KR101060207B1

KR101060207B1 - 네마틱 액정 조성물 및 이것을 사용한 액정 표시 소자

Info

Publication number: KR101060207B1
Application number: KR1020067007952A
Authority: KR
Inventors: 요우스케 아카치; 다케시 구리야마
Original assignee: 디아이씨 가부시끼가이샤
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2004-10-27
Publication date: 2011-08-29
Also published as: TWI358448B; CN1875083B; WO2005042670A1; TW200528597A; CN1875083A; KR20060095570A

Abstract

반극성 유기 붕소 화합물 또는, 반극성 유기 붕소 화합물에 의해 구성되는 전하 이동 착체의 적어도 하나를 1종 이상 함유하고, 비저항치가 1.0×10¹⁰ Ω·㎝ 이상 1.0×10¹³ Ω·㎝ 이하인 것을 특징으로 하는 네마틱 액정 조성물 및 이것을 사용한 액정 표시 소자.

Description

네마틱 액정 조성물 및 이것을 사용한 액정 표시 소자{NEMATIC LIQUID CRYSTAL COMPOSITION AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE USING SAME}

본원발명은 네마틱 액정 조성물 및 이것을 사용한 액정 표시 소자에 관한 것이다.

트위스트 네마틱, 초비틀림 트위스트 네마틱 또는 액티브 매트릭스 등을 비롯한 액정 표시 소자의 제조 공정에 있어서, 액정 표시 소자 표면에 붙여진 보호 필름을 박리할 때, 소자 중에 정전기에 의한 전장(電場)(박리 대전)이 발생한다. 이 전장은 종종 비점등부의 액정 조성물을 배향시키며, 즉, 비점등부가 점등 상태로 되며, 전장이 방전할 때까지 그 배향 상태는 계속한다. 이 전장이 방전할 때까지에 걸리는 시간은 무시할 수 없어, 제조 공정에 한하지 않고 검사 공정 혹은 소자 표면의 오염을 닦아내는 작업 등의 출하 공정에 있어서까지도 그 작업을 중단하지 않으면 안 되는 경우가 있으며, 그 결과 탁트 시간(takt time)(제품 1개당 생산 시간)의 악화를 초래하게 된다.

대전에 의한 이상 배향의 문제는, 액정 조성물의 비저항치를 저하시킴에 의해 완화할 수 있음이 개시되어 있다(특허문헌 1 참조). 비저항치가 낮은 액정 조성물은, 정전기 등에 의한 대전에 기인하는 일시적인 전압의 인가가 있어도, 비저 항이 낮기 때문에 전하는 빠르게 방전하여, 액정 분자는 전압 무인가 시의 배향 상태를 복원할 수 있다. 예를 들면, 네마틱 액정 표시 소자에 있어서의 일반적인 액정 조성물의 비저항치는 1.0×10¹¹ Ω·㎝ 이상인 것이 많고, 대전에 기인하는 일시적인 전압의 인가에 대한 액정 분자의 완화 시간은 꽤 길다. 이 조성물에 비저항을 낮추는 물질을 첨가하여 비저항을 1.0×10⁹ Ω·㎝ 대까지 저하시키면, 전하의 완화는 매우 빨라진다. 따라서, 정전기 등에 의한 대전에 기인하는 일시적인 전압의 인가가 있어도, 배향 상태의 변화는 거의 확인할 수 없게 된다. 그러나, 비저항이 1.0×10¹⁰ Ω·㎝보다 낮은 액정 조성물을 사용한 액정 표시 소자에 있어서는, 종종 소비 전력의 증대를 초래하며, 또 전기적 단락(短絡)에 의한 문자의 타서 늘어붙음 등 불량 표시의 원인으로 되는 일이 있다. 따라서, 적절한 정도로 큰 비저항치를 갖고, 또한 액정 표시 소자의 정전기 등에 의한 대전에 기인하는 일시적인 전압의 인가에 대한 거동을 개선한 액정 조성물, 즉, 정전기 등에 의한 대전에 기인하는 일시적인 전압의 인가에 대하여 액정 분자의 완화가 충분히 빠른 액정 조성물의 개발이 요구되고 있다.

상술한 액정 조성물에 있어서의 정전기 등에 의한 액정 분자의 이상 배향을 완화시키는 방법으로서, 에를 들면, 크립탠드(Cryptand) 등의 이온성 물질을 액정 조성물에 첨가하는 방법이 개시되어 있다(특허문헌 2 참조). 그러나, 이 액정 조성물 중의 이온성 성분은, 액정 패널의 주입구 등의 일부분에 있어서 액정 표시 소자 중의 폴리이미드 등의 고분자막에 흡착되어버려, 종종 표시 불균일의 원인으로 된다는 문제를 갖고 있었다.

또, 마찬가지로 정전기 등에 의한 액정 분자의 이상 배향을 완화시키는 방법으로서, 에틸렌글리콜 등의 비이온계 계면활성제 및 이들 공중합체를 첨가하는 방법이 개시되어 있다(특허문헌 3). 그러나, 이 방법은 대전 방지의 기구(機構)상, 액정이나 배향막 중의 이온량이나 배향 상태에 의해 효과가 좌우되기 쉬워, 충분한 대전 방지 효과가 얻어지지 않는 경우가 있었다. 또, 그 효과를 충분히 얻기 위해 대량으로 첨가하면, 첨가 비율의 증가에 따라, 액정 표시 소자의 신뢰성을 나타내는 항목의 하나인, 액정 조성물의 네마틱 아이소트로픽 상전이 온도(액정상 상한 온도(液晶相上限溫度))가 대폭 저하해버린다는 문제를 갖고 있었다.

또, 마찬가지로 정전기 등에 의한 액정 분자의 이상 배향을 완화시키는 방법으로서, 환상 폴리에테르 등의 소위 크라운 에테르를 첨가하는 방법이 개시되어 있다(특허문헌 4). 그러나, 크라운 에테르류는 인간의 피부 혹은 눈에 대하여 현저한 자극을 주는 등의 강한 영향이 있어, 액정 표시 소자 제조 등에 있어서 작업 환경에 문제를 일으킬 우려가 있다는 문제를 갖고 있었다.

