KR100799729B1

KR100799729B1 - 액정 매질, 및 전기-광학 액정 디스플레이

Info

Publication number: KR100799729B1
Application number: KR1020010066154A
Authority: KR
Inventors: 슈어만율리안; 리거베른하르트
Original assignee: 메르크 파텐트 게엠베하
Priority date: 2000-10-27
Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2008-02-01
Also published as: US20020104983A1; JP5575349B2; TWI232881B; DE10053285A1; EP1201727A1; DE10150806A1; US6649228B2; KR20020033066A; DE50105356D1; JP2002173681A; ATE289344T1; EP1201727B1

Abstract

본 발명은 하나 이상의 화학식 1의 화합물:

및 하나 이상의 화학식 2의 화합물:

(상기 식에서, 파라미터들은 청구항 1에 정의된 바와 같다)

을 포함하는 액정 매질, 전기-광학 디스플레이에서 이들 액정 매질의 용도, 및 이들 디스플레이, 특히 STN-LCD에 관한 것이다.

Description

액정 매질, 및 전기-광학 액정 디스플레이{LIQUID-CRYSTAL MEDIUM, AND ELECTRO-OPTICAL LIQUID-CRYSTAL DISPLAY}

본 발명은 하나 이상의 화학식 1의 화합물:

[화학식 1]

및 하나 이상의 화학식 2의 화합물:

[화학식 2]

(상기 식에서,

R¹은 탄소수가 1 내지 7인 알킬 또는 알콕시 또는 탄소수가 2 내지 7인 알킬, 알켄일 또는 알켄일옥시이고, 바람직하게는 알킬 또는 알콕시알킬이고,

Y¹은 H 또는 F이고, 바람직하게는 H이고,

R²는 탄소수가 2 내지 7인 알켄일 또는 알켄일옥시이고, 바람직하게는 알켄일이고,

Y²¹ 및 Y²²는 상호 독립적으로 각각 H 또는 F이고, 바람직하게는 하나 이상이 H이고, 특히 바람직하게는 둘 다 H이다)

을 포함하는 액정 매질 및 액정 디스플레이에서 이들 액정 매질의 용도, 및 이들 액정 디스플레이, 특히 STN 디스플레이에 관한 것이다.

이런 형태의 액정 디스플레이에서, 액정은 광학 특성이 전기 전압의 인가에 따라 반대로 변하는 유전체로 사용된다. 매질로서 액정을 사용하는 전기-광학 디스플레이는 당해 기술 분야의 기술자들에게 공지되어 있다. 이들 액정 디스플레이는 다양한 전기-광학 효과를 사용한다. 이 중 가장 일반적인 것은 TN 효과(동종의 실질적으로 평면인 액정의 초기 정렬 및 약 90°로 트위스트된 네마틱 구조를 가지는 트위스트된 네마틱) 및 STN 효과(수퍼트위스트된 네마틱) 및 SBE 효과(수퍼트위스트된 복굴절 효과)이다. 이들 효과 및 유사 전기-광학 효과에서, 포지티브 유전이방성(△ε)의 액정 매질이 사용된다.

DSTN 및 막-보정 STN 디스플레이와 같은 보정된 STN 디스플레이 뿐 아니라, 예를 들어, SBE, GH(게스트/호스트), STN 및 OMI(광학 모드 간섭) 디스플레이와 같이 비교적 고차 트위스트를 가진 모든 통상의 공지된 형태의 디스플레이를 포함하는 본 출원의 STN 디스플레이에서, 액정 디렉터는 액정층의 한 쪽에서 다른 쪽으로 90°이상, 일반적으로 180°이상 600°이하, 일반적으로는 270°이하의 각으로 트위스트된다. 이는 한 쪽을 다른 쪽에 대해 두 기판의 액정 정렬 중 우선 방향의 정렬에 대응시킴로써 만든다. 기판에서 정렬의 우선 방향은 이방성 전처리, 전형적으로는 특별한, 통상의 중합체 유기층을 한 방향에서 비비거나(rubbing), 한 각도에서 SiO_X를 증착시켜 만든다. 한편, 키랄성 액정 매질은 메소제닉 키랄 물질로 구성되거나 또는 가장 일반적으로는 키랄 물질(일명, 도펀트)이 첨가된 비-키랄 매질로 구성된 것이 사용된다. 후자를 선택하면 일반적으로 도펀트의 농도를 변화시켜 액정층의 트위스트를 실질적으로 원하는 어떤 값으로 설정할 수 있기 때문에 바람직하다.

