CN102419315A - 近晶态液晶空间散射度测量方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种近晶态液晶空间散射度测量方法及适用于该方法的装置，其通过光线垂直入射近晶态液晶测试片、旋转测试片并取其方位角、通过调整到一定待测视场方向角的光电探测器测量散射光强度等步骤来对近晶态液晶空间散射度进行测量，通过数据测量和分析计算测知光线通过近晶态液晶后的散射光分布情况，以更客观的评价近晶态液晶材料。这种方式可以测量单光谱的散射分布，也可以测量全光谱的散射分布；可以测量透射光的散射分布，也可以测反射光的散射分布，还可以同时测量两者，从而更全面地评价近晶态液晶材料。

Description

近晶态液晶空间散射度测量方法和装置
技术领域
本发明涉及一种液晶空间散射度测量方法和装置，尤指一种评价近晶态液晶散射性能的测量。
背景技术
近晶态液晶材料是一种新型的液晶显示材料，其可以在磨砂遮光和全透明状态之间切换，甚至可以切换多种不同的渐进灰度阶状态。更为重要的是，在撤去电信号的情况下，近晶态液晶也能保持加载电压时所产生的光效应，具有良好的多稳态特性。由于只有在改变近晶态液晶分子排列形态的瞬间才需要加电，所以近晶态液晶材料的能耗极低，是一种绿色环保的新型材料，可应用于调光幕墙、电子书、电子标签、户外信息牌、双面显示全彩广告牌等多个领域，其功耗低、显示效果好、结构简单，具有十分广泛的应用前景。
近晶态液晶材料采用散射光线方式成像，与传统的透射式液晶成像相比，可以双面显示，没有背光模组，不需要使用偏光片，极大地提高了光能的利用率，更加节能环保。对于近晶态液晶材料，迫切需要一种客观有效的手段来评价其散射属性，不但包括散射光的强度，还要知道散射光的空间分布情况，这样才能更好的评价近晶态液晶材料的显示效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种近晶态液晶空间散射度的测量方法和装置，其可有效评价近晶态液晶的散射性能，得到散射光的空间分布规律。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种近晶态液晶空间散射度测量方法，包括如下步骤：
（1）、光源发出准直细光束垂直入射到待测近晶态液晶测试片上；
（2）、将测试片在其所处平面内绕入射光线的中心轴旋转一角度
Figure 2011102654482100002DEST_PATH_IMAGE001
；
（3）、将光电探测器分别调整到待测视场方向角
Figure 557688DEST_PATH_IMAGE002
和 ，即光电探测器与光线入射方向的夹角分别为 和
Figure 240791DEST_PATH_IMAGE003
，其中 0≤∣ ∣﹤π/2 ， 0≤∣
Figure 54955DEST_PATH_IMAGE003
∣﹤π/2 ，且 ∣ ∣≠∣
Figure 950416DEST_PATH_IMAGE003
∣ ，分别测量第一位置的散射光强度q 1 和第二位置的散射光强度q 2， 散射光强度q符合广义高斯分布函数，其概率密度函数为式Ⅰ：
   
Figure 748739DEST_PATH_IMAGE004
                 （Ⅰ）
其中，
Figure 58498DEST_PATH_IMAGE001
在0~
Figure 2011102654482100002DEST_PATH_IMAGE005
之间取值；
Figure 4588DEST_PATH_IMAGE006
为形状参数，代表密度函数的衰减速度，
Figure 2011102654482100002DEST_PATH_IMAGE007
；
Figure 120311DEST_PATH_IMAGE008
为尺度参数，将其定义为散射空间分布系数，代表散射程度的强弱，β＞0，对于散射均匀的理想情况，
Figure 960092DEST_PATH_IMAGE008
为标量，对于不均匀散射的情况，
Figure 253801DEST_PATH_IMAGE008
是方位角
Figure 546242DEST_PATH_IMAGE001
的函数；Γ是gamma函数；
由式Ⅱ计算散射空间分布系数
Figure 465656DEST_PATH_IMAGE008
值，
Figure 2011102654482100002DEST_PATH_IMAGE009
                         （Ⅱ）。
进一步地，可以使用多个相同的光电探测器来同步完成步骤（3）中的散射光强度测量。
本发明另一方面提供一种近晶态液晶空间散射度测量装置，它包括光源、圆弧滑轨、至少一个光电探测器，光源、待测近晶态液晶测试片和光电探测器沿光线传播方向设置，光电探测器可沿导轨滑动地放置在圆弧滑轨上。圆弧滑轨最好是精密圆弧滑轨。
优选地，该测量装置还可以包括能够以待测近晶态液晶测试片所在平面的法线为轴线旋转的夹具，待测近晶态液晶测试片安排在夹具上。
进一步地，光源可以是单色光光源或者白光光源。
