KR102401807B1 - 안테나 소자 및 이를 포함하는 화상 표시 장치 - Google Patents
안테나 소자 및 이를 포함하는 화상 표시 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은, 유전층; 상기 유전층의 상면 상에 배치되며, 제1 메쉬 구조를 포함하는 방사전극; 및 상기 유전층의 상기 상면 상에 배치되며, 제2 메쉬 구조를 포함하는 더미전극을 포함하며, 상기 방사전극 및 더미전극 중 적어도 하나 이상이 하기 수학식 1을 만족하는, 안테나 소자 및 이를 포함하는 화상 표시 장치에 관한 것이다.
[수학식 1]
1 ≤ (3σ/m)·100 < 3
(상기 수학식 1에서 m은 메쉬 패턴의 개구부 면적의 평균이며, σ는 메쉬 패턴의 개구부 면적의 표준편차이다.)
[수학식 1]
1 ≤ (3σ/m)·100 < 3
(상기 수학식 1에서 m은 메쉬 패턴의 개구부 면적의 평균이며, σ는 메쉬 패턴의 개구부 면적의 표준편차이다.)
Description
본 발명은, 안테나 소자 및 이를 포함하는 화상 표시 장치에 관한 것이다.
IT(information technology)의 발달에 따라, 스마트폰(smartphone), 태블릿 PC(tablet personal computer) 등 다양한 유형의 전자 장치들이 광범위하게 보급되고 있다. 전자 장치는 안테나 모듈을 이용하여 다른 전자 장치 또는 기지국과 무선으로 통신할 수 있다.
최근에는 전자 장치에 의한 네트워크 트래픽의 급격한 증가로, 5세대 이동 통신(5G) 기술이 개발되고 있다. 5세대 이동 통신(5G) 네트워크를 위한 주파수 대역(예: 약 6GHz 이상)의 신호가 사용되면 신호의 파장 길이가 밀리 미터 단위로 짧아질 수 있고, 대역폭을 더 넓게 사용할 수 있어 보다 더 많은 양의 정보를 송신 또는 수신할 수 있다. 상기 파장 길이가 밀리미터 단위로 짧아지는 신호는 밀리미터 웨이브 신호(millimeter wave signal)로 참조될 수 있다.
한편, 상기 디스플레이 장치의 화면이 대면적화 되면서, 베젤부 혹은 차광부의 공간 혹은 면적은 감소되고 있는 추세이다. 이 경우, 안테나가 내장될 수 있는 공간 혹은 면적 역시 제한되며, 이에 따라, 안테나에 포함되는 신호 송수신을 위한 방사전극이 상기 디스플레이 장치의 표시 영역과 중첩될 수 있다. 따라서, 상기 디스플레이 장치의 이미지가 상기 안테나의 방사전극에 의해 가려지거나 상기 방사전극이 사용자에게 시인되어 이미지 품질이 저하될 수 있다.
이에, 대한민국 등록특허 제10-2166319호는, 투명 또는 반투명 재질로 이루어진 투명층에 메쉬 패턴 구조로 안테나 전극을 형성함에 따라, 투명성을 저하시키지 않으면서도 안테나의 감도를 유지할 수 있는 투명 안테나를 개시하고 있다.
그러나, 상기 등록특허 제10-2166319호의 안테나 소자뿐만 아니라 대부분의 메쉬 패턴 구조를 포함하는 안테나 소자의 경우, 안테나의 전극 패턴이 디스플레이 장치의 표시 영역과 중첩될 수 있다. 따라서, 상기 디스플레이 장치의 이미지가 상기 안테나의 전극 패턴에 의해 가려지거나, 모아레(Moire) 현상 등에 의해 안테나의 전극 패턴이 사용자에게 시인되어 이미지 품질이 저하될 수 있다.
본 발명은, 안테나의 전극 패턴 시인성이 저감된 안테나 소자를 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 투과율 및 신호 감도가 향상된 안테나 소자를 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 안테나의 전극 패턴 시인성이 저감된 안테나 소자를 포함하는 화상 표시 장치를 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 투과율 및 신호 감도가 향상된 안테나 소자를 포함하는 화상 표시 장치를 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
본 발명은, 유전층; 상기 유전층의 상면 상에 배치되며, 제1 메쉬 구조를 포함하는 방사전극; 및 상기 유전층의 상기 상면 상에 배치되며, 제2 메쉬 구조를 포함하는 더미전극을 포함하며, 상기 방사전극 및 더미전극 중 적어도 하나 이상이 하기 수학식 1을 만족하는, 안테나 소자에 관한 것이다.
[수학식 1]
1 ≤ (3σ/m)·100 < 3
(상기 수학식 1에서 m은 메쉬 패턴의 개구부 면적의 평균이며, σ는 메쉬 패턴의 개구부 면적의 표준편차이다.)
본 발명은, 그 제1 관점에 있어서, 상기 방사전극과 더미전극은 상기 유전층의 상면에 정의된 분리 영역에 의해 이격되어 배치되는 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제2 관점에 있어서, 상기 방사전극 및 더미전극에 포함되는 전극라인의 선폭이 0.5 내지 5㎛일 수 있다.
본 발명은, 그 제3 관점에 있어서, 상기 방사전극 및 더미전극 중 적어도 하나 이상의 개구율이 90% 이상일 수 있다.