여기서, 원하는 트위스트를 생성하기 위해서는 액정(P)의 콜레스테릭 피치에 대한 액정층(d)의 층두께의 비율이 충분히 커야한다는 것을 알아야한다. 이 때문에 트위스트 값은 일반적으로 원하는 트위스트 이하인 90°이상(또는 d/P = 90°/360°= 0.25)으로 설정된다. 따라서, 일명 기하학적 한계는 예를 들어, 트위스트가 180°인 셀에 대해 0.5 - 0.25 = 0.25 이고, 트위스트가 240°인 셀에 대해서는 0.667 - 0.25 = 0.417이다. 각 경우에 기하학적 상한은 트위스트가 180°이상일 때, 즉, d/P 값이 0.5 이상일 때이다. 그러나, 전기 전압을 인가하면, 콜레스테릭 피치가 증가하고, 따라서, d/P 비율의 하한도 증가한다. 상한에 있어서도 동일한 효과가 일어날 수 있지만, 비교적 고도의 도핑 영역에서 전압을 인가하면, 액정층의 중심에서 디렉터 배향에 대해 수직으로 굴절-지수 그리드, 일명, 스트라이 프 전이의 형태로 바람직하지 않은 전기-광학 효과를 일으키기 때문에 실질적으로 사용이 불가능하다. 이 효과는 가능한 도핑의 상한을 상당히 감소시키고, 이는 일반적으로, 특히 비교적 고도의 트위스트각인 경우, 전압 인가시 하한의 증가보다 더 크게 나타난다.

그러나, STN 디스플레이가 단층 없이 작동하려면, 가능하면 전체 디스플레이 영역에 걸쳐, 아니면 적어도 픽셀에 걸쳐서라도 액정층이 초기 정렬부터 최종 정렬까지 균일하게 전이되어야 한다. 이 전이 동안, 각 가상의 평행 하위층 내의 액정층의 디렉터는 위치에 상관없이 동일한 방향 및 동일한 각으로 서로를 향해 이동한다. 이 전이는 또한 프리데릭 전이(Freedericksz transition)로도 알려져있다. 그러나, 이러한 바람직한 전이가 모든 가능한 파라미터 조합에 대해 일어나는 것은 아니다. 액정의 특성 및 디스플레이의 디자인에 따라, 전기 전압의 인가시 이의 광학 모양으로 인해 스트라이프된 도메인 전이/뒤틀림으로 알려진 바람직하지 않은 전이가 발생한다. 이 전이는 액정 파라미터, 특히 탄성 상수 및 유전이방성이 가파른 전기-광학 특성 라인에 대해 바람직한 경우, 원하는 프리데릭 전이에 선행하여 일어난다. 또한, 큰 d/P 비율이 바람직하고, 적어도 특히 사용된 트위스트 각 및 표면 경사각에 의존한다. 트위스트 각이 클수록, 디스플레이가 안정하게 작동할 수 있도록 표면 경사각은 커야한다. 일반적으로 자주 사용되는 180°, 220° 및 240°의 트위스트 각에서, 전형적으로 사용되는 경사각은 2°, 3° 또는 4 내지 5°이다.

디스플레이에서, 즉, 이런 효과를 가진 디스플레이에서 작동 전압은 일반적 으로 가능한 한 낮아야하기 때문에, 일반적으로 주로 대응 유전이방성을 가지는 액정 화합물, 즉, 유전적으로 포지티브인 매질의 경우에 포지티브 유전이방성 화합물로 우세하게 그리고 매우 실질적으로 이루어진 고도의 유전이방성을 가진 액정 매질이 사용된다. 필요시, 상당량의 유전적으로 중성인 액정 화합물이 통상 사용된다. 매질의 유전이방성에 대해 반대인 유전이방성의 사인을 가진 액정 화합물은 일반적으로 극히 드물게 사용되거나 전혀 사용되지 않는다.

본 명세서에서 본 출원의 주제이기도 한 STN 디스플레이는 예외이다. 예를 들어, DE 41 00 287에 따르면, 전기-광학 특성 라인의 경사도를 증가시키기 위해 STN 디스플레이에 유전적으로 네거티브인 액정 화합물을 포함하는 유전적으로 포지티브인 액정 매질을 사용할 수 있다.

액정 디스플레이의 픽셀은 직접적으로, 시간-순차적으로, 즉, 시간 다중 모드로 어드레스되거나, 활성, 전기적으로 비선형인 성분의 매트릭스를 사용하여 어드레스될 수 있다.

STN 디스플레이에서, 시간 다중 모드의 어드레싱이 가장 일반적이다. 이 모드에서, 액정 전환 성분의 매트릭스형 정렬의 행렬은 어드레싱 구조를 사용하여, 예를 들어, 알트 및 플레츠코(Alt and Pleschko)에 따른 어드레싱법에 의해 어드레스된다. 이 경우, 액정 디스플레이 성분의 액정 매질은 어드레싱 전압의 제곱 평균(rms)에 대해 반응한다. 그러나, 특히 비교적 고도의 멀티플렉스 비율에서 및 매우 빨리 전파하는 액정 전환 성분의 경우에는 더이상 적용되지 않는다. 본 명세서에서 어드레싱은 선택적으로 "멀티 라인 어드레싱" 또는 "활성 어드레싱"에 의해 수행될 수 있다.

"저 멀티플렉스 구동"이란 용어는 일반적으로 멀티플렉스 비율이 1:32 이하일 때 사용되고, "중간 멀티플렉스 구동"이란 용어는 일반적으로 멀티플레스 비율이 약 1:64 내지 1:100의 범위에 있을 때 사용되고, "고 멀티플렉스 구동"이란 용어는 일반적으로 약 1:200 이상(예를 들어, 1:240, 1:400 또는 1:480)일 때 사용된다.

