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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-02-18
(45)【発行日】2022-03-01
(54)【発明の名称】走査アンテナおよび走査アンテナの製造方法
(51)【国際特許分類】
H01Q 3/44 20060101AFI20220221BHJP
H01L 21/336 20060101ALI20220221BHJP
H01L 29/786 20060101ALI20220221BHJP
G02F 1/13 20060101ALI20220221BHJP
【ＦＩ】
H01Q3/44
H01L29/78 612Z
G02F1/13 505
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2020559190
(86)(22)【出願日】2019-12-02
(86)【国際出願番号】 JP2019047073
(87)【国際公開番号】W WO2020121877
(87)【国際公開日】2020-06-18
【審査請求日】2021-06-08
(31)【優先権主張番号】P 2018232636
(32)【優先日】2018-12-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000005049
【氏名又は名称】シャープ株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】516247177
【氏名又は名称】カイメタ コーポレイション
(74)【代理人】
【識別番号】100101683
【弁理士】
【氏名又は名称】奥田 誠司
(74)【代理人】
【識別番号】100155000
【弁理士】
【氏名又は名称】喜多 修市
(74)【代理人】
【識別番号】100139930
【弁理士】
【氏名又は名称】山下 亮司
(74)【代理人】
【識別番号】100125922
【弁理士】
【氏名又は名称】三宅 章子
(74)【代理人】
【識別番号】100184985
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 悠
(74)【代理人】
【識別番号】100202197
【弁理士】
【氏名又は名称】村瀬 成康
(74)【代理人】
【識別番号】100202142
【弁理士】
【氏名又は名称】北 倫子
(72)【発明者】
【氏名】原 猛
(72)【発明者】
【氏名】中野 晋
(72)【発明者】
【氏名】安田 浩二
(72)【発明者】
【氏名】谷口 洋二
(72)【発明者】
【氏名】田中 義規
(72)【発明者】
【氏名】スティーヴンソン ライアン エイ．
(72)【発明者】
【氏名】リン スティーヴ
(72)【発明者】
【氏名】ヴァレル カグダス
(72)【発明者】
【氏名】ショート コリン
(72)【発明者】
【氏名】チェン フェリックス
【審査官】岸田 伸太郎
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１８／１７３９４１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１８／０１２４９０（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｑ ３／４４
Ｈ０１Ｌ ２１／３３６
Ｇ０２Ｆ １／１３
(57)【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し、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、複数のゲートバスライン、複数のソースバスラインおよび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、
前記液晶層を包囲するシール部と、
前記非送受信領域のうちの前記シール部で包囲された領域内に配置された壁状構造体と、
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、
前記送受信領域に配置された、前記送受信領域における前記第１誘電体基板と前記第２誘電体基板との第１間隙を規定する第１スペーサ構造体と、
前記第１間隙よりも広い、前記非送受信領域における前記第１誘電体基板と前記第２誘電体基板との第２間隙を規定する、前記壁状構造体内に配置された第２スペーサ構造体とを有し、
前記壁状構造体は、前記第１誘電体基板の表面と交わる第１主側面および第２主側面を有し、前記第１誘電体基板の法線方向から見たとき、前記第１主側面および前記第２主側面の少なくとも一方は、複数の凹部および／または複数の凸部を有する、走査アンテナ。
【請求項2】
前記第１誘電体基板の法線方向から見たとき、前記複数の凹部および／または複数の凸部のピッチは、２ｍｍ以上１００ｍｍ以下である、請求項１に記載の走査アンテナ。【請求項3】
前記シール部は、前記送受信領域の前記液晶層の厚さを規定する第１粒状スペーサを含み、前記第２スペーサ構造体は、前記第１粒状スペーサよりも粒径の大きい第２粒状スペーサを含む、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、前記液晶層を形成する工程は、前記ＴＦＴ基板と前記スロット基板との間、かつ、前記シール部で包囲された領域内に真空気泡を生じさせるように液晶材料を供給する工程を包含する、走査アンテナの製造方法。【請求項5】
前記液晶層を形成する工程は、前記液晶材料を供給する工程の後に、前記液晶層の温度を８０℃以上に上昇させる工程をさらに包含する、請求項４に記載の製造方法。【請求項6】
前記液晶層が真空注入法を用いて形成される、請求項４または５に記載の製造方法。【請求項7】
前記液晶層が滴下注入法を用いて形成され、前記液晶層を形成する工程は、前記ＴＦＴ基板と前記スロット基板との間、かつ、前記シール部で包囲された領域の体積よりも少ない液晶材料を滴下する工程を包含する、請求項４または５に記載の製造方法。【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。）およびそのような走査アンテナ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】
【文献】特開２００７－１１６５７３号公報
【文献】特開２００７－２９５０４４号公報
【文献】特表２００９－５３８５６５号公報
【文献】特表２０１３－５３９９４９号公報
【文献】国際公開第２０１５／１２６５５０号
【文献】国際公開第２０１７／０６１５２７号
【非特許文献】
【0007】
【文献】Ｒ． Ａ． Ｓｔｅｖｅｎｓｏｎ ｅｔ ａｌ．， ”Ｒｅｔｈｉｎｋｉｎｇ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ：Ａｄｖａｎｃｅｄ Ａｎｔｅｎｎａ Ｄｅｓｉｇｎ ｕｓｉｎｇ ＬＣＤ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”， ＳＩＤ ２０１５ ＤＩＧＥＳＴ， ｐｐ．８２７－８３０．
【文献】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】
本発明のある目的は、特許文献６に記載の走査アンテナの性能をさらに向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
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し、
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、複数のゲートバスライン、複数のソースバスラインおよび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、
前記液晶層を包囲するシール部と、
前記非送受信領域のうちの前記シール部で包囲された領域内に配置された壁状構造体と、
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、
前記送受信領域に配置された、前記送受信領域における前記第１誘電体基板と前記第２誘電体基板との第１間隙を規定する第１スペーサ構造体と、
前記第１間隙よりも広い、前記非送受信領域における前記第１誘電体基板と前記第２誘電体基板との第２間隙を規定する、前記壁状構造体内に配置された第２スペーサ構造体とを有し、
前記壁状構造体は、前記第１誘電体基板の表面と交わる第１主側面および第２主側面を有し、前記第１誘電体基板の法線方向から見たとき、前記第１主側面および前記第２主側面の少なくとも一方は、複数の凹部および／または複数の凸部を有する、走査アンテナ。
［項目２］
前記第１誘電体基板の法線方向から見たとき、前記複数の凹部および／または複数の凸部のピッチは、２ｍｍ以上１００ｍｍ以下である、項目１に記載の走査アンテナ。
［項目３］
前記シール部は、前記送受信領域の前記液晶層の厚さを規定する第１粒状スペーサを含み、
前記第２スペーサ構造体は、前記第１粒状スペーサよりも粒径の大きい第２粒状スペーサを含む、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、前記液晶層を形成する工程は、前記ＴＦＴ基板と前記スロット基板との間、かつ、前記シール部で包囲された領域内に真空気泡を生じさせるように液晶材料を供給する工程を包含する、走査アンテナの製造方法。
［項目５］
前記液晶層を形成する工程は、前記液晶材料を供給する工程の後に、前記液晶層の温度を８０℃以上に上昇させる工程をさらに包含する、項目４に記載の製造方法。
［項目６］
前記液晶層が真空注入法を用いて形成される、項目４または５に記載の製造方法。
［項目７］
前記液晶層が滴下注入法を用いて形成され、前記液晶層を形成する工程は、前記ＴＦＴ基板と前記スロット基板との間、かつ、前記シール部で包囲された領域の体積よりも少ない液晶材料を滴下する工程を包含する、項目４または５に記載の製造方法。
［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し、
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、複数のゲートバスライン、複数のソースバスラインおよび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、
前記液晶層を包囲するシール部と、
前記非送受信領域のうちの前記シール部で包囲された領域内に配置された壁状構造体と、
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、
前記送受信領域に配置された、前記送受信領域における前記第１誘電体基板と前記第２誘電体基板との第１間隙を規定する第１スペーサ構造体と、
前記第１間隙よりも広い、前記非送受信領域における前記第１誘電体基板と前記第２誘電体基板との第２間隙を規定する、前記壁状構造体内に配置された第２スペーサ構造体とを有し、
前記壁状構造体は、前記第１誘電体基板の表面と交わる第１主側面および第２主側面を有し、前記第１誘電体基板の法線方向から見たとき、前記第１主側面および前記第２主側面の少なくとも一方は、複数の凹部および／または複数の凸部を有する、走査アンテナ。
［項目２］
前記第１誘電体基板の法線方向から見たとき、前記複数の凹部および／または複数の凸部のピッチは、２ｍｍ以上１００ｍｍ以下である、項目１に記載の走査アンテナ。
［項目３］
前記シール部は、前記送受信領域の前記液晶層の厚さを規定する第１粒状スペーサを含み、
