CN102851034B - 液晶透镜的液晶组成与包含其的立体显示器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液晶透镜的液晶组成以及利用此液晶组成的立体显示器，此液晶组成包含一主体液晶（化学式Ⅰ）、一第一光学修饰剂（R811或S811）、一第二光学修饰剂（CB15）与一介电常数修饰剂（化学式Ⅳ）。而立体显示器的结构是利用水平电场来让上述的液晶组成形成液晶透镜。

Description

液晶透镜的液晶组成与包含其的立体显示器

技术领域

本发明是有关于一种液晶组成与包含其的立体显示装置，且特别是有关于一种利用水平电场来形成液晶透镜的液晶组成与包含其的立体显示装置。

背景技术

习知应用液晶透镜来达成立体显示的立体显示器，主要是在夹着液晶层的两片基板上分别设置正负电极。然后，藉由改变驱动电压的大小，在两片基板间形成具有强度不一的垂直电场，以驱动液晶分子排列而形成可以变焦的液晶透镜。

发明内容

在此，本发明的目的在于提供一种液晶透镜的液晶组成与包含其的立体显示器，该液晶组成形成新的液晶透镜结构，其是利用水平电场来让光学等向性的液晶形成液晶透镜，并可将其应用于立体显示器上。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：首先，提供一种用以形成液晶透镜的液晶组成，此液晶组成包含100重量份的一主体液晶、50~80重量份的一第一光学修饰剂、5~20重量份的一第二光学修饰剂与5~50重量份的一介电常数修饰剂。

上述的主体液晶，其化学结构如化学式（Ⅰ）所示，其中R为直链C_nH_2n+1且n=3~9，X为刚硬连结基以让相邻苯环无法自由互相旋转，Y为CN或F。上述的刚硬连结基X可为-C=C-、-C≡C-或-N=N-官能基。

上述的第一光学修饰剂，其化学结构如化学式（Ⅱ）所示。

上述的第二光学修饰剂，其化学结构如化学式（Ⅲ）所示。

上述的介电常数修饰剂，其化学结构如化学式（Ⅳ）所示，其中A为F或CN，B为F或H。

其次，依据一实施方式，提供一种立体显示器，此立体显示器包含第一基板、至少一正电极、至少一负电极、液晶层与第二基板。上述的正电极与负电极位于第一基板的内侧表面上，并且两者间隔一间距，以形成横跨该间距的一水平电场。液晶层的液晶组成如上述，且配置于第一基板与第二基板之间。

依据另一实施方式，提供另一种立体显示器，此立体显示器包含第一基板、负电极层、介电层、多个正电极、液晶层与第二基板。上述的负电极层与介电层依序配置于第一基板的内侧表面上，而上述的正电极配置于介电层上。这些正电极彼此间隔一间距，以让正电极与负电极层间形成横跨该些间距的复数个水平电场。液晶层的液晶组成如上述，且配置于第一基板与第二基板之间。

上述发明内容旨在提供本揭示内容的简化摘要，以使阅读者对本揭示内容具备基本的理解。此发明内容并非本揭示内容的完整概述，且其用意并非在指出本发明实施例的重要/关键组件或界定本发明的范围。在参阅下文实施方式后，本发明所属技术领域中具有通常知识者当可轻易了解本发明的基本精神及其它发明目的，以及本发明所采用的技术手段与实施态样。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

附图说明

图1是绘示依照本发明一实施方式的一种立体显示器的结构剖面示意图。

图2是绘示依照本发明另一实施方式的一种立体显示器的结构剖面示意图。

【主要组件符号说明】

100、200：立体显示器

110、210：第一基板

120、220：负电极

130、230：正电极

140、240：第二基板

150、250：液晶层

150a、150b、250a、250b：液晶分子团

160、260：水平电场

225：介电层

d1、d2：间距。

具体实施方式

依据上述，提供一种用以形成液晶透镜的液晶组成以及利用此液晶组成的立体显示器。此液晶组成能藉由调整驱动电压大小，让液晶透镜变焦。此液晶组成也可藉由驱动电压的开关，而让立体显示器显示平面或立体的影像。在下面的叙述中，将会介绍上述的液晶组成的例示组成及立体显示器的例示结构。

为了容易了解所述实施例，下面将会提供不少技术细节。当然，并不是所有的实施例皆需要这些技术细节。同时，一些广为人知的结构或组件，仅会以示意的方式在图式中绘出，以适当地简化图式内容。

