KR100433333B1 - 액정조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 1 내지 10,000ppm의 크라운 에테르를 함유하는 것을 특징으로 하는, 1×10¹¹Ω㎝ 이상의 저항력을 나타내는 네마틱 액정 조성물 및 상기 조성물에 의해 액정 디스플레이 장치의 정전기적 양상을 개선시키는 방법에 관한 것이다.

Description

액정 조성물{LIQUID CRYSTAL COMPOSITION}

높은 저항력을 갖는 액정을 함유하는 액정 디스플레이 장치(LCD)는 다음과 같은 문제점을 나타낸다:

·LCD의 제작 공정에서 정전기는, 예를 들면 보호막이 편광자로부터 박리될 경우, 장치내에 전계(electric field)를 형성한다. 이러한 전계는 액정 화합물 및 장치를 "ON 상태"가 되도록 배열시킨다. 따라서, 디스플레이의 제작은 전기가 방전될 때까지 중단되어야 한다.

·LCD가 세척을 위해 천과 접촉되거나 천으로 문질러질 경우, 동일한 정전기적 효과에 의해 LCD는 "ON 상태"가 될 수 있다.

본 발명의 목적은 상기 단점의 해결책, 즉 액정의 저항력에 역효과를 주지않으면서 LCD의 방전 시간을 감소시키는 방법을 찾아내는 것이다.

일본 공개 특허 출원 제 4-028-788호는 액정을 크립탄드(cryptand)로 도핑하여 이의 비저항력(specific resistivity)을 감소시킴으로써 LCD의 정전기적 양상(electrostatic behavior)을 개선시키는 것을 제안한다.

크라운 에테르를 액정에 가하여 LCD중의 나트륨 이온을 감소시키는 방법이 일본 공개 특허 출원 제 5-088-148호에 개시되어 있다.

일본 공개 특허 출원 제 54-106-084호는 크라운 에테르 또는 크립탄드를 액정에 첨가함으로써 멀티플렉스 LCD의 누화(漏話)가 감소될 수 있음을 개시하고 있다.

10,000ppm 이하의 크라운 에테르로 도핑된, 1×10¹¹Ω㎝의 비저항력을 갖는 네마틱 액정 조성물이 LCD의 정전기적 문제점을 감소시키기에 적절하다는 제안은 어디에도 나타나있지 않다.

발명의 요약

따라서, 본 발명의 목적은 1 내지 10,000ppm의 크라운 에테르를 함유하는 것을 특징으로 하는, 1×10¹¹Ω㎝ 이상의 저항력을 나타내는 네마틱 액정 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 추가의 목적은 상기 조성물에 의해 LCD의 정전기적 양상을 개선시키는 것을 돕는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 1 내지 10,000ppm의 크라운 에테르를 함유하는 것을 특징으로 하는, 1×10¹¹Ω㎝ 이상의 저항력(resistivity)을 나타내는 네마틱 액정 조성물에 관한 것이다.

도 1은 실험 A(정전기적 방전 시뮬레이터, 10kV 전압이 적용됨)가 실시된 조성물 A에서 18-크라운-6의 농도의 함수로서의 방전 시간(τ_dc)을 나타낸다.

도 2는 실험 A(정전기적 방전 시뮬레이터, 10kV 전압이 적용됨)가 실시된 조성물 A에서 비저항력의 함수로서의 방전 시간(τ_dc)을 나타낸다.

도 3은 실험 A(정전기적 방전 시뮬레이터, 10kV 전압이 적용됨)가 실시된 조성물 A(-◆-) 및 B(-△-)에서 비저항력의 함수로서의 방전 시간(τ_dc)을 나타낸다.

도 4는 실험 B(10초간 DC 30V의 전압이 적용됨)가 실시된 조성물 A(-◆-) 및 B(-△-)에서 비저항력의 함수로서의 방전 시간(τ_dc)을 나타낸다.

도 5는 실험 C(페이퍼로 문지름)가 실시된 조성물 A(-◆-) 및 B(-△-)에서 비저항력의 함수로서의 방전 시간(τ_dc)을 나타낸다.

본 발명에 따른 네마틱 액정 조성물은 바람직하게 크라운 에테르에 의해 도핑된다. "크라운 에테르"란 표현에는 환식 폴리에테르 및 상응하는 벤조 유도체가 포함된다. 이들은 바람직하게는 하기 화학식 A 또는 B의 환식 화합물, 특히 하기 화학식 Aa 또는 Ba의 화합물이다:

[(CH₂)₂O]_m

[(CH₂)₂O]_m-2

(여기서, m은 4 내지 8의 정수이다)

본 발명에 따른 네마틱 조성물은 매우 높은 값의 비저항을 달성하는 동시에정전기적 전하의 신속한 방전이 수반되고, 이로써 탁월한 LCD가 수득될 수 있다.