前記第２スペーサ構造体は、前記第１粒状スペーサよりも粒径の大きい第２粒状スペーサを含む、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、前記液晶層を形成する工程は、前記ＴＦＴ基板と前記スロット基板との間、かつ、前記シール部で包囲された領域内に真空気泡を生じさせるように液晶材料を供給する工程を包含する、走査アンテナの製造方法。
［項目５］
前記液晶層を形成する工程は、前記液晶材料を供給する工程の後に、前記液晶層の温度を８０℃以上に上昇させる工程をさらに包含する、項目４に記載の製造方法。
［項目６］
前記液晶層が真空注入法を用いて形成される、項目４または５に記載の製造方法。
［項目７］
前記液晶層が滴下注入法を用いて形成され、前記液晶層を形成する工程は、前記ＴＦＴ基板と前記スロット基板との間、かつ、前記シール部で包囲された領域の体積よりも少ない液晶材料を滴下する工程を包含する、項目４または５に記載の製造方法。
【発明の効果】
【0010】
本発明のある実施形態によると、走査アンテナのアンテナ性能をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【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】走査アンテナ１０００の変形例の走査アンテナ１００１の模式的な平面図である。
【図4A】走査アンテナ１００１のタイリング構造の例を示す図である。
【図4B】走査アンテナ１００１のタイリング構造の例を示す図である。
【図4C】走査アンテナ１００１が備える液晶パネル１００ａ１を示す模式的な平面図である。
【図5】走査アンテナ１００１の、シール部７３に包囲された領域の模式的な断面図である。
【図6A】本発明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１００Ａａの模式的な平面図である。
【図6B】液晶パネル１００Ａａの模式的な断面図である。
【図6C】液晶材料を注入した直後の液晶パネル１００Ａａの模式的な平面図である。
【図6D】液晶材料を注入してから一定の時間が経過した後の液晶パネル１００Ａａの模式的な平面図である。
【図7A】本発明の実施形態の変形例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１００Ｂａの模式的な平面図である。
【図7B】本発明の実施形態の他の変形例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１００Ｃａの模式的な平面図である。
【図7C】追加シール部７６Ｄの第１主側面７９ａの一部を示す、第１誘電体基板１の法線方向から見た模式的な平面図である。
【図7D】追加シール部７６Ｅの第１主側面７９ａの一部を示す、第１誘電体基板１の法線方向から見た模式的な平面図である。
【図7E】追加シール部７６Ｆの第１主側面７９ａの一部を示す、第１誘電体基板１の法線方向から見た模式的な平面図である。
【図7F】追加シール部７６Ｇの第１主側面７９ａの一部を示す、第１誘電体基板１の法線方向から見た模式的な平面図である。
【図8】ＴＦＴ基板１０１のアンテナ単位領域Ｕを示す模式的な平面図である。
【図9A】ＴＦＴ基板１０１のアンテナ単位領域Ｕを示す模式的な断面図である。
【図9B】ＴＦＴ基板１０１の非送受信領域Ｒ２の内の柱状スペーサＰＳを有する領域を示す模式的な断面図である。
【図10A】ＴＦＴ基板１０１の非送受信領域Ｒ２の模式的な断面図を示す。
【図10B】ＴＦＴ基板１０１の非送受信領域Ｒ２の模式的な断面図を示す。
【図10C】ＴＦＴ基板１０１の非送受信領域Ｒ２の模式的な断面図を示す。
【図11】ＴＦＴ基板１０１のトランスファー端子部ＰＴと、スロット基板２０１Ａの端子部ＩＴとを接続するトランスファー部を説明するための模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下で、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、走査アンテナの製造方法、および走査アンテナに用いられるＴＦＴ基板を説明する。なお、本発明は以下で例示する実施形態に限られない。また、本発明の実施形態は図面に限定されるものではない。例えば、断面図における層の厚さ、平面図における導電部および開口部のサイズ等は例示である。
【0013】
＜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、ＬＣＤ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。
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、ＬＣＤ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。
【0014】
なお、走査アンテナにおけるアンテナ単位はＬＣＤパネルの画素に類似してはいるものの、ＬＣＤ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ＬＣＤ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。
【0015】
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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、ＬＣＤ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、ＬＣＤ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ＬＣＤ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、ＬＣＤパネルと多くの相違点を有している。
【0021】
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、ＬＣＤパネルの基板に求められる性能と異なる。
【0022】
一般にＬＣＤ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ＬＣＤ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。
【0023】
電極に用いられる導電材料も異なる。ＬＣＤ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。
【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。
【0025】
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ＬＣＤ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ＬＣＤ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。
【0026】
もちろん、アンテナ単位Ｕの配列はＬＣＤ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。
【0027】
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、ＬＣＤパネルの液晶材料に求められる特性と異なる。ＬＣＤ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１９ＧＨｚ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。
【0028】
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。
【0029】
以下、走査アンテナの構造をより詳細に説明する。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
図２Ａおよび図２Ｂでは、シール領域Ｒｓは、送受信領域Ｒ１を含む比較的狭い領域を包囲するように設けた例を示したが、これに限られない。図３に、走査アンテナ１０００の変形例の走査アンテナ１００１の模式的な平面図を示す。例えば図３に示す例のように、送受信領域Ｒ１の外側に設けられるシール領域Ｒｓは、送受信領域Ｒ１から一定以上の距離を持つように、例えば、誘電体基板１および／または誘電体基板５１の辺の近傍に設けてもよい。すなわち、図３に示す例では、シール領域Ｒｓによって包囲された領域は、送受信領域Ｒ１と、非送受信領域Ｒ２の一部とを含む。もちろん、非送受信領域Ｒ２に設けられる、例えば端子部や駆動回路（ゲートドライバＧＤおよびソースドライバＳＤを含む）は、シール領域Ｒｓに包囲された領域の外側（すなわち、液晶層が存在しない側）に形成してもよい。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ている。図３では、簡単のために、スロット基板２０１の端とシール領域Ｒｓ（シール部７３）とを区別せずに示しているが、スロット基板２０１の端はシール領域Ｒｓ（シール部７３）とＴＦＴ基板１０１の端との間にある。以降の図面でも簡単のために同様に示すことがある。送受信領域Ｒ１から一定以上の離れた位置にシール領域Ｒｓを形成することによって、シール材（特に、硬化性樹脂）に含まれている不純物（特にイオン性不純物）の影響を受けてアンテナ特性が低下することを抑制することができる。
【0045】
走査アンテナ１０００および走査アンテナ１００１は、例えば出願人による国際公開第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。
【0046】
図４Ａおよび図４Ｂに、走査アンテナ１００１が備える液晶パネルのタイリング構造の例を示す。例えば、走査アンテナ１００１の液晶パネルは、図４Ａに示すように、４つの液晶パネル１００ａ１～１００ａ４をタイリングすることによって作製してもよいし、図４Ｂに示すように、２つの液晶パネル１００ｂ１および１００ｂ２をタイリングすることによって作製してもよい。簡単のために、走査アンテナ部分が有する構成要素について、走査アンテナと同じ参照符号を付すことがある。
【0047】
図４Ｃに、液晶パネル１００ａ１の模式的な平面図を示す。図４Ｃに示すように、液晶パネル１００ａ１は、ＴＦＴ基板１０１ａと、スロット基板２０１ａと、これらの間に設けられた液晶層ＬＣと、液晶層ＬＣを包囲するシール部７３ａとを有している。スロット基板２０１ａとＴＦＴ基板１０１ａとは、シール部７３ａを形成するシール材で互いに接着、固定されている。例えばシール部７３ａは、メインシール部７５ａと、エンドシール部（不図示）とを有する。図示する例では、シール部７３ａは、送受信領域Ｒ１と非送受信領域Ｒ２の一部とを包囲するように形成されている。非送受信領域Ｒ２は、既に述べたように、送受信領域Ｒ１以外の領域である。液晶パネル１００ａ１のＴＦＴ基板１０１ａおよびスロット基板２０１ａは、それぞれ、走査アンテナ１００１のＴＦＴ基板１０１およびスロット基板２０１を構成するので、以下の説明でＴＦＴ基板１０１およびスロット基板２０１と称することもある。なお、図３、図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃでは、送受信領域Ｒ１にハッチングを付している。
【0048】
シール部７３ａは次のようにして形成される。まず、スロット基板２０１ａおよびＴＦＴ基板１０１ａの一方の基板上に、例えばディスペンサを用いて、注入口７４ａ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。その後、他方の基板と重ね合わせ、圧力をかけながら、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（例えば樹脂ビーズまたはガラスビーズ）が混入されており、スロット基板２０１ａとＴＦＴ基板１０１ａ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７５ａが形成される。
