天线元件和显示装置的制作方法

天线元件和显示装置
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年11月13日向韩国知识产权局(kipo)提交的韩国专利申请第10-2020-0152042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.本实用新型涉及一种天线元件和一种显示装置。特别地，涉及一种包括辐射体和电源线的天线元件以及一种包括该天线元件的显示装置。


背景技术：

4.近来，随着信息化社会的发展，诸如wi-fi、蓝牙等的无线通信技术通过与显示装置结合而例如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以执行通信功能。
5.近来，随着移动通信技术变得越来越先进，用于在超高频段下执行通信的天线已被应用于各种目标结构，例如显示装置、车辆和建筑物。
6.特别地，随着显示装置的尺寸减小，天线可能被设置在显示装置的显示区域中，在这种情况下被包含在天线中的导电图案可能被用户看到，从而导致显示装置的图像质量变差。
7.然而，当改变导电图案的材料或结构以降低被包含在天线中的导电图案的可见性时，导电图案的电阻增加，使得天线的辐射特性可能降低。
8.例如，韩国专利公开第2003-0095557号公开了一种嵌入在便携式终端中的天线结构，但是没有充分公开考虑到上述的电阻和光学特性的天线设计。


技术实现要素：

9.本实用新型的一个目的是提供一种具有改进的光学和电气特性的天线元件。
10.本实用新型的另一个目的是提供一种包括具有改进的光学和电气特性的天线元件的显示装置。
11.为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案。
12.1.一种天线元件，其包括：辐射体，其具有朝向传输线凹陷的接触部；传输线，其设置在与辐射体不同的层上并通过接触部与辐射体连接；以及信号垫，其与传输线的端部连接。
13.2.根据上述1的天线元件，其中接触部形成在通过将辐射体二等分的直线划分为彼此长度相同的辐射体的第一区域和第二区域中的靠近信号垫的第一区域中。
14.3.根据上述1的天线元件，其中辐射体形成为在其整个区域上具有基本相同的厚度。
15.4.根据上述1的天线元件，其中接触部被设置为与辐射体一体连接的单一构件。
16.5.根据上述1的天线元件，其中辐射体和传输线分别包括网状图案。
17.6.根据上述1的天线元件，其还包括在与传输线相同的层上形成为与传输线相邻的第一虚设图案以及在与辐射体相同的层上形成为与辐射体相邻的第二虚设图案。
18.7.根据上述1的天线元件，其中信号垫包括实心金属图案。
19.8.根据上述1的天线元件，其中其还包括与传输线和信号垫分开地设置在信号垫周围的接地垫。
20.9.根据上述8的天线元件，其中接地垫包括实心金属图案。
21.10.一种显示装置，其包括根据上述1的天线元件。
22.根据本实用新型的实施方式，传输线和辐射体可以设置在彼此不同的层上。辐射体可以包括接触部，并且可以通过接触部与传输线连接。
23.在这种情况下，通过调整与传输线电连接的辐射体中接触部的位置，可以容易地将天线元件的阻抗控制在适合特定频率(例如，3g、4g、5g或更高)的范围内。因此，可以改进高频区中天线的发送/接收特性。
24.在一些实施方式中，辐射体和传输线可以包括网状图案以改进天线元件的光学特性。
附图说明
25.通过以下结合附图做出的详细说明将更清楚地理解本实用新型的上述及其他的目的、特征和其他优点，在附图中：
26.图1是根据示例性实施方式的天线元件的示意性剖视图；
27.图2是根据示例性实施方式的天线导电层的示意性剖视图；
28.图3是根据示例性实施方式的天线元件的示意性平面图；
29.图4是用于描述根据示例性实施方式的显示装置的示意性平面图；并且
30.图5是示出根据示例性实施方式和比较例的天线元件中形成的接触区域的位置的示意性平面图。
具体实施方式
31.在下文中，将参照附图详细描述实施方式。在用附图标记表示各个附图的组件时，应当注意，相同的组件尽管在不同的附图中被示出但是也由相同的附图标记表示。
32.在本实用新型的优选实施方式的描述中，将不会详细描述认为是能够不必要地使本实用新型的意图模糊的公知的功能和构造。此外，以下描述的词语是考虑到实施方式的功能而定义的，并且可以根据用户或操作者或顾客的意图而有所不同。因此，这些词语应当基于整个说明书的内容来定义。
