CN109119751B

CN109119751B - 液晶天线装置

Info

Publication number: CN109119751B
Application number: CN201711159864.8A
Authority: CN
Inventors: 吴彦征; 李宜音; 黄光强; 詹健弘; 赵皇奇; 谢志勇
Original assignee: Innolux Corp
Current assignee: Innolux Corp
Priority date: 2017-06-22
Filing date: 2017-11-20
Publication date: 2020-10-30
Anticipated expiration: 2037-11-20
Also published as: CN109119751A

Abstract

一种液晶天线装置，包括一信号源、一驱动模块、一校正模块、以及多个辐射元件。信号源提供一输入电磁波。驱动模块根据一辐射地址输出多个原始电压信号。校正模块接收多个原始电压信号且根据一查找表输出多个校正电压信号。多个辐射元件分别接收多个校正电压信号，并与输入电磁波耦合以产生一输出电磁波。

Description

液晶天线装置

技术领域

本公开主要关于一种液晶天线装置，尤指一种辐射元件所接收的电压信号经过校正的液晶天线装置。

背景技术

在液晶天线单元(Liquid-Crystal Antenna unit)中，借由液晶的双介电系数特性，经由电场控制液晶的转动方向，会产生不同的介电系数。

在液晶天线单元阵列中，利用电信号控制各液晶天线单元中液晶的排列，改变微波系统中各单元的介电参数，借以控制天线单元中微波信号的相位或振幅，经搭配后此液晶天线单元阵列朝一预定方向辐射电磁波。

借由控制液晶天线单元阵列，可搜寻微波信号，并随信号来源调整收发辐射角度，增强通讯品质。此信号的来源可以是太空的卫星、地面的基站、或其他的信号源。

液晶天线的无线通讯可应用在各种交通工具上，如飞机、游艇船只、火车、汽车、机车等，亦或是物联网、自动驾驶、无人载具等。与传统机械式相比，电子式液晶天线具平整、轻薄、反应速度快等优点。

然而，液晶天线是由多个辐射元件所组成，各个辐射元件的制程均匀性仍不佳，而使得输出电磁波失真。因此，需要提供液晶天线的改进方案。

发明内容

本公开提供了一种液晶天线装置，其包括一信号源、一驱动模块、一校正模块、以及多个辐射元件。信号源提供一输入电磁波。驱动模块根据一辐射地址输出多个原始电压信号。校正模块多个接收原始电压信号且根据一查找表输出多个校正电压信号。多个辐射元件分别接收多个校正电压信号，并与输入电磁波耦合以产生一输出电磁波。

本公开另提供了一种液晶天线装置，其包括多个辐射元件、一驱动模块、以及一校正模块。多个辐射元件发射或接收一电磁波并包括一第一辐射元件。驱动模块根据一辐射地址输出多个原始电压信号，且多个原始电压信号包括一第一电压信号对应第一辐射元件。校正模块接收多个原始电压信号并输出多个校正电压信号至多个辐射元件，且校正电压信号包括一第二电压信号对应第一辐射元件，其中，第一电压信号与第二电压信号不同。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1为本公开一实施例的液晶天线装置的示意图。

图2为图1的液晶天线装置的立体示意图。

图3为图2的辐射元件的俯视示意图。

图4为沿图3中的B-B’线的剖面示意图。

图5A为图1的辐射元件于理想状态下电压与电容的关系图。

图5B为图1的辐射元件于实际状态下电压与电容的关系图。

图6A为本公开一实施例的用于测量辐射元件电容的积分器的等效电路图。

图6B为图6A的连接待测电容后的等效电路图。

图7A-7C为图1的辐射元件于不同电压下的等效电路图。

符号说明：

液晶天线装置 1

存储单元 10

驱动模块 11

校正模块 12

查找表 121

信号源 20

共同电极 31

狭缝 311

像素电极 32

面积 A

理想电容值 C₀

理想电压-电容曲线 C_ideal

实际电压-电容曲线 C1、C2、Cn

液晶电容 C_LC

储存电容 C_st

标准电容 C_standard

待测电容 C_test

距离 d

液晶层 LC

电阻 R

辐射元件 RU1、RU2、RUn

原始电压信号 S1、S2、Sn

校正电压信号 S1’、S2’、Sn’