【0049】
その後、液晶層ＬＣを形成する。注入口７４ａから、液晶材料を真空注入法で注入する。その後、注入口７４ａ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。真空注入法を用いる場合、このように、メインシール部７５ａとエンドシール部とで、液晶層ＬＣを包囲するシール部７３ａ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。
【0050】
なお、１枚のマザーガラス基板から複数のＴＦＴ基板を作製し、１枚のマザーガラス基板から複数のスロット基板を作製する場合は、例えば、マザーガラス基板同士を貼り合せてシール部を形成した後、液晶層を形成する前に、例えばダイシング、レーザ加工により、各液晶パネルに対応する部分を切り出せばよい。
【0051】
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、アンテナ単位の静電容量値が変動することがある。例えば走査アンテナの環境温度によって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。その結果、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、アンテナ特性が低下する。このアンテナ特性の低下は、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、アンテナ特性の低下は、例えば、ゲインの変化として現れる。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。
【0052】
走査アンテナ１０００または走査アンテナ１００１におけるアンテナ性能の低下の原因となり得る問題（問題１）を具体的に説明する。
【0053】
走査アンテナ１０００または走査アンテナ１００１の液晶層ＬＣが形成された直後には、液晶層ＬＣに真空気泡がほぼ発生していないことが一般的である。液晶層ＬＣが形成されるとは、例えば、ＴＦＴ基板１０１およびスロット基板２０１の間、かつ、シール部７３で包囲された領域内に液晶材料が注入されることをいう。液晶層は真空注入法で形成されてもよいし、滴下注入法で形成されてもよい。液晶層を形成する工程において、液晶材料の供給量が不足すると、局所的に液晶材料が不足する状態となり、その結果、気泡（「真空気泡」と呼ばれることがある。）が発生する場合がある。アンテナ単位Ｕの液晶層ＬＣに真空気泡が発生すると、液晶容量の静電容量値が変化することによって、アンテナ特性の低下が生じ得る。従って、液晶層に真空気泡が発生することを避けるために、液晶層を形成する工程において、液晶材料の供給量が不足しないようにするのが一般的である。しかしながら、この場合、液晶層ＬＣを形成した後に、液晶層ＬＣを構成する液晶材料の体積が変化すると、ＴＦＴ基板１０１が有する誘電体基板１および／またはスロット基板２０１が有する誘電体基板５１のたわみによって液晶層ＬＣの厚さが変化する。誘電体基板１および５１は例えばガラス基板である。液晶材料が熱膨張すると、液晶層ＬＣの厚さが大きくなり、液晶材料が熱収縮すると、液晶層ＬＣの厚さが小さくなる。液晶層ＬＣの厚さが変化すると、液晶容量の静電容量値が変化し、その結果、アンテナ特性の低下の原因となり得る。
【0054】
走査アンテナ１０００または走査アンテナ１００１におけるアンテナ性能の低下の原因となり得る他の問題（問題２）について、図５を参照しながら説明する。図５は、走査アンテナ１００１の、シール部７３に包囲された領域の模式的な断面図である。図５においては、反射導電板６５および誘電体層５４（図１）の図示を省略している。以後、走査アンテナの断面図において、反射導電板６５および誘電体層５４（反射導電板６５と誘電体基板５１との間に設けられた誘電体層５４）の図示を省略することがある。ここで、シール部７３は、図３に示したように、送受信領域Ｒ１と非送受信領域Ｒ２の一部とを包囲するように形成されている。非送受信領域Ｒ２は、既に述べたように、送受信領域Ｒ１以外の領域である。ここで、送受信領域Ｒ１と非送受信領域Ｒ２との境界線は、例えば、最も外側のアンテナ単位から２ｍｍ以上離れた点を含む線とすることができる。
【0055】
図５に示すように、送受信領域Ｒ１には、セルギャップを制御する柱状スペーサ（フォトスペーサ）ＰＳが設けられている。すなわち、液晶層ＬＣの厚さを均一にするために、ＴＦＴ基板１０１およびスロット基板２０１の少なくとも一方に、紫外線硬化性樹脂を用いて形成された柱状のフォトスペーサが配置されている。図示するように、柱状スペーサＰＳは、非送受信領域Ｒ２にも設けられていてもよい。柱状スペーサＰＳが設けられていると、温度が降下して液晶材料が熱収縮しても、柱状スペーサＰＳによってセルギャップの変化が抑制される。すなわち、ＴＦＴ基板１０１および／またはスロット基板２０１がたわむことがある程度抑制されるので、液晶層ＬＣの厚さの変化が抑制される。しかしながら、熱収縮による液晶材料の体積の減少に柱状スペーサが追随しないことによって、低温において柱状スペーサの周辺に真空気泡が生じることがある。このように生じる真空気泡は「低温気泡」と呼ばれることもある。特に送受信領域Ｒ１の柱状スペーサＰＳの周辺に真空気泡が生じると、液晶容量の静電容量値が変化し、その結果、アンテナ特性が低下する場合がある。
【0056】
本発明の実施形態による走査アンテナは、これらの問題の発生を抑制し、高温時から低温時までの広い温度範囲において、アンテナ性能の低下を抑制することができる。
【0057】
本発明の実施形態による走査アンテナを、図６Ａおよび図６Ｂを参照しながら説明する。図６Ａは、本発明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１００Ａａの模式的な平面図である。図６Ｂは、液晶パネル１００Ａａの模式的な断面図である。走査アンテナ１０００または走査アンテナ１００１と共通する構成には共通の参照符号を付し、説明を省略することがある。以下では、走査アンテナを４つに分割して作製する例を説明するが、本発明の実施形態はこれに限られないことはもちろんである。
【0058】
図６Ａおよび図６Ｂに示すように、液晶パネル１００Ａａのシール部７３ａは、図３に示した走査アンテナ１００１と同様に、送受信領域Ｒ１と非送受信領域Ｒ２の一部とを包囲するように形成されている。図６Ａでは、送受信領域Ｒ１にハッチングを付している。液晶パネル１００Ａａは、非送受信領域Ｒ２のうちのシール部７３ａで包囲された領域内に配置された追加シール部７６Ａをさらに有する点において、液晶パネル１００ａと異なる。図６Ｂに示すように、追加シール部７６Ａにおける第１誘電体基板１と第２誘電体基板５１との間隙Ｇ２は、送受信領域Ｒ１における第１誘電体基板１と第２誘電体基板５１との間隙Ｇ１よりも広い。なお、図６Ｂのシール部７３ａよりも左側は、シール部７３ａに包囲された領域を示している。図６Ａに示すように、追加シール部７６Ａは、第１誘電体基板１の表面と交わる第１主側面７９ａおよび第２主側面７９ｂを有し、第１誘電体基板１の法線方向から見たとき、第１主側面７９ａおよび第２主側面７９ｂは、複数の凹部および／または複数の凸部を有する。すなわち、第１誘電体基板１の法線方向から見たとき、第１主側面７９ａおよび第２主側面７９ｂは、凹凸構造を有する。言い換えると、追加シール部７６Ａを第１誘電体基板１の法線方向から見たときの形状を追加シール部７６Ａの平面形状とすると、追加シール部７６Ａの平面形状は、複数の凹部および／または複数の凸部を含む。
【0059】
図６Ｂに示すように、液晶パネル１００Ａａを用いて作製される走査アンテナにおいては、液晶層ＬＣを形成する工程において、液晶層ＬＣに（すなわち、ＴＦＴ基板１０１ａとスロット基板２０１ａとの間、かつ、シール部７３ａに包囲された領域に）意図的に真空気泡（真空領域）ＢＢを発生させておく。これによって、液晶材料の体積変化による液晶層ＬＣの厚さの変化を抑制する。つまり、液晶材料の体積変化を真空気泡が吸収することによって、液晶層ＬＣの厚さの変化が抑制される。このとき、非送受信領域Ｒ２に追加シール部７６Ａを有することによって、液晶層ＬＣを形成する工程において生じさせる真空気泡（真空領域）ＢＢの位置を制御し、真空気泡が送受信領域Ｒ１に形成されることを抑制することができる。液晶層ＬＣを形成する工程において、真空気泡（真空領域）は、ＴＦＴ基板とスロット基板との間の距離が最も大きい領域に形成され易い傾向にあるためである。さらに、追加シール部７６Ａが側面（液晶材料に接し得る表面）に凹凸構造を有することにより、凹凸構造の周辺に真空気泡が形成され易いので、真空気泡の位置をさらに高い精度で制御できる。シール部７３ａで包囲された領域の大きさにもよるが、例えば、液晶層ＬＣの温度が２５℃（室温）において、誘電体基板１の法線方向から見たとき、真空気泡の面積が、シール部７３ａで包囲された領域の面積の２％以上２１％以下であることが好ましい。
【0060】
図６Ｃおよび図６Ｄを参照しながら、液晶層を形成した後の液晶材料の移動を説明する。図６Ｃは、液晶材料を注入した直後の液晶パネル１００Ａａの模式的な平面図であり、図６Ｄは、液晶材料を注入してから一定の時間が経過した後の液晶パネル１００Ａａの模式的な平面図である。図６Ｃおよび図６Ｄでは、シール部７３ａに包囲された領域のうち、液晶材料を有する領域にハッチングを付している。シール部７３ａに包囲された領域のうち、液晶材料を有しない領域が真空気泡（真空領域）ＢＢである。図６Ｃおよび図６Ｄに示すように、真空気泡を含む液晶層ＬＣが形成されてから時間が経過するにつれて、真空気泡が追加シール部７６Ａ付近に位置する確率は高くなる。図６Ｃに示すように、液晶材料を注入した直後（すなわち液晶層ＬＣを形成した直後）においては、注入口７４ａから近い領域から順に液晶材料が充填されており、真空気泡（真空領域）ＢＢは、注入口７４ａから遠い領域に生じている。図６Ｃの状態から時間が経過するにつれて、液晶材料が移動することにより、図６Ｄに示すように、追加シール部７６Ａの周囲にも真空気泡（真空領域）ＢＢが形成され、図６Ｃにおいて注入口７４ａから遠い領域に形成されていた真空気泡（真空領域）ＢＢは減少する。これは、液晶材料ができるだけ平坦な領域（ＴＦＴ基板とスロット基板との間の距離が一定な領域）に存在しようとして移動することによる。
【0061】
液晶材料の移動は（すなわち図６Ｃの状態から図６Ｄの状態への遷移は）、液晶層の温度を上げることによって加速される。例えば、室温では１週間程度かかるのに対して、およそ８０℃では数時間程度で済む。液晶層の温度が上がると、液晶材料の粘度が下がり、液晶材料は移動しやすくなる。従って、液晶材料を注入した後、液晶層の温度を例えば８０℃以上に上昇させる工程を行ってもよい。液晶材料が移動した後、液晶層を例えば室温に降温すればよい。
【0062】
以上のように、真空気泡は追加シール部７６Ａ周辺（すなわち非送受信領域Ｒ２）に形成され易いので、真空気泡が送受信領域Ｒ１に形成されることを抑制することができる。従って、例えば室温において、真空気泡が送受信領域Ｒ１に形成されることを抑制することによって、アンテナ性能の低下を抑制することができる。室温から液晶層の温度が変化したときは、液晶材料の体積変化を真空気泡が吸収することによって、液晶層の厚さの変化を抑制することにより、アンテナ性能の低下を抑制することができる。
【0063】
