WO2024057737A1

WO2024057737A1 - 電波反射装置

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Publication number: WO2024057737A1
Application number: PCT/JP2023/027586
Authority: WO
Inventors: 光隆沖田; 真一郎岡; 大一鈴木
Original assignee: 株式会社ジャパンディスプレイ
Priority date: 2022-09-15
Filing date: 2023-07-27
Publication date: 2024-03-21

Abstract

電波反射装置は、第１基板（１２０）と、第１基板に対向する第２基板（１２２）と、第１基板と第２基板との間の液晶層（１１６）と、第１基板の液晶層側の面に配置された第１反射電極（１０２）と、第１基板を挟んで第１反射電極と重なる接地電極（１０４）と、反射電極に隣接し、液晶層を挟むように配置される第１液晶制御電極（１０６２）とコモン電極（１０６４）とを含む液晶制御素子（１０６）と、を有する。

Description

電波反射装置

　本発明の一実施形態は、液晶材料を用いた電波反射装置の構造に関する。

　電波反射装置は入射した電波を所望の方向に反射する機能を有する。電波反射装置は、例えば、高層ビルの谷間の電波が届きにくい地帯（不感地帯）に電波を散乱させるときに使用される。電波反射装置として、メインアレイ素子（ダイポール素子）及びサブアレイ素子（無給電素子）とコモン電極（接地電極）とが誘電体基板を挟んで設けられ、メインアレイ素子にサブアレイ素子が近接して配置された構造が開示されている（特許文献１参照）。また、電波反射装置として、アレイ素子とコモン電極（接地電極）が誘電体基板を挟み、コモン電極が周期的なループ形状を有する構造が開示されている（特許文献２参照）。

特開２０１１－０１９０２１号公報特開２０１０－２２６６９５号公報

　特許文献１、２に開示されるように、電波反射装置は誘電体基板を有する。この誘電体基板に相当する部分を液晶層に置き換えると、液晶材料の誘電率異方性を利用することができ、反射波の指向性を可変にすることが可能となる。誘電率異方性を有する液晶は液晶分子の配向状態により誘電率が変化する。したがって、液晶層の誘電率を変化させるにはバイアス電極、コモン電極、及びこれらの電極に電圧を印加する配線が必要となる。

　電波反射装置に液晶層を設ける場合、液晶表示パネルに比べて液晶層を厚くする必要があり、その結果応答速度が遅くなるという問題がある。また、液晶層を厚くすることで電波反射装置の製造が困難になるという問題がある。

　本発明の一実施形態に係る電波反射装置は、第１基板と、第１基板に対向する第２基板と、第１基板と第２基板との間の液晶層と、第１基板の液晶層側の面に配置された第１反射電極と、第１基板を挟んで第１反射電極と重なる接地電極と、反射電極に隣接し、液晶層を挟むように配置される第１液晶制御電極とコモン電極とを含む液晶制御素子と、を有する。

本発明の一実施形態に係る電波反射装置の構成を示す図である。本発明の一実施形態に係る電波反射装置の平面レイアウトを示す図である。本発明の一実施形態に係る電波反射装置の断面構造を示す図である。本発明の一実施形態に係る電波反射装置の動作を説明する図であり、液晶制御電極に電圧が印加されない状態を示す図である。本発明の一実施形態に係る電波反射装置の動作を説明する図であり、液晶制御電極に電圧が印加された状態を示す図である。本発明の一実施形態に係る電波反射装置が有する液晶制御素子の液晶制御電極に制御信号を印加する液晶制御回路の一例を示す図である。本発明の一実施形態に係る電波反射装置の平面レイアウトを示す図である。本発明の一実施形態に係る電波反射装置の断面構造を示す図である。本発明の一実施形態に係る電波反射装置の断面構造を示す図である。本発明の一実施形態に係る電波反射装置が有する液晶制御素子の液晶制御電極に制御信号を印加する液晶制御回路の一例を示す図である。本発明の一実施形態に係る電波反射装置の平面レイアウトを示す図である。本発明の一実施形態に係る電波反射装置の断面構造を示す図である。本発明の一実施形態に係る電波反射装置が有する液晶制御素子の液晶制御電極に制御信号を印加する液晶制御回路の一例を示す図である。本発明の一実施形態に係る電波反射装置の断面構造を示す図である。本発明の一実施形態に係る電波反射装置の断面構造を示す図である。

　以下、本発明の実施の形態を、図面などを参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に例示する実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状などについて模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号（又は数字の後にＡ、Ｂなどを付した符号）を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。さらに各要素に対する「第１」、「第２」と付記された文字は、各要素を区別するために用いられる便宜的な標識であり、特段の説明がない限りそれ以上の意味を有しない。

　本明細書において、ある部材又は領域が他の部材又は領域の「上に（又は下に）」あるとする場合、特段の限定がない限りこれは他の部材又は領域の直上（又は直下）にある場合のみでなく他の部材又は領域の上方（又は下方）にある場合を含み、すなわち、他の部材又は領域の上方（又は下方）において間に別の構成要素が含まれている場合も含む。

［第１実施形態］
　図１は、本発明の一実施形態に係る電波反射装置１００の構成を示す。電波反射装置１００は、反射電極１０２、接地電極１０４、及び液晶制御素子１０６を有する。反射電極１０２は、図１に示すＸ軸方向及びＹ軸方向にマトリクス状に配列される。接地電極１０４は反射電極１０２が配列される領域の全体と重なる大きさを有する。接地電極１０４は反射電極１０２の背面側に配置される。液晶制御素子１０６は、反射電極１０２に隣接して配置される。別言すれば、液晶制御素子１０６は、隣接する２つの反射電極１０２の間に挟まれるように配置される。

