TWI489168B - 待測物特性檢測裝置及其檢測方法 - Google Patents

Description

待測物特性檢測裝置及其檢測方法

本發明是有關於一種待測物特性檢測裝置及其檢測方法，特別是有關於一種檢測液態待測物內之雜質離子濃度之檢測裝置及其檢測方法。

習知之液晶顯示面板中之雜質離子會直接影響面板之特性如電壓保持率(Voltage Holding Ration-VHR)、臨界電壓值(Threshold Voltage)、畫面閃爍(Flicker)、影像殘留(Image-Sticking Effect)等，而造成液晶顯示面板顯示不良或顯示品質降低。因此，在生產線上作業時，經常需要量測液晶顯示面板內之雜質離子濃度，以確保液晶顯示面板之品質。

然而，習知之電壓量測方式係利用方波作為輸入波形，再量取響應電流加以解析。但由於方波的瞬間電壓變化容易造成湧現電流(Rush Current)，因此在解析上極容易造成誤判，而造成量測上的誤差。

因此本發明利用低頻三角波作為輸入電壓，由於三角波之電壓變化為漸變的，除了可以避免如方波因電壓反轉造成的湧現電流， 亦可藉由電流-電壓曲線(I-V curve)分辨出雜質離子移動與液晶分子轉動造成的電流，而藉由施加高頻弦波去除液晶分子轉動所造成的電流，只留下雜質離子移動所造成的電流，以藉由液晶胞兩端之電流-電壓曲線與理論電流-電壓曲線準確求得雜質離子之濃度。

因此，本發明之其中之一目的在於提供一種待測物特性檢測裝置，用以檢測例如液晶胞之待測物。此待測物特性檢測裝置至少包含電阻、電流感測電路、第一輸入訊號源、第二輸入訊號源及訊號處理單元。其中，電流感測電路為運算放大器及回授電阻所構成之電流轉電壓電路。

其中，電阻係電性耦接於待測物，而電流感測電路之輸入端則電性耦接於待測物及電阻之間。第一輸入訊號源施加第一訊號於待測物，其中第一訊號為第一三角波訊號及第一弦波訊號相加。第二輸入訊號源則施加第二訊號於電阻，其中第二訊號為第二三角波訊號及第二弦波訊號相加。

前述之第一三角波訊號及第二三角波訊號之頻率皆低於第一弦波訊號及第二弦波訊號。以液晶胞為例，藉此低頻三角波可以避免因電壓反轉造成的湧現電流，亦可藉由電流-電壓曲線分辨出雜質離子移動與液晶分子轉動造成的電流。

續言之，訊號處理單元係電性耦接於電流感測電路之輸出端及第二輸入訊號源之間，藉以依據輸出端之電壓訊號調變第二弦波訊號之相位及振幅，以最小化輸入端之電流訊號而得到待測物兩端之電流-電壓曲線。因此，藉由施加高頻弦波且調變此高頻弦波 之相位及振幅以去除例如液晶分子轉動所造成的電流。

此外，此待測物特性檢測裝置更包含運算單元電性耦接於訊號處理單元，用以比較此電流-電壓曲線與理論電流-電壓曲線而得到雜質離子濃度，其中理論電流-電壓曲線係待測物兩端之電流對電壓之曲線之理論值。

根據本發明之另一目的，提出一種待測物特性檢測方法，用以檢測例如液晶胞之待測物，其中待測物電性耦接於電阻，且電流感測電路之輸入端電性耦接於待測物與電阻之間。此待測物特性檢測方法包含施加第一訊號於待測物，其中第一訊號為第一三角波訊號及第一弦波訊號相加。施加第二訊號於電性耦接待測物之電阻，其中第二訊號為第二三角波訊號及第二弦波訊號相加。前述之第一三角波訊號及第二三角波訊號之頻率皆低於第一弦波訊號及第二弦波訊號。

接著，調變第二弦波訊號之相位及振幅，以最小化電流感測電路之輸入端之電流訊號而得到待測物兩端之電流-電壓曲線後，比較電流-電壓曲線與理論電流-電壓曲線而得到雜質離子濃度。其中，理論電流-電壓曲線係待測物兩端之電流對電壓之曲線之理論值。

