WO2023085461A1 - 투명 안테나 모듈 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

투명 안테나 모듈 및 이를 제조하는 방법 Download PDF

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WO2023085461A1
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conductive layer
antenna module
transparent
metal
dielectric
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조성문
유동주
정재열
이준석
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엘지전자 주식회사
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/44—Details of, or arrangements associated with, antennas using equipment having another main function to serve additionally as an antenna, e.g. means for giving an antenna an aesthetic aspect
    • H01Q1/46—Electric supply lines or communication lines

Definitions

  • the present invention relates to a transparent antenna module. More specifically, it relates to a transparent antenna module embedded in a display and a method for manufacturing the same.
  • the imprint process has been in the limelight as a process having low process cost and excellent mass productivity.
  • this implant process has a high electrical resistance, so there are many restrictions on its utilization.
  • a metal electrode used in a high-frequency communication component including a conductor has a low sheet resistance to reduce signal loss, and a high transparent electrode is required to increase design freedom.
  • a metal mesh pattern through an implant process, there is a limit to implementing a line width that satisfies both a desired sheet resistance value and light transmittance.
  • conductive metal particles may be formed by forming a microchannel on a substrate, filling the substrate with conductive metal ink, and performing heat treatment.
  • plating may be performed for contact between the particles so that the contact between the conductive particles is smooth.
  • the conductive metal ink or paste used for forming the conductor by the printing process has lower conductivity than the original metal. This is because the ink or paste contains organic materials together with metal particles, and the conductive path is small due to imperfect contact between metal particles.
  • a method of filling a substrate with a conductive metal paste to form a conductive grid pattern may be considered.
  • the metal paste has a particle or nanowire or nanorod shape and may be prepared in a graphene-composite form to improve conductivity.
  • the conductive metal paste or ink includes an organic binder and an organic compound in a metal component. Accordingly, regardless of whether the shape of the metal material after sintering is spherical (particle) or linear (wire or rod), there is a problem of contact imperfection at the interface. Therefore, there is a problem in that the conduction path is reduced and the resistance is increased.
  • a process of growing metal particles on the surface of graphene and a process of forming a graphene composite on a substrate are added. Accordingly, there is a problem in that the process is complicated and the price is high.
  • the present invention aims to solve the foregoing and other problems.
  • another object is to provide a transparent antenna module built into a display and a method for manufacturing the same, in more detail.
  • Another object of the present invention is to provide an implant process method and a metal mesh structure for lowering sheet resistance during a metal mesh fabrication process by an implant process.
  • Another object of the present invention is to implement the antenna radiator as a module with a transparent antenna having a metal mesh structure according to an implant process method for lowering a sheet resistance value.
  • Another object of the present invention is to design and manufacture to realize a desired sheet resistance value and transparency in consideration of the specific resistance of the electrode material used, the line width, thickness, and spacing of the mesh pattern.
  • Another object of the present invention is to implement a transparent antenna module that maintains transparency while improving conductivity.
  • Another object of the present invention is to propose a metal mesh structure capable of maintaining or improving antenna characteristics while improving transparency and visibility in a metal mesh line structure.
  • a transparent antenna module includes a dielectric substrate; a dielectric structure formed in contact with an upper portion of the dielectric substrate and spaced apart from each other by a predetermined gap area in at least one axial direction; a first conductive layer formed in the gap region to have a first thickness in contact with the dielectric substrate; and a second conductive layer formed to a second thickness in contact with an upper portion of the first conductive layer.
  • a transparent metal mesh pattern composed of the first conductive layer and the second conductive layer and formed in at least one axial direction may be configured to radiate a wireless signal.
  • the dielectric structure may be composed of a UV resin disposed in contact with the top of the dielectric substrate.
  • the UV resin may be formed by being stamped by an imprint mold to be spaced apart by the gap area of the predetermined interval.
  • the first conductive layer may be formed by printing metal ink or metal paste in the gap region with the first thickness lower than the height of the dielectric structure.
  • the second conductive layer may be formed to the second thickness by a plating process on the printed metal ink or metal paste of the first conductive layer.
  • the second conductive layer may serve as a main connection path for the wireless signal.
  • the difference between the total height of the conductive layer and the height of the dielectric structure corresponding to the sum of the first thickness of the first conductive layer and the second thickness of the second conductive layer may be formed within a predetermined range.
  • the second thickness of the second conductive layer may be formed thicker than the first thickness of the first conductive layer. Therefore, it is possible to reduce the loss of the transparent metal mesh pattern by reducing the sheet resistance according to the transmission of the wireless signal.
  • the dielectric structure may be inclined at an angle of 45 degrees or less with respect to a vertical axis. Accordingly, the width of the gap region may decrease as it is adjacent to the dielectric substrate.
  • the first conductive layer may be formed in a hexahedron having an inverted trapezoidal cross-section such that an area of an upper region is larger than an area of a lower region.
  • the second conductive layer may be formed in a hexahedron having an inverted trapezoidal cross section such that an area of an upper region is larger than an area of a lower region.
  • the thickness of the dielectric structure may be greater than the width of the gap region of the dielectric structure.
  • the first thickness of the first conductive layer may be greater than the width of the first conductive layer. Accordingly, it is possible to reduce sheet resistance while increasing transmittance of the antenna element formed of the transparent metal mesh pattern.
  • the first conductive layer may be formed by volatilizing metal ink or an organic component of a metal face through a heat treatment process.
  • the dielectric structure may be formed of a photocurable resin so as not to be damaged by the heat treatment process.
  • the second conductive layer may be formed on the first conductive layer through a plating process.
  • a metal content of the second conductive layer may be set higher than a metal content of the first conductive layer. Accordingly, the second conductive layer may have higher conductivity than the first conductive layer.
  • the transparent metal mesh pattern may further include an antenna element configured to radiate a radio signal by being disposed at first intervals and second intervals in the first axis direction and the second axis direction.
  • the length of the antenna element may be equal to or set to 1/2 to 1/4 of the operating wavelength corresponding to the operating frequency.
  • the transparent antenna module may further include a power supply line configured to be connected to the antenna element to apply a radio signal to the antenna element.
  • the feed line and the antenna element may be formed of a metal mesh line including the first conductive layer and the second conductive layer. A first distance and a second distance in the first axial direction and the second axial direction of the metal mesh line forming the feed line and the antenna element may be set to be the same.
  • the transparent antenna module may further include a terminal configured to be connected to the feed line.
  • a line width of the metal mesh pattern of the terminal unit may be set wider than a line width of the metal mesh pattern of the antenna element.
  • Third intervals and fourth intervals of the metal mesh pattern of the terminal unit in the first axial direction and the second axial direction may be set to be narrower than the first interval and the second interval of the metal mesh pattern of the antenna element.
  • an implant process may be performed to form first gap regions and second gap regions on the front and rear surfaces of the dielectric substrate.
  • the transparent antenna module may include a first ground layer formed to a first thickness by contacting the dielectric substrate in a gap region formed on the rear surface of the dielectric substrate; and the second ground layer having a second thickness by being in contact with the first ground layer in a gap region formed on the rear surface.
  • a method of manufacturing a transparent antenna module includes a dielectric structure forming step of forming a dielectric structure on top of a dielectric substrate in a contacted state; an implant step of forming the dielectric structure spaced apart from each other by a gap region of a predetermined interval in at least one axial direction using an implant mold; forming a first conductive layer in the gap region to be in contact with the dielectric substrate and to have a first height; and a second conductive layer forming step of contacting an upper portion of the first conductive layer to form a second conductive layer having a second height.
  • an antenna element composed of a transparent metal mesh pattern formed in at least one axial direction may be formed through the forming of the first conductive layer and the forming of the second conductive layer.
  • the first conductive layer in the forming of the first conductive layer, may be formed by printing a metal ink or metal paste in the gap region with the first height lower than the height of the dielectric structure.
  • the second conductive layer in the forming of the second conductive layer, may be formed to the second height by a plating process on the printed metal ink or metal paste of the first conductive layer.
  • the second conductive layer may serve as a main connection path for radio signals radiated through the antenna element.
  • the dielectric structure in the forming of the dielectric structure, may be formed to be inclined at an angle of 45 degrees or less with respect to a vertical axis, so that the width of the gap region may decrease as it is adjacent to the dielectric substrate.
  • the first conductive layer in the forming of the first conductive layer, the first conductive layer may be formed in a hexahedron having an inverted trapezoidal cross-section such that an area of an upper region is larger than an area of a lower region.
  • the second conductive layer in the forming of the second conductive layer, may be formed in a hexahedron having an inverted trapezoidal cross-section such that an area of an upper region is larger than an area of a lower region.
  • an implant operation is performed to form gap regions on the front and rear surfaces of the dielectric substrate
  • a second ground layer forming step of forming a second ground layer with a second height in contact with the first ground layer in the gap region formed on the rear surface is further included.
  • a transparent antenna module and a method for manufacturing the same according to the present specification are described as follows.
  • a transparent antenna module embedded in a display and a method for manufacturing the same can be provided.
  • an antenna radiator may be implemented as a module with a transparent antenna having a metal mesh structure according to an implant process method for lowering a sheet resistance value.
  • the present specification it can be designed and manufactured to realize a desired sheet resistance value and transparency in consideration of the specific resistance of the electrode material used, the line width, thickness, and spacing of the mesh pattern.
  • a metal mesh structure capable of maintaining or improving antenna characteristics while improving transparency and visibility in a metal mesh line structure.
  • FIG. 1 illustrates a method of forming a metal mesh pattern in the form of a transparent electrode according to an embodiment.
  • FIG. 2 illustrates a method of forming a metal mesh pattern in the form of a transparent electrode according to another embodiment.
  • 3a and 3b show a structure of a highly conductive metal mesh pattern according to an embodiment.
  • 4A and 4B show a conductive layer structure applied as a single layer structure and a double layer structure on a dielectric substrate.
  • FIG. 5 is a graph showing the sheet resistance value versus the cross-sectional area of the mesh pattern in the conductor electrode according to the conductive layer structure according to the present specification.
  • 6 and 7 show cross-sectional shapes of dielectric structures and conductive layer structures according to different embodiments of the present specification.
  • FIG. 8 shows an antenna radiator (antenna element) and a feeding pattern (feeding line) of a transparent antenna module having a metal mesh pattern formed of a conductive layer having a double-layer structure according to the present specification.
  • FIG. 9 shows a configuration in which an antenna element having a metal mesh lattice structure according to the present specification is connected to a terminal unit through a feed line.
  • FIGS. 8 and 9 shows a metal mesh lattice structure of the antenna element and the feed line of FIGS. 8 and 9 .
  • FIG. 11 shows a cross-section of a conductive layer of a metal mesh pattern according to an embodiment.
  • FIG. 12 shows a cross section in which the first conductive layer and the second conductive layer corresponding to the plating layer of the metal mesh pattern according to the embodiment are formed.
  • 13a and 13b show electronic devices in which a transparent antenna module according to the present specification can be implemented.
  • FIG. 14 shows a flowchart of a method of manufacturing a transparent antenna module according to the present specification.
  • FIG. 15 shows a flowchart of a method of manufacturing a transparent antenna module having a multi-layer structure according to the present specification.
  • Electronic devices described in this specification include mobile phones, smart phones, laptop computers, digital broadcasting terminals, personal digital assistants (PDAs), portable multimedia players (PMPs), navigation devices, slate PCs, and the like.
  • PDAs personal digital assistants
  • PMPs portable multimedia players
  • slate PCs slate PCs
  • tablet PC ultrabook
  • wearable device eg, watch type terminal (smartwatch), glass type terminal (smart glass), HMD (head mounted display)
  • FIG. 1 illustrates a method of forming a metal mesh pattern in the form of a transparent electrode according to an embodiment.
  • the implant mold can be prepared (prepare).
  • a dielectric structure 1030 in the form of a UV resin may be disposed on the dielectric substrate 1010 corresponding to the transparent substrate.
  • the dielectric structure 1030 and the implant mold may be coupled so that the dielectric structure 1030 in the form of UV resin disposed on the dielectric substrate 1010 is stamped.
  • the dielectric structure 1030 in the form of UV resin disposed by removing the implant mold may be formed in a stamped shape. Accordingly, the dielectric structures may be formed to be spaced apart by a gap region of a predetermined interval in at least one axial direction.
  • a conductive layer 1020a of a metal mesh pattern may be formed in a gap region formed in a dielectric structure at a predetermined interval.
  • a transparent antenna module may be implemented by such a metal mesh pattern.
  • an object of the present invention is to form a transparent conductive pattern that is invisible to the user's eyes by reducing the visibility by minimizing the line width of the electrode pattern.
  • a highly transparent substrate having high visible light transmittance may be used as the substrate used in the present specification.
  • the resistance of the electrode is determined by the shape of the electrode pattern or the electrode material used, and can be designed in various ways according to the use of the part in which the electrode is used.
  • a transparent electrode for a touch screen sensor used in a smartphone or tablet display can be used as long as the sheet resistance is 80 to 100 ⁇ / ⁇ .
  • a sheet resistance characteristic of 2 ⁇ or less which is much smaller than the sheet resistance value of a touch sensor electrode, is required. This is because an antenna having a minimum resistance must be implemented in order to reduce loss of a radio signal.
  • the antenna radiator is formed in the form of a metal mesh to make a transparent antenna, it is designed and manufactured to realize the desired sheet resistance value and transparency by considering the specific resistance of the electrode material used, the line width and thickness of the mesh pattern, and the spacing between patterns. shall.
  • techniques such as photolithography & etching, sputtering, SAP (Self Additive Process), and implant may be applied to the process of manufacturing the metal mesh pattern.
  • An appropriate manufacturing method may be selected in consideration of process capability, process cost, and mass productivity of each manufacturing method.
  • Semiconductor processes such as photolithography and etching can realize fine line widths, but costs may increase.
  • Sputtering is time-consuming and expensive. In the SAP process, it is difficult to implement fine patterns, which can increase visibility during pattern production.
  • the implant process is a process that is relatively simple and can produce fine patterns with a low-cost process and can secure mass production, but it is difficult to lower the sheet resistance value, which is the most important performance of the electrode, below a certain level.
  • the form of the metal material used to form the fine conductive patterns by the implant process is in the form of metal ink or metal paste, which is a compound of metal and organic matter.
  • organic matter having a high resistance value compared to the high conductivity of metal is included. Even if the organic components of the ink or paste are volatilized through heat treatment during the process, they cannot be completely removed. Therefore, even a very small amount of remaining organic matter may act as an impurity to increase resistance.
  • the metal component sintered from the metal-organic compound is crystallized in the form of particles or rods, when the connection (contact) between metal particles is uncertain, resistance also increases.
  • a method of manufacturing a metal mesh by an implant process is to a) manufacture a mold having a desired pattern, b) form a UV curing resin on a substrate, and c) stamp the mold into the resin. there is. d) In addition, the mold may be removed and cured by irradiation with ultraviolet rays. and e) printing the metal ink or metal paste on the patterned resin structure. Finally, the organic matter is dried through heat treatment and the metal is sintered.
  • the metal mesh by such an implant method has high resistance for the reasons described above, and in order to lower it, it is necessary to increase the line width or increase the thickness. However, since this becomes a situation in which the transmittance of the transparent electrode is lowered, the function as a transparent electrode is lost, and there is a limit to lowering the resistance by increasing the line width or thickness of the pattern.
  • FIG. 2 illustrates a method of forming a metal mesh pattern in the form of a transparent electrode according to another embodiment.
  • a method of manufacturing a metal mesh by an implant process is a) manufacturing a mold having a desired pattern, b) forming a dielectric structure 1030 in the form of a UV curing resin on a dielectric substrate 1010, and c) A mold may be stamped into dielectric structure 1030 . d) In addition, the mold may be removed and cured by irradiation with ultraviolet rays.
  • the dielectric structure on which the first conductive layer 1021 printed in a metal mesh pattern to a partial thickness is formed serves as a seed layer for electroless plating during plating.