또 상기와 같은 종래의 비액정성 화합물을 첨가한 경우에는, 그 외의 액정 화합물과의 상용성이 나쁘거나 액정 물성을 손상하는 등의 문제가 있었다. 또, 비저항치 및 표시 품위를 저하시키는 일 없이, 정전기 등에 의한 대전에 기인하는 일시적인 전압의 인가에 대한 액정 분자의 이상 배향을 빠르게 완화할 수 있는 첨가물은 발견되어 있지 않았다.

특허문헌 1: 일본국 특개소59-4676호 공보(2페이지)

특허문헌 2: 일본국 특개평4-28788호 공보(2페이지)

특허문헌 3: 일본국 특개평4-180993호 공보(4페이지)

특허문헌 4: 일본국 특표평11-508286호 공보(2페이지)

[발명의 개시]

[발명이 해결하고자 하는 과제]

본원발명의 과제는 비저항 및 액정상 상한 온도를 대폭 저하시키는 재료를 사용하는 일 없이, 적절한 정도로 큰 비저항치를 갖고 또한 액정 표시 소자의 정전기 등에 의한 대전에 기인하는 일시적인 전압의 인가에 대한 액정 분자의 이상 배향을 빠르게 완화할 수 있는 액정 조성물을 제공하는 것이다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

본원발명자는 반극성(半極性) 유기 붕소 화합물 또는, 반극성 유기 붕소 화합물을 사용하여 구성되는 전하 이동 착체(電荷移動錯體)를 함유하는 네마틱 액정 조성물을 검토한 결과, 이들이 정전기 등에 의한 액정 분자의 이상 배향을 빠르게 완화하는 효과를 갖는 것을 알아내어 본건 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본원발명은 반극성 유기 붕소 화합물 및, 반극성 유기 붕소 화합물에 의해 구성되는 전하 이동 착체 중 적어도 하나를 1종 이상 함유하고, 그 반극성 유기 붕소 화합물 1분자 중의 붕소 원자의 수가 5 이하이며, 비저항치가 1.0×10¹⁰ Ω·㎝ 이상 1.0×10¹³ Ω·㎝ 이하인 것을 특징으로 하는 네마틱 액정 조성물 및 이것을 사용한 액정 표시 소자를 제공한다.

[발명의 효과]

본원발명의 네마틱 액정 조성물은 적절한 정도로 큰 비저항치를 갖고, 정전기 등에 의한 대전에 기인하는 일시적인 전압의 인가에 대한 액정 분자의 이상 배향을 빠르게 완화하는 특징을 갖는다. 이 특징으로부터, 제조 공정에 있어서의 대전에 기인하는 전하의 방전 시간을 단축할 수 있어 액정 표시 소자의 효율적인 제조를 가능하게 한다.

도 1은 본원발명의 전기 광학 소자의 구조의 1 예를 나타내는 도면.

[부호의 설명]

1: 편광판

2: 기판

3; 투명 전극 혹은 액티브 소자를 수반하는 투명 전극

4: 배향막

5: 액정

[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]

이하에 본원발명의 1 예에 대하여 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 각 예에 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 이들 예의 구성 요소끼리를 적의 조합해도 좋다.

본원발명은 정전기 등에 의한 대전에 기인하는 일시적인 전압의 인가에 의한 거동을 개선한 네마틱 액정 조성물 및, 이들을 사용한 액정 표시 소자에 관한 것이다.

본원발명에 있어서는, 반극성 유기 붕소 화합물 또는, 반극성 유기 붕소 화합물에 의해 구성되는 전하 이동 착체를 네마틱 액정 조성물에 1종 이상 함유한다. 상기 화합물과 착체 중 어느 쪽, 혹은 양쪽을 함유해도 좋다. 이에 의해, 종래의 액정 조성물에 비하여, 액정 표시 소자의 정전기 등에 의한 대전에 기인하는 일시적인 전압의 인가에 대한 액정 분자의 이상 배향을 완화하는 시간을 개선할 수 있다.

반극성 유기 붕소 화합물이란 일반적으로 반극성 결합을 갖는 유기 붕소 화합물을 나타낸다. 붕소는 3가이므로, 붕산 유도체를 형성하는 경우에는 붕소는 3개의 산소 원자와 결합을 형성한다. 그러나, 붕소 원자에는 빈 전자 궤도가 존재하여, 이 궤도에 산소 원자 등의 고립 전자쌍이 배위함에 의해 4개의 산소 원자와 결합한 특수한 구조로 안정화한다. 이 배위 결합한 것을 반극성 결합이라고 부르는 것으로부터, 반극성 결합을 갖는 유기 붕소 화합물을 반극성 붕소 화합물이라고 일반적으로 부르고 있다. 본원발명에서 사용되는 반극성 유기 붕소 화합물이라는 용어도 이 의미로 사용한다.

본원발명의 액정 조성물에 첨가하는 반극성 유기 붕소 화합물로서는, 디(글리세린)보레이트, 디(글리세린)보레이트의 1가 카르본산 에스테르, 디(카테콜)보레이트, 디(1,2-프로필글리콜)보레이트, 디(2-에틸-1,3-헥산디올)보레이트 또는 하기 일반식(I)으로 표시되는 골격을 갖는 화합물이 바람직하다.

상기 화합물은 단독으로 사용해도 2종 이상을 조합하여 사용해도 좋다. 또 액정 조성물과의 상용성을 고려하면, 1 분자 중에 함유되는 붕소 원자의 수는 1 원자인 것이 바람직하다. 더 구체적으로는 상기 반극성 유기 붕소 화합물은, 하기 일반식(I-1) 또는 일반식(I-2)으로 표시되는 화합물이 바람직하다. 이들 일반식으로 표시되는 화합물은 필요에 따라 단독으로 사용해도 조합하여 사용되어도 좋다.