33.应理解的是，尽管本文可能使用术语第一、第二等来描述各种元件或组件，但是这些元件或组件或不应受这些术语的限制。在本文的使用中，单数形式“该”和“所述”也应包括复数形式，除非上下文另外明确指出。还应理解的是，术语“包括”、“包含”在本文中使用时表明存在所列举的特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合，但不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
34.此外，与所公开的附图的取向相关地使用诸如“一侧”、“另一侧”、“上”、“下”等方向性术语。由于本实用新型的实施方式的元件或组件可以定位为各种取向，因此这些方向
性术语用于说明性目的，而不是意图将本实用新型限制于此。
35.另外，本实用新型中的构造单元的划分用于方便描述并且仅通过针对每个构造单元设定的主要功能来区分。即，在下文中描述的两个以上的构造单元可以被组合成单个构造单元，或者可以通过两种以上的功能划分被形成为不止一个构造单元。此外，除负责主要功能以外，在下文中描述的每个构造单元还可以额外地执行针对其他构造单元所设定的功能中的一部分或全部的功能，并且可以排他地采用针对每个构造单元设定的主要功能中的一部分功能，当然也可以由其他构造单元执行。
36.本实用新型中描述的天线元件可以是制造为透明薄膜形式的贴片天线或微带天线。例如，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)等的电子装置，但不限于此。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各种物体或结构，例如车辆和建筑物。
37.在以下附图中，将平行于介电层的上表面且彼此垂直相交的两个方向定义为x方向和y方向，并且将垂直于介电层的上表面的方向定义为z方向。例如，x方向可以对应于天线元件的宽度方向，y方向可以对应于天线元件的长度方向，z方向可以对应于天线元件的厚度方向。
38.图1是根据示例性实施方式的天线元件的示意性剖视图，图2是根据示例性实施方式的天线导电层的示意性剖视图。
39.参照图1，天线元件可以包括第一天线导电层120、第二天线导电层140、下绝缘层90和层间绝缘层100。
40.例如，下绝缘层90可以被设置为用于形成第一天线导电层120的基板层或基层。层间绝缘层100可以被设置为用于将第一天线导电层120和第二天线导电层140彼此分开的中间层。
41.下绝缘层90和/或层间绝缘层100可以被设置为天线元件的介电层。例如，下绝缘层90和/或层间绝缘层100可以包括聚酯树脂，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；烯丙基化物树脂；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。
42.另外，由诸如(甲基)丙烯酸酯、聚氨酯、丙烯酸聚氨酯、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下绝缘层90和/或层间绝缘层100。在一些实施方式中，在下绝缘层90和/或层间绝缘层100中还可以包含诸如光学透明粘合剂(oca)、光学透明树脂(ocr)等的粘合膜。
43.例如，下绝缘层90和/或层间绝缘层100可以包括诸如玻璃、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等的无机绝缘材料。
44.例如，下绝缘层90和/或层间绝缘层100可以被设置为基本上单一的层。在一个实施方式中，下绝缘层90和/或层间绝缘层100也可以包括两个以上的层的多层结构。
45.下绝缘层90和/或层间绝缘层100可以产生电容或电感，从而调整天线元件可以驱动或感测的频段。
46.在一些实施方式中，可以将下绝缘层90和/或层间绝缘层100的介电常数调整到大约1.5至12并且优选大约2至12的范围内。当介电常数超过大约12时，驱动频率被过度降低，从而可能无法实现天线在所需高频段下的驱动。
47.在一些实施方式中，可以将安装有天线元件的显示装置内部的绝缘层(例如，显示面板的封装层、钝化层等)设置为下绝缘层90。
48.可以在下绝缘层90上形成第一天线导电层120。第一天线导电层120可以包括低电阻金属，例如银(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)或包含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，第一天线导电层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。