　なお、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は説明のために用いられ、具体的には図１に表示される方向を示す。Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、一方向及び一方向に交差する方向、又は第１方向及び第１方向に交差する第２方向と読み替えることもできる。このような表記は他の図面及びそれに基づく説明においても同様である。

　図１には示されないが、電波反射装置１００は液晶層を有する。液晶層は、反射電極１０２及び液晶制御素子１０６が配列する領域と重なるように設けられる。液晶制御素子１０６は、液晶層の配向状態を制御する機能を有する。Ｘ軸方向及びＹ軸方向に配列された液晶制御素子１０６は、それぞれが液晶層の配向状態を制御する機能を有する。

　電波反射装置１００は、Ｘ軸方向に延伸する選択信号線１０８と、Ｙ軸方向に延伸する制御信号線１１０とを有する。選択信号線１０８と制御信号線１１０とは図示されない絶縁層を挟んで配設される。電波反射装置１００には、第１駆動回路１１２及び第２駆動回路１１４が設けられていてもよい。第１駆動回路１１２及び第２駆動回路１１４は、反射電極１０２が配列する領域の外側の領域（以下、「周辺領域」ともいう）に配置される。第１駆動回路１１２には選択信号線１０８が接続され、第２駆動回路１１４には制御信号線１１０が接続される。第１駆動回路１１２は選択信号線１０８に選択信号を出力し、第２駆動回路１１４は制御信号線１１０に制御信号を出力する。

　選択信号線１０８及び制御信号線１１０は、液晶制御素子１０６の配列に対応して配設される。Ｘ軸方向を行、Ｙ軸方向を列とすると、液晶制御素子１０６は選択信号線１０８によって行ごとに選択され、選択された液晶制御素子１０６のそれぞれは制御信号線１１０から制御信号が入力される。第１駆動回路１１２は、Ｙ軸方向に配列する選択信号線１０８に順次選択信号を出力する。第２駆動回路１１４は、第１駆動回路１１２の動作に同期して、Ｘ軸方向に配列する制御信号線１１０に制御信号を出力する。第１駆動回路１１２及び第２駆動回路１１４は、このような動作を液晶表示装置のように所定の周波数（例えば、６０Ｈｚ）で繰り返すことにより、電波反射装置１００の面内に配列された液晶制御素子１０６のそれぞれに制御信号を入力する。

　電波反射装置１００の周辺領域には、さらに端子部１２４が設けられる。端子部１２４は外部回路との接続を形成する領域であり、例えば、図示されないフレキシブルプリント回路基板が接続される。フレキシブルプリント回路基板は、電波反射装置１００と、電波反射装置１００を駆動する制御回路とを接続するために用いられる。端子部１２４には、制御回路から第１駆動回路１１２及び第２駆動回路１１４を駆動する信号が入力される。

　図１に示す電波反射装置１００は、反射電極１０２によって入射した電波を反射する機能を有する。電波反射装置１００は、液晶制御素子１０６を個別に制御することにより、電波を反射する方向を調節することができる。例えば、電波反射装置１００は、反射波の進行方向を、Ｙ軸方向に沿った反射軸ＶＲを中心として図面を正面から見たときに、左右方向の任意の角度に制御することができる。また、電波反射装置１００は、反射波の進行方向を、Ｘ軸方向に平行な反射軸ＨＲを中心として図面を正面から見たときに、上下方向の任意の角度に制御することができる。さらに、電波反射装置１００は、反射波の進行方向を、図面を正面から見たときに、斜め右上、斜め右下、斜め左上、斜め左下の方向に制御することができる。

　図２は、４つの反射電極１０２（以下、第１反射電極１０２Ａ、第２反射電極１０２Ｂ、第３反射電極１０２Ｃ、第４反射電極１０２Ｄとも表記する。）、液晶制御素子１０６（以下、一部の液晶制御素子を、第１液晶制御素子１０６Ａ、第２液晶制御素子１０６Ｂ、第３液晶制御素子１０６Ｃ、第４液晶制御素子１０６Ｄと表記する。）、及び接地電極１０４の平面的なレイアウトを示す。第１反射電極１０２Ａ、第２反射電極１０２Ｂ、第３反射電極１０２Ｃ、及び第４反射電極１０２Ｄは等間隔に離隔して配置される。第１反射電極１０２Ａに対して第２反射電極１０２ＢがＸ軸方向に離隔して配置され、この離隔する領域に第１液晶制御素子１０６Ａ及び第２液晶制御素子１０６Ｂが配置される。また、第１反射電極１０２Ａに対して第３反射電極１０２ＣがＹ軸方向に離隔して配置され、この離隔する領域に第３液晶制御素子１０６Ｃ及び第４液晶制御素子１０６Ｄが配置される。接地電極１０４は、平面視において、第１反射電極１０２Ａ、第２反射電極１０２Ｂ、第３反射電極１０２Ｃ、第４反射電極１０２Ｄ、及び第１液晶制御素子１０６Ａ、第２液晶制御素子１０６Ｂ、第３液晶制御素子１０６Ｃ、第４液晶制御素子１０６Ｄに重なるように配置される。

　第１反射電極１０２Ａ、第２反射電極１０２Ｂ、第３反射電極１０２Ｃ、及び第４反射電極１０２Ｄの大きさ（Ｘ軸方向及びＹ軸方向の一辺の長さ）は、対象とする電波の周波数に応じて適宜設定される。なお、第１反射電極１０２Ａ、第２反射電極１０２Ｂ、第３反射電極１０２Ｃ、及び第４反射電極１０２Ｄの形状は正方形に限定されず、長方形であってもよいし、四角形より角数の多い多角形であってもよいし、円形、楕円形であってもよい。

