KR100198364B1

KR100198364B1 - 액정 매질

Info

Publication number: KR100198364B1
Application number: KR1019920701290A
Authority: KR
Inventors: 리이거 베른하르트; 요시다께 히로끼; 야콥 토마스; 플라흐 헤르베르트; 휜켄젤러 울리히; 쿠르마이어 한스-아돌프
Original assignee: 플레믹 크리스티안; 메르코 파텐트 게젤샤프트 미트 베슈랭크터 하프퉁
Priority date: 1990-10-02
Filing date: 1991-09-19
Publication date: 1999-06-15
Also published as: JPH05501895A; DE69120245D1; JP2004083914A; EP0503021A1; JP2003129054A; JP3512405B2; KR927003758A; DE69120245T2; JP2004099904A; EP0503021B1; WO1992006148A1; US5397505A

Abstract

본 발명은 하기 일반식(Ⅰ)의 화합물 하나 이상을 함유함을 특징으로 하는, 양(+)의 유전 이방성을 갖는 극성 화합물의 혼합물을 기본으로 하는 액정 매질에 관한 것이다:

상기식에서, r 은 0 또는 1이고, Q¹은 -CH₂CH₂-또는 단일 결합이며, A 는 1,4-페닐렌 또는 트랜스-1,4-사이클로헥실렌이고, L 은 H 또는 F 이며, R 은 각 경우에 7개이하의 탄소원자를 갖는 알킬, 알콕시, 옥사알킬, 플루오르알킬 또는 알케닐이고, X 는 F, CF₃, 또는 OCF₂H 이다.

Description

액정 매질

본 발명은 액정 매질, 전광 목적을 위한 그의 용도 및 상기 매질을 함유하는 디스플레이에 관한 것이다.

액정은 그의 광학성이 가해진 전압에 의해 영향을 받을 수 있기 때문에 특히 디스플레이 장치에 유전체로서 사용된다. 액정을 기재로 하는 전광 장치는 당해분야에 숙련된 자에게 매우 널리 공지되어 있으며 다양한 효과를 기초로 할 수 있다. 상기 타입의 장치는, 예를들면, 동적 산란 효과를 갖는 쎌, DAP(연합상의 변형) 쎌, 게스트/호스트(guest/host) 쎌, 비틀린 네마틱 구조를 갖는 TN, 쎌 STN(대단히 비틀린 네마틱) 쎌, SBE(초-복굴절 효과) 쎌 및, OMI(광학 모드 간섭)쎌이다. 가장 통상적인 디스플레이 장치는 샤트-헬프리히(Schadt-helfrich) 효과를 기초로하며 비틀린 네마틱 구조를 갖는다.

액정 물질은 우수한 화학 및 열 안정성, 및 전기장 및 전자기 방사선에 대해 우수한 안정성을 가져야 한다. 또한, 액정 물질은 낮은 점도를 가져야 하고, 쎌에 짧은 어드레싱 시간, 낮은 임계전압 및 높은 콘트라스트를 부여해야 한다. 또한, 이들은 통상적인 작업 온도, 즉, 실온 이상 및 이하의 가능한 가장 광범위한 온도에서, 적합한 메조상, 예를들면, 전술한 쎌의 경우 네마틱 또는 콜레스테릭 메조상을 가져야 한다. 일반적으로 액정은 다수 성분의 혼합물로서 사용되므로, 성분들이 서로 쉽게 혼화되는 것이 중요하다. 전도성, 유전 이방성 및 광학 이방성과 같은 다른 성질은 쎌 타입 및 사용 분야에 따라 다양한 필요조건에 부합되어야 한다. 예를 들면, 비틀린 네마틱 구조를 갖는 쎌에 대한 물질은 양(+)의 유전 이방성 및 낮은 전도성을 가져야 한다.

예를들면, 개개의 영상점을 스위칭 하기 위한 비선형 집적 소자를 함유한 매트릭스 액정 디스플레이(MLC 디스플레이)에 바람직한 매질은 높은 +유전 이방성, 광범위한 네마틱상, 비교적 낮은 복굴절, 매우 높은 비저항, 상기 저항의 우수한 UV 및 온도 안정성 및 낮은 증기압을 갖는 매질이다.

상기 타입의 매트릭스 액정 디스플레이는 공지되어 있다. 각각의 영상점을 개별적으로 스위칭하기 위해 사용될 수 있는 비선형 소자는, 예를들면, 능동소자(즉, 트랜지스터)이다. 이러한 경우에서, 상기 소자는 하기(1), (2) 두가지 타입으로 구별될 수 있는 능동 매트릭스를 말한다:

(1) 기재로서 실리콘 웨어퍼(wafer)상에 있는 MOS (산화 금속 반도체) 트랜지스터

(2) 기재로서 유리판상에 있는 박막 트랜지스트(TFT).

기재물질로서 단결정형 실리콘을 사용하는 경우, 각종 부품 디스플레이의 모듈형 조성물 조차도 결합물에서 문제점을 야기하므로 디스플레이 크기가 제한된다.

보다 가능성 있는, 바람직한 타입(2)의 경우에 있어서, 사용되는 전광 효과는 보편적으로 TN 효과이다. 예를들어 CdSe 와 같은 화합물 반도체를 포함한 TFT, 또는 다결정형 또는 무정형 실리콘을 기재로한 TFT 의 2가지 기술들이 구별되어 있다. 상기 실리콘 기재 TFT 기술은 세계적으로 광범위하게 연구되고 있다.

TFT 매트릭스는 디스플레이의 유리판중 하나의 내면에 적용되는 반면에, 다른 유리판은 내면상에 투명한 역 전극을 지니고 있다. 영상점 전극의 크기에 비해, TFT 는 매우 작으며, 상에 거의 영향을 미치지 않는다. 또한, 이러한 기술은 적색, 녹색 및 청색 필터의 모자이크가 각각의 필터 소자가 스위칭 가능한 영상 소자와 대향되어 있는 방식으로 배열되어 있는 완전한 색체-흑백 겸용식 영상 디스플레이에도 적용될 수 있다.

