CN110011038B - 相控阵天线、显示面板及显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种相控阵天线、显示面板和显示装置。一种相控阵天线包括相对设置的第一基板和第二基板；以及位于所述第一基板和第二基板之间的以阵列布置的多个相控阵单元，其中每个相控阵单元包括：第一电极；与所述第一电极相对设置的第二电极；位于所述第一电极和所述第二电极之间的压控相移材料，其中，所述第一电极被配置为接收控制所述压控相移材料的偏置信号，所述第二电极作为接地电极；以及位于所述第一电极的远离所述压控相移材料的一侧并与所述第一电极绝缘地间隔开的微带线，其中所述微带线被配置为接收或发送传输信号。根据本发明的实施例提供的相控阵天线，能够降低信号损耗，提升天线增益。

Description

相控阵天线、显示面板及显示装置

技术领域

本发明的实施例涉及天线技术领域，更具体地，涉及一种相控阵天线以及包括这种相控阵天线的显示面板和显示装置。

背景技术

相控阵天线是通过控制阵列天线中辐射单元的馈电相位来改变方向图形状的天线。控制相位可以改变天线方向图最大值的指向，以达到波束扫描的目的。相控阵天线的应用范围极其广泛，例如，其可以应用于交通工具与卫星间的通讯、无人驾驶用数组雷达或安全防护数组雷达等。

微带线是相控阵天线中的常用结构。通常，在微带线中传输的信号包括高频传输信号和低频偏置信号(例如，偏置电压)，其中高频传输信号可以进入各个相控阵单元中，而各个天线单元的偏置信号需要单独控制。

发明内容

本发明实施例提供了一种相控阵天线、显示面板及显示装置，其能够避免在相控阵天线中使用滤波器，从而可以提高相控阵天线的增益。

在本发明的一个方面，提供一种相控阵天线，包括相对设置的第一基板和第二基板；以及位于所述第一基板和第二基板之间的以阵列布置的多个相控阵单元。在本发明的实施例中，每个相控阵单元包括第一电极；与所述第一电极相对设置的第二电极；位于所述第一电极和所述第二电极之间的压控相移材料，其中，所述第一电极被配置为接收控制所述压控相移材料的偏置信号，并且所述第二电极作为接地电极；以及位于所述第一电极的远离所述压控相移材料的一侧并与所述第一电极绝缘地间隔开的微带线，其中所述微带线被配置为接收或发送传输信号。

在本发明的实施例中，所述微带线和所述第一电极在所述第一基板上的正投影重合。

在本发明的实施例中，不同相控阵单元之间的所述第一电极电隔离。

在本发明的实施例中，所述第一电极的厚度大于0.01μm且小于0.5μm。

在本发明的实施例中，每个所述相控阵单元还包括位于所述微带线和所述第一电极之间的绝缘层，其中，不同的相控阵单元的绝缘层被形成为一体。

在本发明的实施例中，所述第一电极和所述微带线具有螺旋或蛇形形状。

在本发明的实施例中，所述第二电极为面电极。

在本发明的实施例中，不同的相控阵单元的第二电极被形成为一体。

在本发明的实施例中，所述相控阵天线还包括被配置为传送所述传输信号的馈电接口，以及被配置为将所述馈电接口耦合到各个相控阵单元的微带线的功率分配器。

在本发明的实施例中，所述功率分配器与所述微带线同层设置。

在本发明的实施例中，所述相控阵天线还包括位于所述相控阵的周边区域的衬垫，以及将所述衬垫耦合到所述第一电极的布线。

在本发明的实施例中，所述衬垫和所述布线与所述第一电极同层设置。

在本发明的实施例中，所述压控移相材料包括液晶材料。

在本发明的实施例中，所述相控阵天线还包括位于所述第一电极的靠近所述压控移相材料的一侧的第一取向层，以及位于所述第二电极的靠近所述压控移相材料的一侧的第二取向层。

在本发明的实施例中，所述第一电极的材料包括金属或金属氧化物。

在本发明的实施例中，所述微带线的材料包括金属。

在本发明的另一方面，提供一种显示面板包括本发明涉及相控阵天线的一个或多个实施例中的所述相控阵天线。

在本发明的实施例中，所述相控阵天线位于所述显示面板的周边区域。

在本发明的实施例中，所述显示面板包括具有彩膜基板和阵列基板的液晶显示面板，所述第一基板为所述彩膜基板和所述阵列基板中的一者，所述第二基板为所述彩膜基板和所述阵列基板中的另一者。

