(57)【要約】液晶セル（１０）を有する基板（３０）を含み、前記液晶セル（１０）は、異方性粒子（２５）を含む液晶材料（２０）と、前記基板上に設けられた少なくともひとつの伝導性部材（３６）、および液晶セルの反対側に設けられた少なくとも一つの導電性部材（３４）と、前記異方性粒子（２５）のアライメントに影響を与える手段と、を有しており、これにより前記導電性部材間の誘電率が変化する、電子部品。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶セルを有する基板を含み、前記液晶セルは、異方性粒子を含む液晶材料と、前記基板上に設けられた少なくともひとつの伝導性部材、および液晶セルの反対側に設けられた少なくとも一つの導電性部材と、前記異方性粒子のアライメントに影響を与える手段と、を有しており、
これにより前記導電性部材間の誘電率が変化する、
電子部品
【請求項２】
液晶セルを有する基板を含み、前記液晶セルは、異方性粒子を含む液晶材料と、前記基板上に設けられた少なくともひとつの伝導性部材、および液晶セルの反対側に設けられた少なくとも一つの導電性部材と、前記異方性粒子のアライメントに影響を与える手段と、を有しており、
これにより前記導電性部材間の誘電率が変化する、
平面型導波路。
【請求項３】
液晶セルを有する基板を含み、前記液晶セルは、異方性粒子を含む液晶材料と、前記基板上に設けられた少なくともひとつの伝導性部材、および液晶セルの反対側に設けられた少なくとも一つの導電性部材と、前記異方性粒子のアライメントに影響を与える手段と、を有しており、
これにより前記導電性部材間の誘電率が変化する、
アンテナ。
【請求項４】
液晶セルを有する基板を含み、前記液晶セルは、異方性粒子を含む液晶材料と、前記基板上に設けられた少なくともひとつの伝導性部材、および液晶セルの反対側に設けられた少なくとも一つの導電性部材と、前記異方性粒子のアライメントに影響を与える手段と、を有しており、
これにより前記導電性部材間の誘電率が変化する、
テラヘルツ周波数波の自由空間伝搬のためのビームシェーパー。
【請求項５】
液晶セルを含み、前記液晶セルは、異方性粒子を含む液晶材料と、前記異方性粒子のアライメントに影響を与えるための制御電極と、を有する電気的に調整可能な誘電体。
【請求項６】
前記異方性粒子のアライメントに影響を与える手段は、前記導電性部材を含む、請求項１に記載の電子部品、請求項２に記載の平面型導波路、請求項３に記載のアンテナ、又は請求項４に記載のビームシェーパー。
【請求項７】
前記液晶セルは、ＰＤＬＣ材料を含む、請求項１に記載の電子部品、請求項２に記載の平面型導波路、請求項３に記載のアンテナ、請求項４に記載のビームシェーパー又は請求項５に記載の電気的に調整可能な誘電体。
【請求項８】
前記異方性粒子は、ＣＮＴを含む、請求項１に記載の電子部品、請求項２に記載の平面型導波路、請求項３に記載のアンテナ、請求項４に記載のビームシェーパー又は請求項５に記載の電気的に調整可能な誘電体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野及び背景技術】
【０００１】
本発明は、電子部品、平面型導波路、アンテナ、ビームシェーパー、および電気的に調整可能な誘電体などに関する。本発明のある実施の形態は、テラヘルツ周波数やミリ波領域において用いることに適しており、別の実施形態は、ＶＨＦ領域、ＵＨＦ領域及びマイクロ波の領域において用いることに適している。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
ある側面において、本発明は、液晶（ＬＣ）セルを有する基板を含み、前記液晶セルは、異方性粒子を含む液晶材料と、その基板上に設けられた少なくともひとつの伝導性部材、および液晶セルの反対側に設けられた少なくとも一つの導電性部材と、前記異方性粒子のアライメントに影響を与える手段と、を有しており、これにより前記導電性部材間の誘電率が変化する、電子部品を提供する。
【０００３】
前記部品は、周波数アジャイル型のアンテナ、アテアラブルアンテナ、チューナブルフィルタ、偏波面可変アンテナ、電圧制御オシレータ、可変遅延線、自動インピーダンス（ａｕｔｏｍａｔｉｃ  ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）マッチング回路、及びマイクロ波回路のための動的温度補償に用いることができる。
【０００４】
