[发明专利]液晶组合物及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种液晶组合物，尤其涉及一种向列型液晶组合物。本发明的液晶组合物可用于可变焦液晶透镜（Liquid Crystal lens）等领域。

背景技术

1888年，F.Reinitzer在测定有机化合物熔点时，发现某些化合物在融化后经历一个不透明的浑浊状态，这种浑浊的液体中间相具有和晶体相似的现象，而称为液晶。20世纪70年代由于大规模集成电路和液晶材料的发展，液晶在显示方面的应用有了突破性的进展，利用扭曲向列相液晶的电光效应和集成电路相结合，将其制成了显示器件，实现了液晶材料的产业化，这种液晶材料称为扭曲向列相液晶显示（TN-LCD）材料，其产品主要应用在电子表和计算器上。80年代中期，开发成功超扭曲向列相液晶显示（STN-LCD）材料，其产品主要应用在BP机、移动电话和笔记本电脑上。1993年，在日本掌握了阵列驱动液晶显示TFT-LCD的生产技术后，液晶显示器开始了飞跃式的发展，现在液晶显示技术已成为显示技术的主流，液晶显示正以多姿多彩的形态展示在人们面前，它的许多产品由于其优异的特性使其正成为时尚的追求，以及商场里炙手可热的商品。

相机、手机相机、3D立体影像显示、相位调制器等装置，常利用变焦镜头将影像放大或缩小来成像。传统变焦镜头设有多个镜群（lens group），通过镜群之间沿光轴方向移动，以改变彼此之间的间距，从而使整体焦距改变，但不影响成像距离。然而此种镜头需要较长的镜群移动距离，导致这种调焦的机械装置体积大、调节缓慢、调焦范围有限、价格昂贵、装置驱动消耗能量大且容易损坏等。

为寻找替代机械调焦的方法，并且能够大范围地改变焦距，现有技术公开了一种利用电场来控制焦距的液晶变焦透镜（Liquid Crystal lens），通过在带圆孔的电极上施加电压形成特殊的电场，使电场中的液晶分子发生偏转，从而对光起到分散或是会聚的作用。其实际为一种模拟光学元件，通过在电极之间施加不同的电压能够方便地实现我们想要的特定的光学透镜特性。

另现有技术还公开了一种利用电场来形成透镜的柱状液晶透镜光栅，实现3D立体显示，通过在透明玻璃基板上蚀刻出条状透明ITO电极，然后在该电极上施加不同的电压形成电场，使电场中的液晶分子发生偏转，从而改变入射光的方向，同时通过电压的变化及电极数量的变化来改变柱状液晶透镜光栅的焦距和栅距等。

为实现柱状液晶透镜光栅较传统的柱状物理光栅的优越性，需柱状液晶透镜光栅能够在60Hz、120Hz或更高频率下能自由地切换，对此，则需要一种具有高速响应性能的液晶组合物。

和柱状液晶透镜光栅的响应性能相关的、液晶组合物的各变量之间有如下关系：

关系式一：

T_on=(γ1d²/k₁₁π²)/[(V/Vth)²-1]

关系式二：

T_off＝γ1d²/k₁₁π²

其中，γ₁是旋转粘度，d是液晶层厚度，K₁₁是展曲弹性常数，V是驱动电压，Vth是阈值电压。

从上述关系式可以看出，通过降低液晶组合物的旋转粘度或提高其展曲弹性常数，或降低液晶层厚度，可以缩短其响应时间。然而，如果降低旋转粘度以改善响应时间，则液晶的弹性常数和相变温度也将随之下降，并且，如果弹性常数增加，则阈值电压和旋转粘度将趋于增大。同时，若降低液晶层厚度，则液晶组合物的双折射率要增大，这同样会导致旋转粘度增大。因此，为改善响应时间，这三个影响因素间的平衡关系必须减少到最小。

如3D立体显示用柱状液晶透镜，依据透镜用计算公式f＝r²/(2Δnd)，r代表1/2该透镜栅距，Δn代表液晶的双折射率，d代表液晶盒的盒厚，具体一点得出需要双折射率（Δn）大于0.25以上，同时需要更小的粘弹系数比，更宽的相变温度范围。