在本发明的又一方面，提供一种显示装置包括本发明涉及显示面板的一个或多个实施例中的显示面板。

在本发明的实施例提供的相控阵天线、显示面板和显示装置中，通过在每个相控阵单元中增加第一电极，使得可以将偏置信号(例如偏置电压)和传输信号分别提供给第一电极和微带线，无需在相控阵单元内设置的滤波器来防止不同相控阵单元之间的偏置信号的干扰，因此可以降低滤波器带来的损耗，从而提升天线的增益。此外，根据本发明的实施例提供的相控阵天线，由于不使用滤波器，滤波器不占据相控阵天线的体积空间，因此可以便于相控阵天线到其他装置的集成。

适应性的进一步的方面和范围从本文中提供的描述变得明显。应当理解，本申请的各个方面可以单独或者与一个或多个其他方面组合实施。还应当理解，本文中的描述和特定实施例旨在仅说明的目的并不旨在限制本申请的范围。

附图说明

本文中描述的附图用于仅对所选择的实施例的说明的目的，并不是所有可能的实施方式，并且不旨在限制本申请的范围，其中：

图1A示意性示出一种相控阵天线中的微带线的布置；

图1B示意性示出图1A中的相控阵天线的沿CC’线的截面图；

图2示意性示出根据本发明的实施例的相控阵天线中的微带线的布置；

图3示意性示出根据本发明的实施例的相控阵天线中的第一电极的布置；

图4示意性示出根据本发明的实施例的相控阵天线的沿图3中AA’线的截面图；

图5示意性示出根据本发明的实施例的相控阵天线的沿图3中BB’线的截面图；

图6示意性地示出根据本发明的实施例的另一种相控阵天线的截面图；

图7示出根据本发明的实施例的相控阵天线在第一电极的不同厚度H下的仿真结果；

图8示意性示出根据本发明的实施例的显示面板的平面图；以及

图9示意性示出根据本发明的实施例的显示装置的平面图。

贯穿这些附图的各个视图，相应的参考编号指示相应的部件或特征。

具体实施方式

现将参考附图详细描述各种实施例，其作为本发明的示例性示例而提供，以使得本领域技术人员能够实现本发明。

值得注意的是，以下附图和示例并不意味着限制本发明的范围。在使用已知的组件(或方法或过程)可以部分或全部实现本发明的特定元件的情况下，将仅描述对理解本发明所需要的这种已知组件(或方法或过程)的那些部分，并且这种已知组件的其它部分的详细描述将被省略以便不会混淆本发明。进一步地，各种实施例通过说明的方式包含与在此涉及的组件等同的现在和未来已知的等同物。

如本文所使用的，术语“具有(have)”、“包括(comprise)”和“包含(contain)”以及其语法变型以非排它的方式使用。因此，表述“A具有B”以及表达“A包括B”或“A包含B”可以指：除了B之外A包含一个或多个其它组件和/或构件的事实，以及除了B之外没有其他组件、构件或元素呈现在A中的情况。

出于下文表面描述的目的，如其在附图中被标定方向那样，术语“上”、“下”、“左”、“右”“垂直”、“水平”、“顶”、“底”及其派生词应涉及发明。术语“上覆”、“在……顶上”、“定位在……上”或者“定位在……顶上”意味着诸如第一结构的第一要素存在于诸如第二结构的第二要素上，其中，在第一要素和第二要素之间可存在诸如界面结构的中间要素。术语“直接接触”意味着连接诸如第一结构的第一要素和诸如第二结构的第二要素，而在两个要素的界面处没有任何中间导电、绝缘或者半导体层。

除非上下文中另外明确地指出，否则在本文和所附权利要求中所使用的词语的单数形式包括复数，反之亦然。因而，当提及单数时，通常包括相应术语的复数。

图1A示意性示出一种相控阵天线100中的微带线的布置；图1B示意性示出图1A中的相控阵天线100的沿CC’线的截面图。如图1A和1B所示，相控阵天线100可以包括第一基板11、第二基板12、多个相控阵单元13、馈电接口14、功率分配器15、衬垫16、布线17。每个相控阵单元13包括微带线130、与微带线130相对设置的接地电极131、以及位于微带线130和接地电极131之间的压控相移材料132。

