天线元件、天线阵列和显示装置的制作方法

天线元件、天线阵列和显示装置
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2020年11月2日在韩国知识产权局(kipo)提交了韩国专利申请第10-2020-0144125号的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本发明涉及一种天线元件、一种天线阵列和一种显示装置。


背景技术：

4.近来，根据信息化社会的发展，诸如wi-fi、蓝牙等的无线通信技术例如通过与显示装置结合而被实现为智能电话的形式。在这种情况下，天线可以耦合至显示装置来执行通信功能。
5.近来，随着移动通信技术变得更先进，需要在高频段或超高频段下将执行通信的天线耦合至显示装置。另外，根据诸如透明显示器和柔性显示器的薄型、高透明度和高分辨度的显示装置的发展，需要开发一种也具有提高的透明度和柔性的天线。
6.随着安装有天线的显示装置的屏幕尺寸增大，边框部分或遮光部分的空间或面积被减小。在这种情况下，可以嵌入天线的空间或面积也会受到限制。
7.因此，需要设计一种能够在不被用户看到的情况下在有限的空间内发射具有高天线增益的信号的天线。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种天线元件以及包括该天线元件的一种天线阵列和一种显示装置。
9.为了实现上述目的，在本发明中采用以下技术方案。
10.1.一种天线元件，其包括：设置在第一方向上的第一辐射体；设置在第二方向上的第二辐射体；信号垫，其被构造为向第一辐射体和第二辐射体供应信号；第一传输线，其在第一方向上从信号垫延伸从而被连接至第一辐射体；以及第二传输线，其在第二方向上从信号垫延伸从而被连接至第二辐射体。
11.2.根据上述1的天线元件，其中第一传输线和第二传输线各自的一个端部连接至信号垫。
12.3.根据上述2的天线元件，其中第一传输线、第二传输线和信号垫连接成y形。
13.4.根据上述1的天线元件，其中第一辐射体和第一传输线基于信号垫与第二辐射体和第二传输线对称地形成。
14.5.根据上述1的天线元件，其中第一传输线和第二传输线各自的长度为0.5mm至7.0mm。
15.6.根据上述1的天线元件，其中第一辐射体和第二辐射体具有正方形形状，第一传输线连接至第一辐射体的一个侧部的中心，并且第二传输线连接至第二辐射体的一个侧部
的中心。
16.7.根据上述1的天线元件，其还包括：两个接地垫，它们被设置为在它们中间插有信号垫的情况下彼此相对。
17.8.一种天线阵列，其包括多个根据上述1的天线元件。
18.9.根据上述8的天线阵列，其中多个天线元件被设置为在天线元件的宽度方向上彼此间隔开。
19.10.根据上述9的天线阵列，其中相邻的天线元件之间的距离为8mm至12mm。
20.11.根据上述8的天线阵列，其中多个天线元件被设置为在天线元件的宽度方向上彼此重叠。
21.12.根据上述11的天线阵列，其中相邻的天线元件共用一个辐射体。
22.13.根据上述12的天线阵列，其中一个辐射体用作为相邻的天线元件中的一个的第二辐射体并且用作为相邻的天线元件中的另一个的第一辐射体。
23.14.根据上述11的天线阵列，其中相邻的天线元件之间的距离为4mm至6mm。
24.15.一种显示装置，其包括根据上述1的天线元件。
25.在根据一个示例性实施方式的天线元件中，由于两个辐射体被连接至一个信号垫从而发射通过两个辐射体供应给一个信号垫的信号，因此能够节省用于安装天线的空间并且提高天线增益。
26.在一个实施方式中，可以通过将多个天线元件设置为彼此间隔开或者彼此重叠来最大程度地发挥天线的作用。
附图说明
27.通过结合附图给出的以下详细说明将更清楚地理解本发明的上述的和其他的目的、特征和其他优点，在附图中：
28.图1是示出根据一个实施方式的天线元件的示意性剖视图；
29.图2是根据一个实施方式的天线元件的示意性平面图；
30.图3是示出根据一个实施方式的天线阵列的视图；
31.图4是示出根据另一个实施方式的天线阵列的视图；并且
32.图5是示出根据一个示例性实施方式的显示装置的示意性平面图。
具体实施方式