본 발명은, 그 제4 관점에 있어서, 상기 제1 메쉬 구조는 마름모 형상의 방사 단위 셀을 포함하며, 상기 제2 메쉬 구조는 마름모 형상의 더미 단위 셀을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제5 관점에 있어서, 상기 제1 메쉬 구조와 제2 메쉬 구조는 동일한 메쉬 구조를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제6 관점에 있어서, 상기 방사전극 및 더미전극은 각각 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 바나듐(V), 철(Fe), 망간(Mn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 아연(Zn) 및 이들 중 적어도 하나를 함유하는 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제7 관점에 있어서, 상기 유전층의 저면 상에 배치된 그라운드 전극을 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제8 관점에 있어서, 상기 유전층의 상기 상면 상에서 상기 방사전극과 전기적으로 연결되는 전송선로; 및 상기 전송선로의 말단과 연결된 신호 패드를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제9 관점에 있어서, 상기 전송선로는 제1 메쉬 구조를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제10 관점에 있어서, 상기 유전층의 상기 상면 상에 배치되며 상기 신호 패드 주변에 상기 신호 패드와 분리되도록 배치된 그라운드 패드를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은, 그 제11 관점에 있어서, 상기 신호 패드 및 그라운드 패드 중 적어도 하나 이상은 솔리드(solid) 구조를 갖는 것일 수 있다.
본 발명은, 상기 안테나 소자를 포함하는, 화상 표시 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 소자에 의하면, 안테나의 전극 패턴 개구부, 선폭 등과 관련된 파라미터(parameter)의 개선을 통해 안테나의 전극 패턴 시인성을 저감시킴과 동시에 투과율 및 신호 감도를 향상시킬 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 소자를 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 소자의 전극 패턴을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 패키지 일부를 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 4 및 도 5는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 화상 표시 장치를 설명하기 위한 도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 소자의 전극 패턴을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 패키지 일부를 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 4 및 도 5는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 화상 표시 장치를 설명하기 위한 도이다.
본 발명은, 안테나의 전극 패턴의 개구부 면적, 표준편차, 패턴 선폭 등의 개선을 통해, 전극 패턴의 시인성을 저감시키면서도 투과율 및 신호 감도가 향상된 안테나 소자에 관한 것이다.
구체적으로, 본 발명은 유전층; 상기 유전층의 상면 상에 배치되며, 제1 메쉬 구조를 포함하는 방사전극; 및 상기 유전층의 상기 상면 상에 배치되며, 제2 메쉬 구조를 포함하는 더미전극을 포함하며, 상기 방사전극 및 더미전극 중 적어도 하나 이상이 하기 수학식 1을 만족하는, 안테나 소자 및 이를 포함하는 화상 표시 장치에 관한 것이다.
[수학식 1]
1 ≤ (3σ/m)·100 < 3
(상기 수학식 1에서 m은 메쉬 패턴의 개구부 면적의 평균이며, σ는 메쉬 패턴의 개구부 면적의 표준편차이다.)
본 발명의 안테나 소자는, 신호의 송수신을 이용하는 기술분야에 범용적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 3세대 이동 통신(3G) 내지 5세대 고주파 이동 통신(5G)을 위한 안테나 및 이를 포함하는 화상 표시 장치 등에 사용될 수 있으며, 이후 개발되는 이동 통신 분야에도 본 발명의 목적을 해하지 않는 범위 내에서 사용될 수 있다.
이하, 도면을 참고하여, 본 발명의 실시 예들을 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 다만, 본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않은 한 복수형도 포함한다.
명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 의미로 사용한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어인 「아래」, 「저면」, 「하부」, 「위」, 「상면」, 「상부」 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 「아래」 또는 「하부」로 기술된 소자는 다른 소자의 「위」에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 「아래」는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 소자를 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 1을 참조하면, 예시적인 실시 예에 따른 안테나 소자(1000)는, 유전층(100), 상기 유전층의 상면 상에 배치되는 방사전극(200), 더미전극(300), 분리 영역(400), 전송선로(500) 및 패드부(600)를 포함하는 것일 수 있다.
유전층(100)은, 안테나 소자(1000)를 구성하는 구성 요소들의 구조적인 기지(base)를 제공하는 역할을 수행하는 것일 수 있다.
유전층(100)은, 소정의 유전율을 갖는 절연 물질을 포함하는 것일 수 있고, 종래 또는 이후에 개발되는 것을 사용할 수 있다.
일 또는 복수의 실시 형태에 있어서, 상기 유전층(100)은, 글래스, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 금속 산화물 등과 같은 무기 절연 물질, 또는 에폭시 수지, 아크릴 수지, 이미드 계열 수지 등과 같은 유기 절연 물질을 포함하는 것일 수 있다.
예를 들어, 투명 필름이 유전층(100)으로 제공되는 것일 수 있다.