(식중, R¹ 및 R²는 각각 독립적으로 수소 원자, 수산기, 탄소수 1∼12의 알킬기, 탄소수 1∼12의 알콕시기, 탄소수 2∼12의 알케닐기, 탄소수 2∼12의 알케닐옥시기, 할로겐에 의해 치환된 탄소수 1∼12의 알킬기, 할로겐에 의해 치환된 탄소수 1∼12의 알콕시기, 할로겐에 의해 치환된 탄소수 2∼12의 알케닐기 또는 할로겐에 의해 치환된 탄소수 2∼12의 알케닐옥시기를 나타내며, A¹ 및 A²는 각각 독립적으로, 단일 결합, 탄소수 1∼10의 알킬렌기, 탄소수 6∼18의 아릴기, -(-(CH₂)_nO-)_m-(n은 1∼10의 정수를 나타내고, m은 1∼30의 정수를 나타낸다.), -CH₂-O-CO-R³- CO-(R³는 탄소수 1∼60의 탄화수소기를 나타낸다.) 또는 -CH₂-O-CO-NH-R³-NH-CO-를 나타내고, p 및 q는 각각 독립적으로, 1∼10의 정수를 나타내는데, A¹ 및 A²가 복수 존재하는 경우, 그들은 동일해도 좋고 달라도 좋다.)

액정 조성물에 함유되는 이들 반극성 유기 붕소 화합물의 함유율은 0.00001∼1 질량%의 범위가 바람직하고, 0.0001∼0.1 질량%의 범위가 보다 바람직하다.

본원발명의 액정 조성물은 비저항치가 1.0×10¹⁰ Ω·㎝ 이상 1.0×10¹³ Ω·㎝ 이하인데, 하한치는 1.0×10¹¹ Ω·㎝ 이상이 바람직하고, 상한치는 1.0×10¹² Ω·㎝ 이하가 바람직하고, 1.0×10¹¹ Ω·㎝ 이상 1.0×10¹² Ω·㎝ 이하가 보다 바람직하다.

상술한 반극성 유기 붕소 화합물은 전자 공여체로 되기 쉬운 성질을 가져, 적당한 전자 수용체와의 조합에 의해 전하 이동 착체를 형성한다. 이 반극성 유기 붕소 화합물에 의해 구성되는 전하 이동 착체도 또한, 정전기 등에 의한 대전에 기인하는 일시적인 전압의 인가에 대한 액정 분자의 이상 배향을 빠르게 완화하는 작용을 갖는다.

본원발명에 사용되는 전하 이동 착체를 형성하기 위해서는, 전자 수용체로 되는 반극성 유기 붕소 화합물 및 전자 공여체가 필요하다. 전자 공여체로서는 테트라티오풀발렌, 테트라셀레노풀발렌 등의 풀발렌 유도체나, 프탈로시아닌 및 그 유도체, 아민계 화합물, 하이드로퀴논류 등이 알려져 있는데, 아민계 화합물이 바 람직하다. 아민계 화합물로서는, 지방족 아민 화합물 및 방향족 아민 화합물로 분류되는데, 예를 들면 에틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민, 디메틸아미노프로필아민, 페닐렌디아민, 메틸이미노비스프로필아민, 피페라진, 폴리에틸렌이미노 및 그 에틸렌옥사이드 부가물, 폴리비닐피리딘, 폴리(디메틸아미노에틸)아크릴레이트, 폴리(디메틸아미노프로필)아크릴아미드, 디알릴아민-이소부틸렌 교호 공중합체 등을 들 수 있다. 이들은 필요에 따라 단독으로 사용되어도 좋고 조합하여 사용되어도 좋다.

이들 반극성 유기 붕소 화합물에 의해 구성되는 전하 이동 착체의 액정 조성물에 함유되는 함유율은, 0.00001∼1 질량%의 범위가 바람직하고, 0.0001∼0.1 질량%의 범위가 보다 바람직하다.

본원발명의 네마틱 액정 조성물은 하기 일반식(Ⅱ)으로 표시되는 화합물을 1종 또는 2종 이상 함유하는 것이 바람직한데, 1∼20종이 바람직하고, 1∼15종이 더 바람직하다.

(식중, R⁴는 수소 원자, 탄소수 1∼12의 알킬기, 적어도 하나의 할로겐에 의해 치환된 탄소수 1∼12의 알킬기, 탄소수 2∼12의 알케닐기 또는 적어도 하나의 할로겐에 의해 치환된 탄소수 2∼12의 알케닐기를 나타내고, 이들 기 중에 존재하는 1개 또는 2개 이상의 CH₂기는 각각 독립적으로 각 기의 O 원자가 서로 직접 결합하지 않는 것을 조건으로 하여 산소 원자, 황 원자, -CO-, -COO-, -OCO- 또는 -OCO-O-에 의해 치환되어도 좋고,

B¹ 및 B²는 각각 독립적으로, 트란스-1,4-시클로헥실렌기(이 기 중에 존재하는 1개의 CH₂기 또는 인접하고 있지 않은 2개의 CH₂기는 산소 원자 또는 황 원자로 치환되어도 좋다), 1,4-페닐렌기(이 기 중에 존재하는 1개 또는 2개 이상의 CH기는 질소 원자로 치환되어도 좋다), 1,4-시클로헥세닐렌기, 1,4-바이시클로[2. 2. 2]옥틸렌기, 피페리딘-1,4-디일기, 나프탈렌-2,6-디일기, 데카하이드로나프탈렌-2,6-디일기 또는 1,2,3,4-테트라하이드로나프탈렌-2,6-디일기를 나타내고, 이들 기 중에 존재하는 수소 원자는 메틸기, -CN 또는 할로겐으로 치환되어 있어도 좋으며, s 및 t는 각각 독립적으로, 0, 1 또는 2를 나타내지만, s 및 t의 합은 3 이하이며,

