KR100655202B1

KR100655202B1 - 액정표시소자

Info

Publication number: KR100655202B1
Application number: KR1020010044803A
Authority: KR
Inventors: 스도고; 가와카미쇼타로; 다카츠하루요시; 오니시히로유키; 가토나오에
Original assignee: 다이닛뽄 잉크 앤드 케미칼즈, 인코포레이티드
Priority date: 2000-07-25
Filing date: 2001-07-25
Publication date: 2006-12-08
Also published as: EP1176185A1; DE60101983T2; JP4872147B2; CA2353760C; HK1041019A1; EP1176185B1; US6620467B2; JP2002038155A; DE60101983D1; CA2353760A1; SG95668A1; CN1336413A; US20020033929A1; TWI288776B; KR20020009501A; HK1041019B

Abstract

원하는 문턱값 전압이나 시분할 구동(Duty)에 대하여 액정의 여러 특성을 악화시키지 않고, 문턱값 전압의 온도 의존성을 개선하여, 보다 넓은 온도범위에서 안정한 높은 콘트라스트를 갖고, 실온 및 저온역에서의 응답속도를 개선한 표시용량이 크고 동화(動畵) 및 컬러 등에 대응한 STN 액정표시소자를 제공한다.

한 쌍의 기판에 액정을 삽입유지한 구조를 갖고, 적어도 배향 제어층, 투명 전극 및 편광판을 구비한 액정표시소자에 있어서, 액정 중에 일반식(Ⅰ) 및 일반식(Ⅱ)

중에서 선택되는 화합물을 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자를 제공한다.

Description

액정표시소자 {A liquid crystal display}

도 1은 본 발명의 전기광학소자의 구조의 일례를 도시한다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 편광판 2: 기판

3: 투명전극 또는 액티브 소자를 수반하는 투명전극

4: 배향막 5: 액정

본 발명은 특히 문턱값 전압의 온도 의존성을 개선하여, 보다 넓은 온도범위에서 안정한 높은 콘트라스트를 갖고, 실온 및 저온역에서의 응답속도가 개선된 액정표시소자에 관한 것이다.

액정표시소자(LCD)가 급속한 용도 확대에 따라, 실내에서 사용되는 것 뿐만 아니라, 컴퓨터의 휴대 단말 디스플레이, 차재용 계기, 옥외 사용 계측기의 디스플레이와 같이, 온도 조건이 가혹한 옥외에서 사용되는 것이 증가하여 왔다. LCD가 설치되는 환경의 온도변화에 의한 표시 콘트라스트의 저하가 문제로 되고 있다. 이러한 주위의 온도변화에 의한 LCD 표시 품위 저하의 원인은 문턱값 전압(Vth)의 온 도 의존성에 기인하는 것이 크다. 문턱값 전압(Vth)의 온도변화의 원인으로는 네마틱 액정의 탄성 정수ㆍ유전율 등의 온도변화와 첨가한 키랄 물질의 고유 피치의 온도변화가 고려된다. 키랄 물질의 고유 피치의 온도변화를 제어함으로써, 문턱값 전압의 온도 의존성을 개선하는 제안은 이미 행해지고 있다(특개소 55-38869호 공보). 그러나, 구성되는 액정 조성물에 대한 모체 액정과 키랄 물질의 조합에 의해, 그 효과가 변화하는 것이나, 키랄 양을 늘림으로써, 리스폰스 등의 표시특성에 악영향을 미치는 것이 문제로 되어 있었다. 또한, 액정 중에 포함되는 이온성 물질의 역동도(易動度)의 온도변화에 의해 전류값이 증가하기 때문에, 액정에 걸린 실효값 전압이 이온에 의해 소비되어, 콘트라스트가 저하하는 현상이 일어나기 때문에, 전류값의 억제가 콘트라스트의 개선에는 중요한 인자가 된다.

최근, STN-LCD(초진동 네마틱 액정표시장치)에서의 응답특성을 개선할 목적으로 액티브ㆍ어드레싱 구동방식이 제안되어 있다(Proc.12th International Display Research Conference p.503 1992년). 또한, 휴대용 단말 표시(Personal Digital Assistance)에서는 보다 넓은 온도역에서 양호한 표시특성이 요구되고 있다. 이러한 액정 재료로서 점성이 낮고, 구동전압이 낮으며, 게다가 넓은 온도범위에 대하여 일정값을 유지하는 것이 요구되고 있고, 이것에 대하여, 예컨대, 특개평 3-38572호 공보, 미국 특허 제5,030,382호, 특개 2000-336364호 공보, 특개평 10-330754호 공보, 특개평 11-106752호 공보 등의 개선방법이 제안되어 있다. 그러나, 원하는 문턱값 전압이나 시분할에 대하여, 응답 속도나 콘트라스트 등은 아직 충분하다고 말할 수 없고, 현재도 새로운 액정표시소자의 제안이 요청되고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 구동전압의 온도 의존성을 개선하여, 콘트라스트(급준성)이 높고, 리스폰스도 빠르고, 현재의 액정표시소자가 갖는 문제점을 경감한 액정표시소자를 제공하는 것에 있다. 구체적으로는 원하는 문턱값 전압이나 시분할 구동(Duty)에 대하여 액정의 여러 특성을 악화시키지 않고, 문턱값 전압의 온도 의존성을 개선하여, 보다 넓은 온도범위에서 안정한 높은 콘트라스트를 갖고, 실온 및 저온역에서의 응답속도를 개선하는 것에 있다. 또한, 예컨대, 1/32∼1/480 Duty, 보다 바람직하게는 1/64∼1/240 Duty의 차세대 휴대 전화 등에 요구되고 있는 표시용량의 증대나 동화 대응 컬러 등의 높은 특성을 갖는 액정표시소자 (STN-LCD)를 제공하는 것에 있다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해, 각종 액정 조성물로 구성되는 액정표시소자를 검토한 결과, 이하의 액정표시소자를 알아냈다.

