CN112285103A - 高通量检测蓝相液晶温域及电光性能的装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种用于高通量检测蓝相液晶温域及电光性能的装置及其使用方法，用于对升降温过程中液晶材料的相变温域进行检测，以及在升降压过程中的电光性能进行测试，该装置包括平面光源，起偏器，透明控温台，电压发生装置，电压调节装置，电压夹，检偏器，图像采集装置，服务器等部分组成。利用起偏器产生偏振光，透明控温台对液晶进行升降温调控，从而使用图像采集装置得到液晶处于不同相态、不同电压下的光学特征。利用本发明能够对液晶测试样品进行准确定位、采集以及检测。其装置具有结构简单，容易操作的特点，方法具有检测快速准确，对样品形貌以及位置兼容性高等优点，可以一次性对多个液晶样品进行检测，检测效率高，便于材料的大规模筛选研究。

Description

高通量检测蓝相液晶温域及电光性能的装置及其使用方法

【技术领域】

本申请涉及显示技术领域，尤其涉及一种高通量液晶材料检测装置以及一种高通量液晶检测方法。

【背景技术】

蓝相液晶作为显示领域的液晶材料是近年来研究的热点之一。由于其制备出的显示器件无须取向层、响应时间快速等优点，被誉为下一代显示材料。但是蓝相液晶由于现阶段依旧存在蓝相液晶温域区间窄，驱动电压高等缺点，最重要的是，无法大批量筛选出所选体系中是否会出现蓝相相态。另外，蓝相液晶主要存在温域狭窄的问题，但是检测其温域区间是非常费时的，并且由于其对于外界条件非常敏感，使得不同批次测量的数据很容易产生误差。

同时，蓝相液晶的电光性能同样存在测量缓慢，并且由于反复驱动会破坏其相态导致其数据不稳定，对于同一批样品来说会造成数据的波动。

现有的液晶检测技术多为单通道检测，测试效率低下，无法完成大规模材料的筛选研究。

因此，如何在短时间内得出大量液晶样品是否能够出蓝相相态，并且在确认其出现蓝相之后，获得其蓝相温域区间以及其电光性能是本领域亟待解决的问题。

【发明内容】

为了解决以上技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种高通量检测蓝相液晶温域及电光性能装置，用于对一次性快速检测大量液晶样品是否能够出蓝相相态，并且在确认其出现蓝相之后，获得其蓝相温域区间以及其电光性能，所述装置包括：

平面光源，位于整体装置的一端，用于产生大面积均匀照明的平面光，为检测蓝相液晶温域及电光测试提供背光源，且其光强具有可调节性；

起偏器，置于平面光源与透明控温台之间，用于对平面光源产生的光线进行调制的起偏器；

透明控温台，置于起偏器以及检偏器之间，用于放置所需检测物并且对检测物进行升降温控制的透明控温器件，其中器件对于透过光除透过率降低之外的无任何其他影响；

电压发生装置，与电压调节装置相连，用于产生施加于检测物的电压；

电压调节装置，一端连接电压发生装置，另一端为电压夹，负责将电压发生装置产生的电压进行调节，便于施加于样品上；

电压夹，与电压调节装置相连，用于将电压施加在检测样品上；

检偏器，置于透明控温台与图像采集装置之间，用于对经过检测样品之后的光进行调制的检偏器；

图像采集装置，位于整体装置相对于平面光源的另一端，与服务器相连，用于对测试视野内的液晶样品的光学特征进行采集，并将所述图像发送给服务器，其中，通过缓存图像，获取照明范围内所有样品在不同条件下的完整图像；以及服务器，用于接收图像采集装置获得图像，并对图像进行处理、识别和检测。

优选的，所述的用于高通量检测蓝相液晶相变温域及电光性能的装置中的大面积均匀照明的平面光源包括但不限于卤钨灯光源、LED光源、冷阴极管光源，或其他用于检测液晶特殊性能的特殊光源类型。

优选的，所述的用于对平面光源调制的起偏器以及用于对经过检测样品之后的光进行调制的检偏器，包括线偏振片、圆偏振片。

优选的，所述的透明控温器件能够控制其平台温度升高以及降低，在加热状态下无应变导致的双折射现象，控温精度范围高于0.1℃，并且在其控温平面能够实现温度均匀，表面温度波动范围小于0.1℃。

优选的，所述的图像采集装置为高帧率、大幅画面相机，具备在短时间内采集超多幅图像的能力，可以为CCD相机、CMOS相机或其他合适相机；采集的数据包括但不限于采集画面或其局部中的红色、绿色、蓝色信息，以及使用特种光源导致的采集信息。

