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KR20030033769A - 아이소사이오네이트에 불소 및 에틸렌을 도입한 고속 고온액정 - Google Patents

아이소사이오네이트에 불소 및 에틸렌을 도입한 고속 고온액정 Download PDF

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KR20030033769A
KR20030033769A KR1020010065883A KR20010065883A KR20030033769A KR 20030033769 A KR20030033769 A KR 20030033769A KR 1020010065883 A KR1020010065883 A KR 1020010065883A KR 20010065883 A KR20010065883 A KR 20010065883A KR 20030033769 A KR20030033769 A KR 20030033769A
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liquid crystal
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nematic liquid
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nematic
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KR1020010065883A
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Inventor
반병섭
윤용국
서봉성
김봉희
사공동식
Original Assignee
삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 고속 고온 네마틱 액정 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특정한 네마틱 액정 화합물을 포함하여 액정의 상전이 온도가 높으며 고속의 응답속도를 실현할 수 있는 고속 고온 액정 조성물을 제공할 수 있어 LCD 등과 같은 액정을 필요로 하는 여러 가지 소자에 적용하면 효과적인 네마틱 액정 조성물에 관한 것이다.

Description

아이소사이오네이트에 불소 및 에틸렌을 도입한 고속 고온 액정{LIQUID CRYSTAL HAVING HIGH SPEED AND HIGH TEMPERATURE INTRODUCING FLUORINE AND ETHYLENE IN ISOTHIONATE}
본 발명은 아이소사이오네이트에 불소 및 에틸렌을 도입한 고속 고온 액정에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상전이 온도와 응답속도를 향상시킬 수 있는 네마틱 액정 화합물을 포함하는 고속 고온 액정 조성물에 관한 것이다.
디스플레이 분야에서 TN-LCD(Twist Nematic-Liquid Crystal Display)는 영역이 지속적으로 확대되어 왔으며, 그 범위로 노트북, 모니터는 물론 가정용 TV, 중소형 쪽으로 영역을 확대하고 있다.
상기 LCD는 경박단소의 물리적 장점을 지니고 있으나 화질을 결정하는 여러 가지 인자들 중에서 휘도 등은 CRT(Cathod Ray Tube)에 비해 취약한 문제가 있다. 또한, 모니터 및 새로운 LCD의 큰 시장으로 주목받는 LCD-TV의 시장이 점차 형성되고 확산되면서 고휘도 및 고속응답기술에 대한 요구가 매우 중요한 사항으로 대두되고 있다.
LCD에서 고휘도를 얻기 위해서는 백라이트에 관전류 등으로 인해 액정의 상전이 온도가 현행보다 높게 유지되어야 한다. 또한, 고속응답을 위해서는 물질의 회전 점도를 줄이거나 액정의 굴절률을 크게 하는 방안 등이 있다.
현재까지 제품화되고 있는 LCD 제품은 대부분이 TN, IPS, VA 모드로서 네마틱 액정을 사용하고 있으며, 상전이 온도는 70 내지 80 ℃정도이고, 응답속도는 20 내지 30 ms 정도이다. 그러나, 상기 상전이 온도 및 응답속도는 여전히 만족스럽지 못하기 때문에, TV 응용 및 동화상을 실현하기 위해서는 응답속도의 개선 및 상전이 온도의 증가가 절실히 요구되어지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 고려하여, 액정의 상전이 온도가 높으며 고속의 응답속도를 실현할 수 있는 네마틱 액정 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 상기 고속 고온 네마틱 액정 조성물을 포함하여 제조되는 LCD 소자를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 네마틱 액정 화합물을 포함하는 네마틱 액정 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
또한, 본 발명은 하기 화학식 2로 표시되는 네마틱 액정 화합물을 포함하는네마틱 액정 조성물을 제공한다.
[화학식 2]
이하에서 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명자들은 종래 네마틱 액정 조성물에서의 문제점을 해결하고자, 고휘도와 고속응답기술을 목표로 액정의 상전이 온도를 높이고, 굴절률 이방성 증가 등으로 고온고속액정 개발을 통한 고속 응답기술을 실현할 수 있는 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 액정 조성물을 개발하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 네마틱 액정 조성물은 종래 상용 액정 조성물에 주요성분(Key material)으로 특정 네마틱 혼합물을 블렌딩함으로써 기존 상용 액정에 비해 온도를 적어도 10 ℃ 이상을 높이고, 응답속도를 10 ms 정도로 실현할 수 있다.
본 발명의 네마틱 액정 조성물은 적어도 2 종 이상의 액정 화합물을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 네마틱 액정 조성물은 상기 화학식 1의 화합물을 포함한다. 또한, 본 발명의 네마틱 액정 조성물은 상기 화학식 2의 화합물을 포함한다. 상기 화학식 1, 또는 화학식 2의 화합물의 사용량은 2 내지 80 중량%로 포함하는 것이 바람직하며, 상기 화학식 1 또는 2의 화합물의 사용량이 상기 범위를 벗어나면 높은 상전이 온도와 고속의 응답속도를 얻을 수 없는 문제가 있다.
