KR101308469B1

KR101308469B1 - 고속응답용 액정 조성물

Info

Publication number: KR101308469B1
Application number: KR1020090112278A
Authority: KR
Inventors: 이선희; 도윤선; 이미경; 최경희; 최진욱; 홍상표; 김경리
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사; 주식회사 동진쎄미켐
Priority date: 2009-11-19
Filing date: 2009-11-19
Publication date: 2013-09-16
Also published as: TW201118159A; TWI426121B; KR20110055314A; CN102071030B; CN102071030A

Abstract

본 발명은 고속응답용 액정 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액정 조성물이 고속의 응답속도를 실현하면서도 패널에 적용시 나타나는 부정형얼룩의 발생을 방지할 뿐만 아니라 저온안정성과 고온안정성도 모두 우수하여, 고품위 및 고용량의 표시정보처리 및 동영상 표시특성을 나타낼 수 있는 고속응답용 액정 조성물에 관한 것이다.

선경사각, 부정형얼룩, 저온안정성, 고속응답, 액정

Description

고속응답용 액정 조성물{LIQUID CRYSTAL COMPOSITION FOR HIGH SPEED RESPONSE TIME}

본 발명은 고속응답을 구현하기 위한 네마틱 액정 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상전이온도(등명점)가 높으며 복굴절률이 크고, 회전점도가 낮아 고속의 응답속도를 실현할 수 있을 뿐만 아니라, 부정형얼룩이 발생하지 않으며 저온 보관안정성이 확보되는, 고속응답용 액정 조성물 및 이를 이용한 액정표시장치에 관한 것이다.

평판 표시 장치의 하나인 액정표시장치는 패널의 내부에 주입된 액정의 전기적, 광학적 성질을 이용하여 디스플레이 기능을 수행하는데, 소형, 경량 및 저소비 전력 등의 장점에 의해 컴퓨터 모니터나 이동 통신 단말기 등의 다양한 분야에 폭넓게 응용되고 있는 추세이다.

사용된 전기-광학 모드는, 예를 들어 꼬인 네마틱(TN)-모드, 극도로 꼬인 네마틱(STN)-모드, 광학적으로 보상된 굴절(OCB)-모드 및 전기적으로 제어된 복굴절(ECB)-모드, 및 이들의 다양한 변형물 등이다. 상기 모드 모두는 각각의 액정층에 대해 기판에 실질적으로 수직인 전기장을 사용한다. 상기 모드 이외에, 예를 들 어, 평면 스위칭 모드 같은 기판, 즉 각각의 액정층에 대해 실질적으로 수평인 전기장을 사용하는 전기-광학 모드가 또한 존재한다. 특히, 상기 전기-광학 모드는 최신 데스크탑 모니터용 LCD를 위해 사용되고, 멀티 미디어용 디스플레이에 적용하기 위한 것이다.

이러한 디스플레이를 위해, 개선된 특성을 가진 신규한 액정 매질이 요구된다. 다양한 용도를 위해, 특히 응답속도가 개선되어야 한다. 따라서, 보다 낮은 점도(η)의 액정 매질, 특히 보다 낮은 회전 점도(γ1)의 액정 매질이 요구된다. 회전 점도는 75mPaㆍs 이하, 바람직하게 60mPaㆍs 이하 및 특히 55mPaㆍs 이하이어야 한다. 상기 파라미터 이외에, 매질은 적절하게 넓은 범위의 네마틱상을 나타내야 하고, 적합한 복굴절성(Δn) 및 유전 이방성(Δε)은 합리적으로 낮은 작동 전압을 허용하기 위해 충분히 높아야 한다.

본 발명에 따른 디스플레이는 바람직하게 액티브 매트릭스(Active Matrix LCD, 약어로 AMD), 바람직하게 박막 트랜지스터(TFT, Thin Film Transistor)로 어드레스된다. 그러나, 본 발명의 액정은 또한 다른 공지된 어드레싱 수단과 함께 디스플레이내에서 유리하게 사용될 수 있다.