배향 제어층 및 투명 전극을 갖는 한 쌍의 기판에 액정을 삽입유지한 구조를 갖고, 적어도 한 쪽의 기판에 편광판을 구비한 트위스트각이 180°∼270°인 액정표시소자에 있어서, 구성하는 액정이 일반식(Ⅰ)

(식 중, R¹은 탄소 원자수 1∼16의 알킬기 또는 알콕시기, 탄소 원자수 2∼l6의 알케닐기 또는 알콕시알킬기, 탄소 원자수 3∼l6의 알케닐옥시기를 나타낸다.) 중에서 선택되는 화합물을 1종 또는 2종 이상을 함유하고, 또한 일반식(Ⅱ)

(식 중, R², R³는 각각 독립적으로 플루오르 치환되거나 치환되지 않은 탄소 원자수 1∼16의 알킬기 또는 알콕시기, 탄소 원자수 2∼16의 알케닐기를 나타낸다.) 중에서 선택되는 화합물을 1종 또는 2종 이상을 함유하며, 또한 네마틱상-등방성 액체상 전이온도가 75℃ 이상 150℃ 이하이고, 굴절률 이방성(Δn)이 0.07 이상 0.25 이하인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.

액정으로서 일반식(I)의 화합물을 사용한 액정 디스플레이는 구동 전압은 낮지만, 액정의 점도 상승에 따른 응답속도 저하의 문제를 갖는다. 한편, 액정으로서 일반식(Ⅱ)의 화합물을 사용한 액정 디스플레이는 응답속도의 개선에는 유효하지만, 액정의 유전율 이방성이 작고 구동전압이 높은 점이 문제이었다. 이러한 상황하에, 본 발명은 액정으로서 일반식(I)의 화합물 및 일반식(Ⅱ)의 각각의 화합물 중에서 1종 또는 2종 이상 선택되는 화합물을 사용한 액정 디스플레이가 상호의 결점을 보완하고, 또한 우수한 구동전압의 온도 의존성, 우수한 저온역에서의 응답속도를 갖는 것을 알아냈다.

본 발명의 액정 디스플레이의 대표예로서 도 1의 구성을 나타낸다. 여기서 사용되는 액정으로서 일반식(I) 중에서 선택되는 화합물을 1종 또는 2종 이상을 함유하지만, 1종∼4종의 범위로 함유하는 것이 바람직하고, 1종∼2종의 범위로 함유 하는 것이 특히 바람직하다. 또한, 식 중 R¹은 탄소 원자수 1∼16의 알킬기 또는 알콕시기, 탄소 원자수 2∼16의 알케닐기 또는 알콕시알킬기, 탄소 원자수 3∼16의 알케닐옥시기를 나타내지만, 탄소 원자수 1∼16의 알킬기, 탄소 원자수 2∼16의 알케닐기가 바람직하고, 탄소 원자수 1∼8의 알킬기, 탄소 원자수 2∼8의 알케닐기가 보다 바람직하고, 탄소 원자수 1∼5의 알킬기 또는 식(a)∼(e)의 알케닐기가 바람직하고, 식(a), (b)가 특히 바람직하다.

일반식(I) 중에서 선택되는 화합물의 함유량은 2질량%∼20질량%가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 2질량%∼10질량%이다. 더욱 구체적으로는, 콘트라스트를 중시하는 경우에는 일반식(I) 중에서 선택되는 화합물의 함유량은 2질량%∼8질량%가 바람직하고, 저전압 또는 응답속도를 중시하는 경우에는, 일반식(I) 중에서 선택되는 화합물의 함유량은 8질량%∼20질량%가 바람직하다.

일반식(Ⅱ) 중에서 선택되는 화합물을 1종 또는 2종 이상을 함유하지만, 식(Ⅱ-a)∼(Ⅱ-h) 중에서 선택되는 화합물을 적어도 1종 포함하는 것이 바람직하고, 식(Ⅱ-c) 및/또는 (Ⅱ-d)를 함유하는 것이 특히 바람직하다.