进一步地，光源可以是面光源，在光源和待测近晶态液晶测试片之间沿光线传播方向依次配置准直系统和可调光阑。
进一步地，圆弧滑轨的圆心与光线入射待测近晶态液晶测试片的中心点重合。
进一步地，光电探测器接收面的法线与入射光线相交且交点落在待测近晶态液晶测试片上。
进一步地，光源和光电探测器可以放置在待测近晶态液晶测试片的同侧，也可以分别放置在待测近晶态液晶测试片的两侧。
由于上述技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有优点：通过数据测量和分析计算测知光线通过近晶态液晶后的散射光分布情况，可以给出空间散射度参数，测出光线通过近晶态液晶后的散射光的实际空间分布，以更客观的评价近晶态液晶材料。这种方式可以测量单光谱的散射分布，也可以测量全光谱的散射分布；可以测量透射光的散射分布，也可以测反射光的散射分布，还可以同时测量两者，从而更全面地评价近晶态液晶材料。
附图说明
附图1是按照本发明实施的测量装置的反应其基本原理的结构示意图；
附图2是按照本发明实施的另一种测量装置的结构示意图；
附图3是显示根据图2所示装置测量结果的散射光空间分布图；
附图4是按照本发明实施的又一种测量装置的结构示意图；
附图5是显示根据图4所示装置测量结果的散射光空间分布图。
具体实施方式
如图1、2及4所示，各图反映的根据本发明实施的近晶态液晶空间散射度测量装置大体相似，其中，图1反映了测量装置和测量方法的基本原理图，图中所示的测量装置主要由光源10、精密圆弧滑轨30和光电探测器 40构成。沿光线传播方向依次配置光源10、待测近晶态液晶测试片20和光电探测器 40，其中，光电探测器 40放置在精密圆弧滑轨30上，精密圆弧滑轨30的圆心与光线入射近晶态液晶测试片20的中心点重合。
近晶态液晶空间散射度测量步骤如下：
（1）、光源发出的细光束垂直入射到待测近晶态液晶测试片上；
（2）、测试片在其所处平面内，以入射光线的中心轴的轴线，旋转一定角度
Figure 975922DEST_PATH_IMAGE001
；
（3）、将光电探测器调整到待测视场方向角
Figure 627483DEST_PATH_IMAGE010
，即光电探测器的接收面的法线与光线入射方向的夹角为 ，如图1所示，在此位置测量散射光强度q；散射光强度理论上应符合广义高斯分布函数，其概率密度函数为：
Figure 2011102654482100002DEST_PATH_IMAGE011
                        
其中，
Figure 943375DEST_PATH_IMAGE010
在0~+ 之间取值，
Figure 642527DEST_PATH_IMAGE001
在0~
Figure 722609DEST_PATH_IMAGE005
之间取值，
Figure 921509DEST_PATH_IMAGE006
称为形状参数，代表密度函数的衰减速率， ；
Figure 646069DEST_PATH_IMAGE008
称为尺度参数，在本方法中，将其定义为散射空间分布系数，代表散射程度的强弱，β＞0。Γ是gamma函数；
在本步骤中，优选的方式是多个位置测量，例如，将光电探测器调整到待测视场方向角
Figure 213447DEST_PATH_IMAGE002
， 0≤∣
Figure 950459DEST_PATH_IMAGE002
∣﹤π/2 ，测量第一位置的散射光强度q 1 ，将光电探测器调整到待测视场方向角
Figure 536161DEST_PATH_IMAGE003
， 0≤∣
Figure 966006DEST_PATH_IMAGE003
∣﹤π/2 ，且 ∣
Figure 752172DEST_PATH_IMAGE002
∣≠∣
Figure 355191DEST_PATH_IMAGE003
∣ ，测量第二位置的散射光强度q 2 。
上文步骤（1）中所提及的光源发出的细光束优选直径小于5mm，在以下将要提及的实施例中也以直径小于5mm的光斑为例来阐述。
关于 和
Figure 146878DEST_PATH_IMAGE008
的取值，分下面三种情况讨论：
一、没有被测样品时，
Figure 2011102654482100002DEST_PATH_IMAGE013
，光强无散射，概率密度函数趋近于
Figure 938116DEST_PATH_IMAGE014
函数；
二、被测样品为均匀散射样品时， 。概率密度函数简化为高斯分布，是最为常见的情况。此时
Figure 829980DEST_PATH_IMAGE016
其中，
Figure 2011102654482100002DEST_PATH_IMAGE017
为一个标量，定义为散射空间分布参数，β＞0，该值越大，表示样品对光线的散射程度越高；
A代表透射或反射的总光通量；
测量透射光线的散射空间分布公式时，A为A T ；
测量反射光线的散射空间分布公式时，A为A R ；
Figure 390274DEST_PATH_IMAGE018