　なお、電波反射装置１００が対象とする周波数帯は、超短波（ＶＨＦ：Very High Frequency）帯、極超短波（ＵＨＦ：Ultra-High Frequency）帯、マイクロ波（ＳＨＦ：Super High Frequency）帯、サブミリ波（ＴＨＦ：Tremendously high frequency）、ミリ波（ＥＨＦ：Extra High Frequency）帯、及びテラヘルツ波帯である。液晶層１１６の液晶分子は液晶制御電極１０６２に印加される制御信号の電圧によって配向が変化するが、反射電極１０２に入射する電波の周波数にはほとんど追従しない。液晶分子のこのような特性により、液晶制御電極１０６２によって液晶層１１６の誘電率を変化させつつ、反射電極１０２で電波を反射し、反射波の位相を電波反射装置１００の面内で異ならせることができる。

　第１反射電極１０２Ａと第２反射電極１０２Ｂとの間には、第１液晶制御素子１０６Ａ及び第２液晶制御素子１０６Ｂが配置される。第１液晶制御素子１０６Ａは、第１液晶制御電極１０６２Ａとコモン電極１０６４とを含み、第２液晶制御素子１０６Ｂは、第２液晶制御電極１０６２Ｂとコモン電極１０６４を含む。第１液晶制御電極１０６２Ａは、第１反射電極１０２Ａの側に配置され、第２液晶制御電極１０６２Ｂは第２反射電極１０２Ｂの側に配置される。第１液晶制御電極１０６２Ａ及び第２液晶制御電極１０６２Ｂは、平面視でコモン電極１０６４と重なるように設けられる。図２には示されないが、液晶層が、第１液晶制御電極１０６２Ａ及び第２液晶制御電極１０６２Ｂとコモン電極１０６４との間に存在する。

　第１液晶制御電極１０６２Ａは第１反射電極１０２Ａから離れて配置され、第１反射電極１０２Ａに向かって延びる帯状の第１導電パターン１０６３Ａを有する。第１液晶制御電極１０６２Ａから連続する第１導電パターン１０６３Ａの先端は、第１反射電極１０２Ａに接触しない構造を有する。第１導電パターン１０６３Ａと第１反射電極１０２Ａの間には間隙が形成され、この間隙により直流的には接続された状態とならず、高周波的には容量結合された状態が形成される。第２液晶制御電極１０６２Ｂ及び第２導電パターン１０６３Ｂも、第２反射電極１０２Ｂとの関係で同様の構造を有する。また、第３液晶制御素子１０６Ｃ及び第４液晶制御素子１０６Ｄも、第１液晶制御素子１０６Ａと同様の構成を有する。

　コモン電極１０６４は第１液晶制御電極１０６２Ａ及び第２液晶制御電極１０６２Ｂの両方と重なる大きさを有する。第１液晶制御電極１０６２Ａと第２液晶制御電極１０６２Ｂは２つに分離した形状を有するのに対し、コモン電極１０６４は２つの液晶制御電極に対して連続する形状を有する。第１液晶制御電極１０６２Ａ及び第２液晶制御電極１０６２Ｂは液晶層の配向状態を制御する制御信号に基づく電圧が印加される。コモン電極１０６４は、一定の電位を有するように制御される。

　第１反射電極１０２Ａの周りには、第１液晶制御素子１０６Ａ、第３液晶制御素子１０６Ｃ、第５液晶制御素子１０６Ｅ、及び第６液晶制御素子１０６Ｆが配置される。第１液晶制御素子１０６Ａ、第３液晶制御素子１０６Ｃ、第５液晶制御素子１０６Ｅ、及び第６液晶制御素子１０６Ｆのそれぞれのコモン電極１０６４は、コモン配線１０６６で相互に接続される。図２に示すように、コモン配線１０６６は、反射電極１０２を囲んで升目を形成するように配設される。

　図３は、図２に示すＡ１－Ａ２線に沿った領域の断面構造を示す。図３に示すように、電波反射装置１００は、第１基板１２０、第２基板１２２、及び液晶層１１６を含む。第１基板１２０の第１面Ｓ１Ａと第２基板１２２の第１面Ｓ２Ａが対向するように配置され、その間に液晶層１１６が設けられる。第１基板１２０の第１面Ｓ１Ａ及び第２基板１２２の第１面Ｓ２Ａは、液晶層１１６側の面ということもできる。図３には示されないが、第１基板１２０と第２基板１２２との間には、液晶層１１６の実質的な厚さを一定に保つためのスペーサが設けられていてもよい。

　第１反射電極１０２Ａ及び第２反射電極１０２Ｂが、第１基板１２０の第１面Ｓ１Ａに設けられる。接地電極１０４が、第１基板１２０の第２面Ｓ１Ｂ（第１面Ｓ１Ａと反対の面）に設けられる。このように、第１反射電極１０２Ａ及び第２反射電極１０２Ｂと、接地電極１０４とは、第１基板１２０を挟んで配置される。

　第１基板１２０及び第２基板１２２は誘電体材料で形成される。例えば、第１基板１２０及び第２基板１２２にはガラス基板が用いられる。反射電極１０２と接地電極１０４との間隔は、第１基板１２０の厚さで調整することができる。