Z¹ 및 Z²는 각각 독립적으로, -CH₂CH₂-, -CH=CH-, -CH(CH₃)CH₂-, -CH₂CH(CH₃)-, -CH(CH₃)CH(CH₃)-, -CF₂CF₂-, -CF=CF-, -CH₂O-, -OCH₂-, -OCH(CH₃)-, -CH(CH₃)O-, -(CH₂)₄-, -(CH₂)₃O-, -O(CH₂)₃-, -C≡C-, -CF₂O-, -OCF₂-, -COO-, -OCO-, -COS-, -SCO- 또는 단일 결합을 나타내고,

L¹ 및 L³는 각각 독립적으로, -H, -F 또는 -Cl을 나타내고, L²는 -F, -Cl, -CN, -CF₃, -OCH₂F, -OCHF₂, -OCF₃ 또는 -CH₂CF₃를 나타내고, B¹, B², Z¹ 및 Z²가 복수 존재하는 경우는, 그들은 동일해도 좋고 달라도 좋다.)

액정 조성물에 함유되는 상기 일반식(Ⅱ)으로 표시되는 화합물의 함유율은 1∼80 질량%의 범위가 바람직하고, 1∼50 질량%의 범위가 보다 바람직하고, 1∼20 질량%가 특히 바람직하다.

일반식(Ⅱ)에 있어서, R⁴는 탄소수 1∼12의 알킬기, 알콕시기, 탄소수 2∼12의 알케닐기 또는 탄소수 2∼12의 알케닐옥시기를 나타내는 것이 바람직하고, 직쇄형 알킬기 및 직쇄형 알케닐기가 더 바람직하다. B¹ 및 B²는 각각 독립적으로 식군 1로 표시되는 구조로부터 선택되는 것이 바람직하다.

B¹ 및 B²는 그 중에서도 각각 독립적으로, 식군 2로 표시되는 구조로부터 선택되는 것이 더 바람직하다.

상기 일반식(Ⅱ)의 Z¹ 및 Z²는 각각 독립적으로, 단일 결합, -CH₂CH₂-, -CH(CH₃)CH₂-, -CH₂CH(CH₃)-, -CH(CH₃)CH(CH₃)-, -C≡C-, -COO-, 또는 -OCO-를 나타내는 것이 바람직하고, 단일 결합, -CH₂CH₂-, -C≡C-, -COO-, 또는 -OCO-가 더 바람직하고, 단일 결합 또는 -COO-가 특히 바람직하다. L¹ 및 L³는 각각 독립적으로, -F_,-CN, -CF₃ 또는 -OCF₃를 나타내는 것이 바람직하고, -F 또는-CN이 특히 바람직하다. s 및 t는 s+t가 1 또는 2를 나타내는 것이 바람직하다. 일반식(Ⅱ)으로 표시되는 화합물은, 구체적으로는, 일반식(Ⅱ-1), 일반식(Ⅱ-2), 일반식(Ⅱ-3), 일반식(Ⅱ-4), 일반식(Ⅱ-5), 일반식(Ⅱ-6), 일반식(Ⅱ-7) 또는 일반식(Ⅱ-8)으로 표시되는 화합물이 바람직하다.

(식중, L¹ 및 L³는 각각 독립적으로, -H, -F 또는 -Cl을 나타내고, L²는 -F, -Cl, -CN, -CF₃, -OCH₂F, -OCHF₂, -OCF₃ 또는 -CH₂CF₃를 나타내고, X¹ 및 X²는 각각 독립적으로, -H 또는 -F를 나타낸다.)

네마틱 액정 조성물로서는, 하기 일반식(Ⅲ)으로 표시되는 화합물을 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것이 바람직한데, 1∼20종 함유하는 것이 바람직하고, 1∼15종이 더 바람직하다.

(식 중, R⁵ 및 R⁶은, 일반식(Ⅱ)에 있어서의 R⁴와 같은 의미를 나타내고, C¹, C² 및 C³는 각각 독립적으로, 트란스-1,4-시클로헥실렌기(이 기 중에 존재하는 1개의 CH₂기 또는 인접하고 있지 않은 2개의 CH₂기는 산소 원자 또는 황 원자로 치환되어도 좋다), 1,4-페닐렌기(이 기 중에 존재하는 1개 또는 2개 이상의 CH기는 질소 원자로 치환되어도 좋다), 1,4-시클로헥세닐렌기, 1,4-바이시클로[2. 2. 2]옥틸렌기, 피페리딘-1,4-디일기, 나프탈렌-2,6-디일기, 데카하이드로나프탈렌-2,6-디일기 또는 1,2,3,4-테트라하이드로나프탈렌-2,6-디일기를 나타내고, 이들 기 중에 존재하는 수소 원자는 메틸기, -CN 또는 할로겐으로 치환되어 있어도 좋으며, u, v 및 w는 각각 독립적으로 0 또는 1을 나타내고,

Z³, Z⁴ 및 Z⁵는 각각 독립적으로, -CH₂CH₂-, -CH=CH-, -CH(CH₃)CH₂-, -CH₂CH(CH₃)-, -CH(CH₃)CH(CH₃)-, -CF₂CF₂-, -CF=CF-, -CH₂O-, -OCH₂-, -OCH(CH₃)-, -CH(CH₃)O-, -(CH₂)₄-, -(CH₂)₃O-, -O(CH₂)₃-, -C≡C-, -CF₂O-, -OCF₂-, -COO-, -OCO-, -COS-, -SCO-, -CH=N-N=CH- 또는 단일 결합을 나타낸다.)

일반식(Ⅲ)으로 표시되는 화합물의 함유율은 5∼95 질량%의 범위인 것이 바람직한데, 10∼90 질량%의 범위가 보다 바람직하고, 25∼90 질량%가 보다 더 바람직하다.