LCD 및 특히 TN모드 TFT-LCD디스플레이에 적합한 액정 조성물은, 다수의 선행문헌에 공지되어 있다. 그러나, 이들 조성물은 심각한 단점을 가지고 있다. 다른 결점 중에서 특히, 대부분의 상기 조성물은 불리하게도 긴 응답속도를 야기하고, 매우 낮은 저항값을 가지거나, 매우 높은 동작 전압을 요구한다.

또한, TFT-LCD 패널의 경우 극지방과 같은 추운 지역으로부터 적도와 같은 고온 지역까지 전세계적에서 사용되고 있기 때문에, 저온 및 고온에서의 액정조성물의 안정성이 매우 중요하다. 특히, 패널이 영하의 매우 낮은 온도에 노출되었을 때 결정이 석출되는 경우, 패널에 적용할 수 없는데, 이는 액정 조성물내 단일액정들의 저온에서의 상호용해도가 떨어지는 경우에 발생하게 된다.

하지만 아직까지 원하는 물성을 모두 만족하는 액정 조성물은 개발되지 못하고 있다. 특히, 응답속도나 유전율 이방성 등의 물성을 만족하더라도 부정형얼룩과 저온안정성의 문제를 함께 해결하지 못하고 있는 실정이다.

본 발명의 목적은 패널 적용시 부정형얼룩이 발생하지 않으며 저온에서의 결정이 석출되지 않아 저온안정성이 우수한 고속응답 네마틱 액정 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 빠른 응답속도를 가지면서 등명점 온도가 80±1℃ 이상이 되고, 굴절률 이방성이 크며, 회전점도가 낮고, 특정범위의 정점도 및 문턱전압을 확보할 수 있는 고속응답 네마틱 액정 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 제품의 구동에 의한 열화문제를 개선하여 고온 신뢰성을 확보할 수 있는 고속응답 네마틱 액정 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 네마틱 액정 조성물을 포함하는 액정표시장치, 특히 TFT-LCD모니터용 고속응답 네마틱 액정 조성물을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은

(a) 하기 화학식 1 내지 화학식 3으로 표시되는 화합물로 이루어지는 군에서 선택된 2종 이상의 비극성 화합물, 및

(b) 하기 화학식 4 내지 7로 표시되는 화합물로 이루어지는 군에서 선택된 3종 이상의 극성 화합물을 포함하는 네마틱 액정 조성물을 제공한다.

[화학식 1]

[화학식 2]

[화학식 3]

[화학식 4]

[화학식5]

[화학식 6]

[화학식 7]

상기 식에서, R은 C2-C9의 탄소원자를 갖는 n-알케닐이고, R₁ 내지 R₈은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 7의 알킬기이고, X는 H 또는 F이다.

또한 상기 액정 조성물은

(a) 상기 하기 화학식 1 내지 화학식 3으로 표시되는 화합물로 이루어지는 군에서 선택된 2종 이상의 비극성 화합물을 50 내지 58 중량%, 및

(b) 상기 화학식 4 내지 7로 표시되는 화합물 중에서 선택된 3종 이상의 극성 화합물 42 내지 50 중량%를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 기재의 고속응답용 네마틱 액정 조성물을 포함하는 액정표시장치를 제공한다. 바람직하게는, 상기 액정표시장치는 능동 구동방식의 TN(Twisted nematic) 모드의 액정표시장치일 수 있고, 더 바람직하게 TFT-LCD용 일 수 있다.

이하에서 본 발명을 상세하게 설명한다.

네마틱 액정의 구동방식 가운데 하나인 TN (Twisted nematic) 모드의 경우에 있어서, TN 모드의 LCD패널과 적용되는 액정 조성물의 물성은 일반적으로 다음과 같은 관계를 갖는다. 즉, 액정 조성물의 응답시간과 관련된 변수들의 상관 관계식을 설명하면, LCD의 응답속도는 전계인가 시의 Turn-on 시간과 전계 제거 시의 Turn-off 시간으로 구분지을 수 있는데, 각각 아래의 식으로 나타낼 수 있다.

[수학식 1]

[수학식 2]

상기 식에서,

g₁은 회전점도 (rotational viscosity)이고, d는 셀갭(Cell gap)이고, e _o 는 유전상수 (dielectric constant)이고, De는 유전율 이방성 (dielectric anisotropy) (De = e _ll - e _^ )이고, V는 동작전압 (operating voltage)이고, V _th 는 문 턱전압 (threshold voltage of Fredric's transition)이고, K _eff 는 유효탄성계수(effective elastic constant) 이다.

