(57)【要約】【課題】容量可変性能に優れる走査アンテナ用の液晶セルＣ等の提供。【解決手段】本発明の液晶セルＣは、複数のアンテナ単位Ｕが配列される。液晶セルＣは、第１誘電体基板１と、第１誘電体基板１に支持された複数のＴＦＴ１０及び複数のパッチ電極１５とを有するＴＦＴ基板１０１と、第２誘電体基板５１と、第２誘電体基板５１に支持された複数のスロット５７を含むスロット電極５５とを有するスロット基板２０１と、パッチ電極１５及びスロット電極５５のうち、少なくとも一方の表面に設けられ、最表面に液晶分子ｌｃを配向させる配向規制力を発現する金属酸化物膜８１を含む配向膜ＯＭと、パッチ電極１５及びスロット電極５５が互いに向かい合うように配されたＴＦＴ基板１０１とスロット基板２０１との間で挟まれ、パッチ電極１５とスロット電極５５との間に電圧が印加されていない状態において、ＴＦＴ基板１０１及びスロット基板２０１に対して平行に配向する液晶分子ｌｃを含む液晶層ＬＣとを備える。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ単位が配列された液晶セルであって、
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及び前記ＴＦＴに電気的に接続された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誘電体基板に支持された複数のスロットを含むスロット電極とを有するスロット基板と、
前記パッチ電極及び前記スロット電極のうち、少なくとも一方の表面に設けられ、最表面に液晶分子を配向させる配向規制力を発現する金属酸化物膜を含む配向膜と、
前記パッチ電極及び前記スロット電極が互いに向かい合うように配された前記ＴＦＴ基板と前記スロット基板との間で挟まれ、前記パッチ電極と前記スロット電極との間に電圧が印加されていない状態において、前記ＴＦＴ基板及び前記スロット基板に対して平行に配向する液晶分子を含む液晶層と、を備える液晶セル。
【請求項２】
前記金属酸化物膜は、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｃｒ及びそれらの合金からなる群より選ばれる１種の金属又は合金の酸化物を含む請求項１に記載の液晶セル。
【請求項３】
前記金属酸化物膜の厚みは、０．１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である請求項１又は請求項２に記載の液晶セル。
【請求項４】
前記配向膜は、前記パッチ電極及び前記スロット電極のうち、少なくとも一方の表面に設けられる金属膜と、前記金属膜の表面に形成される前記金属酸化物膜とを含む請求項１から請求項３の何れか一項に記載の液晶セル。
【請求項５】
前記金属膜は、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｃｒ及びそれらの合金からなる群より選ばれる１種の金属又は合金を含む請求項４に記載の液晶セル。
【請求項６】
前記金属膜の厚みは、１０ｎｍ以上である請求項４又は請求項５に記載の液晶セル。
【請求項７】
前記金属酸化物膜は、前記金属膜を構成する金属の酸化物を含む請求項４から請求項６の何れか一項に記載の液晶セル。
【請求項８】
前記金属酸化物膜は、前記パッチ電極及び／又は前記スロット電極を構成する金属の酸化物からなる請求項１から請求項３の何れか一項に記載の液晶セル。
【請求項９】
前記金属酸化物膜は、表面エネルギーが４０ｍＪ／ｍ２以上である請求項１から請求項８の何れか一項に記載の液晶セル。
【請求項１０】
前記液晶分子は、前記ＴＦＴ基板及び前記スロット基板の面内において、ランダムな方向に配向する請求項１から請求項９の何れか一項に記載の液晶セル。
【請求項１１】
前記液晶分子は、ハロゲン基、ＳＣＮ基、ＮＣＳ基、ＣＮ基、ＯＣＮ基、ＮＣＯ基、ＣＦ３基、ＯＣＦ３基、及びＳＦ５基からなる群より選ばれる少なくとも１つの官能基有する請求項１から請求項１０の何れか一項に記載の液晶セル。
【請求項１２】
前記液晶分子は、炭素−炭素三重結合、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＦ＝ＣＦ−、−ＣＦ＝ＣＨ−、−ＣＨ＝ＣＦ−、−（ＣＯ）Ｏ−、−Ｏ（ＣＯ）−、−ＣＯ−、及び−Ｏ−からなる群より選ばれる少なくとも１つの結合を有する請求項１から請求項１１の何れか一項に記載の液晶セル。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２の何れか一項に記載の液晶セルと、
前記液晶セルの第２誘電体基板の外側の主面に、誘電体層を介して対向する形で配された反射導電板とを備える走査アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶セル、及び走査アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信、衛星放送等に利用されるアンテナは、ビーム方向を変更可能なビーム走査機能を必要とする。このような機能を有するアンテナとして、液晶（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（例えば、特許文献１〜４）。
【０００３】
この種の走査アンテナは、一対の電極付き基板間で液晶層を挟んだ構成（つまり、走査アンテナ用の液晶セル）を備えている。なお、前記液晶セルの各電極の表面上には、窒化膜等からなる保護膜や、ポリイミド膜等からなる配向膜が形成されている。
【０００４】
前記液晶セルを備えた走査アンテナは、電極間に電圧が印加された状態と、電圧が印加されていない状態との間において、液晶の静電容量が変化する性質（可変性）を利用して、指向性を制御している。
【０００５】
前記走査アンテナのアンテナ単位（アンテナ素子）において、一方の配向膜、液晶、及び他方の配向膜が、この順で積層した構造となっている。ここで、一方の配向膜の静電容量をＣpia、液晶の静電容量をＣlc、他方の配向膜の静電容量をＣpibとした場合、それらの合成容量Ｃは、ごく簡易的に考えると、「１／Ｃ＝１／Ｃpia＋１／Ｃlc＋１／Ｃpib」と表すことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２０１３−５３９９４９号公報
【特許文献２】特表２０１６−５１２４０８号公報
【特許文献３】特表２００９−５３８５６５号公報
【特許文献４】国際公開第２０１５／１２６５５０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記走査アンテナのアンテナ利得は、理想的には、電圧印加（ＯＮ）時のＣlc_onと、電圧無印加（ＯＦＦ）時のＣlc_offとの静電容量のＯＮ／ＯＦＦ比率となるのが望ましい。しかしながら、電極上には、絶縁性の保護膜や配向膜が設けられているため、アンテナ単位としての合成容量の変化Ｃon／Ｃoffは、Ｃlc_on／Ｃlc_offの値よりも小さくなってしまうことが避けられず、問題となっていた。
【０００８】
なお、高誘電率の配向膜を使用して、「１／Ｃpia」及び「１／Ｃpib」をそれぞれゼロに近付けることも考えられるが、液晶が本来持っているアンテナ利得を得るためには、全ての膜の比誘電率を数十〜数百の値にしなければならず、現実的ではない。
【０００９】
本発明の目的は、容量可変性能に優れる走査アンテナ用の液晶セル及び走査アンテナを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る液晶セルは、複数のアンテナ単位が配列された液晶セルであって、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及び前記ＴＦＴに電気的に接続された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誘電体基板に支持された複数のスロットを含むスロット電極とを有するスロット基板と、  前記パッチ電極及び前記スロット電極のうち、少なくとも一方の表面に設けられ、最表面に液晶分子を配向させる配向規制力を発現する金属酸化物膜を含む配向膜と、前記パッチ電極及び前記スロット電極が互いに向かい合うように配された前記ＴＦＴ基板と前記スロット基板との間で挟まれ、前記パッチ電極と前記スロット電極との間に電圧が印加されていない状態において、前記ＴＦＴ基板及び前記スロット基板に対して平行に配向する液晶分子を含む液晶層と、を備える。
