(57)【要約】      （修正有）【課題】性能が温度によって低下することが抑制された走査アンテナ及びその製造方法を提供する。【解決手段】性能が温度によって低下することを抑制するために、走査アンテナの液晶パネル１００Ａは、ＴＦＴ基板１０１、スロット基板２０１、液晶層と非送受信領域Ｒ２に設けられた、液晶層を包囲するシール部７３と、を有する。液晶パネルは、非送受信領域Ｒ２の液晶層内に配置された少なくとも１本のチューブ２０Ａをさらに有し、少なくとも１本のチューブ２０Ａの両端の開口２２Ａａ、２２Ａｂはシール部７３よりも外側に配置されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ単位を含む送受信領域と、前記送受信領域外の非送受信領域とを有する走査アンテナであって、
第１誘電体基板と、前記第１誘電体基板に支持された複数のＴＦＴと、複数のゲートバスラインと、複数のソースバスラインと、複数のパッチ電極とを有するＴＦＴ基板と、
第２誘電体基板と、前記第２誘電体基板の第１主面上に形成されたスロット電極であって、前記複数のパッチ電極に対応して配置された複数のスロットを有するスロット電極とを有するスロット基板と、
前記ＴＦＴ基板と前記スロット基板との間に設けられた液晶層と、
前記非送受信領域に設けられた、前記液晶層を包囲するシール部と、
前記第２誘電体基板の前記第１主面と反対側の第２主面に誘電体層を介して対向するように配置された反射導電板と、
前記非送受信領域の前記液晶層内に配置された少なくとも１本のチューブと
を有し、
前記少なくとも１本のチューブの両端の開口は前記シール部よりも外側に配置されている、走査アンテナ。
【請求項２】
前記少なくとも１本のチューブは、シリコーンエラストマで形成されている、請求項１に記載の走査アンテナ。
【請求項３】
前記第１誘電体基板および前記第２誘電体基板の少なくとも一方は、前記液晶層に面する表面に少なくとも１つの溝を有し、
前記少なくとも１本のチューブは、前記少なくとも１本の溝に沿って配置されている、請求項１または２に記載の走査アンテナ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の走査アンテナの製造方法であって、
前記スロット基板または前記ＴＦＴ基板上に、両端が塞がれた少なくとも１本のチューブを配置する工程Ａと、
前記工程Ａの後で、減圧雰囲気下で、前記スロット基板と前記ＴＦＴ基板との間に前記液晶層および前記シール部を形成する工程Ｂと、
前記工程Ｂの後で、大気圧下で、前記少なくとも１本のチューブの前記両端を開口する工程Ｃと
を包含する、製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査アンテナに関し、特に、アンテナ単位（「素子アンテナ」ということもある。）が液晶容量を有する走査アンテナ（「液晶アレイアンテナ」ということもある。）およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信や衛星放送用のアンテナは、ビームの方向を変えられる（「ビーム走査」または「ビームステアリング」と言われる。）機能を必要とする。このような機能を有するアンテナ（以下、「走査アンテナ（ｓｃａｎｎｅｄ  ａｎｔｅｎｎａ）」という。）として、アンテナ単位を備えるフェイズドアレイアンテナが知られている。しかしながら、従来のフェイズドアレイアンテナは高価であり、民生品への普及の障害となっている。特に、アンテナ単位の数が増えると、コストが著しく上昇する。
【０００３】
そこで、液晶材料（ネマチック液晶、高分子分散液晶を含む）の大きな誘電異方性（複屈折率）を利用した走査アンテナが提案されている（特許文献１〜５および非特許文献１）。液晶材料の誘電率は周波数分散を有するので、本明細書において、マイクロ波の周波数帯における誘電率（「マイクロ波に対する誘電率」ということもある。）を特に「誘電率Ｍ（εM）」と表記することにする。
【０００４】
特許文献３および非特許文献１には、液晶表示装置（以下、「ＬＣＤ」という。）の技術を利用することによって低価格な走査アンテナが得られると記載されている。
【０００５】
本出願人は、従来のＬＣＤの製造技術を利用して量産することが可能な走査アンテナを開発している。本出願人による特許文献６は、従来のＬＣＤの製造技術を利用して量産することが可能な走査アンテナ、そのような走査アンテナに用いられるＴＦＴ基板ならびにそのような走査アンテナの製造方法および駆動方法を開示している。参考のために、特許文献６の開示内容の全てを本明細書に援用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１１６５７３号公報
【特許文献２】特開２００７−２９５０４４号公報
【特許文献３】特表２００９−５３８５６５号公報
【特許文献４】特表２０１３−５３９９４９号公報
【特許文献５】国際公開第２０１５／１２６５５０号
【特許文献６】国際公開第２０１７／０６１５２７号
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｒ．  Ａ．  Ｓｔｅｖｅｎｓｏｎ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｒｅｔｈｉｎｋｉｎｇ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ：Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ａｎｔｅｎｎａ  Ｄｅｓｉｇｎ  ｕｓｉｎｇ  ＬＣＤ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”，  ＳＩＤ  ２０１５  ＤＩＧＥＳＴ，  ｐｐ．８２７−８３０．