일 또는 복수의 실시 형태에 있어서, 상기 투명 필름은, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌이소프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르계 수지; 디아세틸셀룰로오스, 트리아세틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스계 수지; 폴리카보네이트계 수지; 폴리메틸(메타)아크릴레이트, 폴리에틸(메타)아크릴레이트 등의 아크릴계 수지; 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체 등의 스티렌계 수지; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 시클로계 또는 노보넨 구조를 갖는 폴리올레핀, 에틸렌-프로필렌 공중합체 등의 폴리올레핀계 수지; 염화비닐계 수지; 나일론, 방향족 폴리아미드 등의 아미드계 수지; 이미드계 수지; 폴리에테르술폰계 수지; 술폰계 수지; 폴리에테르에테르케톤계 수지; 황화 폴리페닐렌계 수지; 비닐알코올계 수지; 염화비닐리덴계 수지; 비닐부티랄계 수지; 알릴레이트계 수지; 폴리옥시메틸렌계 수지; 에폭시계 수지 등의 열가소성 수지를 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다. 또한, (메타)아크릴계, 우레탄계, 아크릴우레탄계, 에폭시계, 실리콘계 등의 열경화성 수지 또는 자외선 경화형 수지로 된 투명 필름이 유전층(100)으로 사용될 수 있다.
일 또는 복수의 실시 형태에 있어서, 유전층(100)의 유전율은 1.5 내지 12 범위로 조절되는 것일 수 있다. 상기 유전율이 12를 초과하는 경우, 구동 주파수가 지나치게 감소하여, 원하는 고주파 대역에서의 구동이 구현되지 않을 수 있다.
방사전극(200)은, 신호를 송수신 하기 위한 전극으로써의 역할을 수행하며, 유전층(100)의 상면 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 방사전극(200)이 유전층(100)의 너비 방향을 따라 어레이 형태로 배열되어 방사전극(200) 행을 형성하는 것일 수 있다.
방사전극(200)은, 전기 전도성을 갖는 물질을 포함하는 것일 수 있고, 종래 또는 이후에 개발되는 것을 사용할 수 있다.
일 또는 복수의 실시 형태에 있어서, 상기 방사전극(200)은, 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 바나듐(V), 철(Fe), 망간(Mn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 아연(Zn) 및 이들 중 적어도 하나를 함유하는 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있으며, 예를 들어, 은-팔라듐-구리(APC) 합금 또는 구리-칼슘(CuCa) 합금을 포함할 수 있다. 또한, 인듐주석 산화물(Indium Tin Oxide; ITO), 인듐아연 산화물(Indium Zinc Oxide; IZO), 인듐아연주석 산화물(Indium Tin Zinc Oxide; ITZO), 아연 산화물(Zinc Oxide; ZnOx)과 같은 투명 도전성 산화물을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 방사전극(200)은 금속 또는 금속합금층; 및 투명 도전성 산화물층을 포함하는 복층 구조로 형성되는 것일 수 있다. 예를 들어, 투명 도전성 산화물 층-금속층의 2층 구조, 투명 도전성 산화물 층-금속층-투명 도전성 산화물 층의 3층 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 상기 금속층에 의해 플렉서블(flexible) 특성이 향상되면서, 저항을 낮추어 신호 전달 속도가 향상될 수 있으며, 상기 투명 도전성 산화물 층에 의해 내부식성 및 투명성이 향상될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 방사전극(200)은, 메쉬(mesh) 구조(제1 메쉬 구조)를 포함하는 것일 수 있다. 상기 방사전극(200)이 메쉬 구조를 포함할 경우, 전극 패턴의 시인성 및 면저항을 감소시킬 수 있고, 전극 패턴의 투과율이 증가될 수 있으며, 안테나 소자의 유연성이 향상될 수 있다. 이에, 안테나 소자가 플렉서블(flexible) 디스플레이 장치에 효과적으로 사용될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 방사전극(200)은, 다각형 플레이트 형상을 가지는 것일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 안테나 패턴의 시인성, 안테나 성능 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.
더미전극(300)은 위치별 전극 배열 차이에 따라 디스플레이 장치의 사용자에게 상기 방사전극(200)이 시인되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
일 실시 예에 있어서, 더미전극(300)은 방사전극(200) 및 전송선로(500)의 주변에 배열되는 것일 수 있다.
더미전극(300)을 구성하는 성분은, 특별히 제한되지 않으나 공정 경제성의 측면에서 상기 방사전극(200)과 동일한 성분을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 더미전극(300)은 분리 영역(400)에 의해 방사전극(200), 전송선로(500) 및 패드부(600)와 소정의 이격 거리를 갖고 배치되는 것일 수 있다.
예를 들면, 분리 영역(400)은, 상기 방사전극(200) 및 전송선로(500)의 측면 라인 혹은 프로파일을 따라 형성되어 더미전극(300)과 상기 방사전극(200) 및 전송선로(500)를 전기적, 물리적으로 분리함으로써, 별도의 테두리 패턴을 형성하지 않고도 상기 전극 패턴을 정의할 수 있다. 따라서, 상기 테두리 패턴에 의해 초래되는 전극의 시인을 방지할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 더미전극(300)은, 메쉬(mesh) 구조(제2 메쉬 구조)를 포함하는 것일 수 있다. 상기 더미전극(300)이 메쉬 구조를 포함할 경우, 전극 패턴, 특히 방사전극(200)의 시인성을 감소시킬 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 더미전극(300)의 상기 제2 메쉬구조는 방사전극(200)의 상기 제1 메쉬 구조와 전극 라인의 선폭, 단위 셀 형상 등이 실질적으로 동일한 것일 수 있다. 일부 실시 예에 있어서, 더미전극(300)의 상기 제2 메쉬 구조는 방사전극(200)의 상기 제1 메쉬 구조와 전극 라인의 선폭, 단위 셀의 형상 등이 상이한 것일 수 있다.