TFT 디스플레이는 보편적으로 투과시에 교차 편광자를 갖는 TN 쎌로서 작동하며, 후면으로부터 조명된다.

본 명세서에서 MLC 디스플레이란 용어는 비선형 집적소자를 함유한 매트릭스 디스플레이, 즉, 능동 매트릭스 이외에도 바리스터(varistor) 또는 다이오드와 같은 수동 소자를 함유한 디스플레이 (MIM = 금속-절연체-금속)를 또한 포함한다.

이러한 타입의 MLC 디스플레이는 특히 TV 용도(예를들면, 휴대용 TV 수상기), 또는 컴퓨터 용도용 (랩톱(laptop)) 및 자동차 또는 항공기 구조물의 고도의 정보제공 디스플레이에 적합하다. 콘트라스트의 각도 의존성 및 스위칭 시간에 관한 문제 이외에도, 액정 혼합물의 부적당한 비저항으로 인해 MLC 디스플레이에 문제점이 야기되고 있다[TOGASHI, S., SEKIGUCHI, K., TANABE, H., YAMAMOTO, E., SORIMACHI, K., TAJIMA, E., WATANABE, H., SHIMIZU, H., Proc. Eurodisplay 84, Sept. 1984: A 210-288, Matrix LCD Controlled by Double stage Diode Rings, p. 141 ff., Paris; STROMER, M:, Proc. Eurodisplay 84, Sept. 1984: Design of Thin Film Transistors for Matrix Adresing of Television Liquid Crystal Displays, p. 145 ff., Paris]. 저항이 감소함에 따라, MLC 디스플레이의 콘트라스트는 나빠지며, 후 영상 제거(after image elimination)의 문제가 야기될 수도 있다. 액정 혼합물의 비저항은 일반적으로 디스플레이이의 내부 표면과의 상호작용으로 인해 MLC 디스플레이의 수명기간동안 감소되므로, 허용가능한 유효수명을 얻기 위해서는 높은 (초기) 저항이 매우 중요하다. 특히, 지금까지 저전압 혼합물의 경우, 매우 높은 비저항을 달성하는 것은 불가능했다. 또한, 온도 증가에 따라서, 및 가열 및/또는 UV 방사선에 노출된 후에 비저항이 가능한한 적게 증가하는 것이 중요하다. 선행 기술의 MLC 디스플레이는 현행 조건들을 만족시키지 못한다.

그러므로, 상기 단점들을 갖지 않거나 약간만 가지며, 매우 높은 비저항, 및 동시에 광범위한 작업온도 범위, 짧은 스위칭 시간 및 낮은 임계 전압을 갖는 MLC 디스플레이가 매우 요구되어 왔다.

TN(샤트-헬프리히) 쎌의 경우, 쎌에 확장된 네마틱 상 범위(특히 저온으로 갈수록), 대단히 낮은 온도에서의 스위칭 가능성(옥외 용도, 자동차, 항공 전자 공학), UV 방사선에 대해 증가된 안정성(보다 긴 수명)의 잇점을 제공하는 매질이 바람직하다.

선행 기술로 수득할 수 있는 매질에 의해서는 상기 잇점을 달성하는 동시에 다른 변수들을 유지할 수가 없다.

대단히 비틀린(STN) 쎌의 경우, 보다 큰 다중화 능력 및/ 또는 보다 낮은 임계 전압 및/또는 보다 광범위한 네마틱 상 범위(특히 저온에서)를 제공하는 매질이 바람직하다. 상기 목적을 위해, 유용한 변수의 범위(등명점, 스메틱-네마틱 전이 또는 융점, 점도, 유전 값, 탄성 값)가 더욱 확장될 것이 시급히 요구된다.

본 발명의 목적은 전술한 단점들을 갖지 않거나 단지 약간만 갖는 동시에, 바람직하게는 매우 높은 비저항 및 낮은 임계 전압을 갖는, 특히 상기 타입의 MLC, TN 또는 STN 디스플레이용 매질을 제공하는 것이다.

본 발명에 이르러, 디스플레이에 본 발명에 따른 매질을 사용하는 경우 상기 목적이 달성될 수 있음이 밝혀졌다.

따라서, 본 발명은 하기 일반적(I)의 화합물 하나 이상의 함유함을 특징으로 하는, 양(+)의 유전 이방성을 갖는 극성 화합물의 혼합물을 기재로 하는 액정 매질에 관한 것이다:

상기식에서, r 은 0또는 1이고, Q₁은 -CH₂CH₂-또는 단일 결합이며, A는 1,4-페닐렌 또는 트랜스-1,4-사이클로헥실렌이고, L 은 H 또는 F 이고, R 은 각 경우에 7개 이하의 탄소원자를 갖는 알킬, 알콕시, 옥사알킬, 플루오로알킬 또는 알케닐이며, X 는 F, CF₃OCF₃또는 OCF₂H 이다.

본 발명은 또한 상기 타입의 매질을 함유하는 전광 디스플레이(특히, 프레임과 함께 쎌을 형성하는, 평면에 평행한 2개의 외부 플레이트, 상기 외부 플레이트상에서 각각의 영상점을 스위칭하기 위한 비선형 집적 소자, 및 쎌에 위치한 양(+)의 유전 이방성 및 높은 비저항을 갖는 네마틱 액정 혼합물을 갖는 STN 또는 MLC 디스플레이), 및 전광 목적을 위한 상기 매질의 용도에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 하기 그룹 1에서 선택된 하나 이상의 화합물 약 10 내지 25 중량%, 하기 그룹 2에서 선택된 하나 이상의 화합물 약 10내지 70중량%, 하기 일반식(Ia)의 하나 이상의 화합물을 약 5내지 40%, 특히 5내지 25중량%, 하기 그룹 4에서 선택된 하나 이상의 화합물 약 0내지 15 중량%, 하기 그룹 5에서 선택된 하나 이상의 화합물 약 0내지 25 중량% 및 하기 그룹 6에서 선택된 하나 이상의 화합물 약 0내지 20 중량%를 함유함을 특징으로 하는 AMD 용도에 매우 적합한, 말단에 측쇄로 플루오르화된 화합물을 기본으로 하는 네마틱 액정 조성물에 관한 것이다:

