KR19990022257A

KR19990022257A - 활성 매트릭스 용도를 위한 네마틱 액정 조성물

Info

Publication number: KR19990022257A
Application number: KR1019970708736A
Authority: KR
Inventors: 헤르베르트 플라흐; 에케하르드 바르트만; 아이케 포에트쉬; 슈이치 고자키; 가즈요시 후지오카; 마사코 나카무라; 히로시 누마타; 히데오 이치노세
Original assignee: 플레믹 크리스티안; 메르크 파텐트 게엠베하; 쓰지 하루오; 샤프 코포레이션
Priority date: 1995-03-02
Filing date: 1996-02-17
Publication date: 1999-03-25
Also published as: TW294714B; DE69605751D1; US5753142A; KR100385533B1; WO1996041847A1; JPH10506149A; EP0770117A1; EP0770117B1; JP3751319B2; CN1076041C; CN1157005A

Abstract

본 발명은 높은 전위 수용비, 0.12 내지 0.13의 광학 복굴절도(Δn) 및 낮은 역치 전위를 나타내는 활성 매트릭스 디스플레이용 네마틱 액정 조성물에 관한 것이다.

Description

활성 매트릭스 용도를 위한 네마틱 액정 조성물

활성 매트릭스 디스플레이(active matrix display, AMD)는 다량의 정보를 갖는 상업적으로 관심을 끄는 디스플레이에 매우 알맞다. 이러한 AMD는 TV용으로 사용되며, 컴퓨터 터미날, 자동차 및 비행기를 위한, 다량의 정보를 나타내는 디스플레이에 사용된다.

AMD는 각 영상 요소에 통합되는 비선형 전기 스위칭 요소를 갖는다. 비선형 구동 요소로서 박막 트랜지스터(thin film transistor)(TFT)(오쿠보(Okuvo, U.)등의 문헌[SID 82 Digest, pp.40-41, 1982] 참조) 또는 다이오드(예컨대, 금속 절연금속 : MIM)니와(Niwa, K.)등의 문헌[SID 84, Digest, pp 304-307, 1984] 참조)를 적용할 수 있다. 양호한 관찰각도 특징을 얻을 수 있다면 이들 비선형 구동 요소로 인해 다소 편평한 전자광학 특징을 갖는 전자광학 효과를 사용할 수 있다. 90°의 트위스트(twist) 각을 갖는 TN형 셀(cell)[샤트(Schadt, M) 및 헬프리흐(Helfrich, W.)의 문헌 [Appl. Phys. Lett., 18, 127] 참조)을 사용할 수 있다. 이들 용도에 있어서, 액정의 몇몇 물리적 특성은 수동적 TN 디스플레이에서 보다 더 중요해진다. AMD 성능의 결정적인 특성중 일부는 액정의 저항성 및 안정성이다(도가시(Togashi, S.), 세키쿠치(Sekigychi, K.), 다나베(Tanabe, H.), 야마모토(Yamamoto, E.), 소리마치(Sorimachi, K.) 가지마(Kajima, E.), 와타나베(Watanabe, H.) 시무즈(Shimuzu, H.)의 문헌[Proc. Eurodisplay 84, 1984년 9월: A210-288 Matrix LCD Controlled by Double Stage Diode Rings, p. 144ff, 파리]; 스트로머(Stromer, M.)의 문헌[Proc. Eurodisplay 84, 1984년 9월: Design of Thin Film Transistors for Matrix Addressing of Television Liquid Crystal Displays, p. 145ff, 파리]참조).

AMD에서, 비선형 스위칭 요소는 다중 체계로 지시된다. 그래서 비선형 스위칭 요소는 이들이 활동중인 제한된 시간내에 화소(pixel)의 전극에 전하를 부여한다. 그러면, 이들은 다음 싸이클에서 다시 지시될 때가지 불활성 상태가 된다. 그 결과, 활성화된(화전된) 화소에 대한 전압의 변화는 이러한 디스플레이의 매우 결정적인 특징을 제외하고는 바람직하지 않다. 화소의 방전은 두 인자로 결정한다. 이들은 화소 전극의 용량 및 전극사이의 유전성 물질, 즉 액정의 저항성이다. 화소에서 전압 약화의 특징적인 시간 상수(RC-시간)는 두 지시 싸이클 사이의 시간(t_adr.)보다 훨씬 커야 한다. AMD의 성능을 기술하는데 자주 사용되는 변수는 영상요소의 전압 수용 비(HR)이다.