液晶層ＬＣを形成する工程において、液晶材料の供給量を調整することによって、液晶層ＬＣに（すなわち、ＴＦＴ基板１０１ａとスロット基板２０１ａとの間、かつ、シール部７３ａに包囲された領域に）真空気泡（真空領域）ＢＢを形成することができる。これにより、液晶材料の体積変化を真空気泡が吸収することによって、液晶層ＬＣの厚さの変化が抑制される。つまり、ＴＦＴ基板１０１ａおよび／またはスロット基板２０１ａが有する誘電体基板（例えばガラス基板）のたわみも抑制される。液晶材料が膨張した場合は、真空気泡の体積が小さくなり、液晶材料が収縮した場合は、真空気泡の体積が大きくなる。特に、液晶材料が熱膨張した場合は、真空気泡が残存している限り、ＴＦＴ基板１０１ａおよびスロット基板２０１ａの変形（たわみ）を回避することができるので、真空気泡が残存している限り液晶層ＬＣの厚さは変化しないと考えられる。
【0064】
液晶層は真空注入法で形成してもよいし、滴下注入法で形成してもよい。真空注入法を用いる場合は、例えば、ＴＦＴ基板とスロット基板との間、かつ、シール部に包囲された領域内に真空領域が存在する状態で、液晶材料の供給を止めればよい。滴下注入法を用いる場合は、例えば、シール部で包囲された領域の全てを満たすのに必要な体積よりも少ない量の液晶材料を滴下すればよい。滴下注入法を用いる場合は、送受信領域Ｒ１に優先的に液晶材料を滴下してもよい。
【0065】
本実施形態による走査アンテナは、非送受信領域Ｒ２の内のシール部７３ａで包囲された領域内に追加シール部７６Ａを有することによって、液晶材料が熱収縮した場合、送受信領域Ｒ１の柱状スペーサＰＳの周辺に真空気泡（低温気泡）が生じることを抑制することができるという効果も得られる。これにより、真空気泡（低温気泡）によるアンテナ性能の低下を抑制することができる。上述したように、液晶材料が熱収縮した場合、熱収縮による液晶材料の体積の減少に柱状スペーサが追随しないことによって、真空気泡（低温気泡）が柱状スペーサの周辺に生じることがある。送受信領域Ｒ１内の液晶層ＬＣ（なかでもパッチ電極１５およびスロット５７近傍の液晶層ＬＣ）に真空気泡が発生すると、液晶容量の静電容量値の変化によりアンテナ性能に影響するおそれがある。ここで、温度降下時に低温気泡が最初に生じるのは、最も大きいセルギャップを規定するスペーサの周辺である。従って、本実施形態による走査アンテナは、追加シール部７６Ａを非送受信領域Ｒ２に有し、追加シール部７６Ａが規定する第１誘電体基板１と第２誘電体基板５１との間隙が、送受信領域Ｒ１における第１誘電体基板１と第２誘電体基板５１との間隙よりも広いことによって、低温気泡を追加シール部７６Ａの周辺（すなわち非送受信領域Ｒ２）に優先的に発生させ、送受信領域Ｒ１の柱状スペーサＰＳの周辺に低温気泡が生じることを抑制することができる。これにより、アンテナ性能の低下が抑制される。
【0066】
液晶層を形成する工程において、液晶材料を注入した後、液晶層の温度を例えば１２０℃以上（または例えばＴｎｉ点以上）に上昇させ、その後降温することによって、液晶層に形成された真空気泡（真空領域）の位置をより高い精度で制御することができる。すなわち、液晶層を加熱すると、上述したように、液晶材料の体積が増加することによって、真空気泡（真空領域）の体積が小さくなる。例えば真空気泡（真空領域）が消える程度にまで液晶層の温度を上昇させ、その後降温すると、上述したように、最も大きいセルギャップを有する追加シール部７６Ａの周辺から真空気泡が生じ始める。
【0067】
なお、上述した図６Ｃおよび図６Ｄは、液晶材料の移動を模式的に示したものであり、実際には、液晶層を形成してから一定の時間が経過しても、図６Ｄに示したように全ての真空気泡が非送受信領域Ｒ２に位置するとは限らない場合があり得る。このような場合においても、上記のように、真空気泡をいったん消滅させる程度にまで液晶層の温度を上げる工程を行うことによって、真空気泡の位置をより高い精度で制御することができる。
【0068】
追加シール部７６Ａは、例えば、シール部７３ａに含まれる粒状スペーサよりも粒径の大きい粒状スペーサを含む。シール部７３ａによって規定される、第１誘電体基板１と第２誘電体基板５１との間隙は、典型的には、送受信領域Ｒ１における第１誘電体基板１と第２誘電体基板５１との間隙と同じである。この場合、追加シール部７６Ａが、シール部７３ａに含まれる粒状スペーサよりも粒径の大きい粒状スペーサを含むことによって、追加シール部７６Ａは、送受信領域Ｒ１における第１誘電体基板１と第２誘電体基板５１との間隙よりも大きい、第１誘電体基板１と第２誘電体基板５１との間隙を規定することができる。
【0069】
追加シール部７６Ａは、送受信領域Ｒ１における第１誘電体基板１と第２誘電体基板５１との間隙（「第１間隙」ということがある。）よりも大きい第１誘電体基板１と第２誘電体基板５１との間隙を規定するスペーサ構造体を有すればよい。本明細書において、「スペーサ構造体」は、第１誘電体基板１と第２誘電体基板５１との間に含まれる導電層、絶縁層、および、スペーサ（柱状スペーサまたは粒状スペーサ等）を全て含む。送受信領域Ｒ１に配置された、第１間隙を規定するスペーサ構造体を「第１スペーサ構造体」ということがある。図示する例では、第１スペーサ構造体は柱状スペーサＰＳを含む。第１スペーサ構造体は、典型的には、パッチ電極１５とスロット電極５５との間の液晶層ＬＣの厚さを規定する柱状スペーサを含む。本発明の実施形態による走査アンテナは、追加シール部が第１スペーサ構造体よりも高い第２スペーサ構造体を有すればよい。第１間隙を規定する第１スペーサ構造体の高さを１とすると、第２スペーサ構造体の高さは、例えば１．１以上２．０以下であることが好ましい。第１スペーサ構造体の高さと第２スペーサ構造体の高さとの差は、例えば０．９μｍ以上３μｍ以下である。第２スペーサ構造体が第１スペーサ構造体に比べて高すぎると、送受信領域Ｒ１の液晶層ＬＣの厚さに影響を及ぼすおそれがある。
【0070】
追加シール部７６Ａの側面に沿って真空気泡が形成され易くする観点からは、第１誘電体基板１の法線方向から見たとき、追加シール部７６Ａの第１主側面７９ａおよび第２主側面７９ｂが有する複数の凹部または複数の凸部のピッチは、例えば、２ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることが好ましい。図示する例では、第１誘電体基板１の法線方向から見たとき、追加シール部７６Ａの第１主側面７９ａおよび第２主側面７９ｂは、それぞれ独立に、複数の凹部を有するということもできるし、複数の凸部を有するということもできる。凹部の幅と凸部の幅とはほぼ等しく、複数の凹部のピッチ（または複数の凸部のピッチ）は、１個の凹部の幅と１個の凸部の幅との和である。図示する例では、第１誘電体基板１の法線方向から見たとき、追加シール部７６Ａの第１主側面７９ａおよび第２主側面７９ｂが有する凹部および凸部は、略三角形状である。ただし、追加シール部の形状は例示するものに限られず、第１誘電体基板１の法線方向から見たとき、追加シール部の第１主側面および第２主側面が有する凹部および／または凸部は、例えば矩形状、半円状、半楕円状等であってよい。第１誘電体基板１の法線方向から見たとき、追加シール部の第１主側面および第２主側面は、互いに異なる複数の形状の凸部（または凹部）を含んでもよいし、同じ形状の凸部（または凹部）の繰り返し構造を含んでもよい。図示する例では、第１誘電体基板１の法線方向から見たとき、第１主側面７９ａおよび第２主側面７９ｂは、互いに略平行である。追加シール部は、複数の部分に分離していてもよいが、図示する例のように、第１誘電体基板１の法線方向から見たとき、連続した線（直線および曲線を含む）状であると、以下で述べるようにシール材で描画することによって形成することができるので、量産性の観点から好ましい。図示する例のように、第１誘電体基板１の法線方向から見たとき、追加シール部７６Ａの一端は、シール部７３ａに接していてもよい。
【0071】
なお、ここでは、追加シール部７６Ａの第１主側面７９ａおよび第２主側面７９ｂの両方が、複数の凹部および／または複数の凸部を有する例を示したが、本発明の実施形態はこれに限られない。追加シール部の第１主側面および第２主側面の少なくとも一方が、複数の凹部および／または複数の凸部を有すればよい。この場合、追加シール部７６Ａを有する走査アンテナと同様の効果が得られる。
【0072】
液晶パネル１００Ａａは例えば次のようにして作製される。液晶パネル１００Ａａは、追加シール部７６Ａを除いて、液晶パネル１００ａと同様の方法で作製することができる。
【0073】
液晶パネル１００ａと同様に、スロット基板２０１ａおよびＴＦＴ基板１０１ａの一方の基板上に、シール部７３ａを形成するシールパターンをシール材で描画する。このとき、スロット基板２０１ａおよびＴＦＴ基板１０１ａの一方の基板（典型的には、シール部７３ａを形成するシールパターンと同じ基板）上に、例えばディスペンサを用いて、追加シール部７６Ａを形成するシールパターンをシール材で描画する。追加シール部７６Ａを形成するシール材は、例えば、シール部７３ａを形成するシール材に含まれる粒状スペーサよりも粒径の大きい粒状スペーサを含む。
【0074】
その後、他方の基板と重ね合わせ、圧力をかけながら、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。
【0075】
その後、上述した方法で、液晶層ＬＣを形成する。すなわち、ＴＦＴ基板１０１ａとスロット基板２０１ａとの間、かつ、シール部７３ａで包囲された領域内に真空気泡を生じさせるように液晶材料を供給する。例えば、注入口７４ａから、液晶材料を真空注入法で注入してもよいし、滴下注入法を用いて液晶層ＬＣを形成してもよい。
【0076】
上記では、シール材を用いて追加シール部７６Ａを形成する例を説明したが、本発明の実施形態による走査アンテナが有する追加シール部は、シール材を用いて形成するものに限られず、例えばフォトリソグラフィプロセスで形成してもよい。例えば、柱状スペーサＰＳと同じ材料（例えば紫外線硬化性樹脂）を用いて形成してもよいし、異なる樹脂材料をさらに含んでもよい。柱状スペーサＰＳと同じプロセスで形成することもできる。
【0077】
追加シール部がシール材を用いて形成するものに限られないということを明確にするために、追加シール部を「壁状構造体」と呼ぶことがある。本明細書で追加シール部として説明する事項は、壁状構造体にもあてはまる。壁状構造体は、追加シール部としてここまで説明してきたように、以下の構造（１）および（２）を有するものであればよい。（１）第１間隙（送受信領域Ｒ１における第１誘電体基板１と第２誘電体基板５１との間隙）よりも広い、非送受信領域Ｒ２における第１誘電体基板１と第２誘電体基板５１との間隙を規定するスペーサ構造体を有する。（２）第１誘電体基板１の表面と交わる第１主側面および第２主側面を有し、第１誘電体基板１の法線方向から見たとき、第１主側面および第２主側面の少なくとも一方が、複数の凹部および／または複数の凸部を有する。
【0078】
＜変形例＞
図７Ａおよび図７Ｂを参照しながら、追加シール部の変形例を説明する。図７Ａおよび図７Ｂは、本発明の実施形態の変形例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１００Ｂａおよび液晶パネル１００Ｃａの模式的な平面図である。図７Ａおよび図７Ｂでは、図６Ａと同様に、送受信領域Ｒ１にハッチングを付している。
図７Ａおよび図７Ｂを参照しながら、追加シール部の変形例を説明する。図７Ａおよび図７Ｂは、本発明の実施形態の変形例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１００Ｂａおよび液晶パネル１００Ｃａの模式的な平面図である。図７Ａおよび図７Ｂでは、図６Ａと同様に、送受信領域Ｒ１にハッチングを付している。
【0079】
図７Ａに示すように、第１誘電体基板１の法線方向から見たとき、液晶パネル１００Ｂａが有する追加シール部７６Ｂの第１主側面７９ａおよび第２主側面７９ｂが有する、複数の凹部および／または複数の凸部は、矩形状である。