그룹 1:

그룹 2:

그룹 3:

그룹 4:

그룹 5:

그룹 6:

상기식에서, R¹은 1내지 12 개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 그룹을 나타내고, L¹은 H 또는 F 이며, X¹은 F, CF_3,OCF₃또는 OCF₂H이고, n은 0 또는 1, 바람직하게는 0이며, R²는 1내지 12개의 탄소원자를 갖는 직쇄 알킬 그룹을 나타내고, L²는 H 또는 F 이고, Q는-CH₂CH₂또는바람직하게는또는이며, X²는 F, CF₃, OCF₃또는 OCF₂H이고, L³는 F 또는 H이며, X³는 F, CF₃, OCF₃또는 OCF₂H이고,이며, L⁴는 H 또는 F이고, R³내지 R⁷은 각각 독립적으로 1 내지 12개의 탄소원자를 갖는 직쇄 알킬 그룹을 나타내며, L⁵는 H 또는 F이고, X⁵는 F, CF_3,OCF₃또는 OCF₂H이고, R⁸및 R⁹은 각각 독립적으로 1내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬 또는 알콕시 그룹이다.

상기 AMD 에서는 매우 높은 RC 시간값을 얻울 수 있다. 이들 조성물은 또한 감소된 점도를 나타내며, 제1 투과 최소치로, AMD를 작동할 수 있고 -30℃에서 1000 시간동안 어떤 결정화 상태도 나타내지 않는다.

상기 조성물은 바람직하게는 R¹이 n-펜닐., n-헥실 및 n-헵틸인 그룹1의 화합물을 2개 이상 함유한다.

바람직한 태양으로, 본 발명의 네마틱 조성물은 L¹이 H이고 X¹이 F, CF_{3 ,}또는OCF₃인 2개이상의 그룹 1의 화합물 약 15내지 20 중량%, L²가 H이고 X²가OCF₃이며 m이 0인 2개 이상의 그룹 2의 화합물 약 10내지 40 중량%, L²가 H 또는 F 이고 X²가 F 또는 OCF₃이며m이 1인 2개 이상의 그룹 2의 화합물 약 10 내지 40 중량%,L³가 H이고 X⁵가 F인 2개 이상의 일반식(Ia)의 화합물 약 5내지 15 중량% 및/또는 L³가 H이고 X³가 OCF₃인 2개 이상의 일반식(Ia)의 화합물 약 5내지 15 중량% 를 함유하며, 또한 그룹 6은 하나 이상의 하기 일반식의 화합물 0내지 25 중량% 를 함유할 수 있다:

상기식에서,, R⁸및 R⁹은 상기 그룹6에 대해 나타낸 의미를 갖는다.

그룹 1내지 6의 화합물은 독일연방공화국 특허 제 26 36 684 호 및 제 31 02 017 호, 유럽 특허 제 0 051 738 호 및 제 0 125 653 호, 국제 특허원 WO 89/02884 및 미합중국 특허 제 4,302,352, 4, 710,315 및 4,419,264 호에서 공지되어 있거나, 또는 공지된 화합물과 유사하게 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 조성물은 통상적인 방법으로 제조한다. 일반적으로, 소량으로 사용되는 성분의 목적하는 양을 바람직하게는 승온에서, 주요 구성물을 이루는 성분에 용해시킨다. 상기 온도를 주요 구성물의 동명점보다 높게 선택하는 경우, 용해 공정이 완전히 이루어짐을 특히 쉽게 관찰할 수 있다.

본 발명에 따른 액정 혼합물에 의해 유용한 변수의 범위가 상당히 확장된다.

달성가능한, 등명점, 저온에서의 점도, 열 및 UV 안정성 및 유전 이방성의 조합은 선행 기술에 의해 수득된 종래의 물질보다 훨씬 더 우수하다.

종래에는 높은 등명점, -40℃ 에서의 네마틱 상 및 높은 △ε에 대한 필요조건은 단지 불충분한 정도로만 달성될 수 있었다. 예를들어 ZLI-3119와 같은 시스템은 필적할만한 등명점 및 비교적 유리한 점도를 가지나 단지 +3의 △ε를 갖는다.

다른 혼합물 시스템은 필적할만한 점도와 △ε값을 갖지만, 단지 60℃ 부근의 등면점을 갖는다.

본 발명에 따른 액정 혼합물은 낮은 온도에서 낮은 점도(-30℃에서 600mPa.s 이하, 바람직하게는 550mPa.s 이하; -40℃ 에서 1800mPa.s 이하, 바람직하게는 1700mPa.s 이하)로,3.5 이상, 바람직하게는 4.0 이상의 유전 이방성 값 △ε와 동시에, 65°이상, 바람직하게는 70° 이상의 등명점, 및 높은 비저항 값을 달성할 수 있게 하므로, 탁월한 STN 및 MLC 디스플레이가 달성될 수 있다.

또한 본 발명에 따른 혼합물 성분을 적절히 선택함으로써 보다 높은 임계 전압에서 보다 높은 등명점(예를들면 90°이상)을 성취하거나 또는 보다 낮은 임계전압에서 보다 낮은 등명점을 성취할 수 있는 동시에, 다른 유리한 성질을 보유할 수 있음은 물론이다. 본 발명에 따른 MLC 디스플레이는, 구치(Gooch)와 타리(Tarry)에 따른 제1투과 최소치에서 작동하는 것이 바람직하며[C. H. Gooch and H. A. Tarry, Electron. Lett. 10, 2-4, 1974; C. H. Gooch and H. A. Tarry, Appl. Phys., Vo1. 8, 1575-1584, 1975], 이 경우, 예를들면, 유사한 디스플레이에서와 동일한 임계 전압에서 높은 그레디언트(gradient)의 특성 라인 및 콘트라스트의 낮은 각도 의존성(독일연방공화국 특허 제 30 22 818호)과 같은 특히 유리한 전광 특성 이외에도, 보다 낮은 유전이방성이 제2최소치로 충분하다. 이에 의해, 시아노 화합물을 함유하는 혼합물을 사용한 경우보다 본 발명에 따른 혼합물을 사용하여 제1최소치에서 훨씬 더 높은 비저항이 달성된다. 당해 분야에 숙련된 자라면 개개의 성분들 및 이들의 중량비를 적절히 선택함으로써 미리 지정된 MLC 디스플레이의 쎌 두께에 필요한 복굴절을 생성하는 통상적인 간단한 방법을 사용할 수 있다.