【００１１】
また、本発明に係る走査アンテナは、前記液晶セルと、前記液晶セルの第２誘電体基板の外側の主面に、誘電体層を介して対向する形で配された反射導電板とを備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、容量可変性能に優れる走査アンテナ用の液晶セル及び走査アンテナを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態１に係る走査アンテナの一部を模式的に表した断面図
【図２】走査アンテナが備えるＴＦＴ基板を模式的に表した平面図
【図３】走査アンテナが備えるスロット基板を模式的に表した平面図
【図４】ＴＦＴ基板のアンテナ単位領域を模式的に表した断面図
【図５】ＴＦＴ基板のアンテナ単位領域を模式的に表した平面図
【図６】スロット基板のアンテナ単位領域を模式的に表した断面図
【図７】パッチ電極上に形成された配向膜を模式的に表した拡大断面図
【図８】他の実施形態のパッチ電極上に形成された配向膜を模式的に表した拡大断面図
【図９】実施形態１に係る走査アンテナのアンテナ単位を構成するＴＦＴ基板、液晶層及びスロット基板を模式的に表した断面図
【図１０】実施例１の液晶セルの構成を模式的に表した断面図
【図１１】実施例３の液晶セルの構成を模式的に表した断面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
〔実施形態１〕
（走査アンテナの基本構造）
走査アンテナは、ビーム方向を変更可能なビーム走査機能を備えており、液晶材料の大きな誘電率Ｍ（εＭ）の異方性（複屈折率）を利用した複数のアンテナ単位を備えた構造を有する。走査アンテナは、各アンテナ単位の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）を変化させることで、静電容量の異なる複数のアンテナ単位で２次元的なパターンを形成する。なお、液晶材料の誘電率は周波数分散を有するため、本明細書では、マイクロ波の周波数帯における誘電率を、特に「誘電率Ｍ（εＭ）」と表記する。
【００１５】
走査アンテナから出射される、又は走査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、静電容量の異なる複数の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、走査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。
【００１６】
ここで、本発明の一実施形態に係る走査アンテナの基本構造を、図１等を参照しつつ説明する。図１は、実施形態１に係る走査アンテナ１０００の一部を模式的に表した断面図である。本実施形態の走査アンテナ１０００は、スロット５７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。図１には、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から半径方向に沿った断面の一部が模式的に示されている。なお、他の実施形態では、スロットの配列が公知の種々の配列（例えば、螺旋状、マトリクス状）であってもよい。
【００１７】
走査アンテナ１０００は、主として、ＴＦＴ基板１０１と、スロット基板２０１と、これらの間に配される液晶層ＬＣと、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構成となっている。ＴＦＴ基板１０１及びスロット基板２０１は、液晶層ＬＣを挟んで互いに対向する形で配置されている。
【００１８】
ＴＦＴ基板１０１は、ガラス基板等の誘電体基板（第１誘電体基板の一例）１と、誘電体基板１の液晶層ＬＣ側に形成された複数のパッチ電極１５及び複数のＴＦＴ（thin film transistor）１０と、パッチ電極１５上に形成され、かつ最表面に金属酸化物膜を含む配向膜ＯＭ１とを備えている。各ＴＦＴ１０には、図１で図示されないゲートバスライン及びソースバスラインが接続されている。
【００１９】
スロット基板２０１は、ガラス基板等の誘電体基板（第２誘電体基板の一例）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、スロット電極５５上に形成され、かつ最表面に金属酸化物膜を含む配向膜ＯＭ２とを備えている。スロット電極５５は、複数のスロット５７を備えている。なお、誘電体基板５１の液晶層ＬＣ側の面を、第１主面と称し、その反対側の面を、第２主面と称する。
【００２０】
ＴＦＴ基板１０１及びスロット基板２０１に使用される誘電体基板１，５１としては、マイクロ波に対する誘電損失が小さいことが好ましく、ガラス基板以外にプラスチック基板を利用することができる。誘電体基板１，５１の厚みは、特に制限はないが、例えば、４００μｍ以下が好ましく、３００μｍ以下がより好ましい。なお、誘電体基板１，５１の厚みの下限は、特に制限はなく、製造プロセス等において耐え得る強度を備えるものであればよい。
【００２１】
反射導電板６５は、スロット基板２０１に対して空気層５４を介して対向する形で配されている。つまり、反射導電板６５は、スロット基板２０１の誘電体基板（第２誘電体基板の一例）５１の第２主面に空気層（誘電体層）５４を介して対向する形で配されている。なお、他の実施形態においては、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等のフッ素樹脂）で形成される層を用いてもよい。本実施形態の走査アンテナ１０００において、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及び空気層５４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（以下、「スロット電極単位５７Ｕ」と称する場合がある）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。各々のアンテナ単位Ｕにおいて、１つの島状のパッチ電極１５が、１つの孔状のスロット５７（スロット電極単位５７Ｕ）と対向するように液晶層ＬＣを介して対向しており、それぞれ液晶容量が構成される。本実施形態の走査アンテナ１０００では、複数のアンテナ単位Ｕが同心円状に配列されている。なお、アンテナ単位Ｕは、液晶容量と電気的に並列に接続された補助容量を備えている。
【００２３】
スロット電極５５は、各スロット電極単位５７Ｕにおいてアンテナ単位Ｕを構成すると共に、導波路３０１の壁としても機能する。そのためスロット電極５５には、マイクロ波の透過を抑制する機能が必要であり、比較的厚みのある金属層から構成される。このような金属層としては、例えば、Ｃｕ層、Ａｌ層等が挙げられる。例えば、１０ＧＨｚのマイクロ波を１／１５０まで低減するためには、Ｃｕ層の厚みは３．３μｍ以上に設定され、Ａｌ層の厚みは４．０μｍ以上に設定される。また、３０ＧＨｚのマイクロ波を１／１５０まで低減するためには、Ｃｕ層の厚みは１．９μｍ以上に設定され、Ａｌ層の厚みは２．３μｍ以上に設定される。スロット電極５５を構成する金属層の厚みの上限については、特に制限はない。なお、金属層として、Ｃｕ層を用いると、Ａｌ層よりも薄くできるという利点を有する。スロット電極５５の形成方法としては、従来の液晶表示装置の技術で利用される薄膜堆積法や、金属箔（例えば、Ｃｕ箔、Ａｌ箔）を基板上に貼り付ける等の他の方法が用いられてもよい。スロット電極５５の厚みは、例えば、１．５μｍ以上３０μｍ以下、好ましくは１．５μｍ以上５μｍに設定される。また、薄膜堆積法を用いて金属層を形成する場合、スロット電極５５の厚みは例えば、５μｍ以下に設定される。反射導電板６５は、例えば厚みが数ｍｍのアルミニウム板、銅板等を用いることができる。
【００２４】
パッチ電極１５は、スロット電極５５のように導波路３０１を構成するものではないため、本発明の目的を損なわない限り、スロット電極５５よりも厚みの小さい金属層によって構成されてもよい。なお、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。量産性等の観点からは、Ｃｕ層よりもＡｌ層を用いることが好ましい。パッチ電極１５の厚みは、例えば、０．５μｍ以上１０μｍ以下が好ましく、１．５μｍ以上５μｍ以下がより好ましい。