또한, 본 발명의 액정 조성물은 상기 화학식 1의 화합물과 함께 적어도 1 종 이상의 상용의 액정 화합물을 포함한다. 또한, 본 발명의 액정 조성물은 상기 화학식 2의 화합물과 함께 적어도 1 종 이상의 액정 화합물을 포함한다. 상기 상용의 액정 화합물은 하기 화학식 3, 화학식 4 및 화학식 5로 표시되는 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1 종 이상의 액정 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 상용의 액정 화합물의 사용량은 20 내지 98 중량%로 사용하는 것이 바람직하다.
[화학식 3]
[화학식 4]
[화학식 5]
상기 식에서, R2및 R3는 각각 독립적으로 또는 동시에 탄소수 1 내지 15의 알킬기 또는 알콕시기이며; B는 페닐 또는 사이클로헥실이며; C는 단일결합, -CH2CH2-, 또는 -COO- 이며; X 및 Y는 각각 독립적으로 또는 동시에 수소 또는 플르오로 원자이며; Z는 수소, -OCF3또는 플루오로원자이다.
본 발명에서 사용하는 상용 액정 화합물은 상기 화학식 3, 화학식 4 및 화학식 5의 화합물의 조합에 의해 사용할 수 있으며, 그 바람직한 일 실시예를 들면, 상용의 액정 화합물은 화학식 3 내지 5의 화합물 중에서 4개의 군(G1 내지 G4)으로 나누어 혼합 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 G1 내지 G4의 구성은 G1 10 내지 25 중량, G2 10 내지 20 중량%, G3 30 내지 40 중량% 및 G4 20 내지 40 중량%로 혼합하는 것이 좋다. 상기 G1 군은 상기 화학식 4 및 5의 화합물 군으로부터 선택되는 적어도 2 종 이상의 화합물이고; G2는 상기 화학식 4 및 화학식 5의 화합물 군으로부터 선택되는 적어도 2 종 이상의 화합물이고; 상기 G3은 화학식 4 및 5의 화합물 군으로부터 선택되는 적어도 2 종 이상의 화합물이고; 및 상기 G4는 화학식 3의 화합물 군으로부터 선택되는 적어도 2 종 이상의 화합물인 것이 바람직하다.
이와 같은 본 발명의 네마틱 액정 조성물은 복굴절율(Δn), 및 유전율이방성(Δε)이 크며, 특히 상전이 온도가 높고 응답속도가 빠르다. 따라서, 본 발명의 고속 고온의 액정 조성물은 액정을 필요로 하는 여러 가지 LCD 제품군의 소자, 바람직하게는 트위스트 네마틱(TN) 디바이스 장치, 수퍼 트위스트 네마틱(STN) 디바이스 장치, 박막트랜지스터-트위스트 네마틱(TFT-TN) 디바이스 장치, IPS(In plane switching) 디바이스 장치, AOC(Array on color filter), COA(Color filter on array) 디바이스 장치 등의 제조에 사용하여 고휘도 및 고속응답기술 등의 물성을 가지는 LCD를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것으로서 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
[비교예 1]
하기 표 1과 같이 구성된 상용의 혼합물 "TM1"을 제조하였다(TM1 = G1+ G2+ G3+ G4). 각 G1 내지 G4의 함량은 중량%를 나타낸다.
화합물 함량(중량%)
G1(X는 F) 3.4
10.0
10.4
G2 2.5
2.6
7.4
G3 7.0
3.5
3.97
11.07
G4 20.8
5.36
6.6
5.4
상기 표 1의 TM1으로 구성된 액정혼합물은 현재 상용화되고 있는 액정으로액정의 응답속도는 셀갭 4.6 ㎛에서 16 ∼ 18 ms로 측정되었으며, 상전이 온도는 80 ℃ 정도였다.
[실시예 1 내지 5]
고온고속응답 대응의 물성 변화를 확인하기 위해, 주요성분(key material)으로 하기 표 2와 같은 함량의 상전이온도가 높고 굴절률 이방성이 큰 하기 화학식 1의 화합물과 나머지 함량의 상기 비교예 1의 혼합액정 TM1을 혼합하여 %농도에 따라 액정의 상전이온도, 굴절률이방성, 유전율이방성, 응답속도(셀갭 3.77 ㎛)를 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
[화학식 1]
함량(중량%) Tni (℃) △ n Δε(20 ℃) 응답속도(ms)
비교예 1 - 80 0.0773 5.9 16∼18
실시예 1 7 89 0.0866 6.9 11
실시예 2 14 99 0.0984 7.9 11
실시예 3 16.7 102/101 0.1028(20℃)/0.0958(28℃) 8.3(20℃)/6.3(28℃) 11.9
실시예 4 20 107 0.1084 8.7 12
실시예 5 26 115 0.1184 9.6 12
**분모:실측치 예- 102℃(계산치)/102℃(실측치)
상기 표 2에서 보면, 상기 화학식 1의 화합물이 전혀 없는 비교예 1(TM1) 대비 실시예 1 내지 5의 경우 모두 우수한 결과를 얻었으며, 특히 응답속도는 70%로 줄었고 셀갭을 3.5 ㎛로 조절하면 10 ms 이하 응답속도가 예상되며, 상전이 온도는 기존 상용액정의 상전이 온도 80 ℃에 비해 20 ℃ 이상 높게(122% 증가) 나타났으며, 이는 low cell gap 용 고속 고온액정으로 사용하기에 효과적임을 나타낸다.
[실시예 6]
상기 실시예 1 내지 6의 화학식 1 대신 하기 화학식 2의 화합물 17.8 중량%를 주요성분(key material)로 사용하여 액정의 상전이온도, 굴절률 이방성, 유전율이방성, 응답속도 (셀갭 3.86 ㎛)를 측정하였다. 그 결과는 하기와 같다.
[화학식 2]
Tni: 101.8 ℃/101.3 ℃, △n: 0.1027(20℃)/ 0.0971(28℃), Δε: 8.0(28℃)/6.5(28℃), 응답속도: 11.3 ms(28℃)
상기 경우 역시 셀갭을 3.5 ㎛로 조절하면 10 ms 이하 응답속도가 예상되며, 상기 결과에서 보면 TM1 대비 응답속도가 66%로 줄었으며 상전이 온도는 126%로 증가하여 고속 고온액정으로 사용하기에 효과적임을 알 수 있다. 기존 보고된 NCS 혼합물은 상전이 온도, 굴절율이방성 및 응답속도가 Tni: 71℃, △n: 0.15, 응답속도: 14.6 ms로 이 경우 상전이 온도가 낮고 굴절율이 높아 제품화가 어려우며, 또한 Tni: 95℃, △n: 0.089, 및 응답속도: 21.3 ms인 경우는 응답속도가 느려 동화상 대응의 고속고온 액정으로는 적용하기 어려운 점이 있다. 반면, 본 발명의 상기 실시예들은 동화상 대응의 고속 고온의 2가지를 동시에 충족시켜 주므로 제품화 가능성이 매우 높다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 네마틱 액정 조성물은 상기 화학식 1, 또는 화학식 2의 화합물을 포함하여 상용의 혼합 액정에 비해 상전이온도, 굴절률 이방성, 유전율 이방성이 크며, 응답속도가 매우 빠르므로 LCD 제조시 사용하기에 효과적이다.