본 발명의 조성물의 비저항력은 1×10¹¹Ω㎝보다 크고, 바람직하게는 2×10¹¹내지 1×10¹⁴Ω㎝이다.

방전 시간은 첨가된 크라운 에테르의 양에 따라 달라진다. 일반적으로, 단지 1ppm의 크라운 에테르는 30% 이상으로 방전 시간을 단축시키고, 미도핑된 조성물의 유형에 따라 방전 시간은 1ppm의 크라운 에테르에 의해 50 내지 85% 단축된다. 따라서, 조성물중의 크라운 에테르는 바람직하게는 10,000ppm 미만, 더욱 바람직하게는 1 내지 1,000ppm이다.

원칙적으로, 상기 크라운 에테르를 임의의 종류의 네마틱 조성물에 첨가하는 것이 가능하다. 바람직하게는, 본 발명은 TN 또는 STN 장치를 위한 네마틱 조성물, 특히 높은 역치 전압 TN-LCD 또는 활성 매트릭스 LCD를 위한 네마틱 조성물에 응용된다. 이들 유형의 디스플레이는 둘다 구치(C.H. Gooch) 및 타리(H.A. Tarry)의 문헌[Electron. Lett. 10, 2-4, 1974]에서 제안된 바와 같이 바람직하게 제 1 트랜스미션(transmission) 최소값으로 작동한다.

따라서, 본 발명에 따른 네마틱 조성물의 복굴절(Δn)은 바람직하게 0.11 이하, 특히 0.07 내지 0.105이고, 가장 바람직하게는 0.090 내지 0.102이다.

본 발명의 조성물의 20℃에서의 점성은 바람직하게 25mPa 이하이다. 네마틱 상 범위는 바람직하게 70℃ 이상, 특히 80℃ 이상이고, -20℃ 내지 +70℃ 이상으로 연장된다.

네마틱 조성물은 일반적으로 3종 이상, 바람직하게는 5 내지 20종, 특히 8 내지 15종의 메소제닉(mesogenic) 화합물을 함유한다.

본 발명의 조성물의 유전성 비등방성(Δε)은 일반적으로 +1.5를 넘는다. 바람직하게 Δε는 +3.0 내지 +10.0이다.

본 발명에 따른 조성물의 역치 전압은 바람직하게 3.5V 미만, 특히 3.0V 미만이다. 본 발명에 따른 네마틱 액정 조성물은 바람직하게 1종 이상의 화학식 I의 액정 화합물 및 1종 이상의 화학식 II의 화합물을 함유한다.

상기 식에서,

R¹, R²및 R³은, 각각 독립적으로, 탄소수 12이하의 알킬, 알콕시 또는 알케닐이고,

X는 -CN, F, Cl, -OCF₃또는 -OCF₂H이고,

고리 A, B, C 및 D는 각각 독립적으로, 각각이 임의로 하나 또는 2개의 불소 원자에 의해 치환된 1,4-사이클로헥실렌, 1,4-사이클로헥세닐렌 또는 1,4-페닐렌을 나타내고,

Z¹및 Z²는 각각 독립적으로 -C≡C-, -CH₂CH₂-, -COO- 또는 단일 결합이고,

L¹및 L²는 각각 독립적으로 H 또는 F를 나타내고,

n은 0 또는 1이고,

o는 0, 1 또는 2이다.

특히 바람직한 태양에서, 본 발명에 따른 네마틱 액정 조성물은 화학식 Ia

내지 Ie로부터 선택된 1종 이상의 화합물 및 화학식 IIa 내지 IIe로부터 선택된 1종 이상의 화합물을 함유한다.

상기 식에서,

R¹, R², R³, L¹, L², Z¹및 고리 B와 C는 상기에 제시된 의미를 갖고,

q는 0 또는 1이고,

L³은 H 또는 F이다.

상기 본 발명의 또다른 양태는 정전기적으로 하전된 액정 디스플레이 장치의 방전 시간을 본 발명의 조성물에 의해 개선시키는 방법이다.

본 발명을 일반적으로 기술하였으므로, 특정한 실시예에 의해 보다 자세히 이해될 수 있고, 이러한 예는 단지 예시할 목적으로 제공된 것으로 별도의 한정이 없는한 본 발명을 제한하려는 것은 아니다. 하기 실시예에서, 메조상의 온도 특성은 상응하는 온도(℃)를 제공함으로써 종래의 방식으로 표시된다.

본 발명의 조성물로 충전된 LCD의 방전 시간에 대한 검사는 하기 세가지 상이한 방법을 사용하여 5.7㎛의 셀 갭(cell gap)을 갖는 트위스트 네마틱 셀(twisted nematic cell; TN)에서 수행되었다.

· 실험 A: 정전기적 방전 시뮬레이터에 의해 10kV를 적용함.

· 실험 B: DC 전력 공급에 의해 10초 동안 10V를 적용함.