　第１基板１２０の第１面Ｓ１Ａには、第１液晶制御電極１０６２Ａ及び第２液晶制御電極１０６２Ｂが設けられ、さらに第１導電パターン１０６３Ａ及び第２導電パターン１０６３Ｂが設けられる。第２基板１２２の第１面Ｓ２Ａには、コモン電極１０６４が設けられる。第１液晶制御電極１０６２Ａと第２液晶制御電極１０６２Ｂとは隣接するように配置され、第１導電パターン１０６３Ａと第２導電パターン１０６３Ｂは、それぞれ異なる方向に延びている。断面視において、第１液晶制御素子１０６Ａは、第１液晶制御電極１０６２Ａ、液晶層１１６、コモン電極１０６４が重畳する構造を有し、第２液晶制御素子１０６Ｂが、第２液晶制御電極１０６２Ｂ、液晶層１１６、コモン電極１０６４が重畳する構造を有する。

　反射電極１０２と液晶制御電極１０６２は同じ導電層で形成されてもよいし、異なる導電層で形成されてもよい。別言すれば、反射電極１０２及び液晶制御電極１０６２は、同じ膜厚を有していてもよいし、異なる膜厚を有していてもよい。反射電極１０２は電波を反射するために膜厚が大きい方が好ましく、液晶制御電極１０６２は液晶層１１６を薄くするために膜厚が小さい方が好ましい。例えば、反射電極１０２は１μｍ～３μｍ程度の膜厚を有していてもよく、液晶制御電極１０６２は０．１～０．５μｍの厚さを有していてもよい。反射電極１０２及び液晶制御電極１０６２を形成する導電材料に限定はなく、アルミニウムなどの金属材料、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などの透明導電膜材料を用いることができる。

　液晶層１１６は、誘電率異方性を有する液晶材料で形成される。液晶材料としては、液晶性を示し、誘電率異方性を有していれば良く、例えば、ネマチック液晶を用いることができる。液晶材料の誘電率異方性は正であってもよいし、負であってもよい。なお、図３には示されないが、第１基板１２０及び第２基板１２２には、液晶層１１６の初期配向状態を制御する配向膜が設けられていてもよい。

　図２及び図３を参照すれば明らかなように、電波反射装置１００は、第１基板１２０を挟んで配置される反射電極１０２と接地電極１０４とで形成される構造部分と、反射電極１０２の上面（電波の入射側）に配置される液晶層１１６と、液晶層１１６の配向状態を制御する液晶制御素子１０６とによって構成される。

　図４Ａ及び図４Ｂは、液晶制御素子１０６の動作を模式的に示す。図４Ａは、第１液晶制御電極１０６２Ａ及び第２液晶制御電極１０６２Ｂとコモン電極１０６４との間に電圧が印加されない状態（「第１の状態」とする）を示す。図４Ａは、第１の状態において液晶分子１１８の長軸方向が第１基板１２０及び第２基板１２２の第１面Ｓ１Ａ、Ｓ２Ａに平行な方向に配向している状態を示す。図４Ｂは、第１液晶制御電極１０６２Ａ及び第２液晶制御電極１０６２Ｂとコモン電極１０６４とに制御信号（直流電圧）が印加された状態（「第２の状態」とする）を示す。第２の状態では、第１液晶制御電極１０６２Ａ及び第２液晶制御電極１０６２Ｂとコモン電極１０６４との間に生成される電界の作用を受けて、液晶分子１１８の長軸が第１基板１２０及び第２基板１２２の第１面Ｓ１Ａ、Ｓ２Ａに対して垂直方向に配向する。液晶分子１１８の長軸が配向する角度は、生成される電界の強度に依存して変化する。

　液晶分子１１８が正の誘電率異方性を有する場合、第１の状態に対して第２の状態の方が、液晶層１１６の誘電率が大きくなる。したがって、第１反射電極１０２Ａと第２反射電極１０２Ｂとの間の容量は、第１の状態における容量Ｃ１に対して第２の状態における容量Ｃ２の方が大きくなる。また、液晶分子１１８が負の誘電率異方性を有する場合、第１の状態に対して第２の状態の方が液晶層１１６の見かけ上の誘電率が小さくなる。したがって、第１反射電極１０２Ａと第２反射電極１０２Ｂとの間の容量は、第１の状態における容量Ｃ１に対して第２の状態における容量Ｃ２の方が小さくなる。液晶分子１１８は、電圧の印加によって可逆的に配向状態が変化し、それに伴って誘電率が変化するので液晶層１１６は可変誘電体層とみなすこともできる。なお、図４Ｂは、説明のため第１液晶制御電極１０６２Ａ及び第２液晶制御電極１０６２Ｂに同じ電圧が印加される一例を示すが、この２つの液晶制御電極に異なる電圧が印加されてもよい。

　本実施形態に係る電波反射装置１００は、反射電極１０２の間に設けられた液晶制御素子１０６によって液晶層１１６の誘電率を変化させ、隣接する２つの反射電極１０２の間の容量を変化させ、それによって反射波の位相を遅らせる（又は遅らせない）ように制御している。すなわち、本実施形態に係る電波反射装置１００は、図３に示されるような、第１反射電極１０２Ａと第２反射電極１０２Ｂとの間に、液晶層１１６の配向状態を制御する第１液晶制御素子１０６Ａ及び第２液晶制御素子１０６Ｂを設け、この２つの反射電極間の容量を変化させることで、反射波の位相を変化させて進行方向を制御している。なお、第１液晶制御素子１０６Ａ及び第２液晶制御素子１０６Ｂに同じ制御信号を入力する場合には、これら２つの液晶制御素子を一つの液晶制御素子とみなすことができる。