전송선로(500)는 방사전극(200)의 일단으로부터 연장되어 패드부(600)과 전기적으로 연결될 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 전송선로(500)는, 방사전극(200)의 중앙부에서 돌출되어 연장되는 것일 수 있으며, 방사전극(200)보다 좁은 폭을 갖는 것일 수 있다.
전송선로(500)는 전기 전도성을 갖는 물질을 포함하는 것일 수 있고, 종래 또는 이후에 개발되는 것을 사용할 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 전송선로(500)는 방사전극(200)과 실질적을 동일한 물질을 포함하는 것일 수 있으며, 실질적으로 동일한 식각 공정을 통해 형성되는 것일 수 있다. 이 경우, 전송선로(500)는 방사전극(200)과 일체로 형성되어 실질적으로 단일 부재로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 전송선로(500)는 방사전극(200)과 실질적으로 동일한 메쉬 구조를 포함할 수 있다.
패드부(600)는, 신호 패드(610) 및 그라운드 패드(620)를 포함하는 것일 수 있다.
신호 패드(610)는 전송선로(500)를 통해 방사전극(200)과 전기적으로 연결되며, IC 칩과 같은 구동 회로부와 방사전극(200)을 전기적으로 연결시키는 역할을 수행하는 것일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 신호 패드(610)는, 전송선로(500)와 실질적으로 일체의 부재로 구비되는 것일 수 있으며, 전송선로(500)의 말단부가 신호 패드(610)로 제공되는 것일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 신호 패드(610) 상에 연성 회로 기판(FPCB)과 같은 회로 기판이 접합되며, 상기 연성 회로 기판(FPCB) 상에 상기 구동 회로부가 배치되는 것일 수 있다. 이에, 상기 방사전극(200) 및 구동 회로부 사이에서 신호 송수신이 구현될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 패드부(600)는, 한 쌍의 그라운드 패드(620)들이 신호 패드(610)를 사이에 두고 신호 패드(610)와 전기적, 물리적으로 이격되어 서로 마주보며 배치될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 신호 패드(610) 및/또는 그라운드 패드(620)는 신호 저항 감소를 위해 상술한 금속 또는 합금을 포함하는 솔리드(solid) 구조를 갖는 것일 수 있다.
예시적인 실시 예에 따른 안테나 소자는, 유전층의 저면 상에 배치된 그라운드 전극을 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 그라운드 전극은, 유전층에 의해 방사전극 및 그라운드 전극 사이에서 상기 안테나 소자의 두께 방향으로 정전용량(capacitance) 또는 인덕턴스(inductance)를 형성하여, 상기 안테나 소자가 구동 혹은 센싱할 수 있는 주파수 대역을 조절할 수 있도록 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 안테나 소자는 그라운드 전극을 통해 수직 방사 안테나로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 그라운드 전극은 상술한 금속, 합금, 투명 도전성 산화물 등을 포함하며, 상기 방사전극 및/또는 더미전극과 실질적으로 동일한 메쉬(mesh) 구조를 포함하는 것일 수 있다. 이 경우, 안테나 소자의 투과율을 향상시키면서, 상이한 도전 패턴 형상이 중첩되어 전극 패턴의 시인성을 저감시킬 수 있다.
설명의 편의를 위해 도 1에서는 4개의 방사전극(200)을 포함하는 안테나 소자(1000)를 나타내었으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 단수 또는 복수의 방사전극(200)을 포함하는 것일 수 있다. 이 경우, 그라운드 전극은 상기 방사전극(200)에 의해 형성된 어레이를 모두 커버할 수 있는 충분한 면적을 갖도록 형성될 수 있다.
일부 실시 예에 있어서, 그라운드 전극 역시 도 1에 도시된 바와 같이 방사전극(예를 들면, 하부 방사전극) 및 더미전극(예를 들면, 하부 더미전극)을 포함할 수 있으며, 그라운드 전극의 상기 방사전극 및 상기 더미전극은 상기 제1 메쉬 구조 및/또는 제2 메쉬 구조를 포함하는 것일 수 있다.
이 경우, 상기 안테나 소자는 유전층(100)의 상면 및 하면 각각을 통해 안테나 방사가 수행되는 양면 방사 안테나로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 유전층의 저면 상에 배치된 하부 더미전극은 두께 방향으로 유전층의 상면 상에 배치된 방사전극과 중첩되는 것일 수 있다.
도 2는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 소자의 전극 패턴을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 2를 참조하면, 방사전극(200)에 포함된 제1 메쉬 구조는, 제1 방향으로 연장하는 복수의 제1 방사전극라인(210) 및 제2 방향으로 연장하는 복수의 제2 방사전극라인(220)이 서로 교차하여 형성되는 것일 수 있다.
상기 방사전극라인(210, 220)의 선폭(240, 250)은 0.5 내지 5㎛일 수 있고, 바람직하게는 1.5 내지 4㎛일 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 2 내지 3 ㎛일 수 있다. 방사전극라인(210, 220)의 선폭이 상기 범위를 만족하는 경우, 전극 패턴의 시인성 및 면저항 감소의 측면에서 이점이 있다.
