WO2024070939A1 - 電波反射装置 - Google Patents

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WO2024070939A1
WO2024070939A1 PCT/JP2023/034478 JP2023034478W WO2024070939A1 WO 2024070939 A1 WO2024070939 A1 WO 2024070939A1 JP 2023034478 W JP2023034478 W JP 2023034478W WO 2024070939 A1 WO2024070939 A1 WO 2024070939A1
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WO
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patch
patch electrodes
electrodes
radio wave
layer
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Application number
PCT/JP2023/034478
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English (en)
French (fr)
Inventor
大一 鈴木
真一郎 岡
光隆 沖田
Original Assignee
株式会社ジャパンディスプレイ
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/18—Phase-shifters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/08—Radiating ends of two-conductor microwave transmission lines, e.g. of coaxial lines, of microstrip lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/44—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element
    • H01Q3/46—Active lenses or reflecting arrays

Definitions

  • One embodiment of the present invention relates to a radio wave reflecting device.
  • a phased array antenna device controls the directivity of a fixed antenna by adjusting the amplitude and phase of a high-frequency signal applied to each of multiple antenna elements arranged in a plane.
  • Phased array antenna devices require a phase shifter.
  • Phased array antenna devices using a phase shifter that utilizes the change in dielectric constant due to the orientation state of liquid crystals have been disclosed (for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
  • a radio wave reflector made of a material with a constant dielectric constant has a fixed reflection direction.
  • a radio wave reflector that uses a liquid crystal material as the dielectric can change the dielectric constant of the liquid crystal by adjusting the voltage applied to the liquid crystal, thereby changing the reflection direction of radio waves.
  • a radio wave reflector that uses a liquid crystal material as the dielectric if the phase difference is insufficient, the amount of variation in the reflection direction of radio waves is limited. Therefore, efforts have been made to increase the amount of variation in the reflection direction by arranging patch electrodes of different sizes.
  • one embodiment of the present invention aims to provide a radio wave reflecting device that consumes less power.
  • a radio wave reflection device includes a plurality of reflection elements, a first signal line extending in a first direction and supplying a control signal, and a second signal line extending in a second direction different from the first direction and supplying a scanning signal.
  • Each of the plurality of reflection elements includes a plurality of patch electrodes electrically connected to each other and having different sizes, a conductive layer disposed at a distance from the plurality of patch electrodes and facing the plurality of patch electrodes, a liquid crystal layer disposed between each of the plurality of patch electrodes and the conductive layer, and a switching element connected to the first signal line and the second signal line and electrically connecting the plurality of patch electrodes and the first signal line based on the control signal.
  • FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a radio wave reflecting device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a plan view showing a configuration of a reflective element according to one embodiment of the present invention
  • 3 is a cross-sectional view taken along A1-A2 in FIG. 2.
  • 13 is a diagram for explaining a state in which no voltage is applied between a patch electrode of a reflective element and a conductive layer.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining a state in which a control signal is applied to a patch electrode of a reflective element.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a portion of a reflective element according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 13 is a circuit diagram showing a configuration of a reflection element according to a modified example.
  • FIG. 13 is a circuit diagram showing a configuration of a reflection element according to a modified example.
  • FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a radio wave reflecting device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the radio wave reflecting device 100 has a radio wave reflecting plate 120.
  • the radio wave reflecting plate 120 is composed of a plurality of reflecting elements 102.
  • the plurality of reflecting elements 102 are arranged, for example, in a first direction (for example, a column direction) and a second direction (for example, a row direction) different from the first direction.
  • the reflecting elements 102 are arranged so that a plurality of patch electrodes 108, which will be described later, face the incident surface of the radio wave.
  • the radio wave reflecting plate 120 is flat, and within the flat surface, a plurality of patch electrodes 108 of each reflecting element 102 are arranged in a matrix along the first direction and the second direction.
  • the radio wave reflecting device 100 has a structure in which a plurality of reflecting elements 102 are integrated on one dielectric substrate (dielectric layer) 104. As shown in FIG. 1, the radio wave reflecting device 100 has a structure in which a dielectric substrate (dielectric layer) 104 on which a plurality of patch electrodes 108 (described later) are arranged and an opposing substrate 106 on which a conductive layer 110 is provided are stacked so that the patch electrodes 108 and the conductive layer 110 face each other, and a liquid crystal layer (not shown) is provided between the two substrates.
  • the radio wave reflecting plate 120 is formed in the area where the plurality of patch electrodes 108 and the conductive layer 110 overlap.
  • the dielectric substrate (dielectric layer) 104 and the opposing substrate 106 are bonded together with a sealant 128, and the liquid crystal layer is provided in the area inside the sealant 128.
  • the dielectric substrate (dielectric layer) 104 has a region facing the opposing substrate 106, as well as a peripheral region 122 that extends outward from the opposing substrate 106.
  • a first drive circuit 124 and a terminal section 126 are provided in the peripheral region 122.
  • the first drive circuit 124 outputs a control signal to the patch electrode 108.
  • the terminal section 126 is a region that forms a connection with an external circuit, and is connected to, for example, a flexible printed circuit board (not shown).
  • a signal that controls the first drive circuit 124 is input to the terminal section 126.
  • the dielectric substrate (dielectric layer) 104 has a plurality of patch electrodes 108 arranged in a first direction (column direction) and a second direction (row direction).
  • the dielectric substrate (dielectric layer) 104 has a plurality of first signal lines 118 extending in the first direction and a plurality of second signal lines 132 extending in the second direction.
  • the plurality of first signal lines 118 and the plurality of second signal lines 132 are arranged to intersect with an insulating layer (not shown) sandwiched therebetween.
  • the plurality of first signal lines 118 are connected to the first drive circuit 124, and the plurality of second signal lines 132 are connected to the second drive circuit 130.
  • the first drive circuit 124 outputs a control signal
  • the second drive circuit 130 outputs a scanning signal.
  • the first signal line 118 is electrically connected to the plurality of reflective elements 102 arranged in the first direction (column direction). In other words, the plurality of reflective elements 102 arranged in the first direction (column direction) are connected by the first signal line 118.
  • the radio wave reflector 120 has a configuration in which multiple reflector arrays connected by a first signal line 118 are arranged in a second direction (row direction).
  • FIG. 1 shows an inset view enlarging the arrangement of four reflective elements 102 and two first and second signal lines 118 and 132.
  • Each of the four reflective elements 102 is provided with a switching element 134.
  • the switching (on and off) of the switching element 134 is controlled by a scanning signal applied to the second signal line 132.
  • the switching element 134 is turned on, the reflective element 102 is conductive with the first signal line 118 and a control signal is applied to it.
  • the switching element 134 is formed of, for example, a thin film transistor.
  • the radio wave reflecting device 100 shown in FIG. 1 can control the direction of travel of the reflected wave irradiated to the reflector 120 in the left-right direction of the drawing, centered on a reflection axis VR parallel to the first direction (column direction), and can also control the direction of travel of the reflected wave in the up-down direction of the drawing, centered on a reflection axis HR parallel to the second direction (row direction).
  • the radio wave reflecting device 100 has a reflection axis VR parallel to the first direction (column direction) and a reflection axis HR parallel to the second direction (row direction), it can control the reflection angle in the direction about the reflection axis VR as the rotation axis and in the direction about the reflection axis HR as the rotation axis.
  • FIG. 2 is a plan view showing the configuration of the reflective element 102.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along A1-A2 in FIG. 2.