【非特許文献２】Ｍ．  ＡＮＤＯ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ａ  Ｒａｄｉａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｓｌｏｔ  Ａｎｔｅｎｎａ  ｆｏｒ  １２ＧＨｚ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  ＴＶ  Ｒｅｃｅｐｔｉｏｎ”，  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ａｎｔｅｎｎａｓ  ａｎｄ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ，  Ｖｏｌ．  ＡＰ−３３，  Ｎｏ．１２，  ｐｐ．  １３４７−１３５３  （１９８５）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、本願発明者の検討によると、特許文献６に記載されている様な、液晶パネルを備えた走査アンテナには、温度変化によって性能が低下するという問題がある。走査アンテナは、表示装置よりも大きな環境温度の変化にさらされるので、この問題は、表示装置よりも顕著である。なお、走査アンテナの性能が温度変化によって低下するという問題は後に詳述する。
【０００９】
そこで、本発明は、性能が温度によって低下することが抑制された走査アンテナおよびそのような走査アンテナを製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施形態によると、以下の項目に記載の解決手段が提供される。
［項目１］
複数のアンテナ単位を含む送受信領域と、前記送受信領域外の非送受信領域とを有する走査アンテナであって、
第１誘電体基板と、前記第１誘電体基板に支持された複数のＴＦＴと、複数のゲートバスラインと、複数のソースバスラインと、複数のパッチ電極とを有するＴＦＴ基板と、
第２誘電体基板と、前記第２誘電体基板の第１主面上に形成されたスロット電極であって、前記複数のパッチ電極に対応して配置された複数のスロットを有するスロット電極とを有するスロット基板と、
前記ＴＦＴ基板と前記スロット基板との間に設けられた液晶層と、
前記非送受信領域に設けられた、前記液晶層を包囲するシール部と、
前記第２誘電体基板の前記第１主面と反対側の第２主面に誘電体層を介して対向するように配置された反射導電板と、
前記非送受信領域の前記液晶層内に配置された少なくとも１本のチューブと
を有し、
前記少なくとも１本のチューブの両端の開口は前記シール部よりも外側に配置されている、走査アンテナ。
[項目２] 
前記少なくとも１本のチューブは、シリコーンエラストマで形成されている、項目１に記載の走査アンテナ。
[項目３]
前記第１誘電体基板および前記第２誘電体基板の少なくとも一方は、前記液晶層に面する表面に少なくとも１つの溝を有し、
前記少なくとも１本のチューブは、前記少なくとも１本の溝に沿って配置されている、項目１または２に記載の走査アンテナ。
［項目４］
項目１から３のいずれかに記載の走査アンテナの製造方法であって、
前記スロット基板または前記ＴＦＴ基板上に、両端が塞がれた少なくとも１本のチューブを配置する工程Ａと、
前記工程Ａの後で、減圧雰囲気下で、前記スロット基板と前記ＴＦＴ基板との間に前記液晶層および前記シール部を形成する工程Ｂと、
前記工程Ｂの後で、大気圧下で、前記少なくとも１本のチューブの前記両端を開口する工程Ｃと
を包含する、製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の実施形態によると、性能が温度によって低下することが抑制された走査アンテナおよびそのような走査アンテナを製造する方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】走査アンテナ１０００の一部を模式的に示す断面図である。
【図２Ａ】走査アンテナ１０００が備えるＴＦＴ基板１０１を示す模式的な平面図である。
【図２Ｂ】走査アンテナ１０００が備えるスロット基板２０１を示す模式的な平面図である。
【図３】本発明の実施形態による走査アンテナが有する液晶パネル１００Ａの模式的な平面図である。
【図４】本発明の実施形態による走査アンテナが有する液晶パネル１００Ｂの模式的な平面図である。
【図５】室温における液晶パネル１００Ａの模式的な断面図である。
【図６】高温における液晶パネル１００Ａの模式的な断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態による走査アンテナが備える液晶パネル１００Ｃの模式的な平面図である。
【図８】本発明のさらに他の実施形態による走査アンテナが備える液晶パネルの４分の１部分１００ｄの模式的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、図面を参照しながら本発明の実施形態による走査アンテナおよびその製造方法を説明する。なお、本発明は以下で例示する実施形態に限られない。
【００１４】
まず、図１および図２Ａ、図２Ｂを参照して、液晶パネルを有する走査アンテナの基本構造を説明する。その後、従来の液晶パネルを有する走査アンテナが有する課題を説明する。本発明の実施形態による走査アンテナが有する液晶パネルの構造は、図３〜図８を参照して説明する。