20℃ 에서의 점도는 25mPa.s 이하가 바람직하다. 네마틱상 범위는 70° 이상, 특히 80°이상이 바람직하다. 이러한 범위는 최소한 -30°에서 +70°까지, 보다 바람직하게는 -30°에서 120°까지에 걸쳐 있는 것이 바람직하다.

전압 유지율(HR)을 특정 [S. Matsumoto et al., Liquid Crystals 5, 1320(1989); K. Niwa et al., Proc. SID Conference, San Francisco, June 1984, p. 304(1984); G. Weber et al., Liquid Crystals 5, 1381(1989)]한 결과 일반식(Ⅰ)의 화합물을 함유하는 본 발명에 따른 혼합물이 일반식(Ⅰ)의 화합물을 하기 일반식의 시아노페닐사이클로헥산으로 대체시킨 유사한 혼합물 보다 온도 증가에 따른 HR의 감소가 훨씬 더 적은 것으로 나타났다:

본 발명에 따른 혼합물의 UV 안정성도 또한 상당히 우수하다. 즉, 이들은 UV 방사선 및/또는 예를들어 100°의 고온에 노출시 HR 이 훨씬 적게 감소한다.

본 발명에 따른 매질은 대단히 광범위한 네마틱상 범위 이외에 유리한 점도 값이 두드러지는데, 그 결과 특히 STN 디스플레이에 사용시 선행 기술의 매질에 비해 중요한 잇점을 제공한다.

본 발명에 따른 매질은 다수(바람직하게는 2개 이상)의 일반식(I) 화합물을 기본으로 하는 것이 바람직하다. 즉, 이들 화합물의 비율은 25% 이상, 바람직하게는 40% 이상이다.

본 발명에 따른 매질에 사용할 수 있는 일반식(Ⅰ) 내지 (XIV) 및 그의 아류일반식의 화합물 각각은 공지되어 있거나 또는 공지된 화합물과 유사하게 제조할 수 있다.

바람직한 태양을 하기에 나타낸다:

- 매질은 하기 일반식(Ⅱ),(Ⅲ)및 (Ⅳ)를 포함하는 그룹중에서 선택된 화합물 하나 이상을 또한 함유한다:

상기식에서, R 은 각 경우에 7개 이하의 탄소원자를 갖는 알킬, 옥사알킬, 플루오로알킬 또는 알케닐이고, X⁶는 F, C1, CF₃OCF₃또는 OCHF₂이며, Y¹및 Y²는 각 경우에 서로 독립적으로 H 또는 F 이고, r은 0또는 1이다.

- 매질은 하기 일반식(Ⅴ) 내지 (Ⅷ)를 포함하는 그룹중에서 선택된 화합물 하나 이상을 또한 함유한다:

상기식에서, R, X⁶, 및 Y¹및 Y²는 각각 서로 독립적으로 특허청구 범위 제2항에서 정의하는 바와 같다.

- 매질은 하기 일반식(Ⅸ) 내지 (ⅩⅤ)를 포함하는 그룹중에서 선택된 화합물 하나 이상을 또한 함유한다:

- 일반식(Ⅰ) 내지 (Ⅳ) 화합물의 비율은 모두 합쳐 전체 혼합물 중에서 50 중량% 이상이다.

- 일반식(Ⅰ) 화합물의 비율은 전체 혼합물중에서 10 내지 50 중량%이다.

- 일반식(Ⅱ) 내지 (Ⅳ) 화합물의 비율은 전체 혼합물중에서 30 내지 70 중량%이다.

이다.

- 매질은 일반식(Ⅱ) 및 (Ⅲ) 또는 (Ⅳ)의 화합물을 함유한다.

- R은 2 내지 7개의 탄소원자를 갖는 직쇄 알킬 또는 알케닐이다.

- 매질은 필수적으로 일반식(Ⅰ) 내지 (Ⅳ)의 화합물을 포함한다.

- 매질은 바람직하게는 하기 그룹중에서 선택된 화합물을 또한 함유한다:

- Ⅰ:(Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ)의 중량비는 바람직하게는 1:4 내지 1:1이다.

- 매질은 필수적으로 일반식(Ⅰ) 내지 (ⅩⅠⅤ)를 포함하는 그룹중에서 선택된 화합물을 포함한다.

비교적 소량의 일반식(Ⅰ) 화합물을, 특히 하나 이상의 일반식(Ⅱ), (Ⅲ) 및/또는 (Ⅳ)의 화합물을 함유함을 제외하고 통상적인 액정 물질과 혼합함으로써 어드레싱 시간, 훨씬 더 낮은 복굴절 값 및 낮은 임계 전압에 있어 상당히 개선되며, 동시에 낮은 스메틱-네마틱 전이 온도를 갖는 광범위한 네마틱 상이 관찰됨이 밝혀졌다. 일반식(Ⅰ) 내지 (Ⅳ)의 화합물은 무색으로 안정하며, 서로와 및 기타 액정 물질과 쉽게 혼화된다.

알킬이란 용어는 탄소원자 1 내지 7개를 갖는 직쇄 및 측쇄 알킬 그룹, 특히 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실 및 헵틸의 직쇄 그룹을 말한다. 일반적으로 탄소원자 2 내지 5개를 갖는 그룹이 바람직하다.