액정 조성물의 물성 가운데 낮은 회전점도, 높은 탄성계수 및 높은 유전율 이방성을 가질수록 빠른 응답속도를 확보할 수 있다. 이때, 회전점도와 탄성상수 및 등명점온도 (T_NI)는 Trade-off 상태를 갖는다.

또한, TN 셀의 Gooch-Tarry first minimum은 다음 수학식 3과 같이 LCD 패널의 셀갭과 액정 조성물의 굴절률 이방성, 입사되는 광의 파장의 함수로 나타낼 수 있으며, 셀갭이 결정되면 TN 셀에 적용될 액정 조성물의 굴절률 이방성이 결정된다.

[수학식 3]

현재 모니터용 LCD 패널은 TN 모드의 TFT-LCD 용 액정 조성물을 사용하며, 구동온도는 -10~75℃이며, 응답시간은 10ms로서 느리다.

또한, 모니터 동작온도가 낮음에 따라 모니터를 장시간 구동하면 발생하는 열에 의해 열화가 발생하며, 동화상 구현 시에 잔상이 발생한다. 더욱이, 액정 조성물을 패널에 적용 시, 동작온도나 응답속도와 같은 사양 이외에도 선경사각이 높아서 부정형 얼룩이 발생하는 문제가 있다.

액정표시소자는 네마틱 액정상을 이용하여 전압에 따른 액정 조성물 내의 액정분자들의 배열을 조정하여 광의 투과율을 조절함으로써, 화상을 표현하는 소자이 기 때문에 액정상이 유지되는 온도영역이 매우 중요하며, 액정표시소자의 장기 구동에 의해 발생하는 열로 인한 열화가능성으로 등명점온도 (T_NI)가 중요하다. 또한 액정표시소자가 극지방까지 판매되고 있는 시점에서 네마틱 액정상이 시작되는 액정상 전이온도(T_CN, 결정화온도)의 확보가 필요하다. 또한, 이러한 고속응답용 액정조성물은 휴대폰, 모니터 및 TV등의 고품위, 고용량의 표시정보처리 및 뛰어난 정보처리 및 뛰어난 동영상 표시특성을 확보하기 위해 요구된다.

특히, 최근 가장 이슈가 되는 잔상이 없는 완벽한 동화상 구현을 위해서는, 동작온도, 특히 상한 온도는 최소한 80±1℃ 이상을 확보해야 하며, 응답속도는 5ms이하를 확보해야 한다. 또한, 상기 수학식 1 내지 3의 관계식에서 따라, 액정조성물이 5ms의 응답속도를 확보하기 위해서는 셀갭이 3.4㎛일 때 5ms이하의 응답속도를 확보하도록 유전율 이방성은 4.5±0.5이고, 회전점도는 55mPaㆍs이하 이며, 굴절률이방성은 0.1210±0.005를 확보해야 한다. 또한, 액정상의 상한온도가 80±1℃를 확보해야만 한다. 더욱이, 액정 조성물을 패널에 적용 시, 동작온도나 응답속도와 같은 사양 이외에도 부정형 얼룩이 발생하지 않도록 선경사각(pretilt angle)은 5.5^o이하를 확보해야 한다. 상기 부정형 얼룩은 선경사각(pretilt angle)이 커지면 투과율의 변화에 민감해지면서 생기는 현상인 것으로 추정된다.

따라서, 본 발명은 표시장치의 동작온도의 상한온도가 80±1℃ 이상을 가지며, 5ms 이하의 응답속도를 확보할 수 있도록, 등명점 온도(T_N _-I)가 80±1℃ 이상을 가지며, 액정표시장치의 패널의 셀갭이 3.4㎛일 때, 유전율 이방성은 4.5±0.5를 가지고, 회전점도는 55mPaㆍs이하이고, 굴절률이방성은 0.1210±0.005인 TFT-LCD 네마틱 액정 조성물을 제공하는 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명의 액정 조성물의 결정화온도(T_C _-N)는 -30℃ 이하를 갖는 것을 특징으로 한다. 여기서 상기 결정화온도란 고체상에서 네마틱 액정상으로 변화하는 온도를 말한다. 종래 액정 조성물에서 결정화온도는 -20℃를 달성하였으나, 최근 액정표시장치의 사용환경이 다양해지면서 상기 정도의 결정화온도로는 충분하지 못하고 더 낮은 결정화온도를 갖는 액정매질이 필요한 실정이며, 본 발명의 액정 조성물을 -30℃ 이하의 물성값을 확보함으로써 액정표시장치의 품질특성을 현저히 향상시켰다.