【００１５】
＜走査アンテナの基本構造＞
液晶材料の大きな誘電率Ｍ（εM）の異方性（複屈折率）を利用したアンテナ単位を用いた走査アンテナは、液晶パネルの画素に対応付けられるアンテナ単位の各液晶層に印加する電圧を制御し、各アンテナ単位の液晶層の実効的な誘電率Ｍ（εM）を変化させることによって、静電容量の異なるアンテナ単位で２次元的なパターンを形成する（ＬＣＤによる画像の表示に対応する。）。アンテナから出射される、または、アンテナによって受信される電磁波（例えば、マイクロ波）には、各アンテナ単位の静電容量に応じた位相差が与えられ、静電容量の異なるアンテナ単位によって形成された２次元的なパターンに応じて、特定の方向に強い指向性を有することになる（ビーム走査）。例えば、アンテナから出射される電磁波は、入力電磁波が各アンテナ単位に入射し、各アンテナ単位で散乱された結果得られる球面波を、各アンテナ単位によって与えられる位相差を考慮して積分することによって得られる。各アンテナ単位が、「フェイズシフター：ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔｅｒ」として機能していると考えることもできる。液晶材料を用いた走査アンテナの基本的な構造および動作原理については、特許文献１〜４および非特許文献１、２を参照されたい。非特許文献２は、らせん状のスロットが配列された走査アンテナの基本的な構造を開示している。参考のために、特許文献１〜４および非特許文献１、２の開示内容の全てを本明細書に援用する。
【００１６】
なお、走査アンテナにおけるアンテナ単位は液晶パネルの画素に類似してはいるものの、液晶パネルの画素の構造とは異なっているし、複数のアンテナ単位の配列も液晶パネルにおける画素の配列とは異なっている。特許文献６に記載の走査アンテナ１０００を示す図１を参照して、走査アンテナの基本構造を説明する。走査アンテナ１０００は、スロットが同心円状に配列されたラジアルインラインスロットアンテナであるが、本発明の実施形態による走査アンテナはこれに限られず、例えば、スロットの配列は、公知の種々の配列であってよい。特に、スロットおよび／またはアンテナ単位の配列について、特許文献５の全ての開示内容を参考のために本明細書に援用する。
【００１７】
図１は、走査アンテナ１０００の一部を模式的に示す断面図であり、同心円状に配列されたスロットの中心近傍に設けられた給電ピン７２（図２Ｂ参照）から半径方向に沿った断面の一部を模式的に示す。
【００１８】
走査アンテナ１０００は、ＴＦＴ基板１０１と、スロット基板２０１と、これらの間に配置された液晶層ＬＣと、スロット基板２０１と、空気層５４を介して対向するように配置された反射導電板６５とを備えている。走査アンテナ１０００は、ＴＦＴ基板１０１側からマイクロ波を送受信する。
【００１９】
ＴＦＴ基板１０１は、ガラス基板などの誘電体基板１と、誘電体基板１上に形成された複数のパッチ電極１５と、複数のＴＦＴ１０とを有している。各パッチ電極１５は、対応するＴＦＴ１０に接続されている。各ＴＦＴ１０は、ゲートバスラインとソースバスラインとに接続されている。
【００２０】
スロット基板２０１は、ガラス基板などの誘電体基板５１と、誘電体基板５１の液晶層ＬＣ側に形成されたスロット電極５５とを有している。スロット電極５５は複数のスロット５７を有している。
【００２１】
スロット基板２０１と、空気層５４を介して対向するように反射導電板６５が配置されている。空気層５４に代えて、マイクロ波に対する誘電率Ｍが小さい誘電体（例えば、ＰＴＦＥなどのフッ素樹脂）で形成された層を用いることができる。スロット電極５５と反射導電板６５と、これらの間の誘電体基板５１および空気層５４とが導波路３０１として機能する。
【００２２】
パッチ電極１５と、スロット５７を含むスロット電極５５の部分と、これらの間の液晶層ＬＣとがアンテナ単位Ｕを構成する。各アンテナ単位Ｕにおいて、１つのパッチ電極１５が１つのスロット５７を含むスロット電極５５の部分と液晶層ＬＣを介して対向しており、液晶容量を構成している。パッチ電極１５とスロット電極５５とが液晶層ＬＣを介して対向する構造は、液晶パネルの画素電極と対向電極とが液晶層を介して対向する構造と似ている。すなわち、走査アンテナ１０００のアンテナ単位Ｕと、液晶パネルにおける画素とは似た構成を有している。また、アンテナ単位は、液晶容量と電気的に並列に接続された補助容量を有している点でも液晶パネルにおける画素と似た構成を有している。しかしながら、走査アンテナ１０００は、液晶パネルと多くの相違点を有している。
【００２３】
まず、走査アンテナ１０００の誘電体基板１、５１に求められる性能は、液晶パネルの基板に求められる性能と異なる。
【００２４】
一般に液晶パネルには、可視光に透明な基板が用いられ、例えば、ガラス基板またはプラスチック基板が用いられる。反射型の液晶パネルにおいては、背面側の基板には透明性が必要ないので、半導体基板が用いられることもある。これに対し、アンテナ用の誘電体基板１、５１としては、マイクロ波に対する誘電損失（マイクロ波に対する誘電正接をｔａｎδMと表すことにする。）が小さいことが好ましい。誘電体基板１、５１のｔａｎδMは、概ね０．０３以下であることが好ましく、０．０１以下がさらに好ましい。具体的には、ガラス基板またはプラスチック基板を用いることができる。ガラス基板はプラスチック基板よりも寸法安定性、耐熱性に優れ、ＴＦＴ、配線、電極等の回路要素をＬＣＤ技術を用いて形成するのに適している。例えば、導波路を形成する材料が空気とガラスである場合、ガラスの方が上記誘電損失が大きいため、ガラスがより薄い方が導波ロスを減らすことができるとの観点から、好ましくは４００μｍ以下であり、３００μｍ以下がさらに好ましい。下限は特になく、製造プロセスにおいて、割れることなくハンドリングできればよい。