  • the reflective element 102 includes a dielectric substrate 104, an opposing substrate 106, a plurality of patch electrodes 108 (108a, 108b), a conductive layer 110, a liquid crystal layer 114, a first alignment film 112a, and a second alignment film 112b.
  • the dielectric substrate 104 can also be regarded as a dielectric layer forming one layer.
  • the plurality of patch electrodes 108 are provided on the dielectric substrate (dielectric layer) 104, and the conductive layer 110 is provided on the opposing substrate 106.
  • the first alignment film 112a is provided on the dielectric substrate (dielectric layer) 104 so as to cover the plurality of patch electrodes 108
  • the second alignment film 112b is provided on the opposing substrate 106 so as to cover the conductive layer 110.
  • the multiple patch electrodes 108 and the conductive layer 110 are arranged to face each other, with a liquid crystal layer 114 provided between them.
  • a first alignment film 112a is interposed between the multiple patch electrodes 108 and the liquid crystal layer 114, and a second alignment film 112b is interposed between the conductive layer 110 and the liquid crystal layer 114.
  • the dielectric substrate (dielectric layer) 104 and the opposing substrate 106 are bonded together by a sealant.
  • the dielectric substrate (dielectric layer) 104 and the opposing substrate 106 are disposed opposite each other with a gap therebetween, and the liquid crystal layer 114 is provided within the area surrounded by the sealant.
  • the liquid crystal layer 114 is provided so as to fill the gap between the dielectric substrate (dielectric layer) 104 and the opposing substrate 106.
  • the gap between the dielectric substrate (dielectric layer) 104 and the opposing substrate 106 may be 20 to 100 ⁇ m, for example, 50 ⁇ m.
  • the gap between the first alignment film 112a and the second alignment film 112b provided on each of the dielectric substrate 104 and the opposing substrate 106 is the thickness of the liquid crystal layer 114.
  • a spacer may be provided between the dielectric substrate (dielectric layer) 104 and the opposing substrate 106 to maintain a constant distance.
  • a control signal that controls the orientation of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 114 is applied to the patch electrode 108 via the first signal line 118.
  • the control signal is a DC voltage signal or a polarity inversion signal in which a positive DC voltage and a negative DC voltage are alternately inverted.
  • the conductive layer 110 is grounded or has an intermediate level voltage of the polarity inversion signal applied to it.
  • the application of the control signal to the patch electrode 108 changes the orientation state of the liquid crystal molecules contained in the liquid crystal layer 114.
  • a liquid crystal material having dielectric anisotropy is used for the liquid crystal layer 114. For example, nematic liquid crystal, smectic liquid crystal, cholesteric liquid crystal, or discotic liquid crystal can be used as the liquid crystal layer 114.
  • the liquid crystal layer 114 having dielectric anisotropy has a dielectric constant that changes with the change in the orientation state of the liquid crystal molecules.
  • the dielectric constant of the liquid crystal layer 114 can be changed by the control signal applied to the patch electrode 108, and the reflecting element 102 can thereby delay the phase of the reflected wave when reflecting the radio wave.
  • the frequency bands of radio waves reflected by the reflective element 102 are the very high frequency (VHF) band, the ultra-high frequency (UHF) band, the super high frequency (SHF) band, the submillimeter wave (THF) band, and the extra high frequency (EHF) band.
  • VHF very high frequency
  • UHF ultra-high frequency
  • SHF super high frequency
  • THF submillimeter wave
  • EHF extra high frequency
  • FIG. 4A shows a state where no voltage is applied between the patch electrode 108 and the conductive layer 110 (referred to as the "first state").
  • FIG. 4A shows a case where the first alignment film 112a and the second alignment film 112b are horizontal alignment films.
  • the first state the long axes of the liquid crystal molecules 116 are aligned horizontally with respect to the surfaces of the patch electrode 108 and the ground electrode 110 by the first alignment film 112a and the second alignment film 112b.
  • FIG. 4B shows a state in which a control signal (voltage signal) is applied to the patch electrode 108 (referred to as the "second state").
  • the liquid crystal molecules 116 are subjected to the action of an electric field, and their long axes are oriented perpendicular to the surfaces of the patch electrode 108 and the conductive layer 110.
  • the angle at which the long axes of the liquid crystal molecules 116 are oriented can also be oriented in a direction halfway between the horizontal and vertical directions by adjusting the magnitude of the control signal applied to the patch electrode 108 (the magnitude of the voltage between the counter electrode and the patch electrode).
  • the liquid crystal layer 114 which has dielectric anisotropy, can also be considered as a variable dielectric layer.
  • the reflective element 102 can control the phase of the reflected wave by utilizing the dielectric anisotropy of the liquid crystal layer 114. Specifically, the reflective element 102 can control the phase of the reflected wave to be delayed or not delayed.
  • the amplitude of the reflected radio waves is not attenuated as much as possible.
  • the dielectric substrate (dielectric layer) 104 is formed of a dielectric material such as glass or resin. Since the phase velocity of radio waves changes when passing through a dielectric, the thickness of the dielectric substrate (dielectric layer) 104 is adjusted to prevent the amplitude of the reflected wave from attenuating.
  • the thickness of the dielectric substrate (dielectric layer) 104 can be the length from the surface of the patch electrode 108 on the liquid crystal layer 114 side to the surface of the dielectric substrate (dielectric layer) 104 opposite to the surface on which the patch electrode 108 is provided.
  • the reflective element 102 includes a plurality of patch electrodes 108.
  • the plurality of patch electrodes 108 are electrically connected to each other via a connection wiring (third connection wiring) 143.
  • a mode in which the reflective element 102 includes four patch electrodes 108 is described.
  • the plurality of patch electrodes 108 in the reflective element 102 include two first patch electrodes 108a having a relatively large size and two second patch electrodes 108b having a relatively small size. It is preferable that the size of the first patch electrode 108a is 107% or more and 140% or less of the size of the second patch electrode 108b.
  • the shape of the patch electrode 108 has rotational symmetry with respect to the center of the patch electrode 108.
  • the shape of the patch electrode 108 may have a four-fold rotational symmetry, and may have a square or rhombus shape in a planar view.
  • the four-fold rotational symmetry may be a rectangle with chamfered vertices, or a rectangle with rounded vertices.
  • the shape of the patch electrode 108 may also be a circle. In this embodiment, the patch electrode 108 is square in a planar view.
  • the anisotropy regarding the reflection of the radio wave can be reduced for the vertically polarized and horizontally polarized waves of the incident radio wave.
  • the polarization of the vertically polarized and horizontally polarized waves can be suppressed, and the vertically polarized and horizontally polarized waves can be uniformly reflected.
  • the size of the patch electrode 108 may be approximately 3.0 mm x approximately 3.0 mm to approximately 4.5 mm x approximately 4.5 mm.
  • the center of the first patch electrode 108a and the center of the second patch electrode 108b are arranged to be aligned in a straight line in the first direction.
  • the center of the first patch electrode 108a and the center of the second patch electrode 108b are arranged to be aligned in a straight line in the second direction.
  • each reflecting element 102 includes multiple patch electrodes 108 (first patch electrode 108a and second patch electrode 108b) of different sizes, which can suppress attenuation of the amplitude of the reflected wave, increase the amount of phase change of the reflected wave, and increase the amount of variation in the direction in which the radio wave is reflected.
  • patch electrodes 108 when there is no need to particularly distinguish between the first patch electrode 108a and the second patch electrode 108b, they will simply be referred to as patch electrodes 108.
  • the two first patch electrodes 108a are arranged substantially diagonally from each other.