高频传输信号可以由馈电接口14接入到功率分配器15中，然后通过功率分配器15进入各个相控阵单元13中。低频偏置信号可以施加到衬垫16上，并经由布线17输入到微带线130上。高频传输信号和低频偏置信号都在微带线130上传输。为了避免不同相控阵单元13之间的偏置信号短路或者干扰，在各个相控阵单元13中设置滤波器133，该滤波器133能够阻断偏置信号在各个相控阵单元13之间传播，但允许高频传输信号通过。然而，在相控阵单元13中设置滤波器133将导致高频传输信号的一定的损耗，降低天线增益。另外，滤波器133还会在一定程度上占据相控阵单元13的空间，不利于相控阵天线的集成。

根据本发明的一个方面，公开一种相控阵天线。本发明的实施例提供的相控阵天线中，将附加的第一电极引入到每个相控阵单元，第一电极配置为接收偏置信号，例如，偏置电压；而微带线被配置为接收或发送传输信号。通过这种配置，可以避免在相控阵单元中使用滤波器，因此可以降低滤波器带来的损耗，进而能够提升天线的增益。

图2示意性示出根据本发明的实施例的相控阵天线中的微带线的布置；图3示意性示出根据本发明的实施例的相控阵天线中的第一电极的布置；图4和图5分别示意性示出根据本发明的实施例的相控阵天线的沿图3中AA’和BB’线的截面图。

以下结合图2-5对本发明的实施例提供的相控阵天线进行详细说明。

需要说明的是，在本发明的实施例中，以2x 2阵列的相控阵单元为例进行说明。然而，可以理解的是，本发明的实施例提供的相控阵天线同样适于具有其他相控阵单元布置的相控阵天线，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置。

如图2-5所示，本发明的实施例提供的相控阵天线200包括相对设置的第一基板21和第二基板22；以及位于第一基板21和第二基板22之间的以阵列布置的多个相控阵单元23。在本发明的实施例中，每个相控阵单元23包括第一电极235；与第一电极235相对设置的第二电极231；位于第一电极235和第二电极231之间的压控相移材料232；以及位于第一电极235的远离压控相移材料232的并与第一电极235绝缘地间隔开的微带线230。在本发明的实施例中，第一电极235被配置为接收控制压控相移材料232的偏置信号，第二电极231作为接地电极，并且微带线230被配置为接收和发送传输信号，例如微波信号。

在本发明的实施例中，微带线230可以接收或发送传输信号。压控相移材料232可以作为传输信号的传输介质。通过将偏置信号(例如偏置电压)提供给第一电极235，使得在第一电极235和第二电极231之间产生电场，该电场可以使得压控相移材料232的介电常数发生变化，从而可以使在压控相移材料232中传输的传输信号的相位发生变化，即，相移。

根据本发明的实施例，通过在每个相控阵单元23中增加第一电极235，使得可以将偏置信号(例如偏置电压)和传输信号分别提供给第一电极235和微带线230，无需在相控阵单元23内设置的滤波器来防止不同相控阵单元之间的偏置信号的干扰，因此可以降低滤波器带来的损耗，从而提升天线的增益。此外，根据本发明的实施例提供的相控阵天线，由于不使用滤波器，滤波器不占据相控阵天线的体积空间，因此可以便于相控阵天线到其他装置的集成。

在本发明的实施例中，压控相移材料232可以是液晶材料。然而，本发明的实施例不限于此，例如，压控相移材料232也可以是铁电材料。

在每个相控阵单元中，可以通过位于微带线230和第一电极235之间的绝缘层236来将微带线230和第一电极235绝缘地间隔开。示例地，可以将不同相控阵单元23的绝缘层236形成为一体，这样一来，在制备绝缘层236时，可以将绝缘材料沉积各个相控阵单元23的第一电极235的表面，而无需对沉积的绝缘材料进一步构图。然而，可以理解，本发明的实施例不限于此，不同相控阵单元23的绝缘层236不连续也是可行的。

在示例性的实施例中，如图3所示，不同相控阵单元23之间的第一电极235电隔离，以便防止不同相控阵单元23之间的偏置信号的相互干扰。如图2所示，每列相控阵单元23中的微带线230被形成为连续的，使得传输信号可以在各个相控阵单元23之间传输。

如图4和图5所示，在本发明的实施例中的第一电极235和微带线230在第一基板21上的正投影可以基本上重合。也就是说，在本发明的实施例中，第一电极235设置在与微带线230在垂直于基板的方向上的位置相对应的位置。