일반식(Ⅱ) 중에서 선택되는 화합물의 함유량은 5질량%∼30질량%가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 10질량%∼20질량%이다. 더욱 구체적으로는, 응답속도를 중시하는 경우에는, 일반식(Ⅱ) 중에서 선택되는 화합물을 적어도 10질량% 이상 함유하는 것이 바람직하다.

본 발명의 액정 디스플레이를 구성하는 액정 조성물은 네마틱상-등방성 액체상 전이온도가 75℃ 이상 150℃ 이하인 것을 특징으로 하지만, 80℃ 이상 120℃ 이하가 바람직하고, 85℃ 이상 110℃ 이하가 특히 바람직하다. 더욱 구체적으로는, 응답속도를 중시하는 경우에는, 네마틱상-등방성 액체상 전이온도가 75℃ 이상 95℃ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 고온역에서의 Vth의 온도 의존성을 중시하는 경우에는, 네마틱상-등방성 액체상 전이온도가 95℃ 이상 120℃ 이하인 것이 바람직하다.

일반식(I) 중에서 선택되는 화합물 중에서 선택되는 화합물을 1종 또는 2종 이상을 함유하고, 일반식(Ⅱ) 중에서 선택되는 화합물을 1종 또는 2종 이상을 함유하는 액정 조성물을 사용한 슈퍼트위스티드(supertwisted) 네마틱(STN) 액정표시소자는 표시특성에 대하여 특히 중요한 하기 파라미터에 대해서 놀라운 개선이 보여졌다.

(i) dV/dT(Vth의 온도 의존성) ≤7mV/℃ (온도범위 -20℃∼50℃)

단, dV/dT=｜Vth(50℃)- Vth(-20℃))/(50℃-(-20℃))｜

이 파라미터는 본 발명에 의거하지 않는 종래의 액정 조성물을 사용한 액정표시소자로는 슈퍼트위스티드 네마틱(STN) 액정표시소자에서는 이 값은 10을 초과하고, 주위의 온도변화에 의해 액정의 콘트라스트가 크게 변화하는 불량을 피하는 것이 어려웠다.

또한, (ⅱ) τ^25℃ ≤ 200msec (25℃에서의 응답속도)를 얻는데 바람직하다는 것을 알아냈다. 이것에 의해, 저온에서의 표시특성이나 고온에서의 콘트라스트의 저하를 개선할 수 있고, 예컨대, 1/32∼1/480Duty, 보다 바람직하게는 1/64∼1/240 Duty의 차세대 휴대전화 등에 요구되고 있는 표시용량의 증대나 동화 대응 컬러 등의 높은 특성을 갖는 액정표시소자(STN-LCD)를 얻을 수 있었다.

또한, Δn은 0.07∼0.25의 범위인 것을 특징으로 하지만, 0.08∼0.20이 보다 바람직하고, 0.12∼0.18이 특히 바람직하다. 더욱 구체적으로는, 표시소자의 응답속도를 중시하는 경우, 구성하는 액정 조성물의 Δn이 0.15∼0.20의 범위인 것이 바람직하다.

그 밖에 동시에 사용하는 것이 바람직한 액정 화합물로서 일반식(Ⅲ) 중에서 선택되는 화합물인 일반식(Ⅲ-a)∼(Ⅲ-o)으로 나타내는 화합물군 중에서 선택되는 화합물을 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것이 더욱 리스폰스 개선의 관점에서 바람직하지만, 그 사용은 3종∼20종이 바람직하고, 5종∼l5종이 특히 바람직하다. 단,일반식(Ⅲ-a)∼(Ⅲ-o) 중, R⁷, R⁸은 R⁴, R⁵와 동일한 의미를 나타낸다.

일반식(Ⅲ) 중에서 선택되는 화합물의 함유율은 5질량%∼85질량%이지만, 30질량%∼80질량%가 바람직하고, 40질량%∼70질량%가 더욱 바람직하다.

일반식(Ⅲ)으로 나타내는 화합물의 R⁴, R⁵는 각각 독립적으로 플루오르 치환되거나 치환되지 않은 탄소 원자수 1∼16의 알킬기 또는 알콕시기, 탄소 원자수 2∼16의 알케닐기 또는 알콕시알킬기, 탄소 원자수 3∼16의 알케닐옥시기를 나타내 지만, 탄소 원자수 1∼16의 알킬기, 탄소 원자수 2∼16의 알케닐기가 바람직하고, 탄소 원자수 1∼8의 알킬기, 탄소 원자수 2∼8의 알케닐기가 보다 바람직하고, 탄소 원자수 1∼5의 알킬기 또는 식(a)∼(e)의 알케닐기가 특히 바람직하다.