  • the two second patch electrodes 108b are arranged substantially diagonally from each other. It is preferable that the two first patch electrodes 108a and the two second patch electrodes 108b are arranged such that when the reflecting element 102 is rotated by 90°, that is, when the radio wave reflecting device 100 is rotated by 90°, the positions of the first patch electrode 108a and the second patch electrode 108b are symmetrical before and after the rotation.
  • the two first patch electrodes 108a and the two second patch electrodes 108b are electrically connected to each other via the connection wiring 143.
  • the two first patch electrodes 108a and the two second patch electrodes 108b are shorted to each other. Therefore, a control signal of the same voltage is applied to the two first patch electrodes 108a and the two second patch electrodes 108b.
  • the conductive layer 110 may have a shape that extends over almost the entire surface of the opposing substrate 106 so as to have an area larger than that of the patch electrode 108.
  • connection wiring 143 connects the one first patch electrode 108a connected to the switching element 134 to the other first patch electrode 108a and the two second patch electrodes 108b.
  • the connection wiring 143 may have a cross shape consisting of two extension parts inclined at a predetermined angle with respect to the first direction and the second direction.
  • the angle of the extension parts with respect to the first direction and the second direction may be about ⁇ 45°.
  • the shape of the connection wiring 143 is not limited to a cross shape.
  • the patch electrode 108 connected to the switching element 134 is not limited to the first patch electrode 108a.
  • FIG. 5 shows an example of a cross-sectional structure of a part of the reflective element 102, including a patch electrode 108 to which a switching element 134 is connected.
  • the switching element 134 is provided on a dielectric substrate (dielectric layer) 104.
  • the switching element 134 is a thin-film transistor, and has a structure in which a first gate electrode 138, a second gate insulating layer 146, a semiconductor layer 142, a second gate insulating layer 146, and a second gate electrode 148 are stacked.
  • An undercoat layer 136 may be provided between the first gate electrode 138 and the dielectric substrate (dielectric layer) 104.
  • a first signal line 118 is provided between the first gate insulating layer 140 and the second gate insulating layer 146.
  • the first signal line 118 is provided so as to contact the semiconductor layer 142.
  • a first connection wiring 144 and a third connection wiring (connection wiring) 143 are provided in the same layer as the conductive layer that forms the first signal line 118.
  • the first connection wiring 144 is provided so as to contact the semiconductor layer 142.
  • the connection structure of the first signal line 118 and the first connection wiring 144 to the semiconductor layer 142 shows a structure in which one wiring is connected to the source of the transistor and the other wiring is connected to the drain.
  • a first interlayer insulating layer 150 is provided so as to cover the switching element 134 and the third connection wiring (connection wiring) 143.
  • a second signal line 132 is provided on the first interlayer insulating layer 150.
  • the second signal line 132 is connected to the second gate electrode 148 through a contact hole formed in the first interlayer insulating layer 150.
  • the first gate electrode 138 and the second gate electrode 148 are electrically connected to each other in an area that does not overlap with the semiconductor layer 142.
  • a second connection wiring 152 is provided on the first interlayer insulating layer 150 using the same conductive layer as the second signal line 132.
  • the second connection wiring 152 is connected to the first connection wiring 144 through a contact hole formed in the first interlayer insulating layer 150.
  • a second interlayer insulating layer 154 is provided to cover the second signal line 132 and the second connection wiring 152.
  • a planarization layer 156 is further provided to fill the step of the switching element 134. By providing the planarization layer 156, the patch electrode 108 can be formed without being affected by the arrangement of the switching element 134.
  • a passivation layer 158 is provided on the flat surface of the planarization layer 156. The patch electrode 108 is provided on the passivation layer 158. The patch electrode 108 is connected to the second connection wiring 152 through a contact hole that penetrates the passivation layer 158, the planarization layer 156, and the second interlayer insulating layer 154.
  • the patch electrode 108 is also connected to the third connection wiring (connection wiring) 143 through a contact hole that penetrates the second interlayer insulating layer 154, the first interlayer insulating layer 150, and the second gate insulating layer 146.
  • the third connection wiring (connection wiring) 143 is extended and connected to another patch electrode 108 (not shown in FIG. 5) included in the same reflecting element 102 as the patch electrode 108 to which the switching element 134 is connected.
  • a first alignment film 112a is provided on the patch electrode 108.
  • the opposing substrate 106 is provided with a conductive layer 110 and a second alignment film 112b.
  • the surface of the dielectric substrate (dielectric layer) 104 on which the switching element 134 and the patch electrode 108 are provided faces the surface of the opposing substrate 106 on which the conductive layer 110 is provided, and the liquid crystal layer 114 is provided therebetween.
  • the thickness of the dielectric substrate (dielectric layer) 104 can be the length from the surface of the patch electrode 108 on the liquid crystal layer 114 side to the surface of the dielectric substrate (dielectric layer) 104 opposite to the surface on which the patch electrode 108 is provided.
  • the thickness of the dielectric substrate (dielectric layer) 104 can take into account at least one insulating layer (undercoat layer 136, first gate insulating layer 140, second gate insulating layer 146, first interlayer insulating layer 150, second interlayer insulating layer 154, planarization layer 156, passivation layer 158) between the patch electrode 108 and the dielectric substrate (dielectric layer) 104.
  • the undercoat layer 136 is formed, for example, of a silicon oxide film.
  • the first gate insulating layer 140 and the second gate insulating layer 146 are formed, for example, of a silicon oxide film or a laminated structure of a silicon oxide film and a silicon nitride film.
  • the semiconductor layer is formed of an oxide semiconductor including a silicon semiconductor such as amorphous silicon or polycrystalline silicon, and a metal oxide such as indium oxide, zinc oxide, or gallium oxide.
  • the first gate electrode 138 and the second gate electrode 148 may be composed of, for example, molybdenum (Mo), tungsten (W), or an alloy thereof.
  • the first signal line 118, the second signal line 132, the first connection wiring 144, the second connection wiring 152, and the third connection wiring 143 are formed using a metal material such as titanium (Ti), aluminum (Al), or molybdenum (Mo).
  • a metal material such as titanium (Ti), aluminum (Al), or molybdenum (Mo).
  • it may be configured with a titanium (Ti)/aluminum (Al)/titanium (Ti) laminated structure, or a molybdenum (Mo)/aluminum (Al)/molybdenum (Mo) laminated structure.
  • the line width of the third connection wiring 143 is preferably 10 ⁇ m or less.
  • the planarization layer 156 is formed of a resin material such as acrylic or polyimide.
  • the passivation layer 158 is formed of, for example, a silicon nitride film.
  • the patch electrode 108 and the ground electrode 110 are formed of a metal film such as aluminum (Al) or copper (Cu), or a transparent conductive film such as indium tin oxide (ITO).
  • a specific reflecting element 102 can be selected from the multiple reflecting elements 102 arranged in a matrix and a control signal can be applied to the patch electrode 108 of the selected reflecting element.
  • a control signal can be applied to each of the multiple reflecting elements 102 arranged along the first direction (column direction) or the reflecting elements 102 arranged along the second direction (row direction), and for example, when the reflector 120 is upright, the reflection direction of the reflected wave can be controlled in the left-right and up-down directions.
  • the third connection wiring (connection wiring) 143 is formed in the same layer as the conductive layer that forms the first signal line 118 and the first connection wiring 144, but this embodiment is not limited to this.
  • the third connection wiring (connection wiring) 143 may be formed in the same layer as the conductive layer that forms the second signal line 132 and the second connection wiring 152.