하기 화학식의 화합물:

을 포함하는 액정은 EP 0 533 988 및 DE 197 46 793과 같은 다양한 간행물에 개시되어 있다. 그러나, 이들은 점도가 높고, 용해도가 좋지 않고, 탄성상수 비율 k₃/k₁이 낮은 동시에 클리어링 포인트도 낮다.

하기 화학식의 화합물:

을 포함하는 액정은 US 4,676,604와 같은 다양한 간행물에 개시되어 있다. 그러나, 이들은 단지 중간 정도의 유전이방성을 가진다.

따라서, 클리어링 포인트가 높고, 임계전압이 낮고, 점도가 낮고, 전기-광학 특성 라인의 경사도가 큰 액정 매질에 대한 요구가 있다는 것을 알 수 있다.

따라서, 종래 기술의 매질의 단점을 갖지 않거나, 단지 상당히 적은 정도로만 가진, 특히 임계전압 및 경사 특성 라인이 낮은 액정 매질에 대한 상당한 요구가 여전히 존재한다.

각 경우 하나 이상의 화학식 1의 화합물(들):

[화학식 1]

및 하나 이상의 화학식 2의 화합물(들):

[화학식 2]

(상기 식에서,

R¹은 탄소수가 1 내지 7, 바람직하게는 n-알킬 또는 n-알콕시, 특히 바람직하게는 탄소수가 2 내지 5인 알킬 또는 알콕시이고, 또는 탄소수가 2 내지 7, 바람직하게는 1E-알켄일, 1-알켄일옥시 또는 직쇄 알콕시알킬, 바람직하게는 탄소수가 2 내지 5인 알콕시알킬, 알켄일 또는 알켄일옥시이고, 특히 바람직하게는 알킬 또는 알콕시알킬이고,

Y¹은 H 또는 F이고, 바람직하게는 H이고,

을 포함하는 본 발명에 따른 액정 매질을 사용하면 상기 과제를 이룰 수 있다.

바람직한 실시형태에서, 본 발명에 따른 액정 매질은

a) 하나 이상의 고도로 유전적으로 포지티브인 화학식 1의 화합물(들):

[화학식 1]

(상기 식에서, R¹ 및 Y¹은 상기 화학식 1에서 정의된 바와 같다)

b) 하나 이상의 유전적으로 포지티브인 화학식 2의 화합물(들):

[화학식 2]

(상기 식에서, R², Y²¹ 및 Y²²는 상기 화학식 2에서 정의된 바와 같다)

및

c) 하나 이상의 화학식 3의 화합물(들):

(상기 식에서,

삭제

R³¹ 및 R³²는 상호 독립적으로 각각 상기 화학식 1에서 R¹에 대해 정의된 바와 같고,

Z³¹, Z³² 및 Z³³은 상호 독립적으로 각각 -CH₂CH₂-, -CH=CH-, -COO- 및 단일 결합이고,

,

및

은 상호 독립적으로 각각

,

또는

이고,

o 및 p는 상호 독립적으로 각각 0 또는 1이고,

그러나 바람직하게는

R³¹ 및 R³²는 상호 독립적으로 각각 탄소수가 1 내지 5인 알킬 또는 알콕시이거나, 또는 탄소수가 2 내지 5인 알켄일이고,

,

및

은 상호 독립적으로 각각

또는

이고,

특히 바람직하게는 이들 고리 중 둘 이상은

및/또는

이고,

여기서 두 인접 고리가 직접 연결되는 것이 특히 바람직하고, 바람직하게는

또는

이다)

화학식 3의 화합물은 중간 정도의 광학이방성 값을 가진 유전적으로 중성인 화합물이다.

다른 바람직한 실시형태에서, 선택적 또는 추가적으로, 바람직하게는 추가적으로 사용되는 액정 매질은 하나 이상의 화학식 4의 화합물(들):

(상기 식에서,

R⁴¹ 및 R⁴²는 상호 독립적으로 각각 탄소수가 1 내지 5, 바람직하게는 n-알킬 또는 n-알콕시, 바람직하게는 탄소수가 1 내지 5인 알킬 또는 알콕시이고, 또는 탄소수가 2 내지 7, 바람직하게는 직쇄 알콕시알킬, 1E-알켄일 또는 1E-알켄일옥시, 바람직하게는 탄소수가 1 내지 5인 알콕시알킬, 알켄일, 알킨일 또는 알켄일옥시이고,

는

또는

이고,

Z⁴는 페닐고리가 상호 독립적으로 F에 의해 선택적으로 일치환 또는 이치환된 COO, CH₂CH₂, -C ≡C- 또는 바람직하게는 단일 결합이고,

n⁴는 0, 1 또는 2이고, 바람직하게는 0, 1이고, 특히 바람직하게는 1이다)

을 포함한다.

