KR100462959B1

KR100462959B1 - 액정 매질

Info

Publication number: KR100462959B1
Application number: KR10-2003-7016970A
Authority: KR
Inventors: 타루미카즈아끼; 슐러브리지트; 슈바르쯔미카엘; 이시노세히데오; 나미키야수요시; 다까시마아끼꼬; 누마따히로시
Original assignee: 메르크 파텐트 게엠베하
Priority date: 1995-08-01
Filing date: 1996-07-22
Publication date: 2004-12-24
Also published as: KR19990036040A; US6506462B1; CN1142242C; EP0842238B1; JP3981411B2; DE59608275D1; WO1997005214A1; US6406761B1; DE19629812A1; KR20040012980A; KR100440837B1; DE19629812B4; JPH11510199A; CN1192230A; EP0842238A1

Abstract

본 발명은 하나 이상의 하기 화학식 1의 화합물을 포함함을 특징으로 하는, 양의 유전체 이방성을 갖는 극성 화합물의 혼합물을 기재로 하는 액정 매질에 관한 것이다:

상기식에서,

R은 수소, 탄소수 1 내지 15를 갖는 알킬 또는 알케닐 라디칼(이들은 비치환되거나, CN 또는 CF₃로 일치환되거나 또는 할로겐으로 적어도 일치환된다)이고, 또한 상기 라디칼의 하나 이상의 CH₂그룹이 각각의 경우 서로 독립적으로 산소 원자가 서로 직접 연결되지 않도록 하는 방식으로 -O-, -S-,, -CO-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 치환될 수 있으며,

Y는 F, Cl, 탄소수 1 내지 6을 갖는 할로겐화 알킬, 알케닐 또는 알콕시이고,

L¹은 F이다.

Description

액정 매질{LIQUID-CRYSTALLINE MEDIUM}

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

액정은 이들의 광학적 특징이 적용된 전압에 의해 변화될 수 있기 때문에, 특히 디스플레이 장치에서 유전체로 사용된다. 액정을 기재로 하는 전광 장치들은 당해 분야의 숙련가들에게 매우 잘 알려져 있으며, 여러 효과에 기초할 수 있다. 이러한 장치의 예로는 동적 산란을 갖는 셀, DAP(정렬된 상의 변형) 셀, 게스트/호스트 셀, TN(비틀린 네마틱) 셀, STN(대단히 비틀린 네마틱) 셀, SBE(초복굴절 효과) 셀 및 OMI(광학적 모드 간섭) 셀이 있다. 가장 통상적인 디스플레이 장치들은 샤트-헬프리히 효과(Schadt-Helfrich effect)에 기초하며 비틀린 네마틱 구조를 갖는다.

액정 물질들은 우수한 화학적 및 열 안정성과 전계 및 전자기 방사선에 대한 우수한 안정성을 가져야 한다. 더욱더, 액정 물질들은 비교적 낮은 점도를 가져야 하며, 셀에서 짧은 어드레싱 시간, 낮은 한계 전압 및 높은 콘트라스트를 제공해야한다.

더욱더, 이들은 실온 이상 및 이하의 가능한 가장 넓은 범위의 통상 작업 온도에서 전술한 셀에 대해 적합한 메조상, 예를 들면 네마틱 또는 콜레스테릭 메조상을 가져야 한다. 액정은 여러 성분들의 혼합물 형태로 사용되는 것이 일반적이기 때문에, 성분들이 서로 쉽게 혼화되는 것이 중요하다. 전기 전도성, 유전체 이방성 및 광학적 이방성과 같은 추가의 성질들도 셀 유형 및 적용 면적에 따라 변하는 상이한 조건을 만족시켜야 한다. 예를 들면, 비틀린 네마틱 구조를 갖는 셀 재료들은 양의 유전체 이방성 및 낮은 전기 전도성을 가져야 한다.

예를 들면, 큰 양의 유전체 이방성, 넓은 네마틱 상, 비교적 낮은 복굴절율, 매우 높은 저항성, 우수한 자외선 및 온도 안정성 및 낮은 증기압을 갖는 매질이 개별 픽셀(fixel)을 스위치하기 위한 집적된 비선형 소자들을 갖는 매트릭스 액정 디스플레이(MLC 디스플레이)에 바람직하다.

상기 유형의 매트릭스 액정 디스플레이는 공지되어 있다. 개별 픽셀을 개별적으로 스위치하기 위해 사용될 수 있는 비선형 소자들의 예로는 활성 소자(즉, 트랜지스터)가 있다. 이후에는 이들을 "활성 매트릭스"로 부르며, 2가지 유형간에 다음과 같은 차이가 있을 수 있다:

1. 기판으로서 실리콘 웨이퍼상의 MOS(금속 산화물 반도체) 또는 기타 다이오드.

2. 기판으로서 유리 판상의 박막 트랜지스터(TFT).

기판 재료로서 단결정성 실리콘을 사용하는 경우, 다양한 부품-디스플레이의 모듈라 어셈블리(modular assembly)가 접합부에서 문제를 야기하기 때문에 디스플레이 크기가 제한된다.

보다 희망적인 두 번째 유형의 경우(바람직한 경우)에서, 사용된 전광 효과는 보통 TN 효과이다. 2가지 기술 즉, 반도체 화합물, 예를 들면 CdSe를 포함하는 TFT 또는 다결정성 또는 무정형 실리콘을 기재로 하는 TFT사이에 차이가 있다. 다결정성 또는 무정형 실리콘을 기재로 하는 TFT에 대해 전 세계적으로 집중적인 연구가 수행되고 있다.