　図５は、液晶制御素子１０６の液晶制御電極１０６２に制御信号を印加する液晶制御回路の一例を示す。液晶制御回路には、第１選択信号線１０８Ａ、第２選択信号線１０８Ｂ、第１制御信号線１１０Ａ、第２制御信号線１１０Ｂ、第１スイッチング素子１２６Ａ、第２スイッチング素子１２６Ｂが含まれる。第１液晶制御素子１０６Ａは第１スイッチング素子１２６Ａにより制御される。第１スイッチング素子１２６Ａは、オンオフ状態を制御する制御端子が第１選択信号線１０８Ａと接続され、入出力端子の一方が第１制御信号線１１０Ａと接続され、入出力端子の他方が第１液晶制御電極１０６２Ａと接続される。第２液晶制御素子１０６Ｂは第２スイッチング素子１２６Ｂにより制御される。第２スイッチング素子１２６Ｂは、オンオフ状態を制御する制御端子が第１選択信号線１０８Ａと接続され、入出力端子の一方が第２制御信号線１１０Ｂと接続され、入出力端子の他方が第２液晶制御電極１０６２Ｂと接続される。

　このような回路構成により、第１スイッチング素子１２６Ａ及び第２スイッチング素子１２６Ｂは同時にオン状態に制御され、第１液晶制御電極１０６２Ａ及び第２液晶制御電極１０６２Ｂには第１制御信号線１１０Ａから制御信号に基づく電圧が印加される。第１液晶制御電極１０６２Ａと第２液晶制御電極１０６２Ｂは２つの電極に分離されているが、第１スイッチング素子１２６Ａ及び第２スイッチング素子１２６Ｂが同時にオンになり同じ制御信号が入力されることから、第１液晶制御素子１０６Ａと第２液晶制御素子１０６Ｂとは一つの液晶制御素子とみなすことができる。なお、制御信号は、直流電圧信号又は正の直流電圧と負の直流電圧が交互に反転する極性反転直流電圧信号である。

　図５に示す第３液晶制御素子１０６Ｃ及び第４液晶制御素子１０６Ｄは、第３液晶制御電極１０６２Ｃが第３スイッチング素子１２６Ｃと接続され、第４液晶制御電極１０６２Ｄが第４スイッチング素子１２６Ｄと接続される。第３スイッチング素子１２６Ｃ及び第４スイッチング素子１２６Ｄの制御端子は、第２選択信号線１０８Ｂと接続され、入出力端子の一方が第２制御信号線１１０Ｂと接続される。このような接続は、第１液晶制御素子１０６Ａ及び第２液晶制御素子１０６Ｂと同様である。

　第１液晶制御素子１０６Ａ及び第２液晶制御素子１０６Ｂに制御信号を入力することにより、第１反射電極１０２Ａと第２反射電極１０２Ｂとの間の容量、及び第１反射電極１０２Ａと第３反射電極１０２Ｃとの間の容量を変化させることができる。ここでは第１液晶制御素子１０６Ａ、第２液晶制御素子１０６Ｂ、第３液晶制御素子１０６Ｃ、及び第４液晶制御素子１０６Ｄについて説明するが、他の液晶制御素子も同様の構成を有し、同様の動作が行われる。

　このように２つの反射電極１０２の間に配置される液晶制御素子１０６に制御信号を入力することにより、２つの反射電極１０２の間の容量を変化させることができる。本実施形態に係る電波反射装置１００は、隣接する２つの反射電極１０２の間の容量を液晶層１１６の誘電率の変化によって変化させることで、入射した電波に対する反射波の進行方向を制御することができる。液晶制御素子１０６は、反射電極１０２の各電極間で個別に制御可能であり、反射波の進行方向を広い範囲で制御することができる。

　なお、第１スイッチング素子１２６Ａ及び第２スイッチング素子１２６Ｂは、例えば、トランジスタであり、好ましくは薄膜トランジスタである。第１スイッチング素子１２６Ａ及び第２スイッチング素子１２６Ｂが薄膜トランジスタである場合、制御端子がゲートに相当し、入出力端子がソース及びドレインに相当する。図３には具体的な構造が示されないが、薄膜トランジスタは、第１基板１２０の第１面Ｓ１Ａに形成される。薄膜トランジスタはあ反射電極１０２の下層側に設けられる。反射電極１０２、液晶制御素子１０６は、薄膜トランジスタを埋め込む平坦化膜の上に設けられることが好ましい。

　第１基板１２０及び第２基板１２２は、液晶層１１６を挟持し、スイッチング素子及び配線を形成するために用いられる。第１基板１２０及び第２基板１２２は、ガラス、樹脂、などの絶縁性を有する材料で形成され、平坦性を有する。また、第１基板１２０及び第２基板１２２に設けられる各層は、以下のような材料を用いて形成される。スイッチング素子１２６は、半導体層としてアモルファスシリコン、多結晶シリコンのようなシリコン半導体、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化ガリウムなどの金属酸化物を含む酸化物半導体材料が用いられ、ゲート絶縁膜として酸化シリコン、窒化シリコンなどの絶縁材料、配線材料としてアルミニウム、チタン、モリブデンなどの金属材料を用いて形成される。選択信号線１０８及び制御信号線１１０は、アルミニウム、モリブデン、チタン、などの金属材料を用いて形成される。選択信号線１０８及び制御信号線１１０は、また、チタン／アルミニウム／チタンの積層構造、又はモリブデン／アルミニウム／モリブデンとする積層構造を有していてもよい。

