KR102202266B1 - 높은 굴절률을 가지는 액정조성물 및 이의 표시장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 액정조성물의 총 중량으로, 14-30%의 1종 이상의 일반식I의 화합물; 8-30%의 1종 이상의 일반식II의 화합물; 13-58%의 1종 이상의 일반식III의 화합물; 및 20-65%의 1종 이상의 일반식IV의 화합물을 포함하는 액정조성물을 제공한다. 본 발명의 액정조성물은 비교적 높은 지연량, 비교적 높은 투과율, 비교적 높은 광학 이방성, 적절한 투명점, 비교적 낮은 회전 점도 및 양호한 저온 저장 안정성을 가지며, 액정표시장치에 적용되며, 액정표시장치의 쾌속 응답에 대한 수요를 만족시키고, 액정표시장치가 열악한 환경에서도 양호한 디스플레이 가능하도록 확보한다.
Description
본 발명은 액정조성물에 관한 것으로, 특히 비교적 높은 지연량, 비교적 높은 투과율, 비교적 높은 광학 이방성, 적절한 투명점, 비교적 낮은 회전 점도, 양호한 저온 저장 안정성 및 쾌속 응답하는 액정조성물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 액정조성물을 포함하는 액정표시장치에 관한 것이다.
액정표시장치는 액정재료가 자체적으로 가지는 광학 이방성 및 유전 이방성을 이용하여 작동하며, 현재 이미 널리 적용되고 있다. 액정재료의 상이한 특징과 작동 방식을 이용하여, 장치를 여러 가지 상이한 작동 모드로 설계할 수 있으며, 그 중 일반적인 표시장치에 통상적으로 TN모드(즉 트위스트 네마틱상 모드 - 액정 화합물은 약 90도 꼬인 네마틱상 구조를 가짐), STN모드(즉 수퍼 트위스트 네마틱상 모드), SBE모드(즉 수퍼 트위스트 복굴절 모드), ECB모드(즉 전압 제어 복굴절 모드), VA모드(수직 배향 모드), IPS모드(즉 평면 정렬 스위칭 모드)등이 사용되며, 이외에도 상기 다양한 모드에 기초하여 개선된 많은 개선 모드가 있다. TN, STN, 및 SBE 모드에서 작동하는 장치는 일반적으로 양의 유전 이방성 액정을 사용하고, ECB, VA 모드에서 작동하는 장치는 음의 유전 이방성 액정을 사용하며, IPS 모드는 양의 유전 이방성 액정을 사용할 수도 있고, 음의 유전 이방성 액정을 사용할 수도 있다.
정보량이 적은 경우, 일반적으로 패시브 구동이 적용지만, 정보량이 많아짐에 따라, 표시 사이즈와 표시 채널 수가 증가되고, 크로스 토크 및 콘트라스트의 저하 현상이 심각해지며, 따라서 일반적으로 액티브 매트릭스(AM)의 방식으로 구동하며, 현재 박막 트랜지스터(TFT)를 적용하여 구동하는 경우가 많다. AM-TFT소자에서, TFT 스위칭 장치는 2차원 그리드에서 어드레싱되고, 도통된 제한 시간 동안 픽셀 전극을 충전한 후, 다음 사이클에서 다시 어드레싱 될 때까지 오프 상태가 된다. 따라서, 2 개의 어드레싱 사이클 사이에서, 픽셀 점에서의 전압 변화를 원하지 않으며, 전압 변화가 생기면 픽셀 점의 투광율이 변하여, 디스플레이의 불안정을 초래한다. 픽셀 점의 방전속도는 전극 용량 및 전극 사이의 유전 재료의 저항률에 의해 결정된다. 따라서, 액정 재료는 구동 전압을 낮추고 전력 소모를 줄이기 위해, 비교적 높은 저항률이 요구되며, 동시에 적절한 광학 복굴절 값 Δn (Δn 값은 일반적으로 0.08-0.10 정도이다) 및 비교적 낮은 역치 전압이 요구되며; 쾌속 응답의 수요에 만족하기 위해 비교적 낮은 점도를 구비하는 것도 요구된다. 이러한 액정 조성물에 관해서는, 예컨대 WO9202597, WO9116398, WO9302153, WO9116399 및 CN1157005A 등의 많은 문헌 보도가 있었다.