  • a second conductive layer 1022 is formed by forming metal as thick as the dielectric structure on the printed metal particles through a plating process.
  • the metal formed by plating has a layer structure that is not in the form of particles or rods compared to the metal formed by ink or paste. Accordingly, the metal plating layer has excellent electrical contact and can be used as a main connection path for electrical signal transmission.
  • the resistance value can be adjusted by adjusting the thickness of the metal plating layer, and the thickness of the printing metal layer used as the seed layer can be thinned. Accordingly, the multi-layer conductive layer 1020 in which the second conductive layer 1022 is formed on the first conductive layer 1021 may be disposed in the gap region of the dielectric structure 1030 .
  • Figures 3a and 3b shows the structure of the highly conductive metal mesh pattern according to the embodiment.
  • 3A is a front view of a high-conductivity metal mesh lattice structure and an enlarged view of the lattice structure.
  • FIG. 3B shows a side view of the highly conductive metal mesh lattice structure of FIG. 3A.
  • FIG. 3A shows a metal mesh lattice structure manufactured by the manufacturing process of FIG. 2 .
  • a second conductive layer 1022 may be formed in a gap region that is an empty space between dielectric structures 1022 .
  • a first conductive layer 1021 may be formed in a lower region of the second conductive layer 1022 .
  • the first conductive layer 1021 may also be formed in a gap region that is an empty space between the dielectric structures 1022 .
  • a dielectric substrate 1010 capable of supporting a metal mesh pattern
  • a dielectric structure 1030 made of a UV photocurable resin is disposed on an upper surface of the dielectric substrate 1010 .
  • the first and second conductive layers 1021 and 1022 are filled with a metal material between the dielectric structure 1030 to form a conductive electrode mesh.
  • the metal material is formed to a thickness lower than the thickness of the resin structure. Then, a metal layer is formed on the filled metal material through a plating process. The thickness of the metal plating layer does not exceed the remaining thickness after the metal material is filled in the resin structure.
  • Glass, silicon wafer, etc. can be used as a material used as a substrate, and an organic substrate material such as polyimide can be used to manufacture a flexible conductive electrode mesh.
  • an organic substrate material such as polyimide
  • transparent flexible materials such as PET, COP, and CPI may be used to produce a transparent conductive mesh pattern.
  • the light transmittance of the transparent material used at this time is preferably 85% or more.
  • a substrate having a low dielectric constant and dielectric loss should be used to minimize loss of radio signals, and a material having a dielectric constant of 3.0 or less and a dielectric loss of 0.007 or less is preferable.
  • the UV resin used as the structure of the metal mesh pattern may use a thermosetting resin or a photocurable resin.
  • a photocurable resin is used so that the material is not damaged by the heat treatment process.
  • a metal material filling between structures may be aluminum, copper, silver, gold, or the like to be used as a conductor.
  • other types of metals may be used depending on the use and purpose and are not limited to the above types of metals.
  • a conductive oxide, a conductive carbon composite material, and the like may be used in addition to a single metal.
  • a printing process, a deposition process, or a transfer process may be used as a forming process of the conductor to be used, and a printing process is effective as a process of filling metal materials between structures formed on a substrate.
  • the form of metal to fill between structures in the printing process is to be in the form of ink or paste in which metal and organic matter are mixed.
  • the metal ink or paste that fills the structure serves as a seed layer for plating, so the metal content needs to be 5% or more.
  • the shape of the metal mesh pattern is shown as a straight line pattern in which each mesh line crosses vertically, but is not limited thereto. As another example, each mesh line may be changed into a mesh pattern of various shapes, such as a rectangle, a rhombus, a triangle, or a hexagon, and applied.
  • FIGS. 4A and 4B show a conductive layer structure applied in a single layer structure and a double layer structure on a dielectric substrate.
  • a conductive layer 1020a may be formed on a dielectric substrate 1010 in a single layer structure.
  • the conductive layer 1020a may have a rectangular parallelepiped shape having a predetermined width (W), a predetermined length (L) and a predetermined thickness (t).
  • a conductive layer 1020 may be formed on a dielectric substrate 1010 in a double layer structure.
  • the conductive layer 1020 may include a first conductive layer 1021 and a second conductive layer 1022 disposed on an upper region of the first conductive layer 1021 .
  • the first conductive layer 1021 may contact the dielectric substrate 1010 to have a first thickness t1.
  • the first conductive layer 1021 may have a rectangular parallelepiped shape having a predetermined width (W) and a predetermined length (L) and having a first thickness (t1).
  • the second conductive layer 1022 may contact the first conductive layer 1021 to have a second thickness t2.
  • the second conductive layer 1022 may have a rectangular parallelepiped shape having a predetermined width (W) and a predetermined length (L) and having a second thickness (t2).
  • dielectric structures 1030 in the form of a UV resin may be disposed on both sides of the conductive layers 1020a and 1020 shown in FIGS. 4A and 4B.
  • each conductor is connected in parallel. Therefore, in order to have a low total resistance value or high conductivity, it is desirable to form a layer having a low resistance to a larger thickness.
  • the first conductive layer 1021 of the conductive layer 1020 proposed in this specification is formed of metal ink or paste, it has a high resistance value due to the influence of organic materials.
  • the second conductive layer 1022 of the conductive layer 1020 is formed by plating, the inherent conductivity of the metal can be fully utilized.
  • the first thickness t1 of the first conductive layer 1021 and the second thickness of the second conductive layer 1022 ( t2) can be determined.
  • the thickness ratio between the first thickness t1 of the first conductive layer 1021 and the second thickness t2 of the second conductive layer 1022 may be in the range of 1:9 to 9:1. , but is not limited thereto.
  • the first thickness t1 of the first conductive layer 1021 having low resistance may be formed thicker than the second thickness t2 of the second conductive layer 1022 . Accordingly, the thickness ratio between the first thickness t1 of the first conductive layer 1021 and the second thickness t2 of the second conductive layer 1022 may be in the range of 1:1 to 9:1. , but is not limited thereto. Accordingly, since a material having low specific resistance and high conductivity has an effect of being laminated on the second conductive layer 1022, an effect of reducing the sheet resistance of the entire conductor layer occurs as shown in Equation 1.
  • FIG. 5 is a graph showing the sheet resistance value versus the cross-sectional area of the mesh pattern in the conductor electrode according to the conductive layer structure according to the present specification.
  • the total conductor resistance or sheet resistance is inversely proportional to the cross-sectional area, as shown in FIG. 5, the larger the cross-sectional area, the lower the sheet resistance value.
  • the sheet resistance value is in inverse proportion to the thickness of the conductive layer.
  • the first thickness t1 of the low resistance first conductive layer 1021 may be formed to be thicker than the second thickness t2 of the second conductive layer 1022 .
  • FIGS. 6 and 7 show cross-sectional shapes of dielectric structures and conductive layer structures according to different embodiments of the present specification.
  • FIG. 6 shows a structure in which first and second conductive layers 1021 and 1022 are disposed between the cross-sectional shape of the dielectric structure 1030 formed in a rectangular cross-sectional shape and the dielectric structure 1030 .
  • FIG. 7 shows a structure in which first and second conductive layers 1021 and 1022 are disposed between the dielectric structure 1030b and the cross-sectional shape of the dielectric structure 1030b having an inverted trapezoidal cross-sectional shape.
  • a first conductive layer 1021 and second conductive layers 1021 and 1022 disposed on the first conductive layer 1021 may be referred to as a conductive layer 1020 .
  • the shape of the dielectric structure 1030 serves to determine the cross-sectional shape and cross-sectional area of the conductive layer 1020.
  • the ratio t/W of the width and thickness in a rectangular cross-section is called an aspect ratio, and the dielectric structure 1030 is manufactured by determining the aspect ratio when designing the pattern according to the purpose of the conductor mesh pattern. That is, in order to manufacture a transparent conductor electrode by forming a conductor metal mesh pattern, a cross-sectional shape having a high aspect ratio with a high thickness and a narrow width can reduce sheet resistance while increasing transmittance.
  • the conductive layer 1020 may be formed in a rectangular cross-sectional shape with an aspect ratio of t/W ⁇ 3.
  • the conductive layer 1020 may be composed of a single conductive layer 1020a as shown in FIG. 4A or as a double conductive layer 1020 as shown in FIG. 4B.
  • the dual conductive layer 1020 may include a first conductive layer 1021 in a lower area and a second conductive layer 1022 in an upper area.
  • the plating process is performed using the first conductive layer 1021 as a seed layer, it can be configured with a cross-section in the form of an inverted trapezoid with a wide entrance to the structure and a narrow inside to easily form a plating layer even with a fine line width.
  • the ratio between the inlet and the base of the inverted trapezoid is expressed as the angle ⁇ between the plane perpendicular to the substrate and the inclined plane of the trapezoid
  • the cross-sectional shape of the inverted trapezoid with 0 ⁇ 45° is preferable.
  • a first conductive layer 1021 and a second conductive layer 1022 are formed on the front surface of the dielectric substrate, and the first ground layer 1051 and the second conductive layer 1051 are formed on the rear surface of the dielectric substrate.
  • a ground layer 1052 may be formed.
  • an implant process may be performed to form first gap regions and second gap regions on the front and rear surfaces of the dielectric substrate 1010 .
  • the first ground layer 1051 may be formed to have a first thickness by contacting the dielectric substrate in a gap region formed on the rear surface of the dielectric substrate 1010 .
  • the second ground layer 1052 may be formed to have a second thickness by contacting the first ground layer 1051 in a gap region formed on the rear surface of the dielectric substrate 1010 .
  • a ground layer 1050 having a metal mesh grid structure may be formed by the first ground layer 1051 and the second ground layer 1052 .
  • a gap region in which the first and second ground layers 1051 and 1052 are disposed may be formed by the second dielectric structure 1030b on the rear surface of the dielectric substrate.
  • the lattice spacing and lattice crossing points of the first and second conductive layers 1021 and 1022 may be different from each other and the lattice spacing and lattice crossing points of the first and second ground layers 1051 and 1052 may be different from each other.
  • a separate second dielectric substrate 1010b is disposed below the ground layer 1050 of the mesh grid structure, and the third conductive layer 1023 and the fourth conductive layer ( 1024) may be placed.
  • a third dielectric structure 1030c may be disposed on the rear surface of the second dielectric substrate 1010b such that the third conductive layer 1023 and the fourth conductive layer 1024 are disposed in the gap region.
  • the third conductive layer 1023 and the fourth conductive layer 1024 may form separate power supply lines.
  • a signal of the feed line may be transmitted to the first and second conductive layers 1021 and 1022 on which the antenna element is disposed through the slot region (ie, the second dielectric structure) where the ground layer 1050 is not disposed.
  • the metal mesh pattern formed of the conductive layer having a single-layer or double-layer structure according to the present specification has been described. Meanwhile, a transparent antenna module having a metal mesh pattern formed of a conductive layer having a double-layer structure will be described.
  • FIG. 8 shows an antenna radiator (antenna element) and a feeding pattern (feeding line) of a transparent antenna module having a metal mesh pattern formed of a conductive layer having a double-layer structure according to the present specification.
  • the antenna element 1110 of FIG. 8 and the feed line ( 1120) may be formed.
  • the transparent antenna module 1100 includes a dielectric substrate 1010; It may be configured to include dielectric structures (dielectric structures, 1030, 1030b) and conductive layers (1020a, 1020).
  • the dielectric structures 1030 and 1030b may be formed by contacting an upper portion of the dielectric substrate 1010 .
  • the dielectric structures 1030 and 1030b may be formed to be spaced apart from each other by a predetermined gap area in at least one axial direction.
  • the dielectric structures 1030 and 1030b may be formed in one axis direction and another axis direction substantially perpendicular to the one axis direction. Accordingly, the metal mesh lattice structure formed by the conductive layers 1020a and 1020 may be formed as a rectangular mesh lattice structure as shown in FIGS. 3A and 8 , but is not limited thereto.
  • the conductive layer 1020 may include a first conductive layer 1021 and a second conductive layer 1022 disposed in an upper region of the first conductive layer 1021 .
  • the first conductive layer 1021 may contact the dielectric substrate 1010 to have a first thickness t1.
  • the first conductive layer 1021 may have a rectangular parallelepiped shape having a predetermined width (W) and a predetermined length (L) and having a first thickness (t1).
  • the second conductive layer 1022 may contact an upper portion of the first conductive layer 1021 to have a second thickness t2 .
  • the second conductive layer 1022 may have a rectangular parallelepiped shape having a predetermined width (W) and a predetermined length (L) and having a second thickness (t2).
  • the transparent antenna module 1100 is composed of a first conductive layer 1021 and a second conductive layer 1022, and a transparent metal mesh pattern formed in at least one axial direction is configured to radiate a wireless signal.
  • the dielectric structures 1030 and 1030b may be formed of UV resin disposed in contact with the top of the dielectric substrate 1010, but are not limited thereto.
  • the dielectric structures 1030 and 1030b may be stamped with UV resin using an imprint mold and spaced apart by a predetermined gap area to form a dielectric grid structure.
  • the conductive layers 1020a and 1020 may be disposed in the empty space formed by the dielectric lattice structure of the dielectric structures 1030 and 1030b to form a metal lattice structure.
  • a transparent metal mesh pattern corresponding to the metal lattice structure on which the conductive layers 1020a and 1020 are disposed may constitute the antenna element 1110 and the feed line 1120 radiating radio signals.
  • the first conductive layer 1021 may be formed by printing metal ink or metal paste in the gap region to a first thickness t1 lower than the thickness of the dielectric structures 1030 and 1030b.
  • the second conductive layer 1022 may be formed on the printed metal ink or metal paste of the first conductive layer 1021 to a second thickness t2 by a plating process.
  • the second conductive layer 1022 may serve as a main connection path for wireless signals. Since electromagnetic waves are mainly formed in the surface regions of the conductive layers 1020a and 1020, the second conductive layer 1022 can act as a main connection path for wireless signals.
  • the first conductive layer 1021 mainly functions as a layer combined with the dielectric structures 1030 and 1030b and the second conductive layer 1022 .
  • the total thickness of the conductive layer 1020 corresponding to the sum of the first thickness t1 of the first conductive layer 1021 and the second thickness t2 of the second conductive layer 1022 and the dielectric structures 1030 and 1030
  • the difference in thickness of may be formed within a predetermined range.
  • the second thickness t2 of the second conductive layer 1022 having a low resistance value, that is, high conductivity, may be formed to a smaller thickness than the first thickness t1 of the first conductive layer 1021 . Accordingly, it is possible to reduce the loss of the transparent metal mesh pattern by reducing the sheet resistance according to the transmission of the wireless signal.
  • the dielectric structure 1030b may be inclined at an angle of 45 degrees or less with respect to a vertical axis.
  • the width of the gap region of the dielectric structure 1030b may be reduced as it is adjacent to the dielectric substrate 1010 .
  • the width of the gap region in the lower region of the dielectric structure 1030b may be narrower than the width of the gap region in the upper region.
  • the first conductive layer 1021 may be formed as a hexahedron having an inverted trapezoidal cross-section such that the area of the upper region is larger than the area of the lower region.
  • the second conductive layer 1022 may also be formed in a hexahedron having an inverted trapezoidal cross-section such that an area of an upper region is larger than an area of a lower region.
  • the width and thickness of the dielectric structure and the conductive layer structure constituting the transparent antenna module presented in this specification may be adjusted depending on the application.
  • the thickness of the dielectric structures 1030 and 1030b may be greater than the width of the gap region of the dielectric structures 1030 and 1030b.
  • the total thickness t may be larger than the average width W of the gap region.
  • the total thickness t may be greater than the maximum width W2 of the gap region.
  • the thickness t2 of the second conductive layer 1022 through which electromagnetic waves pass may be greater than the average width W of the gap region.
  • the thickness t2 of the second conductive layer 1022 through which electromagnetic waves pass may be greater than the maximum width W2 of the gap region.
