CN108872713B - 液晶介电常数的测量装置、测量系统、测量方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种液晶介电常数的测量装置、测量系统、测量方法，以提高对液晶在太赫兹频段的介电常数的测量的灵敏度、准确度及测量效率，并简化测量装置的结构，降低测量成本。其中所述测量装置包括：相对设置的第一基板和第二基板；依次设置于第一基板朝向第二基板一面上的谐振结构层及第一配向膜；设置于第二基板朝向第一基板一面上的第二配向膜；设置于第一基板和第二基板之间的边框，边框配合第一基板和第二基板形成用于容纳待测量的液晶的空腔。上述测量装置应用于对液晶在太赫兹波频段的介电常数的测量中。

Description

液晶介电常数的测量装置、测量系统、测量方法

技术领域

本公开涉及液晶器件技术领域，尤其涉及一种液晶介电常数的测量装置、测量系统、测量方法。

背景技术

太赫兹(Terahertz，简称THz)是频率单位，1太赫兹等于10¹²赫兹，太赫兹波是指频率在0.1～10太赫兹范围的电磁波。近年来，液晶材料在太赫兹频段的应用越来越广泛，液晶太赫兹器件(例如，偏振片、相移器、波片、滤波器等)能方便地通过改变外电场或外磁场实现调谐功能，并且具有易低压调制、功耗低等优点。

对液晶材料在太赫兹频段的介电常数进行精确测量是液晶太赫兹器件设计与分析的关键。但是，目前现有的测量方法存在测量灵敏度低，测量精度低，测量装置结构复杂、成本高，测量效率低等问题。

发明内容

针对上述现有技术中所存在的问题，本公开的实施例提供一种液晶介电常数的测量装置、测量系统、测量方法，以提高对液晶在太赫兹频段的介电常数的测量的灵敏度、准确度及测量效率，并简化测量装置的结构，降低测量成本。

为达到上述目的，本公开的实施例采用如下技术方案：

第一方面，本公开的实施例提供了一种液晶介电常数的测量装置，所述测量装置包括：相对设置的第一基板和第二基板；依次设置于所述第一基板朝向所述第二基板一面上的谐振结构层及第一配向膜；设置于所述第二基板朝向所述第一基板一面上的第二配向膜；设置于所述第一基板和所述第二基板之间的边框，所述边框配合所述第一基板和所述第二基板形成用于容纳待测量的液晶空腔。

上述液晶介电常数的测量装置中，在第二基板的一面形成有谐振结构层，当将待测量的液晶注入该测量装置中，并用太赫兹电磁波照射该测量装置时，太赫兹电磁波能够与谐振结构层中的谐振结构发生耦合，产生谐振，同时液晶各向异性的介电常数会对所产生的谐振产生不同的影响，这种影响能够通过透射出测量装置的太赫兹电磁波的透射波强度随频率的变化曲线反映出来，从而根据该透射波强度随频率的变化曲线能够推演出液晶长轴方向的介电常数和短轴方向的介电常数，实现了对液晶在太赫兹频段的介电常数的测量。

利用上述测量装置测量液晶在太赫兹频段的介电常数，所得到的透射波强度随频率的变化曲线具有非常明显的谐振尖峰，谐振很强，这说明谐振的品质因数极高，因此该测试装置的灵敏度高，测量精度高；并且，上述测量装置不需要制作偏置电极，因此结构简单，造价低廉；此外，上述测量装置进行测量的过程简单，不需要液晶响应偏转，速度快，效率高。

基于上述技术方案，可选的，所述谐振结构层包括至少两组复合谐振结构，各组所述复合谐振结构间隔设置，每组所述复合谐振结构包括间隔设置的主谐振结构和从谐振结构。

可选的，所述至少两组复合谐振结构沿一垂直于所述第一基板的轴线的周向等间隔设置，且各组所述复合谐振结构到所述轴线的最短距离相等。

可选的，每组所述复合谐振结构中，所述主谐振结构包括一条主金属带条，所述从谐振结构包括至少两条从金属带条，所述从金属带条垂直于所述主金属带条，且所述至少两条从金属带条相对于所述主金属带条的垂直平分线对称布置。