【0080】
図７Ｂに示すように、第１誘電体基板１の法線方向から見たとき、液晶パネル１００Ｃａが有する追加シール部７６Ｃの第１主側面７９ａおよび第２主側面７９ｂが有する、複数の凹部および／または複数の凸部は、矩形状の凹部または凸部と、三角形状の凹部または凸部とを含む。
【0081】
以上のような構造を有する液晶パネル１００Ｂａまたは液晶パネル１００Ｃａを用いて作製した走査アンテナによっても、液晶パネル１００Ａａを用いて作製した走査アンテナと同様の効果を得ることができる。
【0082】
図７Ｃ、図７Ｄ、図７Ｅおよび図７Ｆを参照しながら、追加シール部のさらに他の変形例を説明する。図７Ｃ、図７Ｄ、図７Ｅおよび図７Ｆは、本発明の実施形態による走査アンテナが有し得る追加シール部７６Ｄ、７６Ｅ、７６Ｆ、７６Ｇの第１主側面７９ａの一部を示す、第１誘電体基板１の法線方向から見た模式的な平面図である。以下の例は、第２主側面にも適用されてもよいし、適用されなくてもよい。例示したもののいずれか複数が組み合わされていてももちろんよい。本発明の実施形態による走査アンテナが有する追加シール部は例示したものに限られず、適宜改変され得る。
【0083】
図７Ｃに示すように、第１誘電体基板１の法線方向から見たとき、追加シール部７６Ｄの第１主側面７９ａは、複数の凸部８１Ｄを有するということもできるし、複数の凹部８２Ｄを有するということもできる。凸部８１Ｄの幅Ｗｒと凹部８２Ｄの幅Ｗｄとは互いに異なる。複数の凸部８１Ｄのピッチ（または複数の凹部８２Ｄのピッチ）は、凸部８１Ｄの幅Ｗｒと凹部８２Ｄの幅Ｗｄとの和（Ｗｒ＋Ｗｄ）である。
【0084】
図７Ｄに示すように、第１誘電体基板１の法線方向から見たとき、追加シール部７６Ｅの第１主側面７９ａは、複数の凸部８１Ｅを有するということもできるし、複数の凹部８２Ｅを有するということもできる。第１誘電体基板１の法線方向から見たとき、追加シール部７６Ｅの第１主側面７９ａは、それぞれの凸部８１Ｅ（「第１凸部８１Ｅ」ということがある。）に重畳して形成された第２凸部８３Ｅ、または、それぞれの凹部８２Ｅ（「第１凹部８２Ｅ」ということがある。）に重畳して形成された第２凹部８４Ｅをさらに有する。この例では、複数の凸部８１Ｅのピッチ（または複数の凹部８２Ｅのピッチ）は、第１凸部８１Ｅの幅Ｗｒ１と第２凹部８４Ｅの幅Ｗｄ２との和（Ｗｒ１＋Ｗｄ２）または第１凹部８２Ｅの幅Ｗｄ１と第２凸部８３Ｅの幅Ｗｒ２との和（Ｗｄ１＋Ｗｒ２）である。
【0085】
図７Ｅに示すように、第１誘電体基板１の法線方向から見たとき、追加シール部７６Ｆの第１主側面７９ａは、複数の凸部８１Ｆを有するということもできるし、複数の凹部８２Ｆを有するということもできる。凸部８１Ｆの形状と凹部８２Ｆの形状とは互いに異なる。この例では、複数の凸部８１Ｆのピッチ（または複数の凹部８２Ｆのピッチ）は、凹部８２Ｆの幅Ｗｄである。
【0086】
図７Ｆに示すように、第１誘電体基板１の法線方向から見たとき、追加シール部７６Ｇの第１主側面７９ａは、複数の凸部８１Ｇを有するということもできるし、複数の凹部８２Ｇを有するということもできる。凸部８１Ｇの形状と凹部８２Ｇの形状とは互いに異なる。この例では、複数の凸部８１Ｇのピッチ（または複数の凹部８２Ｇのピッチ）は、凸部８１Ｇの幅Ｗｒである。
【0087】
＜ＴＦＴ基板１０１の構造＞
図８、図９Ａおよび図９Ｂを参照して、ＴＦＴ基板１０１の構造を説明する。図８は、ＴＦＴ基板１０１のアンテナ単位領域Ｕを示す模式的な平面図であり、図９Ａは、ＴＦＴ基板１０１のアンテナ単位領域Ｕを示す模式的な断面図であり、図８中のＡ－Ａ’線に沿った断面を示している。図９Ｂは、ＴＦＴ基板１０１の非送受信領域Ｒ２の内の柱状スペーサＰＳを有する領域を示す模式的な断面図である。
図８、図９Ａおよび図９Ｂを参照して、ＴＦＴ基板１０１の構造を説明する。図８は、ＴＦＴ基板１０１のアンテナ単位領域Ｕを示す模式的な平面図であり、図９Ａは、ＴＦＴ基板１０１のアンテナ単位領域Ｕを示す模式的な断面図であり、図８中のＡ－Ａ’線に沿った断面を示している。図９Ｂは、ＴＦＴ基板１０１の非送受信領域Ｒ２の内の柱状スペーサＰＳを有する領域を示す模式的な断面図である。
【0088】
なお、本発明の実施形態による走査アンテナが有するＴＦＴ基板の構造は、例示するものに限られない。
【0089】
図８、図９Ａおよび図９Ｂに示すように、ＴＦＴ基板１０１は、誘電体基板１と、誘電体基板１上に配列された複数のアンテナ単位領域Ｕとを有する。複数のアンテナ単位領域Ｕのそれぞれは、ＴＦＴ１０と、ＴＦＴ１０のドレイン電極７Ｄに電気的に接続されたパッチ電極１５とを有する。
【0090】
ＴＦＴ基板１０１は、誘電体基板１に支持されたゲートメタル層３と、ゲートメタル層３上に形成されたゲート絶縁層４と、ゲート絶縁層４上に形成されたソースメタル層７と、ソースメタル層７上に形成された第１絶縁層１１と、第１絶縁層１１上に形成されたパッチメタル層１５ｌと、パッチメタル層１５ｌ上に形成された第２絶縁層１７とを有する。ここでは、ＴＦＴ基板１０１は、後述する図１０Ａ、図１０Ｂおよび図１０Ｃに非送受信領域Ｒ２の構造を示すように、第２絶縁層１７上に形成された上部導電層１９をさらに有する。
【0091】
各アンテナ単位領域Ｕが有するＴＦＴ１０は、ゲート電極３Ｇと、島状の半導体層５と、コンタクト層６Ｓおよび６Ｄと、ゲート電極３Ｇと半導体層５との間に配置されたゲート絶縁層４と、ソース電極７Ｓおよびドレイン電極７Ｄとを備える。この例では、ＴＦＴ１０は、ボトムゲート構造を有するチャネルエッチ型のＴＦＴである。
【0092】
ゲート電極３Ｇ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から走査信号を供給される。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からデータ信号を供給される。ゲート電極３ＧおよびゲートバスラインＧＬは同じ導電膜（ゲート用導電膜）から形成されていてもよい。ソース電極７Ｓ、ドレイン電極７ＤおよびソースバスラインＳＬは同じ導電膜（ソース用導電膜）から形成されていてもよい。ゲート用導電膜およびソース用導電膜は、例えば金属膜である。本明細書では、ゲート用導電膜を用いて形成された層（レイヤー）を「ゲートメタル層」と呼ぶことがあり、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」と呼ぶことがある。また、パッチ電極１５を含む層を「パッチメタル層」と呼ぶことがある。
【0093】
半導体層５は、ゲート絶縁層４を介してゲート電極３Ｇと重なるように配置されている。図示する例では、半導体層５上に、ソースコンタクト層６Ｓおよ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およ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）の両側に配置されている。この例では、半導体層５は真性アモルファスシリコン（ｉ－ａ－Ｓｉ）層であり、ソースコンタクト層６Ｓおよ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）層である。
【0094】
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。
【0095】
第１絶縁層１１は、ＴＦＴ１０のドレイン電極７Ｄから延設された部分に達する開口部１１ｐを有している。
【0096】
パッチ電極１５は、第１絶縁層１１上および開口部１１ｐ内に設けられており、開口部１１ｐ内で、ドレイン電極７Ｄから延設された部分と接続されている。パッチ電極１５は、金属層を含む。パッチ電極１５は、金属層のみから形成された金属電極であってもよい。パッチ電極１５は、主層としてＣｕ層または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、主層の厚さは、所望の抵抗が得られるように設定される。電気抵抗の観点から、Ｃｕ層の方がＡｌ層よりもパッチ電極１５の厚さを小さくできる可能性がある。
【0097】
ここでは、各アンテナ単位領域Ｕ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。補助容量は、例えば、ドレイン電極７Ｄと電気的に接続された上部補助容量電極７Ｃと、ゲート絶縁層４と、ゲート絶縁層４を介して上部補助容量電極７Ｃと対向する下部補助容量電極３Ｃとによって構成される。例えば、下部補助容量電極３Ｃはゲートメタル層３に含まれており、上部補助容量電極７Ｃはソースメタル層７に含まれている。ゲートメタル層３は、下部補助容量電極３Ｃに接続されたＣＳバスライン（補助容量線）ＣＬをさらに含んでもよい。
【0098】
図９Ｂに示すように、ここでは、ＴＦＴ基板１０１は、柱状スペーサＰＳと重なる凸部１５ｈを有している（図６Ｂも参照）。凸部１５ｈは、ここではパッチ電極１５と同じ導電膜から形成されている（すなわちパッチメタル層１５ｌに含まれている）。凸部１５ｈの上に柱状スペーサＰＳを形成すれば、柱状スペーサＰＳの高さを低減できる。凸部１５ｈは、他の導電層から形成されていてもよいし、省略してもよい。
【0099】
図１０Ａ、図１０Ｂおよび図１０Ｃに、ＴＦＴ基板１０１の非送受信領域Ｒ２の模式的な断面図を示す。図１０Ａ、図１０Ｂおよび図１０Ｃは、それぞれ、ゲート端子部ＧＴ、ソース端子部ＳＴおよびトランスファー端子部ＰＴを模式的に示している。なお、断面図では、簡単のために、無機絶縁層を平坦化層のように表している場合があるが、一般に、薄膜堆積法（例えばＣＶＤ法、スパッタ法、真空蒸着法）によって形成される層は、下地の段差を反映した表面を有する。
【0100】
図１０Ａに示すように、ゲート端子部ＧＴは、ゲートバスラインＧＬに電気的に接続されたゲート端子用下部接続部３ｇ（単に「下部接続部３ｇ」ということがある。）と、ゲート絶縁層４、第１絶縁層１１、および第２絶縁層１７に形成されたコンタクトホールＣＨ＿ｇと、ゲート端子用上部接続部１９ｇ（単に「上部接続部１９ｇ」ということがある。）とを有する。
【0101】
下部接続部３ｇは、この例では、ゲートメタル層３に含まれる。下部接続部３ｇは、例えばゲートバスラインＧＬと一体的に形成されてもよい。
【0102】
ゲート絶縁層４、第１絶縁層１１、および第２絶縁層１７に形成されたコンタクトホールＣＨ＿ｇは、下部接続部３ｇに達している。コンタクトホールＣＨ＿ｇは、ゲート絶縁層４に形成された開口部４ｇ、第１絶縁層１１に形成された開口部１１ｇ、および第２絶縁層１７に形成された開口部１７ｇを含む。
【0103】
上部接続部１９ｇは、上部導電層１９に含まれる。上部接続部１９ｇは、ゲート絶縁層４、第１絶縁層１１、および第２絶縁層１７に形成されたコンタクトホールＣＨ＿ｇ内で、下部接続部３ｇと接続されている。
【0104】
図１０Ｂに示すように、ソース端子部ＳＴは、ソースバスラインに電気的に接続されたソース端子用下部接続部７ｓ（単に「下部接続部７ｓ」ということがある。）と、第１絶縁層１１および第２絶縁層１７に形成されたコンタクトホールＣＨ＿ｓと、ソース端子用上部接続部１９ｓ（単に「上部接続部１９ｓ」ということがある。）とを有する。
【0105】
下部接続部７ｓは、この例では、ソースメタル層７に含まれる。下部接続部７ｓは、例えばソースバスラインＳＬと一体的に形成されてもよい。ただし、図示する例に限られず、ソース端子用下部接続部は、ゲートメタル層３から形成されていてもよい。この場合、ソース端子部の断面構造は、ゲート端子部ＧＴの断面構造と同様であり得る。
【0106】
第１絶縁層１１および第２絶縁層１７に形成されたコンタクトホールＣＨ＿ｓは、下部接続部７ｓに達している。
【0107】
上部接続部１９ｓは、上部導電層１９に含まれる。上部接続部１９ｓは、第１絶縁層１１および第２絶縁層１７に形成されたコンタクトホールＣＨ＿ｓ内で、下部接続部７ｓと接続されている。