상기 제1 메쉬 구조는 이웃하는 한 쌍의 제1 방사전극라인(210) 및 이웃하는 한 쌍의 제2 방사전극라인(220)이 서로 교차하여 정의된 방사 단위 셀(230)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 방사 단위 셀(230)은 실질적으로 마름모 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 육각형 등의 다각형 형상을 가지는 것일 수 있다.
더미전극(300)에 포함된 제2 메쉬 구조는, 제1 방향으로 연장하는 복수의 제1 더미전극라인(310) 및 제2 방향으로 연장하는 복수의 제2 더미전극라인(320)이 서로 교차하여 형성되는 것일 수 있다.
상기 더미전극라인(310, 320)의 선폭(340, 350)은 0.5 내지 5㎛일 수 있고, 바람직하게는 1.5 내지 4㎛일 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 2 내지 3 ㎛일 수 있다. 더미전극라인(310, 320)의 선폭이 상기 범위를 만족하는 경우, 전극 패턴의 시인성 및 면저항 감소의 측면에서 이점이 있다.
상기 제2 메쉬 구조는 이웃하는 한 쌍의 제1 더미전극라인(310) 및 이웃하는 한쌍의 제2 더미전극라인(320)이 서로 교차하여 정의된 더미 단위 셀(330)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 더미 단위 셀(330)은 실질적으로 마름모 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 육각형 등의 다각형 형상을 가지는 것일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 더미전극라인(310, 320)은 하나 이상의 절단부(360)를 포함하는 것일 수 있다. 이 경우, 상기 안테나 소자(1000)가 터치 센서 등과 결합되는 경우 상기 절단부(360)를 통해 상기 더미전극라인(310, 320)에 의해 유발되는 터치 센서의 센싱 교란, 기생 커패시턴스의 발생 등을 방지할 수 있는 측면에서 이점이 있다.
상기 절단부(360)의 폭은 0.5 내지 5㎛일 수 있고, 바람직하게는 1.5 내지 4㎛일 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 2 내지 3 ㎛일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 절단부(360)는 도 2에 도시된 바와 같이, 더미 단위 셀(330)을 구성하는 한 쌍의 제1 더미전극라인(310) 및 한 쌍의 제2 더미전극라인(320)에 각각 하나씩 구비되어 더미 단위 셀(330)당 총 4개의 절단부(360)가 구비되는 것일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 절단부가 구비되는 영역과 그 수는 사용자의 필요에 따라 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 절단부(360)는 더미 단위 셀을 구성하는 한 쌍의 제1 더미전극라인 및 한 쌍의 제2 더미전극라인 중 어느 한 쌍의 더미전극라인에만 형성되어도 되며, 한 쌍의 더미전극라인 중 어느 하나의 더미전극라인에만 형성되어도 되며, 더미 단위 셀을 구성하는 어느 하나의 더미전극라인에 복수의 절단부가 구비되어도 된다.
상기 방사전극(200) 및 더미전극(300) 중 적어도 하나 이상의 개구율은 90% 이상일 수 있고, 바람직하게는, 93% 이상일 수 있다.
상기 개구율은, 방사전극(200) 및/또는 더미전극(300)이 차지하는 전체 면적에 대하여 방사 단위 셀(230) 및/또는 더미 단위 셀(330)이 차지하는 면적의 비율로 정의된다.
상기 방사전극(200) 및/또는 더미전극(300)의 개구율이 상기 범위를 만족하는 경우, 전극 패턴에 의해 화상 표시 장치의 이미지가 가려지는 것 등을 방지함으로써, 이미지의 품질 저하를 방지할 수 있다.
본 발명의 안테나 소자는 상기 방사전극 및 더미전극 중 적어도 하나 이상이 하기 수학식 1을 만족하는 것일 수 있다.
[수학식 1]
1 ≤ (3σ/m)·100 < 3
(상기 수학식 1에서 m은 메쉬 패턴의 개구부 면적의 평균이며, σ는 메쉬 패턴의 개구부 면적의 표준편차이다.)
상기 수학식 1은, 하기 수학식 2로도 표현될 수 있다.
[수학식 2]
1 ≤ (((m+1.5σ)-(m-1.5σ))/m)·100 < 3
(상기 수학식 2에서 m 및 σ는 수학식 1에서와 동일한 의미를 나타낸다.)
상기 메쉬 패턴의 개구부는, 방사 단위 셀(230) 및 더미 단위 셀(330)에 의해 형성된 개구부로 정의된다.
상기 메쉬 패턴의 개구부 면적은, 방사전극(200) 및/또는 더미전극(300)으로 정의된 영역 내에서 전극라인(210, 220, 310, 320)이 차지하는 면적을 제외한 면적, 즉, 방사 단위 셀(230) 및/또는 더미 단위 셀(330)이 차지하는 총 면적을 의미한다.
방사전극(200) 및 더미전극(300) 중 적어도 하나 이상이 상기 수학식 1을 만족할 경우, 안테나의 전극 패턴에 의한 모아레(Moire) 등을 효과적으로 방지함으로써, 시인성을 저감시킬 수 있으며, 동시에 면저항을 감소시킴으로써, 신호 감도를 향상시킬 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 수학식 1 또는 2의 m으로 나타내는 메쉬 패턴의 개구부 면적의 평균과, σ로 나타내는 메쉬 패턴의 개구부 면적의 표준편차는, 다음과 같은 방법에 의해 계산될 수 있다.