알케닐이란 용어는 탄소원자 2 내지 7개를 가는 직쇄 및 측쇄 알케닐 그룹, 특히 직쇄 그룹을 말한다. 바람직한 알케닐 그룹은 C₂-C₇-1E-알케닐, C₅-C₇-4-알케닐, C₆-C₇-5-알케닐 및 C₇-6-알케닐, 특히 C₂-C₇-1E-알케닐, C₄-C₇-3E-알케닐 및 C₅-C₇-4-알케닐이다. 바람직한 알케닐 그룹의 예는 비닐, 1E-프로페닐, 1E-부테닐, 1E-펜테닐, 1E-헥세닐, 1E-헵테닐, 3-부테닐, 1E-펜테닐, 3E-헥세닐, 3E-헵테닐, 4-펜테닐, 4Z-헥세닐, 4E-헥세닐, 4Z-헵테닐, 5-헥세닐, 6-헵테닐등이 있다. 일반적으로 5개 이하의 탄소원자를 갖는 그룹이 바람직하다.

플루오로알킬이란 용어는 바람직하게는 말단 플루오르를 함유하는 직쇄 그룹, 즉, 플루오로메틸, 2-플루오로에틸, 3-플루오로프로필, 4-플루오로부틸, 5-플루오로펜틸, 6-플루오로헥실 및 7-플루오로헵틸을 말한다. 그러나, 이외의 위치를 갖는 플루오르도 가능하다.

알콕시란 용어는 바람직하게는 일반식 CnH_2n+2-0-(여기서, n은 1 내지 6이다)의 직쇄 라디칼을 말한다.

옥사알킬이란 용어는 일반적 CnH_2n+1-(CH₂)m (여기서, n 및 m은 각각 서로 독립적으로 1 내지 6이다)의 직쇄 라디칼을 의미한다. n 은 바람직하게는 1이며, m 은 바람직하게는 1 내지 6이다.

R, X 및 Y의 정의를 적당히 선택함으로써, 어드레싱 시간, 임계 전압, 투과 특성 라인의 그레디언트 등은 경우에 따라서 변할 수 있다. 예를들면, 1E-알케닐 라디칼, 3E-알케닐 라디칼, 2E-알케닐옥시 라디칼등은 일반적으로 알킬 및 알콕시 라디칼에 비해 짧은 어드레싱 시간, 향상된 네마틱 경향 및 탄성상수 K₃₃(휨)과 K₁₁(스플레이(splay))사이의 높은 비율을 제공한다. 4-알케닐 라디칼, 3-알케닐 라디칼등은 일반적으로 알킬 및 알콕시 라디칼에 비해 낮은 임계 전압 및 작은 값의 K₃₃/K₁₁을 제공한다. Z¹또는 Z²에서 -CH₂CH₂-그룹은 일반적으로 간단한 공유 결합에 비해 높은 K₃₃/K₁₁값을 제공한다. 보다 높은 K₃₃/K₁₁값은, 예를들면, 90°의 비틀림을 갖는 TN쎌에서의 보다 완만한 투과 특성 라인(그레이(grey) 음영을 달성하기 위한 것임) 및 STN, SBE 및 OMI 쎌에서의 보다 경사진 투과 특성 라인(보다 큰 다중화 능력)을 용이하게 하며, 낮은 K₃₃/K₁₁의 값은 이와 반대로 된다.

일반식(Ⅰ) 화합불 및 (Ⅱ) + (Ⅲ) + (Ⅳ) 화합물의 최적 혼합비는 실질적으로 목적하는 성질, 일반식 (Ⅰ), (Ⅱ), (Ⅲ) 및/또는 (ⅤI)의 성분의 선택 및 존재할 수도 있는 다른 임의 성분의 선택에 따라 다르다. 전술한 범위내에서 적합함 혼합비는 경우에 따라 쉽게 결정할 수 있다.

본 발명에 따른 혼합물중에 일반식 (Ⅰ) 내지 (ⅩII) 화합물의 총량은 중요하지 않다. 그러므로, 상기 혼합물은 다양한 성질을 최적화시키기 위해 하나 이상의 추가의 성분을 함유할 수도 있다. 그러나, 일반적으로 일반식 (Ⅰ) 내지 (ⅩⅠⅤ)화합물의 총 농도가 높을 수록 어드레싱 시간 및 임계 전압상에 관찰된 효과가 크다.

특히 바람직한 태양으로, 본 발명에 따른 매질은 X⁶가 CF₃,OCF₃또는 OCHF₂인 일반식 (Ⅱ), (Ⅲ), (Ⅴ) 및/또는 (Ⅶ)(바람직하게는 (Ⅱ) 및/또는 (Ⅲ))의 화합물을 함유한다. 일반식 (Ⅰ) 화합물과의 유리한 상승 효과로 인해 특히 유리한 성질이 수득된다.

STN 용도에 있어서는, 상기 매질은 X⁶가 바람직하게는 OCHF₂인 일반식 (Ⅴ) 내지(Ⅷ)을 포함하는 그룹중에서 선택된 화합물을 함유하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 매질은 -1.5 내지 +1.5의 유전 이방성을 갖는 하기 일반식(Ⅰ')의 화합물 하나 이상을 포함하는 성분 A 를 또한 함유할 수도 있다:

상기식에서, R¹및 R²는 각각 서로 독립적으로 9개 이하의 탄소원자를 갖는 n-알킬, n-알콕시, o-플루오로알킬 또는 n-알케닐이고, 고리 A¹, A²및 A³는 각각 서로 독립적으로 1,4-페닐렌, 2-또는 3-플루오로-1,4-페닐렌, 트랜스-1,4-사이클로헥실렌 또는 1,4-사이클로헥세닐렌이며, Z¹및 Z²는 각각 서로 독립적으로 -CH₂CH₂-, -C≡C-, -CO-O-,-O-CO- 또는 단일 결합이고, m은 0, 1 또는 2이다.

성분 A 는 바람직하게 하기 일반식 (Ⅱ1) 내지 (Ⅱ7)을 포함하는 그룹중에서 선택된 하나 이상의 화합물을 함유한다:

상기식에서, R¹및 R²는 상기 일반식(Ⅰ')에서 정의한 바와 같다.

성분 A 는 바람직하게 하기 일반식 (Ⅱ8) 내지 (Ⅱ20)을 포함하는 그룹중에서 선택된 하나 이상의 화합물을 함유한다:

상기식에서, R¹및 R²는 상기 일반식(Ⅰ')에서 정의한 바와 같고, 일반식 (Ⅱ8) 내지 (Ⅱ17)에서 1,4-페닐렌 그룹은 각각 서로 독립적으로 플루오르로 또한 일 또는 다치환될 수도 있다.

