material BA1 is formed in a flat plate shape and extends along an XY plane including a first direction X and a second direction Y which are orthogonal to each other.
  • the alignment film AL1 covers the plurality of patch electrodes PE.
  • the second substrate SUB2 is opposed to the first substrate SUB1 with a predetermined gap.
  • the second substrate SUB2 has an electrically insulating base material BA2, a common electrode CE, and an alignment film AL2.
  • the base material BA2 is formed in a flat plate shape and extends along the XY plane.
  • the common electrode CE faces the plurality of patch electrodes PE in a direction parallel to a third direction Z orthogonal to the first direction X and the second direction Y, respectively.
  • the alignment film AL2 covers the common electrode CE.
  • each of the alignment film AL1 and the alignment film AL2 is a horizontal alignment film.
  • the first substrate SUB1 and the second substrate SUB2 are joined by a sealing material SE arranged on their respective peripheral portions.
  • the liquid crystal layer LC is provided in a space surrounded by the first substrate SUB1, the second substrate SUB2, and the sealing material SE.
  • the liquid crystal layer LC is held between the first substrate SUB1 and the second substrate SUB2.
  • the liquid crystal layer LC faces the plurality of patch electrodes PE on the one hand and the common electrode CE on the other hand.
  • dl be the thickness (cell gap) of the liquid crystal layer LC.
  • the thickness dl is larger than the thickness of the liquid crystal layer of a normal liquid crystal display panel, and is about 20 ⁇ m to 70 ⁇ m. In this embodiment, the thickness dl is 50 ⁇ m. However, the thickness dl may be less than 50 ⁇ m as long as the reflection phase of radio waves can be changed with a sufficient width. Alternatively, the thickness dl may exceed 50 ⁇ m in order to increase the reflection angle of radio waves.
  • the liquid crystal material used for the liquid crystal layer LC of the radio wave reflector RE is different from the liquid crystal material used for ordinary liquid crystal display panels. The reflection phase of the radio wave mentioned above will be described later.
  • a common voltage is applied to the common electrode CE, and the potential of the common electrode CE is fixed.
  • the common voltage is the ground voltage, eg 0V.
  • a voltage is also applied to the patch electrode PE.
  • the patch electrodes PE are AC-driven.
  • the liquid crystal layer LC is driven by a so-called vertical electric field.
  • a voltage applied between the patch electrode PE and the common electrode CE acts on the liquid crystal layer LC, thereby changing the dielectric constant of the liquid crystal layer LC.
  • the dielectric constant of the liquid crystal layer LC changes, the propagation speed of radio waves in the liquid crystal layer LC also changes. Therefore, by adjusting the voltage applied to the liquid crystal layer LC, the reflection phase of radio waves can be adjusted. This makes it possible to adjust the reflection direction of radio waves.
  • the absolute value of the voltage applied to the liquid crystal layer LC is 10 V or less. This is because the dielectric constant of the liquid crystal layer LC is saturated at 10V. However, the absolute value of the voltage acting on the liquid crystal layer LC may exceed 10V. For example, when the response speed of the liquid crystal is required to be improved, a voltage of 10 V or less may be applied to the liquid crystal layer LC after a voltage exceeding 10 V is applied to the liquid crystal layer LC at the initial stage of driving the liquid crystal.
  • the first substrate SUB1 has an incident surface Sa on the side opposite to the side facing the second substrate SUB2.
  • an incident wave w1 is a radio wave incident on the radio wave reflector RE
  • a reflected wave w2 is a radio wave reflected by the radio wave reflector RE.
  • FIG. 2 is a plan view showing the radio wave reflector shown in FIG.
  • a plurality of patch electrodes PE are arranged in a matrix along the first direction X and the second direction Y at intervals.
  • the patch electrodes PE In the XY plane, the patch electrodes PE have the same shape and size.
  • the plurality of patch electrodes PE are arranged at equal intervals along the first direction X and arranged at equal intervals along the second direction Y.
  • a plurality of patch electrodes PE are included in a plurality of patch electrode groups GP extending along the second direction Y and arranged along the first direction X.
  • the multiple patch electrode groups GP include, for example, a first patch electrode group GP1 to an eighth patch electrode group GP8.
  • the first patch electrode group GP1 has a plurality of first patch electrodes PE1, the second patch electrode group GP2 has a plurality of second patch electrodes PE2, and the third patch electrode group GP3 has a plurality of third patch electrodes PE3.
  • the fourth patch electrode group GP4 has a plurality of fourth patch electrodes PE4, the fifth patch electrode group GP5 has a plurality of fifth patch electrodes PE5, and the sixth patch electrode group GP6 has a plurality of the It has six patch electrodes PE6, a seventh patch electrode group GP7 has a plurality of seventh patch electrodes PE7, and an eighth patch electrode group GP8 has a plurality of eighth patch electrodes PE8.
  • the second patch electrode PE2 is located between the first patch electrode PE1 and the third patch electrode PE3 in the direction along the first direction X.
  • Each patch electrode group GP includes a plurality of patch electrodes PE arranged along the second direction Y and electrically connected to each other.
  • the patch electrodes PE of each patch electrode group GP are electrically connected by connection lines CL.
  • the first substrate SUB1 extends along the second direction Y and has a plurality of connection wirings CL arranged along the first direction X. As shown in FIG.
  • the connection wiring CL extends to a region of the first substrate SUB1 not facing the second substrate SUB2.
  • the plurality of connection lines CL may be connected to the plurality of patch electrodes PE one-to-one.
  • the plurality of patch electrodes PE arranged along the second direction Y and the connection wiring CL are integrally formed of the same conductor.
  • the plurality of patch electrodes PE and the connection lines CL may be formed of conductors different from each other.
  • the patch electrodes PE, the connection lines CL, and the common electrode CE are made of metal or a conductor similar to metal.
  • the patch electrodes PE, the connection lines CL, and the common electrode CE may be made of a transparent conductive material such as indium tin oxide (ITO).
  • ITO indium tin oxide
  • the connection wiring CL may be connected to an outer lead bonding (OLB) pad (not shown).
  • connection wiring CL is a thin wire, and the width of the connection wiring CL is sufficiently smaller than the length Px described later.
  • the width of the connection line CL is several micrometers to several tens of micrometers, and is on the order of micrometers. If the width of the connection line CL is too large, the patch electrode group GP behaves as one rectangular electrode surface, which is undesirable because the sensitivity to the frequency component of the desired radio wave changes.
  • the sealing material SE is arranged at the peripheral edge of the area where the first substrate SUB1 and the second substrate SUB2 face each other.
  • FIG. 2 shows an example in which eight patch electrodes PE are arranged in the direction along the first direction X and the direction along the second direction Y
  • the number of patch electrodes PE can be varied in various ways.
  • 100 patch electrodes PE may be arranged along the first direction X
  • a plurality of (for example, 100) patch electrodes PE may be arranged along the second direction Y.
  • the length of the radio wave reflector RE (first substrate SUB1) in the first direction X is, for example, 40 cm or more and 80 cm or less.
  • FIG. 3 is an enlarged plan view showing patch electrodes.
  • the patch electrode PE has a square shape.