액정표시 기술이 발전함에 따라 새로운 액정표시 모드의 개발, 액정 조성물의 파라미터에 대한 새로운 요구도 끊임없이 제안되고 있다. 액정표시장치는 한편으로 표시 효과가 완벽화되는 추세를 요구하고 콘트라스트가 높고, 쾌속 응답 등이 요구되고, 다른 한편으로는, 예컨대 저온 환경에서의 가독성을 가져, 액정표시장치가 아웃도어의 저온 환경에서의 사용에 더 적합하도록 하는 등, 더 많은 장소에서 응용이 요구된다.
조성물의 광학 이방성은 장치의 콘트라스트와 관계된다. 액정 표시 장치의 콘트라스트 비를 최대화하기 위해, 액정 조성물의 광학 이방성(Δn) 및 액정 층의 두께(d)를 조절하여 설계할 수 있다. 적절한 ?? 값은 작동 모드 유형에 의해 결정된다. 일반적인 경우, TN 모드의 액정표시장치의 Δn·d는 약 0.40이고, IPS 모드의 액정 디스플레이의 Δn·d는 0.35 정도이다.
투과율과 Δn·d의 관계식은 다음과 같다:
지연량(Δn·d)이 증가하는 경우, 액정표시장치의 투과율도 따라서 상승한다. 따라서, 투과율을 높이는 효과에 달성할 수 있다.
본 출원의 액정조성물은 액정 층의 두께가 증가하지 않는 상태에서, 현저히 높은 Δn·d(480정도에 달할 수 있음)를 구현하고, 액정표시소자의 투과율을 현저히 개선할 수 있다. 동시에, 본 발명의 액정조성물은 비교적 작은 회전 점도를 가지고, 쾌속 응답의 요구를 충족시킬 수 있다. 예를 들어, 구동 전압이 5.5V이고 d가 3.7㎛인 경우, 액정표시장치의 응답 속도는 <8ms이다.
응답시간과 회전 점도의 관계식은 다음과 같다:
상기 식에서 알 수 있는 바, 액정 표시 층의 두께가 대체적으로 변하지 않는 상태에서, 액정조성물의 회전 점도를 낮추면, 액정표시장치의 응답 시간을 줄일 수 있고, 액정표시장치의 쾌속 응답에 대한 수요를 구현할 수 있다.
본 발명은 비교적 높은 지연량, 비교적 높은 투과율, 비교적 높은 광학 이방성, 적절한 투명점, 비교적 낮은 회전 점도 및 양호한 저온 저장 안정성을 가지는 액정조성물을 제공하는 데에 목적이 있고, 상기 액정조성물은 액정표시장치에 적용되며, 본 발명의 액정조성물을 포함하는 액정표시장치가 상이한 온도에서도 괘속 응답에 대한 수요를 모두 만족시킬 수 있도록 보장할 수 있다.
본 발명은 AM-TFT, IPS 등 디스플레이 모드의 액정표시장치에 적용 되는 액정조성물을 제공하는 데에 또한 목적이 있다.