  • one switching element is provided for each patch electrode, and a scanning signal is applied from the corresponding second signal line (scanning line).
  • the multiple patch electrodes 108 two first patch electrodes 108a and two second patch electrodes 108b included in one reflective element 102 are electrically connected to each other by the connection wiring 143. Therefore, one switching element 134 is sufficient for applying a control signal to the multiple patch electrodes 108 included in one reflective element 102. Therefore, in this embodiment, the number of switching elements 134 directly connected to the patch electrodes 108 in one reflective element 102 can be reduced compared to the conventional method.
  • the number of switching elements 134 directly connected to the patch electrodes 108 can also be reduced. As a result, unnecessary power consumption and excess voltage output from the external IC can be reduced.
  • the radio wave reflecting device 100 of this embodiment can be used to reflect radio waves in the 24 GHz to 53 GHz (millimeter wave band), such as the 28 GHz, 39 GHz, and 47 GHz wave bands, in a desired direction.
  • 24 GHz to 53 GHz millimeter wave band
  • the switching element 134 connected to the patch electrode 108 is disposed in the lower left of the figure.
  • the position of the switching element 134 is not limited to this.
  • the switching element 134 may be disposed in a position approximately in the center of the reflecting element 102.
  • FIG. 6 is a circuit diagram showing the reflective element 102 according to this modified example.
  • the switching element 134 may be disposed in an approximately central position.
  • the connection wiring (third connection wiring) 143 that connects the patch electrodes 108 may be provided in the same layer as the patch electrodes 108.
  • the patch electrode 108 that is directly connected to the switching element 134 may be the first patch electrode 108a or the second patch electrode 108b.
  • one switching element 134 is provided for each reflective element 102.
  • the number of switching elements 134 is not limited to one.
  • FIG. 7 is a circuit diagram of the reflective element 102A according to this modified example.
  • the reflective element 102A may be provided with two switching elements 134-1 and 134-2.
  • the two switching elements 134-1 and 134-2 are directly connected to two patch electrodes 108 located diagonally opposite each other in the reflective element 102A.
  • the patch electrode 108 to which the switching elements 134-1 and 134-2 are connected may be the first patch electrode 108a or the second patch electrode 108b.
  • a control signal is applied to the patch electrode 108 of the reflective element 102A
  • a scanning signal is applied to the two switching elements 134-1 and 134-2 simultaneously via the two second signal lines 132-n-1 and 132-n-2 corresponding to the reflective element 102A.
  • control signals of the same potential are supplied from the two first signal lines 118-n-1 and 118-n-2 corresponding to the reflecting element 102A to the patch electrodes 108 connected via the switching elements 134-1 and 134-2, respectively.
  • the patch electrodes 108 directly connected to the switching elements 134-1 and 134-2 may be the first patch electrodes 108a or the second patch electrodes 108b.
  • two switching elements 134-1 and 134-2 are connected to two patch electrodes 108 located diagonally opposite each other. Therefore, while the number of switching elements used in the reflecting element 102A can be reduced compared to the conventional method, the potentials of the four patch electrodes 108 to which control signals are applied within the reflecting element 102A can be brought closer to an equipotential, improving symmetry.
  • radio wave reflecting device and reflecting element exemplified as one embodiment of the present invention can be combined as appropriate as long as they are not mutually inconsistent.