承上所述，依據本發明之待測物特性檢測裝置及其方法，其可具有一或多個下述優點：

(1)本發明之待測物特性檢測裝置及其檢測方法藉由三角波漸變的電壓變化，除了可以避免如方波因電壓反轉造成的湧現電流，亦可藉由電流-電壓曲線分辨出雜質離子移動與例如液晶分子轉 動造成的電流。

(2)本發明之待測物特性檢測裝置及其檢測方法藉由施加同時施加低頻三角波及高頻弦波且調變此高頻弦波之相位及振幅，以使得此待測物特性檢測裝置能夠去除例如液晶分子轉動造成的電流而得到雜質離子移動所造成的電流。

(3)本發明之待測物特性檢測裝置及其檢測方法藉由比較電流-電壓曲線與理論電流-電壓曲線能夠快速地得到單純雜質離子所造成之電流-電壓曲線，以精確求得雜質離子的濃度。

茲為使 貴審查委員對本發明之技術特徵及所達到之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明如後。

10‧‧‧液晶胞

11‧‧‧液晶分子

12‧‧‧雜質離子

20‧‧‧電流感測電路

21‧‧‧運算放大器

30‧‧‧第一輸入訊號源

31‧‧‧第一三角波訊號

32‧‧‧第一弦波訊號

40‧‧‧第二輸入訊號源

41‧‧‧第二三角波訊號

42‧‧‧第二弦波訊號

50‧‧‧訊號處理單元

60‧‧‧運算單元

a‧‧‧液晶胞之阻值所產生的偏移

b‧‧‧液晶分子轉動所造成的電流

c‧‧‧雜質離子移動所造成的電流

d‧‧‧液晶分子垂直於外加電場時所產生的電容

e‧‧‧液晶分子平行於外加電場時所產生的電容

第1圖係為本發明之待測物特性檢測裝置之電路示意圖。

第2圖係為本發明之待測物特性檢測裝置僅施加低頻三角波於液晶胞及電阻時液晶胞兩端之電流-電壓曲線。

第3A圖係為本發明之待測物特性檢測裝置分別施加第一訊號及第二訊號於液晶胞及電阻且調變此第二訊號之相位及振幅後液晶胞兩端之電流-電壓曲線。

第3B圖係為本發明之待測物特性檢測裝置分別施加第一訊號及第二訊號於液晶胞及電阻且調變此第二訊號之相位及振幅後液晶胞兩端之理論電流-電壓曲線。

第3C圖係為本發明之待測物特性檢測裝置之液晶胞中之雜質離子 之電流-電壓曲線。

以下將參照相關圖式，說明依本發明之待測物特性檢測裝置及其檢測方法之實施例，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。本案的待測物特性檢測裝置可用以檢測任何液態物質中的離子特性，而下列實施例舉例待測物為液晶胞。

請參閱第1圖，第1圖係為本發明之待測物特性檢測裝置之電路示意圖。此待測物特性檢測裝置至少包含電阻R1、電流感測電路20、第一輸入訊號源30、第二輸入訊號源40及訊號處理單元50，用以檢測例如液晶胞10之特性曲線。此特性曲線可例如為電流-電壓曲線(I-V curve)、電流-時間曲線(I-t curve)、電壓-時間曲線(V-t curve)或電容-電壓曲線(C-V curve)。

其中，電阻R1係電性耦接於液晶胞10，而電流感測電路20之輸入端V_i則電性耦接於液晶胞10及電阻R1之間。第一輸入訊號源30施加第一訊號於液晶胞10，而第二輸入訊號源40則施加第二訊號於電阻R1。其中第一訊號為第一三角波訊號31及第一弦波訊號32相加，第二訊號為第二三角波訊號41及第二弦波訊號42相加。

此外，第一輸入訊號源30及第二輸入訊號源40可例如為電壓源或電流源。以電壓源為例，電壓值之範圍可例如介於2伏特至5伏特，惟本發明不限於此，亦可依據實際需求調整電壓值。