특히, 본 발명의 액정 조성물은 액정표시장치의 패널의 셀갭이 3.4㎛이 되도록 적용될 때, 선경사각(pretilt angle)이 5.5°이하인 것을 특징으로 하므로, 부정형얼룩을 미연에 방지할 수 있다.

이러한 조건을 만족하는 본 발명의 고속응답용 네마틱 액정 조성물은 특정 단일액정 화합물의 최적화된 조성을 통해 상기 물성을 모두 확보할 수 있다.

구체적으로, 상기 액정 조성물은 비극성 성분 및 극성 성분의 특정 조성으로 이루어질 수 있다. 상기 액정 조성물은 (a) 하기 화학식 1 내지 화학식 3로 표시되는 화합물 중에서 선택된 2종 이상의 비극성 화합물, 및 (b) 하기 화학식 4 내지 7으로 표시되는 화합물 중에서 선택된 3종 이상의 극성 화합물을 포함할 수 있다.

[화학식 1]

[화학식 2]

[화학식 3]

[화학식 4]

[화학식5]

[화학식 6]

[화학식 7]

상기 액정조성물에 있어서, 비극성화합물의 바람직한 일실시예에 따르면, (i) 화학식 1, 화학식 2 및 화학식 3에서 각 1종 이상 선택하는 경우, (ii) 화학식 1 과 화학식 2에서 각 1종 이상 선택하는 경우, (iii) 화학식 1 및 화학식 3에서 각 1종 이상 선택하는 경우, 또는 (iv) 화학식 2 및 화학식 3에서 각 1종 이상 선택하는 경우를 포함할 수 있다.

상기 액정조성물에 있어서, 극성화합물의 바람직한 일실시예에 따르면 (i) 화학식 4, 화학식 5, 화학식 6 및 화학식 7에서 각 1종 이상 선택하는 경우, (ii) 화학식 4, 화학식 5 및 화학식 6에서 각 1종 이상 선택하는 경우, (iii) 화학식 4, 화학식 5 및 화학식 7에서 각 1종 이상 선택하는 경우, (iv) 화학식 4, 화학식 6 및 화학식 7에서 각 1종 이상 선택하는 경우, 또는 (v) 화학식 5, 화학식 6 및 화학식 7에서 각 1종 이상 선택하는 경우를 포함할 수 있다.

따라서 본 발명에서의 액정 조성물은 상기에서 포함되는 비극성화합물의 조성들 가운데 선택된 1 종의 조성과 상기 극성화함물의 조성들 가운데 선택된 1 종 의 조성으로 구성될 수 있다.

본 발명자는 TFT-LCD 패널에서 발생하는 부정형얼룩이 액정 조성물의 선경사각이 높은 경우, 즉 5.5°이상이 되는 경우에 나타나며, 액정 조성물내 비극성성분의 비율에 관계되는 것을 알 수 있었다. 따라서, 이러한 점을 고려하여 본 발명은 (a) 비극성 화합물의 함량을 50 중량% 이상 사용하고, (b) 극성화합물의 함량을 50 중량% 이하로 사용할 수 있다. 구체적으로, 본 발명은 액정 조성물 중의 (a) 비극성 화합물의 함량을 50 내지 58 중량%로 사용하고, 바람직하게는 52 내지 56 중량%, (b) 극성화합물을 42 내지 50 중량%, 바람직하게는 44 내지 48 중량%로 사용하는 데 특징이 있다.

상기 비율로 비극성 성분과 극성성분의 함량비를 조절하여 사용함으로써, 본 발명은 선경사각을 5.5^o이하로 낮추어 부정형 얼룩이 발생하지 않게 하는 특징이 있다.