第一基板 SUB1

第二基板 SUB2

薄膜晶体管 TFT

电压值 V₀、V₁、V₂、V_n、V_com、V_{com_CLC+Cst}、V_in、V_out、V_s、V_standard、V_test

输出电磁波 W

具体实施方式

以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本公开的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简地表达本公开，其仅作为例子，而并非用以限制本公开。例如，第一特征在一第二特征上或上方的结构的描述包括了第一和第二特征之间直接接触，或是以另一特征设置于第一和第二特征之间，以致于第一和第二特征并不是直接接触。

此外，本说明书于不同的例子中沿用了相同的元件标号及/或文字。前述的沿用仅为了简化以及明确，并不表示于不同的实施例以及设定之间必定有关联。

本说明书的第一以及第二等词汇，仅作为清楚解释的目的，并非用以对应于以及限制专利范围。此外，第一特征以及第二特征等词汇，并非限定是相同或是不同的特征。

于此使用的空间上相关的词汇，例如上方或下方等，仅用以简易描述附图上的一元件或一特征相对于另一元件或特征的关系。除了附图上描述的方位外，包括于不同的方位使用或是操作的装置。为了清楚的说明，于本说明书中，第一特征设置于第二特征上或是下等描述意指于附图的叠置方向中，第一特征位于第二特征之上或是之下。

附图中的形状、尺寸、以及厚度可能为了清楚说明的目的而未依照比例绘制或是被简化，仅提供说明之用。

图1为本公开一实施例的液晶天线装置1的示意图。液晶天线装置1可用以发射电磁波信号，其包括一存储单元10、一信号源20、以及多个辐射元件RU1、RU2、…、RUn。其中存储单元10包括一驱动模块11及一校正模块12，驱动模块11是根据一辐射地址输出多个原始电压信号S1、S2、…、Sn，校正模块12则接收原始电压信号S1、S2、…、Sn后输出多个校正电压信号S1’、S2’、…、Sn’，辐射元件RU1、RU2、…、RUn接收校正电压信号S1’、S2’、…、Sn’，并与信号源20提供的一输入电磁波耦合后产生一输出电磁波W，并将输出电磁波W发射至辐射地址。在本实施例中，校正模块12是根据一查找表121输出校正电压信号S1’、S2’、…、Sn’，但不以此为限。在本实施例中，辐射地址是由球坐标系(Spherical coordinate system)中的天顶角θ与方位角φ所定义。

前述液晶天线装置1是借由校正模块12输出多个校正电压信号S1’、S2’、…、Sn’至辐射元件RU1、RU2、…、RUn，进而调整辐射元件RU1、RU2、…、RUn的液晶电容，以控制液晶天线装置1的共振频率，当液晶天线装置1的共振频率与信号源20提供的输入电磁波频率匹配时，则液晶天线装置1会发射输出电磁波W至辐射地址。

图2为图1的液晶天线装置1的立体示意图。液晶天线装置1包括多个阵列排列的辐射元件RU(包括前述辐射元件RU1、RU2、…、RUn)，其中多个阵列排列的辐射元件RU的排列方式可依不同设计而变化，并不予以限制。经由前述校正机制校正，每个辐射元件RU便可独立调控辐射至空间中的电磁波的振幅与相位差，进而叠构形成输出电磁波W。

请参照图3及图4，图3为图2的一辐射元件RU的俯视示意图，图4则为沿图3中的B-B’线的剖面示意图。辐射元件RU包括一共同电极31、一像素电极32以及一薄膜晶体管TFT。共同电极31及像素电极32分别设置于一第一基板SUB1及一第二基板SUB2上，而薄膜晶体管TFT分别电性连接共同电极31及像素电极32，其中薄膜晶体管TFT可用以传输前述校正电压信号至像素电极32。在其他实施例中，薄膜晶体管TFT电性连接像素电极32，而一共同电压源电性连接共同电极31。共同电极31与像素电极32可为一金属薄层，其材质可包括铜、银、金、铝等任何合适的金属或其合金，共同电极31与像素电极32亦可为一透明导电物薄层，其材质可包括氧化铟锡、氧化铟锌、氧化铟镓锌铝等任何合适的透明导电物或其组合。共同电极31与像素电极32的材质可为任何合适的导体，并不以上述所揭露公开的为限，其中共同电极31形成有一狭缝311，借此可使位于共同电极31下方的波导空腔(未图示)中传递的电磁波辐射至共同电极31与像素电极31之间的液晶层LC。