일반식(Ⅲ)으로 나타내는 화합물의 환 A, 환 B 및 환 C는 독립적으로 1,4-페닐렌기, 2 또는 3-플루오로-1,4-페닐렌, 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌, 3,5-디플루오로-1,4-페닐렌, 2,6-디플루오로-1,4-페닐렌, 2-메틸-1,4-페닐렌기, 3-메틸-1,4-페닐렌기, 나프탈렌-2,6-디일기, 페난트렌-2,7-디일기, 플루오렌-2,7-디일기, 트란스-1,4-시클로헥실렌기, 1,2,3,4-테트라히드로나프탈렌-2,6-디일기, 데카히드로나프탈렌-2,6-디일기, 트란스-1,3-디옥산-2,5-디일기, 피리딘-2,5-디일기, 피리미딘-2,5-디일기, 피라진-2,5-디일기 또는 피리다진-2,5-디일기를 나타내고, 이들 환은 F, Cl, CH₃로 1개 또는 2개 치환될 수도 있지만, 1,4-페닐렌기, 트란스-1,4-시클로헥실렌기가 바람직하고, 환 A, B에서는 트란스-1,4-시클로헥실렌기가 보다 바람직하고, 환 C에 있어서는 4-페닐렌기가 보다 바람직하다. l은 0, 1 또는 2을 나타내지만, 0 또는 1이 바람직하다. Z¹, Z²는 각각 독립적으로 단결합, -CH₂CH ₂-, -(CH₂)₄-, -OCH₂-, -CH₂O-, -COO-, -OCO-, -CH=CH- 또는 -C ≡C-를 나타내지만, 단결합 또는 -CH₂CH₂-가 바람직하고, 단결합이 더욱 바람직하다.

일반식(Ⅳ)의 화합물로서, 일반식(Ⅳ-a)∼(Ⅳ-o)으로 나타내는 화합물군 중 에서 선택되는 화합물을 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것이 바람직하지만, 3종∼20종이 바람직하고, 5종∼15종이 특히 바람직하다. 단, 일반식(Ⅳ-a)∼(Ⅳ-j) 중의 R⁹는 R⁶과 동일한 의미를 나타낸다.

일반식(Ⅳ)으로 나타내는 화합물의 R⁶은 플루오르 치환되거나 치환되지 않은 탄소 원자수 1∼16의 알킬기 또는 알콕시기, 탄소 원자수 2∼16의 알케닐기 또는 알콕시알킬기, 탄소 원자수 3∼16의 알케닐옥시기를 나타내지만, 탄소 원자수 1∼l6의 알킬기, 탄소 원자수 2∼16의 알케닐기가 바람직하고, 탄소 원자수 1∼8의 알킬기, 탄소 원자수 2∼8의 알케닐기가 보다 바람직하고, 탄소 원자수 1∼5의 알킬기 또는 식(a)∼(e)의 알케닐기가 특히 바람직하다.

일반식(Ⅳ)으로 나타내는 화합물의 함유율은 5질량%∼60질량%이지만, 5질량%∼50질량%가 바람직하고, 10질량%∼30질량%가 더욱 바람직하다.

일반식(Ⅲ)으로 나타내는 화합물과 일반식(Ⅳ)으로 나타내는 화합물의 조합에 관해서는, 응답속도를 더욱 중시하여 액정 조성물의 점도를 내리는 경우에는, (Ⅲ-a), (Ⅲ-d), (Ⅲ-e), (Ⅲ-f), (Ⅲ-i), (Ⅳ-b) 또는 (Ⅳ-c) 중에서 선택되는 화합물을 적어도 1개 함유하는 것이 바람직하고, 응답속도를 더욱 중시하여 액정 조성물의 Δn을 크게 하는 경우에는 (Ⅲ-i), (Ⅲ-j), (Ⅲ-k), (Ⅲ-l), (Ⅲ-m), (Ⅲ-n) 또는 (Ⅲ-o) 중에서 선택되는 화합물을 적어도 1개 함유하는 것이 바람직하고, 콘트라스트를 더욱 중시한 경우에는, (Ⅲ-c), (Ⅲ-e), (Ⅲ-f), (Ⅳ-a), (Ⅳ-b) 또는 (Ⅳ-c) 중에서 선택되는 화합물을 적어도 1개 함유하는 것이 바람직하고, 문턱값 전압의 온도 의존성의 개선을 더욱 중시하는 경우에는, (Ⅳ-b), (Ⅳ-c), (Ⅳ-i) 또는 (Ⅳ-j) 중에서 선택되는 화합물을 적어도 1개 함유하는 것이 바람직하다.