33.在下文中，将参考附图详细描述本发明的优选实施方式。然而，由于给出本公开文件所附视图仅仅是为了示出本发明的多个优选的实施方式中的一个从而通过上述的发明来容易地理解本发明的技术精神，因此其不应被解释为受限于图中所示的这种说明。
34.本公开文件中描述的天线元件可以是制造成透明薄膜形式的贴片天线或微带天线。例如，该天线元件可以应用于用于高频或超高频(例如，3g、4g、5g或更高的)移动通信、wi-fi、蓝牙、近场通信(nfc)、全球定位系统(gps)等等的电子装置，但是其不限于此。这里，电子装置可以包括移动电话、智能电话、平板电脑、膝上型计算机、个人数字助理(pda)、便携式多媒体播放器(pmp)、导航装置、mp3播放器、数码相机、可穿戴装置等。可穿戴装置可以包括手表型、腕带型、戒指型、腰带型、项链型、踝带型、大腿带型、前臂带型可穿戴装置等。
然而，电子装置不限于上述例子，可穿戴装置也不限于上述例子。另外，天线元件可以应用于诸如车辆和建筑物的多种物体或结构。
35.在以下视图中，与介电层的上表面平行并且彼此垂直地交叉的两个方向被限定为x方向和y方向，并且与介电层的上表面垂直的方向被限定为z方向。例如，x方向可对应于天线元件的宽度方向，y方向可对应于天线元件的长度方向，并且z方向可对应于天线元件的厚度方向。
36.图1是示出根据一个实施方式的天线元件的示意性剖视图。
37.参考图1，根据一个实施方式的天线元件100可包括介电层110和天线导电层120。
38.介电层110可包括具有预定的介电常数的绝缘材料。根据一个实施方式，介电层110可包括诸如玻璃、氧化硅、氮化硅或金属氧化物的无机绝缘材料，或者诸如环氧树脂、丙烯酸树脂或酰亚胺树脂的有机绝缘材料。介电层110可用作为将天线导电层120形成在其上的天线元件100的薄膜基板。
39.根据一个实施方式，可将透明薄膜设置为介电层110。在这种情况下，透明薄膜可包括聚酯树脂，例如聚对苯二甲酸乙二酯、聚间苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯等；纤维素树脂，例如二乙酰纤维素、三乙酰纤维素等；聚碳酸酯树脂；丙烯酸树脂，例如聚(甲基)丙烯酸甲酯、聚(甲基)丙烯酸乙酯等；苯乙烯树脂，例如聚苯乙烯、丙烯腈-苯乙烯共聚物等；聚烯烃树脂，例如聚乙烯、聚丙烯、环状聚烯烃或具有降冰片烯结构的聚烯烃、乙烯-丙烯共聚物等；氯乙烯树脂；酰胺树脂，例如尼龙、芳族聚酰胺；酰亚胺树脂；聚醚磺酸树脂；磺酸树脂；聚醚醚酮树脂；聚苯硫醚树脂；乙烯醇树脂；偏二氯乙烯树脂；乙烯醇缩丁醛树脂；烯丙基树脂；聚甲醛树脂；热塑性树脂，例如环氧树脂等。这些化合物可以单独使用或两种以上组合使用。另外，由例如(甲基)丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸聚氨酯树脂、环氧树脂、硅树脂等的热固性树脂或紫外线固化树脂制成的透明薄膜可以用作为介电层110。
40.根据一个实施方式，诸如光学透明粘合剂(oca)、光学透明树脂(ocr)等的粘合膜也可以被包括在介电层110中。
41.根据一个实施方式，介电层110可被形成为基本上单一的层，或者可被形成为两个以上的层的多层结构。
42.介电层110可以产生电容或电感，从而调整天线元件100能够驱动或感应的频段。当介电层110的介电常数超过大约12时，驱动频率被过度降低，从而可能无法实现天线在期望的高频段下的驱动。因此，根据一个实施方式，可以将介电层110的介电常数调整到大约1.5至12、优选大约2至12的范围内。此外，根据一个实施方式，介电层110的厚度可以是4μm至1000μm，使得天线元件100可以在所需的高频段下驱动。然而，本发明不限于此，并且介电层110的介电常数和厚度可以根据所需的频段进行多种改变。
43.根据一个实施方式，安装有天线元件100的显示装置内的绝缘层(例如，显示面板的封装层、钝化层等等)可被设置为介电层110。
44.天线导电层120可以设置在介电层110的上表面上。
45.天线导电层120可包括低电阻材料，诸如银(ag)、金(au)、铜(cu)、铝(al)、铂(pt)、钯(pd)、铬(cr)、钛(ti)、钨(w)、铌(nb)、钽(ta)、钒(v)、铁(fe)、锰(mn)、钴(co)、镍(ni)、锌(zn)、锡(sn)、钼(mo)、钙(ca)或包括其中至少一种的合金。它们可以单独使用或两种以上