일반식(Ⅲ)에 있어서, R⁵ 및 R⁶은 각각 독립적으로, 탄소수 1∼12의 알킬기, 알콕시기, 탄소수 2∼12의 알케닐기 또는 탄소수 2∼12의 알케닐옥시기를 나타내는 것이 바람직하고, 그 중에서도 직쇄형 알킬기 및 직쇄형 알케닐기가 더 바람직하다. C¹, C² 및 C³는 하기 식군 3으로 표시되는 구조로부터 선택되는 것이 바람직하고, 하기 식군 4로 표시되는 구조로부터 선택되는 것이 보다 바람직하다.

일반식(Ⅲ)의 Z³, Z⁴ 및 Z⁵는 각각 독립적으로, 단일 결합, -CH₂CH₂-, -CH=CH-, -CH(CH₃)CH₂-, -CH₂CH(CH₃)-, -CH(CH₃)CH(CH₃)-, -C≡C-, -COO-, -OCO-, 또는 -CH=N-N=CH-을 나타내는 것이 바람직하고, 단일 결합, -CH₂CH₂-, -CH=CH-, -C≡C-, -COO-, -OCO- 또는 -CH=N-N=CH-이 보다 바람직하다. u, v 및 w는 각각 독립적으 로, 0 또는 1이며, 또한 u, v 및 w의 합이 1 이상이지만, u, v 및 w의 합이 2 또는 3이 바람직하다. 일반식(Ⅲ)은 구체적으로는 하기 일반식(Ⅲ-1), 일반식(Ⅲ-2), 일반식(Ⅲ-3), 일반식(Ⅲ-4), 일반식(Ⅲ-5), 일반식(Ⅲ-6), 일반식(Ⅲ-7) 또는 일반식(Ⅲ-8)으로 표시되는 화합물인 것이 바람직하다.

(식중, R⁵는 일반식(Ⅱ)에 있어서의 R⁴와 같은 의미를 나타내고, Y¹, Y², Y³ 및 Y⁴는 각각 독립적으로, -H, -F 또는 메틸기를 나타내고, Z⁷은 -CH₂CH₂-, -CH=CH-, -COO-, -OCO-, 또는 단일 결합을 나타내고, Z⁸은 -C≡C-, -COO-, -OCO- 또는 -CH=N-N=CH- 를 나타낸다.)

일반식(Ⅲ-1)으로부터 일반식(Ⅲ-8)에 있어서, Y¹, Y², Y³ 및 Y⁴는 -H가 바람직하다. Z⁷은 -CH₂CH₂-, -CH=CH-, 또는 단일 결합이 바람직하다. Z⁸은 -C≡C- 또는 -CH=N-N=CH-가 바람직하다.

본 발명의 액정 조성물의 네마틱상 상한 온도는 60℃ 이상인 것이 바람직하고, 80℃ 이상이 보다 바람직하고, 90℃ 이상이 특히 바람직하다.

굴절률 이방성(Δn)은 0.06∼0.30의 범위인 것이 바람직하고, 0.07∼0.18의 범위가 보다 바람직한데, TN-LCD의 경우 0.07∼0.16의 범위인 것이 셀 두께의 설계상 특히 바람직하고, STN-LCD의 경우 0.12∼0.18의 범위인 것이 셀 두께의 설계상 특히 바람직하다.

유전률 이방성(Δε)은 1 이상 20 이하가 바람직한데, 1 이상 15 이하가 보다 바람직하다.

본원발명의 액정 조성물은, 상기 화합물 이외에, 통상의 네마틱 액정, 스멕틱 액정, 콜레스테릭 액정, 2색성 색소 등을 임의로 함유하고 있어도 좋다. 또, TN-LCD의 리버스 트위스트 도메인 방지를 위해서 또는 STN-LCD의 나선 구조를 유기(誘起)하기 위해서, 카이랄제를 첨가해도 좋다. 카이랄제는 통상 시판되고 있는 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 콜레스테릴노나노에이트(CN), 머크사제 S-811, R-811, CB-15, C-15 등을 들 수 있다. 카이랄제의 종류에 따라, 온도 상승에 따르는 유기(誘起) 나선(螺旋) 피치가 길어지는 것과 짧아지는 것이 알려져 있는데, 이들 중 하나를 1종 혹은 2종 이상을 사용해도 좋고, 양자를 조합하여 1종 혹은 2종 이상 사용해도 좋다. 예를 들면, TN-LCD, STN-LCD, TFT-LCD에 있어서는, 기판 사이의 두께 d를 유기 나선 피치 p로 나눈 값 d/p는 0.001∼24의 범위에서 선택할 수 있는데, 0.01∼12의 범위가 바람직하고, 0.1∼2의 범위가 보다 바람직하고, 0.1∼1.5의 범위가 더 바람직하며, 0.1∼1의 범위가 보다 더 바람직하고, 0.1∼0.8의 범 위가 특히 바람직하다.

상기 네마틱 액정 조성물은 TN-LCD, STN-LCD, OCB-LCD, 고분자 분산형 액정 표시 소자, 페이즈(phase) 체인지형 콜레스테릭 액정 표시 소자 등에 유용한데, TN-LCD, STN-LCD에 특히 유용하다. 또, 투과형 혹은 반사형 액정 표시 소자에 사용할 수 있다.

본원발명의 TN 액정 표시 소자는 목적에 따라, 비틀림각을 80°∼130°의 범위에서 선택할 수 있으며, 85°∼110°이 바람직하다. 본원발명의 STN 액정 표시 소자는 목적에 따라, 비틀림각을 180°∼270°의 범위에서 선택할 수 있으며, 220°∼260°이 바람직하다.

[실시예 1]

이하, 실시예를 들어 본원발명을 더 상술하나, 본원발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. 또, 이하의 실시예 및 비교예의 조성물에 있어서의 「%」는 『질량%』를 의미한다.

실시예 중, 측정한 특성은 이하와 같다.

T_N-I: 네마틱상-등방성 액체 상전이 온도(℃)

Δε:유전률 이방성(25℃)

Δn: 복굴절률(25℃)

ρ: 비저항치(Ω·㎝)

대전 시간: 액정 조성물을 셀에 주입하여, 정전기 건을 사용하여 점등 상태 로 한 후, 원래의 전압 무인가 상태로 되돌아가기까지의 시간(초)

화합물 기재에 하기의 약호를 사용한다.