为归一化系数；
三、如果被测样品为非均匀散射样品，那么 就是方位角
Figure 925609DEST_PATH_IMAGE001
的函数，则公式还是广义高斯分布函数，它的概率密度函数为
Figure 2011102654482100002DEST_PATH_IMAGE019
测试时，使被测样品在样品平面内，以入射光线为中心轴，旋转一定角度
Figure 870431DEST_PATH_IMAGE001
，测得
Figure 50613DEST_PATH_IMAGE008
和方位角
Figure 993161DEST_PATH_IMAGE001
的关系，通过数据拟合求得
Figure 493413DEST_PATH_IMAGE006
和 的表达式。
实施例一
如图2所示，近晶态液晶空间散射度测量装置包括波长532nm的激光光源11，精密圆弧滑轨30，探测器CCD 41和CCD 42构成，沿光线传播方向依次配置激光光源11，待测近晶态液晶测试片20，CCD 41和CCD 42，其中CCD 41和CCD 42放置在精密圆弧滑轨30上，精密圆弧滑轨30的圆心与光线入射近晶态液晶测试片20的点重合。CCD 41和CCD 42都与激光光源11放置在被测近晶态液晶测试片20的同侧，且CCD 41和CCD 42接收面法线与入射光线相交且该交点落在近晶态液晶测试片20上。
精密圆弧滑轨30的半径
Figure 199649DEST_PATH_IMAGE020
；
近晶态液晶透射空间散射度测量步骤如下：
①激光光源11发出的细光束（直径=2mm）垂直入射到被测近晶态液晶测试片20上；
②将CCD 41调整到待测视场方向角
Figure 47519DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 35067DEST_PATH_IMAGE021
；
③将CCD 42调整到待测视场方向角
Figure 259375DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 2011102654482100002DEST_PATH_IMAGE022
；
④同时测量第一位置的散射光强度q1
Figure 399500DEST_PATH_IMAGE023
第二位置的散射光强度q 2 ；
⑤被测近晶态液晶测试片为均匀散射样品，即
Figure 2011102654482100002DEST_PATH_IMAGE024
概率密度函数简化为高斯分布
Figure 746168DEST_PATH_IMAGE025
由下式计算
Figure 971744DEST_PATH_IMAGE008
Figure 2011102654482100002DEST_PATH_IMAGE026
。
散射光线的透射和反射空间分布如图3所示。
实施例二
如图4所示，近晶态液晶空间散射度测量装置包括波长532nm的激光光源11，精密圆弧滑轨30，探测器CCD 41和CCD 42构成，沿光线传播方向依次配置激光光源11，待测近晶态液晶测试片20，CCD 41和CCD 42，其中CCD 41和CCD 42放置在精密圆弧滑轨30上，精密圆弧滑轨30的圆心与待测近晶态液晶测试片20接收光线的中心店位置重合。CCD 41和激光光源11放置在待测近晶态液晶测试片20的同侧，CCD 42和激光光源11放置在待测近晶态液晶测试片20的两侧。CCD 41和CCD 42接收面法线与入射光线相交且该交点落在近晶态液晶测试片20上。
精密圆弧滑轨30的半径 。
近晶态液晶透射空间散射度测量步骤如下：
（1）、激光光源11发出的细光束（直径=2mm）垂直入射到待测近晶态液晶测试片20上；
（2）、将CCD 42调整到待测视场方向角 ，
Figure 243435DEST_PATH_IMAGE027
测量第一位置的散射光强度q 1 ；
（3）、将CCD 42调整到待测视场方向角
Figure 205575DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 2011102654482100002DEST_PATH_IMAGE028
测量第二位置的散射光强度q 2 。
待测近晶态液晶测试片为均匀散射样品，即
Figure 584734DEST_PATH_IMAGE024
概率密度函数简化为高斯分布
Figure 620824DEST_PATH_IMAGE029
由下式计算
Figure 2011102654482100002DEST_PATH_IMAGE030
Figure 309294DEST_PATH_IMAGE031
由下式计算
Figure 2011102654482100002DEST_PATH_IMAGE032
。
近晶态液晶透射的空间散射度测量步骤与上述近晶态液晶反射的空间散射度测量步骤相同，只是将步骤（2）和（3）中的CCD42换为CCD41。
同样计算
Figure 2011102654482100002DEST_PATH_IMAGE034
.