본 발명의 한 측면은, 액정조성물을 제공하고, 상기 액정조성물은
1종 이상의 일반식I의 화합물
1종 이상의 일반식II의 화합물
1종 이상의 일반식III의 화합물
1종 이상의 일반식IV의 화합물
을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서,
R1, R2, R3, R4, R5 및 R6은 각각 독립적으로 H, 탄소수가 1 내지 10인 직쇄 또는 측쇄의 알킬기 또는 알콕시기, 또는 탄소수가 2 내지 10인 알케닐기 또는 알케닐옥시기를 나타내고;
X는 H 또는 F를 나타내고;
X1은 F또는 -CH2CH2-CH=CF2를 나타내며;
X2는 F, -CF3, -OCF3 또는 -OCF2-CF=CF2를 나타내고;
L1 및 L2는 같거나 다르고, 각각 독립적으로 H 또는 F를 나타내며;
m은 1, 2 또는 3을 나타내고;
본 발명의 실시방안에서, 바람직하게 상기 R1, R2, R3 및 R5는 각각 독립적으로 탄소수가 1 내지 7인 직쇄 또는 측쇄의 알킬기 또는 알콕시기, 또는 탄소수가 2 내지 7인 알케닐기 또는 알케닐옥시기를 나타내고; 더 바람직하게, 상기 R1, R2, R3 및 R5는 각각 독립적으로 탄소수가 1 내지 7인 직쇄 알킬기, 또는, 탄소수가 2 내지 7인 알케닐기를 나타내며; 가장 바람직하게, R1, R2, R3 및 R5는 각각 독립적으로 탄소수가 1 내지 7인 직쇄 알킬기를 나타낸다. 상기 R4는 H, 탄소수가 1 내지 7인 직쇄 또는 측쇄의 알킬기 또는 알콕시기, 또는 탄소수가 2 내지 7인 알케닐기 또는 알케닐옥시기를 나타내고; 더 바람직하게, 상기 R4는 H, 탄소수가 1 내지 7인 직쇄 알킬기를 나타낸다. 바람직하게 상기 R6은 탄소수가 1 내지 7인 직쇄 또는 측쇄의 알킬기 또는 알콕시기, 또는 탄소수가 2 내지 7인 알케닐기 또는 알케닐옥시기를 나타내고; 더 바람직하게, 상기 R6은 탄소수가 1 내지 7인 직쇄 알킬기, 또는 탄소수가 2 내지 7인 알케닐기를 나타낸다. 바람직하게 상기 는 또는 를 나타낸다. 바람직하게 상기 X2는 F, -CF3 또는 -OCF3을 나타낸다.
본 발명의 실시방안에서, 상기 일반식I의 화합물은 상기 액정조성물의 총 중량의 14-30%를 차지하고; 상기 일반식II의 화합물은 상기 액정조성물의 총 중량의 8-30%를 차지하며; 상기 일반식III의 화합물은 상기 액정조성물의 총 중량의 13-58%를 차지하고; 상기 일반식IV의 화합물은 상기 액정조성물의 총 중량의 20-65%를 차지한다.
본 발명의 실시방안에서, 바람직하게 상기 일반식I의 화합물은 하기 화합물로 조성되는 그룹 중의 1종 이상의 화합물에서 선택된다.
여기서,
상기 R1A는 탄소수가 1 내지 7인 직쇄 또는 측쇄의 알킬기 또는 알콕시기를 나타낸다.
본 발명의 실시방안에서, 상기 R1A는 탄소수가 1 내지 5인 직쇄 알킬기를 나타낸다.
본 발명의 실시방안에서, 바람직하게 상기 일반식I-1의 화합물은 하기 화합물로 조성되는 그룹 중의 1종 이상의 화합물에서 선택된다.
본 발명의 실시방안에서, 바람직하게 상기 일반식I-2의 화합물은 하기 화합물로 조성되는 그룹 중의 1종 이상의 화합물에서 선택된다.
본 발명의 실시방안에서, 바람직하게 상기 일반식II의 화합물은 하기 화합물로 조성되는 그룹 중 1종 이상의 화합물에서 선택된다.
특히 바람직하게 일반식II의 화합물은 하기 화합물에서 선택된다.
본 발명의 실시방안에서, 바람직하게 상기 일반식III의 화합물은 하기 화합물로 조성되는 그룹 중 1종 이상의 화합물에서 선택된다.
특히 바람직하게 일반식III의 화합물은 하기 화합물에서 선택된다.
본 발명의 실시방안에서, 바람직하게 상기 일반식Ⅳ의 화합물은 하기 화합물로 조성되는 그룹 중 1종 이상의 화합물에서 선택된다.
특히 바람직하게 일반식IV의 화합물은 하기 화합물에서 선택된다.
본 발명의 실시방안에서, 상기 액정조성물은 일반식V에 부합되는 1종 이상의 화합물을 더 포함할 수 있다.
여기서,
R7 및 R8은 같거나 다르고, 각각 독립적으로 탄소수가 1 내지 10인 직쇄 또는 측쇄의 알킬기 또는 알콕시기, 또는 탄소수가 2 내지 10인 알케닐기 또는 알케닐옥시기를 나타낸다.