-n(숫자): -C_nH_2n ₊₁(알킬 측쇄는 숫자, 대표하는 때는 R로 한다.)

-On: -OC_nH_2n ₊₁

-ndm: -(C_nH_2n ₊₁-CH=CH-(CH₂)_m-1)

ndm-: C_nH_2n ₊₁-CH=CH-(CH₂)_m-1-

-Od(m)n: -O(C_nH_2n ₊₁-CH=CH-(CH₂)_m-2)

d(m)nO-: C_nH_2n ₊₁-CH=CH-(CH₂)_m-2O-

또 상기 m도 n과 마찬가지로 숫자를 나타내는 것이다.

연결기

-VO-: -COO- -T-: -C≡C- -2-: -CH₂CH₂-

치환기

-CN: -C≡N -F: -F

환(環)

Ph: 1,4-페닐렌기 Ph1: 3-플루오로-1,4-페닐렌기

Ph2: 3,5-디플루오로-1,4-페닐렌기

Ma: 피리미딘-2,5-디일기 Cy: 1,4-시클로헥실렌기

(실시예 1, 비교예 1)

이하에 나타내는 네마틱 액정 조성물(H1)을 제조하고, 그 물성치를 측정하여, 그 결과를 표 1에 나타낸다.

[표 1] H1의 조성 및 물성치

얻어진 액정 조성물 H1은 일시적인 전압의 인가에 대한 액정 분자의 대전 시 간이 비교적 길고, 유효한 대책을 실시하지 않은 경우 300초라는 장시간에 걸쳐 이상 배향이 지속하는 특징을 갖고 있다.

이 H1에 실시예 1-2부터 1-4로서, 반극성 유기 붕소 화합물로서 에말본 S-83 또는 T-20(도오호오(東邦)화학공업주식회사제)을 첨가한 액정 조성물(LC1, LC2 및 LC3)을 제조했다. 또, 비교를 위해, 비교예 1-1 및 1-2로서, 네마틱 액정 조성물 H1에 하기 일반식으로 표시되는 비이온성 계면활성제인 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르(TEG)를 첨가한 액정 조성물(R1 및 R2)을 제조했다.

그들의 비저항치 및 6.0 ㎛의 TN 셀에 주입한 때의 대전 특성을 측정하여, 그 결과를 표 2에 나타낸다.

[표 2] 대전 방지 효과

네마틱 액정 조성물 LC1은 반극성 유기 붕소 화합물을 첨가하고 있지 않은 H1과 비교하여 비저항 및 액정상 상한 온도를 저하하는 일 없이, 대전 시간을 단축하고 있다.

LC2 및 LC3는 비저항 및 액정상 상한 온도를 저하하는 일 없이, 대전 시간을 더 단축하고 있다. 이에 대하여, TEG를 첨가한 R1의 경우, LC1의 10배량인 0.1%를

첨가해도 비저항은 저하하고, 액정상 상한 온도도 저하하고 있음에도 불구하고, 효과가 없다. 또 20배인 0.2%를 첨가한 R2에서는 대전 시간의 단축 효과는 나타나지만 그 효과는 충분하지 않고, 액정상 상한 온도의 저하가 나타났다.

이와 같이 TEG를 사용한 경우, 첨가량을 더 늘리지 않으면 효과가 얻어지지 않고, LC1∼LC3의 조성물과 비교하여 저항치 및 액정상 상한 온도의 대폭 저하가 예상되어 실용적인 액정 조성물로서는 사용할 수 없는 것이었다.

(실시예 2)

이하에 나타내는 네마틱 액정 조성물(H2)을 제조하고, 그 물성치를 측정하여, 그 결과를 표 3에 나타낸다.

[표 3] H2의 조성 및 물성치

얻어진 액정 조성물 H2는 일시적인 전압의 인가에 대한 액정 분자의 완화 시간은 H2보다는 짧고, 미대책의 경우의 대전 시간은 30초 정도이다. 이 H2에 반극성 유기 붕소 화합물을 함유하는 전하 이동 착체로서, 하이보론 EB-6(보론인터내쇼날사제)를 첨가한 액정 조성물(LC4, 및 LC5)을 실시예 2-1 및 2-2로서 제조했다. 또, 비교를 위해, 비교예 2-1 및 2-2로서 네마틱 액정 조성물 H2에 실시예 1과 마찬가지의 비이온성 계면활성제인 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르를 첨가한 액정 조성물(R3 및 R4)을 제조했다. 그들의 비저항치 및 6.0 ㎛의 TN 셀에 주입한 때의 대전 특성을 측정하여, 그 결과를 표 4에 나타낸다.

[표 4] 대전 방지 효과

대전 시간이 비교적 짧은 액정 조성물 H2를 사용한 경우, EB-6을 0.01% 첨가한 LC4에서는 대전 시간을 0.1초 이하까지 단축할 수 있어, 액정상 온도 범위의 저하는 나타나지 않았다. EB-6을 0.1% 첨가한 경우에는, 액정상 상한 온도의 저하가 발생하나, EB-6은 상술한 바와 같이 0.01%의 첨가로 실용상 충분히 대전 시간을 단축할 수 있다. 이에 대하여, TEG를 0.1% 첨가한 R3에서는 비저항의 저하는 최소한으로 억제할 수 있으나 대전 시간의 단축 효과는 없고, 0.2% 첨가한 R4에서는 비저항은 저하하지 않으나, 대전 시간의 단축은 아직 불충분하며, 따라서 이 이상의 첨가는 액정상 상한 온도의 대폭 저하가 예상되므로 실용적인 액정 조성물로서 사용할 수 없는 것이었다.