液晶组成：依据一实施方式，提供一种用以形成液晶透镜的液晶组成，此液晶组成包含100重量份的一主体液晶、50~80重量份的一第一光学修饰剂、5~20重量份的一第二光学修饰剂与5~50重量份的一介电常数修饰剂。

上述主体液晶的化学结构如化学式（Ⅰ）所示，属于向列型(nematic)液晶。其中R为直链C_nH_2n+1且n=3~9，X为刚硬连结基以让相邻苯环无法自由互相旋转，Y为CN或F。上述的刚硬连结基X可为-C=C-、-C≡C-或-N=N-官能基。

一般而言，向列型液晶为长型棒状分子，因此具有一分子长轴与一分子短轴。在进行液晶分子排列时，分子长轴方向可保持平行，但是分子短轴方向则为任易排列。由于其只具有一维的排列规则性，因此为所有液晶类别中分子间作用力最小也最容易流动者。一般来说，向列型液晶分子的核心结构通常至少具有芳香环-连结基-芳香环的化学结构。若所连接的芳香环数目越多，则其双折射率(Δn = n_∥- n_⊥)越大。

上述第一光学修饰剂，其化学结构如化学式（Ⅱ）所示。第一光学修饰剂为具有光学活性的掌性(chiral)分子，可为默克(Merck)公司所供应的R811或S811分子。

通常将掌性分子溶解于向列型液晶中后，会让此混合物的分子排列方式与胆固醇液晶的分子排列方式相同。但是，由于第一光学修饰剂在常温下为固态，因此取一定量溶解于上述主体液晶之后，可能会让所得混合物的黏度太大，不适于应用在液晶显示器上。因此，需再加入液态的第二光学修饰剂。

液态的第二光学修饰剂的化学结构如化学式（Ⅲ）所示，其商品名为CB15。由化学式（Ⅲ）可知，第二光学修饰剂亦为具有光学活性的掌性分子。随着第二光学修饰剂添加量的增加，液晶混合物的分子排列方式会从胆固醇液晶的排列方式，逐渐变成双螺旋的分子排列方式，最后变成球状的排列方式。在此同时，也减少液晶混合物的黏度。而当液晶混合物的分子排列方式变成球状时，表示所得的液晶混合物已经从具有光学双折射性转变成光学等向性(isotropic)了，也就是双折射率为零。

然而，要改变等向性液晶的分子排列方式与一般其它液晶不同。一般的液晶会随着电场方向不同而改变其分子排列方向，进而形成液晶透镜。等向性液晶则不会随着电场方向不同而改变其分子排列方向，而是受到外加电场的影响后，改变其沿着电场方向的折射率，因此由光学等向性变成为光学双折射性，此称为柯尔效应(Kerr Effect)。衡量柯尔效应大小的参数为柯尔常数(Kerr constant)，一般要改变等向性液晶的柯尔常数，常需要很大的驱动电压，因此需要添加介电常数修饰剂，增加液晶组成的整体介电常数，以有效地降低所需驱动电压。

上述介电常数修饰剂的化学结构如化学式（Ⅳ）所示，其中A为F或CN，B为F或H。在液晶组成中加入介电常数修饰剂之后，可增加液晶组成的整体介电常数，以有效地减少形成液晶透镜所需的驱动电压。

例如，当A为CN且B为F时，介电常数修饰剂的介电常数约为69。例如，当所获得的液晶透镜的焦距相同时，没有添加介电常数修饰剂所需的驱动电压为60~70 V，添加了10重量份的介电常数修饰剂所需的驱动电压为30~40 V。

立体显示器：接下来，请参照图1，其是绘示依照本发明一实施方式的一种立体显示器的结构剖面示意图。在图1中，立体显示器100具有第一基板110、至少一正电极130、至少一负电极120、液晶层150与第二基板140。

负电极120与正电极130皆设置于第一基板110的内侧表面，且负电极120与正电极130间具有一间距d1。当通上电后，负电极120与正电极130间会形成横跨此间距d1的水平电场160。液晶层150则位于第一基板110与第二基板140之间，而第二基板140上不再设置其它电极。