  • the shape of the patch electrode PE is not particularly limited, a square or a perfect circle is desirable. Focusing on the external shape of the patch electrode PE, it is desirable to have a shape with a vertical and horizontal aspect ratio of 1:1. This is because a 90° rotationally symmetrical structure is desirable in order to deal with horizontally polarized waves and vertically polarized waves.
  • the patch electrode PE has a length Px along the first direction X and a length Py along the second direction Y. It is desirable to adjust the length Px and the length Py according to the frequency band of the incident wave w1. Next, a desirable relationship between the frequency band of the incident wave w1 and the lengths Px and Py will be illustrated.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing part of the radio wave reflector.
  • the thickness dl (cell gap) of the liquid crystal layer LC is held by a plurality of spacers SS.
  • the spacer SS is a columnar spacer, formed on the second substrate SUB2, and protruding toward the first substrate SUB1.
  • the width of the spacer SS is 10 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less. While the length Px and length Py of the patch electrode PE are on the order of mm, the width of the spacer SS is on the order of ⁇ m. Therefore, it is necessary to have the spacer SS in the region facing the patch electrode PE. Further, the ratio of the region where the plurality of spacers SS are present in the region facing the patch electrode PE is about 1%. Therefore, even if the spacer SS is present in the above region, the effect of the spacer SS on the reflected wave w2 is slight. Note that the spacer SS may be formed on the first substrate SUB1 and protrude toward the second substrate SUB2. Alternatively, the spacers SS may be spherical spacers.
  • the radio wave reflector RE is equipped with a plurality of reflection control units RH.
  • Each reflection control part RH includes one patch electrode PE among the plurality of patch electrodes PE, a portion of the common electrode CE facing the one patch electrode PE, and one patch electrode PE of the liquid crystal layer LC. and a region facing the Each reflection control unit RH adjusts the phase of the radio wave (incident wave w1) incident from the incident surface Sa side according to the voltage applied to the patch electrode PE, reflects the radio wave toward the incident surface Sa side, and reflects the radio wave toward the incident surface Sa side. It functions as wave w2.
  • the reflected wave w2 is a composite wave of the radio wave reflected by the patch electrode PE and the radio wave reflected by the common electrode CE.
  • the patch electrodes PE are arranged at regular intervals.
  • dk be the length (pitch) between adjacent patch electrodes PE.
  • the length dk corresponds to the distance from the geometric center of one patch electrode PE to the geometric center of the adjacent patch electrode PE.
  • the reflected waves w2 have the same phase in the first reflection direction d1.
  • the first reflection direction d1 is a direction forming a first angle ⁇ 1 with the third direction Z.
  • the first reflection direction d1 is parallel to the XZ plane.
  • the phases of the radio waves be aligned on the linear two-dot chain line.
  • the phase of the reflected wave w2 at the point Q1b and the phase of the reflected wave w2 at the point Q2a should be aligned.
  • a physical linear distance from the point Q1a to the point Q1b of the first patch electrode PE1 is dk ⁇ sin ⁇ 1.
  • FIG. 5 is a timing chart showing changes in the voltage applied to the patch electrode for each period in the method for driving the radio wave reflector of this embodiment.
  • FIG. 5 shows the first period Pd1 to the fifth period Pd5 of the driving period of the radio wave reflector RE.
  • a voltage V is applied to the plurality of patch electrodes PE so that For example, a first voltage V1 is applied to the first patch electrode PE1, a second voltage V2 is applied to the second patch electrode PE2, and a third voltage V3 is applied to the third patch electrode PE3.
  • a second period Pd2 following the first period Pd1 voltages are applied to the plurality of patch electrodes PE so that the radio waves reflected by the plurality of reflection control portions RH are kept in phase in the first reflection direction d1.
  • the second voltage V2 is applied to the first patch electrode PE1
  • the third voltage V3 is applied to the second patch electrode
  • the fourth voltage V4 is applied to the third patch electrode PE3.
  • the same voltage is applied to the plurality of patch electrodes PE of each patch electrode group GP via the connection line CL.
  • each patch electrode PE is periodically inverted with respect to the potential of the common electrode CE.
  • the patch electrode PE is driven with a driving frequency of 60 Hz. Since the patch electrode PE is AC-driven, a fixed voltage is not applied to the liquid crystal layer LC for a long period of time. Since it is possible to suppress the occurrence of image sticking, it is possible to suppress deviation of the direction of the reflected wave w2 from the first reflection direction d1.
  • the absolute value of the voltage applied during the second period Pd2 is different from the absolute value of the voltage applied during the first period Pd1. Since the occurrence of burn-in can be sufficiently suppressed, the deviation of the direction of the reflected wave w2 from the first reflection direction d1 can be suppressed.
  • the radio waves reflected in the first reflection direction d1 by one reflection control part RH and the radio waves reflected in the first reflection direction d1 by the adjacent reflection control part RH and the phase amount .delta.1 are maintained.
  • the phase amount ⁇ 1 is 60°.
  • the sixth voltage V6 is applied to the sixth patch electrode PE6 during the first period Pd1. 300 between the radio wave reflected in the first reflection direction d1 by the first reflection control section RH1 and the radio wave reflected in the first reflection direction d1 by the sixth reflection control section having the sixth patch electrode PE6. It gives a phase difference of °.
  • a seventh voltage may be applied to the seventh patch electrode PE7 during the first period Pd1.
  • the first voltage V1 is applied to the seventh patch electrode PE7 during the first period Pd1.
  • a periodic voltage application pattern can drive a large number of patch electrodes PE while suppressing the types of voltages V.
  • the dielectric constant of the liquid crystal layer LC provided in the radio wave reflector RE depends on the temperature.
  • the dielectric constant of liquid crystals is temperature dependent even in a high frequency band, eg 28 GHz as mentioned above.
  • the absolute value of the dielectric constant is important for phase control of the radio wave reflector RE. A change in permittivity due to a change in temperature can cause an error in phase modulation.
  • the liquid crystal of this embodiment has dielectric anisotropy, and the dielectric constant of the liquid crystal below the phase transition temperature is the dielectric constant ⁇ in the direction perpendicular to the liquid crystal director and the dielectric constant ⁇ // in the direction parallel to the liquid crystal director. Above the phase transition temperature, liquid crystals are isotropic and have only a single dielectric constant. Near the phase transition temperature, the change in dielectric constant of the liquid crystal becomes steep. On the other hand, at temperatures away from the phase transition temperature, the dielectric constant of the liquid crystal changes slowly.
  • the absolute value ⁇ (
  • ) of the difference between the dielectric constants ⁇ and ⁇ // is important for phase control of the radio wave reflector RE. More preferably, ⁇ , ⁇ //, and ⁇ are constant in the phase control of the radio wave reflector RE.
  • the phase transition temperature will be exceeded and the liquid crystal will transition to an isotropic state due to an increase in outside air temperature. Also, even if the phase transition temperature is not exceeded, the change in permittivity becomes steep in the vicinity of the phase transition temperature, which may increase the phase modulation error. When the outside air temperature drops, the viscosity of the liquid crystal rises due to the drop in temperature of the liquid crystal, and there is a possibility that the quality of the radio wave reflector RE may deteriorate.
  • the dielectric anisotropy of liquid crystals has temperature dependence.