디스플레이의 한쪽 유리판 내부에는 TFT 매트릭스를 적용하고, 동시에 다른 쪽 유리판에는 내부에 투명한 대전극을 적용한다. 픽셀 전극의 크기와 비교할 때, TFT의 크기는 매우 작으며, 사실상 상에 미치는 부작용이 없다. 이 기술은, 각 필터 소자가 스위치될 수 있는 픽셀과 맞은 편에 위치하는 방식으로 적색, 녹색 및 청색 필터의 모자이크가 배열되는, 전색이 양립가능한 상 디스플레이까지 확대시킬 수 있다.

TFT 디스플레이는 투과시 크로스된 편광기를 갖는 TN 셀과 같이 작동하는 것이 통상적이며, 뒤에서 비춰진다.

MLC 디스플레이란 용어는 집적된 비선형 소자들을 함유하는 임의의 매트릭스 디스플레이, 즉 활성 매트릭스외에 배리스터(varistor) 또는 다이오드(MIM = 금속-절연체-금속)와 같은 수동적 소자들을 함유하는 디스플레이를 포함한다.

상기 유형의 MLC 디스플레이는 TV 용도(예를 들면, 포켓 사이즈 TV 수상기) 또는 컴퓨터 용도[랩톱(laptop)]용 고-정보 디스플레이 및 자동차 또는 비행기 제작시 특히 적합하다. MCL 디스플레이에서는 콘트라스트의 각도 의존성 및 반응 시간에 관한 문제외에도, 액정 혼합물의 부적절한 저항성에 의해 문제가 발생한다[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 Addressing of Television Liquid Crystal Displays, p. 145 ff. Paris]. 저항이 감소함에 따라, MLC 디스플레이의 콘트라스트도 강하되며, 후상(after-image) 제거 문제가 발생할 수 있다. 액정 혼합물의 저항률이 디스플레이 내표면과의 상호작용에 의해 MLC 디스플레이의 수명이 경과함에 따라 일반적으로 강하하기 때문에, 허용할 수 있는 사용 수명을 얻기 위해 높은 (초기) 저항이 매우 중요하다. 특히, 저압 혼합물의 경우, 매우 높은 저항률을 이룩하는 것이 이제까지 불가능했다. 저항률이 온도 증가에 따라서 가열 및/또는 자외선 노출후 가능한 한 거의 증가하지 않는 것이 더욱더 중요하다. 선행 기술 혼합물의 저온 특성도 또한 특히 불리하다. 저온에서 조차도 결정화 및/또는 스멕틱 상이 나타나지 않고, 점도의 온도 의존성이 가능한 한 낮은 것이 요구된다. 선행 기술의 MLC 디스플레이는 따라서 현재의 조건을 만족시키지 못한다.

따라서, 넓은 작업 온도 범위, 저온에서 조차도 짧은 반응 시간 및 낮은 한계 전압과 동시에 매우 높은 저항률을 가지며, 상기 단점을 갖지 않거나 또는 단지감소된 양으로 갖는 MLC 디스플레이에 대해 지속적으로 크게 요구된다.

TN(샤트-헬프리히) 셀의 경우, 셀에서 하기 잇점을 용이하게 하는 매질이 요망된다:

- 넓어진 네마틱 상 범위(특히 저온에서도),

- 대단히 낮은 온도에서의 스위치성(야외 사용, 자동차, 항공 전자 공학),

- 자외선에 대한 노출시 증대된 안정성(더 긴 수명).

선행 기술에서 입수할 수 있는 매질들은 다른 변수들을 동시에 보유하면서 상기 잇점들을 이룩할 수 없다.

대단히 비틀린 셀(STN)의 경우, 더 큰 멀티플렉스 특성(multiplexibility) 및/또는 더 낮은 한계 전압 및/또는 더 넓은 네마틱 상 범위(특히 저온에서)를 가능케하는 매질이 요망된다. 그 때문에, 이용가능한 변수(투명점, 스멕틱-네마틱 전이 또는 융점, 점도, 유전체 양, 탄성 양) 폭을 추가로 확장하는 것이 바람직하다.

본 발명의 목적은 전술한 단점을 갖지 않거나, 또는 단지 감소된 정도로 가지며, 바람직하게는 동시에 매우 높은 저항률 및 낮은 한계 전압을 갖는 상기 유형의 MLC, TN 또는 STN 디스플레이용 매질을 제공하는 것이다.

이제, 본 발명에 의해 신규한 매질을 디스플레이에 사용할 때, 상기 목적이 달성될 수 있다는 것을 밝혀냈다.

따라서, 본 발명은 하나 이상의 하기 화학식 1의 화합물을 포함함을 특징으로 하는, 양의 유전체 이방성을 갖는 극성 화합물의 혼합물을 기재로 하는 액정 매질에 관한 것이다:

화학식 1

상기식에서,

L¹은 H 또는 F이다.

화학식 1의 화합물들은 광범위한 적용 분야에 적용된다. 치환체의 선택에 따라, 액정 매질을 주로 구성하는 기재 물질로 이들 화합물을 사용할 수 있다. 그러나, 화학식 1의 화합물은, 예를 들면 유전체를 개질시키고/거나 상기 유형의 유전체의 광학적 이방성을 변화시키고/거나 한계 전압 및/또는 점도를 최적화하기 위해 다른 화합물 부류의 액정 기재 물질에 첨가될 수도 있다.