　本実施形態によれば、隣接する２つの反射電極１０２の間に液晶層１１６の配向状態を制御する液晶制御素子１０６を設けることで、液晶層１１６の厚さを薄くすることができる。例えば、液晶層１１６の厚さを３０μｍ以下、好ましくは５μｍ程度にすることができる。液晶層１１６が１００μｍ程度と厚い場合に比べ、３０μｍ以下に薄くなることにより、液晶分子１１８を速く配向させることができる。その結果、電波反射装置１００の応答速度を向上させることができる。また、液晶層１１６を薄くできることにより、隣接する２つの反射電極１０２間の容量を大きくすることができる。それにより、電波反射装置１００は、反射波の位相の調整範囲を広げることができる。さらに、液晶層１１６の薄層化により、液晶制御電極１０６２を小型化することができる。それにより、レイアウト設計の自由度を高めることができる。

［第２実施形態］
　本実施形態は、液晶制御素子の構造が第１実施形態と異なる態様を示す。以下においては、第１実施形態と異なる部分を説明し、共通する構成については適宜省略するものとする。

　図６は、４つの反射電極１０２（第１反射電極１０２Ａ、第２反射電極１０２Ｂ、第３反射電極１０２Ｃ、第４反射電極１０２Ｄ）、液晶制御素子１０６、及び接地電極１０４の平面的なレイアウトを示す。図６に示すように、第１反射電極１０２Ａと第２反射電極１０２Ｂとの間に第１液晶制御素子１０６Ａが配置される。第１液晶制御素子１０６Ａは、第１液晶制御電極１０６２Ａと、図示されない液晶層と、コモン電極１０６４とが積層された構造を有する。平面視において、第１液晶制御電極１０６２Ａとコモン電極１０６４とは重なるように配置される。第１導電パターン１０６３Ａは、第１液晶制御電極１０６２Ａから第１反射電極１０２Ａの方向へ延びており、第２導電パターン１０６３Ｂはコモン電極１０６４から第２反射電極１０２Ｂの方向へ延びている。

　第１反射電極１０２Ａの周りには、第１液晶制御素子１０６Ａの他に、第２液晶制御素子１０６Ｂ、第３液晶制御素子１０６Ｃ、第４液晶制御素子１０６Ｄが配置される。別言すれば、第１反射電極１０２Ａと第２反射電極１０２Ｂとの間に第１液晶制御素子１０６Ａが配置され、第１反射電極１０２Ａと第３反射電極１０２Ｃとの間に第２液晶制御素子１０６Ｂが配置される。このような配置は第１反射電極１０２Ａのみでなく、他の反射電極１０２及び液晶制御素子１０６についても同様である。

　図７は、図６に示すＢ１－Ｂ２線に沿った領域の断面構造を示す。図７に示すように、第１反射電極１０２Ａが第１基板１２０の第１面Ｓ１Ａに設けられ、第２反射電極１０２Ｂが第２基板１２２の第１面Ｓ２Ａに設けられる。なお、図６に示す第３反射電極１０２Ｃは第２基板１２２０の第１面Ｓ２Ａに設けられ、第４反射電極が第１基板１２０の第１面Ｓ１Ａに設けられる。第１液晶制御素子１０６Ａは、第１基板１２０の第１面Ｓ１Ａに設けられた第１液晶制御電極１０６２Ａと、液晶層１１６と、第２基板１２２の第１面Ｓ２Ａに設けられたコモン電極１０６４とから構成される。第１液晶制御電極１０６２Ａから延びる第１導電パターン１０６３Ａは、第１基板１２０の第１面１２１Ａに配置され、コモン電極１０６４から延びる第２導電パターン１０６３Ｂは、第２基板１２２の第１面Ｓ２Ａに配置される。第１導電パターン１０６３Ａは第１反射電極１０２Ａと容量結合するように設けられ、第２導電パターン１０６３Ｂは、第２反射電極１０２Ｂと容量結合するように設けられる。

　液晶層１１６の配向状態は、第１液晶制御素子１０６Ａによって制御される。具体的には、第１液晶制御電極１０６２Ａとコモン電極１０６４との間に電圧を印加することにより液晶層１１６の配向状態が制御される。その結果、第１実施形態と同様に第１反射電極１０２Ａと第２反射電極１０２Ｂとの間の容量が変化する。

　図６に示す電波反射装置１００は、第１反射電極１０２Ａの周りに、第１液晶制御素子１０６Ａと同様の構造を有する第２液晶制御素子１０６Ｂ、第３液晶制御素子１０６Ｃ、及び第４液晶制御素子１０６Ｄが配置される。別言すれば、電波反射装置１００は、隣接する２つの反射電極１０２の間には液晶制御素子１０６が配置されており、第１実施形態と同様に、入射した電波を反射する方向を制御することができる。

　また、図８に示すように、液晶制御素子１０６は、第１液晶制御電極１０６２Ａとコモン電極１０６４が平面視で重ならず、斜め方向にずれて配置されていてもよい。このような電極配置によっても、第１液晶制御電極１０６２Ａとコモン電極１０６４との間には電界（斜め電界）が作用するので、第１反射電極１０２Ａと第２反射電極１０２Ｂとの間の容量を制御することができる。

　図９は、本実施形態における液晶制御素子１０６の液晶制御電極１０６２に制御信号を印加する液晶制御回路の一例を示す。液晶制御回路には、第１選択信号線１０８Ａ、第２選択信号線１０８Ｂ、第１制御信号線１１０Ａ、第３制御信号線１１０Ｃ、第１スイッチング素子１２６Ａ、第２スイッチング素子１２６Ｂが含まれる。第１液晶制御素子１０６Ａは第１スイッチング素子１２６Ａにより制御される。第１スイッチング素子１２６Ａは、オンオフ状態を制御する制御端子が第１選択信号線１０８Ａと接続され、入出力端子の一方が第１制御信号線１１０Ａと接続され、入出力端子の他方が第１液晶制御電極１０６２Ａと接続される。第２液晶制御素子１０６Ｂは第２スイッチング素子１２６Ｂにより制御される。第２スイッチング素子１２６Ｂは、オンオフ状態を制御する制御端子が第２選択信号線１０８Ｂと接続され、入出力端子の一方が第３制御信号線１１０Ｃと接続され、入出力端子の他方が第２液晶制御電極１０６２Ｂと接続される。