전체 액정 조성물 가운데 비극성 화합물의 함량이 58 중량%를 넘어가면 선경사각은 5.5^o보다 높은 선경사각을 가지면서 부정형 얼룩이 발생한다. 또한 그 함량이 50 중량% 미만이면 점도가 증가되어 55mPaㆍs이하의 회전점도를 얻을 수 없어서 5ms의 응답속도를 달성할 수 없는 문제가 있다.

상기 액정 조성물 중 비극성 화합물은 전체 비극성 화합물의 조성을 100 중량부로 환산했을 때, 화학식 1로 표시되는 화합물 60 내지 85 중량부, 화학식 2로 표시되는 화합물 0 내지 10 중량부 및 화학식 3으로 표시되는 화합물 15 내지 30 중량부를 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 액정 조성물 중 극성 화합물은 전체 비극성 화합물의 조성을 100 중량부로 환산했을 때, 화학식 4으로 표시되는 화합물 20 내지 40 중량부, 화학식 5로 표시되는 화합물 14 내지 30 중량부, 화학식 6으로 표시되는 화합물 15 내지 35 중량부 및 화학식 7로 표시되는 화합물 10 내지 20 중량부를 포함할 수 있다.

이때, 상기 극성화합물은 1종 이상의 상기 화학식 4를 갖는 화합물, 1종 이상의 상기 화학식 5를 갖는 화합물 및 1종 이상의 상기 화학식 6을 갖는 화합물을 포함하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 상기 극성 화합물은 탄소수가 다른 2종 이상의 화학식 4를 갖는 화합물, 탄소수가 다른 2종 이상의 화학식 5를 갖는 화합물, 및 탄소수가 다른 2종 이상의 화학식 6을 갖는 화합물을 포함할 수 있다.

또한 본 발명에서, 상기 화학식 7을 갖는 화합물은 하기 화학식 7a 및 7b로 이루어지는 군에서 1종 이상 선택될 수 있다.

[화학식 7a]

[화학식 7b]

상기 식에서, R₈은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 7의 알킬기이다.

이때, 화학식 1, 화학식 2 및 화학식 3의 각 단일 액정 화합물의 함량이 본 발명의 범위를 벗어나 과량으로 사용되면 등명점온도(T_NI)를 크게 낮춰서 79 ℃ 이상을 확보할 수 없게 되어 패널의 고온 신뢰성을 확보할 수 없게 된다. 또한 그 함량이 너무 적을 경우 점도 및 회전점도가 증가하여 6ms이하의 응답시간을 얻을 수 없는 문제가 있다.

또한, 화학식 4 내지 6의 각 단일액정 화합물의 함량이 본 발명의 범위를 벗어나 과다할 경우 굴절률이방성이나 점도를 크게 증가시켜 6ms 이하의 고속응답을 실현할 수 없고 원하는 범위의 굴절률이방성을 얻을 수 없는 문제가 있다. 또한 그 함량이 너무 적으면 원하는 굴절률이방성보다 낮아지는 문제가 있다.

상기 화학식 7의 단일액정 화합물의 함량이 본 발명의 범위를 벗어나 과다할 경우 등명점 온도(T_NI)를 높일 수는 있으나, 그에 따라 액정상 전이온도(T_CN)가 크게 증가되고, 더불어 점도를 크게 증가시켜서, 저온영역에서의 액정상을 확보할 수 없게 되고, 5ms이하의 고속응답을 실현할 수 없게 된다. 또한 그 함량이 너무 적으면 등명점온도(T_NI)를 크게 낮춰서 78 ℃ 이상을 확보할 수 없게 되어 패널의 고온 신뢰성을 확보할 수 없게 되는 문제가 있다.

한편, 본 발명에서 사용하는 2-ring 구조의 상기 화학식 1, 화학식 2 및 화학식 3의 비극성 화합물은 저점성을 확보할 수 있을 뿐 아니라, 굴절률 이방성과 유전율 이방성을 원하는 물성 수준 이상으로 얻을 수 있도록 한다. 또한, 상기 화학식 1 및 7의 단일액정 화합물은 저점성과 함께 저온의 액정상 하한온도 (T_CN) 특성을 확보할 수 있다.