【００２５】
電極に用いられる導電材料も異なる。液晶パネルの画素電極や対向電極には透明導電膜としてＩＴＯ膜が用いられることが多い。しかしながら、ＩＴＯはマイクロ波に対するｔａｎδMが大きく、アンテナにおける導電層として用いることができない。スロット電極５５は、反射導電板６５とともに導波路３０１の壁として機能する。したがって、導波路３０１の壁におけるマイクロ波の透過を抑制するためには、導波路３０１の壁の厚さ、すなわち、金属層（Ｃｕ層またはＡｌ層）の厚さは大きいことが好ましい。金属層の厚さが表皮深さの３倍であれば、電磁波は１／２０（−２６ｄＢ）に減衰され、５倍であれば１／１５０（−４３ｄＢ）程度に減衰されることが知られている。したがって、金属層の厚さが表皮深さの５倍であれば、電磁波の透過率を１％に低減することができる。例えば、１０ＧＨｚのマイクロ波に対しては、厚さが３．３μｍ以上のＣｕ層、および厚さが４．０μｍ以上のＡｌ層を用いると、マイクロ波を１／１５０まで低減することができる。また、３０ＧＨｚのマイクロ波に対しては、厚さが１．９μｍ以上のＣｕ層、および厚さが２．３μｍ以上のＡｌ層を用いると、マイクロ波を１／１５０まで低減することができる。このように、スロット電極５５は、比較的厚いＣｕ層またはＡｌ層で形成することが好ましい。Ｃｕ層またはＡｌ層の厚さに上限は特になく、成膜時間やコストを考慮して、適宜設定され得る。Ｃｕ層を用いると、Ａｌ層を用いるよりも薄くできるという利点が得られる。比較的厚いＣｕ層またはＡｌ層の形成は、ＬＣＤの製造プロセスで用いられる薄膜堆積法だけでなく、Ｃｕ箔またはＡｌ箔を基板に貼り付ける等、他の方法を採用することもできる。金属層の厚さは、例えば、２μｍ以上３０μｍ以下である。薄膜堆積法を用いて形成する場合、金属層の厚さは５μｍ以下であることが好ましい。なお、反射導電板６５は、例えば、厚さが数ｍｍのアルミニウム板、銅板などを用いることができる。
【００２６】
パッチ電極１５は、スロット電極５５のように導波路３０１を構成する訳ではないので、スロット電極５５よりも厚さが小さいＣｕ層またはＡｌ層を用いることができる。ただし、スロット電極５５のスロット５７付近の自由電子の振動がパッチ電極１５内の自由電子の振動を誘起する際に熱に変わるロスを避けるために、抵抗が低い方が好ましい。量産性の観点からはＣｕ層よりもＡｌ層を用いることが好ましく、Ａｌ層の厚さは例えば０．３μｍ以上２μｍ以下が好ましい。
【００２７】
また、アンテナ単位Ｕの配列ピッチは、画素ピッチと大きく異なる。例えば、１２ＧＨｚ（Ｋｕ  ｂａｎｄ）のマイクロ波用のアンテナを考えると、波長λは、例えば２５ｍｍである。そうすると、特許文献４に記載されているように、アンテナ単位Ｕのピッチはλ／４以下および／またはλ／５以下であるので、６．２５ｍｍ以下および／または５ｍｍ以下ということになる。これは液晶パネルの画素のピッチと比べて１０倍以上大きい。したがって、アンテナ単位Ｕの長さおよび幅も液晶パネルの画素長さおよび幅よりも約１０倍大きいことになる。
【００２８】
もちろん、アンテナ単位Ｕの配列は液晶パネルにおける画素の配列と異なり得る。ここでは、同心円状に配列した例（例えば、特開２００２−２１７６４０号公報参照）を示すが、これに限られず、例えば、非特許文献２に記載されているように、らせん状に配列されてもよい。さらに、特許文献４に記載されているようにマトリクス状に配列してもよい。
【００２９】
走査アンテナ１０００の液晶層ＬＣの液晶材料に求められる特性は、液晶パネルの液晶材料に求められる特性と異なる。液晶パネルは画素の液晶層の屈折率変化によって、可視光（波長３８０ｎｍ〜８３０ｎｍ）の偏光に位相差を与えることによって、偏光状態を変化させる（例えば、直線偏光の偏光軸方向を回転させる、または、円偏光の円偏光度を変化させる）ことによって、表示を行う。これに対して走査アンテナ１０００は、アンテナ単位Ｕが有する液晶容量の静電容量値を変化させることによって、各パッチ電極から励振（再輻射）されるマイクロ波の位相を変化させる。したがって、液晶層は、マイクロ波に対する誘電率Ｍ（εM）の異方性（ΔεM）が大きいことが好ましく、ｔａｎδMは小さいことが好ましい。例えば、Ｍ．  Ｗｉｔｔｅｋ  ｅｔ  ａｌ．，  ＳＩＤ  ２０１５  ＤＩＧＥＳＴｐｐ．８２４−８２６に記載のΔεMが４以上で、ｔａｎδMが０．０２以下（いずれも１９Ｇｚの値）を好適に用いることができる。この他、九鬼、高分子５５巻８月号ｐｐ．５９９−６０２（２００６）に記載のΔεMが０．４以上、ｔａｎδMが０．０４以下の液晶材料を用いることができる。
【００３０】
一般に液晶材料の誘電率は周波数分散を有するが、マイクロ波に対する誘電異方性ΔεMは、可視光に対する屈折率異方性Δｎと正の相関がある。したがって、マイクロ波に対するアンテナ単位用の液晶材料は、可視光に対する屈折率異方性Δｎが大きい材料が好ましいと言える。ＬＣＤ用の液晶材料の屈折率異方性Δｎは５５０ｎｍの光に対する屈折率異方性で評価される。ここでも５５０ｎｍの光に対するΔｎ（複屈折率）を指標に用いると、Δｎが０．３以上、好ましくは０．４以上のネマチック液晶が、マイクロ波に対するアンテナ単位用に用いられる。Δｎに特に上限はない。ただし、Δｎが大きい液晶材料は極性が強い傾向にあるので、信頼性を低下させる恐れがある。液晶層の厚さは、例えば、１μｍ〜５００μｍである。