(실시예 3)

이하에 나타내는 네마틱 액정 조성물(H3)을 제조하고, H3의 99.99% 및 반극성 유기 붕소 화합물로서 에마루본 S-83 0.01%로 이루어지는 액정 조성물(LC6)을 제조했다. 또, H3의 99.997% 및 T-20 0.003%로 이루어지는 액정 조성물(LC7)을 제조했다.

[표 5] LC 14의 조성

액정 조성물 LC6 및 LC7도 또한 대전 시간을 단축하는 효과가 인정되었다.

비저항을 대폭 저하시키는 재료를 사용하지 않고, 적절한 정도로 큰 비저항치를 갖고, 또한, 액정 표시 소자의 정전기 등에 의한 대전에 기인하는 일시적인 전압의 인가에 대한 액정 분자의 이상 배향을 빠르게 완화할 수 있는 액정 조성물을 제공한다.

본원발명의 네마틱 액정 조성물은 적절한 정도로 큰 비저항치를 갖고, 정전기 등에 의한 대전에 기인하는 일시적인 전압의 인가에 대한 액정 분자의 이상 배향을 빠르게 완화하는 특징을 가지므로, 제조 공정에 있어서의 대전에 기인하는 전하의 방전 시간을 단축하여 액정 표시 소자의 효율적인 제조를 가능하게 한다.

Claims

반극성 유기 붕소 화합물 또는, 반극성 유기 붕소 화합물에 의해 구성되는 전하 이동 착체를 1종 이상 함유하고, 그 반극성 유기 붕소 화합물 1 분자 중의 붕소 원자의 수가 5 이하이며, 비저항치가 1.0×10¹⁰ Ω·㎝ 이상 1.0×10¹³ Ω·㎝ 이하인 것을 특징으로 하는 네마틱 액정 조성물.
제1항에 있어서,

그 반극성 유기 붕소 화합물의 적어도 하나가, 일반식(I)

으로 표시되는 골격을 갖는 화합물인 네마틱 액정 조성물.
제2항에 있어서,

반극성 유기 붕소 화합물에 의해 구성되는 전하 이동 착체로서, 일반식(I)으로 표시되는 골격을 갖는 화합물 및 아민계 화합물에 의해 구성되는 전하 이동 착체를 함유하는 네마틱 액정 조성물.
제2항에 있어서,

그 반극성 유기 붕소 화합물로서, 일반식(I-1) 또는 일반식(I-2)으로 표시되는 화합물을 함유하는 네마틱 액정 조성물.

(식중, R¹ 및 R²는 각각 독립적으로 수소 원자, 수산기, 탄소수 1∼12의 알킬기, 탄소수 1∼12의 알콕시기, 탄소수 2∼12의 알케닐기, 탄소수 2∼12의 알케닐옥시기, 할로겐에 의해 치환된 탄소수 1∼12의 알킬기, 할로겐에 의해 치환된 탄소수 1∼12의 알콕시기, 할로겐에 의해 치환된 탄소수 2∼12의 알케닐기 또는 할로겐에 의해 치환된 탄소수 2∼12의 알케닐옥시기를 나타내며, A¹ 및 A²는 각각 독립적으로, 단일 결합, 탄소수 1∼10의 알킬렌기, 탄소수 6∼18의 아릴기, -(-(CH₂)_nO-)_m-(n은 1∼10의 정수를 나타내고, m은 1∼30의 정수를 나타낸다.), -CH₂-O-CO-R³-CO-(R³는 탄소수 1∼60의 탄화수소기를 나타낸다.) 또는 -CH₂-O-CO-NH-R³-NH-CO-를 나타내고, p 및 q는 각각 독립적으로, 1∼10의 정수를 나타내는데, A¹ 및 A²가 복수 존재하는 경우, 그들은 동일해도 좋고 달라도 좋다.)
제4항에 있어서,

반극성 유기 붕소 화합물에 의해 구성되는 전하 이동 착체로서, 일반식(I-1) 또는 일반식(I-2)으로 표시되는 화합물 및 아민계 화합물에 의해 구성되는 전하 이동 착체를 함유하는 네마틱 액정 조성물.
제5항에 있어서,

아민계 화합물이 3급 아민인 네마틱 액정 조성물.
제1항에 있어서,

하기 일반식(Ⅱ)으로 표시되는 화합물을 1종 이상 함유하고,

하기 일반식(Ⅲ)으로 표시되는 화합물을 1종 이상 함유하는 네마틱 액정 조성물.

(식중, R⁴는 수소 원자, 탄소수 1∼12의 알킬기, 적어도 하나의 할로겐에 의해 치환된 탄소수 1∼12의 알킬기, 탄소수 2∼12의 알케닐기 또는 적어도 하나의 할로겐에 의해 치환된 탄소수 2∼12의 알케닐기를 나타내고, 이들 기 중에 존재하는 1개 또는 2개 이상의 CH₂기는 각각 독립적으로 O 원자가 서로 직접 결합하지 않는 것으로서 산소 원자, 황 원자, -CO-, -COO-, -OCO- 또는 -OCO-O-에 의해 치환되어도 좋고, B¹ 및 B²는 각각 독립적으로, 트란스-1,4-시클로헥실렌기(이 기 중에 존재하는 1개의 CH₂기 또는 인접하고 있지 않은 2개의 CH₂기는 산소 원자 또는 황 원자로 치환되어도 좋다), 1,4-페닐렌기(이 기 중에 존재하는 1개 또는 2개 이상의 CH기는 질소 원자로 치환되어도 좋다), 1,4-시클로헥세닐렌기, 1,4-바이시클로[2. 2. 2]옥틸렌기, 피페리딘-1,4-디일기, 나프탈렌-2,6-디일기, 데카하이드로나프탈렌-2,6-디일기 또는 1,2,3,4-테트라하이드로나프탈렌-2,6-디일기를 나타내고, 이들 기 중에 존재하는 수소 원자는 -CN 또는 할로겐으로 치환되어 있어도 좋으며,

s 및 t는 각각 독립적으로, 0, 1 또는 2를 나타내지만, s 및 t의 합은 3 이하이며,

Z¹ 및 Z²는 각각 독립적으로, -CH₂CH₂-, -CH=CH-, -CH(CH₃)CH₂-, -CH₂CH(CH₃)-, -CH(CH₃)CH(CH₃)-, -CF₂CF₂-, -CF=CF-, -CH₂O-, -OCH₂-, -OCH(CH₃)-, -CH(CH₃)O-, -(CH₂)₄-, -(CH₂)₃O-, -O(CH₂)₃-, -C≡C-, -CF₂O-, -OCF₂-, -COO-, -OCO-, -COS-, -SCO- 또는 단일 결합을 나타내고,