【００２５】
アンテナ単位Ｕの配列ピッチは、特許文献１に記載されているように、マイクロ波の波長をλとすると、例えば、λ／４以下、及び／又はλ／５以下に設定される。波長λは、例えば２５ｍｍであり、その場合の配列ピッチは、例えば、６．２５ｍｍ以下、及び／又は５ｍｍ以下に設定される。
【００２６】
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１５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ＬＣとしては、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、またｔａｎδＭ（マイクロ波に対する誘電正接）は小さいことが好ましい。
【００２７】
液晶材料の誘電率は一般的に周波数分散を有するものの、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。そのため、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。液晶層ＬＣの厚みは、例えば、１μｍ以上５００μｍ以下、好ましくは、２μｍ以上１０μｍ以下、より好ましくは２．５μｍ以上５．５μｍ以下に設定される。なお、ここでの液晶層ＬＣの厚みは、スロット電極５５とパッチ電極１５との間にある液晶層ＬＣの厚みである。
【００２８】
図２は、走査アンテナ１０００が備えるＴＦＴ基板１０１を模式的に表した平面図であり、図３は、走査アンテナ１０００が備えるスロット基板２０１を模式的に表した平面図である。なお、アンテナ単位Ｕに対応するＴＦＴ基板１０１の領域、及びスロット基板２０１の領域を、説明の便宜上、共に「アンテナ単位領域」と称し、アンテナ単位と同じ参照符号を、それらの参照符号とする。また、図２及び図３に示されるように、ＴＦＴ基板１０１及びスロット基板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Ｕによって画定される領域を「送受信領域Ｒ１」と称し、送受信領域Ｒ１以外の領域を「非送受信領域Ｒ２」と称する。非送受信領域Ｒ２には、端子部、駆動回路等が配設されている。
【００２９】
送受信領域Ｒ１は、平面視した際、円環状をなしている。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の周縁に配される第２非送受信領域Ｒ２ｂとを含んでいる。送受信領域Ｒ１の外径は、例えば２００ｍｍ以上１，５００ｍｍ以下であり、通信量等に応じて適宜、設定される。
【００３０】
ＴＦＴ基板１０１の送受信領域Ｒ１には、誘導体基板１に支持された複数のゲートバスラインＧＬ及び複数のソースバスラインＳＬが設けられており、これらの配線を利用して各アンテナ単位領域Ｕの駆動が制御される。各々のアンテナ単位領域Ｕは、ＴＦＴ１０と、ＴＦＴ１０に電気的に接続されたパッチ電極１５とを含んでいる。ＴＦＴ１０のソース電極はソースバスラインＳＬに電気的に接続され、ゲート電極はゲートバスラインＧＬに電気的に接続されている。また、ＴＦＴ１０のドレイン電極は、パッチ電極１５と電気的に接続されている。
【００３１】
非送受信領域Ｒ２（第１非送受信領域Ｒ２ａ、第２非送受信領域Ｒ２ｂ）には、送受信領域Ｒ１を取り囲むようにシール材（不図示）が形成されたシール領域Ｒｓが配設されている。シール材は、ＴＦＴ基板１０１及びスロット基板２０１を互いに接着させると共に、これらの基板１０１，２０１間で液晶材料（液晶層ＬＣ）を封止する機能等を有する。
【００３２】
非送受信領域Ｒ２のうち、シール領域Ｒ２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及びソースドライバＳＤが配設されている。各々のゲートバスラインＧＬは、ゲート端子部ＧＴを介してゲートドライバＧＤに接続されており、また、各々のソースバスラインＳＬ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、本実施形態では、ソースドライバＳＤ及びゲートドライバＧＤの双方が、ＴＦＴ基板１０１の誘電体基板１上に形成されているが、これらのドライバの一方又は双方は、スロット基板２０１の誘電体基板５１上に形成されてもよい。
【００３３】
また、非送受信領域Ｒ２には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と電気的に接続されている。本実施形態では、第１非送受信領域Ｒ２ａ及び第２非送受信領域Ｒ２ｂの双方に、トランスファー端子部ＰＴが配設されている。他の実施形態においては、何れか一方の領域のみにトランスファー端子部ＰＴが配設される構成であってもよい。また、本実施形態の場合、トランスファー端子部ＰＴは、シール領域Ｒｓ内に配設されている。そのため、シール材として、導電性粒子（導電性ビーズ）を含有する導電性樹脂が用いられる。
【００３４】
図３に示されるように、スロット基板２０１では、誘電体基板５１上にスロット電極５５が、送受信領域Ｒ１及び非送受信領域Ｒ２に亘って形成されている。なお、図３には、液晶層ＬＣ側から見たスロット基板２０１の表面が示されており、説明の便宜上、最表面に形成されている配向膜ＯＭ２が取り除かれている。
【００３５】
スロット基板２０１の送受信領域Ｒ１において、スロット電極５５には複数のスロット５７が配設されている。これらのスロット５７は、ＴＦＴ基板１０１のアンテナ単位領域Ｕにそれぞれ１つずつ割り当てられている。本実施形態の場合、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が同心円状に配置されている。このような一対のスロット５７を有するため、走査アンテナ１０００は、円偏波を送受信することができる。
【００３６】
スロット基板２０１における非送受信領域Ｒ２には、スロット電極５５の端子部ＩＴが複数設けられている。端子部ＩＴは、ＴＦＴ基板１０１のトランスファー端子部ＰＴと電気的に接続される。本実施形態の場合、端子部ＩＴは、シール領域Ｒｓ内に配設されており、上述したように、導電性粒子（導電性ビーズ）を含む導電性樹脂からな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。
【００３７】
また、第１非送受信領域Ｒ２ａには、スロット５７がなす同心円の中心に配置する形で、給電ピン７２が設けられている。この給電ピン７２によって、スロット電極５５、反射導電板６５及び誘電体基板５１で構成された導波路３０１にマイクロ波が供給される。なお、給電ピン７２は、給電装置７０に接続されている。なお、給電方式としては、直結給電方式及び電磁結合方式の何れであってもよく、公知の給電構造を採用することができる。
【００３８】
以下、ＴＦＴ基板１０１、スロット基板２０１及び導波路３０１について、詳細に説明する。
【００３９】
（ＴＦＴ基板１０１の構造）
図４は、ＴＦＴ基板１０１のアンテナ単位領域Ｕを模式的に表した断面図であり、図５は、ＴＦＴ基板１０１のアンテナ単位領域Ｕを模式的に表した平面図である。図４及び図５には、それぞれ送受信領域Ｒ１の一部の断面構成が示されている。
【００４０】
ＴＦＴ基板１０１の各々のアンテナ単位領域Ｕは、誘電体基板（第１誘電体基板）１と、誘電体基板１に支持されたＴＦＴ１０と、ＴＦＴ１０を覆う第１絶縁層１１と、第１絶縁層１１上に形成されＴＦＴ１０に電気的に接続されたパッチ電極１５と、パッチ電極１５上に積層される配向膜ＯＭ１とをそれぞれ備えている。
【００４１】
ＴＦＴ１０は、ゲート電極３、島状の半導体層５、ゲート電極３と半導体層５との間に配されるゲート絶縁層４、ソース電極７Ｓ及びドレイン電極７Ｄを備える。本実施形態のＴＦＴ１０は、ボトムゲート構造を有するチャネルエッチ型である。なお、他の実施形態においては、他の構造のＴＦＴであってもよい。
【００４２】
ゲート電極３は、ゲートバスラインＧＬに電気的に接続されており、ゲートバスラインＧＬから走査信号が供給される。ソース電極７Ｓは、ソースバスラインＳＬに電気的に接続されており、ソースバスラインＳＬからデータ信号が供給される。ゲート電極３及びゲートバスラインＧＬは、同じ導電膜（ゲート用導電膜）から形成されてもよい。また、ソース電極７Ｓ、ドレイン電極７Ｄ及びソースバスラインＳＬは同じ導電膜（ソース用導電膜）から形成されてもよい。ゲート用導電膜及びソース用導電膜は、例えば、金属膜からなる。なお、ゲート用導電膜を用いて形成された層を「ゲートメタル層」と称し、ソース用導電膜を用いて形成された層を「ソースメタル層」と称する場合がある。