액정 매질은 하나 이상의 화학식 5의 화합물(들):

(상기 식에서,

R⁵는 탄소수가 1 내지 9, 바람직하게는 n-알킬, 바람직하게는 탄소수가 2 내지 7인 알킬이고,

Z⁵는 -CH₂CH₂-, -COO- 또는 단일 결합이고, 바람직하게는 -CH₂CH ₂- 또는 단일 결합이고, 특히 바람직하게는 단일 결합이고,

Y⁵¹ 및 Y⁵²는 상호 독립적으로 각각 H 또는 F이고, 바람직하게는 하나는 H이고, 다른 하나는 F이거나 또는 둘 다 F이고, 특히 바람직하게는 둘 다 H이다)

을 포함하는 것이 바람직하다.

액정 매질은 선택적으로 하나 이상의 화학식 6의 화합물(들):

(상기 식에서,

R⁶는 상기 화학식 1에서 R¹에 대해 정의된 바와 같고,

및

은 상호 독립적으로 각각

,

또는

이고,

Z⁶¹ 및 Z⁶²는 상호 독립적으로 각각 -CH₂CH₂-, -CH=CH-, -COO- 또는 단일 결합이고,

X⁶는 F, Cl, OCF₂H, OCF₃ 또는 CF₃이고,

Y⁶¹ 및 Y⁶²는 상호 독립적으로 각각 H 또는 F이고,

n⁶는 0, 1 또는 2이고, 바람직하게는 0 또는 1이다)

을 포함한다.

하부-화학식 1a 내지 1c의 화합물:

(상기 식에서,

n은 1 내지 9이고, 바람직하게는 2 내지 7이고,

m은 1 내지 3이다)

로 구성된 그룹에서 선택된 화학식 1의 화합물(들)을 하나 이상 포함하는 액정 매질이 특히 바람직하다.

본 발명에 따른 액정 매질은 하부-화학식 2a 내지 2d의 화합물:

(상기 식에서,

알켄일은

이고,

n²는 0 내지 5이고,

m²는 0 내지 5이고,

n²+m²는 0 내지 5이다)

로 구성된 그룹에서 선택된 화학식 2의 화합물(들)을 하나 이상 포함하는 것이 바람직하다.

액정 매질은 화학식 3a 내지 3c의 화합물:

(상기 식에서,

R³¹, R³², Z³¹, Z³²,

및

은 각각 상기 화학식 3에서 정의된 바와 같다)

로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 화합물(들)을 포함하는 것이 바람직하다.

액정 매질은 화학식 3aa 내지 3ad, 3ba 내지 3be, 3ca 내지 3cc 및 3da의 화합물:

(상기 식에서,

n³ 및 m³는 상호 독립적으로 각각 1 내지 5이고, o³ 및 p³는 상호 독립적으로 각각 0 내지 3이다)

(상기 식에서,

R³¹ 및 R³³은 각각 상기 화학식 3a에서 정의된 바와 같고, 페닐고리는 선택적으로 플루오르화되지만, 화합물이 화학식 2 및 이의 하부-화학식의 화합물과 동일하게 되는 방식은 아니다. R³¹은 바람직하게는 탄소수가 1 내지 5, 특히 바람직하게는 탄소수가 1 내지 3인 n-알킬이고, R³²는 바람직하게는 탄소수가 1 내지 5인 n- 알킬 또는 n-알콕시이거나, 또는 탄소수가 2 내지 5인 알켄일이다)

로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 화합물(들)을 포함하는 것이 특히 바람직하다. 이 중, 특히 바람직한 것은 화학식 3aa 내지 3ad의 화합물이다.

액정 매질은 화학식 4aa 내지 4ac 및 4ba 내지 4bd의 화합물:

(상기 식에서, R⁴¹ 및 R⁴²는 상기 화학식 4에서 정의된 바와 같다)

액정 매질은 화학식 5aa 내지 5ac 및 5ba 내지 5bc의 화합물:

(상기 식에서, R⁵는 상기 화학식 5에서 정의된 바와 같다)

액정 매질은 화학식 6aa 내지 6ad 및 6ba 내지 6bd의 화합물:

(상기 식에서, R⁶는 상기 화학식 6에서 정의된 바와 같다)

바람직한 실시형태에서, 본 발명에 따른 액정 매질은 전체 혼합물을 기준으로 총,

화학식 1의 화합물 4% 내지 50%,

화학식 2의 화합물 10% 내지 45%, 및

화학식 3의 화합물 12% 내지 45%

를 포함한다.

본 출원 전체에서 명확하게 하기 위해 화합물(들)이라고 쓰이기도 하는 "화합물"이라는 용어는 달리 설명하지 않는 한 하나의 화합물 및 다수의 화합물 모두를 의미한다.

본 명세서에서 개별 화합물은 일반적으로 1% 내지 30%, 바람직하게는 2% 내지 20% 및 특히 바람직하게는 4% 내지 16%의 농도로 사용된다.

바람직한 실시형태에서, 액정 매질은 총,

화학식 1의 화합물 5% 내지 45%,

화학식 2의 화합물 14% 내지 40%,

화학식 3의 화합물 15% 내지 40%,

화학식 4의 화합물 0% 내지 30%,

화학식 5의 화합물 0% 내지 25%, 및

화학식 6의 화합물 4% 내지 40%

를 포함하는 것이 특히 바람직하다.