순수한 상태에서, 화학식 1의 화합물들은 무색이며, 전광 용도를 위해 유리한 온도 범위에서 액정 메조상을 형성한다. 이들은 화학적 및 열적으로 안정하며, 광에 안정하다.

하기 화학식의 화합물은 유럽 특허 제 0 387 032 호에 이미 개시되어 있다:

화학식(I)의 화합물을 포함하는 신규한 매질에서, Y는 F, Cl, OCF₃, OCHF₂, CF₃, CHFCF₃, CF₂CHF₂, C₂H₄CHF₂, CF₂CH₂CF₃, CHF₂, OCH₂CF₃, OCH₂CHF₂, OCF₂CHF₂, O(CH₂)₃CF₃, OCH₂C₂F₅, OCH₂CF₂CHF₂, OCH₂C₃F₇, OCHFCF₃, OC₂F₅, OCF₂CHFCF₃, OCH=CF₂, OCF=CF₂, OCF=CFCF₃, OCF=CF-C₂F₅, CH=CHF, CH=CF₂, CF=CF₂, CF₂OCF₃, 특히 F, OCHFCF₃, OCF₃, OCHF₂, OC₂F₅, OC₃F₇, OCH=CF₂또는 CF₂OCF₃인 것이 바람직하다.

Y 및 L¹이 F인 화학식 1의 화합물을 함유하는 매질이 특히 바람직하다.

R이 알킬 라디칼 및/또는 알콕시 라디칼인 경우, 이들은 직쇄 또는 분지쇄일 수 있다. 탄소수 2, 3, 4, 5, 6 또는 7을 갖는 직쇄가 바람직하며, 따라서 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 에톡시, 프로폭시, 부톡시, 펜톡시, 헥속시 또는헵톡시가 바람직하고, 더욱더 메틸, 옥틸, 노닐, 데실, 운데실, 도데실, 트리데실, 테트라데실, 펜타데실, 메톡시, 옥톡시, 노녹시, 데콕시, 운데콕시, 도데콕시, 트리데콕시 또는 테트라데콕시가 바람직하다.

옥사알킬은 직쇄 2-옥사프로필(= 메톡시메틸), 2-(= 에톡시메틸) 또는 3-옥사부틸(= 2-메톡시에틸), 2-, 3- 또는 4-옥사펜틸, 2-, 3-, 4- 또는 5-옥사헥실, 2-, 3-, 4-, 5- 또는 6-옥사헵틸, 2-, 3-, 4-, 5-, 6- 또는 7-옥사옥틸, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7- 또는 8-옥사노닐, 또는 2-, 3-, 4-. 5-, 6-, 7-, 8- 또는 9-옥사데실이 바람직하다.

R이 하나의 CH₂그룹이 -CH=CH-로 치환된 알킬 라디칼인 경우, 이것은 직쇄 또는 분지쇄일 수 있다. 직쇄가 바람직하고, 탄소수 2 내지 10을 갖는다. 따라서, 특히 비닐, 프로프-1 또는 -2-에닐, 부트-1-, -2- 또는 -3-에닐, 펜트-1-, -2-, -3, 또는 -4-에닐, 헥스-1-, -2-, -3-, -4- 또는 -5-에닐, 헵트-1-, -2-, -3-, -4-, -5- 또는 -6-에닐, 옥트-1-, -2-, -3-, -4-, -5-, -6- 또는 -7-에닐, 논-1-, -2-, -3-, -4-, -5-, -6-, -7- 또는 -8-에닐, 또는 데크-1-, -2-, -3-, -4-, -5-, -6-, -7-, -8- 또는 -9-에닐이 바람직하다.

R이 하나의 CH₂그룹이 -O-로 치환되고, 다른 CH₂그룹이 -CO-로 치환된 알킬 라디칼인 경우, 이들은 인접한 것이 바람직하다. 이들은 따라서 하나의 아실옥시 그룹 -CO-O- 또는 하나의 옥시카보닐 그룹 -O-CO-를 함유한다. 이들은 직쇄인 것이 바람직하고, 탄소수 2 내지 6을 갖는다.

따라서, 이들은 특히 아세톡시, 프로피오닐옥시, 부티릴옥시, 펜타노일옥시, 헥사노일옥시, 아세톡시메틸, 프로피오닐옥시메틸, 부티릴옥시메틸, 펜타노일옥시메틸, 2-아세톡시에틸, 2-프로피오닐옥시에틸, 2-부티릴옥시에틸, 3-아세톡시프로필, 3-프로피오닐옥시프로필, 4-아세톡시부틸, 메톡시카보닐, 에톡시카보닐, 프로폭시카보닐, 부톡시카보닐, 펜톡시카보닐, 메톡시카보닐메틸, 에톡시카보닐메틸, 프로폭시카보닐메틸, 부톡시카보닐메틸, 2-(메톡시카보닐)에틸, 2-(에톡시카보닐)에틸, 2-(프로폭시카보닐)에틸, 3-(메톡시카보닐)프로필, 3-(에톡시카보닐)프로필 또는 4-(메톡시카보닐)부틸이 바람직하다.