續言之，第一三角波訊號31及第二三角波訊號41之頻率皆低於第一弦波訊號32及第二弦波訊號42。一般而言，第一三角波訊號31 及第二三角波訊號41之頻率範圍係可例如介於0.01赫茲至0.1赫茲，而第一弦波訊號32及第二弦波訊號42之頻率範圍係可例如介於10k赫茲至100k赫茲，惟本發明不限於此。因此，藉由施加低頻三角波可以避免因電壓反轉造成的湧現電流，亦可藉由例如電流-電壓曲線分辨出雜質離子12移動與液晶分子11轉動造成的電流。

續言之，訊號處理單元50係電性耦接於電流感測電路20之輸出端V_o及第二輸入訊號源40之間，藉以例如依據輸出端V_o之電壓訊號調變例如第二弦波訊號42之相位及振幅，以最小化例如輸入端V_i之電流訊號而得到液晶胞10兩端之電流-電壓曲線，前述之電壓訊號及電流訊號可例如各別為電壓值及電流值I。其中，電流感測電路20可例如為運算放大器21及回授電阻R2所構成之電流轉電壓電路。因此，藉由施加第一弦波訊號32及第二弦波訊號42且調變此第二弦波訊號42之相位及振幅以去除液晶分子11轉動所造成的電流。

此外，此待測物特性檢測裝置更可包含運算單元60電性耦接於訊號處理單元50，用以比較液晶胞10之電流-電壓曲線與理論電流-電壓曲線而得到單純雜質離子12之電流-電壓曲線，進而利用基本電學公式i(t)=C*dv/dt及C=q/v即可求得雜質離子12之電荷量q，其中公式中的i為電流，t為時間，v為電壓，C為電容，q為電荷量。亦可量測液晶胞10兩端之電流-時間曲線，並與理論電流-時間曲線相比較而得到單純雜質離子12之電流-時間曲線，進而利用基本電學公式i(t)=dq/dt求出單純雜質離子12之電流-時間曲線之積分面積，而得到雜質離子12之電荷量q，其中公式中的i 為電流，t為時間，q為電荷量。其中理論電流-電壓曲線係液晶胞10兩端不含雜質離子12之電流對電壓或電流對時間之曲線之理論值。因此，藉由實際量測值與運算單元60所運算出的理論值之比較可以精確求得液晶胞10中之雜質離子12的濃度。

請參閱第1圖、第2圖及第3A圖，第2圖係為本發明之待測物特性檢測裝置僅施加低頻三角波於液晶胞及電阻時液晶胞兩端之電流-電壓曲線。第3A圖係為本發明之待測物特性檢測裝置分別施加第一訊號及第二訊號於液晶胞及電阻且調變此第二訊號之相位及振幅後液晶胞兩端之電流-電壓曲線。

當此待測物特性檢測裝置僅各別施加低頻之第一三角波訊號31及第二三角波訊號41於液晶胞及電阻時，液晶胞10兩端之電流-電壓曲線如第2圖所示。其中，標記a為液晶胞10之阻值所產生的偏移，標記b為液晶分子11轉動所造成的電流，標記c為雜質離子12移動所造成的電流，標記d、e分別為液晶分子11垂直、平行於外加電場時所產生的電容。因此，藉由施加低頻三角波可從電流-電壓曲線分辨出雜質離子12移動與液晶分子11轉動造成的電流。

接著如第3A圖所示，同時施加第一訊號之第一三角波訊號31及第一弦波訊號32於液晶胞10，且同時施加第二訊號之第二三角波訊號41及第二弦波訊號42於電阻R1時，標記b之液晶分子11轉動所造成的電流會因為調變第二弦波訊號42直到輸入端V_i之電流值I為最小值而消失。

請參閱第1圖、第3A圖、第3B圖及第3C圖，第3B圖係為本發明之待測物特性檢測裝置分別施加第一訊號及第二訊號於液晶胞及電 阻且調變此第二訊號之相位及振幅後液晶胞兩端之理論電流-電壓曲線。第3C圖係為本發明之待測物特性檢測裝置之液晶胞中之雜質離子之電流-電壓曲線。