이들 일반식(Ⅲ)으로 나타내는 화합물과 일반식(Ⅳ)으로 나타내는 화합물의 조합을 최적화하여, 일반식(Ⅰ)으로 나타내는 화합물과 일반식(Ⅱ)으로 나타내는 화합물을 함유한 액정 조성물로 구성되는 액정 디스플레이는 원하는 문턱값 전압이나 시분할 구동(Duty)에 대하여 액정의 여러가지 특성을 악화시키지 않고, 문턱값 전압의 온도 의존성을 개선하여, 보다 넓은 온도범위에서 안정한 높은 콘트라스트(우수한 급준성)을 갖고, 실온 및 저온역에서의 응답속도가 우수하다.

또한, 자외선 조사(sun test) 16시간 조사후의 전류값(Ir)이 0.3㎂/㎠ 이하로 되고, 내UV성이 대단히 우수하다. 이 때문에, 고 신뢰성, 고 콘트라스트의 액정표시를 제공할 수 있다.

본 발명의 액정 디스플레이를 구성하는 액정 조성물은 하기 조건 (ⅲ)∼(ⅴ) 중 적어도 1개 또는 2개 이상을 만족시키는 것이 바람직한 형태이다. 단, (ⅲ)∼(ⅴ)는 20℃에서의 측정값을 나타낸다.

(ⅲ) 4 ≤Δε≤60

(ⅳ) 1.1 ≤ k33/k11 ≤ 3.0

(ⅴ) 10mPaㆍs ≤ 점도 ≤ 80mPaㆍs

조건(ⅲ)의 유전율 이방성은 1 이상이어도 되지만, 4 ≤Δε≤60의 범위가 바람직하고, 문턱값 전압이 1.8V∼2.9V인 경우는 4 ≤Δε≤10의 범위가 보다 바람직하며, 문턱값 전압이 1.5V∼1.9V인 경우는 5 ≤Δε≤15의 범위가 보다 바람직하고, 문턱값 전압이 1.2V∼1.6V인 경우는 12 ≤Δε≤30의 범위가 보다 바람직하고, 문턱값 전압이 0.8V∼1.3V인 경우는 12 ≤Δε≤40의 범위가 보다 바람직하다. 또한, 고속 응답을 중시하는 경우에는, 4 ≤Δε≤13의 범위가 바람직하다. 조건(ⅳ)의 탄성 정수비(k33/k11)는 1.1∼3.0의 범위가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1.2∼2.8의 범위이고, 특히 바람직하게는 1.3∼2.7의 범위이다. (ⅴ)의 점도는 10mPaㆍs∼80mPaㆍs의 범위가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 10mPaㆍs∼60mPaㆍs의 범 위이고, 특히 바람직하게는 10mPaㆍs∼40mPaㆍs의 범위이다. 단, 고속 응답을 중시하는 경우에는 10mPaㆍs∼2OmPaㆍs의 범위가 특히 바람직하다.

이들 조건은 일반식(Ⅰ)∼(Ⅳ) 중에서 선택되는 화합물을 선택적으로 함유함으로써 얻어지는 것이다. 또한, 이상 상술한 각 조건 (ⅲ)∼(ⅴ)이나 이들 개별의 바람직한 형태는 당연한 일이지만, 1개 또는 2개 이상을 만족시키는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 슈퍼트위스티드 네마틱(STN) 액정표시소자는 이하의 형태가 바람직하다. 트위스트각은 180°∼270°의 범위이지만, 220°∼270°의 범위가 보다 바람직하고, 230°∼260°의 범위가 특히 바람직하다. 또한, -20℃∼50℃의 구동온도범위에 있어서, 하기 조건(ⅰ)을 만족시키는 것을 특징으로 하는 슈퍼트위스티드 네마틱(STN) 액정표시소자인 것을 특징으로 한다. 다시 말하면,

(ⅰ) dV/dT ≤7mV/℃ (온도범위 -20℃∼50℃)

단, dV/dT = ｜(Vth(50℃)- Vth(-20℃))/(50℃-(-20℃))｜

종래의 STN 표시소자에 비하여, 사용온도범위인 -20℃ 내지 50℃에 있어서, 문턱값 전압이 불과 7mV/℃ 이하의 온도 의존성밖에 가지지 않기 때문에, 넓은 온도범위에 걸쳐서 높은 콘트라스트에 의한 표시가 가능해졌다.

(ⅰ) 문턱값 전압(Vth)의 온도 의존성(dV/dT)은 7mV/℃ 이하가 바람직하고, 6mV/℃ 이하가 보다 바람직하다.

온도범위가 저온측(-20∼25℃)에 있어서는, 문턱값 전압의 온도 의존성은 5mV/℃ 이하가 바람직하다. 또한, 고온측(25℃∼50℃)에 있어서는, 문턱값 전압의 온도 의존성은 9 mV/℃ 이하가 바람직하다.

또한, 본 발명의 액정표시소자는 하기 조건(ⅱ)을 만족시키는 것을 특징으로 하는 슈퍼트위스티드 네마틱(STN) 액정표시소자인 것을 특징으로 한다.

(ⅱ) τ^25℃ ≤ 200msec (25℃에서의 응답속도)

25℃에서의 응답속도는 200msec 이하가 바람직하고, 또한 -20℃에서의 응답속도는 2000msec 이하가 바람직하다.