  • the thickness t of the conductive layer 1020 may be greater than the width of the conductive layer 1020 .
  • the second thickness t2 of the second conductive layer 1022 may be greater than the width of the second conductive layer 1022 through which electromagnetic waves mainly pass. Therefore, it is possible to reduce the sheet resistance while increasing the transmittance of the antenna element formed of the transparent metal mesh pattern.
  • the first conductive layer 1021 may be formed by volatilizing organic components of metal ink or metal face through a heat treatment process.
  • the dielectric structures 1030 and 1030b may be formed of a photocurable resin so as not to be damaged by a heat treatment process.
  • the second conductive layer 1022 may be formed on the first conductive layer 1021 through a plating process.
  • the metal content of the second conductive layer 1022 may be set higher than that of the first conductive layer 1021 . Accordingly, the conductivity of the second conductive layer 1022 may be higher than that of the first conductive layer 1021 .
  • the transparent antenna module 1100 may be configured to include the antenna element 1110 and the feed line 1120.
  • the antenna element 1110 may be configured such that the transparent metal mesh pattern is disposed at first and second intervals in the first axis direction and the second axis direction to radiate radio signals.
  • the length L1 of the antenna element 1110 may be the same as the operating wavelength corresponding to the operating frequency or may be set to 1/2 to 1/4, but is not limited thereto.
  • the power supply line 1120 may be configured to be connected to the antenna element 1110 to apply a radio signal to the antenna element 1110.
  • the length L2 of the feed line 1120 may be designed to be shorter than the length L1 of the antenna element 1110 to minimize the total antenna length.
  • An inset region (R3) is formed in a region where the antenna element 1110 and the feed line 1120 are connected without a separate matching unit for impedance matching between the antenna element 1110 and the feed line 1120, for example, an impedance conversion unit.
  • a mesh grid such as a mesh pattern may be removed from an inner area of the antenna element 1110 in the inset area.
  • the mesh grid in the inset region and the mesh grid of the antenna element 1100 may be disconnected so that they are not connected.
  • a mesh lattice may also be disposed in the dielectric area to maintain visibility with the mesh lattice of the antenna element 1110 and the feed line 1120 .
  • the mesh lattice disposed in the dielectric region may be configured to be disconnected from the mesh lattice of the antenna element 1110 and the feed line 1120 .
  • the power supply line 1120 and the antenna element 1110 may be formed of a metal mesh line including a first conductive layer 1021 and a second conductive layer 1022 .
  • the first and second distances of the metal mesh lines forming the feed line 1120 and the antenna element 1110 in the first axial direction and in the second axial direction may be set to be the same. Accordingly, the antenna element of the transparent antenna module can be freely disposed in at least one of the first axial direction and the second axial direction within the display area having the same metal mesh spacing, thereby increasing the degree of freedom of arrangement.
  • the first distance d1 and the second distance d2 in the first axial direction and the second axial direction may be set to be the same.
  • the third distance and the fourth distance in the first axial direction and the second axial direction may be set differently.
  • the third interval in the direction of the first axis which is the direction in which the current flows, may be set to be narrower than the fourth interval in the second axis direction.
  • the third distance in the first axis direction may be set to be narrower than the first distance in the first axis direction of the antenna element 1110.
  • the transparent antenna module according to the present specification is composed of an antenna element and a feed line having a metal mesh lattice structure as shown in FIG. 8, and the feed line may be connected to a metal pattern terminal part.
  • FIG. 9 shows a configuration in which an antenna element having a metal mesh lattice structure according to the present specification is connected to a terminal unit through a power supply line.
  • FIG. 10 shows a metal mesh lattice structure of the antenna element and the feed line of FIGS. 8 and 9 .
  • An antenna element having a metal mesh lattice structure disclosed herein may be configured as a patch antenna element as shown in FIG. 8 or as a dipole antenna element as shown in FIG. 9 .
  • the antenna element having the metal mesh lattice structure is not limited to a patch antenna element or a dipole antenna element, and can be changed into various types such as a monopole antenna and a loop antenna.
  • the terminal unit 1130 for signal transmission and signal connection with other components may be made of metal filled with the entire area. there is. This is to form a terminal part with a maximum area to prevent signal loss due to contact in the terminal part 1130 to which the signal is connected. Meanwhile, since a structure for filling and supporting metal ink or paste is required in a printing process, it may not be easy to form the entire area of the terminal unit 1130 with metal.
  • the line width of the mesh pattern and the ratio of the gap between the patterns can be adjusted as shown in FIG.
  • the ratio of the line width of the mesh pattern and the spacing between the patterns may be the ratio of the pitch (p) to the line width (W) of the mesh pattern, that is, the distance from the center of one mesh pattern line width to the center of the adjacent mesh pattern line width, It is not limited to this.
  • the terminal unit 1130 may be formed in a range of 1 ⁇ p/W ⁇ 10.
  • the transparent antenna module disclosed herein may further include a terminal unit 1130 in the antenna element 1110 and the feed line 1120 .
  • the line width W of the metal mesh pattern of the terminal unit 1130 may be set wider than that of the metal mesh pattern of the antenna element 1110 .
  • the third distance d3 and the fourth distance d4 of the metal mesh pattern of the terminal unit 1130 in the first axial direction and the second axial direction are the third distance d3 and the fourth distance d4 of the metal mesh pattern of the antenna element 1110 of FIG. 8 . It may be set narrower than the first interval d1 and the second interval d2.
  • FIG. 11 shows a cross-section of a conductive layer of a metal mesh pattern according to an embodiment.
  • FIG. 12 shows a cross section in which the first conductive layer and the second conductive layer corresponding to the plating layer of the metal mesh pattern according to the embodiment are formed.
  • FIG. 11 shows the entire height of the structure formed by a printing process using Ag ink.
  • a conductive layer is formed by a printing process using a metal ink or paste
  • it is difficult to form a dense layer This is because the ink or paste mixed with the organic material dries the organic material through heat treatment, so that the remaining metal particle layer contains pores.
  • this causes an increase in sheet resistance of the formed conductor layer. This is similar to the mesh pattern manufactured in the form of metal fibers using metal ink or paste.
  • the first conductive layer 1021 is formed with Ag ink
  • the second conductive layer 1022 is formed by a plating process using the first conductive layer 1021 as a seed layer.
  • Cu may be used as the plating material, and for example, a thickness ratio between the first conductive layer 1021 and the second conductive layer 1022 may be about 4:1, but is not limited thereto.
  • the thickness ratio of the first conductive layer and the second conductive layer (plating layer) in the dielectric structure may be formed by setting an arbitrary thickness ratio within a range of about 1:9 to about 9:1.
  • Table 1 shows the measured values of sheet resistance and transmittance of the mesh pattern according to the presence or absence of the plating process.
  • the sheet resistance is as small as about 63%. This shows that the resistance of the plating layer is much lower than the resistance of the metal layer formed with the ink, so the overall sheet resistance value is lowered.
  • FIGS. 13A and 13B show electronic devices in which a transparent antenna module according to the present specification can be implemented.
  • FIG. 13A shows an example in which the transparent antenna module 1100 presented herein is applied to various electronic devices 1000.
  • the electronic device 1000 may be at least one of a mobile terminal, a signage, a display device, a transparent AR/VR device, a vehicle, or a wireless audio/video device.
  • the first antenna module and the second antenna module constituting the transparent antenna module may be disposed in an upper region, a lower region, or a side region of the electronic device 100 .
  • the antenna element 1110 operating with vertical/horizontal polarization may be disposed in various forms on a display of an electronic device or vehicle.
  • FIG. 11B shows an embodiment in which the antenna 1100 operating in vertical/horizontal polarization presented in this specification is applied to a robot.
  • the antenna module 1100 may be disposed below the display 151b of the robot 1000b.
  • the antenna module 1100 may be implemented as one of various combinations of the first antenna module 1100-1 and/or the second antenna module 1100-2 to operate as a multi-mode antenna.
  • the first antenna module 1100-1 and the second antenna module 1100-2 may be implemented with different antenna elements disposed in different areas of the display.
  • the first antenna module 1100-1 and the second antenna module 1100-2 may be implemented as a single antenna element connected to first and second feeders in the form of vertical/horizontal polarization.
  • the transparent antenna module 1100 may operate in the 5G mmWave band.
  • the antenna element of the transparent antenna module 1100 may be implemented as an array antenna.
  • the robot 1000b may transmit or receive high-speed and large-capacity wireless data, for example, wireless AV data, with nearby electronic devices.
  • the robot 1000b may interwork with the server 300 through a communication network under the control of a controller such as a device engine.
  • the communication network may be a 5G communication network.
  • the communication network can be implemented as a VPN or TCP bridge.
  • the robot 1000b may access the MEC server 300 through a communication network. Since the robot 1000b interworks with the MEC server 300, such a robot/network system may be referred to as a cloud robotics system.
  • the cloud robotics system is a system in which a cloud server such as the MEC server 300 processes functions necessary for the robot 1000b to perform a given mission.
  • the transparent antenna module may be configured such that a transparent metal mesh pattern is formed on or inside a display of a mobile terminal, a display device, or a robot, or on or inside glass of a vehicle to radiate a wireless signal. there is.
  • the transparent antenna module according to one aspect of the present specification has been described.
  • a method of manufacturing a transparent antenna module according to another aspect of the present specification will be described.
  • all the technical features described in the transparent antenna module may also be applied to the method of manufacturing the transparent antenna module below.
  • the method of manufacturing a transparent antenna module includes a dielectric structure forming step (S100), an implant step (S200), a first conductive layer forming step (S300) and a second conductive layer forming step (S400). ) may be configured to include.
  • a transparent antenna module manufacturing method starts (S).
  • a dielectric structure may be formed on top of a dielectric substrate in a contact state.
  • the dielectric structure may be formed to be spaced apart from each other by a predetermined gap area in at least one axial direction by using an implant mold.
  • a first conductive layer may be formed in the gap region to have a first thickness (a first height) in contact with the dielectric substrate.
  • a second conductive layer may be formed with a second thickness (second thickness) by contacting the upper portion of the first conductive layer.
  • An antenna element composed of a transparent metal mesh pattern formed in at least one axial direction may be formed through the first conductive layer forming step ( S300 ) and the second conductive layer forming step ( S400 ).
  • the first conductive layer may be formed by printing metal ink or metal paste in the gap region at a first height lower than the height of the dielectric structure.
  • a second conductive layer may be formed to a second height by a plating process on the printed metal ink or metal paste of the first conductive layer.
  • the second conductive layer may serve as a main connection path for radio signals radiated through the antenna element.
  • the dielectric structure in the dielectric structure forming step (S100), is formed to be inclined at an angle of 45 degrees or less with respect to a vertical axis, so that the width of the gap region is reduced as it is adjacent to the dielectric substrate.
  • the first conductive layer in the first conductive layer forming step ( S300 ), the first conductive layer may be formed in a hexahedron having an inverted trapezoidal cross-section such that an area of an upper region is larger than an area of a lower region.
  • the second conductive layer in the second conductive layer may be formed in a hexahedron having an inverted trapezoidal cross-section such that an area of an upper region is larger than an area of a lower region.
  • the height of the dielectric structure may be greater than the width of the gap region of the dielectric structure. Accordingly, in the second conductive layer forming step (S400), the second height of the second conductive layer is formed to be greater than the width of the second conductive layer, thereby increasing the transmittance of the antenna element formed of the transparent metal mesh pattern and reducing the sheet resistance. can reduce
  • the transparent antenna module manufacturing method disclosed in this specification may be applied to both the antenna layer and the ground layer.
  • a predetermined step may be performed after the second conductive layer forming step (S400) in a structure in which the antenna layer and the ground layer share the same dielectric substrate.
  • the first ground layer forming step ( S510 ) and the second ground layer forming step ( S520 ) may be further performed.
  • an implant operation may be performed to implement gap regions on the front and rear surfaces of the dielectric substrate. Intervals and intersection points of metal mesh grids to be formed on the front and rear surfaces of the dielectric substrate may be formed at different positions.
  • a first ground layer (first conductive layer) may be formed with a first height by contacting the dielectric substrate in the gap region formed on the rear surface of the dielectric substrate.
  • a second ground layer (second conductive layer) may be formed with a second height by contacting the first ground layer in the gap region formed on the rear surface.
  • FIG. 15 shows a flowchart of a method of manufacturing a transparent antenna module having a multi-layer structure according to the present specification. 2, 14 and 15, the method of manufacturing a transparent antenna module includes forming a dielectric structure (S100), implanting (S200), forming a first conductive layer (S300) and forming a second conductive layer. Step S400, forming the first ground layer (S510), and forming the second ground layer (S520) are performed.
  • the second conductive layer forming step (S400) it may be determined whether all signal patterns have been formed (S450). In this regard, after forming the first and second conductive layers in the first area where the antenna element is disposed, forming the first conductive layer in the second area where the feed line is to be disposed (S300) and forming the second conductive layer ( S400) may be repeatedly performed.
  • a slot region may be formed to be coupled with the power supply line.
  • a dielectric structure forming step (S100), an implant step (S200), a first conductive layer forming step (S300) and a second The conductive layer forming step (S400) may be repeatedly performed again.
  • a dielectric structure may be formed on one surface of the second dielectric substrate in a contact state.
  • the dielectric structure may be formed to be spaced apart from each other in at least one axial direction by a gap area of a predetermined interval by using an implant mold.
  • a first conductive layer may be formed in the gap region to have a first thickness (first height) in contact with the second dielectric substrate.
  • a second conductive layer may be formed with a second thickness (second thickness) by contacting the upper portion of the first conductive layer.
  • the second conductive layer forming step (S400) or the second ground layer forming step (S520) it is determined whether all signal patterns including the antenna element and the feed line have been formed (S450 and 450b).
  • the first conductive layer forming step (S300) and the second conductive layer forming step (S400) may be repeatedly performed.
  • the first conductive layer forming step (S300) and the second conductive layer forming step (S400) may be performed again on the feed line.
  • the antenna element may be formed of a mesh lattice having first and second spacing
  • the feed line may be formed of a mesh lattice having third and fourth spacing.
  • the feed line may be formed using a dielectric mold capable of forming mesh lattices of third and fourth intervals.
  • the dielectric structure forming step (S100) to the second conductive layer forming step (S400) may be repeated.
  • the manufacturing method of the transparent antenna module is finished (E).
  • the transparent antenna module according to the present specification and a method for manufacturing the same have been looked at.
  • the technical effects of the transparent antenna module and the method for manufacturing the transparent antenna module according to this specification are described as follows.
  • a transparent antenna module embedded in a display and a method for manufacturing the same can be provided.
  • an antenna radiator may be implemented as a module with a transparent antenna having a metal mesh structure according to an implant process method for lowering a sheet resistance value.
  • the present specification it can be designed and manufactured to realize a desired sheet resistance value and transparency in consideration of the specific resistance of the electrode material used, the line width, thickness, and spacing of the mesh pattern.
  • a metal mesh structure capable of maintaining or improving antenna characteristics while improving transparency and visibility in a metal mesh line structure.
  • the transparent antenna module and the method for manufacturing the transparent antenna module can be implemented as computer readable code on a program recorded medium.
  • the computer-readable medium includes all types of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of computer-readable media include Hard Disk Drive (HDD), Solid State Disk (SSD), Silicon Disk Drive (SDD), ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, etc. , and also includes those implemented in the form of a carrier wave (eg, transmission over the Internet). Also, the computer may include a control unit of the terminal. Accordingly, the above detailed description should not be construed as limiting in all respects and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.

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Abstract

본 명세서에 따른 투명 안테나 모듈은 유전체 기판(dielectric substrate); 상기 유전체 기판의 상부에 접촉되어 형성되고, 적어도 일 축 방향으로 소정 간격의 갭 영역만큼 이격되어 형성되는 유전체 구조물(dielectric structure); 상기 갭 영역에 상기 유전체 기판과 접촉되어 제1 두께로 형성되는 제1 도전 층; 및 상기 제1 도전 층의 상부에 접촉되어 제2 두께로 형성되는 제2 도전 층을 포함한다.