优选的，所述的服务器与图像采集装置进行连接，用于获得图像采集装置产生的图像序列，并且其中图像处理系统能够对图像序列进行识别、归类、计算，最终获得检测数据。

优选的，所述的用于施加电压的交流电压调节装置能够产生不同频率的电压波形，包括矩形波(方波)、三角波、正弦波等，一般为1kH的矩形电压，实现电压的数字信号至模拟信号以及模拟信号至数字信号的转换且能够进行电压幅值的大小调节。

所述的透明控温装置、电压发生装置以及电压调节装置，可以联用或者单独使用以实现检测液晶相态或检测液晶电光性能。

第二方面，本发明提供了一种高通量检测蓝相液晶温域及电光性能方法，用于对一次性快速检测大量液晶样品是否能够出蓝相相态，并且在确认其出现蓝相之后，获得其蓝相温域区间以及其电光性能，所述方法包括：

检偏器调制平面光源产生的大面积均匀光线；调制之后的光线经过处于不同相态的所测样品以及处于不同电压驱动状态下的所测样品会发生一定程度的亮度、颜色等信息的变化；

通过使用图像采集装置采集视野范围内样品的图像信息变化经过缓存变为外场变化下的所测样品图像序列，再传输至服务器。

服务器对图像序列进行识别、分类、组合、计算，得到所测样品是否会出现蓝相相态的结论，以及在所测样品出现蓝相温域时测得其温域宽度和电光性能。

当涉及其他液晶类型，例如胆甾相、向列相、聚合物稳定型液晶等，液晶相变温域区间、电光性能的测量时，由于本发明提出的方法同样也能适用，所以同样包括在本发明的保护范围内。

本发明提供的高通量检测蓝相液晶温域及电光性能装置具有以下有益效果：

本发明提供了一种用于高通量检测蓝相液晶温域及电光性能的装置及其使用方法。其中，所述检测装置包括：平面光源，起偏器，透明控温台，电压发生装置，电压调节装置，电压夹，检偏器，图像采集装置以及服务器。通过所述检测装置对液晶样品的蓝相温域及电光性能进行检测。

1、传统液晶检测装置大部分采取水平放置，样品通常采取垂直夹取方式，每更换一次样品必须对光路进行一定调整，且更换样品麻烦。本装置采取竖直放置的方式，样品水平放置于透明控温器件上，无需其余固定操作，且一次性可以放置大量样品，该设计使得高通量检测蓝相液晶温域及电光性能装置的操作更加方便，且检测效率更高。

2、数据采集使用高帧率相机进行采集，采集获得数据能够进一步传输给服务器分析。由于将传统检测装置中的光电探测器替换为高帧率相机，传统激光光源替换成平面光源，使得该装置能够同时具有检测蓝相液晶温域和测量其电光曲线的功能，做到功能二合一，该设计方法使得高通量检测蓝相液晶温域及电光性能装置更加经济，且该装置结构简单，操作也极为方便。

本发明提供的高通量检测蓝相液晶温域及电光性能方法具有以下有益效果：提供的高通量检测蓝相液晶温域及电光性能方法，由于检测样品的信息是通过大幅画面相机进行采集，相较于传统单一检测方法而言，此方法能够做到一次性对多个液晶样品进行检测，检测效率高，并且由于所有样品均在一个条件下进行测试，可以极大程度上避免由于更换样品带来的外界条件变动产生的偶然误差。另外，由于此方法能够同时对蓝相液晶温域及电光性能进行检测，相较于传统检测装置来说，更加经济、简洁、高效，便于大规模材料的筛选研究。

【附图说明】

图1是本发明提供的高通量液晶检测装置的立体结构示意图，其中包括平面光源、起偏器、透明控温装置、电压发生装置、电压调节装置、电压夹、检偏器、图像采集装置、服务器。

图2是本发明实施例1提供的一种高通量检测蓝相液晶温域方法的流程示意图。

图3是本发明实施例2提供的一种高通量检测蓝相液晶电光性能方法的流程示意图。

【具体实施方法】

下面结合具体实施例和附图对本发明的技术方案作进一步说明，以下将详细描述。

根据本发明的优选实施例。

实施例1

高通量检测蓝相液晶温域

参照图2，所述方法包括：

201：将起偏器以及检偏器转动角度进行调整，使其相对角度为正交状态，使其能够在图像采集处产生消光状态。

202：将液晶样品置于透明控温装置上，调节平面光源灯光亮度，使得图像采集装置采集得到的图像不至于过亮丢失样品颜色信息，又不至于过暗使得样品无法观测。

203：调节控温台温度，使其加热液晶样品至稍高于其清亮点，即在图像采集装置处观测到的图像为全黑，并且保持此温度等待5分钟至相态稳定。采集此时图像，并标定其为黑态。