또한, 본 발명의 STN 액정표시소자는 급준성(

)이 매우 우수하고,

≤1.08이 되기 때문에, 양호한 콘트라스트가 얻어진다.

단,

= Vth/Vsat (Vth: 문턱값 전압, Vsat: 포화 전압)

또한, 급준성(

)은 1.08이하이지만, 1.06 이하가 바람직하고, 1.05 이하가 특히 바람직하다. -20℃∼50℃의 온도범위에서의 급준성(

)의 최대값과 최소값의 비는 3% 이하로 할 수 있지만, 2% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 본 발명의 액정표시소자는 이상 상술한 조건(ⅰ) 또는 (ⅱ)을 동시에 만족시키는 것이 특히 바람직하다.

본 발명의 액정표시소자를 구성하는 액정 조성물은 상기 일반식(Ⅰ)∼(Ⅳ)으로 나타내는 화합물 이외에, 통상의 네마틱 액정, 스멕틱 액정, 콜레스테릭 액정 등을 함유하고 있어도 된다.

상술한 네마틱 액정 조성물은 TN-LCD나 STN-LCD에 유용하지만, STN-LCD에 특히 유용하고, 예컨대 1/32∼1/480 Duty, 보다 바람직하게는 1/64∼1/240 Duty의 표 시에 있어서 특성 개선에 효과가 있고, 차세대 휴대전화 등에 요구되고 있는 표시용량의 증대나 동화 대응 컬러 등의 높은 특성을 갖는 액정표시소자(STN-LCD)를 제공할 수 있다. 이 때, 액정표시소자는 투과형, 반투과형 또는 반사형 중 어느 것이어도 된다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하의 실시예 및 비교예의 조성물에 있어서의 「%」는『질량%』를 의미한다.

실시예 중, 측정한 특성은 이하와 같다.

T_N-I: 네마틱상-등방성 액체상 전이온도(℃)

T →_N : 고체상 또는 스멕틱상-네마틱상 전이온도(℃)

: 20℃에서의 점도(mPaㆍs)

Δn: 복굴절률

Vth: 셀 두께(d(㎛))의 STN-LCD를 구성하였을 때의 문턱값 전압(V)

셀 두께(d(㎛))는 Δnㆍd = 0.90의 관계식으로 정해진다.

(Vth는 투과율이 90%일 때의 구동전압)

Vsat: 셀 두께(d(㎛))의 STN-LCD를 구성하였을 때의 포화 전압(V)

(Vsat는 투과율이 10%일 때의 구동전압)

: 25℃에서의 급준성

=Vsat/Vth

τ^25℃: STN-LCD에 주입하였을 때의 25℃에서의 응답속도(msec)

τ^-20℃: STN-LCD에 주입하였을 때의 -20℃에서의 응답속도(msec)

Ir: STN-LCD에 주입하여, 25℃에서 16시간 자외선 조사(선 테스트)후, 200㎐, 2.5V 직사각형파 인가시의 전류량(㎂/㎠)

dV/dT^a℃∼b℃: a℃∼b℃에서의 문턱값 전압의 온도 의존성

STN-LCD 표시소자의 작성은 이하와 같이 행하였다. 네마틱 액정 조성물에 키랄 물질「S-811」(멜크사제)을 첨가하여 혼합 액정을 조제하여, 대향하는 평면투명전극상에「산에바 150」(일산화학사제)의 유기막을 러빙하여 배향막을 형성한 트위스트각 240°의 STN-LCD표시용 셀에 주입하였다. 또한, 키랄 물질은 키랄 물질의 첨가에 의한 혼합 액정의 고유 나사상 피치(P)와 표시용 셀의 셀 두께(d)가 Δnㆍd = 0.90, d/P=0.50이 되도록 첨가하였다.

화합물의 기재에 하기 약호를 사용한다.

-말단의 n(숫자): -C_nH_2n+1 ndm-: C_nH_2n+1-CH=CH-(CH ₂)_m-1-

-T-: - C ≡C - -ndm: -(C_nH_2n+1-CH=CH-(CH₂)_m-1)

-Z- : -CH=N-N=CH- -On: -OC_nH_2n+1

-VO- : -COO- -CN: - C ≡N

-F: -F

예를 들면, 이하에 나타낸 바와 같이 약호를 사용한다.

(실시예 1, 2ㆍ비교예 1)

네마틱 액정 조성물 No.1, No.2를 조제하여, 이 조성물을 사용하여 상술한 구성으로 액정 디스플레이를 작성하여 그의 여러가지 특성을 측정한 결과를 비교예 1과 함께 표 1에 나타낸다.