【００３１】
以下、走査アンテナの構造をより詳細に説明する。
【００３２】
まず、図１、図２Ａおよび図２Ｂを参照する。図１は詳述した様に走査アンテナ１０００の中心付近の模式的な部分断面図であり、図２Ａおよび図２Ｂは、それぞれ、走査アンテナ１０００が備えるＴＦＴ基板１０１およびスロット基板２０１を示す模式的な平面図である。
【００３３】
走査アンテナ１０００は２次元に配列された複数のアンテナ単位Ｕを有しており、ここで例示する走査アンテナ１０００では、複数のアンテナ単位が同心円状に配列されている。以下の説明においては、アンテナ単位Ｕに対応するＴＦＴ基板１０１の領域およびスロット基板２０１の領域を「アンテナ単位領域」と呼び、アンテナ単位と同じ参照符号Ｕを付すことにする。また、図２Ａおよび図２Ｂに示す様に、ＴＦＴ基板１０１およびスロット基板２０１において、２次元的に配列された複数のアンテナ単位領域によって画定される領域を「送受信領域Ｒ１」と呼び、送受信領域Ｒ１以外の領域を「非送受信領域Ｒ２」と呼ぶ。非送受信領域Ｒ２には、端子部、駆動回路などが設けられる。
【００３４】
図２Ａは、走査アンテナ１０００が備えるＴＦＴ基板１０１を示す模式的な平面図である。
【００３５】
図示する例では、ＴＦＴ基板１０１の法線方向から見たとき、送受信領域Ｒ１はドーナツ状である。非送受信領域Ｒ２は、送受信領域Ｒ１の中心部に位置する第１非送受信領域Ｒ２ａと、送受信領域Ｒ１の周縁部に位置する第２非送受信領域Ｒ２ｂとを含む。送受信領域Ｒ１の外径は、例えば２００ｍｍ〜１５００ｍｍで、通信量などに応じて設定される。
【００３６】
ＴＦＴ基板１０１の送受信領域Ｒ１には、誘電体基板１に支持された複数のゲートバスラインＧＬおよび複数のソースバスラインＳＬが設けられ、これらの配線によってアンテナ単位領域Ｕが規定されている。アンテナ単位領域Ｕは、送受信領域Ｒ１において、例えば同心円状に配列されている。アンテナ単位領域Ｕのそれぞれは、ＴＦＴと、ＴＦＴに電気的に接続されたパッチ電極とを含んでいる。ＴＦＴのソース電極はソースバスラインＳＬに、ゲート電極はゲートバスラインＧＬにそれぞれ電気的に接続されている。また、ドレイン電極は、パッチ電極と電気的に接続されている。
【００３７】
非送受信領域Ｒ２（Ｒ２ａ、Ｒ２ｂ）には、送受信領域Ｒ１を包囲するようにシール領域Ｒｓが配置されている。シール領域Ｒｓにはシール材が付与されている。シール材は、ＴＦＴ基板１０１およびスロット基板２０１を互いに接着させるとともに、これらの基板１０１、２０１の間に液晶を封入する。シール領域Ｒｓに付与されたシール材によって形成された部材をシール部ということがある。シール材は、熱硬化性または光硬化性樹脂を含み、シール領域Ｒｓに付与されたシール材を硬化することよって、シール部が形成される。シール材は、粒状スペーサ（例えば樹脂ビーズ）をさらに含み得る。
【００３８】
非送受信領域Ｒ２のうちシール領域Ｒｓによって包囲された領域の外側には、ゲート端子部ＧＴ、ゲートドライバＧＤ、ソース端子部ＳＴおよびソースドライバＳＤが設けられている。ゲートバスラインＧＬのそれぞれはゲート端子部ＧＴを介してゲートドライバＧＤに接続されている。ソースバスラインＳＬのそれぞれはソース端子部ＳＴを介してソースドライバＳＤに接続されている。なお、この例では、ソースドライバＳＤおよびゲートドライバＧＤは誘電体基板１上に形成されているが、これらのドライバの一方または両方は他の誘電体基板上に設けられていてもよい。
【００３９】
非送受信領域Ｒ２には、また、複数のトランスファー端子部ＰＴが設けられている。トランスファー端子部ＰＴは、スロット基板２０１のスロット電極５５（図２Ｂ）と電気的に接続される。本明細書では、トランスファー端子部ＰＴとスロット電極５５との接続部を「トランスファー部」と称する。図示するように、トランスファー端子部ＰＴ（トランスファー部）は、シール領域Ｒｓ内に配置されてもよい。この場合、シール材として導電性粒子を含有する樹脂を用いてもよい。これにより、ＴＦＴ基板１０１とスロット基板２０１との間に液晶を封入させるとともに、トランスファー端子部ＰＴとスロット基板２０１のスロット電極５５との電気的な接続を確保できる。この例では、第１非送受信領域Ｒ２ａおよび第２非送受信領域Ｒ２ｂの両方にトランスファー端子部ＰＴが配置されているが、いずれか一方のみに配置されていてもよい。
【００４０】
なお、トランスファー端子部ＰＴ（トランスファー部）は、シール領域Ｒｓ内に配置されていなくてもよい。例えば非送受信領域Ｒ２のうちシール領域Ｒｓ以外の領域内に配置されていてもよい。トランスファー部は、シール領域Ｒｓ内およびシール領域Ｒｓ以外の領域内の両方に配置されていてももちろんよい。
【００４１】
図２Ｂは、走査アンテナ１０００におけるスロット基板２０１を例示する模式的な平面図であり、スロット基板２０１の液晶層ＬＣ側の表面を示している。
【００４２】
スロット基板２０１では、誘電体基板５１上に、送受信領域Ｒ１および非送受信領域Ｒ２に亘ってスロット電極５５が形成されている。
【００４３】
スロット基板２０１の送受信領域Ｒ１では、スロット電極５５には複数のスロット５７が配置されている。スロット５７は、ＴＦＴ基板１０１におけるアンテナ単位領域Ｕに対応して配置されている。図示する例では、複数のスロット５７は、ラジアルインラインスロットアンテナを構成するように、互いに概ね直交する方向に延びる一対のスロット５７が同心円状に配列されている。互いに概ね直交するスロットを有するので、走査アンテナ１０００は、円偏波を送受信することができる。