  • the radio wave reflector of this embodiment utilizes dielectric anisotropy, and is designed with the dielectric constants ⁇ and ⁇ // at optimum values.
  • the dielectric constant greatly deviates from the optimum value due to the ambient temperature, there is a possibility that the radio wave reflector of this embodiment cannot be driven optimally. Therefore, it is necessary to keep the radio wave reflector of this embodiment at an optimum temperature so as not to greatly deviate from the designed dielectric anisotropy.
  • the radio wave reflector is provided with a heat exchanger and a temperature sensor to prevent the temperature change of the radio wave reflector, thereby controlling the absolute value of the dielectric constant.
  • phase modulation errors in the radio wave reflector can be suppressed.
  • the radio wave reflector of this embodiment can be optimally driven based on the designed dielectric anisotropy.
  • FIG. 6 is a perspective view of the radio wave reflector of this embodiment.
  • the radio wave reflector REA shown in FIG. 6 includes the radio wave reflector RE described with reference to FIGS. 1 to 5, the heat exchanger PT, and the temperature sensor SR.
  • the heat exchanger PT is, for example, a Peltier element.
  • a Peltier element is an element whose one side surface can be controlled to be in a heat-generating state or a heat-absorbing state depending on the direction of direct current.
  • the radio wave reflector RE When the radio wave reflector RE becomes hot due to the outside air temperature, the radio wave reflector RE can be cooled by the Peltier element. Conversely, when the radio wave reflector RE becomes low temperature, the radio wave reflector RE can be heated by the Peltier element.
  • the heat exchanger PT is not limited to the Peltier element, and other heat exchangers may be used. As another heat exchanger, for example, a heat exchanger having a cooling function by air cooling or water cooling and a heating function may be used. Although not shown in FIG. 6, a radiator plate may be provided in contact with the heat exchanger PT.
  • the temperature sensor SR detects the temperature of the radio wave reflector RE, especially the liquid crystal layer LC.
  • the heat exchanger PT is controlled based on the detected temperature.
  • the temperature sensor SR is provided outside the radio wave reflector RE, but it may be incorporated in the radio wave reflector RE.
  • the temperature sensor SR is preferably provided at a position closer to the liquid crystal layer LC. When the temperature sensor SR is provided outside the radio wave reflector RE, it may be provided in contact with the first substrate SUB1 or the second substrate SUB2.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the radio wave reflector of this embodiment.
  • the radio wave reflector REA shown in FIG. 7 has a radio wave reflector RE, a temperature sensor SR, a heat exchanger PT, a temperature controller TC, a drive circuit DRV, and a controller CTL.
  • the radio wave reflector RE has the same configuration as above, but only some of the constituent elements are shown in FIG. 7 to make the drawing easier to see.
  • the temperature sensor SR and heat exchanger PT are the same as in FIG.
  • the temperature controller TC controls the heat exchanger PT based on the temperature of the radio wave reflector RE detected by the temperature sensor SR.
  • a drive circuit DRV drives the patch electrode PE and the common electrode CE.
  • the controller CTL controls the drive circuit DRV and the temperature controller CT based on an input from the outside.
  • the temperature of the liquid crystal layer LC rises and the temperature of the liquid crystal layer LC rises.
  • output a control signal to The heat exchanger PT cools the radio wave reflector RE based on the control signal.
  • the liquid crystal layer LC can be maintained at a temperature below the phase transition.
  • the dielectric constant of the liquid crystal layer LC is steep near the phase transition temperature, fine temperature control is desirable.
  • the dielectric constant of the liquid crystal layer LC is gentle, so finer temperature control than in the above case is not required.
  • the temperature of the heat exchanger PT is adjusted such that the temperature of the liquid crystal layer LC is ⁇ 30° C., preferably ⁇ 20° C. Control should be performed. Also, the temperature control of the heat exchanger PT may be performed so that the change in dielectric constant of the liquid crystal layer LC, ⁇ , is within ⁇ 20%, preferably within ⁇ 10%.
  • the temperature controller CT When the outside air temperature drops in the environment where the radio wave reflector REA is placed and the temperature of the liquid crystal layer LC drops, the temperature controller CT outputs a control signal to the heat exchanger PT.
  • the heat exchanger PT heats the radio wave reflector RE based on the control signal. As a result, the temperature of the liquid crystal layer LC can be raised, and an increase in the viscosity of the liquid crystal can be prevented.
  • the heat exchanger PT is provided on the surface of the radio wave reflector RE opposite to the incident surface Sa (also referred to as the reflecting surface) of the incident wave w1.
  • the heat exchanger PT is provided in contact with the base material BA2 of the second substrate SUB2.
  • the base materials BA1 and BA2 are also referred to as a first base material and a second base material, respectively.
  • the temperature sensor SR may be provided on the incident surface Sa, or may be provided on the surface opposite to the incident surface Sa. Specifically, the heat exchanger PT may be provided in contact with the base material BA1 of the first substrate SUB1.
  • FIG. 8 is a plan view showing another configuration example of the radio wave reflector in the embodiment.
  • the configuration example shown in FIG. 8 differs from the configuration example shown in FIG. 2 in that the patch electrodes are driven in an active matrix manner.
  • FIG. 8 is a plan view of the radio wave reflector RE according to this configuration example.
  • the first substrate SUB1 has a plurality of signal lines SL, a plurality of control lines GL, a plurality of switching elements SW, a drive circuit DR, and a plurality of lead lines LE instead of the connection lines CL. is doing.
  • the plurality of signal lines SL extend along the second direction Y and are arranged along the first direction X.
  • the plurality of control lines GL extends along the first direction X and is arranged along the second direction Y. As shown in FIG. A plurality of control lines GL are connected to the drive circuit DR.
  • the switching element SW is provided near the intersection of one signal line SL and one control line GL.
  • a plurality of lead wires LE are connected to the drive circuit DR.
  • the signal line SL and the lead line LE may be connected to outer lead bonding (OLB) pads, respectively.
  • FIG. 9 is a partially enlarged cross-sectional view of the radio wave reflector.
  • control lines GL are provided on the base material BA1 of the radio wave reflector RE.
  • the control line GL has a gate electrode GE.
  • An insulating layer GI is formed on the base material BA1 and the control lines GL.
  • a semiconductor layer SMC is provided on the insulating layer GI.
  • the semiconductor layer SMC overlaps the gate electrode GE and has a first region R1 and a second region R2. One of the first region R1 and the second region R2 is the source region and the other is the drain region.
  • the gate electrode GE, semiconductor layer SMC, etc. constitute a switching element SW as a thin film transistor (TFT).
  • the switching element SW may be a bottom-gate thin film transistor or a top-gate thin film transistor.
  • An insulating layer ILI1 is formed on the insulating layer GI and the semiconductor layer SMC.
  • a connection electrode RY and a signal line SL are provided on the insulating layer ILI1.
  • the signal line SL is connected to the first region R1 of the semiconductor layer SMC.
  • the connection electrode RY is connected to the second region R2 of the semiconductor layer SMC through a contact hole formed in the insulating layer ILI1.
  • An insulating layer ILI2 is formed on the insulating layer ILI1, the signal line SL, and the connection electrode RY.
  • a patch electrode PE is formed on the insulating layer ILI2.
