KR970008263B1

KR970008263B1 - 액정 조성물

Info

Publication number: KR970008263B1
Application number: KR1019880014685A
Authority: KR
Inventors: 신이찌 사와다; 테쯔야 마쯔시타; 토요시로 이소야마; 히데오 사이토
Original assignee: 짓소 가부시끼가이샤; 노기 사다오
Priority date: 1987-11-11
Filing date: 1988-11-09
Publication date: 1997-05-22
Also published as: JP2504491B2; JPH01126394A; EP0316186A3; EP0316186A2; US5021189A; ATE110102T1; DE3851123T2; EP0316186B1; KR890008589A; DE3851123D1

Abstract

요약없음

Description

액정 조성물

본 발명은 액정표시용 액정 조성물에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 고시분할(高時分割) 표시장치에 사용되는 액정 조성물 및 이를 사용하는 액정 표시소자에 관한 것이다.

최근 정보기기의 급속한 발달, 특히 휴대용 단말기기의 발전에 기인하여, 종래의 CRT와 같은 표시용량, 표시품질을 갖는 소형, 박형(薄型) 및 저소비전력의 표시소자에 대한 요구가 강해지고 있다. 액정 표시장치는 소형, 박형 및 저소비전력이라는 요청에 부응하여, 종래부터 비틀림각이 90˚인 TN형 액정 셀의 멀티플렉스 구동(區動) 에 따라, 시계, 탁상 전자 계산기를 비롯하여 1/100 통전률(duty factor)정도까지의 표시 단말장치로서 사용되어 왔지만, 원리상 이 이상으로의 통전률의 확대는 표시품질의 저하를 초래하므로 곤란하였다.

이에 대하여, 키랄 네마틱 액정의 전기광학 특성에서의 쌍 안정성이 생기는 최대 한계점의 비틀림 각을 180 내지 270˚로 정한 액정 셀의 복굴절효과를 이용한 슈퍼트위스트(supertwist) 복굴절 효과방식[이하, SBE 방식으로 약칭함]이 제안되어 있다.

이러한 SBE 방식은, 통상 90˚ 트위스트의 TN 방식인 매트릭스 표시와 동일한 구동방법, 즉 인가전압의 실즉치에 응답하는 패스트 스캔 어드레싱(fast scan addressing) 방식으로서 구동하는 매트릭스 표시가 가능하며, 또한 90℃ 트위스트의 TN 표시보다도 상당히 양호한 콘트라스트와 보다 넓은 시각을 갖는 것으로 쉐퍼 등에 의해 보고되어 있다[참조 : T.J.Scheffer, J. Nehring : Appl. Phys. Lett. 45, 1021(1984)].

SBE 방식의 표시소자에 사용되는 액정 조성물에 대해 요구되는 특성으로서는, 우선

(1) 전압-투과율 특성의 경사도가 가파를 것 ; 또 현재 90˚트위스트의 TN 방식에 있어서도 요구되고 있을 것 ;

(2) 네마틱-등방성 액상의 전이온도가 높을 것 ;

(3) 셀 두께(이하, d로 약기함)에 따라 적당한 굴절률 이방성치(이하,△n으로 약기함)를 취할 수 있을 것 ;

(4) 점도가 작을 것

등이다.

특성(2)는 SBE 방식에 있어서는, △n의 온도 의존성에 따라 표시에 착색이 생기는 것을 억제하기 위해 필요하고, 투명점은 될 수 있는 한 높은 것이 바람직하다.

특성(4)는 SBE 방식의 액정 셀에 있어서, 이의 응답 시간을 짧게 하는데 특히 유효하다.

본 발명의 목적은 네마틱-등방성 액상의 전이 온도가 높고, 셀 두께에 따라 적당한 굴절률 이방성치(△n), 디스플레이 표시면에 대해 수직인 광축방향의 광투과율이 10%가 되는 역치전압 등의 특성치에서 종래 공지된 액정 조성물보다 우수한 특성을 나타내는 동시에 점도가 보다 작고, SBE 방식 표시에 있어서 전압-투과율 특성의 급경사도를 개량하여 보다 높은 고시분할성을 부여하는 네마틱 액정 조성물을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 SBE 방식에 있어서 전압-투과율 곡선의 경사도가 가파르고, 콘트라스트가 양호한 액정 표시소자를 제공하는데 있다.