Description

투명 안테나 모듈 및 이를 제조하는 방법
본 발명은 투명 안테나 모듈에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 디스플레이에 내장되는 투명 안테나 모듈 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
금속 전극의 제조 방법에 있어서 임플린트 공정(imprint process)은 저렴한 공정비용과 우수한 양산성을 가지는 공정으로 각광을 받아왔다. 하지만 이러한 임플린트 공정은 전기저항이 높아 활용도에 많은 제약이 있다.
특히, 전도체가 포함된 고주파 통신용 부품에 사용되는 금속 전극은 신호 손실을 줄이기 위해 낮은 면저항을 가지며, 디자인 자유도를 높이기 위한 고 투명 전극(high transparent electrode)이 필요하다. 하지만, 임플린트 공정을 통해 금속 메쉬 패턴 형성은 가능하나 원하는 면 저항 값과 광 투과도를 모두 만족시키는 선 폭을 구현하는데 한계가 있다.
구체적으로, 기판 위에 마이크로 채널을 형성하고 전도성 금속 잉크를 채워 열처리하여 전도성 금속입자를 형성할 수 있다. 그리고 입자 간의 접촉을 위해 도금을 하여 전도성 입자간 접촉이 원활하도록 구현할 수 있다. 이와 같은 공정을 반복하여 다층의 전도성 입자, 즉 도금층으로 형성된 미세 전도성 패턴을 제작할 수 있다.
이와 관련하여, 프린팅 공정에 의한 전도체 형성에 사용되는 전도성 금속 잉크 또는 페이스트는 본래의 금속이 가지는 전도도보다 낮은 특성을 가진다. 이는 잉크 또는 페이스트에 금속 입자와 함께 유기물이 포함되어 있으며, 금속 입자간 접촉이 불완전하여 전도 경로가 적기 때문이다.
다른 예로, 전도성 그리드 패턴 형성을 위해 전도성 금속 페이스트를 기판에 충진하는 방법을 고려할 수 있다. 이와 관련하여, 금속 페이스트는 입자 또는 나노 와이어 또는 나노 로드 형태를 가지며 전도성 개선을 위해 그래핀과 복합한 형태로 제조될 수 있다.
이와 관련하여, 전도성 금속 페이스트 또는 잉크는 금속 성분에 유기 바인더 및 유기화합물이 포함되어 있다. 이에 따라, 소결 후 금속 물질의 형태가 구형(입자) 또는 선형(와이어 또는 로드)과 관계없이 계면에서의 접촉 불완전성의 문제점을 갖고 있다. 따라서, 전도 경로가 줄어들어 저항이 높아지는 문제를 가지고 있다. 전도성 개선을 위해 그래핀과 복합화한 제조방법은 그래핀 표면에 금속입자를 성장하는 공정과 그래핀 복합체를 기판에 형성하는 공정 등이 추가된다. 이에 따라, 공정이 복잡하게 되며 가격이 비싸지는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 보다 상세하게는, 디스플레이에 내장되는 투명 안테나 모듈 및 이를 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 임플린트 공정에 의한 금속 메쉬 제작 공정 시 면 저항 값을 낮추는 임플린트 공정 방법 및 금속 메쉬 구조를 제시하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 안테나 방사체를 면 저항 값을 낮추는 임플린트 공정 방법에 따른 금속 메쉬 구조의 투명 안테나로 모듈로 구현하고자 한다.
본 발명의 다른 일 목적은, 사용되는 전극 소재의 비저항, 메쉬 패턴의 선폭, 두께, 패턴 간 간격 등을 고려하여 원하는 면 저항 값과 투명도를 구현하도록 설계하고 제작하고자 한다.
본 발명의 다른 일 목적은, 전도성이 향상되면서도 투명도가 유지되는 투명 안테나 모듈을 구현하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 메탈 메쉬 라인 구조에서 투명도 및 시인성을 향상시키면서 안테나 특성을 유지하거나 개선시킬 수 있는 금속 메쉬 구조를 제안하기 위한 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 명세서에 따른 투명 안테나 모듈은 유전체 기판(dielectric substrate); 상기 유전체 기판의 상부에 접촉되어 형성되고, 적어도 일 축 방향으로 소정 간격의 갭 영역만큼 이격되어 형성되는 유전체 구조물(dielectric structure); 상기 갭 영역에 상기 유전체 기판과 접촉되어 제1 두께로 형성되는 제1 도전 층; 및 상기 제1 도전 층의 상부에 접촉되어 제2 두께로 형성되는 제2 도전 층을 포함한다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 도전 층과 상기 제2 도전 층으로 구성되고, 적어도 일 축 방향으로 형성된 투명 메탈 메쉬 패턴(transparent metal mesh patten)이 무선 신호를 방사하도록 구성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 유전체 구조물은 상기 유전체 기판의 상부에 접촉된 상태로 배치된 UV 레진으로 구성될 수 있다. 상기 UV 레진이 임플린트 몰드(imprint mold)에 의해 스탬핑(stamping)되어 상기 소정 간격의 갭 영역만큼 이격되어 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 도전 층은 상기 갭 영역에 상기 유전체 구조물의 높이보다 낮은 상기 제1 두께로 금속 잉크 또는 금속 페이스트가 프린트되어 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제2 도전 층은 상기 제1 도전 층의 프린트된 금속 잉크 또는 금속 페이스트 위에 도금 공정으로 상기 제2 두께만큼 형성될 수 있다. 상기 제2 도전 층은 상기 무선 신호의 주 연결 통로로 동작할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 도전 층의 상기 제1 두께와 상기 제2 도전 층의 상기 제2 두께의 합에 해당하는 도전 층의 전체 높이와 상기 유전체 구조물의 높이의 차이는 소정 범위 이내로 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제2 도전 층의 상기 제2 두께는 상기 제1 도전 층의 상기 제1 두께보다 두껍게 형성될 수 있다. 따라서, 상기 무선 신호의 전달에 따른 면 저항을 감소시켜 상기 투명 메탈 메쉬 패턴의 손실을 저감할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 유전체 구조물은 수직 축을 기준으로 45도 이하의 각도로 경사지게 형성될 수 있다. 따라서, 상기 갭 영역의 너비가 상기 유전체 기판에 인접함에 따라 감소할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 도전 층은 상부 영역의 면적이 하부 영역의 면적보다 크도록 단면적이 역 사다리꼴 형상인 육면체로 형성될 수 있다. 상기 제2 도전 층은 상부 영역의 면적이 하부 영역의 면적보다 크도록 단면적이 역 사다리꼴 형상인 육면체로 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 유전체 구조물의 상기 갭 영역의 너비보다 상기 유전체 구조물의 두께가 더 크게 형성될 수 있다.
상기 제1 도전 층의 너비보다 상기 제1 도전 층의 상기 제1 두께가 더 크게 형성될 수 있다. 따라서, 상기 투명 메탈 메쉬 패턴으로 형성된 안테나 소자의 투과도를 높이면서 면 저항을 감소시킬 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 도전 층은 열 처리 공정을 통해 금속 잉크 또는 금속 페이스의 유기물 성분이 휘발되어 형성될 수 있다. 상기 유전체 구조물은 상기 열 처리 공정에 의한 손상이 발생하지 않도록 광경화성 수지로 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제2 도전 층은 상기 제1 도전 층의 위에 도금 공정을 통해 형성될 수 있다. 상기 제2 도전 층의 금속의 함량이 상기 제1 도전 층의 금속 함량보다 높게 설정될 수 있다. 따라서, 상기 제2 도전 층의 도전율이 상기 제1 도전 층의 도전율보다 높게 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 투명 메탈 메쉬 패턴이 제1 축 방향 및 제2 축 방향으로 제1 간격 및 제2 간격으로 배치되어, 무선 신호를 방사하도록 구성된 안테나 소자를 더 포함할 수 있다. 상기 안테나 소자의 길이는 동작 주파수에 대응하는 동작 파장과 같거나 1/2 내지 1/4로 설정될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 투명 안테나 모듈은 상기 안테나 소자에 무선 신호를 인가하도록 상기 안테나 소자와 연결되도록 구성된 급전 라인을 더 포함할 수 있다. 상기 급전 라인 및 상기 안테나 소자는 상기 제1 도전 층 및 상기 제2 도전 층을 포함하는 메탈 메쉬 라인으로 형성될 수 있다. 상기 급전 라인과 상기 안테나 소자를 형성하는 상기 메탈 메쉬 라인의 상기 제1 축 방향 및 제2 축 방향의 제1 간격 및 제2 간격은 동일하게 설정될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 투명 안테나 모듈은 상기 급전 라인과 연결되도록 구성된 단자 부를 더 포함할 수 있다. 상기 단자 부의 메탈 메쉬 패턴의 선 폭은 상기 안테나 소자의 메탈 메쉬 패턴의 선폭보다 더 넓게 설정될 수 있다. 상기 단자 부의 메탈 메쉬 패턴의 제1 축 방향 및 제2 축 방향의 제3 간격 및 제4 간격은 상기 안테나 소자의 메탈 메쉬 패턴의 상기 제1 간격 및 상기 제2 간격보다 더 좁게 설정될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 유전체 기판의 전면 및 배면에 제1 갭 영역 및 제2 갭 영역이 형성되도록 임플린트 공정이 수행될 수 있다. 상기 투명 안테나 모듈은 상기 유전체 기판의 배면에 형성된 갭 영역에 유전체 기판과 접촉되어 제1 두께로 형성되는 제1 그라운드 층; 및 상기 배면에 형성된 갭 영역에 제1 그라운드 층과 접촉되어 제2 두께로 형성되는 상기 제2 그라운드 층을 더 포함할 수 있다.
본 명세서의 다른 양상에 따른 투명 안테나 모듈을 제조하는 방법은 유전체 기판(dielectric substrate)의 상부에 유전체 구조물(dielectric structure)을 접촉된 상태로 형성하는 유전체 구조물 형성 단계; 임플린트 몰드를 이용하여 상기 유전체 구조물을 적어도 일 축 방향으로 소정 간격의 갭 영역만큼 이격되게 형성하는 임플린트 단계; 상기 갭 영역에 상기 유전체 기판과 접촉되어 제1 높이로 제1 도전 층을 형성하는 제1 도전 층 형성 단계; 및 상기 제1 도전 층의 상부에 접촉되어 제2 높이로 제2 도전 층을 형성하는 제2 도전 층 형성 단계를 포함한다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 도전 층 형성 단계 및 상기 제2 도전 층 형성 단계를 통해 적어도 일 축 방향으로 형성된 투명 메탈 메쉬 패턴(transparent metal mesh patten)으로 구성된 안테나 소자가 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 도전 층 형성 단계에서, 상기 유전체 구조물의 높이보다 낮은 상기 제1 높이로 금속 잉크 또는 금속 페이스트를 상기 갭 영역에 프린트하여 상기 제1 도전 층을 형성할 수 있다. 상기 제2 도전 층 형성 단계에서, 상기 제1 도전 층의 프린트된 금속 잉크 또는 금속 페이스트 위에 도금 공정으로 상기 제2 높이만큼 상기 제2 도전 층을 형성할 수 있다. 상기 제2 도전 층은 상기 안테나 소자를 통해 방사되는 무선 신호의 주 연결 통로로 동작할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 유전체 구조물 형성 단계에서 상기 유전체 구조물은 수직 축을 기준으로 45도 이하의 각도로 경사지게 형성되어, 상기 갭 영역의 너비가 상기 유전체 기판에 인접함에 따라 감소될 수 있다. 상기 제1 도전 층 형성 단계에서 상기 제1 도전 층은 상부 영역의 면적이 하부 영역의 면적보다 크도록 단면적이 역 사다리꼴 형상인 육면체로 형성될 수 있다. 상기 제2 도전 층 형성 단계에서 상기 제2 도전 층은 상부 영역의 면적이 하부 영역의 면적보다 크도록 단면적이 역 사다리꼴 형상인 육면체로 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 임플린트 단계에서 상기 유전체 기판의 전면 및 배면에 갭 영역이 형성되도록 임플린트 동작이 수행되고,
상기 유전체 기판의 배면에 형성된 갭 영역에 유전체 기판과 접촉되어 제1 높이로 제1 그라운드 층을 형성하는 제1 그라운드 층 형성 단계; 및
상기 배면에 형성된 갭 영역에 제1 그라운드 층과 접촉되어 제2 높이로 제2 그라운드 층을 형성하는 제2 그라운드 층 형성 단계를 더 포함
본 명세서에 따른 투명 안테나 모듈 및 이를 제조하는 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 명세서에 따르면, 디스플레이에 내장되는 투명 안테나 모듈 및 이를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 임플린트 공정에 의한 금속 메쉬 제작 공정 시 면 저항 값을 낮추는 임플린트 공정 방법 및 금속 메쉬 구조를 제공할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 안테나 방사체를 면 저항 값을 낮추는 임플린트 공정 방법에 따른 금속 메쉬 구조의 투명 안테나로 모듈로 구현할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 사용되는 전극 소재의 비저항, 메쉬 패턴의 선폭, 두께, 패턴 간 간격 등을 고려하여 원하는 면 저항 값과 투명도를 구현하도록 설계 및 제작할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 전도성이 향상되면서도 투명도가 유지되는 투명 안테나 모듈을 구현할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 메탈 메쉬 라인 구조에서 투명도 및 시인성을 향상시키면서 안테나 특성을 유지하거나 개선시킬 수 있는 금속 메쉬 구조를 제공할 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 실시 예에 따른 투명 전극 형태의 금속 메쉬 패턴을 형성하는 방법을 나타낸 것이다.
도 2는 다른 실시 예에 따른 투명 전극 형태의 금속 메쉬 패턴을 형성하는 방법을 나타낸 것이다.
도 3a 및 도 3b은 실시 예에 따른 고전도 금속 메쉬 패턴의 구조를 나타낸다.
도 4a 및 도 4b는 유전체 기판 상에 단일 층 구조 및 이중 층 구조로 적용된 도전 층 구조를 나타낸다.
도 5는 본 명세서에 따른 도전 층 구조에 따른 전도체 전극에서 메쉬 패턴의 단면적 대비 면 저항 값을 나타낸 그래프이다.
도 6 및 도 7은 본 명세서의 서로 다른 실시 예에 따른 유전체 구조물의 단면 형상과 이에 따른 도전 층 구조를 나타낸다.
도 8은 본 명세서에 따른 이중 층 구조의 도전 층으로 형성되는 금속 메쉬 패턴을 갖는 투명 안테나 모듈의 안테나 방사체 (안테나 소자)와 급전 패턴 (급전 라인)을 나타낸다.
도 9는 본 명세서에 따른 금속 메쉬 격자 구조의 안테나 소자가 급전 라인을 통해 단자부와 연결된 구성을 나타낸다.
도 10은 도 8 및 도 9의 안테나 소자 및 급전 라인의 금속 메쉬 격자 구조를 나타낸다.
도 11은 실시 예에 따른 금속 메쉬 패턴의 도전 층을 형상한 단면을 나타낸다.
도 12는 실시 예에 따른 금속 메쉬 패턴의 제1 도전층과 도금 층에 해당하는 제2 도전층을 형성한 단면을 나타낸다.
도 13a 및 도 13b는 본 명세서에 따른 투명 안테나 모듈이 구현될 수 있는 전자 기기들을 나타낸다.
도 14는 본 명세서에 따른 투명 안테나 모듈을 제조하는 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 15는 본 명세서에 따른 다층 레이어 구조의 투명 안테나 모듈을 제조하는 방법의 흐름도를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 설명되는 전자 기기에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 PC(slate PC), 태블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultrabook), 웨어러블 디바이스(wearable device, 예를 들어, 워치형 단말기 (smartwatch), 글래스형 단말기 (smart glass), HMD(head mounted display)) 등이 포함될 수 있다.