【００４３】
半導体層５は、ゲート絶縁層４を介してゲート電極３と重なるように配置されている。図４に示されるように、半導体層５上に、ソースコンタクト層６Ｓ及びドレインコンタクト層６Ｄが形成されている。ソースコンタクト層６Ｓ及びドレインコンタクト層６Ｄは、それぞれ、半導体層５のうちチャネルが形成される領域（チャネル領域）の両側に対峙する形で配置されている。本実施形態の場合、半導体層５は真性アモルファスシリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ）層かなり、ソースコンタクト層６Ｓ及びドレインコンタクト層６Ｄはｎ＋型アモルファスシリコン（ｎ+−ａ−Ｓｉ）層からなる。なお、他の実施形態においては、半導体層５を、ポリシリコン層、酸化物半導体層等から構成してもよい。
【００４４】
ソース電極７Ｓは、ソースコンタクト層６Ｓに接するように設けられ、ソースコンタクト層６Ｓを介して半導体層５に接続されている。ドレイン電極７Ｄは、ドレインコンタクト層６Ｄに接するように設けられ、ドレインコンタクト層６Ｄを介して半導体層５に接続されている。
【００４５】
第１絶縁層１１は、ＴＦＴ１０のドレイン電極７Ｄに達するコンタクトホールＣＨ１を備えている。
【００４６】
パッチ電極１５は、第１絶縁層１１上及びコンタクトホールＣＨ１内に設けられており、コンタクトホールＣＨ１内でドレイン電極７Ｄと接している。パッチ電極１５は、主として、金属層から構成される。なお、パッチ電極１５は、金属層のみから形成された金属電極が好ましい。パッチ電極１５の材料は、ソース電極７Ｓ及びドレイン電極７Ｄと同じであってもよい。パッチ電極１５における金属層の厚み（パッチ電極１５が金属電極の場合は、パッチ電極１５の厚み）は、ソース電極７Ｓ及びドレイン電極７Ｄの厚みと同じであってもよいが、それらよりも大きい方が好ましい。パッチ電極１５の厚みが大きいと、電磁波の透過率が低く抑えられ、パッチ電極のシート抵抗が低減し、パッチ電極内の自由電子の振動が熱に変わるロスが低減する。
【００４７】
また、ゲートバスラインＧＬと同じ導電膜を用いて、ＣＳバスラインＣＬが設けられてもよい。ＣＳバスラインＣＬは、ゲート絶縁層４を介してドレイン電極７Ｄ（又はドレイン電極７Ｄの延長部分）と重なるように配置され、ゲート絶縁層４を誘電体層とする補助容量ＣＳを構成してもよい。
【００４８】
本実施形態では、ソースメタル層とは異なる層内にパッチ電極１５が形成されている。そのため、ソースメタル層の厚みとパッチ電極１５の厚みとを互いに独立して制御できる構成となっている。
【００４９】
パッチ電極１５は、主層としてＣｕ層又はＡｌ層を含んでもよい。走査アンテナの性能はパッチ電極１５の電気抵抗と相関があり、主層の厚みは、所望の抵抗が得られるように設定される。パッチ電極１５は、電子の振動を阻害しない程度に低抵抗であることが好ましい。パッチ電極１５の厚みは、例えば、０．５μｍ以上１０μｍ以下が好ましく、１．５μｍ以上５μｍ以下がより好ましい。なお、アンテナ特性の向上等の観点より、パッチ電極１５の厚みは、１．５μｍ以上が好ましい。
【００５０】
配向膜ＯＭ１は、最表面に金属酸化物膜を含む金属系材料からなる。配向膜ＯＭ１の詳細は後述する。
【００５１】
ＴＦＴ基板１０１は、例えば、以下に示される方法で製造される。先ず、誘電体基板１を用意する。誘導体基板１としては、例えば、ガラス基板、耐熱性を有するプラスチック基板等を用いることができる。そのような誘電体基板１上に、ゲート電極３及びゲートバスラインＧＬを含むゲートメタル層を形成する。
【００５２】
ゲート電極３は、ゲートバスラインＧＬと一体的に形成され得る。ここでは、誘電体基板１上に、スパッタ法等によって、ゲート用導電膜（厚み：例えば５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下）を形成する。次いで、ゲート用導電膜をパターニングすることによって、ゲート電極３及びゲートバスラインＧＬが形成される。ゲート用導電膜の材料は特に限定されないが、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）等の金属又はその合金、若しくはその金属窒化物を含む膜を適宜用いることができる。ここでは、ゲート用導電膜として、ＭｏＮ（厚み：例えば５０ｎｍ）、Ａｌ（厚み：例えば２００ｎｍ）及びＭｏＮ（厚み：例えば５０ｎｍ）をこの順で積層した積層膜を形成する。
【００５３】
次いで、ゲートメタル層を覆うようにゲート絶縁層４を形成する。ゲート絶縁層４は、ＣＶＤ法等によって形成され得る。ゲート絶縁層４としては、酸化珪素（ＳｉＯ２）層、 窒化珪素（ＳｉＮｘ）層、酸化窒化珪素（ＳｉＯｘＮｙ；ｘ＞ｙ）層、窒化酸化珪素（ＳｉＮｘＯｙ；ｘ＞ｙ）層等を適宜用いることができる。ゲート絶縁層４は積層構造を有していてもよい。ここでは、ゲート絶縁層４として、ＳｉＮｘ層（厚み：例えば４１０ｎｍ）を形成する。
【００５４】
次いで、ゲート絶縁層４上に半導体層５及びコンタクト層を形成する。ここでは、真性アモルファスシリコン膜（厚み：例えば１２５ｎｍ）及びｎ+型アモルファスシリコン膜（厚み：例えば６５ｎｍ）をこの順で形成し、パターニングすることにより、島状の半導体層５及びコンタクト層を得る。なお、半導体層５に用いる半導体膜はアモルファスシリコン膜に限定されない。例えば、半導体層５として酸化物半導体層を形成してもよい。この場合には、半導体層５とソース・ドレイン電極との間にコンタクト層を設けなくてもよい。
【００５５】
次いで、ゲート絶縁層４上及びコンタクト層上にソース用導電膜（厚み：例えば５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下）を形成し、これをパターニングすることによって、ソース電極７Ｓ、ドレイン電極７Ｄ及びソースバスラインＳＬを含むソースメタル層を形成する。このとき、コンタクト層もエッチングされ、互いに分離されたソースコンタクト層６Ｓとドレインコンタクト層６Ｄとが形成される。
【００５６】
ソース用導電膜の材料は特に限定されず、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）等の金属またはその合金、若しくはその金属窒化物を含む膜を適宜用いることができる。ここでは、ソース用導電膜として、ＭｏＮ（厚み：例えば３０ｎｍ）、Ａｌ（厚み：例えば２００ｎｍ）及びＭｏＮ（厚み：例えば５０ｎｍ）をこの順で積層した積層膜を形成する。
【００５７】
ここでは、例えば、スパッタ法でソース用導電膜を形成し、ウェットエッチングによりソース用導電膜のパターニング（ソース・ドレイン分離）を行う。この後、例えばドライエッチングにより、コンタクト層のうち、半導体層５のチャネル領域となる領域上に位置する部分を除去してギャップ部を形成し、ソースコンタクト層６Ｓ及びドレインコンタクト層６Ｄとに分離する。このとき、ギャップ部において、半導体層５の表面近傍もエッチングされる（オーバーエッチング）。
【００５８】
次に、ＴＦＴ１０を覆うように第１絶縁層１１を形成する。この例では、第１絶縁層１１は、半導体層５のチャネル領域と接するように配置される。また、公知のフォトリソグラフィ技術により、第１絶縁層１１に、ドレイン電極７Ｄに達するコンタクトホールＣＨ１を形成する。
【００５９】
第１絶縁層１１は、例えば、酸化珪素（ＳｉＯ２）膜、窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜、酸化窒化珪素（ＳｉＯｘＮｙ；ｘ＞ｙ）膜、窒化酸化珪素（ＳｉＮｘＯｙ；ｘ＞ｙ）膜等の無機絶縁層であってもよい。ここでは、第１絶縁層１１として、例えばＣＶＤ法により、厚みが例えば３３０ｎｍのＳｉＮｘ層を形成する。
【００６０】
次いで、第１絶縁層１１上及びコンタクトホールＣＨ１内にパッチ用導電膜を形成し、これをパターニングする。これにより、送受信領域Ｒ１にパッチ電極１５を形成する。なお、非送受信領域Ｒ２には、パッチ電極１５と同じ導電膜（パッチ用導電膜）からなるパッチ接続部を形成する。パッチ電極１５は、コンタクトホールＣＨ１内でドレイン電極７Ｄと接する。
【００６１】