204：优选的，按照0.5℃/min的速率降低控温台的温度，并且每降低一次温度需要等待1min或以上，使得液晶样品的相态达到稳定，同时拍摄样品处于不同温度点的图像。

205：按照以上步骤所述，直到在图像采集装置处观测到所有样品从全黑转换为全白，至此图像数据采集完毕，将随温度变化的样品采集图像序列传输给服务器

206：服务器接受所述图像，并对图像进行处理、识别和检测。

其中，所述服务器接受来自所述图像采集装置获得的温度相关的样品图像序列，并对所述图像进行处理、识别和检测。即所述服务器内的专用的图像处理系统接收到所述图像，对不同温度图像上相同检测样品位置的图像进行像素分布、亮度、颜色等信息抽取，并在内存中根据指令重新组合，获得单个样品在不同温度下的图像信息，包括亮度、颜色。将以上信息抽取步骤应用于所有样品位置，最终获得所有样品在不同温度下的图像信息，包括亮度、颜色。通过图像处理系统对这些提取出的信息进行运算来决定当前图像信息对应的样品相态信息。

一般来说蓝相相态存在于胆甾相液晶中，胆甾相液晶在无取向情况降温状态下会出现焦锥织构，焦锥织构在正交偏振片下，能够观察到光源颜色；而某些液晶配比降温变化中，在胆甾相相态出现之前会出现蓝相相态，而蓝相相态在正交偏振片下，能够观察到由于自身结构而产生的彩色。所以若样品随温度下降的颜色变化为黑色——光源颜色，则判断此样品不出现蓝相相态；若样品随温度下降的颜色变化为黑——彩色——光源颜色，则判断此样品能出现蓝相相态，同时对此样品产生的颜色变化进行计算，识别，来抽取其中彩色部分对应的温度范围。通过以上图像处理系统，可以对样品在温度变化过程中，对其是否出现蓝相进行判断，同时在其出现蓝相相态时，测量其蓝相温域宽度。

在本实施方案中，测量过程可以为降温测量或者升温测量，对测试结果的可比较性没有影响。

在本实施方案中，判断信息为像素颜色信息，但使用其他采集信息，包括像素亮度信息，像素位置信息，像素分布信息均包括在本专利范围内。

在本实施方案中，测试的内容为是否出现蓝相以及蓝相温域宽度，但同时适用于测量普通液晶温域范围，所以同样包括在本专利范围内。

实施案例2

高通量检测蓝相液晶电光性能

参照图3，所述方法包括：

301：将起偏器以及检偏器转动角度进行调整，使其相对角度为平行状态，即在图像采集处观测到的图像为亮度最大，调节平面光源灯光亮度，使得图像采集装置采集得到的图像不至于过亮导致亮度饱和，又不至于过暗使得样品无法观测。之后，将起偏器以及检偏器转动角度进行调整，使其相对角度为正交状态，使其能够在图像采集处产生消光状态。

302：将液晶样品置于透明控温装置上，并且将电压夹固定在其上，采取并联连接方式，保证液晶盒中间能够产生均匀电场，且不同液晶样品的电压保持一致。

303：调节透明控温装置温度，使其加热液晶样品至稍高于其清亮点，即在图像采集装置处观测到的图像为全黑，并且保持此温度等待5分钟至相态稳定。

304：调节透明控温装置的温度，使得所有样品处于蓝相状态下，即采集图像中样品位置观测到的图像不为全黑同时也不为光源色，保持其自身结构导致的彩色状态，固定此温度，保持一段时间至相态稳定。

305：将图像采集装置调整为高帧率(高速采集)模式，即短时间内能够采集多幅图像。同时打开电压发生装置以及调整电压调节装置相关参数，使其分次产生频率为1KHz且幅值递增的矩形方波电压。不同幅值电压通过电压夹施加于液晶样品上，同时使用图像采集装置进行图像采集，获得所测样品在电压变化过程中的图像信息，并将所获得图像序列发送给服务器。

