KR100935480B1

KR100935480B1 - 액정 매질

Info

Publication number: KR100935480B1
Application number: KR1020037015613A
Authority: KR
Inventors: 클라젠-멤머멜라니에; 클레멘트다그마르; 브레머마티아스
Original assignee: 메르크 파텐트 게엠베하
Priority date: 2001-06-01
Filing date: 2002-04-29
Publication date: 2010-01-06
Also published as: KR20040005999A; WO2002099010A1; DE10218976A1; US20050121647A1; DE50209545D1; US20040146662A1; US7026022B2; TW574349B; JP4313189B2; US6933022B2; ATE354622T1; EP1392792A1; EP1392792B1; JP2004532344A

Abstract

본 발명은 하나 이상의 하기 화학식 I의 화합물 및 하나 이상의 하기 화학식 II의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질에 관한 것이다:

화학식 I

화학식 II

상기 식에서,

R¹, R², R³, R⁴ 및 c는 청구의 범위 제 1 항에서 정의된 의미를 갖는다.

Description

액정 매질{LIQUID CRYSTALLINE MEDIUM}

본 발명은 액정 매질, 구체적으로 네거티브 유전 비등방성 화합물들의 혼합물을 기초로 하는 액정 매질, 이들의 전기광학적 용도, 및 상기 매질을 함유하는 디스플레이, 구체적으로는 DAP(deformation of aligned phase, 정렬상의 변형), ECB(electrically controlled birefringence, 전기 제어 복굴절), CSH(colour super homeotropic, 컬러 수퍼 호메오트로픽), VA(vertically aligned, 수직 정렬) 또는 IPS(in plane switching, 평면상 스위칭) 효과를 기초로 하는 디스플레이에 관한 것이다.

전기 제어 복굴절, 즉 ECB 효과 또는 DAP("정렬상의 변형") 효과의 원리는 1971년에 처음으로 기술되었다(쉬켈(M.F. Schieckel) 및 파렌쇤(K. Fahrenschon)의 문헌["Deformation of nematic liquid crystals with vertical orientation in electrical fields", Appl. Phys. Lett. 19 (1971), 3912]). 그 후, 칸(J.F. Kahn)의 문헌[Appl. Phys. Lett. 20 (1972), 1193] 및 라브루니(G. Labrunie) 및 로베르트(J. Robert)의 문헌[J. Appl. Phys. 44 (1973), 4869]에 기술되었다.

로베르트 및 클러크(F. Clerc)의 문헌[SID 80 Digest Techn. Papers(1980), 30], 두케네(J. Duchene)의 문헌[Displays 7 (1986), 3] 및 샤드(H. Schad)의 문헌[SID 82 Digest Techn. Papers (1982), 244]에서는, 액정 상이 ECB 효과를 기초로 하는 고정보(high-information) 디스플레이에 적합하게 사용될 수 있도록 높은 탄성 상수 비율(K₃₃/K₁₁) 값, 높은 광학 비등방성(Δn) 값 및 약 -0.5 내지 약 -5의 유전(DC) 비등방성(Δε) 값을 가져야 한다는 것을 제시하고 있다. ECB 효과를 기초로 하는 전기광학 디스플레이 소자는 전원을 끈 상태에서 호메오트로픽 또는 수직 가장자리(edge) 정렬, 즉 전극 표면에 실질적으로 수직인 정렬을 갖는다.

호메오트로픽 가장자리 정렬을 갖는 더욱 최신형의 ECB 디스플레이는 CSH 또는 VA(수직 정렬) 효과를 기초로 한 것이며, 여기서 VA 효과는 또한 VAN(수직 정렬 네마틱) 및 VAC(수직 정렬 콜레스테릭) 효과라는 용어로도 공지되어 있다. CSH 디스플레이는 특히 히라이(H, Hirai)의 문헌[Japan Displays 89 Digest, 184 (1989)], 클러크(J.F. Clerc) 등의 문헌[Japan Displays 89 Digest, 188 (1989)] 및 클러크의 문헌[SID 91 Digest, 758 (1991)]에 공지되어 있다. VAN 디스플레이는 특히 야마우치(S. Yamauchi) 등의 문헌[SID Digest of Technical Papers, pp. 378 ff (1989)]에 기술되어 있고, VAC 디스플레이는 크랍달(K.A. Crabdall) 등의 문헌[Appl. Phys. Lett. 65, 4 (1994)]에 기술되어 있다.