パッチ用導電膜の材料としては、ゲート用導電膜又はソース用導電膜と同様の材料が用いられ得る。ただし、パッチ用導電膜は、ゲート用導電膜及びソース用導電膜よりも厚くなるように設定されることがこのましい。
【００６２】
ここでは、パッチ用導電膜として、ＭｏＮ（厚み：例えば５０ｎｍ）、Ａｌ（厚み：例えば１０００ｎｍ）及びＭｏＮ（厚み：例えば５０ｎｍ）をこの順で積層した積層膜（ＭｏＮ／Ａｌ／ＭｏＮ）を形成する。
【００６３】
次いで、パッチ電極１５上に、配向膜ＯＭ１が形成される。配向膜ＯＭ１の形成工程の詳細は後述する。
【００６４】
この後、例えばフッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、無機絶縁膜（第１絶縁層１１及びゲート絶縁層４）を一括してエッチングする。エッチングでは、パッチ電極１５、ソースバスラインＳＬ及びゲートバスラインＧＬはエッチストップとして機能する。これにより、第１絶縁層１１及びゲート絶縁層４にゲートバスラインＧＬに達する第２のコンタクトホールが形成され、第１絶縁層１１に、ソースバスラインＳＬに達する第３のコンタクトホールが形成される。
【００６５】
次に、第２のコンタクトホール内、第３のコンタクトホール内に、例えばスパッタ法により導電膜（厚み：５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下）を形成する。導電膜として、例えばＩＴＯ（インジウム・錫酸化物）膜、ＩＺＯ膜、ＺｎＯ膜（酸化亜鉛膜）等の透明導電膜を用いることができる。ここでは、導電膜として、厚みが例えば１００ｎｍのＩＴＯ膜を用いる。
【００６６】
次いで、上記透明導電膜をパターニングすることにより、ゲート端子用上部接続部、ソース端子用上部接続部等を形成する。ゲート端子用上部接続部、ソース端子用上部接続部等は、各端子部で露出した電極又は配線を保護するために用いられる。このようにして、ゲート端子部ＧＴ、ソース端子部ＳＴ等が得られる。このようにして、ＴＦＴ基板１０１を製造することができる。
【００６７】
（スロット基板２０１の構造）
次いで、スロット基板２０１の構造をより具体的に説明する。図６は、スロット基板２０１のアンテナ単位領域Ｕを模式的に表した断面図である。
【００６８】
スロット基板２０１は、主として、誘電体基板（第２誘電体基板）５１と、誘電体基板５１の一方の板面（液晶層側を向く板面、ＴＦＴ基板１０１側を向く板面）５１ａ上に形成されたスロット電極５５と、スロット電極５５上に積層される金属系材料からなる導電性の配向膜ＯＭ２とを備える。
【００６９】
スロット基板２０１の送受信領域Ｒ１において、スロット電極５５には複数のスロット５７が形成されている（図２参照）。スロット５７はスロット電極５５を貫通する開口（溝部）である。この例では、各アンテナ単位領域Ｕに１個のスロット５７が割り当てられている。
【００７０】
スロット電極５５は、Ｃｕ層、Ａｌ層等の主層５５Ｍを含んでいる。スロット電極５５は、主層５５Ｍと、それを挟むように配置された上層５５Ｕ及び下層５５Ｌとを含む積層構造を有していてもよい。主層５５Ｍの厚みは、材料に応じて表皮効果を考慮して設定され、例えば２μｍ以上３０μｍ以下であってもよい。主層５５Ｍの厚みは、典型的には上層５５Ｕ及び下層５５Ｌの厚さよりも大きく設定される。
【００７１】
この例では、主層５５ＭはＣｕ層からなり、上層５５Ｕ及び下層５５ＬはＴｉ層からなる。主層５５Ｍと誘電体基板５１との間に下層５５Ｌを配置することにより、スロット電極５５と誘電体基板５１との密着性を向上させることができる。また、上層５５Ｕを設けることにより、主層５５Ｍ（例えばＣｕ層）の腐食を抑制できる。
【００７２】
配向膜ＯＭ２は、ＴＦＴ基板１０１の配向膜ＯＭ１と同様、最表面に金属酸化物膜を含む金属系材料からなる。配向膜ＯＭ２の詳細は後述する。
【００７３】
スロット基板２０１の非送受信領域Ｒ２には、端子部ＩＴが設けられている（図３参照）。端子部ＩＴは、スロット電極５５の一部と、上部接続部とを備える。上部接続部は、スロット電極５５の一部に接している。本実施形態において、端子部ＩＴは、ＩＴＯ膜、ＩＺＯ膜等の導電層からなり、シール領域Ｒｓ内に配置され、導電性粒子（例えばＡｕビーズ等の導電性ビーズ）を含有するシール樹脂によって、ＴＦＴ基板１０１におけるトランスファー端子部ＰＴと接続される。
【００７４】
スロット基板２０１は、例えば、以下に示される方法で製造される。先ず、誘電体基板５１を用意する。誘電体基板５１としては、ガラス基板、樹脂基板等の電磁波に対する透過率の高い（誘電率εＭ及び誘電損失ｔａｎδＭが小さい）基板を用いることができる。誘電体基板５１は電磁波の減衰を抑制するために厚みが薄い方が好ましい。例えば、ガラス基板の表面に後述するプロセスでスロット電極５５等の構成要素を形成した後、ガラス基板を裏面側から薄板化してもよい。これにより、ガラス基板の厚みを例えば５００μｍ以下に設定できる。なお、一般的にはガラスよりも樹脂の方が誘電率εＭ及び誘電損失ｔａｎδＭが小さい。誘電体基板５１が樹脂基板からなる場合、その厚みは、例えば３μｍ以上３００μｍ以下である。樹脂基材の材料としては、ポリイミド等が用いられる。
【００７５】
誘電体基板５１上に金属膜を形成し、これをパターニングすることによって、複数のスロット５７を有するスロット電極５５が得られる。金属膜としては、厚みが１．５μｍ以上５μｍ以下のＣｕ膜（又はＡｌ膜）が用いられてもよい。ここでは、Ｔｉ膜、Ｃｕ膜及びＴｉ膜をこの順で積層した積層膜を用いる。
【００７６】
その後、非送受信領域Ｒ２において、スロット電極５５の一部と接する透明導電膜からなる上部接続部が形成され、ＴＦＴ基板１０１のトランスファー端子部ＰＴと接続させるための端子部ＩＴが得られる。
【００７７】
そして、スロット電極５５上に、配向膜ＯＭ２が形成される。配向膜ＯＭ２の形成工程の詳細は後述する。このようにして、スロット基板２０１を製造することがでる。
【００７８】
（導波路３０１の構成）
導波路３０１は、反射導電板６５が誘電体基板５１を介してスロット電極５５と対向する形で構成されている。反射導電板６５は、誘電体基板５１の裏面と、空気層５４を介する形で対向するように配設される。反射導電板６５は、導波路３０１の壁を構成するので、表皮深さの３倍以上、好ましくは５倍以上の厚みを有することが好ましい。反射導電板６５は、例えば、削り出しによって作製され厚みが数ｍｍのアルミニウム板、銅板等を用いることができる。
【００７９】
例えば、走査アンテナ１０００が発信する際、導波路３０１は、同心円状に並ぶ複数のアンテナ単位Ｕの中心に配置された給電ピン７２より供給されるマイクロ波を、外側に向けて放射状に広げるように導く。マイクロ波が導波路３０１を移動する際に各アンテナ単位Ｕの各スロット５７で断ち切られることで、所謂スロットアンテナの原理により電界が発生し、その電界の作用により、スロット電極５５に電荷が誘起される（つまり、マイクロ波がスロット電極５５内の自由電子の振動に変換される）。各アンテナ単位Ｕにおいて、液晶の配向制御を通して液晶容量の静電容量値を変化させることで、パッチ電極１５に誘起される自由電子の振動の位相が制御される。パッチ電極１５に電荷が誘起されると電界が発生し（つまり、スロット電極５５内の自由電子の振動が、パッチ電極１５内の自由電子の振動へ移動し）、各アンテナ単位Ｕのパッチ電極１５からＴＦＴ基板１０１の外側に向かってマイクロ波（電波）が発振される。各アンテナ単位Ｕから発振される位相の異なったマイクロ波（電波）が足し合わせられることで、ビームの方位角が制御される。
【００８０】
なお、他の実施形態においては、導波路を上層と下層とに分かれた２層構造としてもよい。この場合、給電ピンより供給されるマイクロ波は、先ず下層内を中心から外側に向けて放射状に広がるように移動し、その後、下層の外壁部分で上層に立ち上がって上層を外側から中心に集まるように移動する。このような２層構造とすることで、各アンテナ単位Ｕにマイクロ波を均一に行き渡らせ易くなる。
【００８１】
（液晶層ＬＣ）
液晶層を構成する液晶材料（液晶分子、液晶化合物）としては、マイクロ波領域（ＧＨｚ帯）で、大きな誘電率異方性（Δε）を有する必要があるため、極性の大きな液晶材料を用いることが好ましい。例えば、分子末端に、ハロゲン基（Ｆ基、Ｃｌ基、Ｂｒ基）、ＳＣＮ基、ＮＣＳ基、ＣＮ基、ＯＣＮ基、ＮＣＯ基、ＣＦ３基、ＯＣＦ３基、及びＳＦ５基からなる群より選ばれる少なくとも１つの官能基を有するものが好ましい。また、分子鎖中に、炭素−炭素三重結合（アセチレン結合）、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＦ＝ＣＦ−、−ＣＦ＝ＣＨ−、−ＣＨ＝ＣＦ−、−（ＣＯ）Ｏ−、−Ｏ（ＣＯ）−、−ＣＯ−、及び−Ｏ−からなる群より選ばれる少なくとも１つの結合を有するものが好ましい。このような結合を含んでいると更に液晶分子の極性が大きくなるため好ましい。