  • those in which a person skilled in the art has appropriately added or deleted components or modified the design, or added or omitted processes or modified conditions based on the radio wave reflecting device and reflecting element disclosed in this specification and drawings, are also included in the scope of the present invention as long as they include the gist of the present invention.
  • 100 radio wave reflecting device, 102, 102A: reflecting element, 104: dielectric substrate, 106: opposing substrate, 108: patch electrode, 108a: first patch electrode, 108b: second patch electrode, 110: conductive layer, 112a: first alignment film, 112b: second alignment film, 114: liquid crystal layer, 116: liquid crystal molecules, 118: first signal line, 120: reflector, 122: peripheral region, 124: first driving circuit, 126: terminal portion, 128: sealing material, 130: Second driving circuit, 132: second signal line, 134: switching element, 136: undercoat layer, 138: first gate electrode, 140: first gate insulating layer, 142: semiconductor layer, 143: connection wiring (third connection wiring), 144: first connection wiring, 146: second gate insulating layer, 148: second gate electrode, 150: first interlayer insulating layer, 152: second connection wiring, 154: second interlayer insulating layer, 156: planarization layer, 158: passivation layer

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

電波反射装置は、複数の反射素子と、第１方向に延長され、制御信号を供給する第１信号線と、前記第１方向とは異なる第２方向に延長され、走査信号を供給する第２信号線と、を備え、前記複数の反射素子はそれぞれ、互いに電気的に接続され、異なるサイズを有する複数のパッチ電極と、前記複数のパッチ電極から離隔して配置され、前記複数のパッチ電極に対向する導電層と、前記複数のパッチ電極のそれぞれと前記導電層との間に配置された液晶層と、前記第１信号線及び前記第２信号線に接続され、前記制御信号に基づいて、前記複数のパッチ電極と前記第１信号線とを電気的に接続するスイッチング素子と、を有する。

Description

電波反射装置
　本発明の一実施形態は、電波反射装置に関する。
　フェーズドアレイアンテナ（Ｐｈａｓｅｄ　Ａｒｒａｙ　Ａｎｔｅｎｎａ）装置は、面状に配列された複数のアンテナ素子のそれぞれに対し、印加する高周波信号の振幅と位相を調整することでアンテナを固定した状態で指向性を制御している。フェーズドアレイアンテナ装置は移相器を必要とする。液晶の配向状態による誘電率の変化を利用した移相器を用いたフェーズドアレイアンテナ装置が開示されている（例えば、特許文献１、及び特許文献２）。
特開平１１－１０３２０１号公報 特表２０１９－５３０３８７号公報
　現在、第５世代通信（５Ｇ）の普及が進められているが、５Ｇの高速大容量通信に使用される高周波のミリ波帯の電波（２４ＧＨｚ～２９ＧＨｚ）は、情報容量は大きいものの、直進性が高く到達距離が短い。そのため、建築物の陰などのエリアでは電波が遮蔽され、通信品質が低下するという問題があった。電波基地局や中継機器等を増設すると、設置に伴う費用が発生し、設置場所を確保する必要が生じる。そこで、電波が到達しにくいエリアに向かって電波を反射させる電波反射板を設置することにより、コストを抑えながら通信品質を改善することが提案されている。
　誘電率が一定の材料を用いた電波反射板は、反射方向が固定である。一方、液晶材料を誘電体として用いる電波反射板では、液晶に印加する電圧を調整することにより液晶の誘電率を変化させ、電波の反射方向を変化させることができる。液晶材料を誘電体として用いる電波反射板は、位相差量が不十分の場合、電波を反射する反射方向の可変量が制限される。そこで、異なるサイズのパッチ電極を配置させることで、反射方向の可変量を増加させる工夫がなされている。
　異なるサイズのパッチ電極には、同一の電圧が印加されるにもかかわらず、一つのパッチ電極につき、一つのスイッチング素子が設けられている。そのため、不必要な電力消費、及びＩＣからの余分な電圧出力が生じている。
　このような問題に鑑み、本発明の一実施形態は、電力消費が削減された電波反射装置を提供することを目的の一つとする。
　本発明の一実施形態に係る電波反射装置は、複数の反射素子と、第１方向に延長され、制御信号を供給する第１信号線と、前記第１方向とは異なる第２方向に延長され、走査信号を供給する第２信号線と、を備え、前記複数の反射素子はそれぞれ、互いに電気的に接続され、異なるサイズを有する複数のパッチ電極と、前記複数のパッチ電極から離隔して配置され、前記複数のパッチ電極に対向する導電層と、前記複数のパッチ電極のそれぞれと前記導電層との間に配置された液晶層と、前記第１信号線及び前記第２信号線に接続され、前記制御信号に基づいて、前記複数のパッチ電極と前記第１信号線とを電気的に接続するスイッチング素子と、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平面図である。 本発明の一実施形態に係る反射素子の構成を示す平面図である。 図２のＡ１－Ａ２に沿った断面図である。 反射素子のパッチ電極と導電層との間に電圧が印加されない状態を説明するための図である。 反射素子のパッチ電極に制御信号が印加された状態を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る反射素子の一部の断面図である。 一変形例に係る反射素子の構成を示す回路図である。 一変形例に係る反射素子の構成を示す回路図である。
　以下、本発明の実施形態を、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、重複する説明を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。
［電波反射装置］
　図１は、本発明の一実施形態に係る電波反射装置１００の構成を示す平面図である。電波反射装置１００は電波反射板１２０を有する。電波反射板１２０は複数の反射素子１０２により構成される。複数の反射素子１０２は、例えば、第１方向（例えば、列方向）、及び第１方向とは異なる第２方向（例えば、行方向）に配列される。反射素子１０２は、後述する複数のパッチ電極１０８が電波の入射面に向くように配置される。電波反射板１２０は平板状であり、この平板状の面内に各反射素子１０２の複数のパッチ電極１０８が第１方向及び第２方向に沿ってマトリクス状に配列される。
　電波反射装置１００は、一つの誘電体基板（誘電体層）１０４に複数の反射素子１０２が集積化された構造を有する。図１に示すように、電波反射装置１００は、後述する複数のパッチ電極１０８が配列された誘電体基板（誘電体層）１０４と、導電層１１０が設けられた対向基板１０６とがパッチ電極１０８と導電層１１０とが対向するように重ねて配置され、２つの基板間に液晶層（図示せず）が設けられた構造を有する。電波反射板１２０は、複数のパッチ電極１０８と導電層１１０とが重畳する領域に形成される。誘電体基板（誘電体層）１０４と対向基板１０６とは、シール材１２８で貼り合わされており、液晶層はシール材１２８の内側の領域に設けられる。