【0108】
図１０Ｃに示すように、トランスファー端子部ＰＴは、トランスファー端子用下部接続部１５ｐ（単に「下部接続部１５ｐ」ということがある。）と、第２絶縁層１７に形成されたコンタクトホールＣＨ＿ｐ（開口部１７ｐ）と、トランスファー端子用上部接続部１９ｐ（単に「上部接続部１９ｐ」ということがある。）とを有する。
【0109】
下部接続部１５ｐは、この例では、パッチメタル層１５ｌに含まれる。
【0110】
第２絶縁層１７に形成された開口部１７ｐは、下部接続部１５ｐに達している。開口部１７ｐをコンタクトホールＣＨ＿ｐということがある。
【0111】
上部接続部１９ｐは、上部導電層１９に含まれる。上部接続部１９ｐは、第２絶縁層１７に形成されたコンタクトホールＣＨ＿ｐ内で、下部接続部１５ｐと接続されている。
【0112】
図１０Ａに示すように、ＴＦＴ基板１０１は、ゲートメタル層３よりも誘電体基板１側に、アライメントマーク（例えば金属層）２１と、アライメントマーク２１を覆う下地絶縁層２とをさらに有していてもよい。アライメントマーク２１は、１枚のガラス基板から例えばｍ枚のＴＦＴ基板を作製する場合において、フォトマスク枚がｎ枚（ｎ＜ｍ）であると、各露光工程を複数回に分けて行う必要が生じる。このようにフォトマスクの枚数（ｎ枚）が１枚のガラス基板から作製されるＴＦＴ基板の枚数（ｍ枚）よりも少ないとき、フォトマスクのアライメントに用いられる。アライメントマーク２１および下地絶縁層２は省略され得る。図１０においては、アライメントマーク２１および下地絶縁層２の図示を省略している。
【0113】
なお、アライメントマークの形状および位置は、図示する例に限定されない。例えば、アライメントマークは、ゲートメタル層３から形成されていてもよい。この場合は、アライメントマークをゲートメタル層３よりも誘電体基板１側の金属層から形成する場合（例えば図１０Ａ参照）に比べて、製造コスト（例えばフォトマスク数）を削減することができる。この場合、下地絶縁層２は省略され得る。
【0114】
＜ＴＦＴ基板１０１の製造方法＞
ＴＦＴ基板１０１の製造方法を説明する。
ＴＦＴ基板１０１の製造方法を説明する。
【0115】
まず、誘電体基板１上に、金属膜（例えばＴｉ膜、Ｍｏ膜、Ｔａ膜、Ａｌ膜、Ｃｕ膜）を形成し、これをパターニングすることにより、アライメントマーク２１を形成する。誘電体基板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（樹脂基板）などを用いることができる。次いで、アライメントマーク２１を覆うように、下地絶縁層２を形成する。ここでは、下地絶縁層２として、例えば酸化珪素（ＳｉＯｘ）または窒化珪素（ＳｉｘＮｙ）膜を形成する。なお、アライメントマークをゲートメタル層３から形成する場合は、アライメントマーク２１および下地絶縁層２を形成する工程は省略される。この場合は、以下で述べるゲート用導電膜をパターニングする工程において、アライメントマークを形成すればよい。
【0116】
続いて、誘電体基板１上に、スパッタ法などによって、ゲート用導電膜を形成する。ゲート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、ゲート用導電膜として、Ａｌ膜（厚さ：例えば１５０ｎｍ）およびＭｏＮ膜（厚さ：例えば１００ｎｍ）をこの順で積層した積層膜（ＭｏＮ／Ａｌ）を形成する。あるいは、ゲート用導電膜として、Ｔｉ膜（厚さ：例えば２０ｎｍ）およびＣｕ膜（厚さ：例えば２００ｎｍ）をこの順で積層した積層膜（Ｃｕ／Ｔｉ）を形成してもよい。
【0117】
次いで、ゲート用導電膜をパターニングすることにより、ゲートメタル層３を形成する。具体的には、アンテナ単位形成領域に、ＴＦＴ１０のゲート電極３Ｇと、ゲートバスラインＧＬと、下部補助容量電極３Ｃとを形成し、ゲート端子部形成領域に、下部接続部３ｇを形成する。ゲート用導電膜のパターニングは、例えばウェットエッチング（湿式エッチング）および／またはドライエッチング（乾式エッチング）によって行う。
【0118】
この後、ゲートメタル層３を覆うように、ゲート絶縁膜、真性アモルファスシリコン膜およびｎ＋型アモルファスシリコン膜をこの順で形成する。ゲート絶縁膜は、ＣＶＤ法等によって形成され得る。ゲート絶縁膜としては、酸化珪素（ＳｉＯｘ）膜、窒化珪素（ＳｉｘＮｙ）膜、酸化窒化珪素（ＳｉＯｘＮｙ；ｘ＞ｙ）膜、窒化酸化珪素（ＳｉＮｘＯｙ；ｘ＞ｙ）膜等を適宜用いることができる。ここでは、ゲート絶縁膜として、例えば厚さ３５０ｎｍの窒化珪素（ＳｉｘＮｙ）膜を堆積する。ゲート絶縁膜上に、例えば厚さ１２０ｎｍの真性アモルファスシリコン膜および例えば厚さ３０ｎｍのｎ＋型アモルファスシリコン膜を形成する。
【0119】
次いで、真性アモルファスシリコン膜およびｎ＋型アモルファスシリコン膜をパターニングすることにより、島状の半導体層５およびコンタクト部を得る。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、ソース電極および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。
【0120】
次いで、ゲート絶縁膜上、およびコンタクト部上に、スパッタ法などによってソース用導電膜を形成する。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（厚さ：例えば５０ｎｍ）、Ａｌ（厚さ：例えば１５０ｎｍ）およびＭｏＮ（厚さ：例えば１００ｎｍ）をこの順で積層した積層膜（ＭｏＮ／Ａｌ／ＭｏＮ）を形成する。あるいは、ソース用導電膜として、Ｔｉ（厚さ：例えば２０ｎｍ）およびＣｕ（厚さ：例えば２００ｎｍ）をこの順で積層した積層膜（Ｃｕ／Ｔｉ）を形成してもよい。
【0121】
次いで、ソース用導電膜をパターニングすることによって、ソースメタル層７を形成する。このとき、コンタクト部もエッチングされ、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。具体的には、アンテナ単位形成領域に、ＴＦＴ１０のソース電極７Ｓおよびドレイン電極７Ｄと、ソースバスラインＳＬと、上部補助容量電極７Ｃとを形成し、ソース端子部形成領域に下部接続部７ｓを形成する。
【0122】
ソース用導電膜のパターニングは、例えばウェットエッチング（湿式エッチング）および／またはドライエッチング（乾式エッチング）によって行う。例えば、ソース用導電膜としてＭｏＮ膜、Ａｌ膜およびＭｏＮ膜をこの順で積層した積層膜を形成した場合には、例えばウェットエッチングでＭｏＮ膜およびＡｌ膜を同時にパターニングする。ソース用導電膜として、Ｔｉ膜およびＣｕ膜をこの順で積層した積層膜を形成した場合には、例えばウェットエッチングでＴｉ膜およびＣｕ膜をパターニングすることができる。その後、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およ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）。このようにして、ＴＦＴ１０が得られる。
【0123】
次に、ＴＦＴ１０およびソースメタル層７を覆うように、例えばＣＶＤ法によって、第１絶縁膜を形成する。第１絶縁膜としては、酸化珪素（ＳｉＯｘ）膜、窒化珪素（ＳｉｘＮｙ）膜、酸化窒化珪素（ＳｉＯｘＮｙ；ｘ＞ｙ）膜、窒化酸化珪素（ＳｉＮｘＯｙ；ｘ＞ｙ）膜等を適宜用いることができる。この例では、第１絶縁膜は、半導体層５のチャネル領域と接するように形成される。ここでは、第１絶縁膜として、例えば厚さ３３０ｎｍの窒化珪素（ＳｉｘＮｙ）膜を堆積する。
【0124】
続いて、公知のフォトリソグラフィプロセスによって、第１絶縁膜のエッチングを行うことによって、ドレイン電極から延設された部分に達する開口部１１ｐを形成する。
【0125】
次いで、第１絶縁膜上および開口部１１ｐ内に、スパッタ法などによってパッチ用導電膜を形成する。パッチ用導電膜の材料として、ゲート用導電膜またはソース用導電膜と同様の材料が用いられ得る。パッチ用導電膜は、ゲート用導電膜およびソース用導電膜よりも厚くなるように設定されてもよい。これにより、パッチ電極のシート抵抗を低減させることで、パッチ電極内の自由電子の振動が熱に変わるロスを低減させることが可能になる。ここでは、Ｔｉ（厚さ：例えば５０ｎｍ）およびＣｕ（厚さ：例えば６００ｎｍ）をこの順で積層した積層膜（Ｃｕ／Ｔｉ）を形成する。
【0126】
次いで、パッチ用導電膜をパターニングすることによって、パッチメタル層１５ｌを形成する。具体的には、アンテナ単位形成領域にパッチ電極１５を形成し、柱状スペーサＰＳ形成領域に凸部１５ｈを形成し、トランスファー端子部形成領域に下部接続部１５ｐを形成する。パッチ用導電膜のパターニングは、例えばウェットエッチング（湿式エッチング）および／またはドライエッチング（乾式エッチング）によって行う。
【0127】
次に、パッチメタル層１５ｌ上および第１絶縁膜上に、例えばＣＶＤ法によって、第２絶縁膜を形成する。第２絶縁膜としては、酸化珪素（ＳｉＯｘ）膜、窒化珪素（ＳｉｘＮｙ）膜、酸化窒化珪素（ＳｉＯｘＮｙ；ｘ＞ｙ）膜、窒化酸化珪素（ＳｉＮｘＯｙ；ｘ＞ｙ）膜等を適宜用いることができる。ここでは、第２絶縁膜として、例えば厚さ１３０ｎｍの窒化珪素（ＳｉｘＮｙ）膜を堆積する。
【0128】
続いて、公知のフォトリソグラフィプロセスによって、ゲート絶縁膜、第１絶縁膜、および第２絶縁膜のエッチングを行うことによって、ゲート絶縁層４、第１絶縁層１１、および第２絶縁層１７を形成する。具体的には、ゲート端子部形成領域の下部接続部３ｇに達するコンタクトホールＣＨ＿ｇをゲート絶縁膜、第１絶縁膜および第２絶縁膜に形成し、ソース端子部形成領域の下部接続部７ｓに達するコンタクトホールＣＨ＿ｓを第１絶縁膜および第２絶縁膜に形成し、トランスファー端子部形成領域の下部接続部１５ｐに達するコンタクトホールＣＨ＿ｐを第２絶縁膜に形成する。ここでは、フッ素系ガスを用いたドライエッチングによって、ゲート絶縁膜、第１絶縁膜、および第２絶縁膜を一括してエッチングする。
【0129】
次いで、第２絶縁層１７上、コンタクトホールＣＨ＿ｇ内、コンタクトホールＣＨ＿ｓ内、およびコンタクトホールＣＨ＿ｐ内に、例えばスパッタ法により、透明導電膜を含む上部導電膜を形成する。透明導電膜として、例えばＩＴＯ（インジウム・錫酸化物）膜、ＩＺＯ膜、ＺｎＯ膜（酸化亜鉛膜）などを用いることができる。ここでは、上部導電膜として、Ｔｉ（厚さ：例えば５０ｎｍ）およびＩＴＯ（厚さ：例えば７０ｎｍ）をこの順で積層した積層膜（ＩＴＯ／Ｔｉ）を用いる。
【0130】
次いで、上部導電膜をパターニングすることにより、上部導電層１９を形成する。具体的には、ゲート端子部形成領域の上部接続部１９ｇ、ソース端子部形成領域の上部接続部１９ｓおよびトランスファー端子形成領域の上部接続部１９ｐを形成する。
【0131】
このようにして、ＴＦＴ基板１０１が製造される。
【0132】
＜スロット基板２０１の構造＞
図６Ｂおよび図１１を参照しながら、スロット基板２０１の構造をより詳細に説明する。図１１は、ＴＦＴ基板１０１のトランスファー端子部ＰＴと、スロット基板２０１の端子部ＩＴとを接続するトランスファー部を説明するための模式的な断面図である。
図６Ｂおよび図１１を参照しながら、スロット基板２０１の構造をより詳細に説明する。図１１は、ＴＦＴ基板１０１のトランスファー端子部ＰＴと、スロット基板２０１の端子部ＩＴとを接続するトランスファー部を説明するための模式的な断面図である。
【0133】
スロット基板２０１は、表面および裏面を有する誘電体基板５１と、誘電体基板５１の表面に形成された第３絶縁層５２と、第３絶縁層５２上に形成されたスロット電極５５と、スロット電極５５を覆う第４絶縁層５８とを備える。反射導電板６５（図１参照）は、誘電体基板５１の裏面に誘電体層（空気層）５４を介して対向するように配置される。スロット電極５５および反射導電板６５が導波路３０１の壁として機能する。