【００８２】
以上のような液晶材料は、誘電率異方性が大きいため、電圧印加での液晶の配向変化に伴う、電気容量変化も大きくなる。したがって、このような液晶材料を用いれば、より指向性、利得の高い走査アンテナを実現することができる。
【００８３】
（配向膜ＯＭ（ＯＭ１，ＯＭ２））
配向膜ＯＭ１，ＯＭ２（以下、それらをまとめて「配向膜ＯＭ」と表記する場合がある）は、パッチ電極１５の表面及びスロット電極５５の表面に形成され、最表面に液晶分子を配向させる配向規制力を発現する金属酸化物膜を含む構成からなる。本実施形態では、パッチ電極１５の表面及びスロット電極５５の表面に、それぞれ配向膜ＯＭ１，ＯＭ２が形成されているが、本発明はこれに限られず、パッチ電極１５及びスロット電極５５のうち、少なくとも一方の表面に配向膜ＯＭが形成されればよい。
【００８４】
なお、ここでは、パッチ電極１５上に形成された配向膜ＯＭ１を例に挙げて、配向膜ＯＭについて説明する。図７は、パッチ電極１５上に形成された配向膜ＯＭ１を模式的に表した拡大断面図である。配向膜ＯＭ１は、２層構造であり、パッチ電極１５の表面に形成される金属膜８０と、金属膜８０の表面に形成される金属酸化物膜８１とからなる。
【００８５】
金属膜８０は、パッチ電極１５の表面上に、蒸着法等の公知の金属膜形成方法を利用して形成される。金属膜８０は、パッチ電極１５側に配され、配向膜ＯＭの大部分を占める。そのため、本実施形態の配向膜ＯＭ１は、導電性を有する。なお、金属膜８０に利用される金属としては、後述する親水化処理工程において、紫外線が照射された際に、表面エネルギーが増加して、親水性が高まる金属が好ましい。このような金属としては、例えば、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｃｒ等が挙げられる。なお、金属膜８０としては、本発明の目的を損なわない限り、それらの金属の合金が利用されてもよい。そのため、金属膜８０は、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｃｒ及びそれらの合金からなる群より選ばれる１種の金属又は合金の膜からなることが好ましい。
【００８６】
金属膜８０の厚みは、本発明の目的を損なわない限り、特に制限はないが、例えば、１０ｎｍ以上が好ましい。形成する金属膜８０の厚みが薄すぎると、均一な厚みの金属膜８０が形成されず、金属膜８０の導電性の低下につながる。更には、金属膜８０の表面に形成される金属酸化物膜８１の厚みも不均一になり、液晶を配向させる配向規制力が損なわれる虞がある。なお、金属膜８０の厚みの上限は、本発明の目的を損なわない限り、特に制限はないが、不必要な膜厚増は、コストの増加やプロセス時間の増加の原因となるため、例えば、２００ｎｍ以下が好ましい。
【００８７】
金属酸化物膜８１は、主として、液晶分子を配向させる配向規制力を発現する部分であり、金属膜８０の表面に形成され、金属膜８０と比べて厚みが非常に小さい。このような金属酸化物膜８１は、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｃｒ及びそれらの合金からなる群より選ばれる１種の金属又は合金の酸化物からなる。なお、本実施形態の金属酸化物膜８１は、蒸着法等によってパッチ電極１５の表面上に形成された金属膜の表面が酸化され、かつ後述する親水化処理が施された部分からなる。つまり、本実施形態の金属酸化物膜８１は、金属膜８０を構成する金属の酸化物からなる。
【００８８】
金属酸化物膜８１を構成する金属酸化物は、一般的に絶縁体（誘電体）であり、静電容量を持ち得るものの、金属酸化物膜８１の厚みは、金属膜８０やパッチ電極１５の厚みと比べて、非常に小さい。そのため、実質的に、配向膜ＯＭ１の最表面にある金属酸化物膜８１の静電容量は、無視できる程度の大きさであると言える。
【００８９】
なお、金属酸化物膜８１を構成する金属酸化物のうち、Ｒｕ（ルテニウム）の酸化物である二酸化ルテニウムは、導電性を有する。そのため、金属膜８０がルテニウムからなり、その表面に形成される金属酸化物膜８１が二酸化ルテニウムからなる場合、配向膜ＯＭは、金属膜８０のみならず、最表面の金属酸化物膜８１までも導体となるため、本発明の技術的効果をより発揮することができる。
【００９０】
金属酸化物膜８１の厚みは、本発明の目的を損なわない限り、特に制限はないが、例えば、０．１ｎｍ（１Å）以上１０ｎｍ以下が好ましい。金属酸化物膜８１の厚みが小さすぎると、下側にある金属膜８０の影響を受けて、金属酸化物膜８１の配向規制力が損なわれる虞や、液晶層ＬＣと直に接触する金属酸化物膜８１の信頼性が低下する虞がある。また、金属酸化物膜８１の厚みが大きすぎると、金属酸化物膜８１が無視できない程度の大きさの静電容量を持ってしまう。
【００９１】
ここで、配向膜ＯＭ１の形成方法について説明する。先ず、パッチ電極１５の表面上に、蒸着法等の金属膜形成方法を利用して金属膜が形成される。そして、その金属膜の表面側を構成する金属が、雰囲気中の酸素と自発的に反応して酸化され、又は加熱処理等により積極的に酸化されて、金属酸化物膜が形成される。例えば、金属膜がＴｉからなる場合、その表面のＴｉは、大気中の酸素と瞬時に反応して酸化チタン膜となる。そのため、このような場合は、パッチ電極１５上に形成された金属膜を、積極的に酸化させる処理（例えば、加熱処理）は必須ではない。なお、加熱処理を行うと、厚みのある安定した金属酸化物膜を得られるため好ましい。なお、上記金属膜のうち、酸化されていない残りの大部分が、配向膜ＯＭ１を構成する金属膜８０となる。
【００９２】
続いて、上記金属酸化物膜に、紫外線を含むブラックライト等の所定の光が照射されると、金属酸化物膜の表面が親水化処理されて、配向膜ＯＭ１を構成する配向規制力を備えた金属酸化物膜８１が得られる。上記のように、金属酸化物膜が親水化されると、金属酸化物膜の表面エネルギーが増加し、金属酸化物膜の界面の塗れ性が向上する。このように親水化された金属酸化膜８１に対して、液晶を滴下すると、その液晶（液晶分子）が、金属酸化膜８１に対して平行に配向（所謂、水平配向）する。液晶を水平配向させる配向規制力を発現するためには、配向膜ＯＭ１の金属酸化膜８１の表面エネルギーが、４０ｍＪ／ｍ２以上であることが好ましい。
【００９３】
親水化処理に利用される光（紫外線等）の諸条件（強度、波長、照射時間等）は、目的に応じて適宜、設定されればよい。なお、配向膜ＯＭ２も、配向膜ＯＭ１と同様の方法で、スロット電極５５上に形成することができる。
【００９４】
ところで、本実施形態の配向膜ＯＭは、金属膜８０と、その金属膜８０の表面に形成される金属酸化物膜８１とを含む２層構造であったが、本発明の配向膜の構成はこれに限られず、例えば、他の実施形態においては、電極（パッチ電極１５ａ等）の表面に直接、形成される配向膜ＯＭａであってもよい。
【００９５】
図８は、他の実施形態のパッチ電極１５ａ上に形成された配向膜ＯＭａを模式的に表した拡大断面図である。ここでも、パッチ電極１５ａ上に形成された配向膜ＯＭａを例に挙げて説明する。図８に示される配向膜ＯＭａは、パッチ電極１５ａを構成する金属の一部が酸化されたものからなる。パッチ電極１５ａを構成する金属としては、親水化処理工程において、紫外線が照射された際に、表面エネルギーが増加して、親水性が高まる金属が使用される。このような金属としては、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｒｕ、Ａｇ及びＣｒからなる群より選ばれる１種の金属が利用される。配向膜ＯＭａは、配向規制力を有する金属酸化物膜８１ａのみからなり、パッチ電極１５ａの最表面に直接、形成された状態となっている。このような配向膜ＯＭａは、パッチ電極１５ａを構成する金属膜（例えば、アルミニウム膜）が形成された後、その金属膜の表面が加熱処理等により酸化され、金属酸化物（酸化アルミニウム）の膜となり、続けて、その膜に親水化処理（紫外線照射）が施されることで得られる。このように、電極（パッチ電極１５ａ等）を構成する金属を利用して、配向膜ＯＭａ（金属酸化物膜８１ａ）を形成すれば、金属膜の形成プロセスを簡略化することができる。なお、配向膜ＯＭａを形成するために、酸化される前の状態の電極（パッチ電極１５ａ等）の厚みを、予め大きく設定することが好ましい。金属酸化物膜８１ａの表面エネルギーも４０ｍＪ／ｍ２以上であることが好ましい。