본 발명자 등은 상기 문제점을 해결하기 위해 예의 연구한 결과, 하기 일반식(Ⅰ)의 화합물(특허원 제62-075525)에 종래 공지된 일반식(Ⅱ)의 화합물을 혼합하거나, 여기에 종래 공지된 일반식(Ⅲ),(Ⅳ) 및 (Ⅴ)의 화합물 중의 하나 이상을 추가로 혼합한 액정 조성물이 위에서 개량이 요청되고 있는 특성치가 대폭적으로 개선된 것을 밝혀내어 본 발명을 완성하였다.

즉, 본 발명은 일반식(Ⅰ)의 화합물로 이루어진 제1성분과 일반식(Ⅱ)의 화합물로 이루어진 제2성분을 함유하는 액정 조성물에 관한 것으로서, 제1성분은 10 내지 50중량%이고 제2성분이 10 내지 50중량%인 배합 비율이 바람직하다.

상기 식에서, R¹및 R²는 각각 탄소수 1 내지 8의 알킬기이고, R³은 탄소수 1 내지 8의 알킬기 또는 탄소수 2 내지 8의 알케닐기이며, R⁴는 H 또는 F이고, R⁵는 CN기 또는 F이며,

또한, 본 발명은 제1성분이 10 내지 50중량%이고, 제2성분이 10 내지 50중량%이며 제3성분으로서 일반식(Ⅲ)의 화합물, 일반식(Ⅳ)의 화합물 및 일반식(Ⅴ)의 화합물 중에서 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 함유함을 특징으로 하는 액정 조성물에 관한 것이다.

상기 식에서, R⁶은 탄소수 1 내지 8의 알킬기이고, R⁷은 H 또는 F이며, R⁸은 탄소수 1 내지 8의 알킬기, 알콕시기, F 또는 CN이고, R⁹는 탄소수 1 내지 8의 알킬기이며, R¹⁰은 F 또는 탄소수 1 내지 8의 알킬기 또는 알콕시기이고, X는 단일결합,-COO- 또는 -C≡C-이며,

이고, R¹¹은 F 또는 탄소수 1 내지 8의 알킬기이며, R¹²는 탄소수 1 내지 8의 알킬기이고,

이러한 액정 조성물에 있어서, 제2성분으로는 일반식(Ⅱ)의 화합물들 중에서 특히 일반식(Ⅵ)의 화합물이 바람직하다.

상기 식에서, R¹³은 탄소수 2 내지 8의 알케닐기이다.

또한, 제3성분으로는 일반식(Ⅳ)의 화합물들 중에서 특히 일반식(Ⅶ)의 화합물이 바람직하다.

상기 식에서, R¹⁴및 R¹⁵는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 8의 알킬기 또는 알콕시기이다.

본 발명의 액정 조성물은 상기 일반식(Ⅰ) 내지 (Ⅴ)의 화합물 이외에, 역치전압, 액정 온도범위, 범도 등을 조절할 목적으로, 다른 네마틱 액정 또는 액정성 화합물을 본 발명의 목적을 해치치 않는 범위내에서 적당량 함유할 수 있다.

이와 같은 다른 화합물의 적당한 대표적인 예로서는 트란스-4-알킬사이클로헥실 트란스-4-알킬사이클로 헥산카복실레이트, 4'-알킬-4-시아노비페닐 4-(트란스-4-알킬사이클로헥실)-4'-알킬비페닐, 4"-알킬-4-시아노터페닐 등을 들 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 제1성분과 제2성분으로이루어진 액정 조성물, 또는 제1성분, 제2성분 및 제3성분으로 이루어진 액정 조성물을 사용하는 액정 표시소자에 관한 것이다.

본 발명의 조성물에 있어서, 제1성분의 화합물[일반식(Ⅰ)의 화합물]의 함유량은 10 내지 50중량%가 적합하지만, 함량이 10중량% 미만인 경우에는 충분한 굴절율 이방성(△n)이 수득되지 않고, 함량이 50중량%를 초과하면 네마틱상 하한온도가 상승하며, 저온측에서의 작동온도 범위를 측소시키기 때문에 적당하지 않다.

일반식(Ⅱ)의 제2성분의 함유량은 10 내지 50중량%가 적합하지만, 함량이 10중량% 미만인 경우에는 역치전압의 저하가 충분하지 않다. 또한, 함량이 50중량%를 초과하면 수득되는 액정 조성물의 투명점이 저하되기 때문에 굴절율 이방성치(△n)의 온도 의존성이 커지고 더 나아가서는 표시의 색깔을 변화시키는 악영향을 미치기 때문에 바람직하지 않다.