더욱, 성분 A 는 하기 일반식 (Ⅱ21) 내지 (Ⅱ25)를 포함하는 그룹중에서 선택된 하나 이상의 화합물을 또한 함유한다:

상기식에서, R¹및 R²는 상기 일반식(Ⅰ')에서 정의한 바와 같고, 일반식 (Ⅱ21) 내지 (Ⅱ25)에서 1,4-페닐렌 그룹은 또한 각각 서로 독립적으로 플루오르로 일 또는 다치환될 수도 있다.

마지막으로, 바람직한 상기 타입의 혼합물은 성분 A 가 하기 일반식(Ⅱ26) 및 (Ⅱ27)을 포함하는 그룹중에서 선택된 하나 이상의 화합물을 함유하는 것이다:

상기식에서, CrH_2r+1은 7개 이하의 탄소원자를 갖는 직쇄 알킬 그룹이다.

몇몇 경우에서, 하기 일반식의 화합물을 가하면, 스메틱상이 억제되는 유리함이 입증되며 경사 각도가 개선되지만, 이에 의해 비저항이 감소될 수도 있다:

상기식에서, R¹및 R²는 상기 일반식(Ⅰ')에서 정의한 바와 같고, Z⁰는 단일 결합, -CH₂CH₂-,또는-CH₂CH₂이다.

적용하기에 이상적인 변수 조합을 달성하기 위해서, 당해분야에 숙련된 자는 이들 화합물을 가할 수 있을지 없을지, 그리고 가할 수 있는 경우 어떤 양으로 이들을 가할 지를 쉽게 결정할 수 있을 것이다. 일반적으로, 15%미만, 특히 5 내지 10%를 사용한다.

하기 일반식(Ⅲ') 및 (Ⅳ')를 포함하는 그룹중에서 선택된 하나 이상의 화합물을 함유하는 액정 혼합물도 또한 바람직하다:

양(+)의 유전 이방성을 갖는 극성 화합물의 타입 및 양은 중요하지 않다. 당해 분야에 숙련된 자는 간단한 실험을 이용하여, 공지되어 있고 대부분의 경우 또한 상업적으로 시판하는 성분 및 기본 혼합물로부터 적합한 물질을 선택할 수 있을 것이다. 본 발명에 따른 매질은 하기 일반식(Ⅰ)의 화합물을 하나 이상 함유하는 것이 바람직하다:

상기식에서, Z¹, Z²및 m은 일반식(Ⅰ')에서 정의한 바와 같고, Q¹및 Q²는 각각 서로 독립적으로 1,4-페닐렌, 트랜스-1,4-사이클로헥실렌 또는 3-플루오로-1,4-페닐렌이고, 라디칼 Q¹및 Q²중의 하나는 또한 트랜스-1,3-디옥산-2,5-디일, 피리미딘-2,5-디일, 피리딘-2,5-디일 또는 1,4-사이클로헥세닐렌이며, R⁰는 각 경우에 9개 이하의 탄소원자를 갖는 n-알킬, n-알케닐, n-알콕시 또는 n-옥사알킬이고, Y 는 H 또는 F 이며, X' 는 CN, 할로겐, CF₃, OCF₃OCHF₂이다.

바람직한 태양으로, STN 또는 TN 용도의 본 발명에 따른 매질은 X' 가 CN 인 일반식(Ⅰ)의 화합물을 기본으로 한다. 보다 적거나 보다 많은 비율의 일반식(Ⅰ)(X' ≠CN)의 다른 화합물도 또한 가능함은 물론이다. MLC에 사용되는 경우, 본 발명에 따른 매질은 단지 약 10% 이하의 일반식(Ⅰ)의 니트릴을 함유하는 것이 바람직하다(그러나, 바람직하게는 일반식(Ⅰ)의 니트릴을 함유하지 않고, 대신에 X'가 할로겐, CF₃, OCF₃또는 OCHF₂인 일반식(Ⅰ)의 화합물을 함유한다). 상기 매질은 일반식 (Ⅱ) 내지 (ⅩⅡ)의 화합물을 기본으로 하는 것이 바람직하다.

편광자, 전극 기초판 및 표면처리된 전극으로부터의 본 발명에 따른 STN 및 MLC 디스플레이의 구조는 상기 타입의 디스플레이에 통상적인 구조와 상응한다. 여기서 통상적인 구조란 용어는 광범위한 의미이며 또한 MLC 디스플레이의 모든 유도체 및 변형체, 특히 또한 폴리-Si TFT 또는 MIM 기재 미트릭스 디스플레이 소자를 포함한다.

그러나, 본 발명에 따른 디스플레이와 비틀린 네마틱 쎌을 기초로하는 지금까지의 통상적인 디스플레이 사이의 근본적인 차이는 액정층의 액정 변수들의 선택에 있다.

본 발명에 따라 사용할 수 있는 액정 혼합물은 통상적인 방법으로 제조한다. 일반적으로, 보다 소량으로 사용되는 성분의 목적하는 양을 편리하게는 승온에서, 주요 구성물을 이루는 성분에 용해시킨다. 유기 용매, 예를들면 아세톤, 클로로포름 또는 메탄올중에서 상기 성분들의 용액을 혼합하고, 완전히 혼합한 후, 예를들면 증류에 의해 용매를 다시 제거하는 것도 또한 가능하다.

유전체는 또한 당해 분야에 숙련된 자에게 공지되어 있으며 문헌에 기술되어 있는 다른 첨가물을 함유할 수도 있다. 예를들면, 0내지 15%의 다색성 염료 또는 키랄 도프를 가할 수 있다.

C 는 결정질 상을, S 는 스메틱상을, S_B는 스메틱 B 상을, N 은 네마틱상을, I 는 등방성상을 나타낸다.