【００９６】
（アンテナ単位Ｕ）
再び、実施形態１の説明に戻る。図９は、実施形態１に係る走査アンテナ１０００のアンテナ単位Ｕを構成するＴＦＴ基板１０１、液晶層ＬＣ及びスロット基板２０１を模式的に表した断面図である。図９に示されるように、アンテナ単位Ｕでは、ＴＦＴ基板１０１の島状のパッチ電極１５と、スロット基板２０１のスロット電極５５が備える孔状（溝状）のスロット５７（スロット電極単位５７Ｕ）とが液晶層ＬＣを挟む形で対向している。このような走査アンテナ１０００は、液晶層ＬＣと、この液晶層ＬＣを挟む一対のＴＦＴ基板１０１及びスロット基板２０１とを有する液晶セルＣを備えている。なお、本明細書において、アンテナ単位Ｕは、１つのパッチ電極１５と、そのパッチ電極１５に対応する少なくとも１つのスロット５７が配置されたスロット電極５５（スロット電極単位５７Ｕ）とを含む構成からなる。
【００９７】
液晶セルＣを構成する一対の基板であるＴＦＴ基板１０１と、スロット基板２０１との間には、液晶層ＬＣの周りを取り囲む形でシール材（不図示）が配されている。シール材は、ＴＦＴ基板１０１及びスロット基板２０１に対してそれぞれ接着し、ＴＦＴ基板１０１とスロット基板２０１とを互いに貼り合わせる機能を備える。なお、ＴＦＴ基板１０１及びスロット基板２０１は、液晶層ＬＣを挟みつつ、互いに向かい合う一対の基板をなしている。
【００９８】
シール材は、硬化性樹脂を含有するシール材組成物の硬化物からなる。シール材組成物は、基本的に、無溶剤系のものが利用される。硬化性樹脂としては、光（例えば、紫外線、可視光等）により硬化する光硬化性、及び／又は熱により硬化する熱硬化性を備える樹脂が利用される。シール材の種類は、液晶材料の注入方法に応じて適宜、選択される。例えば、滴下注入法（ＯＤＦ法）により、液晶材料を液晶セルＣ内に注入する場合、硬化性樹脂としては、硬化を仮硬化と本硬化の２段階に分けて制御し易い等の理由により、光硬化性（例えば、可視光硬化性）及び熱硬化性を備えた硬化性樹脂が利用される。このような硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ系樹脂とアクリル系樹脂との混合物からなるもの（商品名「ＵＶＡＣ１５６１」（ダイセルＵＣＢ社製））等が挙げられる。また、真空注入法により、液晶材料を液晶セルＣ内に注入する場合、硬化性樹脂としては、光硬化性樹脂、又は熱硬化性樹脂が利用される。
【００９９】
配向膜ＯＭ（ＯＭ１，ＯＭ２）は、パッチ電極１５とスロット電極５５との間に電圧が印加されていない状態（電圧無印加状態）において、その配向規制力により、液晶層ＬＣを構成する液晶分子ｌｃを、ＴＦＴ基板１０１及びスロット基板２０１に対して平行に配向させる（図９参照）。なお、液晶分子ｌｃは、電圧無印加状態のＴＦＴ基板１０１及びスロット基板２０１の面内において、ランダムな方向に配向している。つまり、電圧無印加状態のＴＦＴ基板１０１及びスロット基板２０１を平面視した際、液晶分子ｌｃは、特定の一方向に沿った形とはならず、様々な方向に向かった状態となる。これに対し、パッチ電極１５とスロット電極５５との間に電圧が印加されると、液晶分子ｌｃは立ち上がり、その長軸方向が、ＴＦＴ基板１０１及びスロット基板２０１に対して垂直となるように配向する。
【０１００】
なお、パッチ電極１５とスロット電極５５との間で静電容量が形成される箇所は、主として、パッチ電極１５及びスロット電極５５が、液晶層ＬＣを挟んで互いに重なる部分（図９中に示される範囲Ｘ１，Ｘ２）である。つまり、そのような互いに重なる部分に、少なくとも配向膜ＯＭが形成されていればよい。具体的には、図９に示されるパッチ電極１５に形成された配向膜ＯＭ１のうち、左側に示されるスロット電極５５と重なる部分Ｙ１と、右側に示されるスロット電極５５と重なる部分Ｙ２に少なくとも配向膜ＯＭ１が形成されていればよい。スロット電極５５に形成された配向膜ＯＭ２については、上記部分Ｙ１と、上記部分Ｙ２とそれぞれ重なる部分Ｚ１，Ｚ２に、少なくとも配向膜ＯＭ２が形成されていればよい。そのため、パッチ電極１５の中心部分（部分Ｙ１と部分Ｙ２との間）や、スロット電極５５の側面部分（スロット５７に面する部分）等に、配向膜ＯＭを形成する必要はない。
【０１０１】
本実施形態のように、ＴＦＴ基板１０１のパッチ電極１５上、及びスロット基板２０１のスロット電極５５上にそれぞれ、配向膜ＯＭ（ＯＭ１，ＯＭ２）を形成しても、実質的に、キャパシタとはならない（静電容量を持たない）ため、液晶のＯＮ／ＯＦＦによる静電容量チューナビリティが、そのままアンテナ素子のチューナビリティとなる。したがって、本実施形態の液晶セルＣでは、大きな静電容量の変化が得られる。
【０１０２】
（走査アンテナの製造方法）
走査アンテナを製造する際、ＴＦＴ基板１０１と、スロット基板２０１との間に液晶層ＬＣを封入する工程が行われる。液晶層ＬＣを構成する液晶材料（液晶化合物）は、従来の液晶表示パネルの製造工程と同様、滴下注入法（ODF：One Drop Fill）でＴＦＴ基板１０１と、スロット基板２０１との間に封入されてもよいし、真空注入法でＴＦＴ基板１０１と、スロット基板２０１との間に封入されてもよい。
【０１０３】
先ず、予め用意されたＴＦＴ基板１０１及びスロット基板２０１の何れか一方の基板（ここでは、ＴＦＴ基板１０１とする）上に、ＯＤＦ用のシール材組成物がシールディスペンサーを利用して枠状に描画される。なお、シール材組成物には、例えば、熱硬化型のエポキシ樹脂等が含まれている。
【０１０４】
次いで、ＯＤＦ法により、液晶材料を描画した枠内に付与され、その後、シール材組成物及び液晶材料を挟む形で、前記基板（ＴＦＴ基板１０１）と他方の基板（スロット基板２０１）とが貼り合わされる。その後、加熱されて、シール材組成物の硬化、及び液晶分子の再配向処理が行われる。以上のようにして、液晶セルＣを作製することができる。
【０１０５】
その後、適宜、液晶セルＣのスロット基板２０１（第２誘電体基板５１）の反対面に、誘電体（空気層）５４を介して対向するように反射導電板６５が前記セル側に組み付けられる。このような工程を経て、本実施形態の走査アンテナが製造される。
【０１０６】
上述した実施形態では、走査アンテナに利用される液晶セルを例示したが、本発明の目的を損なわない限り、他のデバイス用の液晶セル（例えば、光学素子として液晶を使用し、印加する電圧により焦点距離を制御する液晶レンズのための液晶セル）であってもよい。
【実施例】
【０１０７】
以下、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。なお、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
【０１０８】
〔実施例１〕
（走査アンテナ用の液晶セルの作製）
図１０に示される構成の液晶セルＣ１を、以下に示される方法で作製した。先ず、上述したＴＦＴ基板１０１と基本的な構成が同じである、配向膜ＯＭ１１が形成されていない状態のＴＦＴ基板１０１Ａと、同じくスロット基板２０１と基本的な構成が同じである、配向膜ＯＭ２１が形成されていない状態のスロット基板２０１Ａとをそれぞれ用意した。ＴＦＴ基板１０１Ａのパッチ電極１５Ａ、及びスロット基板２０１Ａのスロット電極５５Ａは、それぞれＣｕから形成した。また、パッチ電極１５Ａの厚みは１μｍ、スロット電極５５Ａの厚みは２μｍに設定した。また、図１０に示されるように、パッチ電極１５Ａの幅は６００μｍ、スロット電極５５Ａの間の幅は４００μｍ、スロット電極５５Ａとパッチ電極１５Ａとが平面視で重なる部分の長さ（オーバーラップ長）は１００μｍに設定した。
【０１０９】
なお、図１０において、ＴＦＴ基板１０１Ａ及びスロット基板２０１Ａは、それぞれ、説明の便宜上、模式的に表されており、パッチ電極１５Ａが第１誘電体基板１Ａの表面上に配置され、また、スロット電極５５Ａが第２誘電体基板５１Ａの表面上に配置された形となっている。
【０１１０】