그러나, 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 구성은 이동 단말기에만 적용 가능한 경우를 제외하면, 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터, 디지털 사이니지, 로봇 등과 같은 고정 단말기에도 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
이하에서는 본 명세서에 따른 투명 안테나 모듈 및 이를 제조하는 방법에 대해 상세하게 설명한다. 본 명세서에 따른 투명 안테나 모듈은 전술한 전자 기기의 디스플레이에 구현될 수 있다. 한편, 도 1은 실시 예에 따른 투명 전극 형태의 금속 메쉬 패턴을 형성하는 방법을 나타낸 것이다. 도 1을 참조하면, (a) 임플린트 몰드가 준비(prepare)될 수 있다. (b) 투명 기판에 해당하는 유전체 기판(1010) 위에 UV 레진 형태의 유전체 구조물(dielectric structure, 1030)이 배치될 수 있다. (c) 유전체 기판(1010) 위에 배치된 UV 레진 형태의 유전체 구조물(1030)이 스탬핑(stamping)되도록, 유전체 구조물(1030)과 임플린트 몰드가 결합될 수 있다.
(d) 임플린트 몰드를 제거하여 배치된 UV 레진 형태의 유전체 구조물(1030)이 스탬핑된 형상으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 유전체 구조물이 적어도 일 축 방향으로 소정 간격의 갭 영역만큼 이격되어 형성될 수 있다. (e) 유전체 구조물에 형성된 소정 간격의 갭 영역에 금속 메쉬 패턴의 도전 층(1020a)이 형성될 수 있다. 이러한 금속 메쉬 패턴에 의해 투명 안테나 모듈이 구현될 수 있다.
이와 관련하여, 모바일, TV, 자동차 등 최근의 제품들의 트렌드는 프리미엄 성능과 독창적 디자인을 모두 만족하는 제품을 원하고 있다. 전자 부품에 사용되는 전극을 투명 전도성 전극으로 적용하는 것은 제품의 설계나 디자인 등에 높은 자유도를 부여하는 장점이 있다. 금속 전극을 메쉬 형태 또는 그리드 형태로 형성하는 목적은 기판상의 동일 평면에 복수개의 전극을 형성하거나 다양한 모양의 전극 패턴을 형성하기 위함이다. 특히 전극 패턴의 선 폭을 미세하게 하여 시인성을 낮게 하여 사용자의 눈에 보이지 않도록 하는 투명 전도성 패턴을 형성하는데 목적이 있다.
한편, 본 명세서에서 사용되는 기판은 가시광 투과도가 높은 고 투명 기판이 사용될 수 있다. 이와 관련하여, 전극의 근본적인 목적은 전기적 신호의 손실 없는 전달이므로 높은 전기전도도 또는 낮은 저항을 갖는 전극을 형성하는 것이 매우 중요하다. 전극의 저항은 전극 패턴 형태나 사용되는 전극 소재에 의해 결정되며, 전극이 사용되는 부품의 용도에 따라 다양하게 설계할 수 있다. 예를 들어 스마트폰이나 태블릿의 디스플레이에 사용되는 터치스크린센서용 투명전극은 면저항 80~100Ω/□이면 사용 가능하다. 한편, 노트북이나 중형 TV용으로는 10~50 Ω 정도의 면저항을 갖는 전극 형성이 필요하다.
한편, 전도체를 안테나용 방사체로 사용하려면 터치센서용 전극의 면 저항 값 보다 훨씬 작은 2 Ω이하의 면 저항 특성이 필요하다. 이는 무선 신호의 손실을 줄이기 위해서 저항이 최소인 안테나를 구현해야 하기 때문이다. 특히 안테나 방사체를 금속 메쉬 형태로 형성하여 투명안테나로 제작하고자 할 때에는 사용되는 전극 소재의 비저항, 메쉬 패턴의 선폭, 두께, 패턴간 간격 등을 고려하여 원하는 면 저항 값과 투명도를 구현하도록 설계하고 제작하여야 한다. 또한 금속 메쉬 패턴을 제작하는 공정은 포토리소그래피&에칭, 스퍼터링, SAP(Self Additive Process), 임플린트 등의 기법이 적용될 수 있다.
각 제조 방법의 공정 능력, 공정비용, 양산성 등을 고려하여 적절한 제조방법이 선택될 수 있다. 포토리소그래피&에칭과 같은 반도체공정은 미세 선 폭을 구현할 수 있지만 비용이 증가할 수 있다. 스퍼터링은 공정 시간이 길고 비용 또한 높다. SAP 공정은 미세 패턴을 구현하기 어려워 패턴 제작 시 시인성이 높아질 수 있다.
반면 임플린트 공정은 비교적 간단하며 저비용 공정으로 미세 패턴을 제작할 수 있으며 양산성까지 확보할 수 있는 공정이지만, 전극의 가장 중요한 성능인 면 저항 값을 일정 수준 이하로 낮추기 어렵다. 이는 임플린트 공정에 의한 미세 도전 패턴 형성에 사용되는 금속 물질의 형태가 금속과 유기물의 화합물인 금속 잉크 또는 금속 페이스트 형태이기 때문이다. 이는 금속이 가지고 있는 고전도특성 대비 높은 저항 값을 갖는 유기물이 포함되어 있기 때문이다. 공정 중에 열처리를 통하여 잉크 또는 페이스트의 유기물 성분을 휘발시켜도 이를 완전히 제거할 수는 없다. 따라서, 극 미량이라도 잔존하는 유기물은 불순물로 작용하여 저항을 두께는 효과를 가져올 수 있다.
또한, 금속-유기화합물로부터 소결된 금속 성분은 입자상 또는 로드 상으로 결정화되기 때문에 금속 입자간 연결(접촉)이 불확실할 경우에는 또한 저항이 높아지는 원인이 된다.
이와 관련하여, 도 1을 참조하면, 임플린트 공정에 의한 금속 메쉬 제작 방법은 a)원하는 패턴이 형성된 몰드를 제작하고 b)기판에 UV경화 레진을 형성한 후 c) 몰드를 레진에 스탬핑할 수 있다. d) 또한, 몰드를 제거하고 자외선을 조사하여 경화할 수 있다. 그리고 e) 금속 잉크 또는 금속 페이스트를 패턴화된 레진 구조물에 프린팅 한다. 마지막으로 열처리를 통하여 유기물을 건조시키고 금속을 소결한다. 이와 같은 임플린트 방법에 의한 금속 메쉬는 전술한 바와 같은 이유로 저항이 높고, 이를 낮추기 위해서 선 폭을 증가하거나 두께를 증가시켜야 한다. 하지만 이는 투명전극의 투과도를 낮추는 상황이 되므로 투명 전극으로서 기능을 상실하게 되고, 패턴의 선폭이나 두께를 증가시켜 저항을 낮추는 데에는 한계가 있다.
본 명세서에서는 이러한 임플린트 공정에서의 단점을 해결하고 장점을 충분히 활용할 수 있도록 임플린트 공정에 의한 금속 메쉬 제작 공정 시 면 저항 값을 낮추는 임플린트 공정 방법 및 금속 메쉬 구조를 제시한다. 이와 관련하여, 도 2는 다른 실시 예에 따른 투명 전극 형태의 금속 메쉬 패턴을 형성하는 방법을 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 임플린트 공정에 의한 금속 메쉬 제작 방법은 a)원하는 패턴이 형성된 몰드를 제작하고 b)유전체 기판(1010)에 UV경화 레진 형태의 유전체 구조물(1030)을 형성한 후 c) 몰드를 유전체 구조물(1030)에 스탬핑할 수 있다. d) 또한, 몰드를 제거하고 자외선을 조사하여 경화할 수 있다.
한편, e)금속 잉크 또는 페이스트를 프린팅 시, UV 레진 형태의 유전체 구조물(1030)의 전체 두께만큼 프린팅을 하는 것이 아니고 일부만 프린팅을 하여 채운다. 이에 따라, 일부 두께만큼 금속 메쉬 패턴으로 프린팅된 제1 도전 층(1021)이 형성된 유전체 구조물은 도금 시 무전해 도금을 하기 위한 seed층 역할을 하게 된다. f) 프린팅된 금속 입자 위에 도금 공정으로 금속을 유전체 구조물의 두께만큼 형성하여, 제2 도전 층(1022)을 형성한다. 도금으로 형성한 금속은 잉크 또는 페이스트로 형성한 금속 대비 입자 상이나 로드 상이 아닌 층(layer)구조를 가지게 된다. 이에 따라, 금속 도금 층은 전기적 접촉이 뛰어나고 전기 신호 전달의 주 연결통로로 활용할 수 있다. 또한, 금속 도금 층의 두께 조절에 의하여 저항 값을 조절할 수 있으며 seed층으로 사용하는 프린팅 금속층의 두께를 얇게 할 수도 있다. 이에 따라, 제1 도전 층(1021)의 상부에 제2 도전 층(1022)이 형성된 다층 형상의 도전 층(1020)이 유전체 구조물(1030)의 갭 영역에 배치될 수 있다.
한편, 도 3a 및 도 3b은 실시 예에 따른 고전도 금속 메쉬 패턴의 구조를 나타낸다. 도 3a는 고전도 금속 메쉬 격자 구조의 전면도 및 격자 구조의 확대 도이다. 한편, 도 3b는 도 3a의 고전도 금속 메쉬 격자 구조의 측면도를 나타낸다. 이와 관련하여, 도 3a는 도 2의 제조 공정에 의해 제조되는 금속 메쉬 격자 구조를 나타낸다.
도 3a를 참조하면, 유전체 구조물(1022) 사이의 빈 공간인 갭 영역에 제2 도전 층(1022)이 형성될 수 있다. 도 3b를 참조하면, 제2 도전 층(1022)의 하부 영역에 제1 도전 층(1021)이 형성될 수 있다. 제1 도전 층(1021)도 유전체 구조물(1022) 사이의 빈 공간인 갭 영역에 형성될 수 있다.
도 2 내지 도 3b를 참조하면, 금속 메쉬 패턴을 지지할 수 있는 유전체 기판(1010)이 있고, 유전체 기판(1010)의 상면에 UV 광경화형 레진으로 이루어진 유전체 구조물(1030)이 배치된다. 한편, 전도성 전극 메쉬를 형성하기 위해 유전체 구조물(1030) 사이에 금속 물질로 제1 및 제2 도전 층(1021, 1022)이 채워져 있다.
이때 금속물질은 레진 구조물의 두께보다 낮은 두께로 형성한다. 그리고 채워진 금속 물질 위에 도금 공정으로 금속층을 형성한다. 금속 도금층의 두께는 레진 구조물에서 금속물질이 채워지고 남은 두께를 넘어서지 않는다.
기판으로 사용하는 소재는 유리, 실리콘 웨이퍼 등을 사용할 수 있으며, 유연한 전도성 전극 메쉬를 제작하기 위해서 폴리이미드와 같은 유기물 기판소재를 사용할 수 있다. 특히 투명한 전도성 메쉬 패턴을 제작하기 위해서 PET, COP, CPI 등의 투명 유연 소재를 사용할 수 있다. 이때 사용되는 투명 소재의 광 투과도는 85% 이상이 바람직하다.
또한 전도성 금속 메쉬 패턴을 고주파 통신용 안테나 방사체로 사용하기 위해서는 무선 신호의 손실을 최소화하기 위해 유전상수와 유전손실이 낮은 기판을 사용해야 하며 유전상수 3.0 이하, 유전손실 0.007 이하의 소재가 바람직하다. 금속 메쉬 패턴의 구조물로 사용하는 UV 레진은 열경화성 수지 또는 광경화성 수지를 사용할 수 있는데 바람직하게는 열처리 공정에 의한 소재의 손상이 없도록 광경화성 수지를 사용한다. 구조물 사이를 채우는 금속 물질은 전도체로 사용하기 위하여 알루미늄, 구리, 은, 금 등을 사용할 수 있다. 그러나 금속의 종류는 용도 및 목적에 따라 다른 금속을 사용할 수 있으며 상기한 금속 종류에 국한되지 않는다.
또한, 단일 금속이외에 전도성 산화물, 전도성 탄소복합소재 등을 사용할 수 있다. 사용하는 전도체의 형성 공정은 인쇄공정 또는 증착 공정, 전사 공정을 사용할 수 있으며, 기판에 형성된 구조물 사이를 금속물질로 채우는 공정으로는 인쇄공정이 효과적이다. 또한 인쇄공정으로 구조물 사이를 채우기 위해 금속의 형태는 금속과 유기물이 혼합된 잉크 또는 페이스트 형태인 것으로 한다. 구조물을 채우는 금속 잉크 또는 페이스트는 도금을 위한 seed 층 역할을 하게 되므로 금속의 함량이 5% 이상이면 된다. 또한 금속 메쉬 패턴의 모양은 각 메쉬 라인이 수직으로 직교하는 직선 형태의 패턴으로 도시되었으나 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 각 메쉬 라인이 장방형, 마름모꼴, 삼각형, 육각형 등 다양한 형태의 메쉬 패턴으로 변경되어 적용될 수도 있다.
한편, 본 명세서에 따른 이중 층 구조의 도전 층 구조에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 4a 및 도 4b는 유전체 기판 상에 단일 층 구조 및 이중 층 구조로 적용된 도전 층 구조를 나타낸다.
도 4a를 참조하면, 유전체 기판(1010) 상에 단일 층 구조로 도전 층(1020a)이 형성될 수 있다. 도전 층(1020a)은 소정 너비(W)와 소정 길이(L)를 갖고 소정 두께(t)로 형성되는 직육면체 형상으로 구성될 수 있다.
도 4b를 참조하면, 유전체 기판(1010) 상에 이중 층 구조로 도전 층(1020)이 형성될 수 있다. 도전 층(1020)은 제1 도전 층(1021) 및 제1 도전 층(1021)의 상부 영역에 배치되는 제2 도전 층(1022)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 도전 층(1021)은 유전체 기판(1010)과 접촉되어 제1 두께(t1)로 형성될 수 있다. 제1 도전 층(1021)은 소정 너비(W)와 소정 길이(L)를 갖고 제1 두께(t1)로 형성되는 직육면체 형상으로 구성될 수 있다. 제2 도전 층(1022)은 제1 도전 층(1021)과 접촉되어 제2 두께(t2)로 형성될 수 있다. 제2 도전 층(1022)은 소정 너비(W)와 소정 길이(L)를 갖고 제2 두께(t2)로 형성되는 직육면체 형상으로 구성될 수 있다.
도 1 내지 도 3b를 참조하면, 도 4a 및 도 4b에 도시된 도전 층(1020a, 1020)의 양 측에 UV 레진 형태의 유전체 구조물(1030)이 배치될 수 있다. 도전 층(1020a, 1020)의 길이(L) 방향으로 신호가 전달 시 도전 층(1020a, 1020)의 저항(R)은 아래의 수학식 1과 같이 금속의 비저항(r)과 길이(L)에 비례하고 단면적(S = W*t)에 반비례한다.
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도 2 내지 도 4b에 도시된 바와 같이, 서로 다른 물질이 두 층 이상으로 적층이 된 도전 층(1020)의 경우에는 각 전도체가 병렬로 연결되어진 경우와 같다. 따라서, 낮은 전체 저항 값 또는 높은 전도도를 갖기 위해서 낮은 저항을 갖는 층의 두께를 더 크게 형성하는 것이 바람직하다.
본 명세서에서는 제안하는 도전 층(1020)의 제1 도전 층(1021)은 금속잉크 또는 페이스트로 형성되기 때문에 유기물의 영향으로 높은 저항 값을 갖게 된다. 반면에, 도전 층(1020)의 제2 도전 층(1022)은 도금에 의해 형성되므로 금속 고유의 전도도를 온전히 활용할 수 있게 된다.