可选的，所述从金属带条的长度小于所述主金属带条的长度，所述从金属带条的宽度小于所述主金属带条的宽度。

可选的，所述谐振结构层包括四组复合谐振结构，所述四组复合谐振结构沿一垂直于所述第一基板的轴线的周向等间隔设置，且各组所述复合谐振结构到所述轴线的最短距离相等；每组所述复合谐振结构中，所述主谐振结构包括一条主金属带条，所述从谐振结构包括两条从金属带条，所述从金属带条垂直于所述主金属带条，且所述两条金属带条相对于所述主金属带条的垂直平分线对称布置；所述从金属带条相对于所述主金属带条远离所述轴线。

可选的，所述谐振结构层的材料为金属。

可选的，所述谐振结构层的厚度为0.01μm～5μm。

可选的，所述空腔的厚度为3μm～500μm。

可选的，所述第一配向膜和所述第二配向膜的配向方向一致。

第二方面，本公开的实施例提供了一种液晶介电常数的测量方法，所述测量方法包括：准备包含待测量液晶的测量装置，所述测量装置为如第一方面所述的液晶介电常数的测量装置；使用太赫兹电磁波沿垂直于所述测量装置平面的方向照射所述测量装置，且使所述太赫兹电磁波的极化方向与所述测量装置中液晶的长轴相平行，接收透过所述测量装置的太赫兹电磁波，获得透射波强度随频率变化的第一曲线；使用太赫兹电磁波沿垂直于所述测量装置平面的方向照射所述测量装置，且使所述太赫兹电磁波的极化方向与所述测量装置中液晶的长轴相垂直，接收透过所述测量装置的太赫兹电磁波，获得透射波强度随频率变化的第二曲线；采用模拟仿真方法找出所述第一曲线所对应的液晶介电常数，将该介电常数作为液晶长轴方向的介电常数，并找出所述第二曲线所对应的液晶介电常数，将该介电常数作为液晶短轴方向的介电常数。

上述液晶介电常数的测量方法所能产生的有益效果与第一方面所提供的液晶介电常数的测量装置的有益效果相同，此处不再赘述。

基于上述技术方案，可选的，采用模拟仿真方法找出所述液晶长轴方向的介电常数和所述液晶短轴方向的介电常数的步骤包括：根据获取所述第一曲线和所述第二曲线的步骤对应的测量实验模型，建立仿真模型；调整所述仿真模型中的液晶长轴方向的介电常数，使得到的仿真结果与所述第一曲线相吻合，此时对应的液晶长轴方向的介电常数即为待测量液晶长轴方向的介电常数；调整所述仿真模型中的液晶短轴方向的介电常数，使得到的仿真结果与所述第二曲线相吻合，此时对应的液晶短轴方向的介电常数即为待测量液晶短轴方向的介电常数。

第三方面，本公开的实施例提供了一种液晶介电常数的测量系统，所述测量系统包括：如第一方面所述的液晶介电常数的测量装置；设置于所述测量装置在垂直于所述测量装置平面的方向上的一侧的太赫兹电磁波源；设置于所述测量装置另一侧的信号接收器；与所述太赫兹电磁波源和所述信号接收器相连的频谱分析仪，用于根据太赫兹电磁波源所发射的太赫兹电磁波与所述信号接收器所接收的电磁波生成透射波强度随频率变化的第一曲线和第二曲线。

上述液晶介电常数的测量系统所能产生的有益效果与第一方面所提供的液晶介电常数的测量装置的有益效果相同，此处不再赘述。

基于上述技术方案，可选的，所述测量系统还包括：与所述频谱分析仪相连的处理器，用于进行仿真推演，获得所述第一曲线所对应的液晶长轴方向的介电常数和所述第二曲线所对应的液晶短轴方向的介电常数。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本公开实施例所提供的测量装置的平面结构图；