R이 하나의 CH₂그룹이 비치환되거나 또는 치환된 -CH=CH-로 치환되고, 인접한 CH₂그룹이 CO 또는 CO-O 또는 O-CO로 치환된 알킬 라디칼인 경우, 이것은 직쇄 또는 분지쇄일 수 있다. 직쇄이고 탄소수 4 내지 13을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 아크릴로일옥시메틸, 2-아크릴로일옥시에틸, 3-아크릴로일옥시프로필, 4-아크릴로일옥시부틸, 5-아크릴로일옥시펜틸, 6-아크릴로일옥시헥실, 7-아크릴로일옥시헵틸, 8-아크릴로일옥시옥틸, 9-아크릴로일옥시노닐, 10-아크릴로일옥시데실, 메타크릴로일옥시메틸, 2-메타크릴로일옥시에틸, 3-메타크릴로일옥시프로필, 4-메타크릴로일옥시부틸, 5-메타크릴로일옥시헵틸, 6-메타크릴로일옥시헥실, 7-메타크릴로일옥시헵틸, 8-메타크릴로일옥시옥틸 및 9-메타크릴로일옥시노닐이 특히 바람직하다.

R이 CN 또는 CF₃로 일치환되는 알킬 또는 알케닐 라디칼인 경우, 이 라디칼은 직쇄인 것이 바람직하다. 임의의 바람직한 위치에서 CN 또는 CF₃로의 치환이 일어난다.

R이 할로겐으로 적어도 일치환되는 알킬 또는 알케닐 라디칼인 경우, 이 라디칼은 직쇄인 것이 바람직하고, 할로겐은 F 또는 Cl인 것이 바람직하다. 여러번 치환되는 경우, 할로겐은 F가 바람직하다. 생성된 라디칼은 또한 과불소화 라디칼을 포함한다. 일치환되는 경우, 불소 또는 염소 치환체는 임의의 바람직한 위치에 존재할 수 있으나, ω-위치가 바람직하다.

중부가 반응에 적합한 날개 그룹 R을 함유하는 화학식 1의 화합물이 액정 중부가 생성물을 제조하는데 적합하다.

분지된 날개 그룹 R을 함유하는 화학식 1의 화합물은 경우에 따라 통상적인 액정 기재 물질에서의 우수한 용해도로 인해 중요할 수 있으나, 이들이 광학 활성이 있는 경우 키랄 도핑제로 특히 유용할 수 있다. 상기 유형의 스멕틱 화합물은 강유전성 물질용 성분으로 적합하다.

S_A상을 갖는 화학식 1의 화합물은 예를 들면 열에 의해 어드레스된 디스플레이에 적합하다.

상기 유형의 분지된 그룹은 일반적으로 하나 이하의 쇄 분지를 함유한다. 분지된 라디칼 R은 이소프로필, 2-부틸(= 1-메틸프로필), 이소부틸(= 2-메틸프로필), 2-메틸부틸, 이소펜틸(= 3-메틸부틸), 2-메틸펜틸, 3-메틸펜틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, 이소프로폭시, 2-메틸프로폭시, 2-메틸부톡시, 3-메틸부톡시, 2-메틸펜톡시, 3-메틸펜톡시, 2-에틸헥속시, 1-메틸헥속시 및 1-메틸헵톡시가 바람직하다.

R이 2개 이상의 CH₂그룹이 -O- 및/또는 -CO-O로 치환된 알킬 라디칼인 경우, 이 라디칼은 직쇄이거나 또는 분지될 수 있다. 분지되는 것이 바람직하고, 탄소수 3 내지 12를 갖는다. 따라서, 특히 비스카복시메틸, 2,2-비스카복시에틸, 3,3-비스카복시프로필, 4,4-비스카복시부틸, 5,5-비스카복시펜틸, 6,6-비스카복시헥실, 7,7-비스카복시헵틸, 8,8-비스카복시옥틸, 9,9-비스카복시노닐, 10,10-비스카복시데실, 비스(메톡시카보닐)메틸, 2,2-비스(메톡시카보닐)에틸, 3,3-비스(메톡시카보닐)프로필, 4,4-비스(메톡시카보닐)부틸, 5,5-비스(메톡시카보닐)펜틸, 6,6-비스(메톡시카보닐)헥실, 7,7-비스(메톡시카보닐)헵틸, 8,8-비스(메톡시카보닐)옥틸, 비스(에톡시카보닐)메틸, 2,2-비스(에톡시카보닐)에틸, 3,3-비스(에톡시카보닐)프로필, 4,4-비스(에톡시카보닐)부틸 및 5,5-비스(에톡시카보닐)헥실이 바람직하다.

화학식 1의 화합물은 상기 반응에 적합한 공지되어 있는 반응 조건하에서 문헌(예를 들면, [Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart]와 같은 표준 교과서)에 기술된 바와 같이 그자체로 공지된 방법에 의해 정밀하게 제조된다. 또한, 그자체가 공지된 변형체의 제조에 사용될 수 있으나, 여기서는 더 상세히는 언급하지 않는다.

화학식 1의 화합물은 예를 들면 다음과 같이 제조할 수 있다:

본 발명은 또한 상기 유형의 매질을 함유하는 전광 디스플레이(특히, 프레임과 함께 셀을 형성하는 2개의 평면에 평행한 외부 판, 외부 판상에서 개별 픽셀을 스위치하기 위한 집적된 비선형 소자, 및 셀안에 위치한 양의 유전 이방성 및 높은 저항성의 네마틱 액정 혼합물을 갖는 STN 또는 MLC 디스플레이) 및 전광 목적을 위한 상기 매질의 용도에 관한 것이다.

본 발명에 따른 액정 혼합물은 이용가능한 변수 폭을 상당히 확장시키는 것을 용이하게 한다.

투명점, 저온 점도, 열 및 자외선 안정성, 및 유전 이방성의 이룩할 수 있는 조합이 선행 기술의 선행 물질보다 훨씬 탁월하다.