V₁₀은 10% 투과(판 표면에 수직인 가시 각도)에 대한 전압을 나타낸다. t_on은 V₁₀값의 2.5배에 해당하는 작동 전압에서의 스위칭-온 시간을 나타내고 t_off는 상기 전압에서의 스위칭-오프 시간을 나타낸다. △n은 광학 이방성을 나타내고 n_o는 굴절지수를 나타낸다. △ε는 유전 이방성(여기서은 분자의 세로축에 평행한 유전 상수이고은 상기 축에 수직인 유전상수이다)을 나타낸다. 전광 데이타는 달리 언급하지 않는 한 20℃ 에서 제 1최소치에서(즉, 0.5의 d.△n 값에서) TN 쎌중에서 측정한 것이다. 광학 데이타는 달리 언급하지 않는한 20℃ 에서 측정한 것이다.

하기 실시예는 본 발명을 예시하려는 것이며 제한하는 것이 아니다. 상기 및 하기에서 모든 온도는 ℃로 나타낸다. %는 중량% 이다.

본 출원서 및 하기 실시예에서, 액정 화합물의 구조는 약어로 나타내며, 하기 표 A 및 B에 따라서 화학 구조식으로 전환시킨다. CnH_2n+1라디칼은 모두 n 또는 m개의 탄소원자를 함유하는 직쇄 알킬 라디칼이다. 표 B에서의 기호화는 자명하다. 표 A에서는, 기본구조에 대한 약어만을 나타낸다. 각 경우에서, 기본 구조에 대한 약어 뒤에 하이픈으로 분리하여 치환체 R¹, R², L¹, L², 및 L³에 대한 기호를 표시한다:

[실시예 2]

[실시예 3]

[실시예 4]

[실시예 5]

[실시예 6]

[실시예 7]

[실시예 8]

[실시예 9]

[실시예 10]

[실시예 11]

[실시예 12]

[실시예 13]

실시예 1 내지 13이 성질을 하기 표에 나타낸다.

[실시예 14]

하기 성분으로 이루어진 액정 조성물은 +102℃의 등명점, 16mms의 점도(+20℃ 에서), +0.0876의 광학 이방성△n(20℃, 589nm), 2.10(제1최소치)V의 V(10, 0, 20)와 같은 성질을 나타낸다:

[실시예 15]

[실시예 16]

[실시예 17]

하기 성분으로 이루어지는 액정 조성물은 광범위한 네마틱상 범위를 나타낸다:

[실시예 18]

하기 성분으로 이루어지는 액정 조성물은 액정 조성물 +86℃의 등명점, +0.0666의 광학 이방성△n(20℃, 589nm), 2.10(제1 최소치)V의 V_10,0,20과 같은 성질을 나타낸다:

상기에 나타낸 모든 조성물(실시예 1 내지 18)은 98% 이상의 HR₂₀/HR_o)를 나타내므로 능동 매트릭스 디스플레이용 혼합물로서 매우 유용하다.

HR₂₀: UV-광선(280-400nm, 12mW cm^-2)에 20시간 노출후의 전압 유지율

HR_o: UV-광선에 노출되기 전의 전압 유지율

[실시예 19]

하기 성분으로 이루어지는 액정 조성물은 +92℃의 등명점, 0.0951의 광학 이방성 △n, 2.22V의 V_10,0,20의 성질을 나타낸다:

[실시예 20]

[실시예 21]

[실시예 22]

하기 성분으로 이루어지는 액정 매질을 제조하며, 상기 매질은 STN 디스플레이에서 광범위한 네마틱상 범위 및 짧은 스위칭 시간을 나타낸다:

Claims

하나 이상의 하기 일반식(Ⅰ)의 화합물 및 추가로 하기 일반식(Ⅱ), (Ⅲ), 및 (Ⅳ)를 포함하는 그룹중에서 선택된 하나 이상의 화합물을 함유함을 특징으로 하는, 양(+)의 유전 이방성을 갖는 극성 화합물의 혼합물을 기본으로 하는 액정매질:

(상기식에서, r은 0 또는 1이고, Q₁은 -CH₂CH₂-또는 단일 결합이며, A 는 1,4-페닐렌 또는 트랜스-1,4-사이클로헥실렌이고, L 은 H 또는 F 이며, R 은 각 경우에 7개 이하의 탄소원자를 갖는 알킬, 알콕시, 옥사알킬, 플루오로알킬 또는 알케닐이고, X 는 F, CF₃, OCF₃또는 OCF₂H 이다)

(상기식에서, R은 각 경우에 7개 이하의 탄소원자를 갖는 알킬, 옥사알킬, 플루오로알킬 또는 알케닐이고, X⁶는 F, Cl, CF₃, OCF₃또는 OCHF₂이며, Y¹및 Y²는 각 경우에 서로 독립적으로 H 또는 F 이고, r은 0 또는 1이다).
제1항에 있어서, 하기 일반식(Ⅴ) 내지 (Ⅷ)을 포함하는 그룹중에서 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 함유함을 특징으로 하는 매질:

상기식에서, R, X^6,Y¹및 Y²는 각각 서로 독립적으로 제1항에서 정의한 바와 같다.
제1항 또는 제2항에 있어서, 하기 일반식(Ⅸ) 내지 (ⅩⅠⅤ)을 포함하는 그룹중에서 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 함유함을 특징으로 하는 매질:

상기식에서, R, X⁶,Y¹및 Y²는 각각 서로 독립적으로 제1항에서 정의한 바와 같다.
제1항에 있어서, 일반식(Ⅰ) 내지 (Ⅳ) 화합물의 비율이 모두 합쳐 전체 혼합물 중에서 50 중량% 이상 임을 특징으로 하는 매질.
제1항에 있어서, 일반식(Ⅰ) 화합물의 비율이 전체 혼합물 중에서 10 내지 50 중량% 임을 특징으로 하는 매질.
제1항에 있어서, 일반식(Ⅱ) 내지 (Ⅳ) 화합물의 비율이 전체 혼합물 중에서 30 내지 70 중량% 임을 특징으로 하는 매질.
제3항에 있어서, 일반식(Ⅰ) 내지 (ⅩⅠⅤ) 포함하는 그룹중에서 선택된 화합물을 필수적으로 포함함을 특징으로하는 매질.
제1항에 있어서, 하기 그룹1에서 선택된 하나 이상의 화합물 약 10내지 25 중량%, 하기 그룹2에서 선택된 하나 이상의 화합물 약 10 내지 70 중량%, 바람직하게는 15 내지 25 중량%, 하나 이상의 하기 일반식(Ia)의 화합물 약 5 내지 40 중량%, 특히 5 내지 25 중량%, 하기 그룹 4에서 선택된 하나 이상의 화합물 약 0 내지 15% 중량%, 하기 그룹 5에서 선택된 하나 이상의 화합물 약 0 내지 25 중량%, 바람직하게는 1내지 5 중량% 및 하기 그룹 6 에서 선택된 하나 이상의 화합물 약 0 내지 20 중량% 를 함유함을 특징으로 하는, 말단에 측쇄로 플루오르화된 화합물을 기본으로 하는 매질.