【００４４】
非送受信領域Ｒ２には、複数の、スロット電極５５の端子部ＩＴが設けられている。端子部ＩＴは、ＴＦＴ基板１０１のトランスファー端子部ＰＴ（図２Ａ）と電気的に接続される。この例では、端子部ＩＴは、シール領域Ｒｓ内に配置されており、導電性粒子を含有するシール材によって対応するトランスファー端子部ＰＴと電気的に接続される。
【００４５】
また、第１非送受信領域Ｒ２ａにおいて、スロット基板２０１の裏面側に給電ピン７２が配置されている。給電ピン７２によって、スロット電極５５、反射導電板６５および誘電体基板５１で構成された導波路３０１にマイクロ波が挿入される。給電ピン７２は給電装置７０に接続されている。給電は、スロット５７が配列された同心円の中心から行う。給電の方式は、直結給電方式および電磁結合方式のいずれであってもよく、公知の給電構造を採用することができる。
【００４６】
［温度変化によるアンテナ性能の低下］
上述したように、走査アンテナは、アンテナ単位の各液晶層に印加する電圧を制御し、各アンテナ単位の液晶層の実効的な誘電率Ｍ（εM）を変化させることによって、静電容量の異なるアンテナ単位で２次元的なパターンを形成する。ところが、例えば環境温度の変化によって、液晶パネルの温度が変化すると、液晶材料の体積が変化し、それに起因して、液晶容量の静電容量値が変化することがある。そうすると、アンテナ単位の液晶層がマイクロ波に与える位相差が所定の値からずれることになる。位相差が所定の値からずれると、アンテナ性能が低下する。このアンテナ性能の低下は、例えば、共振周波数のずれとして評価され得る。実際には、例えば、走査アンテナは予め決められた共振周波数でゲインが最大となるように設計されるので、アンテナ性能の低下は、例えば、ゲインの低下として現れる。あるいは、走査アンテナのゲインが最大となる方向が所望する方向からずれると、例えば、通信衛星を正確に追尾できないことになる。
【００４７】
液晶層は、ＴＦＴ基板とスロット基板とシール部とによって形成される空間に封入されている。言い換えると、ＴＦＴ基板とスロット基板とシール部とによって形成される空間は液晶材料で満たされている。液晶パネルの温度が上昇すると、各構成要素は熱膨張する。液晶層の体積が増加すると、液晶容量を構成する液晶層の厚さが増大し、液晶容量の静電容量値は低下する。
【００４８】
一方、液晶パネルの温度が低下すると、液晶層の体積は、ＴＦＴ基板とスロット基板とシール部とによって形成される空間の体積よりも小さくなる。その結果、液晶層中に気泡（真空気泡）が生成されることがある。なお、液晶パネルの温度低下に伴って生成される気泡は、特に、「低温気泡」と呼ばれることがある。液晶層は、真空注入法または滴下注入法によって形成され、ＴＦＴ基板とスロット基板とシール部とによって形成される空間内には、液晶材料しか存在しないので、液晶層に生成される気泡は、「真空気泡」と呼ばれることもある。気泡が液晶容量の液晶層に存在すると、液晶容量の静電容量値は著しく低下する。
【００４９】
したがって、温度変化によるアンテナ性能の低下を抑制するためには、温度変化に伴う、液晶容量を構成する液晶層の厚さの変化、および、液晶容量を構成する液晶層における気泡の発生を抑制すればよい。
【００５０】
本発明の実施形態による走査アンテナの液晶パネルは、温度変化による液晶層の体積変化を吸収するチューブを液晶層内に配置する。チューブは、非送受信領域の液晶層内に配置され、チューブの両端の開口はシール部よりも外側に配置されている。このようにチューブを設けることによって、液晶層の体積が膨張したときには、チューブが圧縮され、液晶層の厚さの増大が抑制される。一方、液晶層の体積が収縮したときには、チューブが膨張（伸張）させられ、液晶層中に気泡が発生することが抑制される。
【００５１】
図３〜図８を参照して、本発明の実施形態による走査アンテナが有する液晶パネルの構造を詳細に説明する。
【００５２】
図３は、本発明の実施形態による走査アンテナが有する液晶パネル１００Ａの模式的な平面図であり、図４は、本発明の実施形態による走査アンテナが有する液晶パネル１００Ｂの模式的な平面図である。図３以降の図において、図１、図２Ａおよび図２Ｂに示した構成要素と実質的に同じ機能を有する構成要素を共通の参照符号で示し、説明を省略することがある。
【００５３】
液晶パネル１００Ａおよび１００Ｂは、ＴＦＴ基板１０１と、スロット基板２０１と、ＴＦＴ基板１０１とスロット基板２０１との間に設けられた液晶層ＬＣと、非送受信領域Ｒ２に設けられた、液晶層ＬＣを包囲するシール部７３とを有している。ここで、シール部７３は、図２Ａにおけるシール領域Ｒｓよりも外側に設けられており、シール部７３で包囲される領域内に、より広い非送受信領域Ｒ２を含んでいる。シール部７３が包囲する領域の広さや形状（シールパターン）は、適宜変更され得る。一般的には、ＴＦＴ基板１０１のうち、端子部や駆動回路（例えば、ゲートドライバＧＤ、ソースドライバＳＤ、ソース端子部ＳＴおよびゲート端子部ＧＴ）を有する部分は、スロット基板２０１と重ならずに露出される。
【００５４】
図３に示す液晶パネル１００Ａは、非送受信領域Ｒ２の液晶層内に配置された１本のチューブ２０Ａを有し、１本のチューブ２０Ａの両端の開口２２Ａａ、２２Ａｂはシール部７３よりも外側に配置されている。チューブ２０Ａは、開口２２Ａａ、２２Ａｂの付近でシール部７３によって固定されており、チューブ２０Ａ内は周囲と同じ大気圧である。
【００５５】