본 발명의 액정 조성물은 하기 실시예에서 명백한 바와 같이, 네마틱-등방성 액상의 전이온도의 높이, 셀 두께에 따른 적당한 굴절율 이방성치(△n), 디스플레이 표시면에 대해 수직인 광축방향의 광 투과율이 10%가 되는 역치전압 등의 특성치에서 종래의 액정 조성물보다 우수한 특성을 나타내는 동시에, 점도가 작고 SBE 방식 액정 표시소자에 있어서 전압-투과율 특성의 급경사도를 가지며 고시 분할성을 갖기 때문에 콘트라스트가 양호한 액정 표시소자를 부여한다.

본 발명에 따르는 일반식(Ⅰ)의 화합물은, 예를들면, 다음 방법에 따라 제조할 수 있다. 하기식에서 R¹, R²및 X 는 각각 위에서 정의한 바와 같다.

우선, 일반식(1)의 치환된 벤젠을 이황화탄소중에서 4-치환된 페닐아세트산 클로라이드 및 무수 염화알루미늄과 반응시켜 일반식(2)의 케톤 유도체를 수득한다. 일반식(2)의 케톤 유도체를 에테르 또는 테트라하이드로푸란 등의 무수 용매중에서 수소화리튬 알루미늄 등의 환원제와 반응시켜 일반식(3)의 화합물을 수득한다. 이어서 당해 알콜 유도체를 불활성 유기용매중에서 후술하는 용매의 존재하에 상압 및 환류온도에서 탈수반응을 수행하며, 일반식(4)의 에틸렌 유도체를 수득한다. 불활성 유기용매로서는 벤젠, 톨루엔, 클로로포름, 사염화탄소, 염화메틸렌 등이 적합하고, 촉매로서는 염화알루미늄, 사염화주석, 사염화티탄 등의 루이스산이나, 황산, 인산 등의 무기산, 톨루엔설폰산 등을 사용할 수 있다.

이어서 일반식(4)의 에틸렌 유도체에 염화메틸렌, 염화에틸렌, 사염화탄소 등의용매중에서 불소를 부가시켜 일반식(5)의 화합물을 수득한다. 일반식(5)의 화합물을 테트라하이드로푸란 용매중에서 칼륨 3급-부톡사이드와 반응시킨 다음, 추출, 세정, 재결정 등의 일련의 정제조작을 수행하여 목적하는 일반식(1)의 화합물을 제조한다. 이들 각 단계의 반응은 이미 공지되어 있지만, 전체 합성방법으로서는 신규한 합성방법이다.

출발원료인 일반식(1)의 치환된 벤젠은 용이하게 구입할 수 있는 원료에 공지된 반응을 적용함으로써 수득할 수 있다. 즉, 일반식(1)의 치환된 벤젠은 트란스-4-알킬 사이클로헥실아세트산 클로라이드와 벤젠과의 프리델-크라프츠 반응 또는 트란스-4-알킬사이클로헥실아세트산 클로라이드와 비스(3-플루오로페닐)카드뮴과의 커플링에 의해 수득되는 케톤 유도체를 환원시킴으로서 수득할 수 있다.

(실시예)

아래, 실시예에 의거하여 본 발명을 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 액정 조성물과 당해 조성물을 사용하는 표시소자의 효과를 나타내기 위해, 당해 조성물의 특성치의 표시방법에 대해 기술한다.

본 발명에 있어서, 전압-투과율 특성의 급경사도는, 디스플레이 표시면에 대해 수직인 광축방향의 광 투과율의 10%와 80%가 되는 경우의 전압을 각각 V₁₀및 V₈₀으로 나타낼 경우, 다음 식의 α값으로 정의된다. 여기에서 V₁₀을 역치전압이라 하며 V₈₀을 ON 전압이라 한다.

α=V₈₀/V₁₀……………………………………………………………………… (1)

따라서, 파라미터 α가 1에 가까울수록, 전압휘도(電壓輝度) 특성이 급준함을 나타낸다.

시분할수(時分割數)를 나타내는 파라미터 N_max는 α를 사용하여 다음 식으로 정의한다.

N_max가 클수록, 고시분할일 수 있음을 나타낸다.

아래 실시예와 비교예에 있어서, 조성은 중량%를 기준으로 한다.

(실시예 1)

제1성분의 화합물로서는 우측에 기재한 배합 비율로 아래 5가지 화합물의 혼합물을 사용한다.

상기 8가지 화합물의 혼합물로 이루어진 액정 조성물을 제조한다. 이러한 액정 조성물의 투명점은 100.0℃이고, 굴절율 이방성치는 0.173이며, 20℃에서의 점도는 16cp이다.