在示例性的实施例中，第一电极235和微带线230可以具有相同的形状，例如螺旋形状或蛇形形状。通过这种配置，在制作第一电极235时，可以使用与微带线230相同的掩模而无需为第一电极235设置专门的掩模，因此可以简化工艺。

在本发明的实施例中，第二电极231可以被形成为面电极。可选地，不同相控阵单元23的第二电极231被形成为一体，以作为各个相控阵单元23的接地电极。

再次回到图2，相控阵天线200还可以包括被配置为馈送传输信号的馈电接口24，以及被配置为将馈电接口24耦合到各个相控阵单元23的微带线230的功率分配器25。在该配置中，传输信号由馈电接口24馈送到功率分配器25，然后由功率分配器25将传输信号分配到各个相控阵单元23。

在示例性的实施例中，功率分配器25和微带线230可以同层设置，即，由同一膜层形成。

微带线230可以由金属形成。由于金属的导电率高，采用金属形成微带线230可以降低信号的损耗。

再次回到图3，相控阵天线200还可以包括位于相控阵天线的周边区域的衬垫26，以及将衬垫26耦合到第一电极235的布线27。通过该配置，可以将偏置信号源(例如偏置电压源)耦接到衬垫26上，通过布线25将偏置信号提供给第一电极235。

在示例性的实施例中，衬垫26、布线27和第一电极235可以同层设置，即，由同一膜层形成。通过这种设计，可以在一次构图工艺中形成衬垫26、布线27和第一电极235。

在本发明的实施例中，第一电极235可以由任何导电材料形成，例如，形成第一电极235的材料可以包括但不限于金属或金属氧化物。

图6示意性地示出根据本发明的实施例的另一种相控阵天线300的截面图。在图6所示的实施例中，压控相移材料232为液晶材料。相控阵天线200除了具有图2-5所示的实施例中的部件之外，还包括位于第一电极235的靠近压控相移材料232的一侧的第一取向层237，以及位于第二电极231的靠近压控相移材料232的第二取向层238。第一取向层237和第二取向层238可以使得液晶分子具有特定的初始取向。关于第一取向层237和第二取向层238的材料以及形成工艺，本发明的实施例不做具体限定，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。

图7示出根据本发明的实施例的相控阵天线在第一电极的不同厚度H下的仿真结果，其中横轴表示传输信号的频率，纵轴表示相控阵天线的损耗。

在操作时，可以在仿真软件中建立根据本发明的实施例的相控阵天线的模型。具体地，可以设置如下参数：

-第一基板和第二基板为玻璃基板，其介电常数为5，厚度为700μm；

-微带线和第二电极的电极材料为铜，其电导率为58000000，微带线宽度为200μm，微带线长度为30mm；

-绝缘层的介电常数为6.3，厚度为0.6μm；

-第一电极电导率设置为300000，第一电极的厚度设置成变量，变化范围为0-2μm；

-压控相移材料为液晶材料，液晶层的介电常数为3，厚度为100μm。

在图7中，H＝0μm表示在相控阵天线中不设置第一电极，而采用图1所示的相控阵天线进行仿真。

从图7中的仿真结果可以看出，第一电极的厚度对相控阵天线的损耗具有影响。在上述仿真条件下，当第一电极的厚度小于0.5μm时，根据本发明的实施例的相控阵天线的损耗小于图1所示的相控阵天线的损耗；当第一电极的厚度大于0.5μm时，根据本发明的实施例的相控阵天线的损耗大于图1所示的相控阵天线的损耗。可选地，当根据本发明的实施例的相控阵采用如上所述的参数时，第一电极的厚度H可以为0.01μm<H<0.5μm。

根据本发明的另一方面，还公开一种显示面板。可选地，该显示面板可以包括根据本发明的实施例的至少一个相控阵天线，诸如上面详细公开的一个或多个实施例的至少一个相控阵天线。因此，对于该显示面板的可选实施例，可以参考相控阵天线的实施例。

图8示意性示出根据本发明的实施例的显示面板的平面图。如图8所示，显示面板800可以具有周边区域81和显示区域82。相控阵天线200、300可以位于显示面板的周边区域81。

在一个示例性实施例中，显示面板800可以是具有彩膜基板和阵列基板的液晶显示面板。上面涉及相控阵天线的实施例中描述的第一基板20可以作为彩膜基板和阵列基板中的一者，而第二基板30可以作为彩膜基板和阵列基板中的另一者。在本发明的实施例中，在相控阵天线的压控相移材料为液晶材料的情况下，液晶显示面板的液晶层可以与相控阵天线的液晶层形成为一体的。