49.在一个实施方式中，考虑到低电阻和细线宽图案，第一天线导电层120可以包括铜(cu)或铜合金(例如，铜-钙(cuca)合金)。
50.在一些实施方式中，如下面参照图3所述，第一天线导电层120可以包括天线元件的传输线110和信号垫112。
51.层间绝缘层100可以形成在下绝缘层90上以覆盖第一天线导电层120。
52.可以在层间绝缘层100上形成第二天线导电层140。在一些实施方式中，如下面参照图3所述，第二天线导电层140可以包括辐射体150。
53.在示例性实施方式中，第一天线导电层120和/或第二天线导电层140中的每一个都可以具有由上述的金属或合金形成的单层结构。
54.根据示例性实施方式，第一天线导电层120和/或第二天线导电层140中的每一个都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-透明导电氧化物层的三层结构。
55.根据一个示例性实施方式，第一天线导电层120和/或第二天线导电层140可以进行黑化处理。例如，可以对第一天线导电层120和/或第二天线导电层140的表面进行热氧化，从而降低反射率。因此，可以减少由于第一天线导电层120和/或第二天线导电层140的表面上的光反射而导致图案(天线)被看到。
56.第一天线导电层120和/或第二天线导电层140的金属层的表面部分可以进行黑化处理以形成金属层的一部分由金属氧化物或金属硫化物制成的黑化层。此外，也可以在金属层上形成诸如黑色材料的覆膜的黑化层或诸如镍、铬的金属的镀层。
57.黑化层旨在通过降低金属层的反射率来提高金属层的透明度和可见度，并且例如可以包括氧化硅、金属氧化物、铜、钼、碳、锡、铬、镍和钴中的至少一种。
58.黑化层的组成和厚度可以根据所需的黑化程度进行各种调整。
59.根据一个示例性实施方式，如图2所示，第一天线导电层120和/或第二天线导电层
140可以包括依次堆叠在彼此上方的第一透明导电氧化物层143、金属层145和第二透明导电氧化物层147。在这种情况下，可以提高第一天线导电层120和/或第二天线导电层140的透光率，从而防止图案(天线)被看到并减少可视区域va中的图像质量下降。
60.另外，通过金属层145可以降低电阻以提高信号传输速度，同时提高第一天线导电层120和第二天线导电层140的柔性。此外，由于金属层145夹在透明导电氧化物层143和147之间，因此可以提高第一天线导电层120和第二天线导电层140的耐腐蚀性和透明度。
61.例如，第一天线导电层120和/或第二天线导电层140的透明导电氧化物层可以包括诸如铟锡氧化物(ito)、铟锌氧化物(izo)、锌氧化物(znox)、铟锌锡氧化物(izto)、锡氧化物(snox)、镉锡氧化物(cto)等的透明导电氧化物。
62.在一些实施方式中，第一天线导电层120可以包括具有接触区域122的传输线110，并且第二天线导电层140可以包括与传输线110的接触区域122电连接的辐射体150。另一方面，第二天线导电层140可以包括具有接触区域122的传输线110，并且第一天线导电层120可以包括与传输线110的接触区域122电连接的辐射体150。
63.例如，辐射体150可以形成在层间绝缘层100上，从而被设置在传输线110的上层水平处。
64.根据示例性实施方式，辐射体150可以包括与传输线110的接触区域122连接的接触部130。例如，接触部130可以是辐射体150的朝向传输线110的接触区域122凹陷的部分。
65.例如，可以在层间绝缘层100中形成用于部分露出第一天线导电层120的上表面的锥形接触孔，并且可以将用于形成第二天线导电层140的导电层形成浆料施加到层间绝缘层100的上表面上，然后使其干燥以形成导电层。导电层的一部分可以形成为覆盖接触孔的壁表面和第一天线导电层120的部分露出的上表面，从而与其他部分具有基本相同的厚度。因此，可以在导电层中形成朝向传输线110的接触区域122凹陷的接触部130。在这种情况下，导电层可以形成为在其整个区域上具有基本相同的厚度。
66.例如，接触部130可以设置为与第二天线导电层140基本一体连接的单一构件。例如，接触部130可以设置为与辐射体150基本一体连接的单一构件。