당해 조성물에 키랄 물질[머크(Merck)사 제품 S-811]을 첨가한 것을 대향(對向)하는 평면 투명전극상에 마찰시킨 폴리이미드계의 배향막을 갖고, 경사각이 작으며(＜30˚), 비틀림각이 180˚인 셀에 d×△n=0.9㎛ 및 d/P=0.5(여기서, P는 키랄 네마틱 액정 고유의 나선 피치이고, d는 셀 두께, 즉 전극간 거리이다)의 조건하에 봉입하여 여러 가지 특성을 측정한다.

25℃에서의 역치전압은 3.520V이고, 급경사도를 나타내는 파라미터 α는 1.079이며, 시분할수를 나타내는파라미터 N_max는 173이다.

(실시예 2)

(실시예 3)

(실시예 4)

(실시예 5)

(실시예 6)

(실시예 7)

(실시예 8)

(실시예 9)

(비교예)

[표 1]

본 발명의 효과는 SBE 방식에 요구되는 여러 가지 특성, 특히 높은 투명점, 낮은 점도, 제어 가능한 굴절율 이방성 △n을 평형을 잘 유지하면서 전압-투과율 특성의 급경사도를 개선시키는 것에 있다.

상기 일반식(1)에서 정의한 급경사도 α값은 시분할 구동 방식의 액정 표시소자에서는 1에 가까울수록 바람직하고, 본 발명에 있어서 한층 작은 α값이 달성된다.

여기에서 일반식(Ⅰ),(Ⅱ) 및 (Ⅲ)의 화합물이 크게 기여하며, 그 중에서도 일반식(Ⅰ) 및 (Ⅱ)의 화합물이 크게 기여한다고 생각된다.

이는 상기 실시예와 비교예와의 비교에 있어서 단적으로 나타난다. 일반식(Ⅰ),(Ⅱ) 및 (Ⅲ)의 화합물을 주성분으로 하여 적당한 비율로 혼합함으로써 α 이외에 점도도 개선된다.

본 발명의 액정 조성물은 전술한 바와 같은 특성을 갖고 있으면서 고시분할성을 나타내는 N_max값도 높은 수치를 나타낸다. 따라서, 이러한 조성물을 사용함으로써 SBE 방식에 의한 통전률 1/100 이상의 시분할 구동이 가능하게 된다.

또한, 투명점이 높고 점도가 낮기 때문에, 특히 급경사도가 문제되지 않는 90˚트위스트의 TN 방식에 있어서도 사용할 수 있음은 물론이다.

Claims

일반식(Ⅰ)의 화합물로 이루어진 제1성분과 일반식(Ⅱ)의 화합물로 이루어진 제2성분을 함유하는 액정 조성물.

상기 식에서, R¹및 R²는 각각 탄소수 1 내지 8의 알킬기이고, R³은 탄소수 1 내지 8의 알킬기 또는 탄소수 2 내지 8의 알케닐기이며, R⁴는 H 또는 F이고, R⁵는 CN기 또는 F이며,
제1항에 있어서, 제1성분 10 내지 50중량%와 제2성분 10 내지 50중량%를 함유하는 액정 조성물.
제1성분 10 내지 50중량%, 제2성분 10 내지 50중량% 및 제3성분으로서 일반식(Ⅲ)의 화합물, 일반식(Ⅳ)의 화합물 및 일반식(Ⅴ)의 화합물 중에서 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 함유함을 특징으로 하는 액정 조성물.

상기 식에서, R⁶은 탄소수 1 내지 8의 알킬기이고, R⁷은 H 또는 F이며, R⁸은 탄소수 1 내지 8의 알킬기, 알콕시기, F 또는 CN이고, R⁹는 탄소수 1 내지 8의 알킬기이며, R¹⁰은 F 또는 탄소수 1 내지 8의 알킬기 또는 알콕시기이고, X는 단일결합, -COO- 또는 -C≡C-이며,

이고, R¹¹은 F 또는 탄소수 1 내지 8의 알킬기이며, R¹²는 탄소수 1 내지 8의 알킬기이고,
제3항에 있어서, 제2성분이 일반식(Ⅵ)의 화합물인 액정 조성물.

상기 식에서, R¹³은 탄소수 2 내지 8의 알케닐기이다.
제3항에 있어서, 제3성분이 일반식(Ⅶ)의 화합물인 액정 조성물.

상기 식에서, R¹⁴및 R¹⁵는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 8의 알킬기 또는 알콕시기이다.
제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 따른 액정 조성물을 사용한 액정 표시소자.