　誘電体基板（誘電体層）１０４は対向基板１０６と対向する領域に加え、対向基板１０６より外側に広がる周辺領域１２２を有する。周辺領域１２２には第１駆動回路１２４及び端子部１２６が設けられる。第１駆動回路１２４はパッチ電極１０８に制御信号を出力する。端子部１２６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。端子部１２６には第１駆動回路１２４を制御する信号が入力される。
　上記のように、誘電体基板（誘電体層）１０４には複数のパッチ電極１０８が第１方向（列方向）及び第２方向（行方向）に配列される。誘電体基板（誘電体層）１０４には、第１方向に延長される複数の第１信号線１１８と、第２方向に伸びる複数の第２信号線１３２が配設される。複数の第１信号線１１８と複数の第２信号線１３２は図示されない絶縁層を挟んで交差するように配置される。複数の第１信号線１１８は第１駆動回路１２４に接続され、複数の第２信号線１３２は第２駆動回路１３０に接続される。第１駆動回路１２４は制御信号を出力し、第２駆動回路１３０は走査信号を出力する。第１信号線１１８は、第１方向（列方向）に配列する複数の反射素子１０２と電気的に接続される。換言すれば、第１方向（列方向）に配列する複数の反射素子１０２は第１信号線１１８により連結される。電波反射板１２０は、第１信号線１１８によって連結された一列の反射素子アレイが第２方向（行方向）に複数個配列された構成を有する。
　図１では、４つの反射素子１０２と、２つの第１信号線１１８及び第２信号線１３２の配置を拡大した挿入図を示す。４つの反射素子１０２のそれぞれにはスイッチング素子１３４が設けられる。スイッチング素子１３４のスイッチング（オン及びオフ）は第２信号線１３２に印加される走査信号により制御される。スイッチング素子１３４がオンになった反射素子１０２は、第１信号線１１８と導通して制御信号が印加される。スイッチング素子１３４は、例えば、薄膜トランジスタで形成される。このような構成によれば、第２方向（行方向）に配列する複数のパッチ電極１０８を行ごとに選択し、各行に異なる電圧レベルの制御信号を印加することができる。
　図１に示す電波反射装置１００は、反射板１２０に照射された電波を、第１方向（列方向）に平行な反射軸ＶＲを中心として図面の左右方向に反射波の進行方向を制御することができることに加え、第２方向（行方向）に平行な反射軸ＨＲを中心として図面の上下方向へも反射波の進行方向を制御することができる。すなわち、電波反射装置１００は、第１方向（列方向）に平行な反射軸ＶＲと、第２方向（行方向）に平行な反射軸ＨＲを有するため、反射軸ＶＲを回転軸とした方向、反射軸ＨＲを回転軸とした方向に反射角を制御することができる。
　図２は、反射素子１０２の構成を示す平面図である。図３は、図２のＡ１－Ａ２に沿った断面図である。図２及び図３を参照すると、反射素子１０２は、誘電体基板１０４、対向基板１０６、複数のパッチ電極１０８（１０８ａ，１０８ｂ）、導電層１１０、液晶層１１４、第１配向膜１１２ａ、第２配向膜１１２ｂを含む。反射板素子１０２の中で誘電体基板１０４は一つの層をなすものとして誘電体層とみなすこともできる。複数のパッチ電極１０８は誘電体基板（誘電体層）１０４に設けられ、導電層１１０は対向基板１０６に設けられる。誘電体基板（誘電体層）１０４には複数のパッチ電極１０８を覆うように第１配向膜１１２ａが設けられ、対向基板１０６には導電層１１０を覆うように第２配向膜１１２ｂが設けられる。複数のパッチ電極１０８と導電層１１０とは対向するように配置され、両者の間に液晶層１１４が設けられる。複数のパッチ電極１０８と液晶層１１４との間には第１配向膜１１２ａが介在し、導電層１１０と液晶層１１４との間には第２配向膜１１２ｂが介在する。
　図示はされないが、誘電体基板（誘電体層）１０４と対向基板１０６とは、シール材により貼り合わされる。誘電体基板（誘電体層）１０４と対向基板１０６とは間隙を有するように対向配置され、液晶層１１４はシール材で囲まれる領域内に設けられる。液晶層１１４は誘電体基板（誘電体層）１０４と対向基板１０６との間隙を充填するように設けられる。誘電体基板（誘電体層）１０４と対向基板１０６との間隔は２０～１００μｍであってもよく、例えば、５０μｍである。誘電体基板（誘電体層）１０４と対向基板１０６との間には、パッチ電極１０８、接地電極１１０、第１配向膜１１２ａ、第２配向膜１１２ｂが設けられるため、正確には誘電体基板１０４と対向基板１０６の各々に設けられた第１配向膜１１２ａ及び第２配向膜１１２ｂの間の間隔が液晶層１１４の厚さである。なお、図示はされないが、誘電体基板（誘電体層）１０４と対向基板１０６との間には間隔を一定に保つためのスペーサが設けられていてもよい。
　パッチ電極１０８には液晶層１１４の液晶分子の配向を制御する制御信号が第１信号線１１８を介して印加される。制御信号は直流電圧の信号、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信号である。導電層１１０は接地又は極性反転信号の中間レベルの電圧が印加される。パッチ電極１０８に制御信号が印加されることで液晶層１１４に含まれる液晶分子の配向状態が変化する。液晶層１１４には誘電異方性を有する液晶材料が用いられる。例えば、液晶層１１４として、ネマチック液晶、スメクチック液晶、コレステリック液晶、ディスコティック液晶を用いることができる。誘電異方性を有する液晶層１１４は、液晶分子の配向状態の変化により誘電率が変化する。パッチ電極１０８に印加する制御信号によって液晶層１１４の誘電率を変化させることができ、それによって反射素子１０２は、電波を反射するときに反射波の位相を遅延させることができる。
　反射素子１０２が反射する電波の周波数帯は、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）帯である。液晶層１１４の液晶分子はパッチ電極１０８に印加される制御信号に応答して液晶分子の配向が変化するが、パッチ電極１０８に照射される電波の周波数にはほとんど追従しない。したがって、反射素子１０２は、電波の影響を受けずに反射する電波の位相を制御することができる。
　図４Ａは、パッチ電極１０８と導電層１１０との間に電圧が印加されない状態（「第１状態」とする）を示す。図４Ａは、第１配向膜１１２ａ及び第２配向膜１１２ｂが水平配向膜である場合を示す。第１状態における液晶分子１１６の長軸は、第１配向膜１１２ａ及び第２配向膜１１２ｂによりパッチ電極１０８及び接地電極１１０の表面に対して水平に配向している。
　図４Ｂは、パッチ電極１０８に制御信号（電圧信号）が印加された状態（「第２状態」とする）を示す。第２状態において、液晶分子１１６は電界の作用を受けて長軸がパッチ電極１０８及び導電層１１０の表面に対し垂直に配向する。液晶分子１１６の長軸が配向する角度は、パッチ電極１０８に印加する制御信号の大きさ（対向電極とパッチ電極間の電圧の大きさ）を調節することによって、水平方向と垂直方向の中間の方向に配向させることもできる。
　液晶分子１１６が正の誘電異方性を有する場合、第１状態よりも第２状態の方が、誘電率が大きくなる。また、液晶分子１１６が負の誘電異方性を有する場合、第１状態よりも第２状態の方が見かけ上の誘電率が小さくなる。誘電異方性を有する液晶層１１４は、可変誘電体層とみなすこともできる。反射素子１０２は、液晶層１１４の誘電異方性を利用して、反射波の位相を制御することができる。具体的には、反射素子１０２は、反射波の位相を遅らせる又は遅らせないように制御することができる。
　反射素子１０２は、電波を所定の方向に反射する際に、反射した電波の振幅がなるべく減衰しないことが好ましい。図３に示す構造から明らかなように、空中を伝搬する電波が反射素子１０２で反射されるとき電波は誘電体基板（誘電体層）１０４を２回通過する。誘電体基板（誘電体層）１０４は、例えば、ガラス、樹脂などの誘電体材料で形成される。電波は誘電体の中を通過するとき位相速度が変化するので、反射波の振幅が減衰しないようにするためには誘電体基板（誘電体層）１０４の厚さを調整する。尚、ここで、誘電体基板（誘電体層）１０４の厚さは、パッチ電極１０８の液晶層１１４側の表面から誘電体基板（誘電体層）１０４のパッチ電極１０８が設けられる面とは反対側の面までの長さとすることができる。
　図２に戻ると、反射素子１０２は、複数のパッチ電極１０８を含む。複数のパッチ電極１０８は、接続配線（第３接続配線）１４３を介して互いに電気的に接続されている。本実施形態では一例として、反射素子１０２が４つのパッチ電極１０８を含む態様を説明する。本実施形態では、反射素子１０２において、複数のパッチ電極１０８は、相対的に大きなサイズを有する２つの第１パッチ電極１０８ａと、相対的に小さなサイズを有する２つの第２パッチ電極１０８ｂを含む。第１パッチ電極１０８ａのサイズは、第２パッチ電極１０８ｂのサイズに対して、１０７％以上１４０％以下であることが好ましい。