　このような回路構成により、第１スイッチング素子１２６Ａと第２スイッチング素子１２６Ｂとは、異なるタイミングでオン状態に制御されることが可能であり、第１液晶制御電極１０６２Ａには第１制御信号線１１０Ａから制御信号に基づく電圧が印加され、第２液晶制御電極１０６２Ｂには第３制御信号線１１０Ｃから制御信号に基づく電圧が印加される。このような回路構成により、第２液晶制御素子１０６Ｂには、第１液晶制御素子１０６Ａと異なる制御信号を入力することが可能である。

　このように２つの反射電極１０２の間に配置される液晶制御素子１０６に制御信号を入力することにより、２つの反射電極１０２の間の容量を変化させることができる。本実施形態に係る電波反射装置１００は、第１実施形態と同様に、液晶制御素子１０６に入力する制御信号によって反射波の進行方向を制御することができる。本実施形態の電波反射装置１００は、液晶制御素子１０６に一つの液晶制御電極１０６２が配置されることにより、第１実施形態に比べてスイッチング素子の数を削減することができ、回路構成を簡略化することができる。

［第３実施形態］
　本実施形態は、液晶制御素子の構造が第２実施形態と異なる態様を示す。以下においては、第２実施形態と異なる部分を説明し、共通する構成については適宜省略するものとする。

　図１０は、４つの反射電極１０２（第１反射電極１０２Ａ、第２反射電極１０２Ｂ、第３反射電極１０２Ｃ、第４反射電極１０２Ｄ）、液晶制御素子１０６、及び接地電極１０４の平面的なレイアウトを示す。図１０に示すように、第１反射電極１０２Ａと第２反射電極１０２Ｂとの間に第１液晶制御素子１０６Ａが配置され、第１反射電極１０２Ａの周りを囲むように第２液晶制御素子１０６Ｂ、第３液晶制御素子１０６Ｃ、第４液晶制御素子１０６Ｄが配置される構成については第２実施形態と同様である。

　図１１は、図７に示すＣ１－Ｃ２線に沿った領域の断面構造を示す。図１１に示すように、第１反射電極１０２Ａ及び第２反射電極１０２Ｂが共に第１基板１２０の第１面Ｓ１Ａに設けられる。また、第１液晶制御素子１０６Ａの第１液晶制御電極１０６２Ａ及びコモン電極１０６４が第１基板１２０の第１面Ｓ１Ａに設けられる。第１液晶制御電極１０６２Ａ及びコモン電極１０６４は、第１反射電極１０２Ａと第２反射電極１０２Ｂとの間に設けられる。第１液晶制御電極１０６２Ａとコモン電極１０６４とは間隙を有するように配置され、液晶層１１６はこれらの電極の上面を覆うように設けられる。第１液晶制御電極１０６２Ａとコモン電極１０６４とに異なる電位が与えられることにより横電界が発生し、液晶層１１６の配向状態を制御することができる。

　図１１には示されないが、液晶層１１６の液晶分子は、電界が作用しない状態において長軸が第１基板１２０の第１面Ｓ１Ａと平行に配向している。そして、液晶分子は、第１液晶制御電極１０６２Ａとコモン電極１０６４との間に生成される横電界により平行状態を保ったまま回転するように制御される。このような液晶は、液晶表示装置の分野でＩＰＳ液晶、ＩＰＳ駆動方式とも呼ばれている。このような配向状態を有する液晶層１１６を用いることによっても、第１反射電極１０２Ａと第２反射電極１０２Ｂとの間の容量を変化させることができ、電波反射装置１００において反射する電波の進行方向を制御することができる。

　図１２は、本実施形態に係る液晶制御素子１０６の構成に対応して、液晶制御電極１０６２に制御信号を印加する液晶制御回路の一例を示す。液晶制御回路には、選択信号線、制御信号線、スイッチング素子が含まれる。第１液晶制御素子１０６Ａを制御する第１スイッチング素子１２６Ａは、オンオフ状態を制御する制御端子が第１選択信号線１０８Ａと接続され、入出力端子の一方が第１制御信号線１１０Ａと接続され、入出力端子の他方が第１液晶制御電極１０６２Ａと接続される。第２液晶制御素子１０６Ｂを制御する第２スイッチング素子１２６Ｂは、オンオフ状態を制御する制御端子が第１選択信号線１０８Ａと接続され、入出力端子の一方が第２制御信号線１１０Ｂと接続され、入出力端子の他方が第２液晶制御電極１０６２Ｂと接続される。

　このような回路構成により、第１スイッチング素子１２６Ａ及び第２スイッチング素子１２６Ｂは同時にオン状態に制御され、第１液晶制御電極１０６２Ａには第１制御信号線１１０Ａから制御信号に基づく電圧が印加され、第２液晶制御電極１０６２Ｂには第２制御信号線１１０Ｂから制御信号に基づく電圧が印加される。

　第１液晶制御素子１０６Ａ及び第２液晶制御素子１０６Ｂに制御信号を入力することにより、第１反射電極１０２Ａと第２反射電極１０２Ｂとの間の容量、及び第１反射電極１０２Ａと第３反射電極１０２Ｃとの間の容量を変化させることができる。ここでは第１液晶制御素子１０６Ａ及び第２液晶制御素子１０６Ｂについて説明するが、他の液晶制御素子も同様の構成を有し、同様の動作が行われる。