【0134】
第３絶縁層５２としては、例えば酸化珪素（ＳｉＯｘ）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）膜等を適宜用いることができる。なお、第３絶縁層５２は、省略され得る。図６Ｂでは第３絶縁層５２の図示は省略している。
【0135】
スロット基板２０１は、ＴＦＴ基板１０１と同様に、第３絶縁層５２よりも誘電体基板５１側に、アライメントマーク（例えば金属層）と、アライメントマークを覆う下地絶縁層とをさらに有していてもよい。
【0136】
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。スロット５７はスロット電極５５を貫通する開口である。この例では、各アンテナ単位領域Ｕに１個のスロット５７が配置されている。
【0137】
第４絶縁層５８は、スロット電極５５上およびスロット５７内に形成されている。第４絶縁層５８は、ここでは、スロット５７内に第３絶縁層５２（第３絶縁層５２が省略された場合は誘電体基板５１）に達する開口部５８ａを有する。開口部５８ａは省略され得る。第４絶縁層５８の材料は、第３絶縁層５２の材料と同じであってもよい。第４絶縁層５８でスロット電極５５を覆うことにより、スロット電極５５と液晶層ＬＣとが直接接触しないので、信頼性を高めることができる。スロット電極５５がＣｕ層で形成されていると、Ｃｕが液晶層ＬＣに溶出することがある。また、スロット電極５５を薄膜堆積技術を用いてＡｌ層で形成すると、Ａｌ層にボイドが含まれることがある。第４絶縁層５８は、Ａｌ層のボイドに液晶材料が侵入するのを防止することができる。なお、アルミ箔を接着材により誘電体基板５１に貼り付けることによってＡｌ層を形成し、これをパターニングすることによってスロット電極５５を作製すれば、ボイドの問題を回避できる。
【0138】
スロット電極５５は、Ｃｕ層、Ａｌ層などの主層を含む。スロット電極５５は、主層と、それを挟むように配置された上層および／または下層とを含む積層構造を有していてもよい。主層の厚さは、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。主層の厚さは、典型的には上層および下層の厚さよりも大きい。例えば、主層はＣｕ層であり、上層および下層はＴｉ層である。主層と第３絶縁層５２との間に下層を配置することにより、スロット電極５５と第３絶縁層５２との密着性を向上できる。また、上層を設けることにより、主層（例えばＣｕ層）の腐食を抑制できる。
【0139】
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倍以上の厚さ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た厚さが数ｍｍのアルミニウム板、銅板などを用いることができる。
【0140】
図１１に示すように、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。端子部ＩＴは、スロット電極５５と、スロット電極５５を覆う第４絶縁層５８と、上部接続部６０とを備える。第４絶縁層５８は、スロット電極５５に達する開口部５８ｐを有している。上部接続部６０は、開口部５８ｐ内でスロット電極５５に接している。
【0141】
図１１に示すように、トランスファー部では、スロット基板２０１の端子部ＩＴの上部接続部６０は、ＴＦＴ基板１０１のトランスファー端子部ＰＴのトランスファー端子用上部接続部１９ｐと電気的に接続される。ここでは、上部接続部６０とトランスファー端子用上部接続部１９ｐとを、導電性ビーズ７１を含む樹脂（例えばシール樹脂）７８を介して接続する。
【0142】
上部接続部６０および１９ｐは、いずれも、ＩＴＯ膜、ＩＺＯ膜などの透明導電層であり、その表面に酸化膜が形成される場合がある。酸化膜が形成されると、透明導電層同士の電気的な接続が確保できず、コンタクト抵抗が高くなる可能性がある。これに対し、本実施形態では、導電性ビーズ（例えばＡｕビーズ）７１を含む樹脂を介して、これらの透明導電層を接着させるので、表面酸化膜が形成されていても、導電性ビーズが表面酸化膜を突き破る（貫通する）ことにより、コンタクト抵抗の増大を抑えることが可能である。導電性ビーズ７１は、表面酸化膜だけでなく、透明導電層である上部接続部６０および１９ｐをも貫通し、下部接続部１５ｐおよびスロット電極５５に直接接していてもよい。
【0143】
なお、シール領域Ｒｓ（シール部７３）も、上記のトランスファー部と同様の構造を有していてもよい。すなわち、シール領域Ｒｓ（シール部７３）内に上記のトランスファー部が配置されてもよい。
【0144】
＜スロット基板２０１の製造方法＞
スロット基板２０１は、例えば以下の方法で製造され得る。
スロット基板２０１は、例えば以下の方法で製造され得る。
【0145】
まず、誘電体基板５１上に第３絶縁層５２（厚さ：例えば３００ｎｍ～１５００ｎｍ）を例えばＣＶＤ法により形成する。ここでは、第３絶縁層５２として、例えば厚さ５００ｎｍのＳｉＮｘ膜を堆積する。
【0146】
誘電体基板５１としては、ガラス基板、樹脂基板などの、電磁波に対する透過率の高い（誘電率εMおよび誘電損失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など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、ガラス基板の厚さを例えば５００μｍ以下に低減できる。
【0147】
なお、誘電体基板として樹脂基板を用いる場合、ＴＦＴ等の構成要素を直接、樹脂基板上に形成してもよいし、転写法を用いて樹脂基板上に形成してもよい。転写法によると、例えば、ガラス基板上に樹脂膜（例えばポリイミド膜）を形成し、樹脂膜上に後述するプロセスで構成要素を形成した後、構成要素が形成された樹脂膜とガラス基板とを分離させる。一般に、ガラスよりも樹脂の方が誘電率εMおよび誘電損失ｔａｎδMが小さい。樹脂基板の厚さは、例えば、３μｍ～３００μｍである。樹脂材料としては、ポリイミドの他、例えば、液晶高分子を用いることもできる。
【0148】
次いで、第３絶縁層５２の上に金属膜（例えばＣｕ膜またはＡｌ膜）を例えばスパッタ法により形成し、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を得る。金属膜としては、例えば厚さが１．５μｍ～６μｍのＣｕ膜を用いてもよい。ここでは、金属膜として、Ｔｉ膜（厚さ：例えば２０ｎｍ）およびＣｕ膜（厚さ：例えば３０００ｎｍ）をこの順で積層した積層膜（Ｃｕ／Ｔｉ）を形成する。
【0149】
この後、スロット電極５５上およびスロット５７内に第４絶縁膜（厚さ：例えば５０ｎｍ～４００ｎｍ）を形成する。ここでは、第４絶縁膜として、例えば厚さ１３０ｎｍの窒化珪素（ＳｉｘＮｙ）膜を堆積する。
【0150】
この後、公知のフォトリソグラフィプロセスによって第４絶縁膜のエッチングを行うことによって、第４絶縁層５８を得る。具体的には、第４絶縁層５８は、非送受信領域Ｒ２において、スロット電極５５に達する開口部５８ｐを形成する。
【0151】
この後、第４絶縁層５８上および開口部５８ｐ内に例えばスパッタ法により透明導電膜を形成し、これをパターニングすることにより、開口部５８ｐ内でスロット電極５５と接する上部接続部６０を形成する。これにより、端子部ＩＴを得ることができる。透明導電膜として、例えばＩＴＯ（インジウム・錫酸化物）膜、ＩＺＯ膜、ＺｎＯ膜（酸化亜鉛膜）などを用いることができる。透明導電膜は、Ｔｉ膜と、ＩＴＯ膜、ＩＺＯ膜、またはＺｎＯ膜とをこの順で有する積層構造を有していてもよい。ここでは、透明導電膜として、Ｔｉ（厚さ：例えば５０ｎｍ）およびＩＴＯ（厚さ：例えば７０ｎｍ）をこの順で積層した積層膜（ＩＴＯ／Ｔｉ）を用いる。
【0152】
このようにして、スロット基板２０１が製造される。
【0153】
この後、スロット基板２０１上に柱状スペーサＰＳを形成する。例えば、第４絶縁層５８上および第４絶縁層５８上に形成された透明導電層（上部接続部６０を含む層）上に感光性樹脂膜を形成し、所定のパターンの開口部を有するフォトマスクを介して、感光性樹脂膜を露光、現像することによって、柱状スペーサＰＳを形成することができる。感光性樹脂は、ネガ型でもポジ型でもよい。ここでは、厚さ例えば２．７μｍの感光性樹脂膜を用いる。
【0154】
なお、ＴＦＴ基板１０１上に柱状スペーサＰＳを形成してもよい。この場合には、上述する方法でＴＦＴ基板１０１を製造した後、第２絶縁層１７上および上部導電層１９上に感光性樹脂膜を形成し、露光、現像することによって、柱状スペーサＰＳを形成すればよい。
【0155】
スロット基板２０１またはＴＦＴ基板１０１の少なくとも一方に柱状スペーサＰＳを形成した後、上述したように、シール部７３ａおよび追加シール部７６Ａを形成してスロット基板２０１およびＴＦＴ基板１０１を貼り合わせる工程、液晶層を形成する工程等を行うことによって、本発明の実施形態による走査アンテナが得られる。
【0156】
＜ＴＦＴの材料および構造＞
本発明の実施形態では、各画素に配置されるスイッチング素子として、半導体層５を活性層とするＴＦＴが用いられる。半導体層５はアモルファスシリコン層に限定されず、ポリシリコン層、酸化物半導体層であってもよい。
本発明の実施形態では、各画素に配置されるスイッチング素子として、半導体層５を活性層とするＴＦＴが用いられる。半導体層５はアモルファスシリコン層に限定されず、ポリシリコン層、酸化物半導体層であってもよい。
【0157】
酸化物半導体層を用いる場合、酸化物半導体層に含まれる酸化物半導体は、アモルファス酸化物半導体であってもよいし、結晶質部分を有する結晶質酸化物半導体であってもよい。結晶質酸化物半導体としては、多結晶酸化物半導体、微結晶酸化物半導体、ｃ軸が層面に概ね垂直に配向した結晶質酸化物半導体などが挙げられる。
【0158】
酸化物半導体層は、２層以上の積層構造を有していてもよい。酸化物半導体層が積層構造を有する場合には、酸化物半導体層は、非晶質酸化物半導体層と結晶質酸化物半導体層とを含んでいてもよい。あるいは、結晶構造の異なる複数の結晶質酸化物半導体層を含んでいてもよい。また、複数の非晶質酸化物半導体層を含んでいてもよい。酸化物半導体層が上層と下層とを含む２層構造を有する場合、上層に含まれる酸化物半導体のエネルギーギャップは、下層に含まれる酸化物半導体のエネルギーギャップよりも大きいことが好ましい。ただし、これらの層のエネルギーギャップの差が比較的小さい場合には、下層の酸化物半導体のエネルギーギャップが上層の酸化物半導体のエネルギーギャップよりも大きくてもよい。
【0159】
非晶質酸化物半導体および上記の各結晶質酸化物半導体の材料、構造、成膜方法、積層構造を有する酸化物半導体層の構成などは、例えば特開２０１４－００７３９９号公報に記載されている。参考のために、特開２０１４－００７３９９号公報の開示内容の全てを本明細書に援用する。
【0160】
酸化物半導体層は、例えば、Ｉｎ、ＧａおよびＺｎのうち少なくとも１種の金属元素を含んでもよい。本実施形態では、酸化物半導体層は、例えば、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ系の半導体（例えば酸化インジウムガリウム亜鉛）を含む。ここで、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ系の半導体は、Ｉｎ（インジウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｚｎ（亜鉛）の三元系酸化物であって、Ｉｎ、ＧａおよびＺｎの割合（組成比）は特に限定されず、例えばＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝２：２：１、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：２等を含む。このような酸化物半導体層は、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ系の半導体を含む酸化物半導体膜から形成され得る。