图2为图1所示出的测量装置沿虚线aa＇的截面结构图；

图3为本公开实施例所提供的测量装置中谐振结构层的平面结构图；

图4为本公开实施例所提供的测量装置中谐振结构层的各部件尺寸设计图；

图5为本公开实施例所提供的测量方法的基本流程图；

图6为本公开实施例所提供的测量方法中某一步骤的具体流程图；

图7为本公开实施例所提供的测量方法的一种示意图；

图8为本公开实施例所提供的测量方法的另一种示意图；

图9为本公开实施例所提供的测量方法中得到的第一曲线和第二曲线的图；

图10为本公开实施例所提供的测量系统的结构示意图。

附图标记说明：

100-测量装置； 200-液晶；

1-第一基板； 2-第二基板；

3-第一配向膜； 4-第二配向膜；

5-谐振结构层； 50-复合谐振结构；

51-主谐振结构； 52-从谐振结构；

6-边框； 7-液晶层；

8-空腔； 9-液晶注入口；

300-太赫兹波源； 400-信号接收器；

500-频谱分析仪； 600-处理器。

具体实施方式

为使本公开的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本公开保护的范围。

对于液晶材料在太赫兹频段的介电常数的测量，相关技术中通过将液晶灌注到一个由太赫兹半透膜构成的谐振腔体中，之后利用太赫兹波照射该腔体，根据该腔体的透射特性确定其谐振频率，继而反推其中灌注的液晶的介电常数。

上述测量方法存在如下的缺点：

(1)谐振腔的品质因数比较低，因此测量灵敏度低、测量精度低；

(2)测量装置由太赫兹半透膜、额外的偏置电极、配向膜、液晶层结构至少四部分构成，结构复杂，成本高；

(3)液晶层厚度很厚，并且测量过程中需要利用偏置电极和配向膜改变液晶分子指向，在种情况下液晶的反应速度很慢，因此测量时间很长，效率低下。

针对上述相关技术所存在的缺陷，本公开的实施例提出了一种液晶介电常数的测量装置，如图1和图2所示，测量装置100包括：相对设置的第一基板1和第二基板2；依次设置于第一基板1朝向第二基板2一面上的谐振结构层5及第一配向膜3；设置于第二基板2朝向第一基板1一面上的第二配向膜4；及设置于所述第一基板和所述第二基板之间的边框6。

边框6配合第一基板1和第二基板2形成空腔8，该空腔8用以容纳待测量的液晶200，边框6的作用为防止液晶200泄露，且维持第一基板1和第二基板2之间的间隙，为夹设于第一基板1和第二基板2之间的液晶200提供支撑空间。当使用上述测量装置100对液晶的介电常数进行测量时，将待测量的液晶200注入测量装置100的第一基板1与第二基板2之间的空腔8内。液晶200注入后，第一基板1上的第一配向膜3和第二基板2上的第二配向膜4与液晶200直接接触，对液晶200分子的指向进行配向。之后即可开始进行测量。

需要说明的是，本公开的实施例中，测量装置100所确定的平面(也可以视为第一基板1或第二基板2所确定的平面)为XOY平面；垂直于测量装置100所确定的平面(即XOY平面)且由第一基板1指向第二基板2的方向为Z方向。

测量时，采用太赫兹电磁波沿Z方向或Z方向的反方向照射该测量装置100，太赫兹电磁波能够与谐振结构层5中的谐振结构发生耦合，产生谐振，同时液晶200各向异性的介电常数会对所产生的谐振产生不同的影响，这种影响能够通过透射出测量装置100的透射波强度随频率的变化曲线反映出来，从而根据该透射波强度随频率的变化曲线能够推演出液晶200长轴方向的介电常数和短轴方向的介电常数，实现了对液晶200在太赫兹频段的介电常数的测量。

利用上述测量装置100测量液晶200在太赫兹频段的介电常数，所得到的透射波强度随频率的变化曲线具有非常明显的谐振尖峰，谐振很强，这说明谐振结构层5中的谐振结构的品质因数极高，因此该测试装置100的灵敏度高，测量精度高；并且，上述测量装置100不需要制作偏置电极，谐振结构层5中的谐振结构无需连接任何信号线，没有任何接地电极，也就是说谐振结构的工作是完全不需要施加控制电场的，因此上述测量装置100的结构简单，造价低廉；此外，上述测量装置进行测量的过程十分简单，不需要液晶200响应控制电场进行偏转，因此测量速度快，效率高。