높은 투명점, 저온 네마틱 상 및 높은 △ε에 대한 조건들은 이전에는 불만족스러운 정도로만 이룩할 수 있었다. 예를 들면, ZLI-3119와 같은 시스템이 필적할 수 있는 투명점 및 비교적 양호한 점도를 갖지만, 그러나 이들은 단지 +3의 △ε를 갖는다.

다른 혼합물 시스템은 필적할 수 있는 점도 및 △ε 값을 가지나, 60℃의 투명점을 갖는다.

본 발명에 따른 액정 혼합물은 네마틱 상을 -20℃ 및 바람직하게는 -30℃, 특히 바람직하게는 -40℃ 아래로 보유하면서, 80℃ 이상, 바람직하게는 90℃ 이상, 특히 바람직하게는 100℃ 이상의 투명점 및 동시에 유전 이방성 값 △ε≥6, 바람직하게는 △ε≥8 및 높은 저항성 값을 이룩할 수 있어서, 탁월한 STN 및 MLC 디스플레이를 얻을 수 있다. 특히, 혼합물은 낮은 작동 전압을 특징으로 한다. TN 한계치는 2.0 V 미만, 바람직하게는 1.5 V 미만, 특히 바람직하게는 < 1.3 V이다.

본 발명에 따른 혼합물의 성분들을 적절히 선택하므로써 다른 유리한 특성을 보유하면서, 더 높은 한계 전압에서 더 높은 투명점(예를 들면 110°이상)을 이룩하거나 또는 더 낮은 한계 전압에서 더 낮은 투명점을 이룩할 수 있음은 분명하다. 점도가 상응하게 작은 양 만큼 증가한다면 비교적 높은 △ε 및 따라서 비교적 낮은 한계 전압의 혼합물을 얻는 것도 마찬가지로 가능하다. 본 발명에 따른 MLC 디스플레이는 구치(Gooch)와 태리(Tarry)의 제 1 최소 투과치에서 작동시키는 것이 바람직하며[C.H. Gooch and H.A. Tarry, Electron. Lett. 10, 2-4, 1974; C.H. Gooch and H.A. Tarry, Appl. Phys., Vol. 8, 1575-1584, 1975]; 상기의 경우, 유사 디스플레이에서와 동일한 한계 전압에서 특징 라인의 높은 구배 및 콘트라스트의 낮은 각도 의존성(독일 특허 제 30 22 818 호)와 같은 특히 바람직한 전광 특성에 더하여 제 2 최소 투과치에서의 낮은 유전 이방성이 충분하다. 시아노 화합물을 함유하는 혼합물을 사용하는 것보다 본 발명에 따른 혼합물을 사용하여 상기 특성에 의해 제 1 최소 투과치에서 상당히 더 높은 저항률을 이룩할 수 있다. 당해 분야의 숙련가들은 개별 성분 및 이들의 중량 비율을 적절히 선택하므로써 간단하고도 통상적인 방법을 이용하여 미리규정한 층 두께의 MLC 디스플레이에 필수적인 복굴절율을 제공할 수 있다.

20℃에서의 점도는 < 60 mPa.s인 것이 바람직하고, < 50 mPa인 것이 특히 바람직하다. 네마틱 상 범위는 90°이상, 특히 100°이상인 것이 바람직하다. 이 범위는 적어도 -20°에서 +80°까지 확장하는 것이 바람직하다.

"커패서티 보유 비율"("capacity holding ratio", HR)의 측정[S. Matsumoto et al., Liquid Crystals5, 1320(1989); K. Niwa et al., Proc. SID Conference, San Francisco, June 1984, p. 304(1984); G. Weber et al., Liquid Crystals5, 1381 (1989)]은 화학식 1의 화합물을 포함하는 본 발명에 따른 혼합물이 화학식 1의 화합물을 화학식의 시아노페닐사이클로헥산 또는 화학식의 에스테르로 대체한 유사 혼합물보다 온도가 증가함에 따라 상당히 더 작은 HR 감소를 나타낸다고 제시하였다.

본 발명에 따른 혼합물의 자외선 안정성은 또한 상당히 더 우수하다, 즉 이들은 자외선에 노출될 때 HR의 상당히 더 작은 감소를 나타낸다.

본 발명에 따른 매질은 다수(바람직하게는 2개 이상)의 화학식 1의 화합물 을 기준으로 하는 것이 바람직하며, 즉 이들 화합물의 비율은 5 내지 95%, 바람직하게는 10 내지 60% 및 특히 바람직하게는 20 내지 50%의 범위이다.

본 발명에 따른 매질에 사용할 수 있는 화학식 1 내지 12의 개별 화합물 및 그의 하위 화합물은 공지되어 있거나 또는 공지된 화합물과 유사하게 제조할 수 있다.

바람직한 실시 태양을 하기에 나타낸다:

- 매질은 하기 화학식 2 내지 6의 화합물로 구성된 군중에서 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함한다:

상기식에서, 개별 라디칼은 하기 의미를 갖는다:

R°은 각각 탄소수 9이하를 갖는 n-알킬, 옥사알킬, 플루오로알킬 또는 알케닐이고,

X°는 F, Cl, 각각 탄소수 1 내지 6을 갖는 할로겐화 알킬, 알케닐 또는 알콕시이고,

Y¹및 Y²는 각각의 경우 서로 독립적으로 수소이거나 불소이고,

r은 0 또는 1이다.