즉, 본 발명의 액정 조성물에 있어서, 화학식 1의 단일액정 화합물은 저점성과 낮은 회전점도를 가져 짧은 응답시간을 갖도록하는 역할을 하므로, 필수성분으로 포함되는 것이 더 바람직하다.

또한 상기 화학식 1의 화합물은 하기 화학식 1a 및 1b로 표시되는 화합물로 이루어지는 군에서 1종 이상 선택된 것을 포함하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게, 상기 화학식 1을 갖는 화합물은 화학식 1a 및 화학식 1b를 20 내지 75 중량% 및 10 내지 40 중량%로 포함할 수 있고, 더 바람직하게는 40 내지 60 중량% 및 15 내지 30 중량%일 수 있다.

[화학식 1a]

[화학식 1b]

R₁은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 7의 알킬기이다.

특히 본 발명은 액정조성물의 중간온도영역을 확보하기 위하여, 화학식 2의 화합물을 사용한다. 상기 화학식 2의 화합물의 사용에 따라, 본 발명은 원하는 범위의 점도 및 등명점온도를 확보할 수 있고, 5ms 이하의 고속응답을 실현할 수 있다.

상기 화학식 3의 알콕시 화합물은 임의 성분으로 포함될 수 있으며, 상기 설명한 바와 같이, 역시 액정 조성물의 저점성 및 중간온도 영역 확보에 도움을 줄 수 있다.

상기 화학식 4 내지 6의 단일 액정 화합물은 중간온도 영역의 네마틱 액정상을 확보할 수 있도록 상승작용을 하며, 고속응답용 액정 조성물의 상기한 굴절률 이방성 및 유전율 이방성 특성을 갖게 한다.

상기 화학식 7의 단일 액정 화합물은 고온영역을 나타내어, 액정표시장치의 구동 시에 발생하는 열등으로 인해 특히 중요시되는 고온신뢰성을 위한 등명화 온도 (T_NI)를 79 ℃ 이상 확보할 수 있다.

본 발명에 따른 액정 매질은 통상적인 농도의 추가적인 첨가제 및 키랄 도판트를 함유할 수 있다. 이러한 추가적인 구성성분의 총 농도는 총 혼합물을 기준으 로 0 내지 10%, 바람직하게 0.1 내지 6%의 범위이다. 각각 사용된 개별적인 화합물의 농도는 바람직하게 0.1 내지 3%의 범위이다.

그 밖에, 본 발명의 액정조성물은 액정조성물의 특성을 개선하기 위하여 일반적으로 알려진 네마틱액정, 스메틱(smetcic)액정, 콜레스테릭(cholesteric)액정 등을 혼합 사용할 수도 있다. 그러나, 이러한 액정화합물을 다량 첨가하면 얻으려고 하는 액정조성물의 특성을 감소시키는 경우가 생기므로, 첨가량은 네마틱 액정조성물의 요구 특성에 따라서 제한적으로 결정하여야 한다.

이상과 같은 본 발명의 네마틱 액정조성물은 액정표시소자에 적용되어 우수한 물성을 나타낼 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기 기재의 고속응답용 네마틱 액정 조성물을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.

바람직하게, 상기 고속응답용 네마틱 액정 조성물이 사용된 액정표시장치의 패널의 경우, 휘도가 285 내지 315 cd/㎠이고, 대조비는 760 내지 840이고, 60Hz, 6V 구동시 응답속도는 4.75 내지 5.75ms이고, 동작온도는 -30℃ 에서 80±1℃ 이고, 네마틱 액정 조성물을 사용하는 모든 액정표시장치에 적합하며, 19인치 해상도 SXGA의 모니터용 TFT-LCD에 특히 적합하다.

상기의 모니터용 제품의 경우, 기존의 모니터용 TFT-LCD의 휘도 250 cd/㎠ 대비 20% 향상된 휘도를 가지며, 기존의 8ms 대비 38% 빠른 응답속도를 가지며, 동작온도는 -20℃에서 75℃에서 -30℃에서 80±1℃로 구동의 상한 및 하한온도를 개선하였다. 따라서, 상기의 모니터용 TFT-LCD는 빠른 동화상의 구현에 특히 적합하 며, 구동시 발생하는 열이나 영하의 추운 온도 등에서 특히 높은 신뢰성을 갖는다.