  • the patch electrode PE is connected to the connection electrode RY through a contact hole formed in the insulating layer ILI2.
  • the alignment film AL1 is formed on the insulating layer ILI2 and the patch electrode PE.
  • a plurality of patch electrodes PE can be individually driven by active matrix driving. Therefore, a plurality of patch electrodes PE can be driven independently.
  • the direction of the reflected wave w2 reflected by the radio wave reflector RE can be parallel to the YZ plane. This configuration example has the same effect as the embodiment described above.

Abstract

本実施形態の目的は、外気温の変化があっても、誘電率変化が一定の範囲内となる電波反射板を提供することにある。 本実施形態の電波反射板は、第１基材と、第１方向及び第２方向それぞれに沿って、等間隔にマトリクス状に配置される複数のパッチ電極と、を有する第１基板と、第２基材と、前記複数のパッチ電極に対向する共通電極と、を有する第２基板と、前記第１基板及び前記第２基板との間に挟持される液晶層と、前記第２基板に接して設けられる熱交換器と、前記液晶層の温度を検知する温度センサと、前記温度センサが検知した温度に基づき、前記熱交換器を制御する温度制御部と、を備え、入射波は、第１基板の入射面に入射し、前記熱交換器は、前記入射面の反対側の面に設けられる。

Description

電波反射板
　本発明の実施形態は、電波反射板に関する。
　電気的に指向性を制御できるフェーズドアレイアンテナに使用する移相器として、液晶を利用した移相器の開発が行われている。フェーズドアレイアンテナでは、対応する移相器から高周波信号が伝送される複数のアンテナ素子は、１次元(又は２次元)に並べられている。上記のようなフェーズドアレイアンテナにおいて、隣り合うアンテナ素子に入力する高周波信号の位相差が一定となるよう、液晶の誘電率を調整する必要がある。
　また、フェーズドアレイアンテナと同様に液晶を利用して電波の反射方向を制御できる電波反射板の検討も行われている。この反射板において、反射電極を有する反射制御部が１次元(又は２次元)に並べられている。反射板においても、反射される電波の位相差が隣り合う反射制御部間で一定となるよう、液晶の誘電率を調整する必要がある。
　電波反射板は屋外への設置も想定されている。しかし屋外での温度変化により液晶の温度が変化し、誘電率が所望の値から外れる恐れがある。
特開平１１－１０３２０１号公報 特表２０１９－５３０３８７号公報
　本実施形態は、外気温の変化があっても、誘電率変化が一定の範囲内となる電波反射板を提供する。
　一実施形態に係る電波反射板は、第１基材と、第１方向及び第２方向それぞれに沿って、等間隔にマトリクス状に配置される複数のパッチ電極と、を有する第１基板と、第２基材と、前記複数のパッチ電極に対向する共通電極と、を有する第２基板と、前記第１基板及び前記第２基板との間に挟持される液晶層と、前記第２基板に接して設けられる熱交換器と、前記液晶層の温度を検知する温度センサと、前記温度センサが検知した温度に基づき、前記熱交換器を制御する温度制御部と、を備え、入射波は、第１基板の入射面に入射し、前記熱交換器は、前記入射面の反対側の面に設けられる。
　本実施形態により、外気温の変化があっても、誘電率変化が一定の範囲内となる電波反射板を提供することができる。
図１は、本実施形態の電波反射板を示す断面図である。 図２は、図１に示した電波反射板を示す平面図である。 図３は、パッチ電極を示す拡大平面図である。 図４は、電波反射板の一部を示す拡大断面図である。 図５は、本実施形態の電波反射板の駆動方法において、期間毎にパッチ電極に印加する電圧の変化を示すタイミングチャートである。 図６は、本実施形態の電波反射板の斜視図である。 図７は、本実施形態の電波反射板を説明する図である。 図８は、実施形態における電波反射板の他の構成例を示す平面図である。 図９は、電波反射板の部分拡大断面図である。
　以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
　以下、図面を参照しながら一実施形態に係る電波反射板について詳細に説明する。
　本実施形態においては、第１方向Ｘ、第２方向Ｙ、及び、第３方向Ｚは、互いに直交しているが、９０度以外の角度で交差していてもよい。第３方向Ｚの矢印の先端に向かう方向を上又は上方と定義し、第３方向Ｚの矢印の先端に向かう方向とは反対側の方向を下又は下方と定義する。
　また、「第１部材の上方の第２部材」及び「第１部材の下方の第２部材」とした場合、第２部材は、第１部材に接していてもよく、又は第１部材から離れて位置していてもよい。後者の場合、第１部材と第２部材との間に、第３の部材が介在していてもよい。一方、「第１部材の上の第２部材」及び「第１部材の下の第２部材」とした場合、第２部材は第１部材に接している。
　また、第３方向Ｚの矢印の先端側に電波反射板を観察する観察位置があるものとし、この観察位置から、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙで規定されるＸ－Ｙ平面に向かって見ることを平面視という。第１方向Ｘ及び第３方向Ｚによって規定されるＸ－Ｚ平面、あるいは第２方向Ｙ及び第３方向Ｚによって規定されるＹ－Ｚ平面における電波反射板の断面を見ることを断面視という。
　図１は、本実施形態の電波反射板を示す断面図である。電波反射板ＲＥは、電波を反射させることができ、電波のための中継装置として機能している。
　図１に示すように、電波反射板ＲＥは、第１基板ＳＵＢ１と、第２基板ＳＵＢ２と、液晶層ＬＣと、を備えている。第１基板ＳＵＢ１は、電気絶縁性の基材ＢＡ１と、複数のパッチ電極ＰＥと、配向膜ＡＬ１と、有している。基材ＢＡ１は、平板状に形成され、互いに直交する第１方向Ｘ及び第２方向Ｙを含むＸ－Ｙ平面に沿って延在している。配向膜ＡＬ１は、複数のパッチ電極ＰＥを覆っている。