Claims (9)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 네마틱 액정 화합물을 포함하는 네마틱 액정 조성물:
    [화학식 1]
  2. 하기 화학식 2로 표시되는 네마틱 액정 화합물을 포함하는 네마틱 액정 조성물:
    [화학식 2]
  3. 제 1 항에 있어서,
    a) 상기 화학식 1로 표시되는 네마틱 액정 화합물 2 내지 80 중량%; 및
    b) 하기 화학식 3, 화학식 4 및 화학식 5로 표시되는 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1 종 이상의 액정 화합물 20 내지 98 중량%
    를 포함하는 네마틱 액정 조성물:
    [화학식 3]
    [화학식 4]
    [화학식 5]
    상기 식에서, R2및 R3는 각각 독립적으로 또는 동시에 탄소수 1 내지 15의 알킬기 또는 알콕시기이며; B는 페닐 또는 사이클로헥실이며; C는 단일결합, -CH2CH2-, 또는 -COO- 이며; X 및 Y는 각각 독립적으로 또는 동시에 수소 또는 플르오로 원자이며; Z는 수소, -OCF3또는 플루오로원자이다.
  4. 제 2 항에 있어서,
    a) 상기 화학식 2로 표시되는 네마틱 액정 화합물 2 내지 80 중량%; 및
    b) 하기 화학식 3, 화학식 4 및 화학식 5로 표시되는 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1 종 이상의 액정 화합물 20 내지 98 중량%
    를 포함하는 네마틱 액정 조성물:
    [화학식 3]
    [화학식 4]
    [화학식 5]
    상기 식에서, R2및 R3는 각각 독립적으로 또는 동시에 탄소수 1 내지 15의 알킬기 또는 알콕시기이며; B는 페닐 또는 사이클로헥실이며; C는 단일결합, -CH2CH2-, 또는 -COO- 이며; X 및 Y는 각각 독립적으로 또는 동시에 수소 또는 플르오로 원자이며; Z는 수소, -OCF3또는 플루오로원자이다.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항 기재의 네마틱 액정 조성물을 포함하여 제조되는 트위스트 네마틱(TN) 디바이스 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항 기재의 네마틱 액정 조성물을 포함하여 제조되는 수퍼트위스트 네마틱(STN) 디바이스 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항 기재의 네마틱 액정 조성물을 포함하여 제조되는 박막트랜지스터-트위스트 네마틱(TFT-TN) 디바이스 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항 기재의 네마틱 액정 조성물을 포함하여 제조되는 IPS(In plane switching) 디바이스 장치.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항 기재의 네마틱 액정 조성물을 포함하여 제조되는 AOC(Array on color filter) 또는 COA(Color filter on array) 디바이스 장치.
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