표 1은 참고예 2로 나타낸 모체(80%)에 대하여, 5-Ma-Ph3-CN(식Ⅰ), Od3-Ph-Z-Ph-(Od3)(식Ⅱ) 및 3-Cy-Ph-CN을 여러가지로 조합시켜 첨가한 때의 특성을 비교한 것이다. 비교예 1의 3-Cy-Ph-CN을 5-Ma-Ph3-CN으로 치환함으로써, 비교예 1인 모체에 Od3-Ph-Z-Ph-(Od3) 및 3-Cy-Ph-CN을 첨가한 예에 비해, 본 발명의 실시예인 모체, 5-Ma-Ph3-CN, Od3-Ph-Z-Ph-(Od3) 및 3-Cy-Ph-CN을 포함하는 액정 조성물을 사용한 것이 문턱값 전압의 온도 의존성(dV/dT)이 -20℃∼25℃의 저온 영역에서도, 25℃∼50℃의 고온 영역에서도 개선되는 것을 알 수 있다. 또한, 25℃에서의 응답속도(τ)도 220msec에서 182msec, 161msec로 현격히 개선되어 있다. 또한, 측정은 1/64 Duty에서 행하였다.

실시예 1 및 2에 있어서, 전류값(Ir)은 각각 O.25㎂/㎠ 이하이었다.

(실시예 3, 4)

네마틱 액정 조성물 No.3, No.4를 조제하여, 이 조성물을 사용하여 상술한 구성으로 액정 디스플레이를 작성하여 여러가지 특성을 측정한 결과를 표 2에 나타낸다.

3-Ma-Ph3-CN을 4%, 5-Ma-Ph3-CN을 4%, Od3-Ph-Z-Ph-(Od3)를 15% 함유한 액정 조성물 No.3 및 3-Ma-Ph3-CN을 4%, 0dl-Cy-Ph3-CN을 4%, 0d3-Ph-Z-Ph-(Od3)를 15% 함유한 액정 조성물 No.4로 구성되는 액정 디스플레이는 25℃에서의 응답속도(τ)가 161msec 또는 104msec로 고속 응답이었다. 이 때, 급준성(

)은 1.050 또는 1.062이고, 충분히 높은 콘트라스트가 얻어졌다. 문턱값 전압의 온도 의존성(dV/dT)은 -20℃∼25℃의 저온영역에서, 3.0(mV/℃) 또는 2.8(mV/℃)이라는 매우 작은 값을 나타내었다. 또한, 측정은 1/80Duty에서 행하였다.

이상의 결과로부터 본 발명에 의한 액정 디스플레이는 구동전압의 온도 의존성이 적고, 콘트라스트가 높고, 응답속도도 빠르며, 현재의 액정 디스플레이가 갖는 문제점이 적은 것을 알 수 있다.

본 발명의 액정 디스플레이는 특정한 액정 화합물의 조합에 의해 액정 조성물로 구성되어, 구동 전압의 온도 의존성을 개선하여, 콘트라스트(급준성)가 높고, 리스폰스도 빠르며, 현재의 액정 조성물이 갖는 문제점을 경감시킬 수 있다. 구체적으로는, 원하는 문턱값 전압이나 시분할 구동(Duty)에 대하여 액정의 여러가지 특성을 악화시키지 않고, 문턱값 전압의 온도 의존성을 개선하여, 보다 넓은 온도범위에서 안정한 높은 콘트라스트를 가지며, 실온 및 저온역에서의 응답속도를 개선할 수 있었다. 차세대 휴대전화 등에 요구되고 있는 표시용량의 증대나 동화 대응 컬러 등의 높은 표시특성을 갖는 액정표시소자(STN-LCD)를 제공할 수 있다.

Claims

배향 제어층 및 투명 전극을 갖는 한 쌍의 기판에 액정을 삽입유지한 구조를 갖고, 적어도 한 쪽의 기판에 편광판을 구비한 트위스트각이 180°∼270°인 액정표시소자에 있어서, 구성하는 액정이 일반식(Ⅰ)

(식 중, R¹은 탄소 원자수 1∼16의 알킬기 또는 알콕시기, 탄소 원자수 2∼16의 알케닐기 또는 알콕시알킬기, 탄소 원자수 3∼l6의 알케닐옥시기를 나타낸다. ) 중에서 선택되는 화합물을 1종 또는 2종 이상을 함유하고, 또한 일반식(Ⅱ)

(식 중, R², R³은 각각 독립적으로 플루오르 치환되거나 치환되지 않은 탄소 원자수 1∼16의 알킬기 또는 알콕시기, 탄소 원자수 2∼16의 알케닐기를 나타낸다.) 중에서 선택되는 화합물을 1종 또는 2종 이상을 함유하며, 또한 네마틱상-등방성 액체상 전이온도가 75℃ 이상 150℃ 이하이고, 굴절률 이방성(Δn)이 0.07 이상 0.25이하인 것을 특징으로 하는 슈퍼트위스티드 네마틱(STN) 액정표시소자.
제 1 항에 있어서, -20℃∼50℃의 구동온도범위에 대하여 하기 조건(ⅰ)을 만족시키는 것을 특징으로 하는 슈퍼트위스티드 네마틱(STN) 액정표시소자.