[수학식 1]

HR = {V(to)+V(to+t_adr.)}/2V(to)

화소의 전압이 대수적으로 감소함에 따라 수용 비의 증가는 매우 높은 저항성을 갖는 액정 물질을 필요로 한다.

디스플레이 내부의 액정의 저항성에 있어서 몇몇 중요한 점이 있다(예컨대, 배향 층, 배향 물질의 경화 조건). 그러나, 사용된 액정의 전기적 특성은 결코 덜 중요하지 않다. 특히 디스플레이내 액정의 저항성에 의해 화소의 전압 강하의 크기가 결정된다.

유사한 조건이 WO-A-9202597 호, WO-A-9116399 호, WO-A-9116400, WO-A-9116397 호, WO-A-9115555 호, WO-A-9116398 호, WO-A-9103450 호 및 WO-A-9302153 호에 개시되어 있다. 그러나, 대부분의 공지된 조성물은 소위 제 1 최소 전송(first minimum of transmission)에 사용되고, 따라서 매우 낮은 광학 복굴절 값을 갖는다.

본 발명은 말단 및 측면에서 플루오르화된 화합물을 기제로 하는 네마틱(nematic) 액정 조성물에 관한 것이다. 이 조성물은 특히 활성 매트릭스 용도에 유용하다.

영사 패널(projection panel)의 경우, 더 큰 광학 복굴절 값이 요구되며, 따라서 0.12 내지 0.13의 광학 복굴절도(Δn), 고저항성, 및 AMD에 사용하기 위한 다른 적합한 물질 특성(예: 낮은 역치 전압, 매우 낮은 전이 온도 스멕틱(smectic)-네마틱을 갖는 넓은 네마틱 메조상(mesophase) 및 저온에서의 비결정화)을 갖는 액정 조성물이 매우 필요하다.

본 발명은 다른 요구도 또한 만족시키는 매우 높은 저항성을 갖는 액정 조성물을 제공하는 것이다.

0.12 내지 0.13의 광학 복굴절도(Δn)를 가지고 본질적으로 하기의 그룹 1 내지 5의 화합물로 구성된 네마틱 액정 조성물이 영사 패널에 사용하기에 매우 적합한 것으로 밝혀졌다:

[화학식 1]

[화학식 2]

상기에서, 모든 R¹내지 R⁵잔기는 R¹및 R³의 경우 탄소원자 2개 내지 5개, R²및 R⁴의 경우 탄소원자 3개 내지 5개, R⁵의 경우 탄소원자 2개, 3개 또는 5개를 갖는 직쇄 알킬기이다. 상기 조성물은 4개의 그룹 1 화합물 15 내지 20중량%, 2개의 그룹 2 화합물 23 내지 27중량%, 3개의 그룹 3 화합물 18 내지 22중량%, 2개의 그룹 4 화합물 12 내지 15중량% 및 3개의 그룹 5 화합물 15 내지 20중량%를 함유하는 것을 특징으로하고, 또한 조성물은 액정 조성물의 층 두께(d)가 (0.55/Δn)㎛인 트위스트된 네마틱 셀에서 측정한 1.6볼트 미만의 역치 전압(V10)을 나타냄을 특징으로 한다. 매우 높은 RC 시간 값을 AMD에서 얻을 수 있다. 이들 조성물은 감소된 점도를 나타내고/나타내거나 -30℃에서 결정화를 일으키지 않는다.

그룹 1 내지 5의 화합물은 유럽 특허원 제 0 387 032 호 및 제 0 280 902호, 유럽 특허 제 0 051 738 호 및 제 0125 653 호, 국제 특허출원 WO 89/02884 호 및 WO 90/08757 호, 및 USP 제 4,302,352 호, USP 제 4,710,315 호 및 USP 제 4,419,264 호로부터 공지되어 있거나, 또는 공지의 화합물과 유사하게 제조될 수 있다.

바람직한 조성물은 두개의 고리를 갖는 그룹 0로부터 선택된 하나이상의 화합물을 또한 포함한다:

[화학식 3]

상기식에서, R⁰는 2 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 그룹이고, E⁰는 -(CH₂)₄-, -(CH₂)₂-, -CO-O- 또는 단일결합이고, L 및 Q는 그룹 2에서 정의된 바와 같다. 바람직하게는 E⁰는 -(CH₂)₂또는 단일결합이고, Q는 단일결합이고, L중 하나는 H이고 또다른 L은 H 또는 F이다.