在本发明的实施例中，在彩膜基板和阵列基板上还可以设置液晶显示面板所需要的其他常规元素或部件。示例地，彩膜基板还可以包括但不限于第一偏振器、阵列分布彩色滤光片和将各个彩色滤光片间隔开的黑矩阵；阵列基板可以包括但不限于阵列分布的薄膜晶体管、像素电极、第二偏振器。

根据本发明的又一方面，还公开一种显示装置。图9示意性示出根据本发明的实施例的显示装置900的平面图。如图7所示，该显示装置可以包括根据本发明的实施例的显示面板800，诸如上面详细公开的一个或多个实施例的显示面板800。因此，对于该显示装置的可选实施例，可以参考显示面板800的实施例，更具体地，可以参考本发明的相控阵天线的实施例。

以上为了说明和描述的目的提供了实施例的前述描述。其并不旨在是穷举的或者限制本申请。特定实施例的各个元件或特征通常不限于特定的实施例，但是，在合适的情况下，这些元件和特征是可互换的并且可用在所选择的实施例中，即使没有具体示出或描述。同样也可以以许多方式来改变。这种改变不能被认为脱离了本申请，并且所有这些修改都包含在本申请的范围内。

Claims (20)

1.一种相控阵天线，其特征在于，包括:

相对设置的第一基板和第二基板；以及

位于所述第一基板和第二基板之间的以阵列布置的多个相控阵单元，其中每个相控阵单元包括：

第一电极；

第二电极，与所述第一电极相对设置；

压控相移材料，位于所述第一电极和所述第二电极之间，其中，所述第一电极被配置为接收控制所述压控相移材料的偏置信号，所述第二电极作为接地电极；以及

微带线，位于所述第一电极的远离所述压控相移材料的一侧并与所述第一电极绝缘地间隔开，其中所述微带线被配置为接收或发送传输信号，并且其中，所述第一电极和所述微带线具有相同的形状。

2.根据权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述微带线和所述第一电极在所述第一基板上的正投影重合。

3.根据权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，不同相控阵单元之间的所述第一电极电隔离。

4.根据权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述第一电极的厚度大于0.01μm且小于0.5μm。

5.根据权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，每个所述相控阵单元还包括位于所述微带线和所述第一电极之间的绝缘层，其中，不同的相控阵单元的绝缘层被形成为一体。

6.根据权利要求2所述的相控阵天线，其特征在于，所述第一电极和所述微带线具有螺旋或蛇形形状。

7.根据权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述第二电极为面电极。

8.根据权利要求7所述的相控阵天线，其特征在于，不同的相控阵单元的第二电极被形成为一体。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的相控阵天线，其特征在于，还包括被配置为传送所述传输信号的馈电接口，以及被配置为将所述馈电接口耦合到各个相控阵单元的微带线的功率分配器。

10.根据权利要求9所述的相控阵天线，其特征在于，所述功率分配器与所述微带线同层设置。

11.根据权利要求1至8中任一项所述的相控阵天线，其特征在于，还包括位于所述相控阵的周边区域的衬垫，以及将所述衬垫耦合到所述第一电极的布线。

12.根据权利要求11所述的相控阵天线，其特征在于，所述衬垫和所述布线与所述第一电极同层设置。

13.根据权利要求1至8中任一项所述的相控阵天线，其特征在于，所述压控移相材料包括液晶材料。

14.根据权利要求13所述的相控阵天线，其特征在于，还包括位于所述第一电极的靠近所述压控移相材料的一侧的第一取向层，以及位于所述第二电极的靠近所述压控移相材料的一侧的第二取向层。

15.根据权利要求1至8中任一项所述的相控阵天线，其特征在于，所述第一电极的材料包括金属或金属氧化物。

16.根据权利要求1至8中任一项所述的相控阵天线，其特征在于，所述微带线的材料包括金属。

17.一种显示面板，其特征在于，包括权利要求1至16中任一项所述的相控阵天线。

18.根据权利要求17所述的显示面板，其特征在于，所述相控阵天线位于所述显示面板的周边区域。

19.根据权利要求18所述的显示面板，其特征在于，所述显示面板包括具有彩膜基板和阵列基板的液晶显示面板，所述第一基板为所述彩膜基板和所述阵列基板中的一者，所述第二基板为所述彩膜基板和所述阵列基板中的另一者。

20.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求17至19中任一项所述的显示面板。

Images