L¹ 및 L³는 각각 독립적으로, -H, -F 또는 -Cl을 나타내고, L²는 -F, -Cl, -CN, -CF₃, -OCH₂F, -OCHF₂, -OCF₃ 또는 -CH₂CF₃를 나타내고, B¹, B², Z¹ 및 Z²가 복수 존재하는 경우는, 그들은 동일해도 좋고 달라도 좋다.)

(식중, R⁵ 및 R⁶은 각각 독립적으로 일반식(Ⅱ)에 있어서의 R⁴과 같은 의미를 나타내고, C¹, C² 및 C³는 각각 독립적으로, 트란스-1,4-시클로헥실렌기(이 기 중에 존재하는 1개의 CH₂기 또는 인접하고 있지 않은 2개의 CH₂기는 산소 원자 또는 황 원자로 치환되어도 좋다), 1,4-페닐렌기(이 기 중에 존재하는 1개 또는 2개 이상의 CH기는 질소 원자로 치환되어도 좋다), 1,4-시클로헥세닐렌기, 1,4-바이시클로[2. 2. 2]옥틸렌기, 피페리딘-1,4-디일기, 나프탈렌-2,6-디일기, 데카하이드로나프탈렌-2,6-디일기 또는 1,2,3,4-테트라하이드로나프탈렌-2,6-디일기를 나타내고, 이들 기 중에 존재하는 수소 원자는 메틸기, -CN 또는 할로겐으로 치환되어 있어도 좋으며,

u, v 및 w는 각각 독립적으로, 0 또는 1을 나타내고,

Z³, Z⁴ 및 Z⁵는 각각 독립적으로, -CH₂CH₂-, -CH=CH-, -CH(CH₃)CH₂-, -CH₂CH(CH₃)-, -CH(CH₃)CH(CH₃)-, -CF₂CF₂-, -CF=CF-, -CH₂O-, -OCH₂-, -OCH(CH₃)-, -CH(CH₃)O-, -(CH₂)₄-, -(CH₂)₃O-, -O(CH₂)₃-, -C≡C-, -CF₂O-, -OCF₂-, -COO-, -OCO-, -COS-, -SCO-, -CH=N-N=CH- 또는 단일 결합을 나타낸다.)
제7항에 있어서,

일반식(Ⅱ-1), 일반식(Ⅱ-2), 일반식(Ⅱ-3), 일반식(Ⅱ-4), 일반식(Ⅱ-5), 일반식(Ⅱ-6), 일반식(Ⅱ-7) 및 일반식(Ⅱ-8)으로 표시되는 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 화합물의 1종 이상을, 상기 일반식(Ⅱ)으로 표시되는 화합물로서 함유하는 네마틱 액정 조성물.

(식중, R⁴는 탄소수 1∼12의 알킬기, 탄소수 1∼12의 알콕시기, 탄소수 2∼12의 알케닐기, 또는 탄소수 2∼12의 알케닐옥시기를 나타내고, X¹ 및 X²는 각각 독립적으로, 수소 원자 또는 불소 원자를 나타내고, L¹ 및 L³는 각각 독립적으로, -H 또는 -F를 나타내고, L²는 -F, -CN, -CF₃, -OCH₂F, -OCHF₂, -OCF₃ 또는 -CH₂CF₃를 나타낸다.)
제7항에 있어서,

하기 일반식(Ⅲ-1), 일반식(Ⅲ-2), 일반식(Ⅲ-3), 일반식(Ⅲ-4), 일반식(Ⅲ-5), 일반식(Ⅲ-6), 일반식(Ⅲ-7) 및 일반식(Ⅲ-8)으로 표시되는 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 화합물의 1종 이상을, 상기 일반식(Ⅲ)으로 표시되는 화합물로서 함유하는 네마틱 액정 조성물.

(식중, R⁵ 및 R⁶은 각각 독립적으로 탄소수 1∼12의 알킬기, 탄소수 1∼12의 알콕시기, 탄소수 2∼12의 알케닐기, 탄소수 2∼12의 알케닐옥시기, 할로겐에 의해 치환된 탄소수 1∼12의 알킬기, 할로겐에 의해 치환된 탄소수 1∼12의 알콕시기, 할로겐에 의해 치환된 탄소수 2∼12의 알케닐기 또는 할로겐에 의해 치환된 탄소수 2∼12의 알케닐옥시기를 나타내며, Y¹, Y², Y³ 및 Y⁴는 각각 독립적으로 -H, -F 또는 메틸기를 나타내고, Z⁷은 -CH₂CH₂-, -CH=CH-, -COO-, -OCO-, 또는 단일 결합을 나타내고, Z⁸은 -C≡C-, -COO-, -OCO- 또는 -CH=N-N=CH- 를 나타낸다.)
제1항에 있어서,

반극성 유기 붕소 화합물 및 반극성 유기 붕소 화합물을 함유하는 전하 이동 착체의 함유율이 0.0001∼1 질량%의 범위인 네마틱 액정 조성물.
제1항에 있어서,

액정 조성물의 유전률 이방성을 나타내는 Δε가 1 이상 20 이하의 범위이며, 굴절률 이방성을 나타내는 Δn이 0.06 이상 0.16 이하의 범위인 네마틱 액정 조성물.
제11항 기재의 액정 조성물을 구성 부재로 하는 액정 표시 소자.