(i) dV/dT ≤7mV/℃ (온도범위 -20℃∼50℃)

단, dV/dT^a℃∼b℃는 a℃∼b℃에서의 문턱값 전압의 온도 의존성을 나타낸다.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 일반식(Ⅰ)의 화합물을 1종 또는 2종 이상을 함유하여 그 함유율이 2∼20질량%의 범위이고, 일반식(Ⅱ)의 화합물을 1종 또는 2종 이상을 함유하여 그 함유율이 5∼30질량%의 범위인 것을 특징으로 하는 슈퍼트위스티드 네마틱(STN) 액정표시소자.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 일반식(Ⅲ)

(식 중, R⁴, R⁵는 각각 독립적으로 플루오르 치환되거나 치환되지 않은 탄소 원자수 1∼16의 알킬기 또는 알콕시기, 탄소 원자수 2∼16의 알케닐기 또는 알콕시알킬기, 탄소 원자수 3∼16의 알케닐옥시기를 나타내고, 환 A, 환 B 및 환 C는 독립적으로 1,4-페닐렌기, 2 또는 3-플루오로-1,4-페닐렌, 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌, 3,5-디플루오로-1,4-페닐렌, 2,6-디플루오로-1,4-페닐렌, 2-메틸-1,4-페닐렌 기, 3-메틸-1,4-페닐렌기, 나프탈렌-2,6-디일기, 페난트렌-2,7-디일기, 플루오렌-2,7-디일기, 트란스-1,4-시클로헥실렌기, 1,2,3,4-테트라히드로나프탈렌-2,6-디일기, 데카히드로나프탈렌-2,6-디일기, 트란스-1,3-디옥산-2,5-디일기, 피리딘-2,5-디일기, 피리미딘-2,5-디일기, 피라진-2,5-디일기 또는 피리다진-2,5-디일기를 나타내며, 이들 환은 F, Cl, CH₃로 1개 또는 2개 치환될 수도 있다. l은 0, 1 또는 2을 나타내고, Z¹, Z²는 단결합, -CH₂CH₂-, -(CH₂) ₄-, -OCH₂-, -CH₂O-, -COO-, -OCO-, -CH=CH- 또는 -C ≡C-를 나타낸다.) 중에서 선택되는 화합물을 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 슈퍼트위스티드 네마틱(STN) 액정표시소자.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 일반식(Ⅳ)

(식 중, R⁶은 플루오르 치환되거나 치환되지 않은 탄소 원자수 1∼16의 알킬기 또는 알콕시기, 탄소 원자수 2∼16의 알케닐기 또는 알콕시알킬기, 탄소 원자수 3∼16의 알케닐옥시기를 나타내고, m은 O 또는 1을 나타내며, X¹는 F, Cl, CF₃, OCF₃ 또는 CN을 나타내고, Y¹, Y²는 F 또는 H를 나타낸다.) 중에서 선택되는 화합물을 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 슈퍼트위스티드 네마틱(STN) 액정표시소자.
제 5 항에 있어서, 일반식(Ⅰ)의 화합물을 1종 또는 2종 이상을 함유하여 그 함유율이 2∼20질량%의 범위이고, 일반식(Ⅱ)의 화합물을 1종 또는 2종 이상을 함유하여 그 함유율이 5∼30질량%의 범위이며, 또한 일반식(Ⅲ) 중에서 선택되는 화합물을 1종 또는 2종 이상을 함유하여 그 화합물의 함유율이 5∼85질량%의 범위이고, 일반식(Ⅳ) 중에서 선택되는 화합물을 1종 또는 2종 이상을 함유하여 그 화합물의 함유율이 5∼60질량%의 범위인 것을 특징으로 하는 슈퍼트위스티드 네마틱(STN) 액정표시소자.
제 6 항에 있어서, -20℃∼50℃의 구동온도범위에 대하여 하기 조건(ⅰ)을 만족시키는 것을 특징으로 하는 슈퍼트위스티드 네마틱(STN) 액정표시소자.

(i) dV/dT ≤7mV/℃ (온도범위 -20℃∼50℃)

단, dV/dT^a℃∼b℃는 a℃∼b℃에서의 문턱값 전압의 온도 의존성을 나타낸다.
제 2 항에 있어서, 하기 조건(ⅱ)을 만족시키는 것을 특징으로 하는 슈퍼트위스티드 네마틱(STN) 액정표시소자.

(ⅱ) τ^25℃ ≤ 200msec (25℃에서의 응답속도)
제 7 항에 있어서, 하기 조건(ⅱ)을 만족시키는 것을 특징으로 하는 슈퍼트위스티드 네마틱(STN) 액정표시소자.

(ⅱ) τ^25℃ ≤ 200msec (25℃에서의 응답속도)