在上述测量装置100中，谐振结构层5的结构设计对于测量的精度和灵敏度的影响十分重要，下面示例性的给出一些可能的设计。

请参见图3，谐振结构层5可包括至少两组复合谐振结构50，各组复合谐振结构50间隔设置，以实现相互绝缘，从而使每组复合谐振结构50均能够与入射的太赫兹电磁波发生耦合，产生谐振，并且多组复合谐振结构50之间可相互影响，增强谐振。

每组复合谐振结构50包括间隔设置的主谐振结构和从谐振结构，主谐振结构和从谐振结构之间相互绝缘。当太赫兹电磁波入射后，会与主谐振结构发生耦合，主谐振结构产生感应电磁场，该感应电磁场会使从谐振结构产生电磁感应信号，该电磁感应信号又会反过来影响主谐振结构上的感应电磁场；并且，在某些情况下，入射的太赫兹电磁波会既与主谐振结构发生耦合，又与从谐振结构发生耦合；通过主谐振结构和从谐振结构之间的相互感应和耦合，可以提高谐振的品质因数，有利于增强测量的精度和灵敏度。

请继续参见图3，谐振结构层5所包括的复合谐振结构50可沿一垂直于第一基板1的轴线M(平行于Z方向)的周向等间隔设置，且各组复合谐振结构50到轴线M的最短距离相等。这样使得谐振结构层5中复合谐振结构50呈均匀、对称的形式布置，有利于提高品质因数。需要说明的是，由于轴线M垂直于XOY平面，因此图3中所示出的轴线M仅为一点。

特别的，对于规则形状的测量装置，轴线M可过测量装置的中心，这样复合谐振结构50以测量装置的中心为参考点呈均匀、对称的形式布置，有利于提高品质因数。

每组复合谐振结构50中，主谐振结构和从谐振结构各自的结构，及二者之间的相对位置关系不局限于一种。作为一种可能的设计，请继续参见图3，每组复合谐振结构50中，主谐振结构51包括一条主金属带条，从谐振结构52包括至少两条从金属带条，从金属带条垂直于主金属带条，且从金属带条相对于主金属带条的垂直平分线对称布置。进一步的，从金属带条的长度可小于主金属带条的长度，从金属带条的宽度可小于主金属带条的宽度，以使二者之间的主从关系更加明显。

下面给出一种具体的示例，请再次参见图3，谐振结构层5包括四组复合谐振结构50，分别编号为a、b、c、d。四组复合谐振结构a、b、c、d沿一轴线M(该轴线M垂直于第一基板1，即垂直于XOY平面)的周向等间隔设置，且各组复合谐振结构到轴线M的最短距离相等。每组复合谐振结构中，主谐振结构51包括一条主金属带条，从谐振结构52包括两条从金属带条，从金属带条垂直于主金属带条，且两条金属带条相对于主金属带条的垂直平分线对称布置；从金属带条相对于主金属带条远离轴线M。各组复合谐振结构到轴线M的最短距离相等，意味着各组复合谐振结构的主金属带条到轴线M的垂直距离相等；复合谐振结构a与复合谐振结构c呈镜像对称布置，复合谐振结构b与复合谐振结构d呈镜像对称布置。通过上述结构设计，可以使谐振结构层5的谐振结构达到很高的品质因数。

对于上述谐振结构层5的各项尺寸设计，不同尺寸规格的测量装置应有不同的尺寸设计方案。

示例性的，假设测量装置100的一组边平行于X方向，另一组边平行于Y方向。谐振结构层5中复合谐振结构a与复合谐振结构c的主金属带条51平行于X方向，从金属带条52平行于Y方向；复合谐振结构b与复合谐振结构d的主金属带条51平行于Y方向，从金属带条52平行于X方向。复合谐振结构a、b、c、d布置所围绕的轴线M过第一基板1的中心。

请参见图4，谐振结构层5所对应的液晶层7在XOY平面上的正投影的边长P的取值范围可为510μm～810μm，可选为660μm。

呈镜像对称布置的复合谐振结构a与复合谐振结构c的主金属带条51之间的间距D的取值范围可为110μm～310μm，可选为210μm；同样的，呈镜像对称布置的复合谐振结构b与复合谐振结构d的主金属带条51之间的间距D的取值范围也可为110μm～310μm，可选为210μm。