第一基板SUB1及第二基板SUB2的材料可包括石英、玻璃、金属箔膜、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)、聚酰亚胺(polyimide，PI)、聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate，PEN)、以及聚萘二甲酸丁二醇酯(polybutylene naphthalate，PBN)等，但不以此为限，只要适用于当作第一基板SUB1及第二基板SUB2的材料皆可使用。液晶层LC则可包括多个液晶分子。

请继续参照图3及图4，假设每个辐射元件RU的尺寸皆相同，则可将每个辐射元件RU的液晶电容视为一理想电容，此理想电容在尺寸固定的情况下，可将以下公式1简化为电压的函数，意即输入特定电压值，所有辐射元件RU皆可借由一理想电压-电容曲线C_ideal(如图5A所示)，得到一致的液晶电容值C_LC：

其中，ε_LC(V)为液晶介电系数对外加电压差的关系式，A为图3中共同电极31与像素电极32彼此重叠部分的面积总和，d则为图4中共同电极31与像素电极32之间的距离。

然而，由于制程的精度限制，每个辐射元件RU的实际尺寸会有些微差异，因此，每个辐射元件RU会各自具有一实际电压-电容曲线C1、C2、…、Cn(如图5B所示)。实际电压-电容曲线C1、C2、…、Cn可由辐射元件RU于实际情况下，共同电极31与像素电极32彼此重叠的面积A，以及共同电极31与像素电极32之间的距离d带入上述公式而得。

实际电压-电容曲线C1、C2、…、Cn除了可由上述方式得到外，亦可直接测量并计算辐射元件RU于实际情况下的液晶电容值C_LC。请参照图6A，其为本公开一实施例的用于测量辐射元件电容的积分器的等效电路图。首先，可根据下列公式2求取于积分器上已知电容值的标准电容C_standard在标准外加电压V_standard下所累积的标准电荷量Q_standard：

Q_standard＝C_standard×V_standard..................(公式2)

接着请参照图6B，可将充电完成的一待测电容C_test(例如为辐射元件RU所形成的电容)与图6A的积分器连接，其中标准电容C_standard因放电所削减的放电电荷量Q_discharge如以下公式3所示：

Q_{dischar ge}＝C_standard×V_out.......................(公式3)

其中，输出电压V_out为时间t的函数如下列公式4所示：

其中，R为前述积分器所连接的电阻R的电阻值，V_in(t)为输入电压V_in对时间t的函数，t_start及t_end为输入电压的起始时间及结束时间。

接着，如下列公式5所示，将标准电荷量Q_standard减去放电电荷量Q_discharge即可得知待测电容C_test的电荷量Q_test：

Q_test＝Q_standard-Q_{dischar ge}...................(公式5)

由于已知待测电容C_test于充电完成的电压差V_test，故可根据以下公式6得知待测电容C_test：

然而，辐射元件RU所形成的电容，其包含辐射元件RU的液晶电容C_LC及储存电容C_st(其中亦包含杂散电容)，故需利用特殊的电路设计以求取辐射元件RU的液晶电容C_LC。如图7A-7C所示，其各表示图1的辐射元件于不同电压下的等效电路图。如图7A所示，辐射元件RU的等效电路包括接收源极电压V_S的源极端，其中液晶电容C_LC与储存电容C_st分别连接一共同电压端V_{com_CLC}与V_{com_Cst}。

首先，如图7B所示，可于液晶电容C_LC与储存电容C_st的共同电压端V_{com_CLC}与V_{com_Cst}分别输入一电压V_{com_CLC+Cst}，且电压V_{com_CLC+Cst}不等于源极电压V_S，借此可用以量测并计算液晶电容C_LC与储存电容C_st的并联等效电容值。