본 명세서의 금속 전도체 메쉬 패턴의 저항을 인쇄 공정에 의한 메쉬 패턴 형성 시 저항 값보다 낮추기 위해 제1 도전 층(1021)의 제1 두께(t1)와 제2 도전 층(1022)의 제2 두께(t2)가 결정될 수 있다. 일 예로, 제1 도전 층(1021)의 제1 두께(t1)와 제2 도전 층(1022)의 제2 두께(t2)의 두께 비는 1:9 내지 9:1의 범위로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 관련하여, 낮은 저항을 갖는 제1 도전 층(1021)의 제1 두께(t1)를 제2 도전 층(1022)의 제2 두께(t2)보다 더 두껍게 형성할 수도 있다. 이에 따라, 제1 도전 층(1021)의 제1 두께(t1)와 제2 도전 층(1022)의 제2 두께(t2)의 두께 비는 1:1 내지 9:1의 범위로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이에 따라, 비저항이 낮고 전도도가 높은 물질이 제2 도전 층(1022)에 적층 되는 효과가 있으므로 수학식 1과 같이 전체 전도체층의 면 저항이 낮아지는 효과가 발생한다.
한편, 도 5는 본 명세서에 따른 도전 층 구조에 따른 전도체 전극에서 메쉬 패턴의 단면적 대비 면 저항 값을 나타낸 그래프이다. 수학식 1 및 도 5를 참조하면, 전체 전도체 저항 또는 면 저항은 단면적에 반비례하므로 도 5에 도시된 바와 같이 단면적이 커질수록 면 저항 값이 낮아진다. 이에 따라, 도전 층의 폭이 일정한 경우 면 저항 값은 도전 층의 두께에 반비례하게 된다. 이를 위해, 전술한 바와 같이 낮은 저항을 갖는 제1 도전 층(1021)의 제1 두께(t1)를 제2 도전 층(1022)의 제2 두께(t2)보다 더 두껍게 형성할 수 있다.
한편, 도 6 및 도 7은 본 명세서의 서로 다른 실시 예에 따른 유전체 구조물의 단면 형상과 이에 따른 도전 층 구조를 나타낸다. 구체적으로, 도 6은 단면 형상이 직사각형 구조로 형성된 유전체 구조물(1030)의 단면 형상과 유전체 구조물(1030) 사이에 제1 및 제2 도전 층(1021, 1022)이 배치된 구조이다. 한편, 도 7은 단면 형상이 역 사다리꼴 구조로 형성된 유전체 구조물(1030b)의 단면 형상과 유전체 구조물(1030b) 사이에 제1 및 제2 도전 층(1021, 1022)이 배치된 구조이다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 제1 도전 층(1021) 및 제1 도전 층(1021)의 상부에 배치된 제2 도전 층(1021, 1022)을 도전 층(1020)으로 지칭할 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 도전 층(1020)이 유전체 구조물(1030)의 사이에 형성되므로 유전체 구조물(1030)의 형태는 도전 층(1020)의 단면 형태 및 단면적을 결정하는 역할을 한다. 직사각형의 단면형태에서 폭과 두께의 비 t/W를 종횡비(Aspect Ratio)라 하는데, 전도체 메쉬 패턴의 용도에 따라 패턴 설계 시 종횡비를 결정하여 유전체 구조물(1030)을 제작한다. 즉, 전도체 금속 메쉬 패턴을 형성하여 투명한 전도체 전극을 제작하기 위해서는 두께가 높고 폭이 좁은 고 종횡비를 갖는 단면형태가 투과도를 높이면서 면저항을 감소시킬 수 있다. 일 예시로, 종횡비 t/W ≤ 3 인 사각 단면 형태로 도전 층(1020)이 구성될 수 있다.
이와 관련하여, 도전 층(1020)은 도 4a와 같이 단일 도전 층(1020a)으로 구성되거나 또는 도 4b와 같이 이중 도전 층(1020)으로 구성될 수 있다. 이중 도전 층(1020)으로 구성되는 경우, 이중 도전 층(1020)은 하부 영역의 제1 도전 층(1021)과 상부 영역의 제2 도전 층(1022)으로 구성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 제1 도전 층(1021)을 seed층으로 하여 도금 공정을 진행하므로 미세한 선폭에서도 용이한 도금 층 형성을 위해 구조물 입구가 넓고 안쪽이 좁은 역사다리꼴 형태의 단면으로 구성될 수 있다. 역사다리꼴의 입구와 밑면의 비를 기판에 수직한 면과 사다리꼴의 빗면사이의 각도 α로 표기하면 0≤α≤45° 인 역사다리꼴의 단면형태가 바람직하다.
한편, 도 6 및 도 7을 참조하면, 유전체 기판의 전면에 제1 도전 층(1021) 및 제2 도전 층(1022)이 형성되고, 유전체 기판의 배면에 제1 그라운드 층(1051) 및 제2 그라운드 층(1052)이 형성될 수 있다. 이를 위해, 유전체 기판(1010)의 전면 및 배면에 제1 갭 영역 및 제2 갭 영역이 형성되도록 임플린트 공정이 수행될 수 있다.
제1 그라운드 층(1051)은 유전체 기판(1010)의 배면에 형성된 갭 영역에 유전체 기판과 접촉되어 제1 두께로 형성될 수 있다. 제2 그라운드 층(1052)은 유전체 기판(1010)의 배면에 형성된 갭 영역에 제1 그라운드 층(1051)과 접촉되어 제2 두께로 형성될 수 있다.
제1 그라운드 층(1051) 및 제2 그라운드 층(1052)에 의해 금속 메쉬 격자 구조의 그라운드 층(1050)이 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 유전체 기판의 배면에 제2 유전체 구조물(1030b)에 의해 제1 및 제2 그라운드 층(1051, 1052)이 배치될 갭 영역이 형성될 수 있다. 제1 및 제2 도전 층(1021, 1022)의 격자 간격과 격자 교차 지점과 제1 및 제2 그라운드 층(1051, 1052)의 격자 간격과 격자 교차 지점이 서로 상이하게 구성될 수 있다.
한편, 메쉬 격자 구조의 그라운드 층(1050) 하부에 별도의 제2 유전체 기판(1010b)이 배치되고, 제2 유전체 기판(1010b)의 하부 영역에 제3 도전 층(1023) 및 제4 도전 층(1024)이 배치될 수 있다. 제3 도전 층(1023) 및 제4 도전 층(1024)이 갭 영역에 배치되도록 제3 유전체 구조물(1030c)이 제2 유전체 기판(1010b)의 배면에 배치될 수 있다.
다층 기판 구조의 투명 안테나 모듈에서 제3 도전 층(1023) 및 제4 도전 층(1024)이 별도의 급전 라인을 구성할 수 있다. 급전 라인의 신호가 그라운드 층(1050)이 배치되지 않은 슬롯 영역 (즉, 제2 유전체 구조물)을 통해 안테나 소자가 배치된 제1 및 제2 도전 층(1021, 1022)으로 전달될 수 있다.
이상에서는 본 명세서에 따른 단일 층 또는 이중 층 구조의 도전 층으로 형성되는 금속 메쉬 패턴에 대해 설명하였다. 한편, 이중 층 구조의 도전 층으로 형성되는 금속 메쉬 패턴을 갖는 투명 안테나 모듈에 대해 설명하면 다음과 같다.
이와 관련하여, 도 8은 본 명세서에 따른 이중 층 구조의 도전 층으로 형성되는 금속 메쉬 패턴을 갖는 투명 안테나 모듈의 안테나 방사체 (안테나 소자)와 급전 패턴 (급전 라인)을 나타낸다.
도 2 내지 도 4b에 도시된 바와 같이, 유전체 기판(1010) 상에 소정 너비(W)와 소정 길이(L)로 형성된 도전 층(1020)에 의해 도 8의 안테나 소자(1110)와 급전 라인(1120)이 형성될 수 있다.
도 2 내지 도 8을 참조하여, 본 명세서에 따른 투명 안테나 모듈(1100)에 대해 설명한다. 투명 안테나 모듈(1100)은 유전체 기판(dielectric substrate, 1010); 유전체 구조물(dielectric structure, 1030, 1030b) 및 도전 층(1020a, 1020)을 포함하도록 구성될 수 있다.
유전체 구조물(1030, 1030b)은 유전체 기판(1010)의 상부에 접촉되어 형성될 수 있다. 유전체 구조물(1030, 1030b)은 적어도 일 축 방향으로 소정 간격의 갭 영역만큼 이격되어 형성될 수 있다. 유전체 구조물(1030, 1030b)은 일 축 방향 및 일 축 방향에 실질적으로 수직한 타 축 방향으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 도전 층(1020a, 1020)에 의해 형성되는 금속 메쉬 격자 구조는 도 3a 및 도 8과 같이 사각형의 메쉬 격자 구조로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
전술한 바와 같이, 도전 층(1020)은 제1 도전 층(1021) 및 제1 도전 층(1021)의 상부 영역에 배치되는 제2 도전 층(1022)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 도전 층(1021)은 유전체 기판(1010)과 접촉되어 제1 두께(t1)로 형성될 수 있다. 제1 도전 층(1021)은 소정 너비(W)와 소정 길이(L)를 갖고 제1 두께(t1)로 형성되는 직육면체 형상으로 구성될 수 있다. 제2 도전 층(1022)은 제1 도전 층(1021)의 상부에 접촉되어 제2 두께(t2)로 형성될 수 있다. 제2 도전 층(1022)은 소정 너비(W)와 소정 길이(L)를 갖고 제2 두께(t2)로 형성되는 직육면체 형상으로 구성될 수 있다.
투명 안테나 모듈(1100)은 제1 도전 층(1021)과 제2 도전 층(1022)으로 구성되고, 적어도 일 축 방향으로 형성된 투명 메탈 메쉬 패턴(transparent metal mesh patten)이 무선 신호를 방사하도록 구성될 수 있다.
유전체 구조물(1030, 1030b)은 유전체 기판(1010)의 상부에 접촉된 상태로 배치된 UV 레진으로 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 유전체 구조물(1030, 1030b)은 UV 레진이 임플린트 몰드(imprint mold)에 의해 스탬핑(stamping)되어 소정 간격의 갭 영역만큼 이격되어 유전체 격자 구조를 형성할 수 있다. 이에 따라, 유전체 구조물(1030, 1030b)의 유전체 격자 구조에 의해 형성되는 빈 공간에 도전 층(1020a, 1020)이 배치되어 금속 격자 구조를 형성할 수 있다. 도전 층(1020a, 1020)이 배치된 금속 격자 구조에 해당하는 투명 메탈 메쉬 패턴이 무선 신호를 방사하는 안테나 소자(1110) 및 급전 라인(1120)을 구성할 수 있다.
제1 도전 층(1021)은 갭 영역에 유전체 구조물(1030, 1030b)의 두께보다 낮은 제1 두께(t1)로 금속 잉크 또는 금속 페이스트가 프린트되어 형성될 수 있다. 제2 도전 층(1022)은 제1 도전 층(1021)의 프린트된 금속 잉크 또는 금속 페이스트 위에 도금 공정으로 제2 두께(t2)만큼 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 도전 층(1022)은 무선 신호의 주 연결 통로로 동작할 수 있다. 도전 층(1020a, 1020)의 표면 영역에서 전자파가 주로 형성되므로, 제2 도전 층(1022)이 무선 신호의 주 연결 통로로 동작할 수 있다. 반면에, 제1 도전 층(1021)은 유전체 구조물(1030, 1030b) 및 제2 도전 층(1022)과 결합되는 층으로 주로 동작한다.
제1 도전 층(1021)의 제1 두께(t1)와 제2 도전 층(1022)의 제2 두께(t2)의 합에 해당하는 도전 층(1020)의 전체 두께와 유전체 구조물(1030, 1030)의 두께의 차이는 소정 범위 이내로 형성될 수 있다.
이와 관련하여 낮은 저항 값, 즉 높은 전도도를 갖는 제2 도전 층(1022)의 제2 두께(t2)는 제1 도전 층(1021)의 제1 두께(t1)보다 낮은 두께로 형성될 수 있다. 이에 따라, 무선 신호의 전달에 따른 면 저항을 감소시켜 투명 메탈 메쉬 패턴의 손실을 저감할 수 있다.
도 7을 참조하면, 유전체 구조물(1030b)은 수직 축을 기준으로 45도 이하의 각도로 경사지게 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 유전체 구조물(1030b)의 갭 영역의 너비가 유전체 기판(1010)에 인접함에 따라 감소되게 구성될 수 있다. 다시 말해, 유전체 구조물(1030b)의 하부 영역에서의 갭 영역의 너비가 상부 영역에서의 갭 영역의 너비보다 더 좁게 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 도전 층(1021)은 상부 영역의 면적이 하부 영역의 면적보다 크도록 단면적이 역 사다리꼴 형상인 육면체로 형성될 수 있다. 또한, 제2 도전 층(1022)도 상부 영역의 면적이 하부 영역의 면적보다 크도록 단면적이 역 사다리꼴 형상인 육면체로 형성될 수 있다.
본 명세서에서 제시되는 투명 안테나 모듈을 구성하는 유전체 구조물 및 도전 층 구조는 응용에 따라 너비 및 두께가 조절될 수 있다. 이와 관련하여, 유전체 구조물(1030, 1030b)의 갭 영역의 너비보다 유전체 구조물(1030, 1030b)의 두께가 더 크게 형성될 수 있다. 역 사다리꼴 구조의 유전체 구조물(1030b)에서는 갭 영역의 평균 너비(W)보다 전체 두께(t)가 더 크게 형성될 수 있다. 다른 예로, 역 사다리꼴 구조의 유전체 구조물(1030b)에서는 갭 영역의 최대 너비(W2)보다 전체 두께(t)가 더 크게 형성될 수 있다. 응용에 따라, 역 사다리꼴 구조의 유전체 구조물(1030b)에서는 갭 영역의 평균 너비(W)보다 전자파가 통과하는 제2 도전 층(1022)의 두께(t2)가 더 크게 형성될 수 있다. 다른 예로, 역 사다리꼴 구조의 유전체 구조물(1030b)에서는 갭 영역의 최대 너비(W2)보다 전자파가 통과하는 제2 도전 층(1022)의 두께(t2)가 더 크게 형성될 수 있다.
이와 관련하여, 도전 층(1020)의 너비보다 도전 층(1020)의 두께(t)가 더 크게 형성될 수 있다. 일 예로, 주로 전자파가 통과하는 제2 도전 층(1022)의 너비보다 제2 도전 층(1022)의 제2 두께(t2)가 더 크게 형성될 수 있다. 따라서, 투명 메탈 메쉬 패턴으로 형성된 안테나 소자의 투과도를 두께면서 면 저항을 감소시킬 수 있다.
한편, 제1 도전 층(1021)은 열 처리 공정을 통해 금속 잉크 또는 금속 페이스의 유기물 성분이 휘발되어 형성될 수 있다. 유전체 구조물(1030, 1030b)은 열 처리 공정에 의한 손상이 발생하지 않도록 광경화성 수지로 형성될 수 있다. 제2 도전 층(1022)은 제1 도전 층(1021)의 위에 도금 공정을 통해 형성될 수 있다. 제2 도전 층(1022)의 금속의 함량이 제1 도전 층(1021)의 금속 함량보다 높게 설정될 수 있다. 이에 따라, 제2 도전 층(1022)의 도전율이 제1 도전 층(1021)의 도전율보다 더 높게 구성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 투명 안테나 모듈(1100)은 안테나 소자(1110) 및 급전 라인(1120)을 포함하도록 구성될 수 있다. 안테나 소자(1110)는 투명 메탈 메쉬 패턴이 제1 축 방향 및 제2 축 방향으로 제1 간격 및 제2 간격으로 배치되어, 무선 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 안테나 소자(1110)의 길이(L1)는 동작 주파수에 대응하는 동작 파장과 같거나 1/2 내지 1/4로 설정될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
급전 라인(1120)은 안테나 소자(1110)에 무선 신호를 인가하도록 안테나 소자(1110)와 연결되도록 구성될 수 있다. 급전 라인(1120)의 길이(L2)는 안테나 소자(1110)의 길이(L1)보다 짧게 구성하여 전체 안테나 길이를 최소화하도록 설계할 수 있다.