본 발명의 실시방안에서, 바람직하게 상기 일반식V의 화합물은 하기 화합물로 조성되는 그룹 중의 1종 이상의 화합물에서 선택된다.
본 발명의 실시방안에서, 상기 일반식V의 화합물은 상기 액정조성물의 총 중량의 0-15%를 차지하고, 바람직하게 상기 일반식V의 화합물은 상기 액정조성물의 총 중량의 0-10%를 차지하며; 특히 바람직하게 상기 일반식V의 화합물은 상기 액정조성물의 총 중량의 1-10%를 차지한다.
본 발명의 실시방안에서, 바람직하게 상기 일반식I의 화합물은 상기 액정조성물의 총 중량의 14-25%를 차지하고, 상기 일반식II의 화합물은 상기 액정조성물의 총 중량의 8-20%를 차지하며; 상기 일반식III의 화합물은 상기 액정조성물의 총 중량의 14.5-35%를 차지하고; 상기 일반식IV의 화합물은 상기 액정조성물의 총 중량의 35-60%를 차지한다.
더 바람직하게, 상기 일반식I의 화합물은 상기 액정조성물의 총 중량의 14-20%를 차지하고, 상기 일반식II의 화합물은 상기 액정조성물의 총 중량의 8.5-16%를 차지하며; 상기 일반식III의 화합물은 상기 액정조성물의 총 중량의 14.5-20%를 차지하고; 상기 일반식IV의 화합물은 상기 액정조성물의 총 중량의 45-55%를 차지한다.
상기 액정조성물은 일반식I, 일반식II, 및 일반식III의 화합물을 포함하는 경우, 상기 액정조성물이 비교적 높은 지연량, 비교적 높은 투과율, 비교적 높은 광학 이방성을 가질 수 있을 뿐만 아니라, 적절한 투명점도 가지며, 일반식IV 및 일반식V의 화합물을 추가하면 상기 액정조성물이 비교적 낮은 회전 점도 및 양호한 저온 저장 안정성을 가지도록 확보할 수 있다.
본 발명의 다른 한 측면은 액정조성물을 제공하고, 당업자에게 공지되거나 문헌에 기재된 1종 이상의 첨가제를 더 포함한다. 예컨대, 0-15%의 다색성 염료 및/또는 카이랄 도판트를 추가할 수 있다.
본 발명에 따른 혼합물에 바람직하게 추가할 수 있는 도판트는 다음과 같이 나타낸다.
본 발명의 실시방안에서, 바람직하게 상기 도판트는 상기 액정조성물의 총 중량의 0-5%를 차지하고; 더 바람직하게, 상기 도판트는 상기 액정조성물의 총 중량의 0-1%를 차지하며; 특히 바람직하게, 상기 도판트는 상기 액정조성물의 총 중량의 0.001-0.8%를 차지한다.
예컨대 본 발명에 따른 혼합물에 첨가할 수 있는 안정제는 다음과 같이 제기한다.
바람직하게, 상기 안정제는 다음과 같이 나타낸 안정제에서 선택된다.
본 발명의 실시방안에서, 바람직하게 상기 안정제는 상기 액정조성물의 총 중량의 0-5%를 차지하고; 더 바람직하게, 상기 안정제는 상기 액정조성물의 총 중량의 0-1%를 차지하며; 특히 바람직한 방안으로, 상기 안정제는 상기 액정조성물의 총 중량의 0.001-0.1%를 차지한다.
본 발명의 또 다른 한 측면에는 액정표시장치가 제공되며, 상기 액정표시장치는 본 발명의 액정조성물을 포함한다.
본 발명의 액정조성물은 비교적 높은 지연량, 비교적 높은 투과율, 비교적 높은 광학 이방성, 적절한 투명점, 비교적 낮은 회전 점도 및 양호한 저온 저장 안정성을 가지며, 액정표시장치에 적용된다. 본 발명의 액정조성물을 포함하는 액정표시장치는 상이한 온도에서도 쾌속 응답에 대한 수요를 모두 만족시킬 수 있다.