　パッチ電極１０８の形状は、パッチ電極１０８の中心に対して回転対称性を有する形状であることが好ましい。例えば、パッチ電極１０８の形状は、４回回転対称な形状であってもよく、平面視で正方形又はひし形の形状を有してもよい。また、４回回転対称な形状として、各頂点が面取りされた四角形であってもよいし、各頂点が丸みを帯びた四角形であってもよい。また、パッチ電極１０８の形状は、円形であってもよい。本実施形態では、パッチ電極１０８が平面視で正方形である場合を示す。パッチ電極１０８の形状が、パッチ電極１０８の中心に対して回転対称性を有することにより、入射する電波の垂直偏波及び水平偏波に対して電波の反射に関する異方性を小さくできる。すなわち、垂直偏波及び水平偏波の偏りを抑制して、垂直偏波及び水平偏波を均一に反射させることができる。尚、２４ＧＨｚ～２９ＧＨｚのミリ波帯の電波を反射する場合、パッチ電極１０８の形状が正方形であれば、パッチ電極１０８のサイズは、約３．０ｍｍ×約３．０ｍｍ～約４．５ｍｍ×約４．５ｍｍ程度であってもよい。
　第１方向に沿って配置される第１パッチ電極１０８ａ及び第２パッチ電極１０８ｂにおいて、第１パッチ電極１０８ａの中心と、第２パッチ電極１０８ｂの中心とは、第１方向に直線上に並ぶように配置されている。第２方向に沿って配置される第１パッチ電極１０８ａ及び第２パッチ電極１０８ｂにおいて、第１パッチ電極１０８ａの中心と、第２パッチ電極１０８ｂの中心とは、第２方向に直線上に並ぶように配置されている。
　上述したように、本実施形態では、各反射素子１０２がサイズの異なる複数のパッチ電極１０８（第１パッチ電極１０８ａ及び第２パッチ電極１０８ｂ）を含むことにより、反射波の振幅の減衰を抑制できるとともに、反射波の位相変化量を拡大させ、電波を反射させる方向の可変量を増大させることができる。以降の説明において、第１パッチ電極１０８ａと第２パッチ電極１０８ｂとを特に区別する必要がない場合には、単にパッチ電極１０８と記載する。
　反射素子１０２において、２つの第１パッチ電極１０８ａは、互いに略対角線上に配置される。同様に、反射素子１０２において、２つの第２パッチ電極１０８ｂは、互いに略対角線上に配置される。２つの第１パッチ電極１０８ａ及び２つの第２パッチ電極１０８ｂはそれぞれ、反射素子１０２を９０°回転させた場合、つまり、電波反射装置１００を９０°回転させた場合に、回転の前後で第１パッチ電極１０８ａ及び第２パッチ電極１０８ｂそれぞれの配置位置が対称となるように配置されることが好ましい。反射素子１０２において、第１パッチ電極１０８ａ及び第２パッチ電極１０８ｂの配置位置の対称性をとることにより、反射素子１０２が電波を反射するときに反射波の偏波のバランスをとることができる。
　上述したように、反射素子１０２において、２つの第１パッチ電極１０８ａ及び２つの第２パッチ電極１０８ｂは、接続配線１４３を介して互いに電気的に接続される。換言すると、２つの第１パッチ電極１０８ａ及び２つの第２パッチ電極１０８ｂは、互いにショートしている。したがって、２つの第１パッチ電極１０８ａ及び２つの第２パッチ電極１０８ｂには、同電圧の制御信号が印加される。
　導電層１１０の形状には特段の限定はなく、パッチ電極１０８よりも広い面積を有するように対向基板１０６の略全面に広がる形状を有してもよい。
　図２においては、反射素子１０２における２つの第１パッチ電極１０８ａのうち、図中の左下に配置された一方の第１パッチ電極１０８ａがスイッチング素子１３４に接続されている。スイッチング素子１３４に接続された第１パッチ電極１０８ａには、対応する第１信号線１１８を介して制御信号が印加される。印加された制御信号は、接続配線１４３を介して他方の第１パッチ電極１０８ａ及び２つの第２パッチ電極１０８ｂに印加される。接続配線１４３は、スイッチング素子１３４に接続された一方の第１パッチ電極１０８ａと、他方の第１パッチ電極１０８ａ及び２つの第２パッチ電極１０８ｂとを接続する。接続配線１４３は、第１方向及び第２方向に対して所定の角度傾いた２つの延在部からなる十字形状を有してもよい。第１方向及び第２方向に対する延在部の角度は、±約４５°であってもよい。接続配線１４３の形状は十字状に限定されるわけではない。また、スイッチング素子１３４に接続されるパッチ電極１０８は、第１パッチ電極１０８ａに限定されるわけではない。
　図５は、スイッチング素子１３４が接続されたパッチ電極１０８を含む、反射素子１０２の一部の断面構造の一例を示す。スイッチング素子１３４は誘電体基板（誘電体層）１０４に設けられる。スイッチング素子１３４は薄膜トランジスタであり、第１ゲート電極１３８、第２ゲート絶縁層１４６、半導体層１４２、第２ゲート絶縁層１４６、第２ゲート電極１４８が積層された構造を有する。第１ゲート電極１３８と誘電体基板（誘電体層）１０４との間にはアンダーコート層１３６が設けられていてもよい。第１ゲート絶縁層１４０と第２ゲート絶縁層１４６との間に第１信号線１１８が設けられる。第１信号線１１８は、半導体層１４２と接するように設けられる。また、第１信号線１１８を形成する導電層と同じ層で第１接続配線１４４及び第３接続配線（接続配線）１４３が設けられる。第１接続配線１４４は半導体層１４２と接するように設けられる。第１信号線１１８及び第１接続配線１４４の半導体層１４２に対する接続構造は、一方の配線がトランジスタのソースに接続され、もう一方の配線がドレインに接続された構造を示す。
　スイッチング素子１３４及び第３接続配線（接続配線）１４３を覆うように第１層間絶縁層１５０が設けられる。第１層間絶縁層１５０の上に第２信号線１３２が設けられる。第２信号線１３２は、第１層間絶縁層１５０に形成されたコンタクトホールを介して第２ゲート電極１４８と接続される。なお、図示されないが、第１ゲート電極１３８と第２ゲート電極１４８とは半導体層１４２と重ならない領域で相互に電気的に接続されている。第１層間絶縁層１５０の上には、第２信号線１３２と同じ導電層で第２接続配線１５２が設けられる。第２接続配線１５２は、第１層間絶縁層１５０に形成されたコンタクトホールを介して第１接続配線１４４と接続される。
　第２信号線１３２及び第２接続配線１５２を覆うように第２層間絶縁層１５４が設けられる。さらにスイッチング素子１３４の段差を埋めるように平坦化層１５６が設けられる。平坦化層１５６を設けることにより、スイッチング素子１３４の配置に影響を受けずにパッチ電極１０８を形成することができる。平坦化層１５６の平坦な表面の上にパッシベーション層１５８が設けられる。パッチ電極１０８はパッシベーション層１５８の上に設けられる。パッチ電極１０８は、パッシベーション層１５８、平坦化層１５６、及び第２層間絶縁層１５４を貫通するコンタクトホールを介して第２接続配線１５２と接続される。また、パッチ電極１０８は、第２層間絶縁層１５４、第１層間絶縁層１５０及び第２ゲート絶縁層１４６を貫通するコンタクトホールを介して第３接続配線（接続配線）１４３と接続される。第３接続配線（接続配線）１４３は延長されて、スイッチング素子１３４が接続されたパッチ電極１０８と同一の反射素子１０２に含まれる他のパッチ電極１０８（図５においては図示せず）と接続される。パッチ電極１０８の上に第１配向膜１１２ａが設けられる。
　対向基板１０６は、図３に示したように、導電層１１０、第２配向膜１１２ｂが設けられる。誘電体基板（誘電体層）１０４のスイッチング素子１３４及びパッチ電極１０８が設けられた面が対向基板１０６の導電層１１０が設けられた面が対向するように配置され、その間に液晶層１１４が設けられる。誘電体基板（誘電体層）１０４の厚さは、パッチ電極１０８の液晶層１１４側の表面から誘電体基板（誘電体層）１０４のパッチ電極１０８が設けられる面とは反対側の面までの長さとすることができる。この場合、誘電体基板（誘電体層）１０４の厚さとしては、パッチ電極１０８と誘電体基板（誘電体層）１０４との間にある少なくとも１層の絶縁層（アンダーコート層１３６、第１ゲート絶縁層１４０、第２ゲート絶縁層１４６、第１層間絶縁層１５０、第２層間絶縁層１５４、平坦化層１５６、パッシベーション層１５８）を考慮に入れることができる。
　誘電体基板（誘電体層）１０４に形成される各層は以下のような材料を用いて形成される。アンダーコート層１３６は、例えば、シリコン酸化膜で形成される。第１ゲート絶縁層１４０、第２ゲート絶縁層１４６は、例えば、酸化シリコン膜、又は酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層構造で形成される。半導体層は、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で形成される。第１ゲート電極１３８及び第２ゲート電極１４８は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）又はこれらの合金で構成されてもよい。第１信号線１１８、第２信号線１３２、第１接続配線１４４、第２接続配線１５２、及び第３接続配線１４３は、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）などの金属材料を用いて形成される。例えば、チタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａｌ）／チタン（Ｔｉ）の積層構造、又はモリブデン（Ｍｏ）／アルミニウム（Ａｌ）／モリブデン（Ｍｏ）の積層構造で構成されてもよい。また、第３接続配線１４３による電波干渉を防ぐために、第３接続配線１４３の線幅は１０μｍ以下が好ましい。平坦化層１５６は、アクリル、ポリイミドなどの樹脂材料で形成される。パッシベーション層１５８は、例えば、窒化シリコン膜などで形成される。パッチ電極１０８及び接地電極１１０は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）などの金属膜、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などの透明導電膜で形成される。