이 실시형태에서 액정 매질은 총,

화학식 1의 화합물 8% 내지 35%,

화학식 2의 화합물 20% 내지 35%,

화학식 3의 화합물 20% 내지 35%,

화학식 4의 화합물 2% 내지 23%,

화학식 5의 화합물 0% 내지 20%, 및

화학식 6의 화합물 8% 내지 35%

를 포함하는 것이 특히 매우 바람직하다.

바람직한 농도 범위에 있어서 상기 바람직한 실시형태와 동일할 수 있고, 바람직하게는 동일한 특히 바람직한 실시형태에서, 액정 매질은

ㆍ하나 이상의 화학식 1a의 화합물 및/또는

ㆍ하나 이상의 화학식 2a의 화합물 및/또는

ㆍ화학식 3aa 내지 3ac의 화합물로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 화합물 및/또는

- 화학식 3b 내지 3c의 화합물로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다.

여기서 액정 매질은

- 특히 각 경우에 화합물 당 2% 내지 15%의 농도의 하나 이상의 화학식 1a의 화합물,

- 특히 각 경우에 화합물 당 5% 내지 30%의 농도의 하나 이상의 화학식 2a의 화합물,

- 바람직하게는 화학식 3aa 내지 3ad의 화합물로 구성된 그룹에서 선택되고, 특히 각 경우에 화합물 당 3% 내지 25%의 농도의 하나 이상의 화학식 3a의 화합물,

- 특히 각 경우 화합물 당 3% 내지 12%의 농도, 바람직하게는 각 경우 R이 알킬인 화합물이 하나 이상인, 하나 이상의 화학식 3b의 화합물,

- 특히 화합물 당 4% 내지 25%의 농도이고, 바람직하게는 각 경우 화학식 3aa 내지 3ac의 화합물이 하나 이상인, 하나 이상의 화학식 3aa 및/또는 3ac의 화합물,

- 하나 이상의 화학식 3ba의 화합물,

- 특히 바람직하게는 R⁶가 알켄일인 하나 이상의 화학식 6bb의 화합물(들)을 포함하는 것이 특히 바람직하다.

본 발명에 따른 액정 매질은 각 경우 적어도 0℃ 내지 70℃, 바람직하게는 -30℃ 내지 80℃이고, 특히 바람직하게는 -40℃ 내지 85℃의 네마틱상을 가지는 것이 바람직하다. 매질의 클리어링 포인트는 ≥90℃인 것이 특히 바람직하다. 여기서 "네마틱상을 가진다"는 말은 우선 저온의 대응 온도에서 스메틱상 및 결정화가 없고, 두번째로 가열시 네마틱상으로부터 클리어링이 발생하지 않는다는 것을 의미 한다. 저온에서의 조사는 대응 온도에서 유동 점도계로 수행하고, 전기-광학 적용에 대응하는 층두께를 가진 시험셀에서 100 시간 이상 동안 저장하여 검사한다. 고온에서 클리어링 포인트는 통상의 방법을 사용하여 모세관에서 측정한다.

또한, 본 발명에 따라 사용된 액정 매질은 통상의 층두께를 가진 STN 디스플레이에 특히 적합한 광학이방성 값을 가지는 것이 특징이다. 복굴절값은 0.100 내지 0.180과 동등한 범위, 바람직하게는 0.120 내지 0.170의 범위, 특히 바람직하게는 0.120 내지 0.160의 범위, 가장 바람직하게는 0.130 내지 0.150의 범위에 있다.

또한, 본 발명에 따른 액정 디스플레이는 3.0V 이하, 바람직하게는 2.7V 이하 및 특히 바람직하게는 2.6V 이하, 특히 더 바람직하게는 2.5V 이하의 비교적 낮은 프리데릭 임계 전압값을 가진다.

각각의 물리적 특성의 바람직한 값은 또한 각각 서로 조합된 경우에 관찰되는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에 따른 매질은 하기 특성 조합을 가진다:

	상:T /℃	△n	임계 (240°/5°) /V
본 발명에 따르면	≤-20 내지 ≥80	0.12≤내지 ≤0.18	≤2.0
바람직하게는	≤-30 내지 ≥90	0.13≤내지 ≤0.17	≤1.9
특히 바람직하게는	≤-40 내지 ≥100	0.14≤내지 ≤0.07	≤1.8
본 출원서 전체에서, "≤"은 작거나 같은 것을 의미하고, "≥"은 크거나 같은 것을 의미한다.

상기 바람직한 농도 범위는 또한 이 바람직한 화합물의 조합에 적용되는 것이 특히 바람직하다.

"알킬"이라는 용어는 바람직하게는 탄소수 1 내지 7의 직쇄 및 분지쇄 알킬 기, 특히 직쇄기 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실 및 헵틸을 포함한다. 탄소수가 2 내지 5인 기가 일반적으로 바람직하다.