본 발명에 있어서 특별히 설명하지 않는 한, 상기 비율은 모두 중량비를 의미하고, 모든 온도는 섭씨온도이며, 상기 응답시간 데이터에 대한 테스트에 사용된 케이스의 두께는 3.7㎛이다.
이하, 구체적인 실시방안을 결합하여 본 발명을 설명한다. 설명해야 할 것은, 이하 실시예는 본 발명의 예시이며, 본 발명을 설명하기 위해 사용될 뿐, 본 발명의 범위를 한정하는 데 사용되는 것은 아니다. 본 발명의 요지 또는 범위를 벗어나지 않는 상황에서, 본 발명의 구상 범위에서 다른 조합 및 다양한 개선이 이루어질 수 있다.
표현의 편이를 위해, 이하 각 실시예에서, 액정조성물의 라디칼 구조는 표1의 코드로 표시한다:
이하 구조식의 화합물을 예로 들면:
상기 구조식을 표2의 코드로 나타낼 경우, nCPUF로 표시할 수 있으며, 코드에서 n은 좌측 알칼기의 C 원자 수를 나타내며, 예컨대 n이 "3"일 경우, 해당 알칼기는 -C3H7임을 나타내고; 코드에서 C는 사이클로헥실기를 나타낸다.
이하 실시예의 테스트 항목의 약자부호는 다음과 같다:
Cp(℃): 투명점(네마틱-등방성 상 변환 온도)
Δn: 광학 이방성(589 nm, 25℃)
Δn·d: 지연량(mm)
d: 액정 층의 두께(㎛)
τ: 응답시간(ms)
γ1: 회전점도(mPa*s, 25℃에서)
t-30℃: 저온 저장 시간(-30℃에서)
여기서, 광학 이방성은 아베 굴절계를 사용하여 나트륨 램프(589nm) 광원하에 25℃에서 테스트하여 얻는다.
응답시간은 DMS505 테스트기를 사용하여 25℃에서 테스트하여 얻고; 테스트 케이스는 TN좌선형이며, 케이스 두께는 3.7 ㎛, 구동 전압은 5.5V이다.
γ1은 TOYO6254형 액정 물성 평가 시스템을 사용하여 얻고; 테스트 온도는 25℃이며, 테스트 전압은 90V이다.
비교예1
표2에 열거된 각 화합물과 중량%에 따라 비교예 1의 액정조성물을 제조하고, 이를 액정표시장치의 두 개의 기판 사이에 충진시켜 성능테스트를 한다. 테스트 데이터는 다음 표와 같다:
실시예 1
표3에 열거된 각 화합물 및 중량%에 따라 실시예 1의 액정조성물을 제조하고, 이를 액정표시장치의 2 개의 기판 사이에 충진시켜 성능테스트를 한다. 테스트 데이터는 다음 표와 같다:
실시예2
표4에 열거된 각 화합물 및 중량%에 따라 실시예 2의 액정조성물을 제조하고, 이를 액정표시장치의 2 개의 기판 사이에 충진시켜 성능테스트를 한다. 테스트 데이터는 다음 표와 같다:
실시예3
표5 에 열거된 각 화합물 및 중량%에 따라 실시예 3의 액정조성물을 제조하고, 이를 액정표시장치의 2 개의 기판 사이에 충진시켜 성능테스트를 한다. 테스트 데이터는 다음 표와 같다:
실시예4
표6 에 열거된 각 화합물 및 중량%에 따라 실시예 4의 액정조성물을 제조하고, 이를 액정표시장치의 2 개의 기판 사이에 충진시켜 성능테스트를 한다. 테스트 데이터는 다음 표와 같다:
실시예5
표7 에 열거된 각 화합물 및 중량%에 따라 실시예 5의 액정조성물을 제조하고, 이를 액정표시장치의 2 개의 기판 사이에 충진시켜 성능테스트를 한다. 테스트 데이터는 다음 표와 같다:
실시예6
표8 에 열거된 각 화합물 및 중량%에 따라 실시예 6의 액정조성물을 제조하고, 이를 액정표시장치의 2 개의 기판 사이에 충진시켜 성능테스트를 한다. 테스트 데이터는 다음 표와 같다:
상기 비교예1, 실시예1, 실시예2, 실시예3, 실시예4, 실시예5 및 실시예6의 액정조성물의 성능 테스트 파라미터에서 알 수 있는 바, 본 발명은 각 조성 성분 사이의 시너지 효과에 의해, 제공되는 액정조성물이 현저하게 비교적 높은 지연량, 비교적 높은 광학 이방성 값, 비교적 낮은 회전 점도 및 양호한 저온 저장 안정성을 가지도록 하며, 동시에 본 발명은 다량의 실험을 통해 일반식 I, II, III, IV의 화합물을 포함하는 액정조성물을 선별하여, 적절한 투명점을 가지고, 신뢰성이 우수하며, AM-TFT와 IPS 등 디스플레이 모드의 액정표시장치에 적용되며, 또한 다량의 진보성을 가지는 실험을 통해 일반식 I, II, III, IV의 화합물을 포함하는 서로 다른 배합비율을 조정하여 본 발명의 액정조성물을 포함하는 액정표시장치가 상이한 온도에서도 쾌속 응답에 대한 수요를 모두 만족시킬 수 있도록 확보할 수 있다.