図４に示す液晶パネル１００Ｂは、非送受信領域Ｒ２の液晶層内に配置された２本のチューブ２０Ｂ１、２０Ｂ２を有し、チューブ２０Ｂ１の両端の開口２２Ｂ１ａ、２２Ｂ１ｂおよびチューブ２０Ｂ２の両端の開口２２Ｂ２ａ、２２Ｂ２ｂは、シール部７３よりも外側に配置されている。チューブ２０Ｂ１および２０Ｂ２は、それぞれ開口２２Ｂ１ａ、２２Ｂ１ｂおよび開口２２Ｂ２ａ、２２Ｂ２ｂの付近でシール部７３によって固定されており、チューブ２０Ｂ１、２０Ｂ２内は周囲と同じ大気圧である。
【００５６】
次に、図５および図６を参照する。図５は、室温における液晶パネル１００Ａの模式的な断面図であり、図６は、高温における液晶パネル１００Ａの模式的な断面図である。簡単さのために、図５および図６において、ＴＦＴ基板１０１およびスロット基板２０１が有する誘電体基板１、５１以外の構成要素の図示を省略する。
【００５７】
図５に示すように、チューブ２０Ａは、ＴＦＴ基板１０１とスロット基板２０１との間に保持されている。チューブ２０Ａは、液晶層の体積変化による応力（圧縮または引張）によって変形可能な弾性率を有する材料から形成されている。チューブ２０Ａは、例えば、シリコーンエラストマ（ゴムを含む）で形成されたマイクロチューブである。例えば、内径が０．１ｍｍ、外径が０．２ｍｍ（２００μｍ）、長さが２ｍのシリコーンチューブが市販されている（例えば株式会社ミスミグループ本社）。液晶層ＬＣの厚さは例えば３μｍ〜１０μｍであり、柱状スペーサ（フォトスペーサ）３２およびシール部７３に含まれる粒状スペーサ（不図示）によって維持されている。液晶層ＬＣの厚さに比べて大きな直径を有するチューブ２０Ａを配置する場合には、誘電体基板１、５１の液晶層ＬＣに面する表面に溝１ａ、５１ａを形成し、チューブ２０Ａを溝１ａ、５１ａに沿って配置すればよい。チューブ２０Ａの一部が溝１ａ、５１ａ内に侵入することによって、チューブ２０Ａが、ＴＦＴ基板１０１とスロット基板２０１とによって押し潰されることを防止できる。
【００５８】
誘電体基板１、５１の厚さは、例えば０．７ｍｍ〜１．１ｍｍ程度であり、一方の基板に、例えば深さが０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の溝を容易に形成することができる。溝は、公知の方法で形成することができる。例えば、ガラス基板をエッチングマスク介してフッ酸系のエッチング液でエッチングすることによって溝を形成することができる。したがって、誘電体基板１、５１の両方に０．５ｍｍの深さの溝を形成すれば、直径が約１ｍｍのチューブ２０Ａを用いることができる。もちろん、ここで例示したよう誘電体基板１、５１の両方に溝１ａおよび溝５１ａを形成する必要はなく、誘電体基板１および５１の一方にだけ溝１ａまたは溝５１ａを形成してもよい。誘電体基板１および５１の少なくとも一方に溝１ａまたは溝５１ａを形成することによって、チューブ２０Ａの位置を安定させることができる。
【００５９】
図４に示した液晶パネル１００Ｂの様に２つ以上のチューブ２０Ｂ１、２０Ｂ２を設ける場合は、２つ以上のチューブ２０Ｂ１、２０Ｂ２のそれぞれについて、少なくとも１つの溝を形成することが好ましい。チューブ２０Ｂ１、２０Ｂ２の他、以下で説明するチューブはいずれもチューブ２０Ａと同じであってよい。
【００６０】
チューブ２０Ａは、液晶層ＬＣの体積変化による応力（圧縮または引張）によって変形可能な弾性率を有し、温度変化による液晶層ＬＣの体積変化を吸収することができる。例えば、室温において、図５に示したように、チューブ２０Ａの断面が円形であるとする。液晶パネル１００Ａの温度が上昇すると、液晶材料の体積が増加する。液晶材料は、ＴＦＴ基板１０１とスロット基板２０１とシール部７３とによって形成される空間に封入されており、この空間の熱膨張は液晶材料の熱膨張よりも小さい。そうすると、液晶材料の熱膨張によって、ＴＦＴ基板１０１とスロット基板２０１との間隔、すなわち液晶層ＬＣの厚さを増大させる方向の応力が働き、液晶材料には逆向きの圧縮応力が働く。このとき、チューブ２０Ａは、液晶材料を介して圧縮応力を受けて、図６に示す様に弾性変形し、チューブ２０Ａの体積が小さくなる。その結果、液晶層ＬＣの厚さを増大させる力が弱くなり、液晶層ＬＣの厚さの増大が抑制されることになる。すなわち、チューブ２０Ａは、液晶材料の熱膨張を吸収するように作用する。
【００６１】
図示は省略するが、逆に、液晶パネル１００Ａの温度が低下すると、液晶材料の体積が減少する。そうすると、ＴＦＴ基板１０１とスロット基板２０１との間隔、すなわち液晶層ＬＣの厚さを減少させる方向の応力が働き、液晶材料には逆向きの引張応力（膨張させる応力）が働く。このとき、チューブ２０Ａは、液晶材料を介して引張応力を受けて弾性変形し、チューブ２０Ａの体積が大きくなる。すなわち、チューブ２０Ａは、液晶材料の熱収縮を吸収するように作用する。
【００６２】
液晶材料の熱体積膨張係数は２５０ｐｐｍ／Ｋ程度あり、使用温度範囲が室温（例えば２５℃）を中心に±４０℃とすると、液晶材料の体積は±１％変化することになる。したがって、液晶層ＬＣ中に存在するチューブ２０Ａの部分の体積が、液晶材料の体積の±１％の変化分を吸収できるように、チューブ２０Ａを設けることが好ましい。これは、液晶層ＬＣの体積、チューブ２０Ａの体積、チューブ２０Ａの変形のし易さに応じて適宜設定され得る。また、環境温度の変化が大きい場合は、適宜、液晶パネルを加熱または冷却してもよい。
【００６３】