우선, 메쉬 패턴을 구성하는 전극라인(210, 220, 310, 320)의 선폭을 측정하여, 최대 선폭과 최소 선폭을 얻는다. 이후, 상기 최대 선폭 및 최소 선폭의 전극라인만으로 이루어진 이상적인 메쉬 패턴을 상정하고, 최대 선폭의 전극라인만으로 이루어진 이상적인 메쉬 패턴의 개구부 면적과 최소 선폭의 전극라인만으로 이루어진 이상적인 메쉬 패턴의 개구부 면적을 계산한다. 이후, 계산된 상기 이상적인 메쉬 패턴의 최대 선폭 개구부 면적과 최소 선폭 개구부 면적 간의 평균 및 표준편차를 계산하여, 수학식 1 또는 2의 m으로 나타내는 메쉬 패턴의 개구부 면적의 평균과, σ로 나타내는 메쉬 패턴의 개구부 면적의 표준편차를 계산한다.
상술한 메쉬 패턴의 개구부 면적의 평균 및 표준편차를 계산하는 방법은, 예시적인 것으로, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 사용자에 따라 적절히 선택되는 방법에 의해 얻어질 수 있다. 예를 들어, 최대 선폭 및 최소 선폭에 더하여 중간 값에 해당하는 선폭을 추가하여 메쉬 패턴의 개구부 면적의 평균 및 표준편차를 계산할 수 있다.
한편, 상술한 수학식 1 또는 2의 의미를 구체적으로 설명하면, 표준 정규 분포의 그래프 확률 변수 X가 N(m, σ2)에 따를 때, 평균치 m으로부터 ±1.5σ 이하의 범위에 X가 포함되는 확률은 86.64%이다. 따라서, 상기 수학식 2에 있어서, 「m+1.5σ」는, 대상이 되는 방사전극(200) 및/또는 더미전극(300)에 포함되는 개구부(즉, 방사 단위 셀(230) 및/또는 더미 단위 셀(330))의 면적 분포가 정규 분포에 따른다는 가정 하에, 상기 개구부의 면적 값 중 평균을 중심으로 86.64% 범위 내에 있는 개구부 면적의 최대 값을 의미한다.
상기와 동일하게, 「m-1.5σ」는, 대상이 되는 방사전극(200) 및/또는 더미전극(300)에 포함되는 개구부(즉, 방사 단위 셀(230) 및/또는 더미 단위 셀(330))의 면적 분포가 정규 분포에 따른다는 가정 하에, 상기 개구부의 면적 값 중 평균을 중심으로 86.64% 범위 내에 있는 개구부 면적의 최소 값을 의미한다.
따라서, 상기 수학식 1 및 2가 충족될 경우, 즉 「m+1.5σ」 및 「m-1.5σ」의 차이인 「3σ」의 평균값(m)에 대한 비율이 백분율로 1% 이상, 3% 미만이 될 경우 안테나 소자와 화상 표시 장치가 결합되어 사용됨에 있어서 전극 패턴의 시인성이 저감되는 것일 수 있다.
도 3은, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 패키지 일부를 나타내는 개략적인 사시도이며, 도 4 및 도 5는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 화상 표시 장치를 설명하기 위한 도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 안테나 소자(1000)는, 제1 회로 기판(1010)(예를 들면, FPCB)과 결합하여, 안테나 패키지의 일부를 구성할 수 있다.
상기 제1 회로 기판(1010)은, 기재부 및 기재부의 상면 상에 형성된 신호 배선(1015) 및 커넥터(1020)를 포함하는 것일 수 있다.
일부 실시 예에 있어서, 안테나 소자(1000)의 유전층(100)이 제1 회로 기판(1010)으로 제공될 수 있다. 이 경우, 제1 회로 기판(1010)은 유전층(100)과 실질적으로 일체로 형성되는 것일 수 있으며, 신호 배선(1015)은 전송선로(500)와 직접 연결되어, 신호 패드(610)가 생략될 수 있다.
상기 신호 배선(1015)은, 안테나 소자(1000)의 신호 패드(610)와 연결 또는 본딩될 수 있다. 예를 들어, 이방성 도전 필름(ACF)과 같은 도전성 접합 구조물을 신호 패드(610) 상에 부착시킨 후 신호 배선(1015)의 일단부들을 상기 도전성 접합 구조물 상에 위치하도록 배치할 수 있다. 이후, 열처리 및/또는 가압 공정을 통해 신호 배선(1015)을 신호 패드(610)에 전기적으로 연결시킬 수 있다.
상기 커넥터(1020)는, 후술되는 제2 회로 기판(1040)에 실장된 커넥터(1030)와 연결되기 위하여 구비되는 것일 수 있고, 예를 들어, 보드-투-보드(Board to Board, B2B) 커넥터일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 커넥터(1020)는, 복수의 신호 배선(1015)의 말단부들과 전기적으로 연결되도록 표면 실장 기술(SMT)을 통해 실장될 수 있다.
도 4 및 5를 참조하면, 화상 표시 장치(1100)는 상술한 안테나 소자(1000) 및 제1 회로 기판(1010)을 포함하는 것일 수 있으며, 상기 화상 표시 장치(1100)는 예를 들어, 스마트폰 형태로 구현되는 것일 수 있다.