"알켄일"이라는 용어는 탄소수가 2 내지 7인 직쇄 및 분지쇄 알켄일기, 특히 직쇄기를 포함하는 것이 바람직하다. 특히 바람직한 알켄일기는 C₂-C₇-1E-알켄일, C₄-C₇-3E-알켄일, C₅-C₇-4-알켄일, C₆-C₇-5-알켄일 및 C₇-6-알켄일, 특히 C₂-C₇-1E-알켄일, C₄-C₇-3E-알켄일 및 C₅-C₇-4-알켄일이다. 더 바람직한 알켄일기의 예로는, 비닐, 1E-프로펜일, 1E-부텐일, 1E-펜텐일, 1E-헥센일, 1E-헵텐일, 3-부텐일, 3E-펜텐일, 3E-헥센일, 3E-헵텐일, 4-펜텐일, 4Z-헥센일, 4E-헥센일, 4Z-헵텐일, 5-헥센일, 6-헵텐일 등을 들 수 있다. 탄소수가 5 이하인 기가 일반적으로 바람직하다.

"플루오로알킬"이라는 용어는 말단 플루오르를 가진 직쇄기, 즉, 플루오로메틸, 2-플루오로에틸, 3-플루오로프로필, 4-플루오로부틸, 5-플루오로펜틸, 6-플루오로헥실 및 7-플루오로헵틸을 포함하는 것이 바람직하다. 그러나, 플루오르가 다른 위치에 있는 것도 제외되지 않는다.

"옥사알킬" 또는 알콕시알킬이라는 용어는 n 및 m이 상호 독립적으로 각각 1 내지 6인 화학식 C_nH_2n+1-O-(CH₂)_m의 직쇄 라디칼을 포함하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, n = 1이고, m은 1 내지 6이다.

화합물의 파라미터, 특히, R¹¹, R¹², R²¹,R²², R³¹, R³², L¹ 및 L²의 의미를 적당히 선택하여, 어드레싱 시간, 임계전압, 투과 특성 라인의 경사도 등을 원하는 방법으로 변형시킬 수 있다. 예를 들어, 1E-알켄일 라디칼, 3E-알켄일 라디칼, 2E-알켄일옥시 라디칼 등은 일반적으로 알킬 또는 알콕시 라디칼에 비해 더 짧은 어드레싱 시간, 개선된 네마틱 경향 및 더 높은 비율의 탄성 상수 k₃₃(굴곡부) 및 k₁₁(사면)을 얻는다. 4-알케닐 라디칼, 3-알케닐 라디칼 등으로는 일반적으로 알킬 및 알콕시 라디칼에 비해 더 낮은 임계 전압 및 더 작은 k₃₃/k₁₁ 값을 얻는다.

-CH₂CH₂- 기는 일반적으로 단일 공유 결합에 비해 k₃₃/k₁₁ 값이 크다. k₃₃/k₁₁ 값이 클수록, 예를 들면, 90°트위스트를 가진 TN 셀에서 투과 특성 라인이 더 평평해지고(회색 그림자를 얻기 위해), STN, SBE 및 OMI 셀에서 투과 특성 라인이 더 가파르게 되고(더 큰 멀티플렉서빌러티), 반대도 같다.

본 출원에서, "유전적으로 매우 고도로 포지티브인 화합물"이란 △ε이 >20인 화합물을 가리키고, "유전적으로 고도로 포지티브인 화합물"이란 △ε이 20미만 △ε= 10의 범위에 있는 화합물을 가리키고, "유전적으로 약간 포지티브인 화합물"이란 △ε이 10 미만 △ε>1.5 의 범위에 있는 화합물을 가리키고, "유전적으로 중성인 화합물"이란 -1.5≤△ε≤1.5인 화합물을 가리키고, "유전적으로 네거티브인 화합물"이란 △ε<-1.5인 화합물을 가리킨다. 여기서 화합물의 유전이방성은 화합물의 10%를 액정 호스트에 용해시키고, 각 경우에 1kHz에서 호메오트로픽(homeotropic) 및 동질 표면 정렬의 두께가 10㎛인 하나 이상의 시험 셀에서 이 혼합물의 전기용량을 측정함으로써 결정된다. 측정 전압은 일반적으로 0.3V이지만, 0.5V 내지 1.0V를 사용할 수도 있다. 그러나, 측정 전압은 항상 각각 의 액정 혼합물의 용량 임계보다 작아야 한다.

유전적으로 포지티브인 화합물로 사용된 호스트 혼합물은 ZLI-4792이고, 유전적으로 중성 및 유전적으로 네거티브인 화합물로 사용된 호스트 혼합물은 ZLI-3086이고, 둘 다 독일 Merck KGaA사 제품이다. 조사될 각각의 화합물의 수치는 조사될 화합물을 첨가하고, 사용된 화합물을 100% 외삽한 후 호스트 혼합물의 유전상수의 변화로부터 얻는다.

"임계전압"이란 일반적으로 10% 상대 콘트라스트(V₁₀)의 광학 임계와 관련된다.

본 출원에서 모든 농도는 달리 명백히 언급하지 않는 한 중량%이고, 전체로서 대응 혼합물과 관련된다. 모든 물리적 특성은 달리 명백히 언급하지 않는 한 문헌("Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", Nov. 1997, Merck KGaA, Germany)에 따라 결정되고, 20℃의 온도에 대해 적용된다. △n는 589nm에서, △ε은 1kHz에서 결정된다.