接着，如图7C所示，可于液晶电容C_LC的共同电压端V_{com_CLC}输入一与源极电压V_S相等的电压，并且于储存电容C_st的共同电压端V_{com_Cst}输入另一电压V_com，且电压V_com不等于源极电压V_S，借此可用以量测并计算储存电容C_st的电容值。接着，再将液晶电容C_LC与储存电容C_st的并联等效电容值减去储存电容C_st的单一电容值，即可求得辐射元件RU的液晶电容C_LC。

如此一来，借由上述两种方式可得到每个辐射元件RU的实际电压-电容曲线C1、C2、…、Cn，并将理想电压-电容曲线C_ideal(图5A)与实际电压-电容曲线C1、C2、…、Cn(图5B)储存于校正模块12内用于校正原始电压信号S1、S2、…、Sn。以第一辐射元件RU1为例，校正模块12在接收对应于第一辐射元件RU1的原始电压信号S1后，可依据理想电压-电容曲线C_ideal而将原始电压信号S1(如图5A的V₀)对应至一理想电容值C₀，接着根据第一辐射元件RU1的实际电压-电容曲线C1而将理想电容值C₀对应至校正电压信号S1’(如图5B的V₁)后，再将校正电压信号S1’输出至前述第一辐射元件RU1。由于经过校正，所以第一辐射元件RU1所对应的原始电压信号S1会与校正电压信号S1’不同。于一些实施例中，理想电压-电容曲线C_ideal与实际电压-电容曲线C1、C2、…、Cn可储存于校正模块12的查找表121内，但不以此为限。

本公开提出两种能够得到实际电压-电容曲线C1、C2、…、Cn的方法，但此仅为举例而已，取得实际电压-电容曲线C1、C2、…、Cn的方法并不以前述两种方法为限。

综上所述，本公开利用校正模块12校正输出至辐射元件RU的电压信号，可改善由于制程精度限制所造成液晶层不均匀或电极面积不同而导致的输出电磁波失真，进而达到符合预期的输出电磁波辐射场型。

上述已公开的特征能以任何适当方式与一或多个已公开的实施例相互组合、修饰、置换或转用，并不限定于特定的实施例。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims

1.一种液晶天线装置，其特征在于，包括：

一信号源，提供一输入电磁波；

一驱动模块，根据一辐射地址输出多个原始电压信号；

一校正模块，接收该多个原始电压信号，并根据一查找表输出多个校正电压信号；以及

多个辐射元件，分别接收该多个校正电压信号，并与该输入电磁波耦合以产生一输出电磁波；

该查找表包含一理想电压-电容曲线，以及各辐射元件的一实际电压-电容曲线，该校正模块依据该理想电压-电容曲线而将该多个原始电压信号分别对应至多个理想电容值，接着根据该实际电压-电容曲线而将该多个理想电容值对应至该多个校正电压信号，各该辐射元件包含一共同电极、一像素电极、以及一位于该共同电极与该像素电极之间的液晶层，该像素电极接收该多个校正电压信号之一。

2.如权利要求1所述的液晶天线装置，其特征在于，该共同电极包括一狭缝。

3.如权利要求1所述的液晶天线装置，其特征在于，该多个辐射元件的其中之一所对应的该原始电压信号与该多个辐射元件的其中之一所对应的该校正电压信号不同。

4.一种液晶天线装置，其特征在于，包括：

多个辐射元件，发射或接收一电磁波，该多个辐射元件包括一第一辐射元件；

一驱动模块，根据一辐射地址输出多个原始电压信号，该多个原始电压信号包括一第一电压信号，对应于该第一辐射元件；

一校正模块，接收该多个原始电压信号，并输出多个校正电压信号至该多个辐射元件，该多个校正电压信号包括一第二电压信号，对应于该第一辐射元件；

其中，该第一电压信号与该第二电压信号不同；

该校正模块依据一理想电压-电容曲线而将该第一电压信号对应至一理想电容值，接着根据一实际电压-电容曲线而将该理想电容值对应至该第二电压信号，各该辐射元件包含一共同电极、一像素电极、以及一位于该共同电极与该像素电极之间的液晶层，该像素电极接收该多个校正电压信号之一。

5.如权利要求4所述的液晶天线装置，其特征在于，该共同电极包括一狭缝。