別の側面において、本発明は、液晶（ＬＣ）セルを有する基板を含み、前記液晶セルは、異方性粒子を含む液晶材料と、その基板上に設けられた少なくともひとつの伝導性部材、および液晶セルの反対側に設けられた少なくとも一つの導電性部材と、前記異方性粒子のアライメントに影響を与える手段と、を有しており、これにより前記導電性部材間の誘電率が変化する、平面型導波路を提供する。
【０００５】
さらに別の側面において、本発明は、液晶（ＬＣ）セルを有する基板を含み、前記液晶セルは、異方性粒子を含む液晶材料と、その基板上に設けられた少なくともひとつの伝導性部材、および液晶セルの反対側に設けられた少なくとも一つの導電性部材と、前記異方性粒子のアライメントに影響を与える手段と、を有しており、これにより前記導電性部材間の誘電率が変化する、アンテナを提供する。
【０００６】
さらにまた別の側面において、本発明は、液晶（ＬＣ）セルを有する基板を含み、前記液晶セルは、異方性粒子を含む液晶材料と、その基板上に設けられた少なくともひとつの伝導性部材、および液晶セルの反対側に設けられた少なくとも一つの導電性部材と、前記異方性粒子のアライメントに影響を与える手段と、を有しており、これにより前記導電性部材間の誘電率が変化する、テラヘルツ周波数並みの自由空間伝搬（フリースペース伝搬）のためのビームシェーパーを提供する。
【０００７】
前記異方性粒子のアライメントに影響を与える手段は、前記導電性部材を含むものであってもよい。
【０００８】
さらにまた別の側面において、本発明は、液晶（ＬＣ）セルを含み、前記液晶セルは、異方性粒子を含む液晶材料と、前記異方性粒子のアライメントに影響を与えるための制御電極と、を有する電気的に調整可能な誘電体を提供する。
【０００９】
前記液晶セルは、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）材料を含むものであってもよい。
【００１０】
前記異方性粒子は、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を含むものであってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１ａ及び図１ｂを参照すると、液晶セル１０は、液晶材料の層２０を有しており、この層は層内に拡散された異方性粒子２５を有している。この実施態様では、その粒子は、ＣＮＴである。他の実施態様では、染料のドーパントを用いてもよい。また、さらに他の実施態様では、前記液晶材料は、ＣＮＴを含まないＰＤＬＣであってもよい。その液晶材料２０は、対向する、概ね平らであり、お互いに並行な位置に位置し、酸化インジウム薄膜（ＩＴＯ）電極３４、３６、を有しているガラス基板３０、３２と結合され、前記基板はスペーサー３３、３５により距離を設けられている。前記電極は、導電性部材３７、３８を介して、接続可能である。
【００１２】
前記基板の間の距離ｓは、基板の長さｅよりもかなり小さい。
【００１３】
図１ａにおいて、前記異方性粒子２５は、液晶材料２０により前記基板に対して概ね並行となるように配置されている。
【００１４】
図１ｂにおいて、液状材料２０の分子が傾くように、そしてそれにより、粒子２５が平均すると３５度基板面に対して傾くけるような回転可能な状態となるように、ＩＴＯ電極３４、３６間にフィールドが印加される。３５度は、この装置の重要な特徴ではない。異方性粒子のアライメントにより、ＩＴＯ電極間の誘電率に変化をもたらす。
【００１５】
ミリ波領域における市販されている液晶の複屈折率はＫ  Ｃ  リムらの[Ｌｉｑ  Ｃｒｙｓｔａｌ  １4(１９９３)  Ｐ３２７−３３７]により示されるとおり、可視領域の４６〜６７％であることが知られている。さらに、誘電異方性を強め(Δε＝ｌ)、ミリ波領域においてｔａｎδロスがＦＲ４と同等の液晶が合成されている(ワイルら[Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ３９(２４)  １７３２−４.  (２００３)]を参照)。
【００１６】
本発明による試験的な装置を製造するに当たり、ネマチックホストとカーボンナノチューブ材料を基にして、液層層を作成するためにさまざまな材料系が用いられた。適切な材料を、カーボンナノチューブと液晶とを混合することにより得た。混合物を超音波処理することでカーボンナノチューブを液晶内に分散した。
【００１７】