임계전압 및 다른 전기-광학 특성들은 백색광을 사용하고, LCD 5000(Otsuka, Japan)과 같이 시판되는 측정 기구를 사용하여 시험 셀(Merck, KGaA사제)에서 측정하였다. 사용된 정렬층(들)은 다양한 폴리이미드(표준 정렬층은 SE 4110이었다)이었다(닛산 케미컬사제, 일본). 약 0.85㎛의 셀의 광학 지연(dㆍ△n)에 대응하는 두께를 가진 액정의 △n에 따라 셀을 선택하였다. 셀의 트위스트 각은 240°이었다. d/P 값은 또한 키랄 도펀트 S-811(Merck KGaA, Darmstadt, Germany)을 사용하 여 0.53에서 설정하였다. 셀은 일명 "옐로우 모드"에서 작동하였다. 특성 전압은 모두 수직 관찰하여 측정하였다. 임계전압은 10% 상대 콘트라스트에 대해 V₁₀으로 나타내고, 중간-그레이 전압 V₅₀은 50% 상대 콘트라스트에 대해 나타내고, 포화 전압 V₉₀은 90% 상대 콘트라스트에 대해 나타내었다.

어떤 액정 매질의 경우, 임계전압은 추가적으로 용량 임계 V₀(프리데릭츠 임계로도 알려짐)로서 측정된다.

표면 경사각은 HeNe 레이저빔에서 이방성 결정의 회전법을 사용하여 측정하였다. 비평행법으로 문지르고, ZLI-2293(Merck KgaA, Germany)으로 채운 액정층 두께가 50㎛인 셀의 간섭 이미지는 검출기를 사용하여 기록하고, 표면 경사각은 대칭각으로부터 계산하였다.

본 발명에 따른 액정 매질은 필요시 또한 통상적인 양의 첨가제를 포함할 수 있다. 키랄 도펀트의 양과 같이, 사용되는 첨가제의 양은 전체 혼합물 양을 기준으로 총 0% 내지 10%, 바람직하게는 0.1% 내지 6%이다. 사용된 개별 화합물의 농도는 0.1 내지 3%인 것이 바람직하다. 이들 및 유사 첨가제의 농도는 액정 매질 내의 액정 화합물의 농도 및 농도 범위를 특정할 때 고려되지 않는다.

조성물은 통상의 방법으로 혼합된 다수의 화합물, 바람직하게는 3 내지 30개, 특히 바람직하게는 6 내지 20개, 특히 더 바람직하게는 10 내지 16개의 화합물로 구성된다. 일반적으로, 더 적은 양으로 사용되는 성분의 바람직한 양은 유리하게는 승온에서 주요 성분을 구성하는 성분에 용해된다. 특히, 선택된 온도가 주요 성분의 클리어링 포인트보다 높으면, 용해과정의 완료를 관찰하기 쉽다. 그러나, 예를 들면, 예비 혼합물을 사용하거나, 또는 일명 "다중-병 시스템(multi-bottle system)"을 사용하여 다른 통상의 방법으로 액정 혼합물을 제조할 수도 있다.

적당한 첨가제를 사용하여, 본 발명에 따른 액정상을 본 명세서에 개시된 IPS 디스플레이 뿐만 아니라 임의의 형태의 ECB 디스플레이, 특히 PA LCD에 사용될 수 있는 방식으로 변형할 수 있다.

하기 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 것이고, 제한하려는 것이 아니다. 실시예에서, 액정 물질의 융점 T (C,N), 스메틱(S)에서 네마틱(N) 상으로의 전이T(S,N) 및 클리어링 포인트 T(N,I)는 ℃로 나타낸다. %는 달리 명백히 언급하지 않는 한 상기 및 하기에서 중량%이고, 물리적 특성은 달리 명백히 언급하지 않는 한 20℃에서의 값이다.

본 출원에서 나타낸 모든 온도 수치는 ℃이고, 모든 온도차는 달리 명백히 언급하지 않는 한 대응 차도이다.

본 명세서 및 하기 실시예에서, 액정 화합물의 구조는 하기 표 1a 내지 1c 및 2a 내지 2g에 따라 화학식으로 변환되는 머릿글자를 사용하여 나타낸다. 모든 라디칼 C_nH_2n+1 및 C_mH_2m+1은 각각 n 및 m개의 탄소 원자를 가진 직쇄 알킬 라디칼이다. 표 2a 내지 2g에 따른 코딩은 자명하다. 표 1a 내지 1c에서, 모구조의 머릿글자만을 나타낸다. 각 경우에, 모구조의 머릿글자 다음에 대시(-)에 의해 분리되어 치환체 R¹, R², L¹ 및 L²에 대한 코드가 표시된다.

실시예

하기 실시예들은 본 발명을 설명하려는 것이지 어떤 식으로 제한하려는 것이 아니다. 그러나, 이들은 통상 바람직한 실시형태를 재현한다. 실시예의 개시내용으로부터, 본 발명의 추가적 목적은 당해 기술분야의 기술자들에게 명백하다.

실시예 1

하기 표에 나타낸 조성을 가진 액정 혼합물을 제조하고, STN 디스플레이에서 조사하였다.