67.当通过将接触部130与第二天线导电层140基本一体连接而将其设置为单一构件时，减少了接触部130和第二天线导电层140之间的接合部分处可能发生的电信号损失，从而可以进一步提高天线元件的发送/接收效率。
68.在一些实施方式中，可以在层间绝缘层100上形成用于覆盖第二天线导电层140的钝化层160。钝化层160例如可以包括诸如氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、玻璃等的无机绝缘材料、诸如丙烯酸树脂或硅氧烷树脂的有机绝缘材料或有机/无机复合绝缘薄膜。
69.图3是根据示例性实施方式的天线元件的示意性平面图。为了描述方便，层间绝缘层100和接触部130未在图3中示出。
70.参照图1和图3，如上所述，第二天线导电层140可以包括辐射体150，并且第一天线导电层120可以包括传输线110。在这种情况下，传输线110可以包括接触区域122，并且辐射体150可以与传输线110的接触区域122连接。例如，辐射体150可以包括接触部130，其是辐射体150的朝向传输线110的接触区域122凹陷的部分，并且辐射体150可以通过接触部130与传输线110的接触区域122连接。
71.接触区域122在图3中表示为圆形，但是考虑到蚀刻工艺，可以适当地改变接触区
域122的形状，例如矩形、六边形、八边形等。
72.传输线110可以设置在与辐射体150不同的层上并且可以在天线元件的纵向方向(例如，y方向)上延伸。辐射体150可以通过将辐射体150二等分的直线cl划分为具有相同长度的第一区域a和第二区域b。辐射体150的接触部130可以形成在第一区域a和第二区域b中的靠近信号垫112的第一区域a中。
73.辐射体150可以通过形成在划分的辐射体150的第一区域a和第二区域b中的第一区域a中的接触部130与传输线110的接触区域122电连接。根据一个示例性实施方式，通过调整形成接触部130的位置，可以容易地将天线元件的阻抗控制在适合特定频率的范围内。
74.例如，天线元件的阻抗可以更容易地控制在适合高频(例如，28ghz)的45ω到55ω的范围内。因此，可以进一步提高天线元件的发送/接收效率。
75.根据一个示例性实施方式，接触部130可以形成为与辐射体150的每一侧间隔开，但不限于此。
76.根据示例性实施方式，辐射体150和传输线110可以分别包括网状图案。例如，网状图案可以包括在其中相互交叉的电极线。在这种情况下，辐射体150和传输线110的反射率可以通过网状图案降低。因此，可以改进天线元件的光学特性。
77.如图3所示，下绝缘层90或天线元件的上表面可被划分为可视区域va和接合区域ba。例如，可视区域va可被包括在安装有天线元件的显示装置的显示区域中。
78.天线元件和天线驱动集成电路(ic)芯片的耦合或连接可以在接合区域ba中进行。例如，接合区域ba可以被包括在显示装置的外周区域或边框区域中。
79.根据图3所示的实施方式，辐射体150和传输线110可以设置在可视区域va中。由此，辐射体150和传输线110可以形成为包括网状图案，从而提高可视区域va中的透光率。
80.例如，包括传输线110的第一天线导电层120还可以包括第一虚设图案(未被示出)，并且包括辐射体150的第二天线导电层140还可以包括第二虚设图案(未被示出)。
81.例如，第一虚设图案可以在与传输线110相同的层上形成为与传输线110相邻，并且第二虚设图案可以在与辐射体150相同的层上形成为与辐射体150相邻。在这种情况下，通过第一虚设图案和第二虚设图案，可以防止图案(天线)被看到并减少可视区域va中的图像质量的下降。
82.信号垫112可以与传输线110的端部连接。信号垫112可以设置在接合区域ba中从而被设置为用于上述天线驱动ic芯片的连接垫。
83.例如，信号垫112和天线驱动ic芯片可以通过诸如柔性印刷电路板(fpcb)或各向异性导电膜(acf)的电路中继结构彼此连接。
84.天线驱动集成电路(ic)芯片也可以设置在柔性印刷电路板(fpcb)或与柔性印刷电路板连接的另一个电路板上。例如，柔性印刷电路板(fpcb)还可包括用于将天线驱动集成电路(ic)芯片和电源线电连接的电路或触点。通过将柔性印刷电路板(fpcb)和天线驱动集成电路(ic)芯片设置为彼此相邻，可以通过缩短用于发送和接收信号的路径来抑制信号损失。
85.信号垫112可以形成为实心图案以降低电源电阻。在一个实施方式中，信号垫112可以被设置为与传输线110的端部基本一体连接的单一构件。
86.在一些实施方式中，第一天线导电层120还可以包括设置在信号垫112周围的接地