즉, 본 발명은 상기 고속응답용 네마틱 액정조성물을 액정재료로 이용하여 적절한 첨가제와 함께 각종 표시용 액정셀에 충진하여 여러 가지 LCD를 채용한 표시장치를 제공할 수 있다. 바람직하게는, 상기 액정표시장치는 액티브 구동방식의 TN(twisted nematic) 모드의 액정표시장치일 수 있고, 더 구체적으로 TFT-LCD용 TN일 수 있다. 또한 상기 액정표시장치는 휴대폰, 모니터, 및 TV등의 고품위, 고용량의 표시장치를 포함하고 바람직하게 모니터일 수 있다.

상기 TN(twist nematic) 모드의 액정표시장치는 유리기판 위에 화소단위로 TFT를 형성한 어레이 기판과 R/G/B 서브-픽셀이 한화소로 구성된 C/F기판에 배향막을 코팅하고 러빙한 후, 그 사이에 액정조성물을 포함하고, 외부의 어레이 기판과 C/F기판 위에 편광판을 부착하여 제조된다.

여기서 상기 액정조성물을 이용한 것을 제외하고, 액정표시장치의 보다 구체적인 구성은 당업자들에게 잘 알려진 것이므로 자세한 구성 및 구동원리의 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 네마틱 액정 조성물은 부정형얼룩이 발생하지 않으며, 저온안정성이 매우 우수하면서도 빠른 응답시간으로 고품위, 고용량의 표시정보처리 및 뛰어난 정보처리와 동영상 표시특성을 보이는 액정표시장치에 효과적으로 사용할 수 있으며, 장시간 구동에 의한 열화 문제를 크게 개선하여 제품의 고온 신뢰성도 확보할 수 있고 잔상이 없는 동화상을 구현할 수 있다.

이하 본 발명을 하기 실시예를 참조로 하여 보다 상세히 설명한다. 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의하여 한정되는 것이 아님은 물론이다.

<실시예 1 내지 3>

다음 표 1과 같은 조성과 함량으로, 비극성 화합물(N-1 내지 N4) 및 극성 화합물(P-1 내지 P-8)을 혼합하여 네마틱 액정 조성물을 제조하였다 (단위: 중량%).

[표 1]

[실험예 1]

각 액정 조성물에 대해, 한국특허출원 제2006-0045599호에서 제시한 것과 같은 통상적인 방법으로 결정화온도, 등명점온도 등의 물성을 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.

[표 2]

	실시예1	실시예2	실시예3
결정화온도 (T_C _-N) (℃)	-30	-30	-30
등명점온도(T_NI) (℃)	80.0	79.0	82.0
굴절률 이방성(Δn)	0.1210	0.1203	0.1204
굴절률 (no)	1.4979	1.4970	1.4970
유전율 이방성(Δε)	4.7	4.5	4.9
회전점도 (mPaㆍs)	53.0	55.0	49.0
응답속도 (ms)	4.8	5.0	4.5

상기 표 2의 결과로부터, 본 발명의 액정 조성물은 굴절율 이방성, 굴절율, 유전율 이방성, 회전점도와 같은 물성이 우수하면서도 결정화온도가 매우 낮아 저온환경에서도 보관안정성이 우수함을 예측할 수 있다. 또한, 액정조성물의 상한온도가 79℃ 이상을 가지며, 5ms 이하의 응답속도를 갖도록 조성이 최적화된 것임을 알 수 있다.

[실험예 2]

실시예 및 비교예의 액정 조성물 내 비극성성분과 극성 성분의 함량에 따른 선경사각을 측정하여 그 결과를 표 4에 나타내었다. 이때, 비교예의 조성은 표 3과 같다. 또한 표 4의 결과로부터, TFT-LCD 패널에서 발생하는 부정형얼룩에 관련된 액정 조성물의 선경사각(pretilt angle)을 비교하였다.