액정 매질은 적용 특성이 뛰어나고, 특히 고도의 멀티플렉스 비율 및 고도의 작동 온도에서 우수한 콘트라스트를 나타낸다.

실시예 2

액정 매질은 적용 특성이 뛰어나고, 특히 고도의 멀티플렉스 비율에서 우수한 경사도 및 우수한 콘트라스트를 나타낸다.

실시예 3

실시예 4

액정 매질은 적용 특성이 뛰어나고, 특히 고도의 멀티플렉스 비율에서 우수한 콘트라스트 및 임계 및 작동 전압의 낮은 온도 의존성을 나타낸다.

비교예 1

액정 매질은 잘해야 적당한 정도의 적용 특성을 나타내고, 특히 임계 및 작동 전압의 바람직하지 않고, 큰 온도 의존성을 나타낸다.

비교예 2

상기 액정 매질은 실시예 1에서와 같이 잘해야 적당한 정도의 적용 특성을 가지고, 많아야 보통 정도의 콘트라스트를 나타낸다.

본 발명에 따르면, 클리어링 포인트가 높고, 임계전압이 낮고, 점도가 낮고, 전기-광학 특성 라인의 경사도가 큰 액정 매질을 얻을 수 있다.

Claims

하나 이상의 화학식 1의 화합물:

[화학식 1]

및 하나 이상의 화학식 2의 화합물:

[화학식 2]

(상기 식에서,

R¹은 탄소수가 1 내지 7인 알킬 또는 알콕시 또는 탄소수가 2 내지 7인 알콕시알킬, 알켄일 또는 알켄일옥시이고,

Y¹은 H 또는 F이고,

R²는 n이 0 내지 5인 C_nH_2n+1-CH=CH- 이고,

Y²¹ 및 Y²²는 상호 독립적으로 각각 H 또는 F이다)

을 포함하는 액정 매질.
제 1항에 있어서,

하나 이상의 화학식 3의 화합물:

[화학식 3]

(상기 식에서,

R³¹ 및 R³²는 상호 독립적으로 각각 제 1항의 화학식 1에서 R¹으로 정의된 바와 같고,

Z³¹, Z³² 및 Z³³은 상호 독립적으로 각각 -CH₂CH₂-, -CH=CH-, -COO- 또는 단일 결합이고,

,

,

및

은 상호 독립적으로 각각
,

또는
이고,

o 및 p는 상호 독립적으로 각각 0 또는 1이다)

을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

하나 이상의 화학식 1a의 화합물:

[화학식 1a]

(상기 식에서, n은 1 내지 7의 자연수이다)

을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질.
제 1항에 있어서,

하나 이상의 화학식 4의 화합물:

[화학식 4]

(상기 식에서,

R⁴¹ 및 R⁴²는 상호 독립적으로 각각 탄소수가 1 내지 5, 바람직하게는 n-알킬 또는 n-알콕시, 바람직하게는 탄소수가 1 내지 5인 알킬 또는 알콕시이고, 또는 탄소수가 2 내지 7, 바람직하게는 직쇄 알콕시알킬, 1E-알켄일 또는 1E-알켄일옥시, 바람직하게는 탄소수가 1 내지 5인 알콕시알킬, 알켄일, 알킨일 또는 알켄일옥시이고,

는
또는
이고,

Z⁴는 페닐고리가 상호 독립적으로 F에 의해 선택적으로 일치환 또는 이치환된 COO, CH₂CH₂, -C ≡C- 또는 바람직하게는 단일 결합이고,

n⁴는 0, 1 또는 2이다)

을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질.
제 1항에 있어서,

하나 이상의 화학식 5의 화합물:

[화학식 5]

(상기 식에서,

R⁵은 탄소수가 1 내지 9, 바람직하게는 n-알킬, 바람직하게는 탄소수가 2 내지 7인 알킬이고,

Z⁵는 -CH₂CH₂-, -COO- 또는 단일 결합이고, 바람직하게는 -CH₂CH₂- 또는 단일 결합이고, 특히 바람직하게는 단일 결합이고,

Y⁵¹ 및 Y⁵²는 상호 독립적으로 각각 H 또는 F이고, 바람직하게는 하나는 H이고 다른 하나는 F이거나 또는 둘 다 F이고, 특히 바람직하게는 둘 다 H이다)

을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질.
제 1항에 있어서,

하나 이상의 화학식 2a의 화합물(들):

[화학식 2a]

(상기 식에서,

알켄일은 C_nH_2n+1-CH=CH-(CH₂)_m이고,

n은 0 내지 5이고,

m은 0 내지 5이고,

n+m은 0 내지 5이다)

을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질.
제 1항에 있어서,

화학식 6ba 및 6bb의 화합물로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 화합물(들):

[화학식 6ba]

[화학식 6bb]

(상기 식에서, R⁶는 알킬, 알콕시알킬 또는 알켄일이다)

을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질.
제 1항에 따른 액정 매질을 포함하는 전기-광학 디스플레이.
제 2항에 따른 액정 매질을 포함하는 전기-광학 디스플레이.
제 9항에 있어서,

상기 디스플레이가 STN LCD인 것을 특징으로 하는 전기-광학 디스플레이.