组合使用。例如，天线导电层120可以包括银(ag)或银合金(例如，银-钯-铜(apc)合金)以实现低电阻。作为另一个例子，考虑到低电阻和细线宽图案，天线导电层120可以包括铜(cu)或铜合金(例如，铜-钙(cuca)合金)。
46.根据一个实施方式，天线导电层120可以包括透明导电氧化物，例如铟锡氧化物(ito)、铟锌氧化物(izo)、铟锌锡氧化物(izto)、锌氧化物(znox)或者铜氧化物(cuo)。
47.根据一个实施方式，天线导电层120可以包括透明导电氧化物层和金属层的层叠结构，例如可以具有透明导电氧化物层-金属层的双层结构或透明导电氧化物层-金属层-透明导电氧化物的三层结构。在这种情况下，可以通过金属层减小电阻以提高信号传输速度并同时提高柔性，并且可以通过透明导电氧化物层提高耐腐蚀性和透明度。
48.将在下面参考图2描述天线导电层120的特定细节。
49.根据一个实施方式，天线元件100还可包括接地层130。由于天线元件100包括接地层130，因此可以实现垂直辐射特性。
50.接地层130可以设置在介电层110的下表面上。接地层130可在中间插有介电层110的情况下与天线导电层120重叠。例如，接地层130可以完全与天线导电层120的辐射体(见图2中的121和122)重叠。
51.根据一个实施方式，设置有天线元件100的显示装置或显示面板的导电构件可以设置为接地层130。例如，该导电构件可包括电极或布线，诸如显示面板中包括的薄膜晶体管(tft)的栅电极、源/漏电极、像素电极、公共电极、数据线、扫描线等等；以及显示装置的不锈钢(sus)板、散热片、数字转换器、电磁波屏蔽层、压力传感器、指纹传感器等等。
52.图2是根据一个实施方式的天线元件的示意性平面图。
53.参考图1和2，根据一个实施方式的天线元件100包括设置在介电层110上的天线导电层120，并且天线导电层120可包括第一辐射体121、第二辐射体122、第一传输线123、第二传输线124以及信号垫125。
54.第一辐射体121可在第一方向210上被设置在介电层110的上表面上，并且第二辐射体122可在第二方向220上被设置在介电层110的上表面上。这里，第一方向210和第二方向220可以与天线元件100的厚度方向(z方向)垂直，并且可以与天线元件100的长度方向(y方向)相交。另外，第一方向210和第二方向220可以彼此相交。在这种情况下，第一方向210和第二方向220可以彼此垂直，但这仅仅是一个示例性实施方式并且对第一方向210和第二方向220形成的角度没有特别的限制。
55.第一辐射体121和第二辐射体122可具有基本上相同的谐振频率。为此，第一辐射体121和第二辐射体122的形状和尺寸(长度和宽度)可以基本上彼此相同。第一辐射体121和第二辐射体122的长度和宽度可根据所需的谐振频率、辐射电阻和增益来确定。
56.根据一个实施方式，第一辐射体121和第二辐射体122可以形成为图2所示的网状结构。替代地，第一辐射体121和第二辐射体122还可以形成为实心结构(薄膜或厚膜)。当第一辐射体121和第二辐射体122形成为网状结构时，可以提高第一辐射体121和第二辐射体122的透光率，并且可以提高天线元件100的柔性。因此，天线元件100可以有效地应用于柔性显示装置。
57.根据一个实施方式，第一辐射体121和第二辐射体122可以各自具有图2所示的正方形形状。然而，这仅仅是一个例子，并且对第一辐射体121和第二辐射体122的形状没有特
别的限制。即，第一辐射体121和第二辐射体122可以具有诸如菱形、圆形和多边形等等的多种平面形状，或者可以具有包括一个或多个缺口的多种平面形状。
58.根据一个实施方式，为了减少第一辐射体121与第二辐射体122之间的干扰，第一辐射体121的中心与第二辐射体122的中心之间的间距可以是λ/2以上。