화학식 4의 화합물은 하기 화학식의 화합물이 바람직하다:

- 매질은 하기 화학식 7 내지 12의 화합물로 구성된 군중에서 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함한다:

상기식에서, R°, X°, Y¹및 Y²는 각각 서로 독립적으로 청구항 2에 정의된바와 같고, 바람직하게는 F, Cl, CF₃, OCF₃, OCHF₂, 각각의 경우 탄소수 6개 이하를 갖는 알킬, 옥사알킬, 플루오로알킬 또는 알케닐이다.

- 화학식 1 내지 6의 화합물의 비율은 함께 전체 혼합물에서 50 중량% 이상이고;

- 화학식 1의 화합물의 비율은 전체 혼합물에서 10 내지 50 중량%이고;

- 화학식 2 내지 6의 화합물의 비율은 전체 혼합물에서 20 내지 80 중량% 이고;

가 바람직하고;

- 매질은 화학식 2, 3, 4, 5 및/또는 6의 화합물을 포함하고;

- 매질은 하나 이상의 하기 화학식의 화합물을 추가로 포함하고;

- R°는 탄소수 2 내지 7을 갖는 직쇄 알킬 또는 알케닐이고;

- 매질은 화학식 1 내지 6의 화합물로 필수적으로 구성되고;

- 매질은 하나 이상의 하기 화학식 17의 화합물을 추가로 포함하고;

상기식에서, R^a및 R^b는 각각 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 5를 갖는 직쇄 알킬 또는 알콕시이고;

- 매질은 화학식 1 내지 6 및 17의 화합물로 필수적으로 구성되고;

- 매질은 하기 화학식 13 내지 16의 화합물로 구성된 군중에서 선택되는 것이 바람직한 추가의 화합물을 포함하고;

상기식에서, R⁰및 X⁰은 상기에서 정의한 바와 같고, 1,4-페닐렌 고리는 CN, 염소 또는 불소로 치환될 수 있다. 1,4-페닐렌 고리는 불소 원자로 일치환되거나 다치환되는 것이 바람직하다.

- 화학식(1) : 화학식 2 + 3 + 4 + 5 + 6의 중량비는 1 : 10 내지 10 : 1인 것이 바람직하다.

- 매질은 화학식 1 내지 12의 화합물로 구성된 군중에서 선택된 화합물로 필수적으로 구성된다.

비교적 작은 비율의 화학식 1의 화합물이 통상의 액정 물질, 특히 화학식 2, 3, 4, 5 및/또는 6의 화합물 하나 이상과 혼합되더라도, 한계 전압의 상당한 감소 및 낮은 복굴절율 값을 생성하며, 동시에 낮은 네마틱 전이 온도를 갖는 넓은 네마틱 상이 관측되므로써 저장 수명이 개선된다는 것이 밝혀졌다. 하나 이상의 화학식 1의 화합물이외에도, 하나 이상의 화학식 4의 화합물, 특히 X⁰가 F 또는 OCF₃인 화학식 4a의 화합물을 포함하는 혼합물이 특히 바람직하다. 화학식 1 내지 6의 화합물은 무색이고, 안정하며, 서로 쉽게 혼화되고 기타 액정 물질과도 쉽게 혼화된다.

"알킬"이란 용어는 탄소수 1 내지 7을 갖는 직쇄 및 분지쇄 알킬 그룹, 특히직쇄 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실 및 헵틸 그룹을 포함한다. 탄소수 2 내지 5를 갖는 그룹이 일반적으로 바람직하다.

"알케닐"이란 용어는 탄소수 2 내지 7을 갖는 직쇄 및 분지된 알케닐 그룹, 특히 직쇄 그룹의 알케닐을 포함한다. 특히 알케닐 그룹은 C₂-C₇-1E-알케닐, C₄-C₇-3E-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 그룹을 예를 들면 비닐, 1E-프로페닐, 1E-부테닐, 1E-펜테닐, 1E-헥세닐, 1E-헵테닐, 3-부테닐, 3E-펜테닐, 3E-헥세닐, 3E-헵테닐, 4-펜테닐, 4Z-헥세닐, 4E-헥세닐, 4Z-헵테닐, 5-헥세닐, 6-헵테닐 등이 있다. 탄소수 5 이하를 갖는 그룹이 일반적으로 바람직하다.

"플루오로알킬"이란 용어는 말단 불소를 함유하는 직쇄 그룹, 즉 플루오로메틸, 2-플루오로에틸, 3-플루오로프로필, 4-플루오로부틸, 5-플루오로펜틸, 6-플루오로헥실 및 7-플루오로헵틸을 포함하는 것이 바람직하다. 그러나, 불소의 다른 위치도 배제되지 않는다.

"옥사알킬"이란 용어는 화학식 C_nH_2n+1-O-(CH₂)_m(이때, n 및 m은 각각 서로 독립적으로 1 내지 6이다)의 직쇄 라디칼을 포함하는 것이 바람직하다. n은 1인 것이 바람직하고, m은 1 내지 6인 것이 바람직하다.

R⁰및 X⁰의 의미를 적절히 선택하므로써, 어드레싱 시간, 한계 전압, 투과 특징 라인의 구배 등을 원하는 만큼 변형시킬 수 있다. 예를 들면, 1E-알케닐 라디칼, 3E-알케닐 라디칼, 2E-알케닐옥시 라디칼 등은 알킬 및 알콕시 라디칼에 비해 더 짧은 어드레싱 시간, 개선된 네마틱 경향 및 탄성 상수 k₃₃(구부림)과 k₁₁(넓게 퍼짐)간의 더 높은 비율을 부여하는 것이 일반적이다. 4-알케닐 라디칼, 3-알케닐 라디칼 등은 알킬 및 알콕시 라디칼과 비교하여 일반적으로 더 낮은 한계 전압 및 더 낮은 k₃₃/k₁₁값을 부여한다.