안테나 소자(1110)와 급전 라인(1120) 간의 임피던스 매칭을 위한 별도의 정합 부, 예컨대 임피던스 변환 부 없이 안테나 소자(1110)와 급전 라인(1120)이 연결된 영역에 인셋 영역(inset region, R3)이 형성될 수 있다. 인셋 영역에서 안테나 소자(1110)의 내부 영역에서 메쉬 패턴과 같은 메쉬 격자가 제거되도록 구성될 수 있다. 또는, 인셋 영역에서의 메쉬 격자와 안테나 소자(1100)의 메쉬 격자가 연결되지 않도록 단절되어 구성될 수도 있다. 한편, 유전체 영역에도 안테나 소자(1110) 및 급전 라인(1120)의 메쉬 격자와의 시인성 유지를 위해 메쉬 격자가 배치될 수도 있다. 유전체 영역에 배치된 메쉬 격자는 안테나 소자(1110) 및 급전 라인(1120)의 메쉬 격자와 단절되게 구성될 수 있다.
급전 라인(1120) 및 안테나 소자(1110)는 제1 도전 층(1021) 및 제2 도전 층(1022)을 포함하는 메탈 메쉬 라인으로 형성될 수 있다. 일 예로, 급전 라인(1120)과 안테나 소자(1110)를 형성하는 메탈 메쉬 라인의 제1 축 방향 및 제2 축 방향의 제1 간격 및 제2 간격은 동일하게 설정될 수 있다. 이에 따라, 투명 안테나 모듈의 안테나 소자를 동일한 메탈 메쉬 간격을 갖는 디스플레이 영역 내에서 제1 축 방향 및 제2 축 방향 중 적어도 하나의 방향으로 자유롭게 배치 가능하여 배치 자유도를 높일 수 있다.
한편, 안테나 소자(1110)가 배치되는 제1 영역(R1)에서 제1 축 방향 및 제2 축 방향의 제1 간격(d1) 및 제2 간격(d2)은 동일하게 설정될 수 있다. 반면에, 급전 라인(1120)이 배치되는 제2 영역(R2)에서 제1 축 방향 및 제2 축 방향의 제3 간격 및 제4 간격을 서로 다르게 설정될 수 있다. 이와 관련하여, 전류가 진행되는 방향인 제1 축 방향의 제3 간격이 제2 축 방향의 제4 간격보다 더 좁게 설정될 수 있다. 한편, 급전 라인(1120) 상에서 손실을 감소시키기 위해 제1 축 방향의 제3 간격을 안테나 소자(1110)의 제1 축 방향의 제1 간격보다 더 좁게 설정할 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 투명 안테나 모듈은 도 8과 같이 금속 메쉬 격자 구조의 안테나 소자와 급전 라인으로 구성되고 급전 라인이 금속 패턴 형태의 단자부와 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 도 9는 본 명세서에 따른 금속 메쉬 격자 구조의 안테나 소자가 급전 라인을 통해 단자부와 연결된 구성을 나타낸다. 한편, 도 10은 도 8 및 도 9의 안테나 소자 및 급전 라인의 금속 메쉬 격자 구조를 나타낸다.
본 명세서에서 개시되는 금속 메쉬 격자 구조의 안테나 소자는 도 8과 같이 패치 안테나 소자로 구성되거나 도 9와 같이 다이폴 안테나 소자로 구성될 수 있다. 한편, 금속 메쉬 격자 구조의 안테나 소자는 패치 안테나 소자 또는 다이폴 안테나 소자에 한정되는 것이 아니라, 모노폴 안테나, 루프 안테나 등 다양한 형태로 변경 가능하다.
도 8를 참조하면, 투과도를 높이기 위해 미세 선폭의 메쉬 패턴을 구현하는 전극부와는 달리, 신호 전달 및 타 부품과의 신호 연결을 위한 단자 부(1130)는 전체면적이 채워진 금속으로 구성될 수 있다. 이는 신호가 연결되는 단자 부(1130)에서 접촉에 의한 신호의 손실을 막기 위해 최대한 넓은 면적의 단자부를 형성하기 위함이다. 한편, 인쇄공정에서 금속 잉크 또는 페이스트를 채우고 이를 지지하기 위한 구조물이 필요하므로 단자 부(1130)의 전체 면적을 금속으로 형성하기 용이하지 않을 수 있다.
이를 해결하기 위해, 본 발명에서는 인쇄공정을 이용하고 메쉬 패턴 형태를 유지하면서 최대한 넓은 면적의 단자부를 확보하기 위해 도 10과 같이 메쉬 패턴의 선폭 및 패턴 간의 간격의 비율을 조절할 수 있다. 메쉬 패턴의 선폭 및 패턴 간의 간격의 비율은 메쉬 패턴의 선폭(W) 대비 피치(p), 즉 하나의 메쉬 패턴 선 폭의 중심에서 인접 메쉬 패턴 선 폭의 중심까지의 거리의 비율일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 9 및 도 10을 참조하면, 1 < p/W ≤ 10의 범위에서 단자 부(1130)를 형성할 수 있다.
이와 관련하여, 도 2 내지 도 10을 참조하면, 본 명세서에서 개시되는 투명 안테나 모듈은 안테나 소자(1110) 및 급전 라인(1120)에 단자 부(1130)를 더 포함할 수 있다. 단자 부(1130)의 메탈 메쉬 패턴의 선 폭(W)은 안테나 소자(1110)의 메탈 메쉬 패턴의 선폭보다 더 넓게 설정될 수 있다. 또한, 단자 부(1130)의 메탈 메쉬 패턴의 제1 축 방향 및 제2 축 방향의 제3 간격(d3) 및 제4 간격(d4)은 도 8의 안테나 소자(1110)의 메탈 메쉬 패턴의 제1 간격(d1) 및 제2 간격(d2)보다 더 좁게 설정될 수 있다.
도 11은 실시 예에 따른 금속 메쉬 패턴의 도전 층을 형상한 단면을 나타낸다. 한편, 도 12는 실시 예에 따른 금속 메쉬 패턴의 제1 도전층과 도금 층에 해당하는 제2 도전층을 형성한 단면을 나타낸다.
도 11은 구조물 전체 높이를 Ag 잉크를 사용하여 인쇄공정으로 형성한 것이다. 도 11에 도시된 바와 같이 같이 금속잉크나 페이스트를 사용하여 인쇄공정으로 전도층을 형성하면 치밀한 층이 형성되기 어렵다. 이는 유기물과 혼합된 잉크 또는 페이스트에서 열처리를 통하여 유기물을 건조시키므로 남아있는 금속 입자층은 기공이 포함되기 때문이다. 또한 이는 형성된 전도체층의 면저항을 높이는 원인이 된다. 이는 금속 잉크나 페이스트를 사용하여 금속 파이버 형태로 제조한 메쉬 패턴에서도 유사하다.
도 12는 Ag 잉크로 제1 도전 층(1021)을 형성하고, 제1 도전 층(1021)을 seed층으로 하여 도금 공정에 의한 제2 도전 층(1022)을 형성한 것이다. 도금 물질은 Cu를 사용할 수 있고, 일 예로 제1 도전 층(1021)과 제2 도전 층(1022)의 두께 비는 약 4:1일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 관련하여, 유전체 구조물 내에서 제1 도전 층과 제2 도전 층 (도금 층)의 두께비는 약 1:9 내지 약 9:1의 범위 내에서 임의의 두께비를 정하여 형성할 수 있다.
한편, 표 1은 도금 공정 유무에 따른 메쉬 패턴의 면저항과 투과도 측정값을 나타낸다.
구분 Reference 선폭(um) 두게(um) 단면적
(um2)		 면저항
(Ω/□)		 투과도 (%)
도금 전 도 6 3.3 2.3 7.59 1.73 86
도금 후 도 7 3.1 1.5 4.65 1.1 85.6
도금을 한 메쉬 패턴의 단면적이 도금을 하지 않은 메쉬 패턴의 단면적보다 작음에도 면저항은 약 63% 만큼 작은 특성을 나타낸다. 이는 도금층의 저항이 잉크로 형성한 금속층의 저항보다 훨씬 낮아서 전체적인 면 저항 값이 낮아지는 효과를 보인 것이다.
한편, 본 명세서에서 개시되는 투명 안테나 모듈을 구성하는 투명 메탈 메쉬 패턴은 다양한 전자 기기의 디스플레이에 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 도 13a 및 도 13b는 본 명세서에 따른 투명 안테나 모듈이 구현될 수 있는 전자 기기들을 나타낸다.
본 명세서에서 제시되는 디스플레이에 구현되는 투명 안테나 모듈은 다양한 전자 기기에 적용될 수 있다. 이와 관련하여, 도 13a는 본 명세서에서 제시되는 투명 안테나 모듈(1100)이 다양한 전자 기기(1000)에 적용된 예시를 나타낸다. 도 1 내지 도 13a를 참조하면, 전자 기기(1000)는 이동 단말기, 사이니지, 디스플레이 기기, 투명 AR/VR 기기, 차량 또는 무선 오디오/비디오 장치 중 적어도 하나일 수 있다. 한편, 투명 안테나 모듈을 구성하는 제1 안테나 모듈 및 제2 안테나 모듈은 전자 기기(100)의 상부 영역, 하부 영역 또는 측면 영역에 배치될 수 있다. 일 예로, 수직/수평 편파로 동작하는 안테나 소자(1110)는 전자 기기 또는 차량의 디스플레이에 다양한 형태로 배치될 수 있다.
한편, 도 11b는 본 명세서에서 제시되는 수직/수평 편파로 동작하는 안테나(1100)가 로봇(robot)에 적용된 실시예를 나타낸다. 도 1 내지 도 13b를 참조하면, 로봇(1000b)의 디스플레이(151b) 하부에 안테나 모듈(1100)이 배치될 수 있다. 안테나 모듈(1100)은 제1 안테나 모듈(1100-1) 및/또는 제2 안테나 모듈(1100-2)의 다양한 조합 중 하나로 구현되어 다중 모드 안테나로 동작할 수 있다. 제1 안테나 모듈(1100-1) 및 제2 안테나 모듈(1100-2)이 디스플레이의 서로 다른 영역에 배치되는 서로 다른 안테나 소자로 구현될 수 있다. 다른 예로, 제1 안테나 모듈(1100-1) 및 제2 안테나 모듈(1100-2)이 수직/수평 편파 형태의 제1 및 제2 급전부와 연결되는 단일 안테나 소자로 구현될 수 있다.
투명 안테나 모듈(1100)은 5G mmWave 대역에서 동작할 수 있다. 5G mmWave 대역에서 동작하도록 투명 안테나 모듈(1100)의 안테나 소자는 배열 안테나(array antenna)로 구현될 수 있다. 투명 안테나 모듈(1100)을 이용하여 로봇(1000b)은 주변 전자 기기와 고속 대용량의 무선 데이터, 예컨대 무선 AV 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다.
로봇(1000b)은 디바이스 엔진과 같은 제어부의 제어 하에 통신 네트워크를 통해 서버(300)와 연동할 수 있다. 이 경우, 통신 네트워크는 5G 통신 네트워크일 수 있다. 통신 네트워크는 VPN 또는 TCP 브릿지(bridge)로 구현될 수 있다. 로봇(1000b)은 통신 네트워크를 통해 MEC 서버(300)에 접속할 수 있다. 로봇(1000b)이 MEC 서버(300)와 연동하므로 이러한 로봇/네트워크 시스템을 클라우드 로보틱스 시스템으로 지칭할 수 있다. 클라우드 로보틱스 시스템은 로봇(1000b)이 주어진 임무 수행에 필요한 기능을 MEC 서버(300)와 같은 클라우드 서버에서 처리하는 시스템이다.
도 1 내지 도 13b를 참조하면, 투명 안테나 모듈은 투명 메탈 메쉬 패턴은 이동 단말, 디스플레이 장치, 로봇의 디스플레이의 상부 또는 내부 또는 자동차의 글래스의 상부 또는 내부에 형성되어 무선 신호를 방사하도록 구성될 수 있다.
이상에서는 본 명세서의 일 양상에 따른 투명 안테나 모듈에 대해 설명하였다. 이하에서는 본 명세서의 다른 양상에 따른 투명 안테나 모듈을 제조하는 방법에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 투명 안테나 모듈에서 설명된 모든 기술적 특징들이 이하의 투명 안테나 모듈을 제조하는 방법에도 적용될 수 있다.
도 14는 본 명세서에 따른 투명 안테나 모듈을 제조하는 방법의 흐름도를 나타낸다. 도 2 및 도 14를 참조하면, 투명 안테나 모듈을 제조하는 방법은 유전체 구조물 형성 단계(S100), 임플린트 단계(S200), 제1 도전 층 형성 단계(S300) 및 제2 도전 층 형성 단계(S400)를 포함하도록 구성될 수 있다.
투명 안테나 모듈 제조 방법이 시작(S)된다. 유전체 구조물 형성 단계(S100)에서 유전체 기판(dielectric substrate)의 상부에 유전체 구조물(dielectric structure)을 접촉된 상태로 형성할 수 있다.
임플린트 단계(S200)에서 임플린트 몰드를 이용하여 상기 유전체 구조물을 적어도 일 축 방향으로 소정 간격의 갭 영역만큼 이격되게 형성할 수 있다.
제1 도전 층 형성 단계(S300)에서 상기 갭 영역에 상기 유전체 기판과 접촉되어 제1 두께 (제1 높이)로 제1 도전 층을 형성할 수 있다. 또한, 제2 도전 층 형성 단계(S400)에서 상기 제1 도전 층의 상부에 접촉되어 제2 두께 (제2 두께)로 제2 도전 층을 형성할 수 있다.
제1 도전 층 형성 단계(S300) 및 제2 도전 층 형성 단계(S400)를 통해 적어도 일 축 방향으로 형성된 투명 메탈 메쉬 패턴(transparent metal mesh patten)으로 구성된 안테나 소자가 형성될 될 수 있다. 구체적으로, 제1 도전 층 형성 단계(S300)에서, 유전체 구조물의 높이보다 낮은 제1 높이로 금속 잉크 또는 금속 페이스트를 갭 영역에 프린트하여 제1 도전 층을 형성할 수 있다. 제2 도전 층 형성 단계(S400)에서, 제1 도전 층의 프린트된 금속 잉크 또는 금속 페이스트 위에 도금 공정으로 제2 높이만큼 제2 도전 층을 형성할 수 있다. 제2 도전 층은 상기 안테나 소자를 통해 방사되는 무선 신호의 주 연결 통로로 동작할 수 있다.
실시 예에 따르면 유전체 구조물 형성 단계(S100)에서, 상기 유전체 구조물은 수직 축을 기준으로 45도 이하의 각도로 경사지게 형성되어, 상기 갭 영역의 너비가 상기 유전체 기판에 인접함에 따라 감소되게 형성될 수 있다. 제1 도전 층 형성 단계(S300)에서 제1 도전 층은 상부 영역의 면적이 하부 영역의 면적보다 크도록 단면적이 역 사다리꼴 형상인 육면체로 형성될 수 있다. 제2 도전 층 형성 단계(S400)에서 제2 도전 층은 상부 영역의 면적이 하부 영역의 면적보다 크도록 단면적이 역 사다리꼴 형상인 육면체로 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면 유전체 구조물 형성 단계(S100)에서, 유전체 구조물의 갭 영역의 너비보다 유전체 구조물의 높이가 더 크게 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2 도전 층 형성 단계(S400)에서 제2 도전 층의 너비보다 제2 도전 층의 제2 높이가 더 크게 형성되어, 투명 메탈 메쉬 패턴으로 형성된 안테나 소자의 투과도를 높이면서 면 저항을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 명세서에서 개시되는 투명 안테나 모듈 제조 방법은 안테나 층과 그라운드 층 모두에 적용될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 층과 그라운드 층이 동일한 유전체 기판을 공유하는 구조에서 제2 도전 층 형성 단계(S400) 이후에 소정의 단계가 수행될 수 있다. 다시 말해, 제2 도전 층 형성 단계(S400) 이후에 제1 그라운드 층 형성 단계(S510) 및 제2 그라운드 층 형성 단계(S520)가 더 수행될 수 있다.