垫114。例如，如图3所示，一对接地垫114可以在它们之间插有信号垫112的情况下彼此面对并同时与传输线110和/或信号垫112电气地和物理地分离。
87.在一些实施方式中，接地垫114可以包括实心图案结构或网状图案。例如，接地垫114可以与信号垫112一起设置在接合区域ba中。
88.传输线110可以形成为仅包括金属层(例如，金属网状层或实心金属图案层)，从而降低电源电阻。信号垫112和接地垫114也可以仅包括金属层。
89.传输线110和信号垫112的长度或面积可以根据可视区域va和接合区域ba的长度或面积进行调整。
90.图4是用于描述根据示例性实施方式的显示装置的示意性平面图。例如，图4示出了包括显示装置的窗口的外部形状。
91.参照图4，显示装置200可以包括显示区域210和外周区域220。外周区域220例如可以设置在显示区域210的两侧和/或两端。外周区域220例如可以对应于图像显示装置的遮光部分或边框部分。
92.上述的天线元件可以设置为跨过显示装置200的显示区域210和外周区域220。例如，图3所示的天线元件的可视区域va可以被包括在显示区域210中，并且天线元件的接合区域ba可以被包括在外周区域220中。
93.在这种情况下，辐射体150可以设置在显示区域210中。如上所述，可以通过使用网状图案来防止辐射体150被用户看到。另外，通过借助于透明导电氧化物层增加辐射体150的透明度，可以防止显示区域210中的图像质量变差。
94.例如，传输线110也可以包括网状图案，并且信号垫112可以在外周区域220中与天线驱动ic芯片连接。信号垫112可以包括实心金属图案以降低接合电阻和电源电阻。
95.通过天线元件的上述结构和材料的组合，可以在显示装置200中通过改进的电气和光学特性一起实现天线的驱动。
96.另外，随着近年来移动通信技术变得更先进，用于在超高频段下执行通信的天线已被应用于各种目标结构，例如显示装置、车辆和建筑物。
97.在下文中，将描述包括具体实施例和比较例的实验例以更具体地理解本实用新型。然而，本领域技术人员将理解，提供这些例子是出于说明的目的，并不限制所附权利要求中公开的要保护的主题。因此，对于本领域技术人员来说显而易见的是，各种替换和变型可以在本实用新型的范围和精神内针对实施方式做出并且被适当地包括在所附权利要求限定的范围内。
98.实施例1
99.准备下绝缘层。在下绝缘层上形成传输线之后，在其上形成用于覆盖传输线的层间绝缘层。在层间绝缘层中形成接触孔以露出传输线的接触区域。然后，在用导电材料覆盖接触孔的壁表面和接触区域的同时形成包括接触部的具有基本相同厚度的辐射体。
100.在这种情况下，参照图5，接触部形成在图5的区域b中。然后，在辐射体上形成钝化层以制造天线元件。
101.实施例2以及比较例1和2
102.除了下面通过参照图5在表1中所示的那样调整辐射体中形成接触部的区域的位置之外，根据与实施例1中所述相同的程序制造天线元件。
103.比较例3
104.准备下绝缘层。在下绝缘层上在同一个层中形成传输线和辐射体。通过在传输线和辐射体上形成上绝缘层来制造天线元件。
105.实验例
106.(1)阻抗的测量
107.使用矢量网络分析仪(vna，anritsu公司)测量根据实施例和比较例的所有天线元件的阻抗，其结果在下面的表1中示出。
108.(2)反射系数(s11)的测量
109.使用矢量网络分析仪(vna，anritsu公司)测量根据实施例和比较例的天线元件的反射系数(s11)，其结果在下面的表1中示出。
110.(3)实现的增益的测量
111.使用矢量网络分析仪(vna，anritsu公司)和辐射室(cng公司)测量根据实施例和比较例的天线元件的实现的增益，其结果在下面的表1中示出。
112.表1
[0113] 接触部形成的位置阻抗(ω)s11(db)实现的增益实施例1b52.9-15.623.846实施例2a55.0-12.313.366比较例1c60.1-2.891.77比较例2d82.5-1.590.109比较例3-35.8-8.82.393
[0114]
参照上面的表1，根据接触部形成在第一区域a中的实施例的天线元件可以具有适合于高频(例如，28ghz)的阻抗值(例如，50ω)。因此，提高了天线元件的发送/接收效率。
[0115]
然而，根据接触部的至少一部分偏离第一区域a的比较例1和2以及传输线和辐射体形成在同一个层上的比较例3的天线元件，阻抗值超出适当的阻抗值范围，从而降低了天线元件的发送/接收效率。