図２を参照すると、従来のテストセルより厚い（１ｍｍまで）テストセル４００が、支持基板の上方表面を覆うように横断する銅のグランドプレート４１０を支持する支持基板４０１を有している。液晶材料層４２０は、そのグランドプレートの上に配置されており、カバー層４３０がスペーサー４３５により支持されており、これによって液晶セルが形成されている。他のセルではガラスに変えてポリマーが用いられている。頂電極４４０は、銅のものであり、たとえばマイクロストリップ銅トラックである。頂電極の幅をｗとし、液晶セルの厚みをｈとすると、マイクロストリップの伝送線（前記頂電極がその一部をなす）のインピーダンスＺ０は、以下のように定義される。
Ｚ０はおよそｈ／［（ｗ＋２ｈ）ε０ｃ０εｒ１／２］でありそして、λｇ＝ｃ０／［ｆεｒ１／２］であるとき、電極長さβＬはおよそ２ｐＬ／λｇである。
【００１８】
液晶を電気的にスイッチ切替し、デバイスを調整するために、以下のような液晶を用いることが示唆される。
すなわち、電気的に制御される複屈折性、及び
２つの周波数ネマチック、である。
【００１９】
ある実施態様では、液晶ホスト中に分散された異方性材料のマイクロチューブが、３０ＧＨｚにおいて液晶の複屈折を５０％以上上昇させたという先行研究があるため(ＡＭ  ラクナーら[Ｌｉｑ.  Ｃｒｙｓｔａｌ.  １４  (１９９３)  ３５１−３５９]を参照)、チューニング領域を拡張するために、液晶ホストにカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を添加した。
【００２０】
所望の性質を有する有機材料中のＣＮＴを得ることは、液晶やポリマーや反応性モノマーを有するＣＮＴコンポジットの、導電性ポリマーやホログラフィーのための光学的非線形材料など、他の用途によい手も重要である。
【００２１】
最も高い誘電異方性を得るためには、良質で安定なＣＮＴのアライメントを得ることが必要である。有機メディア（たとえば、液晶や反応性モノマーを含む）におけるＣＮＴの機能化技術、化学修飾（共有結合による（コバレント）機能化技術）、ポリマーによるラッピング（非共有結合による機能化技術）、及び有機メディア用の界面活性剤が用いられた。その他に、吸光や誘電特性のスペクトル様式の詳細がわかりにくいという問題がある。
【００２２】
そのような材料から作成された電気−光学デバイスは、たとえば、医療用画像、マイクロ波領域におけるアンテナへの応用、ラジオ、衛星や携帯電話などのレーダーへの応用、といったさまざまな用い方をすることができると考えられる。
【００２３】
実施の態様は、（ＣＮＴが添加されたものも添加されないものも含めて）ポリマー分散型液晶を用いることにより、マイクロストリップ、ストリップライン、スロットラインおよび他の平面型導波路技術、に適し、既に存在するＰＴＦＥやファイバーグラス基板に類似し、マイクロ波回路を搭載できるような“硬い”基板を実現できることを示すものと考えられる。このバージョンによれば、狭いチューニング領域を犠牲にするものの、提案された液晶“セル”型の構造のものと比較して、マイクロ波回路を簡単に製造できることとなる。いくつかのケースでは、たとえばオシレーターの詳細なチューニングのように、チューニング領域が狭い方が望ましいこともありうる。
【００２４】
無線ＬＡＮ及び／又は携帯電話における応用の例は、たとえば、あるエリアにおいてユーザ密度が高くすることができるような、ステラブルアンテナである。電話の場合、ステラブルアンテナを用いることで、ユーザが電磁波にさらされる事態を軽減できる。他の、これに限定されない、本発明の応用例は、マイクロストリップ及びストリップライン回路、位相変調器、マッチング回路、チューナブルパッチアンテナ、ステラブルパッチアンテナ、フィルタ、及び計算機である。
【００２５】
図３及び図４を参照すると、パッチアンテナ１００は、銅電極１１４をその上面に有する誘電性物質１１０を有する。液晶セル１２０は、基板１１０の上面側に銅電極１１４上に配置される。それは、フェライト粒子を含む糊状密閉部材（ｇｌｕｅ  ｓｅａｌ）を含むスペーサー１２４によりその四面が結合されている。液晶材料１２８は、活動的な材質（アクティブマテリアル）を形成し、この実施形態ではメルク社のＢＬ０３７であるが、ＣＮＴを含む。
【００２６】
液晶セルの上面には銅電極１２２が配置され、これはパッチを形成する。電極１２２は、許容できるＱ−ファクタを達成するために、動作周波数にわたって導電ロスを最小限にするために適切な厚みとされる。
【００２７】
接続コンダクタ１４０により、パッチ１２２からエネルギーを印加でき、又は抽出できる。
【００２８】