　本実施形態に係る電波反射装置１００は、液晶制御素子１０６に一つの液晶制御電極１０６２が配置されることにより、第１実施形態に比べてスイッチング素子の数を削減することができ、また、信号線の数も削減することができ、回路構成の簡略化が図られている。本実施形態に係る電波反射装置１００は、液晶制御回路の構成が異なる他は第１実施形態におけるものと同様であり、同様の作用効果を奏することができる。

［第４実施形態］
　図１３に示すように、平面視において、液晶制御素子１０６に重なるように電波吸収体１２８が設けられていてもよい。電波吸収体１２８は、第２基板１２２の第２面Ｓ２Ｂに設けられていることが好ましい。液晶制御素子１０６に重なるように電波吸収体１２８が設けられることで、不要な反射を低減することができる。

　本実施形態の構成は、第１乃至第３実施形態に示す電波反射装置１００に適宜組み合わせて実施することができる。

［第５実施形態］
　図１４は、図２に示すＡ１－Ａ２線に沿った断面構造であって、第１実施形態とは異なる構造を有する電波反射装置１００を示す。本実施形態に係る電波反射装置１００は、反射電極１０２の上に配置される第２基板１２２が厚い構造を示す。具体的には、図１４に示すように、反射電極１０２の上面から、液晶層１６６の厚さを含み、第２基板１２２の第２面Ｓ２Ｂまでの長さＴが、反射する電波の波長の１／４波長相当の長さを有する。この場合、液晶層１６６及び第２基板１２２を誘電体層とみなすことができる。長さＴが、このような長さを有することにより、反射波の振幅を高めることができる。第２基板１２２は、単一の基板に限定されず、複数の基板、又は複数の誘電体層が重ねられた構造を有していてもよい。

　本実施形態の構成は、第１乃至第４実施形態に示す電波反射装置１００に適宜組み合わせて実施することができる。

　以上のように、本発明の一実施形態として例示した電波反射装置の各種構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせることができる。また、本明細書及び図面に開示された電波反射装置を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略もしくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

　本明細書に開示された実施形態の態様によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、又は、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。

１００：電波反射装置、１０２：反射電極、１０２Ａ：第１反射電極、１０２Ｂ：第２反射電極、１０２Ｃ：第３反射電極、１０２Ｄ：第４反射電極、１０４：接地電極、１０６：液晶制御素子、１０６Ａ：第１液晶制御素子、１０６Ｂ：第２液晶制御素子、１０６Ｃ：第３液晶制御素子、１０６Ｄ：第４液晶制御素子、１０６２：液晶制御電極、１０６２Ａ：第１液晶制御電極、１０６２Ｂ：第２液晶制御電極、１０６３：導電パターン、１０６３Ａ：第１導電パターン、１０６３Ｂ：第２導電パターン、１０６４：コモン電極、１０６６：コモン配線、１０８：選択信号線、１１０：制御信号線、１１２：第１駆動回路、１１４：第２駆動回路、１１６：液晶層、１１８：液晶分子、１２０：第１基板、１２２：第２基板、１２４：端子部、１２６：スイッチング素子、１２６Ａ：第１スイッチング素子、１２６Ｂ：第２スイッチング素子、１２８：電波吸収体

Claims

　第１基板と、
　前記第１基板に対向する第２基板と、
　前記第１基板と前記第２基板との間の液晶層と、
　前記第１基板の前記液晶層側の面に配置された第１反射電極と、
　前記第１基板を挟んで前記第１反射電極と重なる接地電極と、
　前記第１反射電極に隣接し、前記液晶層を挟むように配置される第１液晶制御電極とコモン電極とを含む液晶制御素子と、を有することを特徴とする電波反射装置。
　前記液晶制御素子を挟み、前記第１反射電極に隣接する第２反射電極を有する、請求項１に記載の電波反射装置。
　前記液晶制御素子は、前記第１液晶制御電極が前記第１基板の前記液晶層側の面に配置され、前記コモン電極が前記第２基板の前記液晶層側の面に配置されている、請求項２に記載の電波反射装置。
　前記液晶制御素子は、前記第１液晶制御電極と前記コモン電極とが、平面視で重なるように配置されている、請求項３に記載の電波反射装置。
　前記液晶制御素子は、前記第１液晶制御電極と前記コモン電極とが、断面視で斜めに交差するように配置されている、請求項３に記載の電波反射装置。
　前記液晶制御素子は、前記第１液晶制御電極に隣接し、前記コモン電極と平面視で重なる第２液晶制御電極を有する、請求項４に記載の電波反射装置。
　前記第１液晶制御電極が前記第１反射電極と容量結合され、前記第２液晶制御電極が前記第２反射電極と容量結合されている、請求項６に記載に電波反射装置。
　前記第２基板を挟んで、平面視で前記コモン電極と重なる領域に電波吸収体が設けられている、請求項６に記載の電波反射装置。
　前記液晶制御素子は、前記第１液晶制御電極及び前記コモン電極が、前記第１基板の前記液晶層側の面に配置され、
　前記第１液晶制御電極と前記コモン電極とが隣接して配置されている、請求項２に記載の電波反射装置。
　前記反射電極上の、前記液晶層及び前記第２基板を含む厚さが、入射波長λに対してλ／４相当の厚さを有する、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の電波反射装置。
　前記液晶層の厚さが３０μｍ以下である、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の電波反射装置。