상기식에서, R¹은 5개 이상의 탄소원자를 갖는 직쇄 알킬 그룹을 나타내고, L₁은 H 또는 F 이며, X¹은 F, CF₃, OCF₃또는 OCF₂H 이고, n은 0 또는 1, 바람직하게는 0이며, R²는 3 내지 5개의 탄소원자를 갖는 직쇄 알킬 그룹을 나타내고, L²는 H 또는 F 이고, X²는 F, CF₃, OCF₃또는 OCF₂H 이며, Q는또는바람직하게는또는이며, L³는 H 또는 F 이고, X³는 F, CF₃, OCF₃또는 OCF₂H 이고,이며, L⁴는 H 또는 F 이고, R³내지 R⁷은 각각 독립적으로 1내지 12개의 탄소원자를 갖는 직쇄 알킬 그룹을 나타내며, L⁵는 H 또는 F 이며, X⁵는 F, CF₃, OCF₃또는 OCF₂H 이고, R⁸내지 R⁹은 각각 독립적으로 1내지 12개의 탄소원자를 갖는 알킬 또는 알콕시 그룹이다.
제1항에 있어서, 전광용으로 사용됨을 특징으로 하는 매질.
제1항에 따른 액정 매질을 함유하는 전광 액정 디스플레이.
제2항에 있어서, 하기 그룹1에서 선택된 하나 이상의 화합물 약 10내지 25 중량%, 하기 그룹2에서 선택된 하나 이상의 화합물 약 10 내지 70 중량%, 바람직하게는 15 내지 25 중량%, 하나 이상의 하기 일반식(Ia)의 화합물 약 5 내지 40 중량%, 특히 5 내지 25 중량%, 하기 그룹 4에서 선택된 하나 이상의 화합물 약 0 내지 15중량%, 하기 그룹 5에서 선택된 하나 이상의 화합물 0 내지 25 중량%, 바람직하게는 1내지 5 중량% 및 하기 그룹 6 에서 선택된 하나 이상의 화합물 약 0 내지 20 중량% 를 함유함을 특징으로 하는, 말단에 측쇄로 플루오르화된 화합물을 기본으로 하는 매질.

상기식에서, R¹은 5개 이상의 탄소원자를 갖는 직쇄 알킬 그룹을 나타내고, L¹은 H 또는 F 이며, X¹은 F, CF₃, OCF₃또는 OCF₂H 이고, n은 0 또는 1, 바람직하게는 0이며, R²는 3 내지 5개의 탄소원자를 갖는 직쇄 알킬 그룹을 나타내고, L²는 H 또는 F 이고, X²는 F, CF₃, OCF₃또는 OCF₂H 이며, Q는또는바람직하게는또는이며, L³는 H 또는 F 이며, X³는 F, CF₃, OCF₃또는 OCF₂H 이고,는또는이며, L⁴는 H 또는 F 이고, R³내지 R⁷은 각각 독립적으로 1내지 12개의 탄소원자를 갖는 직쇄 알킬 그룹을 나타내며, L⁵는 H 또는 F 이고, X⁵은 F, CF₃, OCF₃또는 OCF₂H 이고, R⁸및 R⁹은 각각 독립적으로 1내지 12개의 탄소원자를 갖는 알킬 또는 알콕시 그룹이다.
제3항에 있어서, 하기 그룹1에서 선택된 하나 이상의 화합물 약 10내지 25 중량%, 하기 그룹2에서 선택된 하나 이상의 화합물 약 10 내지 70 중량%, 바람직하게는 15 내지 25 중량%, 하나 이상의 하기 일반식(Ia)의 화합물 약 5 내지 40 중량%, 특히 5 내지 25 중량%, 하기 그룹 4에서 선택된 하나 이상의 화합물 약 0 내지 15중량%, 하기 그룹 5에서 선택된 하나 이상의 화합물 약 0 내지 25 중량%, 바람직하게는 1내지 5 중량% 및 하기 그룹 6 에서 선택된 하나 이상의 화합물 약 0 내지 20 중량% 를 함유함을 특징으로 하는, 말단에 측쇄로 플루오르화된 화합물을 기본으로 하는 매질.

상기식에서, R¹은 5개 이상의 탄소원자를 갖는 직쇄 알킬 그룹을 나타내고, L¹은 H 또는 F 이며, X¹은 F, CF₃, OCF₃또는 OCF₂H 이고, n은 0 또는 1, 바람직하게는 0이며, R²는 3 내지 5개의 탄소원자를 갖는 직쇄 알킬 그룹을 나타내고, L²는 H 또는 F 이고, X²는 F, CF₃, OCF₃또는 OCF₂H 이며,Q는또는 -CH₂CH₂ 바람직하게는또는이며, L³는 H 또는 F 이며, X³는 F, CF₃, OCF₃또는 OCF₂H 이고,는또는이며, L⁴는 H 또는 F 이고, R³내지 R⁷은 각각 독립적으로 1내지 12개의 탄소원자를 갖는 직쇄 알킬 그룹을 나타내며, L⁵는 H 또는 F 이며, X⁵은 F, CF₃, OCF₃또는 OCF₂H 이고, R⁸내지 R⁹은 각각 독립적으로 1내지 12개의 탄소원자를 갖는 알킬 또는 알콕시 그룹이다.