于负电极120与正电极130生成的水平电场160的强度分布是呈拋物线分布，也就是越靠近负电极120或正电极130处的电场强度越大，而位于负电极120与正电极130之间正中央处的电场强度最小。因此位于负电极120与正电极130之间的原以球状排列的液晶分子团150b，因所处位置不同而会受到大小不同的电场挤压，而形成胖瘦不一的棒状排列的液晶分子团150b，使液晶分子团150b的柯尔常数产生渐进式的变化。因此，液晶分子团150b也开始产生双折射率的变化，而形成液晶透镜。但是，位于负电极120或正电极130上方的液晶分子团150a则因为没有水平电场160的作用，因此始终保持球状排列的型态。

因此，当负电极120与正电极130通电时，则可制造出水平电场，让光学等向性的液晶层150转变成液晶透镜，让立体显示器100显示裸眼可视的三维立体画面。当负电极120与正电极130断电时，液晶层150又恢复为光学等向性，此时立体显示器则显示二维平面画面。

除此之外，还可以藉由控制施加在负电极120与正电极130上电压的大小，来控制水平电场的曲率大小，而得以控制液晶透镜的焦距长短。因此，可藉由对不同正负电极对施加不同电压，来达到改变三维立体显示画面视角数目与分辨率的目的。一般来说，三维立体显示画面的视角数目越少，则分辨率越大。反之，三维立体显示画面的视角数目越多，则分辨率越小。

请参照图2，其是绘示依照本发明另一实施方式的一种立体显示器的结构剖面示意图。在图2中，立体显示器200包含第一基板210、负电极层220、介电层225、多个正电极230、液晶层250与第二基板240。上述的负电极层220与介电层225依序配置于第一基板210的内侧表面上，而上述的正电极230配置于介电层225上。这些正电极230彼此间隔一间距d2，当通电后，可让正电极230与负电极220层间形成横跨这些间距d2的水平电场260。液晶层250的组成如上述，且配置于第一基板210与第二基板240之间，而第二基板240上不再设置其它电极。

在图2中，由于也产生类似图1的水平电场260，因此不再赘述后续的水平电场260与液晶分子团250b之间的作用以及对三维立体显示画面的影响。

根据上述的实施方式可知，在所提供的具有光学等向性的液晶组成以及可产生水平电场的立体显示器的合作下，不仅可以让显示画面在二维平面与三维立体之间切换，还可以自由改变液晶透镜的焦距，以自由改变三维立体显示画面的视角数目与分辨率。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (5)

1.一种用以形成液晶透镜的液晶组成，其特征在于，该液晶组成包含：

一主体液晶，其化学结构如化学式（Ⅰ）所示，

其中R为直链C_nH_2n+1且n=3~9，X为刚硬连结基以让相邻苯环无法自由互相旋转，Y为CN或F，该主体液晶的含量为100重量份；

一第一光学修饰剂，其化学结构如化学式（Ⅱ）所示，

该第一光学修饰剂的含量为50~80重量份；

一第二光学修饰剂，其化学结构如化学式（Ⅲ）所示，

该第二光学修饰剂的含量为5~20重量份；以及

一介电常数修饰剂，其化学结构如化学式（Ⅳ）所示，

其中A为F或CN，B为F或H，该介电常数修饰剂的含量为5~50重量份。

2.如权利要求1所述的液晶组成，其特征在于，该主体液晶的刚硬连结基X为-C=C-、-C≡C-或-N=N-官能基。

3.如权利要求1所述的液晶组成，其特征在于，该化学式（IV）中的A为CN，B为F。

4.一种立体显示器，其特征在于，包含：

一第一基板，具有一表面；

至少一正电极，位于该第一基板的该表面上；

至少一负电极，位于该第一基板的该表面上，并与该正电极间隔一间距，以在该正电极与该负电极之间形成横跨该间距的一水平电场；

一液晶层，配置于该第一基板的该表面上，该液晶层的液晶组成如权利要求1、2或3所述；以及

一第二基板，配置于该液晶层上，该第二基板没有配置任何电极。

5.一种立体显示器，其特征在于，包含：

一第一基板；

一负电极层，配置于该第一基板之上

一介电层，配置于该负电极层之上；

复数个正电极，以一间距配置于该介电层之上，以让该些正电极与该负电极层之间形成横跨该些间距的复数个水平电场；

一液晶层，配置于该些正电极之上，该液晶层的液晶组成如权利要求1、2或3所述；以及

一第二基板，配置于该液晶层上，该第二基板没有配置任何电极。

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