화상 표시 장치(1100)의 전면부는 표시 영역(1110) 및 비표시 영역(1120)을 포함할 수 있다. 비표시 영역(1120)은 예를 들면, 화상 표시 장치의 차광부 또는 베젤부에 해당될 수 있다
안테나 소자(1000)는 화상 표시 장치(1100)의 일 측면 상에 구비되어 전면부를 향해 배치될 수 있으며, 예를 들면 디스플레이 패널(1060) 상에 배치될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 방사전극(200)은 표시 영역(1110)과 적어도 부분적으로 중첩될 수 있으며, 패드부(600)는 속이 찬 금속 패턴으로 형성되며, 이미지 품질 저하 방지를 위해 비표시 영역(1120)에 배치될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 제1 회로 기판(1010)(예를 들면, FPCB)은 굴곡부를 포함하여 화상 표시 장치(1100)의 배면부에 배치되며 안테나 구동 IC 칩(1050)이 실장된 제2 회로 기판(1040)(예를 들면, 메인 보드)을 향해 연장될 수 있다.
제1 회로 기판(1010) 및 제2 회로 기판(1040)은 커넥터들(1020, 1030)을 통해 상호 연결되어 안테나 구동 IC 칩(1050)을 통한 안테나 소자(1000)로의 급전 및 안테나 구동 제어가 구현될 수 있다.
상술한 바와 같이, 커넥터(1020, 1030)의 패드 배열 구조를 이용하여 굴곡을 통한 회로 연결을 안정적으로 제공하며, 고주파 혹은 초고주파 안테나를 화상 표시 장치(1100) 내에 효과적으로 적용할 수 있다.
한편, 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시형태를 나타내기 위한 예시적인 것으로, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 해하지 않는 범위 내에서 당업자가 적절히 변경을 가하여 실시할 수 있음은 전술한 바와 같다. 따라서, 안테나 소자는, 도 5에 도시된 것과 상이한 위치에 구비되어도 무방하며, 예를 들어, 표시 영역(1110)의 상단부 또는 하단부에도 위치할 수 있다. 또한, 화상 표시 장치는 복수의 안테나 소자를 포함하는 것일 수 있으며, 상기 복수의 안테나 소자는 본 발명의 목적을 해하지 않는 것이라면, 화상 표시 장치의 어느 위치에 구비되어도 무방하다. 예를 들어, 화상 표시 장치의 표시 영역의 상단부 및 하단부에 각각 적어도 하나 이상의 안테나 소자가 구비되어도 좋고, 양 측면에 각각 적어도 하나 이상의 안테나 소자가 구비되어도 좋으며, 상단부, 하단부 및 양 측면에 각각 적어도 하나 이상의 안테나 소자가 구비되어도 좋다.
이하, 구체적으로 본 발명의 실시예를 기재한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
<실시예 및 비교예>: 안테나 소자 제작
실시예 1
글래스(0.7T) 유전층의 상면 상에 각각 구리-칼슘(CuCa) 합금을 사용하여 X축 및 Y축이 각각 3,000㎛인 메쉬 구조의 전극 패턴을 형성하고, 상기 유전층의 저면 상에 구리-칼슘(CuCa) 합금을 증착하여 그라운드 전극을 형성하였다. 상기 메쉬 구조에 포함된 전극 두께(또는 높이)는 2000Å이 되도록 형성하였으며, 전극 패턴에 포함된 마름모꼴 단위 셀의 단 대각선의 길이는 200㎛ 및 장 대각선의 길이는 400㎛로 하여, 실시예 1의 안테나 소자를 제작하였다.
상기 실시예 1의 안테나 소자에 대하여, 최소 선폭, 중간 선폭 및 최대 선폭을 측정하고, SX-Meister(ISMO)(Jedat社제)를 이용하여 연산된 상기 각 선폭에 따른 이상적인 메쉬 패턴에 대한 개구부 면적의 평균 및 표준편차를 이용하여 계산된 수학식 1에 따른 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
[수학식 1]
1 ≤ (3σ/m)·100 < 3
(상기 수학식 1에서 m은 메쉬 패턴의 개구부 면적의 평균이며, σ는 메쉬 패턴의 개구부 면적의 표준편차이다.)
| 전체 면적 |
개구부 면적 |
개구부 비율 |
평균 면적(m) |
표준 편차(σ) |
계산 결과 |
|
| 최소 선폭 (2㎛) |
9,000,000㎛2 | 8,675,169㎛2 | 96.39% | 8,593,003㎛2 | 82,208.12㎛2 | 2.87006 |
| 중간 선폭 (2.5㎛) |
9,000,000㎛2 | 8,593,089㎛2 | 95.48% | |||
| 최대 선폭(3㎛) | 9,000,000㎛2 | 8,510,753㎛2 | 94.56% |
실시예 2
수학식 1에 따른 계산 결과가 1이 되도록 구성한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시예 2의 안테나 소자를 제작하였다.
비교예 1
수학식 1에 따른 계산 결과가 3.5가 되도록 구성한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 비교예 1의 안테나 소자를 제작하였다.
<실험예>
전극 패턴 시인성 평가
상기 실시예 및 비교예의 안테나 소자 샘플들을 육안으로 관찰하여 전극 라인 또는 메쉬 구조의 시인 여부를 평가하였다.