　第２基板ＳＵＢ２は、第１基板ＳＵＢ１に所定の隙間を空けて対向配置されている。第２基板ＳＵＢ２は、電気絶縁性の基材ＢＡ２と、共通電極ＣＥと、配向膜ＡＬ２と、を有している。基材ＢＡ２は、平板状に形成され、Ｘ－Ｙ平面に沿って延在している。共通電極ＣＥは、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙのそれぞれに直交する第３方向Ｚに平行な方向にて複数のパッチ電極ＰＥと対向している。配向膜ＡＬ２は、共通電極ＣＥを覆っている。本実施形態において、配向膜ＡＬ１及び配向膜ＡＬ２は、それぞれ水平配向膜である。
　第１基板ＳＵＢ１及び第２基板ＳＵＢ２は、それぞれの周縁部に配置されたシール材ＳＥにより接合されている。液晶層ＬＣは、第１基板ＳＵＢ１、第２基板ＳＵＢ２、及びシール材ＳＥで囲まれた空間に設けられている。液晶層ＬＣは、第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２との間に保持されている。液晶層ＬＣは、一方で複数のパッチ電極ＰＥと対向し、他方で共通電極ＣＥと対向している。
　ここで、液晶層ＬＣの厚み（セルギャップ）をｄｌとする。厚みｄｌは、通常の液晶表示パネルの液晶層の厚みより大きく、２０μｍ乃至７０μｍ程度である。本実施形態において、厚みｄｌは５０μｍである。但し、電波の反射位相を十分な幅をもって変化できるのであれば、厚みｄｌは、５０μｍ未満であってもよい。又は、電波の反射角を大きくするため、厚みｄｌは、５０μｍを超えてもよい。電波反射板ＲＥの液晶層ＬＣに使用する液晶材料は、通常の液晶表示パネルに使用する液晶材料と異なっている。なお、上述した電波の反射位相に関しては後述する。
　共通電極ＣＥにはコモン電圧が印加され、共通電極ＣＥの電位は固定される。本実施形態において、コモン電圧は接地電圧、例えば０Ｖである。パッチ電極ＰＥにも電圧が印加される。本実施形態において、パッチ電極ＰＥは、交流駆動される。液晶層ＬＣは、いわゆる縦電界により駆動される。パッチ電極ＰＥと共通電極ＣＥとの間に印加される電圧が液晶層ＬＣに作用することで、液晶層ＬＣの誘電率は変化する。
　液晶層ＬＣの誘電率が変わると、液晶層ＬＣにおける電波の伝搬速度も変わる。そのため、液晶層ＬＣに作用させる電圧を調整することで、電波の反射位相を調整することができる。これにより、電波の反射方向を調整することができる。
　本実施形態において、液晶層ＬＣに作用させる電圧の絶対値は、１０Ｖ以下である。１０Ｖで液晶層ＬＣの誘電率が飽和状態となるためである。ただし、液晶層ＬＣに作用させる電圧の絶対値は、１０Ｖを超えてもよい。例えば、液晶の応答速度の向上が求められる場合、液晶駆動の初期に１０Ｖを超える電圧を液晶層ＬＣに作用させた後、１０Ｖ以下の電圧を液晶層ＬＣに作用させてもよい。
　第１基板ＳＵＢ１は、第２基板ＳＵＢ２と対向する側とは反対側に入射面Ｓａを有している。なお、図１中、入射波ｗ１は電波反射板ＲＥに入射される電波であり、反射波ｗ２は電波反射板ＲＥで反射された電波である。
　図２は、図１に示した電波反射板を示す平面図である。図２に示す電波反射板ＲＥでは、複数のパッチ電極ＰＥが、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙのそれぞれに沿って間隔を置いてマトリクス状に配置されている。Ｘ－Ｙ平面において、複数のパッチ電極ＰＥは、同一形状及び同一サイズを有している。
　複数のパッチ電極ＰＥは、第１方向Ｘに沿って等間隔に並べられ、第２方向Ｙに沿って等間隔に並べられている。複数のパッチ電極ＰＥは、第２方向Ｙに沿って延在し第１方向Ｘに沿って並べられた複数のパッチ電極群ＧＰに含まれている。図２では、複数のパッチ電極群ＧＰは、例えば、第１パッチ電極群ＧＰ１から第８パッチ電極群ＧＰ８までを有している。
　第１パッチ電極群ＧＰ１は複数の第１パッチ電極ＰＥ１を有し、第２パッチ電極群ＧＰ２は複数の第２パッチ電極ＰＥ２を有し、第３パッチ電極群ＧＰ３は複数の第３パッチ電極ＰＥ３を有し、第４パッチ電極群ＧＰ４は複数の第４パッチ電極ＰＥ４を有し、第５パッチ電極群ＧＰ５は複数の第５パッチ電極ＰＥ５を有し、第６パッチ電極群ＧＰ６は複数の第６パッチ電極ＰＥ６を有し、第７パッチ電極群ＧＰ７は複数の第７パッチ電極ＰＥ７を有し、第８パッチ電極群ＧＰ８は複数の第８パッチ電極ＰＥ８を有している。例えば、第２パッチ電極ＰＥ２は、第１方向Ｘに沿った方向において、第１パッチ電極ＰＥ１と第３パッチ電極ＰＥ３との間に位置している。
　各々のパッチ電極群ＧＰは、第２方向Ｙに沿って並べられ互いに電気的に接続された複数のパッチ電極ＰＥを含んでいる。本実施形態において、各々のパッチ電極群ＧＰの複数のパッチ電極ＰＥは、接続配線ＣＬにより電気的に接続されている。なお、第１基板ＳＵＢ１は、第２方向Ｙに沿って延在し、第１方向Ｘに沿って並べられた複数の接続配線ＣＬを有している。接続配線ＣＬは、第１基板ＳＵＢ１のうち第２基板ＳＵＢ２と対向していない領域まで延在している。なお、本実施形態と異なり、複数の接続配線ＣＬは、複数のパッチ電極ＰＥと一対一で接続されてもよい。
　本実施形態において、第２方向Ｙに沿って並んだ複数のパッチ電極ＰＥと、接続配線ＣＬとは、同一の導体で一体に形成されている。なお、複数のパッチ電極ＰＥと、接続配線ＣＬとは、互いに異なる導体で形成されてもよい。パッチ電極ＰＥ、接続配線ＣＬ、及び上記共通電極ＣＥは、金属、又は金属に準ずる導体で形成されている。例えば、パッチ電極ＰＥ、接続配線ＣＬ、及び上記共通電極ＣＥは、インジウム錫酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）等の透明な導電材料で形成されてもよい。接続配線ＣＬは、図示しないアウターリードボンディング（ＯＬＢ）のパッドに接続されてもよい。
　接続配線ＣＬは細線であり、接続配線ＣＬの幅は後述する長さＰｘと比べて十分に小さい。接続配線ＣＬの幅は、数μｍ乃至数十μｍであり、μｍオーダーである。なお、接続配線ＣＬの幅が大きすぎると、パッチ電極軍ＧＰが一つの長方形の電極面として振る舞い、所望の電波の周波数成分に対する感度が変わってしまうため望ましくない。
　シール材ＳＥは、第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２とが対向する領域の周縁部に配置されている。