306：服务器接受所述图像，并对图像进行处理、识别和检测。

由于液晶在电场的施加下会发生变化，在正交偏振片下表现为透过光强度的变化，利用图像采集装置，采集电压变化过程中的所测样品的局部的亮度变化情况，即可以转化为亮度与所施加电压的关系，获得液晶电光性能曲线。通过实施案例1中所述服务器即图像处理系统，对不同电压图像上相同检测样品位置的图像进行像素分布、亮度、颜色等信息抽取，并在内存中根据指令重新组合，获得单个样品在不同电压下的图像信息，包括亮度、颜色。将以上信息抽取步骤应用于所有样品位置，最终获得所有样品在不同电压下的图像信息，包括亮度、颜色。通过图像处理系统对这些提取出的信息进行运算来最终得到所有样品在电压变化过程中的透过率变化情况，即电光性能曲线。

在本实施方案中，测量的为蓝相液晶的电光性能曲线，但同样可用于测试普通液晶电光曲线，所以同样包括在本发明范围内。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种用于高通量检测蓝相液晶温域及电光性能的装置，其特征在于，所述高通量相变温域检测装置包括：

平面光源，位于整体装置的一端，用于产生大面积均匀照明的平面光，为检测蓝相液晶温域及电光测试提供背光源，且其光强具有可调节性；

起偏器，置于平面光源与透明控温台之间，用于对平面光源产生的光线进行调制的起偏器；

透明控温台，置于起偏器以及检偏器之间，用于放置所需检测物并且对检测物进行升降温控制的透明控温器件，其中器件对于透过光除透过率降低之外的无任何其他影响；

电压发生装置，与电压调节装置相连，用于产生施加于检测物的电压；

电压调节装置，一端连接电压发生装置，另一端为电压夹，负责将电压发生装置产生的电压进行调节，便于施加于样品上；

电压夹，与电压调节装置相连，用于将电压施加在检测样品上；

检偏器，置于透明控温台与图像采集装置之间，用于对经过检测样品之后的光进行调制的检偏器；

图像采集装置，位于整体装置相对于平面光源的另一端，与服务器相连，用于对测试视野内的液晶样品的光学特征进行采集，并将所述图像发送给服务器，其中，通过缓存图像，获取照明范围内所有样品在不同条件下的完整图像；以及服务器，用于接收图像采集装置获得图像，并对图像进行处理、识别和检测。

2.根据权利要求1所述的用于高通量检测蓝相液晶相变温域及电光性能的装置，其特征在于装置中的大面积均匀照明的平面光源包括但不限于卤素灯光源、LED光源、冷阴极管光源，或其他用于检测液晶特殊性能的特殊光源类型。

3.根据权利要求1所述的用于高通量检测蓝相液晶温域及电光性能的装置，其特征在于所述起偏器以及检偏器，包括线偏振片、圆偏振片。

4.根据权利要求1所述的用于高通量检测蓝相液晶温域及电光性能的装置，其特征在于：所述透明控温器件能够控制其平台温度升高以及降低，在加热状态下无应变导致的双折射现象，控温精度范围高于0.1℃，并且在其控温平面能够实现温度均匀，表面温度波动范围小于0.1℃。

5.根据权利要求1所述的用于高通量检测蓝相液晶温域及电光性能的装置，其特征在于：所述图像采集装置为高帧率、大幅画面相机，具备在短时间内采集超多幅图像的能力，包括CCD相机、CMOS相机或其他合适相机；采集的数据包括但不限于采集画面或其局部中的红色、绿色、蓝色信息，以及使用特种光源导致的采集信息。

6.根据权利要求1所述的用于高通量检测蓝相液晶温域及电光性能的装置，其特征在于：所述的服务器与图像采集装置进行连接，用于获得图像采集装置产生的图像序列，并且其中图像处理系统能够对图像序列进行识别，归类，计算，最终获得检测数据。

7.根据权利要求1所述的用于高通量检测蓝相液晶温域及电光性能的装置，其特征在于：所述的用于施加电压的交流电压调节装置，能够产生不同频率的电压波形，包括矩形波、三角波、正弦波，实现电压的数字信号至模拟信号以及模拟信号至数字信号的转换且能够进行电压幅值的大小调节。

8.一种用于高通量检测蓝相液晶温域及电光性能的方法，用于对大量不同配方不同液晶样品进行检测，其特征在于，所述高通量检测蓝相液晶温域及电光性能的方法包括以下步骤：

调节平面光源亮度使其对于整个采集过程处于合适范围；

调整起偏器和检偏器使得处于其中的带的液晶样品能够合理的表现其对光线的改变能力；

调节透明控温装置使待测液晶样品处于需要的相态；

调节电压发生器以及电压调节器使得待测液晶样品能够发生所需变化；

使用图像采集装置采集处于不同相态以及不同电压时，待测液晶样品由于外界变化，产生的不同采集图像；以及通过图像采集装置缓存图像序列传输给服务器，服务器对图像序列进行处理产生检测结果。

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