本発明の実施形態による走査アンテナが有する液晶パネルの製造方法は、スロット基板またはＴＦＴ基板上に、両端が塞がれた少なくとも１本のチューブを配置する工程と、この後で、減圧雰囲気下で、スロット基板とＴＦＴ基板との間に液晶層およびシール部を形成する工程と、この後で、大気圧下で、チューブの両端を開口する工程とを包含する。液晶材料の注入工程は、真空注入法でも、滴下注入法のいずれでもよい。
【００６４】
液晶パネル１００Ａは、例えば、以下のようにして製造される。
【００６５】
まず、公知の方法で製造されたスロット基板２０１およびＴＦＴ基板１０１の一方の基板上に、両端が塞がれたチューブを配置する。チューブの両端は、例えば治具で挟んでおいてもよいし、シール剤（あるいは接着剤）等で塞いでもよい。このとき、チューブ内の圧力は、大気圧でよい。チューブ内に閉じ込められるガスは空気であってよいが、特に限定されない。チューブは一方の基板の表面の溝１ａまたは５１ａに沿って配置すると作業性が高い。
【００６６】
次に、例えばディスペンサを用いて、注入口となる部分に開口を有するパターンをシール材で描画する。ディスペンサによるシール材の描画に代えて、例えば、スクリーン印刷によって、所定のパターンにシール材を付与してもよい。
【００６７】
その後、他の方の基板と重ね合わせ、所定の温度で、所定の時間加熱することによって、シール材を硬化する。シール材には、セルギャップを制御するための粒状のスペーサ（例えば樹脂ビーズ）が混入されており、スロット基板２０１とＴＦＴ基板１０１との間に液晶層ＬＣが形成されるギャップを保って、互いに接着、固定される。これによりメインシール部が形成される。
【００６８】
その後、例えば、注入口から、液晶材料を真空注入法で注入する。その後、注入口を塞ぐように例えば熱硬化型の封止材を付与し、所定の温度で、所定の時間加熱することによって、封止材が硬化され、エンドシール部が形成される（封孔される）。真空注入法を用いる場合、このように、メインシール部とエンドシール部とで、液晶層ＬＣを包囲するシール部７３の全体が形成される。なお、滴下注入法を用いて液晶層ＬＣを形成してもよい。滴下注入法を用いる場合、メインシール部が液晶層ＬＣを包囲するように形成されるので、注入口およびエンドシール部は形成されない。
【００６９】
この後、大気圧下で、チューブの両端を開口することによって、液晶パネル１００Ａが得られる。液晶パネル１００Ｂおよび下記で説明する液晶パネルも同様の方法で製造され得る。
【００７０】
次に、図７および図８を参照して、本発明の他の実施形態による走査アンテナが有する液晶パネルの構造を説明する。
【００７１】
走査アンテナ１０００は、例えば、国際公開第２０１７／０６５０８８号に記載されているように、複数の走査アンテナ部分をタイリングすることによって作製されてもよい。例えば、走査アンテナの液晶パネルを分割して作製することができる。走査アンテナの液晶パネルは、それぞれ、ＴＦＴ基板と、スロット基板と、これらの間に設けられた液晶層とを有している。空気層（あるいは他の誘電体層）５４および反射導電板６５は、複数の走査アンテナ部分に対して共通に設けられていてもよい。
【００７２】
図７に示す液晶パネル１００Ｃは、２つの液晶パネル１００Ｃ１および１００Ｃ２をタイリングすることによって作製されている。液晶パネル１００Ｃ１および１００Ｃ２は、それぞれ独立した液晶層を有するので、液晶パネル１００Ｃ１の液晶層にチューブ２０Ｃ１が設けられており、液晶パネル１００Ｃ２の液晶層にチューブ２０Ｃ２が設けられている。チューブ２０Ｃ１の両端の開口２２Ｃ１ａ、２２Ｃ１ｂはシール部７３よりも外側に配置されており、チューブ２０Ｃ２の両端の開口２２Ｃ２ａ、２２Ｃ２ｂもシール部７３よりも外側に配置されている。
【００７３】
図８は、本発明の他の実施形態による走査アンテナの液晶パネルを４枚の液晶パネルをタイリングすることによって作製する際の１枚の液晶パネル１００Ｄａの模式的な平面図である。
【００７４】
液晶パネル１００Ｄａは、液晶層にチューブ２０Ｄ１が設けられており、チューブ２０Ｄ１の両端の開口２２Ｄ１ａ、２２Ｄ１ｂはシール部７３よりも外側に配置されている。他の４枚も液晶パネルも液晶パネル１００Ｄａと同様に、それぞれの液晶層にチューブが設けられている。
【００７５】
液晶パネルの液晶層に設けられるチューブは、上述したように、液晶層ＬＣの体積、チューブの体積、チューブの変形のし易さに応じて適宜設定され得る。１つの液晶層に２本以上のチューブを配置してもよい。また、上記の例では、円形の送受信領域Ｒ１の周囲に沿ってチューブを配置した例を示したが、チューブの配置に特に制限はなく、非送受信領域Ｒ２の液晶層内であれば、例えば、蛇行させることによって、１本のチューブの長さ（体積）を増大させてもよい。チューブは、液晶層ＬＣの体積変化による応力（圧縮または引張）によって変形可能な弾性率を有し、温度変化による液晶層ＬＣの体積変化を吸収することができるので、走査アンテナの性能が温度によって低下することを抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明による実施形態は、例えば、移動体（例えば、船舶、航空機、自動車）に搭載される衛星通信や衛星放送用の走査アンテナおよびその製造に用いられる。
【符号の説明】
【００７７】
１００Ａ  液晶パネル
１０１  ＴＦＴ基板
２０１  スロット基板
７３  シール部
２０Ａ  チューブ
２２Ａａ，２２Ａｂ  開口
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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