-CH₂CH₂- 그룹은 단순 공유 결합에 비해 더 높은 k₃₃/k₁₁값을 부여하는 것이 일반적이다. k₃₃/k₁₁값이 높을수록 예를 들면 90°비틀림 값을 갖는 TN 셀에서 더 편평한 투과 특징 라인을 용이하게 하고(회색 색조를 얻기 위해), STN, SBE 및 OMI 셀에서 더 가파른 투과 특징 라인을 용이하게 하며(더 큰 멀티플렉스 특성), 그 반대도 마찬가지이다.

화학식 1의 화합물과 화학식 2 + 3 + 4 + 5 + 6의 화합물의 최적 혼합 비율은 원하는 특징, 화학식 1, 2, 3, 4, 5 및/또는 6의 성분들의 선택 및 존재할 수 있는 임의의 기타 성분들의 선택에 따라 상당히 변한다. 전술한 범위내에서 적절한 혼합 비율을 경우에 따라 쉽게 결정할 수 있다.

본 발명에 따른 혼합물에서 화학식 1 내지 12의 화합물의 전체 양은 중요하지 않다. 따라서, 혼합물은 여러 특성을 최적화하기 위해 하나 이상의 추가 성분을 함유할 수 있다. 그러나, 어드레싱 시간 및 한계 전압에서 관측된 효과는 화학식 1 내지 12의 화합물의 전체 농도가 높을 수 록 일반적으로 더 크다.

특히 바람직한 태양에 있어서, 본 발명에 따른 매질은 X⁰가 F, OCF₃, OCHF₂, OCH=CF₂, OCF=CF₂또는 OCF₂-CF₂H인 화학식 2 내지 6의 화합물(바람직하게는, 화학식 2, 3 및/또는 4의 화합물)을 포함한다. 화학식 1의 화합물에 의한 양호한 상승 효과는 특히 유리한 특성을 야기한다. 특히, 화학식 1의 화합물과 화학식 4a의 화합물을 포함하는 혼합물은 이들의 낮은 한계 전압이 두드러진다.

편광기, 전극 기본 판 및 표면 처리된 전극으로부터 본 발명에 따른 MLC 디스플레이의 구성은 상기 유형의 디스플레이에 통상적인 구성과 상응한다. 본원에서 사용하는 통상적인 구성이란 용어는 광범위하게 사용되며, 또한 MLC 디스플레이의 모든 유도체 및 변형체, 특히 폴리-Si TFT 또는 MIM를 기재로 하는 매트릭스 디스플레이 요소를 포함한다.

그러나, 본 발명에 따른 디스플레이와 비틀린 네마틱 셀을 기재로 하는 이제까지 통상적인 디스플레이의 본질적인 차이는 액정 층안에서 어떤 액정 변수를 선택하는냐이다.

본 발명에 따라 사용할 수 있는 액정 혼합물은 그 자체가 통상적인 방식으로 제조된다. 일반적으로, 더 적은 양으로 사용된 성분의 원하는 양을 편의상 승온에서 중요한 요소를 이루는 소자에 용해시킨다. 또한, 유기 용매, 예를 들면 아세톤, 클로로포름 또는 메탄올중에서 성분들의 용액을 혼합하고, 혼합한 후 예를 들면 증류시켜 용매를 다시 제거하는 것이 가능하다.

또한, 유전체는 당해 분야에 숙련가들에게 공지되어 있고, 문헌에 기술된 기타 첨가제를 함유할 수 있다. 예를 들면, 다색 염료 또는 키랄 도핑제 0 내지 15%를 가할 수 있다.

C는 액정상을 의미하고, S는 스멕틱 상을, S_c는 스멕틱 C 상을, N은 네마틱 상을 및 I는 등방성 상을 의미한다.

V₁₀은 10% 투과 전압(판 표면에 수직의 시야각에서)을 의미한다. t_on은 V₁₀의 전압의 2.5 배에 상응하는 작동 전압에서 스위치-온 시간을, t_off는 스위치-오프 시간을 나타낸다. △n는 광학 이방성을 n_o는 굴절지수를 나타낸다. △ε는 유전 이방성을 나타낸다(△ε는 ε_∥- ε_┴이고, 이때, ε_∥는 세로 분자축에 평행한 유전 상수이고, ε_┴는 이에 수직인 유전 상수이다). 전광 데이터는 특별히 달리 언급하지 않으면, 20℃에서의 제 1 최소 투과치에서(즉, 0.5의 d x △n 값에서) TN 셀에서 측정했다. 광학 데이터는 특별히 달리 언급하지 않으면 20℃에서 측정했다.

본 출원 및 하기 실시예에서, 액정 화합물의 구조는 약어로 나타내며, 하기 표 1a, 1b 및 2에 따라 화학식으로의 변형이 일어난다. 모든 라디칼 C_nH_2n+1및 C_m2m+1은 탄소수 각각 n 또는 m을 함유하는 직쇄 알킬 라디칼이다. 하기 표 2에서 약호는 자명하다. 하기 표 1a 및 1b에서는, 기본 구조에 대한 머리글자만을 나타낸다. 개별 경우에 있어서, 기본 구조에 대한 머리글자 다음에 하이폰으로 분리한후 치환체 R¹, R², L¹및 L²에 대한 약호를 나타낸다.