59.第一传输线123可以形成在介电层110上以将信号垫125和第一辐射体121电连接，并且第二传输线124可以形成在介电层110上以将信号垫125和第二辐射体122电连接。更具体地，第一传输线123的一个端部可连接至信号垫125，并且其另一个端部在第一方向210上从信号垫125伸出从而连接至第一辐射体121。类似地，第二传输线124的一个端部可连接至信号垫125，并且其另一个端部在第二方向220上从信号垫125伸出从而连接至第二辐射体122。例如，第一传输线123可以连接至第一辐射体121的一个侧部的中心，并且第二传输线124可以连接至第二辐射体122的一个侧部的中心。
60.根据一个实施方式，第一传输线123和第二传输线124可以彼此具有相同的长度。例如，为了在所需的高频段下驱动天线元件100，第一传输线123和第二传输线124可各自具有0.5mm至7.0mm的长度b。然而，本发明不限于此，并且第一传输线123和第二传输线124的长度b可以根据所需的频段进行多种改变。
61.根据一个实施方式，第一传输线123的和第二传输线124的连接至信号垫125的一个端部可以彼此连接。因此，如图2所示，第一传输线123、第二传输线124和信号垫125可以连接成y形。
62.根据一个实施方式，第一辐射体121、第二辐射体122、第一传输线123和第二传输线124可具有对称的结构。例如，第一辐射体121和第二辐射体122可以对称地形成，并且第一传输线123和第二传输线124可以基于信号垫125对称地形成。
63.根据一个实施方式，第一传输线123和/或第二传输线124可包括基本上与第一辐射体121和/或第二辐射体122相同的导电材料。另外，第一传输线123、第二传输线124、第一辐射体121和第二辐射体122可以一体地连接形成基本上单一的构件，或者可以形成为分离的构件。
64.根据一个实施方式，第一传输线123和第二传输线124可以形成为图2所示的网状结构。替代地，第一传输线123和第二传输线124可以形成为实心结构(薄膜或厚膜)。
65.同时，当第一辐射体121、第二辐射体122、第一传输线123和第二传输线124形成为网状结构时，第一辐射体121、第二辐射体122、第一传输线123和第二传输线124可以形成为具有基本上相同形状的网状结构(例如，相同的线宽和相同的间距)，但是不限于此。
66.信号垫125连接至第一传输线123的和第二传输线124的一个端部，从而分别通过第一传输线123和第二传输线124向第一辐射体121和第二辐射体122发送信号。即，信号垫125可通过第一传输线123和第二传输线124向第一辐射体121和第二辐射体122发送相同的信号。
67.根据一个实施方式的天线元件100可以通过一个信号垫125向两个辐射体121和122供应相同的信号，以通过这两个辐射体121和122发射该信号，从而与向一个辐射体供应信号的情况相比能够提高天线增益。
68.信号垫125可电连接至驱动电路单元(例如，射频集成电路(rfic)等等)。例如，柔性印刷电路板(fpcb)可接合至信号垫125，并且该fpcb的电路布线可电连接至信号垫125。
例如，信号垫125可使用各向异性导电膜(acf)接合技术电连接至fpcb，这是一种允许使用各向异性导电膜(acf)或使用同轴电缆来上下导电且左右绝缘的接合方法，但是不限于此。驱动电路单元可安装在fpcb或单独的印刷电路板(pcb)上，从而被电连接至fpcb的传输线。因此，信号垫125和驱动电路单元可彼此电连接。
69.根据一个实施方式，天线导电层120还可包括接地垫126。
70.接地垫126可以设置在信号垫125的周围，从而与信号垫125电气且物理地分离。例如，接地垫126可包括第一接地垫126a和第二接地垫126b，并且第一接地垫126a和第二接地垫126b可以设置为在中间插有信号垫125的情况下彼此相对。
71.根据一个实施方式，信号垫125和接地垫126可被形成为包括上述的金属或合金的实心结构，以减小信号电阻。根据一个实施方式，信号垫125和接地垫126可被形成在包括上述的金属或合金的层以及透明导电氧化物层的多层结构中。