· 실험 C: 페이퍼로 셀을 문지름으로써 정전기를 발생시킴.

실시예 1 내지 10의 혼합물의 조성은 하기에 상세히 설명되어 있고, 각각의 화합물은 다음과 같다:

머리글자 일반식

실시예 1

네마틱 조성물 A는 하기의 화합물들을 포함하여 배합된다:

상이한 양의 18-크라운-6를 상기 조성물에 첨가한다. 이들의 농도, 방전 시간(τ_dc) 및 비저항력(ρ)은 하기 표 I에 나타나 있다.

실험 A의 크라운 에테르의 농도와 방전 시간과의 관계는 도 1에 나타나 있다. 도 2는 비저항력 및 방전 시간 사이의 관계를 나타낸다. 실험 B의 크라운 에테르의 농도와 방전 시간과의 관계는 도 4에 나타나 있다. 실험 C의 크라운 에테르의 농도와 방전 시간과의 관계는 도 5에 나타나 있다.

실시예 2

네마틱 조성물 B는 하기의 화합물들을 포함하여 배합된다:

상이한 양의 18-크라운-6를 상기 조성물에 첨가한다. 이들의 농도, 방전 시간(τ_dc) 및 비저항력(ρ)은 하기 표 II에 나타나 있다.

실험 A의 크라운 에테르의 농도와 방전 시간과의 관계는 도 3에 나타나 있다. 실험 B의 크라운 에테르의 농도와 방전 시간과의 관계는 도 4에 나타나 있다. 실험 C의 크라운 에테르의 농도와 방전 시간과의 관계는 도 5에 나타나 있다.

실시예 3

네마틱 조성물 C는 하기의 화합물들을 포함하여 배합된다:

상이한 양의 18-크라운-6를 상기 조성물에 첨가한다. 이들의 농도, 방전 시간(τ_dc) 및 비저항력(ρ)은 하기 표 III에 나타나 있다.

Claims (7)

1 내지 1,000ppm의 크라운 에테르, 1종 이상의 화학식 I의 액정 화합물 및 1종 이상의 화학식 II의 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는, 1×10¹¹Ω㎝ 이상의 저항력을 나타내는 네마틱 액정 조성물:

화학식 I

화학식 II

상기 식에서,

R¹, R²및 R³은, 각각 독립적으로, 탄소수 12이하의 알킬, 알콕시 또는 알케닐이고,

X는 -CN, F, Cl, -OCF₃또는 -OCF₂H이고,

고리 A, B, C 및 D는 각각 독립적으로, 각각이 하나 또는 2개의 불소 원자에 의해 치환되거나 치환되지 않은 1,4-사이클로헥실렌, 1,4-사이클로헥세닐렌 또는 1,4-페닐렌을 나타내고,

Z¹및 Z²는 각각 독립적으로 -C≡C-, -CH₂CH₂-, -COO- 또는 단일 결합이고,

L¹및 L²는 각각 독립적으로 H 또는 F이고,

n은 0 또는 1이고,

o는 0, 1 또는 2이다.

제 1 항에 있어서,

크라운 에테르가 하기 화학식 A 또는 화학식 B의 환식 화합물인 것을 특징으로 하는

네마틱 액정 조성물:

화학식 A

[(CH₂)₂O]_m

화학식 B

[(CH₂)₂O]_m-2

(여기서, m은 4 내지 8의 정수이다).

제 2 항에 있어서,

크라운 에테르가 하기 화학식 Aa 또는 화학식 Ba의 화합물인 것을 특징으로 하는 네마틱 액정 조성물:

화학식 Aa

화학식 Ba

제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,

복굴절이 0.110 이하인 것을 특징으로 하는

네마틱 액정 조성물.

제 1 항에 있어서,

하기 화학식 Ia 내지 Ie로부터 선택된 1종 이상의 화합물 및 하기 화학식 IIa 내지 IIe로부터 선택된 1종 이상의 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는

네마틱 액정 조성물:

화학식 Ia

화학식 Ib

화학식 Ic

화학식 Id

화학식 Ie

화학식 IIa

화학식 IIb

화학식 IIc

화학식 IId

화학식 IIe

상기 식에서,

R¹, R², R³, L¹, L², Z¹및 고리 B와 C는 제 1 항에 제시된 의미를 갖고,

q는 0 또는 1이고,

L³은 H 또는 F이다.

제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 따른 조성물을 액정 디스플레이 장치에서 유전체로서 사용하는 것을 특징으로 하는, 상기 액정 디스플레이 장치의 정전기적 양상을 개선시키는 방법.

제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 따른 조성물을 정전기적으로 하전된 액정 디스플레이 장치에서 유전체로서 사용하는 것을 특징으로 하는, 상기 정전기적으로 하전된 액정 디스플레이 장치의 방전 시간을 개선시키는 방법.