바람직한 혼합물 성분을 하기 표 1a, 1b 및 표 2에 나타낸다.

하기 실시예는 본 발명을 제한하지 않고 예시하기 위한 것이다. 상기 및 하기에서, 퍼센트는 중량 퍼센트이다. 모든 온도는 섭씨 온도이고, m.p.는 융점을 나타내고, c.p.는 투명점을 나타낸다. 또한, C는 결정 상태를, N은 네마틱 상을, S는 스멕틱 상을, I는 등방성 상을 나타낸다. 이들 기호간의 데이터는 전이 온도를 나타낸다. Δn은 광학 이방성(589 nm, 20℃)을 나타내고, 점도(mm²/초)는 20℃에서 측정했다.

"통상적인 후처리"란 용어는, 필요한 경우 물을 가하고, 혼합물을 디클로로메탄, 디에틸 에테르, 메틸 3급-부틸에테르 또는 톨루엔으로 추출하고, 유기상을 분리하고, 건조 및 증발시키고, 생성물을 감압하의 증류 또는 결정화 및/또는 크로마토그라피에 의해 정제함을 의미한다. 하기 약어를 다음과 같이 사용한다:

DCC는 디사이클로헥실카보디이미드를 나타내고,

DMAP는 디메틸아미노피리딘을 나타내고,

DMEU는 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논을 나타내고,

POT는 칼륨 3급-부톡사이드를 나타내고,

THF는 테트라하이드로푸란을 나타내고,

pTsOH는 p-톨루엔설폰산을 나타낸다.

실시예

실시예 1

트랜스-4-(4-프로필사이클로헥실)사이클로헥사노산 80 밀리몰, 3,4,5-트리플루오로페놀 0.1 몰 및 DMAP 8.8 밀리몰을 디클로로메탄 460 g에 용해시키고, DCC 88 밀리몰을 가한다. 혼합물을 실온에서 하룻밤 교반시킨다. 침전된 디사이클로헥실우레아를 흡입 여과시키고, 여액을 회전 증발기상에서 증발 건조시킨다. 조 생성물을 톨루엔으로 실리카겔 칼럼상에서 크로마토그라피한다. 여액을 증발시키고, 잔여물을 n-헥산으로부터 재결정시킨다.

C 56 N 117.2 I; Δn = 0.070; Δε= 11.33

하기 화학식의 화합물도 유사하게 제조한다:

혼합물 실시예

실시예 A

실시예 B

실시예 C

실시예 D

실시예 E

실시예 F

실시예 G

실시예 H

본 발명에 따른 액정 매질은 매우 높은 저항률 및 낮은 한계 전압을 가짐으로써 MLC, TN 또는 STN 디스플레이용 매질로서 유효하게 사용될 수 있다.

Claims

하나 이상의 하기 화학식 1의 화합물 및 하나 이상의 하기 화학식 17의 화합물을 포함함을 특징으로 하는, 양의 유전체 이방성을 갖는 극성 화합물의 혼합물을 기재로 하는 액정 매질:

화학식 1

화학식 17

상기식에서,

R은 수소, 탄소수 1 내지 15를 갖는 알킬 또는 알케닐 라디칼(이들은 비치환되거나, CN 또는 CF₃로 일치환되거나 또는 할로겐으로 적어도 일치환된다)이고, 또한 상기 라디칼의 하나 이상의 CH₂그룹이 각각의 경우 서로 독립적으로 산소 원자가 서로 직접 연결되지 않도록 하는 방식으로 -O-, -S-,, -CO-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 치환될 수 있으며,

Y는 F, Cl, 탄소수 1 내지 6을 갖는 할로겐화 알킬, 알케닐 또는 알콕시이고,

L¹은 F이고,

R^a및 R^b는 각각 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 5를 갖는 직쇄 알킬 또는 알콕시이다.
제 1 항에 있어서,

하기 화학식 2, 3, 4, 5 및 6의 화합물로 구성된 군중에서 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함함을 특징으로 하는 매질:

화학식 2

화학식 3

화학식 4

화학식 5

화학식 6

상기식에서,

R°은 각각 탄소수 7이하를 갖는 n-알킬, 옥사알킬, 플루오로알킬 또는 알케닐이고,

X°는 F, Cl, 탄소수 1 내지 6을 갖는 할로겐화 알킬, 알케닐 또는 알콕시이고,

Y¹및 Y²는 각각의 경우 서로 독립적으로 수소 또는 불소이고,

r은 0 또는 1이다.
제 2 항에 있어서,

화학식 1 내지 6의 화합물의 비율이 함께 전체 혼합물에서 50 중량% 이상임을 특징으로 하는 매질.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

화학식 1의 화합물의 비율이 전체 혼합물에서 5 내지 95 중량%임을 특징으로 하는 매질.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

화학식 2 내지 6의 화합물의 비율이 전체 혼합물에서 20 내지 80중량%임을 특징으로 하는 매질.
제 1 항에 있어서,

하나 이상의 하기 화학식의 화합물을 추가로 포함함을 특징으로 하는 매질:

상기식에서,

X⁰는 F, OCHF₂또는 OCF₃이고,

Y¹및 Y²는 각각 서로 독립적으로 H 또는 F이고,

R⁰는 각각의 경우 탄소수 7 이하를 갖는 n-알킬, 옥사알킬, 플루오로알킬 또는 알케닐이다.
전광 목적을 위해 제 1 항에 따른 액정 매질을 사용하는 방법.
제 1 항에 따른 액정 매질을 함유하는 전광 액정 디스플레이.