이전에 이미 개시되었던 ECB 디스플레이와 같이, 더욱 최근의 VA 디스플레이는 2개의 투명 전극 사이에 액정 매질의 층을 가지며, 여기서 액정 매질은 네거티 브 DC 비등방성(Δε) 값을 갖는다. 액정 층의 분자는 전원을 끈 상태에서 호메오트로픽 또는 경사진 호메오트로픽 정렬을 갖는다. 네거티브 DC 비등방성으로 인해, 전원을 켠 상태에서 전극 표면에 평행한 액정 분자의 재정렬이 발생된다.

전원을 켠 상태에서 액정 분자가 전체 액정 셀상에 균일한 우선 방향으로 평행 정렬을 갖는 통상적인 ECB 디스플레이와 달리, 상기 균일한 평행 정렬이 VAN 및 VAC 디스플레이에서는 통상적으로 셀내의 작은 도메인에만 제한된다. 경사 도메인으로서도 공지되어 있는 이들 영역 사이에는 회위(disclination)가 존재한다.

그 결과, VA 디스플레이는 통상적인 ECB 디스플레이에 비해 콘트라스트 및 회색 음영의 시인각 비의존성이 커졌다. 또한, 이 유형의 디스플레이는, 전원을 켠 상태에서 분자의 균일한 정렬을 위해 예컨대 러빙(rubbing)에 의한 전극 표면의 추가 처리가 더 이상 필요하지 않으므로 제조가 더욱 단순해진다.

VAN 디스플레이와 대조적으로, VAC 디스플레이에서의 액정 매질은, 전원을 켠 상태에서 액정 층에서의 액정 분자의 나선형 비틀림을 0 내지 360°의 각으로 유도하는 하나 이상의 키랄 화합물(예컨대, 키랄 도판트)을 추가로 포함한다. 본원에서 비틀림 각은 바람직하게는 약 90°이다.

수직 가장자리 정렬을 갖는 디스플레이의 경우, 전원을 끈 상태에서 경사진 시인각에서의 디스플레이의 원하지 않는 광 전송을 보상하기 위해, 광학 일축 음(-)의 보상 필름과 같은 보상기의 사용이 또한 제안되어 왔다.

또한, 예컨대 정렬 층을 통한 전극의 추가 표면 처리가 필요없는 전극의 특별한 설계에 의해 경사각의 우선 방향을 제어할 수 있다. 이 유형의 CSH 디스플레이는 예컨대 야마모토(Yamamoto) 등의 문헌[SID 91 Digest, 762 (1991)]에 기술되어 있다.

IPS 디스플레이에서, 전계가 액정 층과 평행한 주요 성분을 갖는 방식으로 전기적 신호가 생성된다(평면상 스위칭). 이 유형의 액정 디스플레이는 국제 특허출원 WO 91/10936 호에 개시되어 있다. 이 유형의 디스플레이의 작동 원리는 예컨대 소레프(R.A. Soref)의 문헌[Journal of Applied Physics, Vol. 45, No. 12, pp. 5466-5468 (1974)]에 기술되어 있다. 이 유형의 디스플레이를 어드레싱(addressing)하기 위한 다양한 방식이 EP 0 588 568 호에 개시되어 있다.

이들 유형의 IPS 디스플레이는 포지티브 또는 네거티브 유전 비등방성(Δε ≠ 0)을 갖는 액정 물질로 작동될 수 있다. 그러나, 현재까지 공지되어 있는 물질을 함유하는 IPS 디스플레이는 비교적 높은 임계 전압 및 긴 응답 시간을 나타낸다. 또한, 현재까지 공지되어 있는 물질을 함유하는 IPS 디스플레이에서는 저온에서의 액정 매질의 문제점이 발생될 수 있다.

추가의 매우 유망한 액정 디스플레이로는 소위 "일축 대칭 마이크로도메인(axially symmetric microdomain, 약칭하면 ASM)"이 있으며, 이는 플라즈마 정렬에 의해 어드레싱되는 것이 바람직하다(PA LCD, "플라즈마-어드레스된 액정 디스플레이").