72.同时，根据一个实施方式，当第一辐射体121、第二辐射体122、第一传输线123和第二传输线124被成形为网状结构时，可以在第一辐射体121、第二辐射体122、第一传输线123和第二传输线124的周围形成虚设图案(未示出)。该虚设图案可以与第一辐射体121、第二辐射体122、第一传输线123和第二传输线124电气且物理地分离。另外，虚设图案可包括与第一辐射体121、第二辐射体122、第一传输线123和/或第二传输线124基本上相同的导电材料，并且可被形成为具有与第一辐射体121、第二辐射体122、第一传输线123和/或第二传输线124基本上相同的形状(例如，相同的线宽和相同的间距)的网状结构。根据一个实施方式，虚设图案可被形成为分段的网状结构。
73.图3是示出根据一个实施方式的天线阵列的视图。在图3的说明中，与参考图1和2描述的结构和配置基本上相同的结构和配置可以不进行描述。
74.参考图3，根据一个实施方式的天线阵列300可包括多个天线元件100，它们被设置为在天线元件100的宽度方向(x方向)上彼此间隔开。
75.根据一个实施方式，相邻的天线元件100之间的距离c可以是8mm至12mm。在这种情况下，相邻的天线元件100之间的距离c可以指的是被包括在相邻的天线元件100中的每一个中的信号垫125之间的距离，如图3所示。
76.图4是示出根据另一个实施方式的天线阵列的视图。在图4的说明中，与参考图1至3描述的结构和配置基本上相同的结构和配置可以不进行描述。
77.参考图4，根据另一个实施方式的天线阵列400可包括多个天线元件100，它们被设置为在天线元件100的宽度方向(x方向)上至少部分地重叠。
78.相邻的天线元件100a和100b可以共用一个辐射体410和一个接地垫420。例如，辐射体410可以是天线元件100a的第二辐射体122和天线元件100b的第一辐射体121。即，辐射体410可用作为天线元件100a的第二辐射体122和天线元件100b的第一辐射体121。另外，接地垫420可以是天线元件100a的第二接地垫126b和天线元件100b的第一接地垫126a。即，接地垫420可用作为天线元件100a的第二接地垫126b和天线元件100b的第一接地垫126a。
79.根据一个实施方式，相邻的天线元件100a和100b之间的距离d可以是4mm至6mm。在这种情况下，相邻的天线元件100a和100b之间的距离d可以指的是被包括在相邻的天线元件100a和100b中的每一个中的信号垫125之间的距离。
80.根据一个实施方式，可以在天线阵列300和400中将相同相位的相同信号同时提供
给所有的信号垫125。因此，天线阵列300和400中的所有辐射体都发射相同的信号，从而可以提高整体天线增益。
81.同时，图3和4示出了四个天线元件被设置为彼此间隔开或者彼此至少部分地重叠的例子，但这仅仅是出于图示和说明的方便，对所设置的天线元件的数量没有特别的限制。
82.图5是示出根据一个示例性实施方式的显示装置的示意性平面图。更具体地，图5是示出包括显示装置的窗口的外部形状的视图。
83.参考图5，显示装置500可包括显示区域510和外周区域520。
84.显示区域510可表示显示视觉信息的区域，并且外周区域520可表示设置在显示区域510的两侧和/或两端上的不透明区域。例如，外周区域520可对应于显示装置500的遮光部分或边框部分。
85.根据一个实施方式，上述的天线元件100或天线阵列300和400可以薄膜或贴片的形式安装在显示装置500上。例如，天线元件100或天线阵列300和400的辐射体121和122以及传输线123和124可被设置为至少部分地对应于显示区域510，并且信号垫125和接地垫126可被设置为对应于外周区域520。
86.在外周区域520中，fpcb或pcb可与驱动电路单元设置在一起。通过将天线阵列300和400的天线元件100和信号垫125设置为靠近驱动电路单元，可通过缩短用于发送和接收信号的路径而抑制信号损失。
87.由于天线元件100或天线阵列300和400的辐射体121和122和/或传输线123和124包括形成为网状结构的虚设图案，因此能够提高透光率并且减少或抑制图案被用户看到。因此，还可以提高显示区域510的图像质量，同时保持或提高所需的通信可靠性。
88.上面已经参照优选实施方式描述了本发明，并且本领域技术人员将理解可以在不脱离本发明的基本特征的范围内做出各种修改。因此，应当理解，本发明的范围不限于上述的实施方式，并且在与权利要求所述范围等同的范围内的其他各种实施方式也包括在本发明内。