구체적으로, 평가를 위한 10명의 평가자들에게 육안으로 샘플을 관찰시켜, 전극 패턴이 명확히 시인된다고 평가한 평가자들의 명수를 통해 시인성을 평가하였으며, 평가 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
<전극 패턴 시인성 평가 기준>
◎ : 10 명 중 0명
○ : 10명 중 1 내지 3 명
△ : 10 명 중 4 내지 5 명
X : 10 명 중 6명 이상
전극 패턴 전기 전도도 평가
상기 실시예 및 비교예의 안테나 소자 전극 패턴을 홀 효과 측정기(Hall Effect Measurement System HMS-5300, Ecopia사 제조)를 사용하여 도전율을 측정하였다.
구체적으로, 안테나 소자 전극 패턴을 (1cm x 1cm) 정사각형 형태로 제조하여, 장비 내 스테이지에 배치하고, 프로브를 접지하여 도전율을 측정하였으며, 측정 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
안테나 특성 평가
상기 실시예 및 비교예의 안테나 소자에 대하여, S 파라미터 측정 장치(Vector Network Analyzer MS46522B, Anritsu사 제조)를 사용해 안테나 특성(S 파라미터)을 평가하였다.
구체적으로, 상기 장치는 프로브 접촉(probe contact) 방식으로, 안테나 패턴에 대한 전류의 입·출력 변화를 측정하여 S 파라미터(S11)를 평가하였으며, 평가 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
| 구분 | 시인성 평가 | 전기 전도도 평가 (1/Ω㎝) |
안테나특성 (gain) |
| 실시예 1 | ○ | 2.55E+05 | 7.9 dBi |
| 실시예 2 | ⓞ | 2.87E+05 | 8.1 dBi |
| 비교예 1 | △ | 2.21E+05 | 7.7 dBi |
상기 표 2의 내용을 참조하면, 본 발명에 따른 안테나 소자의 경우, 안테나의 전극 패턴 시인성 저감에 효과적이며, 양호한 전기 전도도 및 안테나 특성(Gain)을 나타내고 있음을 알 수 있다.
100: 유전층
200: 방사전극
300: 더미전극
400: 분리영역
500: 전송선로
600: 패드부
1000: 안테나 소자
1010: 제1 회로 기판
1020, 1030: 커넥터
1040: 제2 회로 기판
1050: 안테나 구동 IC 칩
1060: 디스플레이 패널
1100: 화상 표시 장치
1110: 표시 영역
1120: 비표시 영역
200: 방사전극
300: 더미전극
400: 분리영역
500: 전송선로
600: 패드부
1000: 안테나 소자
1010: 제1 회로 기판
1020, 1030: 커넥터
1040: 제2 회로 기판
1050: 안테나 구동 IC 칩
1060: 디스플레이 패널
1100: 화상 표시 장치
1110: 표시 영역
1120: 비표시 영역
Claims (13)
- 유전층;
상기 유전층의 상면 상에 배치되며, 제1 메쉬 구조를 포함하는 방사전극; 및
상기 유전층의 상기 상면 상에 배치되며, 제2 메쉬 구조를 포함하는 더미전극을 포함하며,
상기 방사전극 및 더미전극에 포함되는 전극라인의 선폭이 동일하며,
상기 방사전극 및 더미전극 중 적어도 하나 이상이 하기 수학식 1을 만족하는, 안테나 소자.
[수학식 1]
1 ≤ (3σ/m)·100 < 3
(상기 수학식 1에서 m은 메쉬 패턴의 개구부 면적의 평균이며, σ는 메쉬 패턴의 개구부 면적의 표준편차이다.)
- 청구항 1에 있어서, 상기 방사전극과 더미전극은 상기 유전층의 상면에 정의된 분리 영역에 의해 이격되어 배치되는, 안테나 소자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 방사전극 및 더미전극에 포함되는 전극라인의 선폭이 0.5 내지 5㎛인, 안테나 소자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 방사전극 및 더미전극 중 적어도 하나 이상의 개구율이 90% 이상인, 안테나 소자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 제1 메쉬 구조는 마름모 형상의 방사 단위 셀을 포함하며, 상기 제2 메쉬 구조는 마름모 형상의 더미 단위 셀을 포함하는, 안테나 소자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 제1 메쉬 구조와 제2 메쉬 구조는 동일한 메쉬 구조를 포함하는, 안테나 소자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 방사전극 및 더미전극은 각각 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 바나듐(V), 철(Fe), 망간(Mn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 아연(Zn) 및 이들 중 적어도 하나를 함유하는 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는, 안테나 소자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 유전층의 저면 상에 배치된 그라운드 전극을 더 포함하는, 안테나 소자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 유전층의 상기 상면 상에서 상기 방사전극과 전기적으로 연결되는 전송선로; 및
상기 전송선로의 말단과 연결된 신호 패드를 더 포함하는, 안테나 소자.
- 청구항 9에 있어서, 상기 전송선로는 제1 메쉬 구조를 포함하는, 안테나 소자.
- 청구항 9에 있어서, 상기 유전층의 상기 상면 상에 배치되며 상기 신호 패드 주변에 상기 신호 패드와 분리되도록 배치된 그라운드 패드를 더 포함하는, 안테나 소자.
- 청구항 11에 있어서, 상기 신호 패드 및 그라운드 패드 중 적어도 하나 이상은 솔리드(solid) 구조를 갖는, 안테나 소자.
- 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 따른 안테나 소자를 포함하는, 화상 표시 장치.
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