이와 관련하여, 임플린트 단계(S200)에서, 유전체 기판의 전면 및 배면에 갭 영역이 구현되도록 임플린트 동작을 수행할 수 있다. 유전체 기판의 전면 및 배면에 형성될 금속 메쉬 격자의 간격 및 교차 지점이 위치는 서로 상이하게 형성될 수도 있다. 제1 그라운드 층 형성 단계(S510)에서 유전체 기판의 배면에 형성된 갭 영역에 유전체 기판과 접촉되어 제1 높이로 제1 그라운드 층 (제1 도전 층)을 형성할 수 있다. 제2 그라운드 층 형성 단계(S510)에서 상기 배면에 형성된 갭 영역에 제1 그라운드 층과 접촉되어 제2 높이로 제2 그라운드 층 (제2 도전 층)을 형성할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 개시되는 투명 안테나 모듈 제조 방법은 안테나 층과 그라운드 층 이외에 그라운드 층 하부에 급전 라인이 형성되는 다층 구조에도 적용될 수 있다. 이와 관련하여, 도 15는 본 명세서에 따른 다층 레이어 구조의 투명 안테나 모듈을 제조하는 방법의 흐름도를 나타낸다. 도 2, 도 14 및 도 15를 참조하면, 투명 안테나 모듈을 제조하는 방법은 유전체 구조물 형성 단계(S100), 임플린트 단계(S200), 제1 도전 층 형성 단계(S300) 및 제2 도전 층 형성 단계(S400), 제1 그라운드 층 형성 단계(S510) 및 제2 그라운드 층 형성 단계(S520)를 수행한다.
제2 도전 층 형성 단계(S400) 이후 모든 신호 패턴들이 형성되었는지 여부를 판단(S450)할 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 소자가 배치되는 제1 영역에 제1 및 제2 도전 층을 형성한 이후 급전 라인이 배치될 제2 영역에서 제1 도전 층 형성 단계(S300) 및 제2 도전 층 형성 단계(S400)를 반복적으로 수행할 수 있다.
한편, 제1 그라운드 층 형성 단계(S510) 및 제2 그라운드 층 형성 단계(S520)에서 급전 라인과 커플링되도록 슬롯 영역이 형성될 수 있다. 한편, 제2 그라운드 층 형성 단계(S520) 이후, 급전 라인을 유전체 기판 상에 구현하기 위해 유전체 구조물 형성 단계(S100), 임플린트 단계(S200), 제1 도전 층 형성 단계(S300) 및 제2 도전 층 형성 단계(S400)를 다시 반복적으로 수행할 수 있다.
이와 관련하여, 유전체 구조물 형성 단계(S100)에서 제2 유전체 기판의 일면에 유전체 구조물(dielectric structure)을 접촉된 상태로 형성할 수 있다. 임플린트 단계(S200)에서 임플린트 몰드를 이용하여 상기 유전체 구조물을 적어도 일 축 방향으로 소정 간격의 갭 영역만큼 이격되게 형성할 수 있다.
제1 도전 층 형성 단계(S300)에서 상기 갭 영역에 상기 제2 유전체 기판과 접촉되어 제1 두께 (제1 높이)로 제1 도전 층을 형성할 수 있다. 또한, 제2 도전 층 형성 단계(S400)에서 상기 제1 도전 층의 상부에 접촉되어 제2 두께 (제2 두께)로 제2 도전 층을 형성할 수 있다.
제2 도전 층 형성 단계(S400) 또는 제2 그라운드 층 형성 단계(S520) 이후에 안테나 소자 및 급전 라인을 포함하여 모든 신호 패턴들이 형성되었는지 판단(S450, 450b)한다. 안테나 소자가 배치된 레이어와 동일한 레이어에 형성될 신호 패턴들이 남아 있다고 판단(S450)되면, 제1 도전 층 형성 단계(S300) 및 제2 도전 층 형성 단계(S400)를 반복적으로 수행할 수 있다.
도 8 및 도 9와 같이 안테나 소자와 급전 라인이 동일 레이어 상에 형성되는 경우, 급전 라인에 대해 제1 도전 층 형성 단계(S300) 및 제2 도전 층 형성 단계(S400)가 다시 수행될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 소자가 제1 및 제2 간격의 메쉬 격자로 형성되고 급전 라인이 제3 및 제4 간격의 메쉬 격자로 형성될 수 있다. 이를 위해, 제3 및 제4 간격의 메쉬 격자를 형성할 수 있는 유전체 몰드를 이용하여 급전 라인을 형성할 수 있다.
한편, 안테나 소자가 배치된 레이어와 다른 레이어에 형성될 신호 패턴들이 남아 있다고 판단(S450b)되면, 유전체 구조물 형성 단계(S100)부터 제2 도전 층 형성 단계(S400)까지 반복될 수 있다. 반면에, 안테나 소자 및 급전 라인을 포함하여 모든 신호 패턴들이 형성되었는지 판단(S450b)되면, 투명 안테나 모듈 제조 방법이 종료(E)된다.
이상에서는 본 명세서에 따른 투명 안테나 모듈 및 이를 제조하는 방법에 대해 살펴보았다. 이와 본 명세서에 따른 투명 안테나 모듈 및 이를 제조하는 방법의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 명세서에 따르면, 디스플레이에 내장되는 투명 안테나 모듈 및 이를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 임플린트 공정에 의한 금속 메쉬 제작 공정 시 면 저항 값을 낮추는 임플린트 공정 방법 및 금속 메쉬 구조를 제공할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 안테나 방사체를 면 저항 값을 낮추는 임플린트 공정 방법에 따른 금속 메쉬 구조의 투명 안테나로 모듈로 구현할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 사용되는 전극 소재의 비저항, 메쉬 패턴의 선폭, 두께, 패턴 간 간격 등을 고려하여 원하는 면 저항 값과 투명도를 구현하도록 설계 및 제작할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 전도성이 향상되면서도 투명도가 유지되는 투명 안테나 모듈을 구현할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 메탈 메쉬 라인 구조에서 투명도 및 시인성을 향상시키면서 안테나 특성을 유지하거나 개선시킬 수 있는 금속 메쉬 구조를 제공할 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
전술한 본 발명과 관련하여, 투명 안테나 모듈 및 이를 제조하는 방법은 이러한 투명 안테나 모듈을 설계 또는 제조하는 방법이 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 단말기의 제어부를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (20)

  1. 투명 안테나 모듈에 있어서,
    유전체 기판(dielectric substrate);
    상기 유전체 기판의 상부에 접촉되어 형성되고, 적어도 일 축 방향으로 소정 간격의 갭 영역만큼 이격되어 형성되는 유전체 구조물(dielectric structure);
    상기 갭 영역에 상기 유전체 기판과 접촉되어 제1 두께로 형성되는 제1 도전 층; 및
    상기 제1 도전 층의 상부에 접촉되어 제2 두께로 형성되는 제2 도전 층을 포함하고,
    상기 제1 도전 층과 상기 제2 도전 층으로 구성되고, 적어도 일 축 방향으로 형성된 투명 메탈 메쉬 패턴(transparent metal mesh patten)이 무선 신호를 방사하는, 투명 안테나 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 유전체 구조물은,
    상기 유전체 기판의 상부에 접촉된 상태로 배치된 UV 레진으로 구성되고,
    상기 UV 레진이 임플린트 몰드(imprint mold)에 의해 스탬핑(stamping)되어 상기 소정 간격의 갭 영역만큼 이격되어 형성되는, 투명 안테나 모듈.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 도전 층은 상기 갭 영역에 상기 유전체 구조물의 높이보다 낮은 상기 제1 높이로 금속 잉크 또는 금속 페이스트가 프린트되어 형성되는, 투명 안테나 모듈.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 도전 층은 상기 제1 도전 층의 프린트된 금속 잉크 또는 금속 페이스트 위에 도금 공정으로 상기 제2 높이만큼 형성되고,
    상기 제2 도전 층은 상기 무선 신호의 주 연결 통로인 것을 특징으로 하는, 투명 안테나 모듈.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 도전 층의 상기 제1 높이와 상기 제2 도전 층의 상기 제2 높이의 합에 해당하는 도전 층의 전체 높이와 상기 유전체 구조물의 높이의 차이는 소정 범위 이내로 형성되는 것을 특징으로 하는, 투명 안테나 모듈.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 도전 층의 상기 제2 높이는 상기 제1 도전 층의 상기 제1 높이보다 높은 높이로 형성되어, 상기 무선 신호의 면 저항을 감소시켜 상기 투명 메탈 메쉬 패턴의 손실을 저감하는, 투명 안테나 모듈.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 유전체 구조물은 수직 축을 기준으로 45도 이하의 각도로 경사지게 형성되어, 상기 갭 영역의 너비가 상기 유전체 기판에 인접함에 따라 감소하는, 투명 안테나 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 도전 층은 상부 영역의 면적이 하부 영역의 면적보다 크도록 단면적이 역 사다리꼴 형상인 육면체로 형성되고,
    상기 제2 도전 층은 상부 영역의 면적이 하부 영역의 면적보다 크도록 단면적이 역 사다리꼴 형상인 육면체로 형성되는, 투명 안테나 모듈.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 유전체 구조물의 상기 갭 영역의 너비보다 상기 유전체 구조물의 두께가 더 크게 형성되는, 투명 안테나 모듈.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 도전 층의 너비보다 상기 제1 도전 층의 상기 제1 두께가 더 크게 형성되어, 상기 투명 메탈 메쉬 패턴으로 형성된 안테나 소자의 투과도를 높이면서 면 저항을 감소시키는, 투명 안테나 모듈.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 도전 층은 열 처리 공정을 통해 금속 잉크 또는 금속 페이스의 유기물 성분이 휘발되어 형성되고,
    상기 유전체 구조물은 상기 열 처리 공정에 의한 손상이 발생하지 않도록 광경화성 수지로 형성되는, 투명 안테나 모듈.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 도전 층은 상기 제1 도전 층의 위에 도금 공정을 통해 형성되고,
    상기 제2 도전 층의 금속의 함량이 상기 제1 도전 층의 금속 함량보다 높게 설정되어, 상기 제2 도전 층의 도전율이 상기 제1 도전 층의 도전율보다 높은 것을 특징으로 하는, 투명 안테나 모듈.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 투명 메탈 메쉬 패턴이 제1 축 방향 및 제2 축 방향으로 제1 간격 및 제2 간격으로 배치되어, 무선 신호를 방사하도록 구성된 안테나 소자를 더 포함하고,
    상기 안테나 소자의 길이는 동작 주파수에 대응하는 동작 파장과 같거나 1/2 내지 1/4로 설정되는, 투명 안테나 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 안테나 소자에 무선 신호를 인가하도록 상기 안테나 소자와 연결되도록 구성된 급전 라인을 더 포함하고,
    상기 급전 라인 및 상기 안테나 소자는 상기 제1 도전 층 및 상기 제2 도전 층을 포함하는 메탈 메쉬 라인으로 형성되고,
    상기 급전 라인과 상기 안테나 소자를 형성하는 상기 메탈 메쉬 라인의 상기 제1 축 방향 및 제2 축 방향의 제1 간격 및 제2 간격은 동일하게 설정되는, 투명 안테나 모듈.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 급전 라인과 연결되도록 구성된 단자 부를 더 포함하고,
    상기 단자 부의 메탈 메쉬 패턴의 선 폭은 상기 안테나 소자의 메탈 메쉬 패턴의 선폭보다 더 넓게 설정되고,
    상기 단자 부의 메탈 메쉬 패턴의 제1 축 방향 및 제2 축 방향의 제3 간격 및 제4 간격은 상기 안테나 소자의 메탈 메쉬 패턴의 상기 제1 간격 및 상기 제2 간격보다 더 좁게 설정되는, 투명 안테나 모듈.
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 유전체 기판의 전면 및 배면에 제1 갭 영역 및 제2 갭 영역이 형성되도록 임플린트 공정이 수행되고,
    상기 유전체 기판의 배면에 형성된 갭 영역에 유전체 기판과 접촉되어 제1 두께로 형성되는 제1 그라운드 층; 및
    상기 배면에 형성된 갭 영역에 제1 그라운드 층과 접촉되어 제2 두께로 형성되는 상기 제2 그라운드 층을 더 포함하는, 투명 안테나 모듈.
  17. 투명 안테나 모듈을 제조하는 방법에 있어서,
    유전체 기판(dielectric substrate)의 상부에 유전체 구조물(dielectric structure)을 접촉된 상태로 형성하는 유전체 구조물 형성 단계;
    임플린트 몰드를 이용하여 상기 유전체 구조물을 적어도 일 축 방향으로 소정 간격의 갭 영역만큼 이격되게 형성하는 임플린트 단계;
    상기 갭 영역에 상기 유전체 기판과 접촉되어 제1 높이로 제1 도전 층을 형성하는 제1 도전 층 형성 단계; 및
    상기 제1 도전 층의 상부에 접촉되어 제2 높이로 제2 도전 층을 형성하는 제2 도전 층 형성 단계를 포함하고,
    상기 제1 도전 층 형성 단계 및 상기 제2 도전 층 형성 단계를 통해 적어도 일 축 방향으로 형성된 투명 메탈 메쉬 패턴(transparent metal mesh patten)으로 구성된 안테나 소자가 형성되는, 투명 안테나 모듈의 제조 방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 도전 층 형성 단계에서, 상기 유전체 구조물의 높이보다 낮은 상기 제1 높이로 금속 잉크 또는 금속 페이스트를 상기 갭 영역에 프린트하여 상기 제1 도전 층을 형성하고,
    상기 제2 도전 층 형성 단계에서, 상기 제1 도전 층의 프린트된 금속 잉크 또는 금속 페이스트 위에 도금 공정으로 상기 제2 높이만큼 상기 제2 도전 층을 형성하고,
    상기 제2 도전 층은 상기 안테나 소자를 통해 방사되는 무선 신호의 주 연결 통로인 것을 특징으로 하는, 투명 안테나 모듈의 제조 방법.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 유전체 구조물 형성 단계에서,
    상기 유전체 구조물은 수직 축을 기준으로 45도 이하의 각도로 경사지게 형성되어, 상기 갭 영역의 너비가 상기 유전체 기판에 인접함에 따라 감소되고,
    상기 제1 도전 층 형성 단계에서,
    상기 제1 도전 층은 상부 영역의 면적이 하부 영역의 면적보다 크도록 단면적이 역 사다리꼴 형상인 육면체로 형성되고,
    상기 제2 도전 층 형성 단계에서,
    상기 제2 도전 층은 상부 영역의 면적이 하부 영역의 면적보다 크도록 단면적이 역 사다리꼴 형상인 육면체로 형성되는, 투명 안테나 모듈의 제조 방법.
  20. 제17 항에 있어서,
    상기 임플린트 단계에서 상기 유전체 기판의 전면 및 배면에 갭 영역이 형성되도록 임플린트 동작이 수행되고,
    상기 유전체 기판의 배면에 형성된 갭 영역에 유전체 기판과 접촉되어 제1 높이로 제1 그라운드 층을 형성하는 제1 그라운드 층 형성 단계; 및
    상기 배면에 형성된 갭 영역에 제1 그라운드 층과 접촉되어 제2 높이로 제2 그라운드 층을 형성하는 제2 그라운드 층 형성 단계를 더 포함하는, 투명 안테나 모듈의 제조 방법.
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