[표 3]

[표 4]

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1
비극성 성분 (wt%)	54.0	54.0	54.0	60.0
극성 성분 (wt%)	46.0	46.0	46.0	40.0
총 계	100.0	100.0	100.0	100.0
선경사각 (^o)	5.5	5.5	5.3	7.2

상기 표 4의 결과를 보면, 본 발명의 실시예 1 내지 3의 경우 비극성성분의 함량이 54 중량% 이하로 사용되어 선경사각(pretilt angle)이 모두 5.5°이하였으며 패널에서 부정형 얼룩이 발생되지 않았다. 반면, 비교예 1의 경우 비극성성분의 함량이 본 발명의 사용량보다 과량으로 포함되어 선경사각(pretilt angle)이 5.5°보다 높아 패널의 부정형얼룩이 발생되었다.

[실험예 3]

본 발명의 각 실시예의 조성물의 저온보관 안정성은 -20℃ 냉동고에서 2주일간 보관하면서 결정이 석출여부로 확인하였다 (표 5).

[표 5]

보관조건	실시예 1	실시예 2	실시예 3
1주일@-20℃	결정석출 없음	결정석출 없음	결정석출 없음
2주일@-20℃	결정 석출 없음	결정 석출 없음	결정 석출 없음

상기 표 5에서 보는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 3은 2주간 보관시에도 결정이 석출되지 않아 저온안정성이 확보됨을 확인하였다.

Claims

(a) 하기 화학식 1 내지 화학식 3으로 표시되는 화합물로 이루어지는 군에서 선택된 2종 이상의 비극성 화합물 50 내지 58 중량%, 및

(b) 하기 화학식 4 내지 7로 표시되는 화합물로 이루어지는 군에서 선택된 4종 이상의 극성 화합물 42 내지 50 중량%를 포함하는 네마틱 액정 조성물로서,

상기 액정 조성물 중 비극성 화합물은 전체 비극성 화합물의 조성을 100 중량부로 환산했을 때, 화학식 1로 표시되는 화합물 60 내지 85 중량부, 화학식 2로 표시되는 화합물 0 내지 10 중량부 및 화학식 3으로 표시되는 화합물 15 내지 30 중량부를 포함하며,

상기 액정 조성물 중 극성 화합물은 전체 비극성 화합물의 조성을 100 중량부로 환산했을 때, 화학식 4로 표시되는 화합물 20 내지 40 중량부, 화학식 5로 표시되는 화합물 14 내지 30 중량부, 화학식 6으로 표시되는 화합물 15 내지 35 중량부 및 화학식 7로 표시되는 화합물 10 내지 20 중량부를 포함하는 것인 네마틱 액정 조성물:

[화학식 1]

[화학식 2]

[화학식 3]

[화학식 4]

[화학식5]

[화학식 6]

[화학식 7]

상기 식에서, R은 C2-C9의 탄소원자를 갖는 n-알케닐이고, R₁ 내지 R₈은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 7의 알킬기이고, X는 H 또는 F이며, 이때 상기 화학식 7로 표시되는 화합물은 하기 화학식 7a 및 7b로 이루어지는 군에서 1종 이상 선택되며:

[화학식 7a]

[화학식 7b]

상기 화학식 7a 및 7b에서, R₈은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 7의 알킬기이다.
삭제
삭제
제1항에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물은 하기 화학식 1a 및 1b로 표시되는 화합물을 포함하는, 액정 조성물.

[화학식 1a]

[화학식 1b]

R₁은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 7의 알킬기이다.
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서, 상기 액정 조성물은 응답속도가 5ms 이하인 것인 액정 조성물.
제1항에 있어서, 상기 액정 조성물은 액정표시장치의 패널의 셀갭이 3.4㎛이 되도록 적용될 때 유전율 이방성(Δε)이 4.5±0.5이고, 회전점도가 55 mPaㆍs이하이며, 굴절율 이방성(Δn)이 0.1210±0.005 인, 액정 조성물.
제1항에 있어서, 상기 액정 조성물의 결정화온도가 -30 ℃ 이하이고 등명점온도가 (T_NI)가 80±1 ℃인, 액정 조성물.
제1항에 있어서, 상기 액정 조성물을 적용한 액정표시장치의 선경사각이 5.5°이하인, 액정 조성물.
제1항, 제4항 및 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 네마틱 액정 조성물을 포함하는 액정표시장치.
제12항에 있어서, 상기 액정표시장치는 액티브 구동방식의 TN(twisted nematic) 모드의 액정표시장치를 포함하는 것인, 액정표시장치.