每个复合谐振结构中，主金属带条51的长度L1的取值范围可为78μm～178μm，可选为128μm，宽度W1的取值范围可为25μm～75μm，可选为50μm；从金属带条52的长度L2的取值范围可为50μm～150μm，可选为100μm，宽度W2的取值范围可为15μm～45μm，可选为30μm；主金属带条51与从金属带条52之间的间隙d的取值范围可为25μm～75μm，可选为50μm；两条从金属带条52之间的间距S的取值范围可为15μm～45μm，可选为30μm。

本实施例中，谐振结构层5的材料为导电材料；进一步的，谐振结构层5的材料为金属，例如：金、银、铜、铝等金属。

谐振结构层5的厚度的取值范围可为0.01μm～5μm，可选为1μm。

谐振结构层5的制备过程可为：首先采用谐振结构材料形成具有设计厚度的一整层的薄膜，然后采用光刻工艺去除所形成的薄膜中的特定部分，保留部分形成所需要的谐振结构。

第一基板1与第二基本2之间所形成的空腔8的厚度，也可视为所注入的液晶层7的厚度，的取值范围可为3μm～500μm，可选为50μm。

第一基板1和第二基板2的厚度的取值范围可为100μm～1000μm，可选为160μm。第一基板1和第二基板2的介电常数的取值范围可为1.1～20，可选为3.8。

第一配向膜3和第二配向膜4的配向方向可一致，以使得待测量液晶在注入测量装置100的空腔8中后具有均匀一致的取向。第一配向膜3和第二配向膜4的配向方向，也即待测量液晶的取向(此处所述的取向特指液晶分子长轴的指向)，可沿X方向，或沿Y方向，或沿XOY平面上的其它任一方向。

边框6的材料可以选用封框胶。请再次参见图1和图2，在一些实施例中，可在边框6上设置一液晶注入口9，当使用上述测量装置100对液晶的介电常数进行测量时，首先将待测量的液晶200通过该液晶注入口9注入上述空腔8中，继而可开始介电常数的测量工作。需要说明的是，在注入液晶200后，可采用边框材料(诸如封框胶)将液晶注入口9进行封堵，以防止所注入的液晶200在测量过程中泄露。在一些实施例中，液晶注入口9可以设计的很小，这样在注入液晶200后可以不对液晶注入口9封堵，也不会引起液晶的泄露。

以上是对本公开所提出的液晶介电常数的测量装置100的结构的介绍，下面对采用上述液晶介电常数的测量装置100对液晶在太赫兹频段的介电常数的测量方法进行介绍。

如图5所示，本公开的实施例所提供的液晶介电常数的测量方法包括如下步骤：

S1：准备包含待测量液晶的测量装置，该测量装置为如本公开实施例所述的液晶介电常数的测量装置。

在上述步骤中，可将待测量的液晶注入测量装置的空腔8中，完成准备工作。

S21：使用太赫兹电磁波沿垂直于测量装置平面的方向照射测量装置，且使太赫兹电磁波的极化方向与测量装置中液晶的长轴相平行，接收透过测量装置的太赫兹电磁波，获得透射波强度随频率变化的第一曲线。

在上述步骤中，示例性的，如图8所示，假设测量装置中液晶200的取向方向(特指长轴的取向方向)平行于X方向，则在放置测量装置100时，应使液晶100的长轴与太赫兹电磁波的极化方向相一致，均平行于X方向。使用太赫兹电磁波沿-Z方向照射测量装置100。

当入射太赫兹电磁波与测量装置100中的谐振结构发生耦合，产生谐振时，由于液晶100的长轴与太赫兹电磁波的极化方向相一致，因此液晶100长轴方向的介电常数会对谐振产生影响。请参见图9，在测量装置100的第二基板2一侧接收到太赫兹电磁波的透射波，可得到透射波强度随频率变化的第一曲线。需要说明的是，图9中纵轴以传输系数表征透射波强度。从第一曲线中可以看出，在横轴568GHz附近有个明显的谐振尖峰，这是由于液晶100长轴方向的介电常数引起的。值得一提的是，第一曲线在谐振尖峰处的谐振很强，品质因数极高，这意味着该测试装置100具有极高的精准性。