　図２には、第１方向Ｘに沿った方向及び第２方向Ｙに沿った方向にそれぞれ８個のパッチ電極ＰＥが並べられた例を示したが、本実施形態はこれに限定されない。パッチ電極ＰＥの個数は、種々変形可能である。例示すると、パッチ電極ＰＥは、第１方向Ｘに沿った方向に１００個並べられ、第２方向Ｙに沿った方向に複数個（例えば１００個）配置されていてもよい。電波反射板ＲＥ（第１基板ＳＵＢ１）の第１方向Ｘに沿った方向の長さは、例えば４０ｃｍ以上８０ｃｍ以下である。
　図３は、パッチ電極を示す拡大平面図である。図３に示すように、パッチ電極ＰＥは、正方形の形状を有している。パッチ電極ＰＥの形状は得に限定されるものではないが、正方形や真円が望ましい。パッチ電極ＰＥの外形に注目すると、縦横のアスペクト比が１：１となる形状が望ましい。横偏波及び縦偏波に対応するためには９０°の回転対称構造が望ましいためである。
　パッチ電極ＰＥは、第１方向Ｘに沿った方向に長さＰｘを有し、第２方向Ｙに沿った方向に長さＰｙを有している。長さＰｘ及び長さＰｙは、入射波ｗ１の周波数帯に応じて調整した方が望ましい。次に、上記入射波ｗ１の周波数帯と、長さＰｘ及び長さＰｙと、の望ましい関係を例示する。
　２．４ＧＨｚ：　Ｐｘ＝Ｐｙ＝３５ｍｍ　
　５．０ＧＨｚ：　Ｐｘ＝Ｐｙ＝１６．８ｍｍ　
　２８ＧＨｚ：　Ｐｘ＝Ｐｙ＝３．０ｍｍ
　図４は、電波反射板の一部を示す拡大断面図である。図４に示すように、液晶層ＬＣの厚みｄｌ（セルギャップ）は、複数のスペーサＳＳにより保持されている。本実施形態において、スペーサＳＳは、柱状スペーサであり、第２基板ＳＵＢ２に形成され、第１基板ＳＵＢ１側に突出している。
　スペーサＳＳの幅は１０μｍ以上２０μｍ以下である。パッチ電極ＰＥの長さＰｘ及び長さＰｙがｍｍオーダーであるのに対し、スペーサＳＳの幅はμｍオーダーである。そのため、パッチ電極ＰＥと対向する領域にスペーサＳＳを存在させる必要がある。また、パッチ電極ＰＥと対向する領域のうち、複数のスペーサＳＳが存在する領域の割合は１％程度である。そのため、上記領域にスペーサＳＳが存在しても、スペーサＳＳが反射波ｗ２に及ぼす影響は僅かである。なお、スペーサＳＳは、第１基板ＳＵＢ１に形成され、第２基板ＳＵＢ２側に突出してもよい。又は、スペーサＳＳは球状スペーサであってもよい。
　電波反射板ＲＥは、複数の反射制御部ＲＨを備えている。各々の反射制御部ＲＨは、複数のパッチ電極ＰＥのうち１つのパッチ電極ＰＥと、共通電極ＣＥのうち上記１つのパッチ電極ＰＥと対向した部分と、液晶層ＬＣのうち上記１つのパッチ電極ＰＥと対向した領域と、を有している。各々の反射制御部ＲＨは、パッチ電極ＰＥに印加される電圧に応じて入射面Ｓａ側から入射される電波（入射波ｗ１）の位相を調整し、電波を入射面Ｓａ側に反射させ、反射波ｗ２とするように機能する。各々の反射制御部ＲＨにおいて、反射波ｗ２は、パッチ電極ＰＥで反射した電波と共通電極ＣＥで反射した電波との合成波である。
　第１方向Ｘに沿った方向において、パッチ電極ＰＥは等間隔に並べられている。隣り合うパッチ電極ＰＥ間の長さ（ピッチ）をｄｋとする。長さｄｋは、１つのパッチ電極ＰＥの幾何学中心から、隣のパッチ電極ＰＥの幾何学中心までの距離に相当している。本実施形態において、反射波ｗ２を第１反射方向ｄ１において同位相とするものとして説明する。図４のＸ－Ｚ平面において、第１反射方向ｄ１は、第３方向Ｚとの間に第１角度θ１を成す方向である。第１反射方向ｄ１は、Ｘ－Ｚ平面に平行である。図４中θ１ａはθ１と等しい（θ１＝θ１ａ）。
　複数の反射制御部ＲＨで反射される電波が第１反射方向ｄ１で位相を揃えるには、直線状の二点鎖線上で電波の位相が揃っていればよいことになる。例えば、点Ｑ１ｂでの反射波ｗ２の位相と、点Ｑ２ａでの反射波ｗ２の位相とが、揃っていればよい。第１パッチ電極ＰＥ１の点Ｑ１ａから点Ｑ１ｂまでの物理的な直線距離はｄｋ×ｓｉｎθ１である。そのため、第１反射制御部ＲＨ１と第２反射制御部ＲＨ２とに注目すると、第２反射制御部ＲＨ２からの反射波ｗ２の位相を第１反射制御部ＲＨ１からの反射波ｗ２の位相より、位相量δ１だけ遅らせればよい。ここで、位相量δ１は次の式で表される。
　δ１＝ｄｋ×ｓｉｎθ１×２π／λ
　図５は、本実施形態の電波反射板の駆動方法において、期間毎にパッチ電極に印加する電圧の変化を示すタイミングチャートである。図５では、電波反射板ＲＥの駆動期間のうち、第１期間Ｐｄ１から第５期間Ｐｄ５までを示している。
　図４及び図５に示すように、電波反射板ＲＥの駆動が開始されると、第１期間Ｐｄ１に、複数の反射制御部ＲＨにて反射される電波が第１反射方向ｄ１において同位相となるように、複数のパッチ電極ＰＥに電圧Ｖが印加される。例えば、第１パッチ電極ＰＥ１に第１電圧Ｖ１が印加され、第２パッチ電極ＰＥ２に第２電圧Ｖ２が印加され、第３パッチ電極ＰＥ３に第３電圧Ｖ３が印加される。
　第１期間Ｐｄ１に続く第２期間Ｐｄ２に、複数の反射制御部ＲＨにて反射される電波が第１反射方向ｄ１において同位相に保持されるように、複数のパッチ電極ＰＥに電圧が印加される。例えば、第１パッチ電極ＰＥ１に第２電圧Ｖ２が印加され、第２パッチ電極に第３電圧Ｖ３が印加され、第３パッチ電極ＰＥ３に第４電圧Ｖ４が印加される。
　それぞれの期間Ｐｄに、各々のパッチ電極群ＧＰの複数のパッチ電極ＰＥに接続配線ＣＬを介して同一の電圧が印加される。
　第１期間Ｐｄ１及び第２期間Ｐｄ２のそれぞれにおいて、共通電極ＣＥの電位を基準とすると、各々のパッチ電極ＰＥに印加される電圧の極性は、定期的に反転される。例えば、パッチ電極ＰＥは６０Ｈｚの駆動周波数で駆動される。パッチ電極ＰＥは交流駆動されるため、長期間、液晶層ＬＣに固定電圧が印加されることはない。焼き付きの発生を抑制できるため、第１反射方向ｄ１に対する反射波ｗ２の方向のずれを抑制することができる。
　さらに、本実施形態において、各々のパッチ電極ＰＥにおいて、第２期間Ｐｄ２に印加される電圧の絶対値は、第１期間Ｐｄ１に印加される電圧の絶対値と異なる。焼き付きの発生を十分に抑制できるため、第１反射方向ｄ１に対する反射波ｗ２の方向のずれを抑制することができる。
　期間Ｐｄが別の期間Ｐｄに変わっても、１つの反射制御部ＲＨにて第１反射方向ｄ１に反射される電波と、隣の反射制御部ＲＨにて第１反射方向ｄ１に反射される電波との位相量δ１は維持されている。本実施形態において、位相量δ１は６０°である。