當同時施加第一三角波訊號31及第一弦波訊號32於液晶胞10，且同時施加第二三角波訊號41及第二弦波訊號42於電阻R1，以去除液晶分子11轉動所造成的電流後(如第3A圖所示)，進而運算出理論電流-電壓曲線(如第3B圖所示)。由於理論電流-電壓曲線係為液晶胞10兩端不含雜質離子12之電流對電壓之曲線之理論值，且理論電流-電壓曲線之運算僅考慮液晶胞10中之液晶分子11而未考慮雜質離子12所造成的影響，因此第3B圖液晶胞10兩端之理論電流-電壓曲線並不會出現標記c之雜質離子12移動所造成的電流。

藉由將第3A圖之電流-電壓曲線減去第3B圖之理論電流-電壓曲線，即可得到單純雜質離子12之電流-電壓曲線(如第3C圖所示)。接著利用基本電學公式i(t)=C*dv/dt及C=q/v即可求得雜質離子12之電荷量q，其中公式中的i為電流，t為時間，v為電壓，C為電容，q為電荷量。因此，藉由實際量測值與理論值之比較便可精確求得液晶胞10中之雜質離子12的濃度。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

10‧‧‧液晶胞

11‧‧‧液晶分子

12‧‧‧雜質離子

20‧‧‧電流感測電路

21‧‧‧運算放大器

30‧‧‧第一輸入訊號源

31‧‧‧第一三角波訊號

32‧‧‧第一弦波訊號

40‧‧‧第二輸入訊號源

41‧‧‧第二三角波訊號

42‧‧‧第二弦波訊號

50‧‧‧訊號處理單元

60‧‧‧運算單元

Claims (5)

1. 一種待測物特性檢測裝置，用以檢測一待測物，該待測物特性檢測裝置包含：一電阻，電性耦接於該待測物；一電流感測電路，該電流感測電路之一輸入端電性耦接於該待測物及該電阻之間，藉以依據該輸入端之一電流訊號由一輸出端輸出一電壓訊號；一第一輸入訊號源，施加一第一訊號於該待測物，其中該第一訊號為一第一三角波訊號及一第一弦波訊號相加；一第二輸入訊號源，施加一第二訊號於該電阻，其中該第二訊號為一第二三角波訊號及一第二弦波訊號相加；一訊號處理單元，電性耦接於該電流感測電路之該輸出端及該第二輸入訊號源之間，藉以依據該輸出端之該電壓訊號調變該第二弦波訊號之相位及振幅，以最小化該輸入端之該電流訊號而得到該待測物兩端之一電流-電壓曲線(I-V curve)；以及一運算單元，電性耦接於該訊號處理單元，用以比較該電流-電壓曲線與一理論電流-電壓曲線而得到一雜質離子濃度，其中該理論電流-電壓曲線係為該待測物兩端之電流對電壓之曲線之理論值；其中該第一三角波訊號及該第二三角波訊號之頻率皆低於該第一弦波訊號及該第二弦波訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之待測物特性檢測裝置，其中該待測 物為液晶胞。
3. 如申請專利範圍第1項所述之待測物特性檢測裝置，其中該電流感測電路為一運算放大器及一回授電阻所構成之電流轉電壓電路。
4. 一種待測物特性檢測方法，用以檢測一待測物，其中該待測物電性耦接於一電阻，且一電流感測電路之一輸入端電性耦接於該待測物與該電阻之間，該待測物特性檢測方法包含：施加一第一訊號於該待測物，其中該第一訊號為一第一三角波訊號及一第一弦波訊號相加；施加一第二訊號於該電阻，其中該第二訊號為一第二三角波訊號及一第二弦波訊號相加；調變該第二弦波訊號之相位及振幅，以最小化該電流感測電路之該輸入端之一電流訊號而得到該待測物兩端之一電流-電壓曲線(I-V curve)；以及比較該電流-電壓曲線與一理論電流-電壓曲線而得到一雜質離子濃度，其中該理論電流-電壓曲線係為該待測物兩端之電流對電壓之曲線之理論值；其中該第一三角波訊號及該第二三角波訊號之頻率皆低於該第一弦波訊號及該第二弦波訊號。
5. 如申請專利範圍第4項所述之待測物特性檢測方法，其中該待測物為液晶胞。