S22：使用太赫兹电磁波沿垂直于所述测量装置平面的方向照射所述测量装置，且使所述太赫兹电磁波的极化方向与所述测量装置中液晶的长轴相垂直，接收透过所述测量装置的太赫兹电磁波，获得透射波强度随频率变化的第二曲线。

在上述步骤中，示例性的，如图7所示，假设测量装置中液晶200的取向方向(特指长轴的取向方向)平行于X方向，则在放置测量装置100时，应使液晶100的长轴与太赫兹电磁波的极化方向相垂直，以使液晶100的短轴与太赫兹电磁波的极化方向相一致，均平行于Y方向。使用太赫兹电磁波沿-Z方向照射测量装置100。

当入射太赫兹电磁波与测量装置100中的谐振结构发生耦合，产生谐振时，由于液晶100的短轴与太赫兹电磁波的极化方向相一致，因此液晶100短轴方向的介电常数会对谐振产生影响。请参见图9，在测量装置100的第二基板2一侧接收到太赫兹电磁波的透射波，可得到透射波强度随频率变化的第二曲线。从第二曲线中可以看出，在横轴542GHz附近有个明显的谐振尖峰，这是由于液晶100短轴方向的介电常数引起的。值得一提的是，第二曲线在谐振尖峰处的谐振很强，品质因数极高，这意味着该测试装置100具有极高的精准性。

需要说明的是，上述步骤S21与S22在实际执行时并不限定先后次序，可以先执行步骤S21，再执行步骤S22，并且，在执行步骤S22前，无需调整用于发射太赫兹电磁波的波源的位置和用于接收太赫兹电磁波的透射波的信号接收器的位置，仅需将测量装置100在XOY平面上旋转90°即可。相类似的，可以先执行步骤S22，再执行步骤S21，并且，在执行步骤S21前，无需调整用于发射太赫兹电磁波的波源的位置和用于接收太赫兹电磁波的透射波的信号接收器的位置，仅需将测量装置100在XOY平面上旋转90°即可。

S31：采用模拟仿真方法找出所述第一曲线所对应的液晶介电常数，将该介电常数作为液晶长轴方向的介电常数。

请参见图6，在上述步骤S31中，采用模拟仿真方法获取液晶长轴方向的介电常数，具体可包括如下过程：

首先，根据获取所述第一曲线和所述第二曲线的步骤对应的测量实验模型，建立仿真模型。所谓的“获取所述第一曲线和所述第二曲线的步骤对应的测量实验模型”包括获取采用测量装置100进行测量时所涉及的各种参数，包括测量装置100中各部件和结构的尺寸等。示例性的，“获取所述第一曲线和所述第二曲线的步骤对应的测量实验模型”中，测量装置100中液晶层7厚度为50μm，第一基板1和第二基板2的厚度为160μm，二者的介电常数为3.8，谐振结构层5的厚度为1μm；谐振结构层5中的谐振结构采用如图3和图4所示的结构，各项尺寸参数如下表1所示：

表1(单位：μm)

S	P	L1	L2	W1	W2	D	d
								30	660	128	100	50	30	210	50

建立仿真模型时，参照上述参数进行建立。

然后，调整仿真模型中的液晶长轴方向的介电常数，使得到的仿真结果与所述第一曲线相吻合，此时对应的液晶长轴方向的介电常数即为待测量液晶长轴方向的介电常数。请继续参见图6，在此过程中，需要首先设定初始的液晶长轴方向和短轴方向介电常数，输入仿真模型中进行模拟仿真；示例性的，设定初始的液晶长轴方向的介电常数为3，短轴方向的介电常数为2，液晶沿X方向配向，所以在仿真模型中，液晶在X、Y、Z三个方向的介电常数张量分别为(3，2，2)。

初始的液晶介电常数输入后，经过仿真模拟，可得到对应的透射波强度随频率的变化曲线，将此曲线与先前在步骤S21中测量得到的第一曲线进行比对，判断二者是否吻合：若不吻合，则说明所设定的液晶长轴方向的介电常数不合适，则调整液晶长轴方向的介电常数，将调整后的液晶长轴方向的介电常数输入仿真模型中，再次进行仿真模拟，重复上述判断及调整的动作，直至找到与第一曲线吻合的仿真曲线，则该次仿真对应的液晶长轴方向的介电常数即为步骤S21中所测量的液晶长轴方向的介电常数。若吻合，则说明本次仿真对应的液晶长轴方向的介电常数即为步骤S21中所测量的液晶长轴方向的介电常数。