フェライト粒子を用いることで、磁場境界を形成でき、これはクロストークを軽減する機能を有する。たとえば、ギガヘルツなどの高周波がパッチ１２２に印加され、低周波（たとえば、ＤＣ）バイアスがＣＮＴ添加液晶１２８の誘電率を制御するために印加される。バイアスは、本当にＤＣでもよく、液晶材料の応答時間はミリ秒であることを考慮した上でポテンシャルを変える低周波であってもよい。
【００２９】
次に図５について、第１の導波路又は伝播線２２０が、アース板２１４をその上面に有する誘電基板２１０上に形成され、銅コンダクタ２２６がアース板を形成している。ＣＮＴ添加液晶材料２２８は、スペーサ２２４により境界分けされ、さらに銅の線電極２２２をその下面に有する上方基板２１８と接する、セルを形成する。
【００３０】
この態様のものの操作は、第一の実施態様のものの操作と類似している。
【００３１】
図６は、第２の伝播線に関する実施態様を示す。この実施態様では、線電極２２２が、液晶材料により、その上表面と下表面とにおいて結合され、２つのアース板２２０、２２４の間にある。他の導波路や類似した構造を有するものも考えられる。
【００３２】
次に図７について、ビームシェーパー３００は、背面基板３０１上に、平面状に配置された、およそ正方形のパッチアンテナ電極３１０からなる。いくつかの実施態様では、たとえば、４つ又は５つといった、少しの数だけのアンテナエレメントが必要とされる。
【００３３】
図８において、２つの周波数材料を用いる場合に関連する図１の態様の代替となる構成例を示す。その図は、低周波と高周波（液晶材料のレスポンス時間よりもずっと早いもの）のみが印加された状態を示す。
【００３４】
図８ａでは、異方性粒子２５は、互いに平行なガラス基板３０、３２に対して垂直となっている。この状態は、ＩＴＯ電極３４，３６間に印加された低周波電気場によって惹き起こされたものである。垂直に近いアライメントの様子がまさに描画されている。
【００３５】
図８ｂでは、異方性粒子２５は、お互いに平行なガラス基板３０、３２とほぼ並行するようになっている。この状態は、ＩＴＯ電極３４，３６間に印加された高い周波数の電気場によって惹き起こされたものである。
【００３６】
ある実施態様では、それぞれのパッチ電極３１０は、その下に独自の液晶セルを有し、その他のそれほど好ましくないバージョンでは、単一の液晶セルを有する。コンダクタ３０４ａ−ｄは、それぞれのパッチ電極に信号とバイアスの両方が印加される。バイアスにより、信号の分散を変化させ、放射線を知られたように向けるために、それぞれのパッチの誘電率の値がセットされる。本発明の実施の態様が説明された。本発明はしかしながら、上記実施の態様に限定されるものではない。
【００３７】
本発明は、本明細書に添付する図面によってより明確に理解されうる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１ａ】図１ａは、“フィールドなし”の場合の異方性粒子を示す液晶セルの概略図である。
【図１ｂ】図１ｂは、“フィールドあり”の場合の異方性粒子を示す液晶セルの概略図である。
【図２】図２は、テストセルの断面図である。
【図３】図３は、本発明のパッチアンテナに関する実施態様を示す斜視図である。
【図４】図４は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ’に沿った断面図である。
【図５】図５は、本発明のストリップライン導波路に関する実施態様を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明のビームシェーパーに関する実施態様を示す断面図である。
【図７】ビームシェーパー
【図８ａ】２つの周波数材料を用いる場合に関連する図１の態様の代替となる構成例
【図８ｂ】２つの周波数材料を用いる場合に関連する図１の態様の代替となる構成例
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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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８ａ】
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【図８ｂ】
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【国際調査報告】
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