【0161】
Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ系の半導体は、アモルファスでもよいし、結晶質でもよい。結晶質Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ系の半導体としては、ｃ軸が層面に概ね垂直に配向した結晶質Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ系の半導体が好ましい。
【0162】
なお、結晶質Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ系の半導体の結晶構造は、例えば、上述した特開２０１４－００７３９９号公報、特開２０１２－１３４４７５号公報、特開２０１４－２０９７２７号公報などに開示されている。参考のために、特開２０１２－１３４４７５号公報および特開２０１４－２０９７２７号公報の開示内容の全てを本明細書に援用する。Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ系半導体層を有するＴＦＴは、高い移動度（ａ－ＳｉＴＦＴに比べ２０倍超）および低いリーク電流（ａ－ＳｉＴＦＴに比べ１００分の１未満）を有しているので、駆動ＴＦＴ（例えば、非送受信領域に設けられる駆動回路に含まれるＴＦＴ）および各アンテナ単位領域に設けられるＴＦＴとして好適に用いられる。
【0163】
酸化物半導体層は、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ系半導体の代わりに、他の酸化物半導体を含んでいてもよい。例えばＩｎ－Ｓｎ－Ｚｎ－Ｏ系半導体（例えばＩｎ2Ｏ3－ＳｎＯ2－ＺｎＯ；ＩｎＳｎＺｎＯ）を含んでもよい。Ｉｎ－Ｓｎ－Ｚｎ－Ｏ系半導体は、Ｉｎ（インジウム）、Ｓｎ（スズ）およびＺｎ（亜鉛）の三元系酸化物である。あるいは、酸化物半導体層は、Ｉｎ－Ａｌ－Ｚｎ－Ｏ系半導体、Ｉｎ－Ａｌ－Ｓｎ－Ｚｎ－Ｏ系半導体、Ｚｎ－Ｏ系半導体、Ｉｎ－Ｚｎ－Ｏ系半導体、Ｚｎ－Ｔｉ－Ｏ系半導体、Ｃｄ－Ｇｅ－Ｏ系半導体、Ｃｄ－Ｐｂ－Ｏ系半導体、ＣｄＯ（酸化カドミウム）、Ｍｇ－Ｚｎ－Ｏ系半導体、Ｉｎ－Ｇａ－Ｓｎ－Ｏ系半導体、Ｉｎ－Ｇａ－Ｏ系半導体、Ｚｒ－Ｉｎ－Ｚｎ－Ｏ系半導体、Ｈｆ－Ｉｎ－Ｚｎ－Ｏ系半導体、Ａｌ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ系半導体、Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ系半導体、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｓｎ－Ｏ系半導体などを含んでいてもよい。
【0164】
上述した例では、ＴＦＴ１０は、ボトムゲート構造を有するチャネルエッチ型のＴＦＴである。「チャネルエッチ型のＴＦＴ」では、チャネル領域上にエッチストップ層が形成されておらず、ソースおよびドレイン電極のチャネル側の端部下面は、半導体層の上面と接するように配置されている。チャネルエッチ型のＴＦＴは、例えば半導体層上にソース・ドレイン電極用の導電膜を形成し、ソース・ドレイン分離を行うことによって形成される。ソース・ドレイン分離工程において、チャネル領域の表面部分がエッチングされる場合がある。
【0165】
なお、各アンテナ単位が有するＴＦＴは、チャネル領域上にエッチストップ層が形成されたエッチストップ型ＴＦＴであってもよい。エッチストップ型ＴＦＴでは、ソースおよびドレイン電極のチャネル側の端部下面は、例えばエッチストップ層上に位置する。エッチストップ型のＴＦＴは、例えば半導体層のうちチャネル領域となる部分を覆うエッチストップ層を形成した後、半導体層およびエッチストップ層上にソース・ドレイン電極用の導電膜を形成し、ソース・ドレイン分離を行うことによって形成される。
【0166】
また、ＴＦＴ１０は、ソースおよびドレイン電極が半導体層の上面と接するトップコンタクト構造を有するが、ソースおよびドレイン電極は半導体層の下面と接するように配置されていてもよい（ボトムコンタクト構造）。さらに、ＴＦＴは、半導体層の誘電体基板側にゲート電極を有するボトムゲート構造であってもよいし、半導体層の上方にゲート電極を有するトップゲート構造であってもよい。
【0167】
＜アンテナ単位の配列、ゲートバスライン、ソースバスラインの接続の例＞
本発明の実施形態による走査アンテナにおいて、アンテナ単位は例えば、同心円状に配列される。
本発明の実施形態による走査アンテナにおいて、アンテナ単位は例えば、同心円状に配列される。
【0168】
例えば、ｍ個の同心円に配列されている場合、ゲートバスラインは例えば、各円に対して１本ずつ設けられ、合計ｍ本のゲートバスラインが設けられる。送受信領域Ｒ１の外径を、例えば８００ｍｍとすると、ｍは例えば、２００である。最も内側のゲートバスラインを１番目とすると、１番目のゲートバスラインには、ｎ個（例えば３０個）のアンテナ単位が接続され、ｍ番目のゲートバスラインにはｎｘ個（例えば６２０個）のアンテナ単位が接続されている。
【0169】
このような配列では、各ゲートバスラインに接続されているアンテナ単位の数が異なる。また、最も外側の円を構成するｎｘ個のアンテナ単位に接続されているｎｘ本のソースバスラインのうち、最も内側の円を構成するアンテナ単位にも接続されているｎ本のソースバスラインには、ｍ個のアンテナ単位が接続されているが、その他のソースバスラインに接続されているアンテナ単位の数はｍよりも小さい。
【0170】
このように、走査アンテナにおけるアンテナ単位の配列は、ＬＣＤパネルにおける画素（ドット）の配列とは異なり、ゲートバスラインおよび／またはソースバスラインによって、接続されているアンテナ単位の数が異なる。したがって、全てのアンテナ単位の容量（液晶容量＋補助容量）を同じにすると、ゲートバスラインおよび／またはソースバスラインによって、接続されている電気的な負荷が異なることになる。そうすると、アンテナ単位への電圧の書き込みにばらつきが生じるという問題がある。
【0171】
そこで、これを防止するために、例えば、補助容量の容量値を調整することによって、あるいは、ゲートバスラインおよび／またはソースバスラインに接続するアンテナ単位の数を調整することによって、各ゲートバスラインおよび各ソースバスラインに接続されている電気的な負荷を略同一にすることが好ましい。
【0172】
本発明の実施形態による走査アンテナは、必要に応じて、例えばプラスチック製の筺体に収容される。筺体にはマイクロ波の送受信に影響を与えない誘電率εMが小さい材料を用いることが好ましい。また、筺体の送受信領域Ｒ１に対応する部分には貫通孔を設けてもよい。さらに、液晶材料が光に曝されないように、遮光構造を設けてもよい。遮光構造は、例えば、ＴＦＴ基板１０１の誘電体基板１および／またはスロット基板２０１の誘電体基板５１の側面から誘電体基板１および／または５１内を伝播し、液晶層に入射する光を遮光するように設ける。誘電異方性ΔεMが大きな液晶材料は、光劣化しやすいものがあり、紫外線だけでなく、可視光の中でも短波長の青色光も遮光することが好ましい。遮光構造は、例えば、黒色の粘着テープなどの遮光性のテープを用いることによって、必要な個所に容易に形成できる。
【産業上の利用可能性】
【0173】
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】
【0174】
１ ：誘電体基板
２ ：下地絶縁層
３ ：ゲートメタル層
３Ｃ ：下部補助容量電極
３Ｇ ：ゲート電極
３ｇ ：下部接続部
４ ：ゲート絶縁層
４ｇ ：開口部
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
７ ：ソースメタル層
７Ｃ ：上部補助容量電極
７Ｄ ：ドレイン電極
７Ｓ ：ソース電極
７ｓ ：下部接続部
１１ ：第１絶縁層
１１ｇ、１１ｐ：開口部
１５ ：パッチ電極
１５ｈ ：凸部
１５ｌ ：パッチメタル層
１５ｐ ：下部接続部
１７ ：第２絶縁層
１７ｇ、１７ｐ：開口部
１９ ：上部導電層
１９ｇ、１９ｐ、１９ｓ：上部接続部
２１ ：アライメントマーク
５１ ：誘電体基板
５２ ：第３絶縁層
５４ ：誘電体層（空気層）
５５ ：スロット電極
５７ ：スロット
５８ ：第４絶縁層
５８ａ、５８ｐ：開口部
６０ ：上部接続部
６５ ：反射導電板
７０ ：給電装置
７１ ：導電性ビーズ
７２ ：給電ピン
７３、７３ａ：シール部
７４ａ ：注入口
７５ａ ：メインシール部
７６Ａ、７６Ｂ、７６Ｃ、７６Ｄ、７６Ｅ、７６Ｆ、７６Ｇ：追加シール部（壁状構造体）
７９ａ ：第１主側面
７９ｂ ：第２主側面
１００Ａａ、１００Ｂａ、１００Ｃａ：液晶パネル
１０１、１０１ａ：ＴＦＴ基板
２０１、２０１ａ：スロット基板
３０１ ：導波路
１０００、１００１：走査アンテナ
ＣＨ＿ｇ、ＣＨ＿ｐ、ＣＨ＿ｓ：コンタクトホール
ＧＤ ：ゲートドライバ
ＧＬ ：ゲートバスライン
ＧＴ ：ゲート端子部
ＩＴ ：端子部
ＬＣ ：液晶層
ＰＳ ：柱状スペーサ
ＰＴ ：トランスファー端子部
Ｒ１ ：送受信領域
Ｒ２ ：非送受信領域
Ｒ２ａ ：第１非送受信領域
Ｒ２ｂ ：第２非送受信領域
Ｒｓ ：シール領域
ＳＤ ：ソースドライバ
ＳＬ ：ソースバスライン
ＳＴ ：ソース端子部
Ｕ ：アンテナ単位、アンテナ単位領域
２ ：下地絶縁層
３ ：ゲートメタル層
３Ｃ ：下部補助容量電極
３Ｇ ：ゲート電極
３ｇ ：下部接続部
４ ：ゲート絶縁層
４ｇ ：開口部
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
７ ：ソースメタル層
７Ｃ ：上部補助容量電極
７Ｄ ：ドレイン電極
７Ｓ ：ソース電極
７ｓ ：下部接続部
１１ ：第１絶縁層
１１ｇ、１１ｐ：開口部
１５ ：パッチ電極
１５ｈ ：凸部
１５ｌ ：パッチメタル層
１５ｐ ：下部接続部
１７ ：第２絶縁層
１７ｇ、１７ｐ：開口部
１９ ：上部導電層
１９ｇ、１９ｐ、１９ｓ：上部接続部
２１ ：アライメントマーク
５１ ：誘電体基板
５２ ：第３絶縁層
５４ ：誘電体層（空気層）
５５ ：スロット電極
５７ ：スロット
５８ ：第４絶縁層
５８ａ、５８ｐ：開口部
６０ ：上部接続部
６５ ：反射導電板
７０ ：給電装置
７１ ：導電性ビーズ
７２ ：給電ピン
７３、７３ａ：シール部
７４ａ ：注入口
７５ａ ：メインシール部
７６Ａ、７６Ｂ、７６Ｃ、７６Ｄ、７６Ｅ、７６Ｆ、７６Ｇ：追加シール部（壁状構造体）
７９ａ ：第１主側面
７９ｂ ：第２主側面
１００Ａａ、１００Ｂａ、１００Ｃａ：液晶パネル
１０１、１０１ａ：ＴＦＴ基板
２０１、２０１ａ：スロット基板
３０１ ：導波路
１０００、１００１：走査アンテナ
ＣＨ＿ｇ、ＣＨ＿ｐ、ＣＨ＿ｓ：コンタクトホール
ＧＤ ：ゲートドライバ
ＧＬ ：ゲートバスライン
ＧＴ ：ゲート端子部
ＩＴ ：端子部
ＬＣ ：液晶層
ＰＳ ：柱状スペーサ
ＰＴ ：トランスファー端子部
Ｒ１ ：送受信領域
Ｒ２ ：非送受信領域
Ｒ２ａ ：第１非送受信領域
Ｒ２ｂ ：第２非送受信領域
Ｒｓ ：シール領域
ＳＤ ：ソースドライバ
ＳＬ ：ソースバスライン
ＳＴ ：ソース端子部
Ｕ ：アンテナ単位、アンテナ単位領域
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図7E】
【図7F】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図11】