S32：采用模拟仿真方法找出所述第二曲线所对应的液晶介电常数，将该介电常数作为液晶短轴方向的介电常数。

请参见图6，参考上述步骤S31的具体介绍，上述步骤S32中，采用模拟仿真方法获取液晶短轴方向的介电常数，具体可包括如下过程：基于先前所建立的仿真模型，调整仿真模型中的液晶短轴方向的介电常数，使得到的仿真结果与所述第二曲线相吻合，此时对应的液晶短轴方向的介电常数即为待测量液晶短轴方向的介电常数。请继续参见图6，向仿真模型中输入初始设定的液晶长轴方向和短轴方向的介电常数，开始模拟仿真，可得到对应的透射波强度随频率的变化曲线，将此曲线与先前在步骤S22中测量得到的第二曲线进行比对，判断二者是否吻合：若不吻合，则说明所设定的液晶短轴方向的介电常数不合适，则调整液晶短轴方向的介电常数，将调整后的液晶短轴方向的介电常数输入仿真模型中，再次进行仿真模拟，重复上述判断及调整的动作，直至找到与第二曲线吻合的仿真曲线，则该次仿真对应的液晶短轴方向的介电常数即为步骤S22中所测量的液晶短轴方向的介电常数。若吻合，则说明本次仿真对应的液晶短轴方向的介电常数即为步骤S22中所测量的液晶短轴方向的介电常数。

需要说明的是，上述步骤S31和S32在实际执行时并不限定先后次序，可以先执行步骤S31，再执行步骤S32，或者，先执行步骤S32，再执行步骤S31。

此外，本公开所提供的测量方法可适用于向列相液晶在太赫兹波频段的介电常数的测量。

基于上述液晶介电常数的测量装置及测量方法，本公开的实施例提供了一种液晶介电常数的测量系统，如图10所示，该测量系统包括：液晶介电常数的测量装置100、太赫兹电磁波源300、信号接收器400、及频谱分析仪500。

其中，液晶介电常数的测量装置100为如本公开所提供的液晶介电常数的测量装置100，具有测量灵敏度和精准度高、结构简单、成本低、测量速度快的优点。

太赫兹电磁波源300设置于测量装置100在垂直于测量装置100平面的方向上的一侧；示例性的，图10中太赫兹电磁波源300设置于测量装置100的第一基板1背向第二基板2的一侧。太赫兹电磁波源300用于沿垂直于测量装置100平面的方向向测量装置100发射太赫兹电磁波；示例性的，图10中太赫兹电磁波源300沿-Z方向向测量装置100发射太赫兹电磁波。

信号接收器400设置于测量装置100的另一侧；示例性的，图10中太赫兹电磁波源300设置于测量装置100的第二基板2背向第一基板1的一侧。信号接收器400用于接收从测量装置100透射出的太赫兹电磁波。

频谱分析仪500与太赫兹电磁波源300和信号接收器400相连，用于根据太赫兹电磁波源300所发射的太赫兹电磁波与信号接收器400所接收的电磁波生成透射波强度随频率变化的曲线。示例性的，若太赫兹电磁波源300所发射的太赫兹电磁波为时域信号，则频谱分析仪500具体可为时域谱分析仪。

基于上述测量系统，进一步的，请继续参见图10，该测量系统还可包括处理器600，该处理器600与频谱分析仪500相连，其配置为执行如本公开所提供的液晶介电常数的测量方法中的步骤S31和S32，即其能够进行仿真推演，获得所述第一曲线所对应的液晶长轴方向的介电常数和所述第二曲线所对应的液晶短轴方向的介电常数。

以上所述仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种液晶介电常数的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括：