散射光线的透射和反射空间分布如图5所示。
Figure 551368DEST_PATH_IMAGE037
由以下公式可以求得近晶态液晶测试片多个光学参数
透射率
Figure 2011102654482100002DEST_PATH_IMAGE038
反射率
本发明的优点是：
1、本发明首次提出了光线通过近晶态液晶后的散射光分布理论模型。
、本发明可以实际测量出光线通过近晶态液晶后的散射光的实际空间分布，给出空间散射度参数，可以更客观的评价近晶态液晶材料。
、本发明可以测量单光谱的散射分布，也可以测量全光谱的散射分布。
、本发明可以测量透射光的散射分布，也可以测反射光的散射分布，可以更全面的评价近晶态液晶材料。
上述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种近晶态液晶空间散射度测量方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）、光源发出准直细光束垂直入射到待测近晶态液晶测试片上；
（2）、将测试片在其所处平面内绕入射光线的中心轴旋转一角度                                                
Figure 27877DEST_PATH_IMAGE001
；
（3）、将光电探测器分别调整到待测视场方向角
Figure 2011102654482100001DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 976897DEST_PATH_IMAGE003
，即光电探测器的接收面的法线与光线入射方向的夹角分别为
Figure 92621DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 745450DEST_PATH_IMAGE003
，0≤∣
Figure 288427DEST_PATH_IMAGE002
∣﹤π/2，0≤∣
Figure 393917DEST_PATH_IMAGE003
∣﹤π/2，∣
Figure 313332DEST_PATH_IMAGE002
∣≠∣
Figure 7618DEST_PATH_IMAGE003
∣，分别测量第一位置的散射光强度q1和第二位置的散射光强度q2，散射光强度q符合广义高斯分布函数，其概率密度函数为式Ⅰ：
                     （Ⅰ）
其中，
Figure 534546DEST_PATH_IMAGE001
在0~
Figure 389982DEST_PATH_IMAGE005
之间取值；
Figure 2011102654482100001DEST_PATH_IMAGE006
为形状参数，代表密度函数的衰减速率，
Figure 847508DEST_PATH_IMAGE007
；
Figure 2011102654482100001DEST_PATH_IMAGE008
为尺度参数，将其定义为散射空间分布系数，代表散射程度的强弱，β＞0；Γ是gamma函数；
由式Ⅱ计算散射空间分布系数
Figure 271667DEST_PATH_IMAGE008
值
Figure 359709DEST_PATH_IMAGE009
                         （Ⅱ）。
2. 如权利要求1所述的近晶态液晶空间散射度测量方法，其特征在于：使用多个相同的光电探测器同步完成步骤（3）中的散射光强度测量。
3.一种近晶态液晶空间散射度测量装置，其特征在于：它包括光源、圆弧滑轨、至少一个光电探测器，光源、待测近晶态液晶测试片和光电探测器沿光线传播方向设置，光电探测器可沿导轨滑动地放置在圆弧滑轨上。
4.如权利要求3所述的近晶态液晶空间散射度测量装置，其特征在于：该测量装置还包括能够以待测近晶态液晶测试片所在平面的法线为轴线旋转的夹具，待测近晶态液晶测试片安排在夹具上。
5.如权利要求3所述的近晶态液晶空间散射度测量装置，其特征在于：所述光源是单色光光源或者白光光源。
6.如权利要求3所述的近晶态液晶空间散射度测量装置，其特征在于：所述光源是面光源，在光源和待测近晶态液晶测试片之间沿光线传播方向依次配置准直系统和可调光阑。
7.如权利要求3所述的近晶态液晶空间散射度测量装置，其特征在于：所述圆弧滑轨的圆心与光线入射待测近晶态液晶测试片的中心点重合。
8.如权利要求3所述的近晶态液晶空间散射度测量装置，其特征在于：所述光电探测器接收面的法线与入射光线相交且交点落在待测近晶态液晶测试片上。
9.如权利要求3-8之一所述的近晶态液晶空间散射度测量装置，其特征在于：所述光源和光电探测器放置在待测近晶态液晶测试片的同侧，或者分别放置在待测近晶态液晶测试片的两侧。
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