　図５に示す例では、第６パッチ電極ＰＥ６には、第１期間Ｐｄ１に第６電圧Ｖ６が印加される。第１反射制御部ＲＨ１にて第１反射方向ｄ１に反射される電波と、第６パッチ電極ＰＥ６を有する第６反射制御部にて第１反射方向ｄ１に反射される電波と、の間に３００°の位相差を与えている。
　第１反射制御部ＲＨ１にて第１反射方向ｄ１に反射される電波と、第７パッチ電極ＰＥ７を有する第７反射制御部にて第１反射方向ｄ１に反射される電波と、の間に３６０°の位相差を与えるため、第１期間Ｐｄ１に、第７パッチ電極ＰＥ７には第７電圧を印加してもよい。しかし本実施形態において、第１期間Ｐｄ１に、第７パッチ電極ＰＥ７には第１電圧Ｖ１が印加される。周期的な電圧印加パターンにより、電圧Ｖの種類を抑えつつ、多数のパッチ電極ＰＥを駆動することができる。
　ここで上述した電波反射板ＲＥを屋外へ設置した場合を考える。電波反射板ＲＥに備えられた液晶層ＬＣの誘電率は温度に依存する。液晶の誘電率は、高周波数帯、例えば上述の２８ＧＨｚでも温度に依存する。電波反射板ＲＥの位相制御にとって誘電率の絶対値が重要である。温度変化による誘電率変化により、位相変調の誤差が生じる恐れがある。
　本実施形態の液晶は、誘電異方性を有し、相転移温度以下における液晶の誘電率は、液晶ダイレクタに垂直な方向の誘電率ε⊥及び平行な方向の誘電率ε//となる。相転移温度以上では、液晶は等方性を示し、単一の誘電率のみを有する。相転移温度付近では、液晶の誘電率の変化は急峻となる。一方、相転移温度から離れた温度の場合は、液晶の誘電率の変化は緩やかである。
　上述のように、電波反射板ＲＥの位相制御には、誘電率ε⊥及びε//の差の絶対値ε（＝｜ε//－ε⊥｜）が重要である。電波反射板ＲＥの位相制御において、ε⊥、ε//、及び、Δεは一定であることがより好ましい。
　電波反射板ＲＥが野外に設置された場合では、外気温の上昇により、相転移温度を超え、液晶が等方性へと転移する恐れが生じる。また相転移温度を超えなくても、相転移温度付近で誘電率の変化が急峻となり、位相変調の誤差が増大する恐れがある。
　外気温が下降した場合には、液晶の温度が下がることにより液晶の粘性が上昇し、電波反射板ＲＥの品質が低下する恐れも生じる。
　上述のように、液晶には誘電率異方性に温度依存がある。本実施形態の電波反射板は、誘電率異方性を利用するものであり、誘電率ε⊥及びε//を最適値で設計している。しかしながら、外気温により当該誘電率が最適値から大きく外れると、本実施形態の電波反射板の最適な駆動ができない恐れが生じる。そこで、設計したときの誘電率異方性から大きく外れないように、本実施形態の電波反射板を最適な温度に保持する必要がある。
　そこで本実施形態では、電波反射板に熱交換器及び温度センサを設け、電波反射板の温度変化を防ぐことにより、誘電率の絶対値を制御する。これにより、電波反射板での位相変調の誤差を抑制することができる。本実施形態の電波反射板では、設計したときの誘電率異方性に基づいて、最適な駆動を行うことが可能である。
　図６は、本実施形態の電波反射板の斜視図である。図６に示す電波反射板ＲＥＡは、図１から図５までで説明した電波反射板ＲＥと、熱交換器ＰＴと、温度センサＳＲと、を備えている。熱交換器ＰＴは、例えばペルチェ素子である。ペルチェ素子は、流す直流電流の方向によって一方側の面を発熱状態ないし吸熱状態に制御できる素子である。
　外気温により、電波反射板ＲＥが高温になる場合は、ペルチェ素子より、電波反射板ＲＥを冷却することができる。逆に、電波反射板ＲＥが低温になる場合では、ペルチェ素子より、電波反射板ＲＥを加熱することができる。ただし熱交換器ＰＴは、ペルチェ素子に限定されず、他の熱交換器を用いてもよい。他の熱交換器として、例えば空冷や水冷による冷却機能、及び加熱機能を有する熱交換器であってもよい。
　図６に表示はしないが、熱交換器ＰＴに接して、放熱板を設けてもよい。
　温度センサＳＲは、電波反射板ＲＥ、特に液晶層ＬＣの温度を検知する。検知した温度に基づいて、熱交換器ＰＴが制御される。図６に示す電波反射板ＲＥＡでは、温度センサＳＲは、電波反射板ＲＥの外部に設けているが、電波反射板ＲＥに内蔵してもよい。温度センサＳＲは、液晶層ＬＣにより近い位置に設けられることが好ましい。温度センサＳＲが電波反射板ＲＥの外部に設けられている場合は、第１基板ＳＵＢ１又は第２基板ＳＵＢ２に接して設けられていればよい。
　図７は、本実施形態の電波反射板を説明する図である。図７に示す電波反射板ＲＥＡは、電波反射板ＲＥと、温度センサＳＲと、熱交換器ＰＴと、温度制御部ＴＣと、駆動回路ＤＲＶと、制御部ＣＴＬとを有している。電波反射板ＲＥについては、上記と同様の構成であるが、図面を見易くするために、図７では一部のみの構成要素を示している。温度センサＳＲ及び熱交換器ＰＴについては、図６と同様である。
　温度制御部ＴＣは、温度センサＳＲが検知した電波反射板ＲＥの温度に基づき、熱交換器ＰＴを制御する。
　駆動回路ＤＲＶは、パッチ電極ＰＥ及び共通電極ＣＥを駆動する。
　制御部ＣＴＬは、外部からの入力に基づき、駆動回路ＤＲＶ及び温度制御部ＣＴを制御する。
　電波反射板ＲＥＡが置かれた環境で外気温が上昇し、液晶層ＬＣの温度が上昇し、特に相転移温度付近であると温度センサＳＲが検知すると、温度制御部ＣＴは、熱交換器ＰＴに制御信号を出力する。熱交換器ＰＴは、制御信号に基づいて、電波反射板ＲＥを冷却する。電波反射板ＲＥが冷却されることで、液晶層ＬＣを相転移以下の温度に維持できる。
　相転移温度付近では、液晶層ＬＣの誘電率は急峻なので、細かい温度制御が望ましい。液晶層ＬＣの温度が相転移温度付近から離れている場合は、液晶層ＬＣの誘電率は緩やかなので、上述の場合よりは細かい温度制御が必要ではない。
　液晶層ＬＣの温度が相転移温度付近から離れている場合（例えば５０℃以上)は、例えば、液晶層ＬＣが±３０℃、好ましくは±２０℃程度となるように、熱交換器ＰＴの温度制御を行えばよい。
　また熱交換器ＰＴの温度制御は、液晶層ＬＣの誘電率の変化であるΔεが±２０％以内、好ましくは±１０％以内となるように行えばよい。
　電波反射板ＲＥＡが置かれた環境で外気温が下降し、液晶層ＬＣの温度が下降すると、温度制御部ＣＴは、熱交換器ＰＴに制御信号を出力する。熱交換器ＰＴは、制御信号に基づいて、電波反射板ＲＥを加熱する。これにより、液晶層ＬＣの温度を上げ、液晶の粘性が高まるのを防ぐことができる。
　図６及び図７において、熱交換器ＰＴは、電波反射板ＲＥの面のうち、入射波ｗ１の入射面Ｓａ（反射面ともいう）と反対側の面に設けられている。これにより、電波反射板ＲＥへの入射波ｗ１の入射及び反射波ｗ２の反射を阻害しない。