各基板のパッチ電極１５Ａ上、及びスロット電極５５Ａ上に、それぞれ蒸着法により、５０ｎｍの厚みのＴｉ膜を形成した。その後、各基板を２５０℃で１時間加熱することによりＴｉ膜の表面の酸化を促進させた。更に、これらの基板に対して、ブラックライト（紫外線を含む）を２Ｊ／ｃｍ２の条件で照射することにより、Ｔｉ膜の表面の親水化処理を施し、ＴＦＴ基板１０１Ａ及びスロット基板２０１Ａの各電極１５Ａ，５５Ａ上に、それぞれ配向膜ＯＭ１１，ＯＭ２１を形成した。
【０１１１】
ＴＦＴ基板１０１Ａの表面（液晶層ＬＣ側）に、熱硬化型シール材（商品名「ＨＣ−１４１３ＦＰ」、三井化学株式会社製）を、シールディスペンサーを用いて枠状に描画し、続いてＯＤＦ法により、液晶材料（Δε＝２０、１ｋＨｚ、２０℃）を描画した枠内に付与した。その後、スロット基板２０１Ａを、熱硬化型シール材を介してＴＦＴ基板１０１Ａに貼り合わせた。その後、１３０℃で４０分間加熱して、熱硬化型シール材の硬化、及び液晶分子の再配向処理を行い、液晶分子が水平配向した実施例１の走査アンテナ用の液晶セルＣ１を得た。
【０１１２】
〔比較例１〕
配向膜を形成するための配向膜溶液として、ポリイミドを主成分とする配向膜溶液を用意した。比較例１の配向膜溶液の溶媒としては、ＮＭＰと、ＢＣＳ（ブチルセロソルブ）を１：１の割合（体積比）で混合した混合溶媒を用いた。また、比較例１の配向膜溶液の固形分濃度は、５質量％とした。実施例１と同様のＴＦＴ基板及びスロット基板を用意し、各基板のパッチ電極上、及びスロット電極上に、上記配向膜溶液を、インクジェット法により塗布した。各基板上の塗膜は、７０℃で５分間加熱し、その後、更に２００℃で３０分間加熱した。そして、加熱後の塗膜に対して、ラビング処理による配向処理を施した。このようにして、ＴＦＴ基板及びスロット基板の各電極上に、それぞれポリイミドを主成分とする配向膜を形成した。これ以降は、実施例１と同様にして、比較例１の液晶セルを作製した。
【０１１３】
〔容量変調性評価〕
Hewlett Packard社製のＰｒｅｃｉｓｉｏｎ  ＬＣＲ  Ｍｅｒｔｅｒ：４２４８Ａを用いて、ＣＶ波形を測定した。印加電圧は、３０Ｈｚ、１５Ｖ、矩形波とした。電圧０Ｖでの容量をＣoff、電圧１５Ｖでの容量をＣonとして、静電容量のＯＮ／ＯＦＦ変調性α＝（Ｃon−Ｃoff）／Ｃoffを算出した。なお、前記変調性αは、ΔＣ／Ｃoff、又はＣon／（Ｃoff−１）とも表現される。
【０１１４】
実施例１の液晶セルＣ１を用いて、アンテナ単位（アンテナ素子）の容量変調性を測定した。その結果、α＝１．４であった。これに対し、比較例１の液晶セルを用いて、アンテナ単位の容量変調性を測定すると、その結果は、α＝０．９４であった。実施例１のように、チタン膜と、その表面に形成される薄い酸化チタン膜とからなる配向膜ＯＭ１１，ＯＭ２２を利用することで、アンテナ単位の変調性αを大きくできることが確かめられた。
【０１１５】
上記液晶セルＣ１を用いた走査アンテナ（液晶アンテナ）では、電圧印加駆動による液晶の配向制御（つまり、液晶分子の水平配向と垂直配向のスイッチング）を通じて、液晶キャパシタ容量Ｃｌｃを変化させて、パッチ電極１５Ａ側に誘起される電波（電子の振動）の位相を制御している。そして、そのＯＮ・ＯＦＦパターン（干渉パターン）により、アンテナビームの方位を制御している。そのため、液晶の静電容量のＯＮ・ＯＦＦ比が大きい程、高指向性・高効率のアンテナを作製することができる。
【０１１６】
比較例１の場合のように、従来の絶縁物質からなる配向膜（ポリイミド膜）を用いた場合、配向膜からなる層がキャパシタとなるため、アンテナ単位の静電容量は、液晶の静電容量と配向膜層の静電容量を合成した容量となる。そのため、アンテナ単位としてみた場合の合成した静電容量の変化は、小さくなってしまう。
【０１１７】
これに対し、実施例１の配向膜ＯＭ１１，ＯＭ２１は、それらの大部分を占める金属膜（チタン膜）と、それらの表面に形成され、液晶と接する金属酸化物膜（酸化チタン膜）とを備えた２層構造となっている。配向膜ＯＭ１１，ＯＭ２１の各表面の金属酸化物膜（酸化チタン膜）は、厳密には絶縁体であるものの、その厚みは極めて小さく、かつ比誘電率も大きいため、その部分の静電容量は略ゼロとなる。このように、実施例１の配向膜ＯＭ１１，ＯＭ２１は、大部分が金属（導体）であり、実質的にキャパシタとはならない（つまり、静電容量を持たない）ため、液晶のＯＮ／ＯＦＦによる静電容量チューナビリティが、そのままアンテナ素子のチューナビリティとなる。その結果、実施例１では、大きな静電容量の変化が得られる。このように、実施例１では、高指向性・高効率の走査アンテナ（液晶アンテナ）用の液晶セルＣ１が得られた。
【０１１８】
〔実施例２〕
チタン（Ｔｉ）膜と酸化チタン（ＴｉＯ２）膜とからなる配向膜に代えて、亜鉛（Ｚｎ）膜と酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜とからなる配向膜を形成したこと以外は、実施例１と同様にして、実施例２の液晶セルを作製した。なお、各基板のパッチ電極上、及びスロット電極上には、それぞれ蒸着により、５０ｎｍの厚みのＺｎ膜を形成した。
【０１１９】
実施例２の液晶セルについて、実施例１と同様の方法で、アンテナ単位の容量変調性αを測定した。その結果、α＝１．５であった。このように、実施例１で使用したチタン系の配向膜に代えて、亜鉛系の配向膜を使用しても、アンテナ単位の変調性αを大きくできることが確かめられた。
【０１２０】
〔実施例３〕
図１１は、実施例３の液晶セルＣ３の構成を模式的に表した断面図である。液晶セルＣ３は、第１誘電体基板１Ｂの表面上に、パッチ電極１５Ｂが配置されたＴＦＴ基板１０１Ｂと、第２誘電体基板５１Ｂの表面上に、スロット電極５５Ｂが配置されたスロット基板２０１Ｂとを備えている。実施例３では、パッチ電極１５Ｂを厚さ３μｍのアルミニウムとし、かつスロット電極５５Ｂを厚さ５μｍのアルミニウムとしたこと以外は、実施例１と同様の構成のＴＦＴ基板１０１Ｂ及びスロット基板２０１Ｂを用意した。ＴＦＴ基板１０１Ｂ及びスロット電極５５Ｂを、２５０℃で１時間加熱することにより、パッチ電極１５Ｂ及びスロット電極５５Ｂの各表面の酸化を促進させた。更に、これらの基板に対して、ブラックライト（紫外線を含む）を２Ｊ／ｃｍ２の条件で照射することにより、パッチ電極１５Ｂ及びスロット電極５５Ｂの各表面の親水化処理を施し、各電極１５Ｂ，５５Ｂ上に、それぞれ金属酸化物（酸化アルミニウム）の薄膜（金属酸化物膜）からなる配向膜ＯＭ１３，ＯＭ２３を形成した。これ以降は、実施例１と同様にして、実施例３の液晶セルＣ３を作製した。
【０１２１】
実施例３の液晶セルについて、実施例１と同様の方法で、アンテナ単位の容量変調性αを測定した。その結果、α＝１．４であった。このように、配向膜ＯＭ１３，ＯＭ２３を、パッチ電極１５Ｂ及びスロット電極５５Ｂに直接、形成することで、金属膜の形成プロセスを簡略化することができる。
【符号の説明】
【０１２２】
１…誘電体基板（第１誘電体基板）、３…ゲート電極、４…ゲート絶縁層、５…半導体層、６Ｄ…ドレインコンタクト層、６Ｓ…ソースコンタクト層、７Ｄ…ドレイン電極、７Ｓ…ソース電極、１０…ＴＦＴ、１１…第１絶縁層、１５…パッチ電極、５１…誘電体基板（第２誘電体基板）、５５…スロット電極、５５Ｌ…下層、５５Ｍ…主層、５５Ｕ…上層、５７…スロット、５７Ｕ…スロット電極単位、７０…給電装置、７２…給電ピン、１０１…ＴＦＴ基板、２０１…スロット基板、１０００…走査アンテナ、Ｕ…アンテナ単位（アンテナ単位領域）、ＣＨ１…コンタクトホール、ＬＣ…液晶層、Ｃ…液晶セル、ＧＤ…ゲートドライバ、ＧＬ…ゲートバスライン、ＧＴ…ゲート端子部、ＳＤ…ソースドライバ、ＳＬ…ソースバスライン、ＳＴ…ソース端子部、ＰＴ…トランスファー端子部、Ｒ１…送受信領域、Ｒ２…非送受信領域、Ｒｓ…シール領域、ＯＭ，ＯＭ１，ＯＭ２…配向膜、８０…金属膜、８１…金属酸化物膜、ｌｃ…液晶分子
【図１】
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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８】
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【図９】
2019128541.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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