본 발명에 따른 조성물의 제조는 종래의 방법대로 수행한다. 일반적으로 더적은 양으로 사용되는 성분의 필요량을 바람직하게는 승온에서 주요소를 이루는 성분에 용해시킨다. 상기 온도가 주성분의 등면점보다 높은 경우에, 용해 과정의 완결을 특히 용이하게 관찰할 수 있다.

그러나, 적합한 유기 용매, 예를 들면 아세톤, 클로로포름 또는 메탄올에 성분의 용액을 혼합시키고 철저히 혼합시킨 후에 예를 들면 감압하에서 증류시킴으로써 용매를 제거할 수 있다. 상기 방법으로 용매에 임의의 오염물 또는 불필요한 도판트가 혼입되지 않게 할 수 있다는 것은 자명하다.

적합한 첨가제를 사용하여, 본 발명에 따른 액정상을 본원에서 개시된 종류의 AMD에 사용할 수 있는 방식으로 개질할 수 있다.

하기의 실시예는 비제한적으로 본 발명을 예시한다. 실시예에서, 액정 물질의 융점 및 등명점은 섭씨로 나타내어진다. %는 중량 기준이다.

4%의 트란스-1-p-플루오로페닐-4-n-헵틸사이클로헥산, 4%의 p-[트란스-4(트란스-4-에틸사이클로헥실)-사이클로헥실]-트리플루오로메톡시벤젠, 4%의 p-[트란스-4-(트란스-4-프로필사이클로헥실)-사이클로헥실]-트리플루오로메톡시벤젠, 4%의 p-[트란스-4-(트란스-4n-부틸사이클로헥실)-사이클로헥실]-트리플루오로메톡시벤젠, 5%의 p-[트란스-4-(트란스-4-n_펜틸사이클로헥실)-사이클로헥실]-트리플루오로케톡시벤젠, 8%의 4'-(트란스-4-에틸사이클로헥실)-3,4-디플루오로비페닐, 5%의 4'-(트란스-4-n-프로필사이클로헥실)-3,4-디플루오로비페닐, 5%의 4'-(트란스-4-n-펜틸사이클로헥실)-3,4-디플루오로비페닐, 7%의 4'-(트란스-4-n-프로필사이클로헥실)-3,4,2',6'-테트라플루오로비페닐, 7%의 4'-(트란스-4-n-펜틸사이클로헥실)-3, 4, 2',6'-테트라플루오로비페닐, 6%의 1-(p-클로로페닐)-2-(2-플루오로-4-에틸비페닐-4'-일)-에탄, 4%의 1-(p-클로로페닐)-2-(2-플루오로-4-n-프로필비페닐-4'-일)-에탄, 9%의 1-(p-클로로페닐)-2-(2-플루오로-4-n-펜틸비페닐-4'-일)-에탄, 12%의 4-[트란스-4-(트란스-4-n-프로필사이클로헥실)-사이클로-헥실]-2,6-디플루오로-디플루오로메톡시벤젠, 13%의 4-[트란스-4-(트란스-4-n-펜틸사이클로헥실)-사이클로-헥실]-2,6-디플루오로-디플루오로메톡시벤젠 및 3%의 4.4'-비스-(트란스-4-프로필사이클로헥실)-2-플루오로비페닐을 포함하는 액정 조성물을 제조한다. 물리적 척도는 하기와 같다.

등명점 85℃

S→N40℃ 마만

점도20℃에서 28mmS^-1

Δn0.1238

Δε+8.4

V_(10,0,20)1.57V

V_(50,0,20)2.38V

내용없음

Claims

0.12 내지 0.13의 광학 복굴절도(Δn)를 가지고 본질적으로 하기의 그룹 1 내지 5의 화합물로 구성되고, 4개의 그룹 1 화합물 15 내지 20중량%, 2개의 그룹 2 화합물 23 내지 27중량%, 3개의 그룹 3 화합물 18 내지 22중량%, 2개의 그룹 4 화합물 12 내지 15중량% 및 3개의 그룹 5 화합물 15 내지 20중량%를 함유하는 것을 특징으로하고, 액정 조성물의 층 두께(d)가 (0.55/Δn)㎛인 트위스트된 네마틱 셀에서 측정한 1.6볼트 미만의 역치 전압(V10)을 나타냄을 특징으로 하는 네마틱 액정 조성물:

[화학식 4]
[화학식 5]

상기에서, 모든 R¹내지 R⁵잔기는 R¹및 R³의 경우 탄소원자 2개 내지 5개, R²및 R⁴의 경우 탄소원자 3개 내지 5개, R⁵의 경우 탄소원자 2개, 3개 또는 5개를 갖는 직쇄 알킬기이다.