　具体的には、熱交換器ＰＴは、第２基板ＳＵＢ２の基材ＢＡ２に接して設けられている。なお本実施形態においては、基材ＢＡ１及びＢＡ２を、それぞれ第１基材及び第２基材ともいう。
　温度センサＳＲは、入射面Ｓａに設けられていてもよいし、入射面Ｓａの反対側の面に設けられていてもよい。具体的には、熱交換器ＰＴは、第１基板ＳＵＢ１の基材ＢＡ１に接して設けられていてもよい。
　本実施形態により、外気温の変化があっても、誘電率変化が一定の範囲内となる電波反射板を得ることが可能である。
　＜構成例１＞　
　図８は、実施形態における電波反射板の他の構成例を示す平面図である。図８に示した構成例では、図２に示した構成例と比較して、パッチ電極をアクティブマトリクス駆動するという点で異なっている。
　図８は、本構成例に係る電波反射板ＲＥの平面図である。
　図８に示すように、第１基板ＳＵＢ１は、接続配線ＣＬに代えて、複数の信号線ＳＬ、複数の制御線ＧＬ、複数のスイッチング素子ＳＷ、駆動回路ＤＲ、及び複数のリード線ＬＥを有している。
　複数の信号線ＳＬは、第２方向Ｙに沿って延在し、第１方向Ｘに沿った方向に配置されている。複数の制御線ＧＬは、第１方向Ｘに沿って延在し第２方向Ｙに沿った方向に配置されている。複数の制御線ＧＬは、駆動回路ＤＲに接続されている。スイッチング素子ＳＷは、１つの信号線ＳＬと１つの制御線ＧＬとの交差部近傍に設けられている。複数のリード線ＬＥは、駆動回路ＤＲに接続されている。信号線ＳＬ及びリード線ＬＥは、それぞれアウターリードボンディング（ＯＬＢ）のパッドに接続されてもよい。
　図９は、電波反射板の部分拡大断面図である。図９に示すように、電波反射板ＲＥの基材ＢＡ１の上に制御線ＧＬが設けられている。制御線ＧＬはゲート電極ＧＥを有している。基材ＢＡ１及び制御線ＧＬの上に、絶縁層ＧＩが形成されている。絶縁層ＧＩ上に半導体層ＳＭＣが設けられている。半導体層ＳＭＣは、ゲート電極ＧＥに重畳し、第１領域Ｒ１と、第２領域Ｒ２と、を有している。第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２において、一方がソース領域であり、他方がドレイン領域である。
　ゲート電極ＧＥ、半導体層ＳＭＣ等は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）としてのスイッチング素子ＳＷを構成している。スイッチング素子ＳＷは、ボトムゲート型薄膜トランジスタであってもよく、トップゲート型薄膜トランジスタであってもよい。
　絶縁層ＧＩ及び半導体層ＳＭＣの上に、絶縁層ＩＬＩ１が形成されている。絶縁層ＩＬＩ１の上に、接続電極ＲＹ及び信号線ＳＬが設けられている。図示しないが、信号線ＳＬは半導体層ＳＭＣの第１領域Ｒ１に接続されている。接続電極ＲＹは、絶縁層ＩＬＩ１に形成されたコンタクトホールを通り半導体層ＳＭＣの第２領域Ｒ２に接続されている。
　絶縁層ＩＬＩ１、信号線ＳＬ、及び接続電極ＲＹの上に、絶縁層ＩＬＩ２が形成されている。絶縁層ＩＬＩ２上にパッチ電極ＰＥが形成されている。パッチ電極ＰＥは、絶縁層ＩＬＩ２に形成されたコンタクトホールを通り接続電極ＲＹに接続されている。配向膜ＡＬ１は、絶縁層ＩＬＩ２及びパッチ電極ＰＥの上に形成されている。
　図８及び図９に示しように、複数のパッチ電極ＰＥをアクティブマトリクス駆動により個別に駆動することができる。そのため、複数のパッチ電極ＰＥを独立して駆動することができる。例えば、電波反射板ＲＥが反射する反射波ｗ２の方向を、Ｙ－Ｚ平面に平行な方向とすることができる。
　本構成例は、上述した実施形態と同様の効果を奏する。
　本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
　ＣＥ…共通電極、ＣＬ…接続配線、ＣＴ…温度制御部、ＧＰ…パッチ電極群、ＬＣ…液晶層、ＰＥ…パッチ電極、ＰＴ…熱交換器、ＲＥ…電波反射板、ＲＥＡ…電波反射板、ＳＳ…スペーサ、ＳＵＢ１…第１基板、ＳＵＢ２…第２基板、Ｓａ…入射面、ＴＣ…温度制御部、ｗ１…入射波、ｗ２…反射波。

Claims (11)

  1. 　第１基材と、第１方向及び第２方向それぞれに沿って、等間隔にマトリクス状に配置される複数のパッチ電極と、を有する第１基板と、
    　第２基材と、前記複数のパッチ電極に対向する共通電極と、を有する第２基板と、
    　前記第１基板及び前記第２基板との間に挟持される液晶層と、
    　前記第２基板に接して設けられる熱交換器と、
    　前記液晶層の温度を検知する温度センサと、
    　前記温度センサが検知した温度に基づき、前記熱交換器を制御する温度制御部と、
    　を備え、
    　入射波は、第１基板の入射面に入射し、
    　前記熱交換器は、前記入射面の反対側の面に設けられる、電波反射板。
  2. 　前記熱交換器は、ペルチェ素子である、請求項１に記載の電波反射板。
  3. 　前記第１方向に沿って並べられ、前記第２方向に沿って延在する複数の接続配線と、をさらに備え、
    　前記複数のパッチ電極は、前記第２方向に沿って延在し、前記第１方向に沿って並べられた複数のパッチ電極群を形成し、
    　前記パッチ電極群それぞれの複数のパッチ電極は、前記接続配線により電気的に接続されている、請求項１に記載の電波反射板。
  4. 　前記複数のパッチ電極は、それぞれ、スイッチング素子と接続される、請求項１に記載の電波反射板。
  5. 　前記温度センサは、前記第１基板又は前記第２基板に接して設けられている、請求項１に記載の電波反射板。
  6. 　前記温度センサは、前記電波反射板に内蔵されている、請求項１に記載の電波反射板。
  7. 　前記温度制御部は、前記液晶層の温度が±３０℃となるように、前記熱交換器を制御する、請求項１に記載の電波反射板。
  8. 　前記温度制御部は、前記液晶層の温度が±２０℃となるように、前記熱交換器を制御する、請求項１に記載の電波反射板。
  9. 　前記温度制御部は、前記液晶層の誘電率の変化が±２０％以内となるように、前記熱交換器を制御する、請求項１に記載の電波反射板。
  10. 　前記温度制御部は、前記液晶層の誘電率の変化が±１０％以内となるように、前記熱交換器を制御する、請求項１に記載の電波反射板。
  11. 　前記温度制御部は、前記液晶層を相転移以下の温度に維持するように、前記熱交換器を制御する、請求項１に記載の電波反射板。
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