相对设置的第一基板和第二基板；

依次设置于所述第一基板朝向所述第二基板一面上的谐振结构层及第一配向膜；

设置于所述第二基板朝向所述第一基板一面上的第二配向膜；

设置于所述第一基板和所述第二基板之间的边框，所述边框配合所述第一基板和所述第二基板形成用于容纳待测量的液晶的空腔；

所述谐振结构层包括至少两组复合谐振结构，各组所述复合谐振结构间隔设置，每组所述复合谐振结构包括间隔设置的主谐振结构和从谐振结构；其中，

每组所述复合谐振结构中，所述主谐振结构包括一条主金属带条，所述从谐振结构包括至少两条从金属带条，所述从金属带条垂直于所述主金属带条，且所述至少两条从金属带条相对于所述主金属带条的垂直平分线对称布置。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述至少两组复合谐振结构沿一垂直于所述第一基板的轴线的周向等间隔设置，且各组所述复合谐振结构到所述轴线的最短距离相等。

3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述从金属带条的长度小于所述主金属带条的长度，所述从金属带条的宽度小于所述主金属带条的宽度。

4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述谐振结构层包括四组复合谐振结构，所述四组复合谐振结构沿一垂直于所述第一基板的轴线的周向等间隔设置，且各组所述复合谐振结构到所述轴线的最短距离相等；

每组所述复合谐振结构中，所述主谐振结构包括一条主金属带条，所述从谐振结构包括两条从金属带条，所述从金属带条垂直于所述主金属带条，且所述两条从金属带条相对于所述主金属带条的垂直平分线对称布置；所述从金属带条相对于所述主金属带条远离所述轴线。

5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述谐振结构层的材料为金属。

6.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述谐振结构层的厚度为0.01μm～5μm。

7.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述空腔的厚度为3μm～500μm。

8.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述第一配向膜和所述第二配向膜的配向方向一致。

9.一种液晶介电常数的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：

准备包含待测量液晶的测量装置，所述测量装置为如权利要求1～8任一项所述的液晶介电常数的测量装置；

使用太赫兹电磁波沿垂直于所述测量装置平面的方向照射所述测量装置，且使所述太赫兹电磁波的极化方向与所述测量装置中液晶的长轴相平行，接收透过所述测量装置的太赫兹电磁波，获得透射波强度随频率变化的第一曲线；

使用太赫兹电磁波沿垂直于所述测量装置平面的方向照射所述测量装置，且使所述太赫兹电磁波的极化方向与所述测量装置中液晶的长轴相垂直，接收透过所述测量装置的太赫兹电磁波，获得透射波强度随频率变化的第二曲线；

采用模拟仿真方法找出所述第一曲线所对应的液晶介电常数，将该介电常数作为液晶长轴方向的介电常数，并找出所述第二曲线所对应的液晶介电常数，将该介电常数作为液晶短轴方向的介电常数。

10.根据权利要求9所述的测量方法，其特征在于，采用模拟仿真方法找出所述液晶长轴方向的介电常数和所述液晶短轴方向的介电常数的步骤包括：

根据获取所述第一曲线和所述第二曲线的步骤对应的测量实验模型，建立仿真模型；

调整所述仿真模型中的液晶长轴方向的介电常数，使得到的仿真结果与所述第一曲线相吻合，此时对应的液晶长轴方向的介电常数即为待测量液晶长轴方向的介电常数；

调整所述仿真模型中的液晶短轴方向的介电常数，使得到的仿真结果与所述第二曲线相吻合，此时对应的液晶短轴方向的介电常数即为待测量液晶短轴方向的介电常数。

11.一种液晶介电常数的测量系统，其特征在于，所述测量系统包括：

如权利要求1～8任一项所述的液晶介电常数的测量装置；

设置于所述测量装置在垂直于所述测量装置平面的方向上的一侧的太赫兹电磁波源；

设置于所述测量装置另一侧的信号接收器；

与所述太赫兹电磁波源和所述信号接收器相连的频谱分析仪，用于根据太赫兹电磁波源所发射的太赫兹电磁波与所述信号接收器所接收的电磁波生成透射波强度随频率变化的第一曲线和第二曲线。

12.根据权利要求11所述的测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括：与所述频谱分析仪相连的处理器，用于进行仿真推演，获得所述第一曲线所对应的液晶长轴方向的介电常数和所述第二曲线所对应的液晶短轴方向的介电常数。

Images