　図５に示すように、第２信号線１３２をスイッチング素子１３４として用いるトランジスタのゲートに接続し、第１信号線１１８を当該トランジスタのソース及びドレインの一方に接続し、パッチ電極１０８をソース及びドレインの他方に接続することで、マトリクス状に配列された複数の反射素子１０２の中から所定の反射素子１０２を選択して、選択された反射素子のパッチ電極１０８に制御信号を印加することができる。そして、反射板１２０の中の個々の反射素子１０２ごとに設けられるスイッチング素子１３４により、第１方向（列方向）に沿って配列される複数の反射素子１０２、又は第２方向（行方向）に沿って配列される反射素子１０２ごとに制御信号を印加することができ、例えば、反射板１２０が直立しているとき、左右方向及び上下方向に反射波の反射方向を制御することができる。
　図５では、第３接続配線（接続配線）１４３が、第１信号線１１８及び第１接続配線１４４を形成する導電層と同じ層で形成される場合を説明したが、本実施形態はこれに限定されるわけではない。例えば、第３接続配線（接続配線）１４３は、第２信号線１３２及び第２接続配線１５２を形成する同演奏と同じ層で形成されてもよい。
　従来、一つのパッチ電極につき、一つのスイッチング素子が設けられており、対応する第２信号線（走査線）から走査信号が印加されていた。本実施形態では、一つの反射素子１０２に含まれる複数のパッチ電極１０８（２つの第１パッチ電極１０８ａ及び２つの第２パッチ電極１０８ｂ）は、接続配線１４３により互いに電気的に接続されている。そのため、一つの反射素子１０２に含まれる複数のパッチ電極１０８に制御信号を印加するためのスイッチング素子１３４は一つあればよい。したがって、本実施形態では、一つの反射素子１０２において、パッチ電極１０８に直接接続されるスイッチング素子１３４の数を従来よりも低減することができる。また、パッチ電極１０８に直接接続されるスイッチング素子１３４の数を低減することにより、スイッチング素子１３４に走査信号を印加するための第２信号線の数も低減することができる。その結果、不必要な電力消費、及び外部ＩＣからの余分な電圧出力を削減することができる。
　本実施形態に係る電波反射装置１００は、２８ＧＨｚ、３９ＧＨｚ、４７ＧＨｚ波帯などの２４ＧＨｚ～５３ＧＨｚ（ミリ波帯）に含まれる電波を所望の方向に反射するために使用することができる。
［変形例］
　以上、本開示の一実施形態について説明したが、本発明は以下のように、様々な態様で実施可能である。
（１）上述した実施形態では、図２に示したように、パッチ電極１０８に接続するスイッチング素子１３４が図中の左下に配置されている例を説明した。しかしながら、スイッチング素子１３４の位置はこれに限定されるわけではない。例えば、スイッチング素子１３４は、反射素子１０２の略中央の位置に設けられてもよい。
　図６は、本変形例に係る反射素子１０２を回路図で示したものである。図６に示すように、反射素子１０２において、スイッチング素子１３４は、略中央の位置に配置されてもよい。この場合、パッチ電極１０８間を接続する接続配線（第３接続配線）１４３は、パッチ電極１０８と同じ層に設けられてもよい。スイッチング素子１３４に直接接続されるパッチ電極１０８は、第１パッチ電極１０８ａでもよく、第２パッチ電極１０８ｂでもよい。
（２）上述した実施形態では、一つの反射素子１０２ごとに一つのスイッチング素子１３４が設置されている。しかしながら、スイッチング素子１３４の数は、一つに限定されるわけではない。
　図７は、本変形例に係る反射素子１０２Ａの回路図である。図７に示すように、反射素子１０２Ａは、２つのスイッチング素子１３４－１、１３４－２が設置されてもよい。この場合、２つのスイッチング素子１３４－１、１３４－２は、反射素子１０２Ａにおいて、互いに対角線上に位置する２つのパッチ電極１０８に直接接続される。スイッチング素子１３４－１、１３４－２が接続するパッチ電極１０８は、第１パッチ電極１０８ａであってもよく、第２パッチ電極１０８ｂであってもよい。反射素子１０２Ａのパッチ電極１０８に制御信号を印加する場合、該反射素子１０２Ａに対応する２つの第２信号線１３２－ｎ－１、１３２－ｎ－２を介して同時に２つのスイッチング素子１３４－１、１３４－２に走査信号を印加する。走査信号が印加されてスイッチング素子１３４－１、１３４－２が導通状態になると、反射素子１０２Ａに対応する２つの第１信号線１１８－ｎ－１、１１８－ｎ－２から同電位の制御信号がスイッチング素子１３４－１、１３４－２を介してそれぞれ接続されるパッチ電極１０８に供給される。スイッチング素子１３４－１、１３４－２に直接接続されるパッチ電極１０８は、第１パッチ電極１０８ａでもよく、第２パッチ電極１０８ｂでもよい。
　本変形例では、反射素子１０２Ａにおいて、２つのスイッチング素子１３４－１、１３４－２が互いに対角線上に位置する２つのパッチ電極１０８に接続される。そのため、従来よりも、反射素子１０２Ａで使用されるスイッチング素子の数を低減しながら、反射素子１０２Ａ内において、制御信号が印加された４つのパッチ電極１０８の電位を等電位により近づけることができ、対称性を向上させることができる。
　本発明の一実施形態として例示した電波反射装置及び反射素子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及び反射素子を基にして、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、１０２，１０２Ａ：反射素子、１０４：誘電体基板、１０６：対向基板、１０８：パッチ電極、１０８ａ：第１パッチ電極、１０８ｂ：第２パッチ電極、１１０：導電層、１１２ａ：第１配向膜、１１２ｂ：第２配向膜、１１４：液晶層、１１６：液晶分子、１１８：第１信号線、１２０：反射板、１２２：周辺領域、１２４：第１駆動回路、１２６：端子部、１２８：シール材、１３０：第２駆動回路、１３２：第２信号線、１３４：スイッチング素子、１３６：アンダーコート層、１３８：第１ゲート電極、１４０：第１ゲート絶縁層、１４２：半導体層、１４３：接続配線（第３接続配線）、１４４：第１接続配線、１４６：第２ゲート絶縁層、１４８：第２ゲート電極、１５０：第１層間絶縁層、１５２：第２接続配線、１５４：第２層間絶縁層、１５６：平坦化層、１５８：パッシベーション層
 

Claims (6)

  1. 　複数の反射素子と、
    　第１方向に延長され、制御信号を供給する第１信号線と、
    　前記第１方向とは異なる第２方向に延長され、走査信号を供給する第２信号線と、
    　を備え、
    　前記複数の反射素子はそれぞれ、
    　　互いに電気的に接続され、異なるサイズを有する複数のパッチ電極と、
    　　前記複数のパッチ電極から離隔して配置され、前記複数のパッチ電極に対向する導電層と、
    　　前記複数のパッチ電極のそれぞれと前記導電層との間に配置された液晶層と、
    　　前記第１信号線及び前記第２信号線に接続され、前記制御信号に基づいて、前記複数のパッチ電極と前記第１信号線とを電気的に接続するスイッチング素子と、
    　を有する、電波反射装置。
  2. 　前記複数のパッチ電極は、相対的に大きなサイズを有する複数の第１パッチ電極、及び相対的に小さなサイズを有する複数の第２パッチ電極を含み、
    　前記複数の第１パッチ電極の数と前記複数の第２パッチ電極の数とは同一である、請求項１に記載の電波反射装置。
  3. 　前記複数のパッチ電極は、２つの前記第１パッチ電極、及び２つの前記第２パッチ電極を含み、
    　前記第１パッチ電極の一方は、一方の前記第２パッチ電極と前記第１方向に隣接し、且つ他方の前記第２パッチ電極と前記第２方向に隣接し、
    　前記第１電極の他方は、前記他方の第２パッチ電極と前記第１方向に隣接し、且つ前記一方の第２パッチ電極と前記第２方向に隣接する、請求項２に記載の電波反射装置。
  4. 　前記第１パッチ電極のサイズは、前記第２パッチ電極のサイズの１０７％以上１４０％以下である、請求項２又は３に記載の電波反射装置。
  5. 　前記複数のパッチ電極を互いに電気的に接続する接続配線をさらに有し、
    　前記接続配線は、前記第１方向及び前記第２方向に対し所定の角度傾いている、請求項１に記載の電波装置。
  6. 　前記複数のパッチ電極は、２４ＧＨｚ～２９ＧＨｚの周波数帯の電波を反射可能である、請求項１に記載の電波反射装置。
     
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