산업상 이용가능성
본 발명에 관한 액정조성물은 액정 기술분야에 적용할 수 있다.
Claims (11)
- 액정조성물에 있어서,
1종 이상의 일반식I의 화합물
1종 이상의 일반식II의 화합물
1종 이상의 일반식III의 화합물
1종 이상의 일반식IV의 화합물
(여기서,
R1, R2, R3, R4, R5 및 R6은 각각 독립적으로 H, 탄소수가 1 내지 10인 직쇄 또는 측쇄의 알킬기 또는 알콕시기, 또는 탄소수가 2 내지 10인 알케닐기 또는 알케닐옥시기를 나타내고;
는 각각 독립적으로 또는 를 나타내고, 여기서, 중 하나 이상의 -CH2-는 O로 치환되거나 비치환되고, 중 하나 이상의 H는 F로 치환되거나 비치환되며;
X는 H 또는 F를 나타내고;
X1은 F 또는 -CH2CH2-CH=CF2를 나타내며;
X2는 F, -CF3, -OCF3 또는 -OCF2-CF=CF2를 나타내고;
L1 및 L2는 같거나 다르고, 각각 독립적으로 H 또는 F를 나타내며;
m은 1, 2 또는 3을 나타내고;
여기서, m이 1이 아닌 경우, 는 같거나 다를 수 있다)을 포함하고,
상기 일반식I의 화합물은 상기 액정조성물의 총 중량의 14-30%를 차지하고; 상기 일반식II의 화합물은 상기 액정조성물의 총 중량의 8-30%를 차지하는 것을 특징으로 하는 액정조성물. - 제1항에 있어서,
상기 일반식III의 화합물은 상기 액정조성물의 총 중량의 13-58%를 차지하고; 상기 일반식IV의 화합물은 상기 액정조성물의 총 중량의 20-65%를 차지하는 것을 특징으로 하는 액정조성물. - 제3항에 있어서,
상기 일반식I의 화합물은 상기 액정조성물의 총 중량의 14-25%를 차지하고; 상기 일반식II의 화합물은 상기 액정조성물의 총 중량의 8-20% 를 차지하며; 상기 일반식III의 화합물은 상기 액정조성물의 총 중량의 14.5-35%를 차지하고; 상기 일반식IV의 화합물은 상기 액정조성물의 총 중량의 35-60%를 차지하는 것을 특징으로 하는 액정조성물. - 제8항에 있어서,
상기 일반식I의 화합물은 상기 액정조성물의 총 중량의14-20%를 차지하고; 상기 일반식II의 화합물은 상기 액정조성물의 총 중량의 8.5-16%를 차지하며; 상기 일반식III의 화합물은 상기 액정조성물의 총 중량의 14.5-20%를 차지하고; 상기 일반식IV의 화합물은 상기 액정조성물의 총 중량의 45-55%를 차지하는 것을 특징으로 하는 액정조성물. - 제1항에 있어서,
상기 액정조성물은 1종 이상의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정조성물. - 액정표시장치에 있어서, 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 상기 액정조성물을 포함하는 액정표시장치.
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