전술된 디스플레이는 능동 매트릭스 또는 수동 매트릭스(다중성) 유형일 수 있다. 따라서, 예를 들어 능동 매트릭스 또는 다중성 디스플레이로서 작동되는 ECB 및 VA 디스플레이가 기술되어 있는 반면, CSH 디스플레이는 통상적으로 다중성 디스플레이로서 작동된다.

이 유형의 매트릭스 액정 디스플레이는 공지되어 있다. 개별 화소들을 개별적으로 스위칭하기 위해 사용될 수 있는 비선형 소자의 예로는 능동 소자(즉, 트랜지스터)가 있다. 이후에 사용되는 용어 "능동 매트릭스"는 하기 2가지 유형으로 구별될 수 있다:

1. 기판으로서의 실리콘 웨이퍼 상에 위치하는 MOS(금속 산화물 반도체) 또는 기타 다이오드.

2. 기판으로서의 유리판 상에 위치하는 박막 트랜지스터(TFT).

다양한 부품 디스플레이들의 모듈 조립(modular assembly)도 접합 부위에서 여러 문제점들을 초래하므로, 기판 물질로서의 단결정 규소의 사용은 디스플레이의 크기를 제한하게 된다.

바람직하며 더욱 유망한 제 2 유형의 경우, 사용되는 전기광학 효과는 통상적으로 TN 효과이다. 다음 2가지 기술, 즉, 예컨대 CdSe와 같은 화합물 반도체를 포함하는 TFT, 또는 다결정성 또는 무정형 규소를 기초로 하는 TFT로 구별된다. 후자의 기술은 전세계적으로 집중적인 연구가 진행되고 있다.

TFT 매트릭스는 디스플레이의 하나의 유리판 안쪽에 적용되지만, 다른 유리판에는 그의 안쪽에 투명 대전극을 갖는다. TFT는 화소 전극의 크기에 비해 매우 작으며 이미지에 대한 실질적인 악영향을 나타내지 않는다. 또한, 이 기술은 완전 컬러화가능한 디스플레이 분야로 확대될 수 있으며, 이 경우 적색, 녹색 및 청색 필터의 모자이크는 일반적으로 필터 소자가 스위칭가능한 화소 각각에 대해 마주보 도록 정렬된다. TFT는 통상적으로 배면으로부터 조명된다.

본원에서 사용되는 MLC 디스플레이라는 용어는 비선형 소자들이 집적된 임의의 매트릭스 디스플레이, 즉 능동 매트릭스 이외에, 배리스터(varistor) 또는 다이오드와 같은 수동 소자들(MIM = 금속-절연체-금속)을 갖는 디스플레이를 의미한다.

이 유형의 MLC 디스플레이는 TV 제품(예를 들면, 포켓용 TV) 또는 컴퓨터 제품(랩탑)을 위한 고정보 디스플레이용, 및 자동차 또는 항공기 구조물에 사용하기에 특히 적합하다. MLC 디스플레이에서, 콘트라스트 및 응답 시간의 각 의존성과 관련된 문제점 이외의 여러 문제점이, 불충분하게 높은 액정 혼합물의 비저항으로 인해 발생된다(문헌[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] 참조). 저항을 감소시키면, MLC 디스플레이의 콘트라스트가 저하되며 후-이미지 제거의 문제점이 발생될 수 있다. 액정 혼합물의 비저항이 일반적으로 디스플레이의 내부 표면과의 상호작용에 의해 MLC 디스플레이의 수명을 단축시키기 때문에, 긴 작동 기간에 걸쳐 허용가능한 저항 값을 가져야 하는 디스플레이에 있어서는 높은 (초기) 저항이 매우 중요하다.

또한, 비저항은 온도의 증가와 동시에, 및 가열 후 및/또는 자외선 노출 후에 가능한 한 가장 작게 감소되는 것이 중요하다. 종래 기술에 따른 혼합물의 저온 특성도 또한 특히 불리하다. 저온에서도 결정화 및/또는 스메틱 상이 나타나지 않으며, 점도의 온도 의존성이 가능한 한 낮을 것이 요구된다. 따라서, 종래 기술의 MLC 디스플레이는 오늘날의 요건에 부합되지 않는다.

전기광학 디스플레이 소자에서 전술된 효과의 산업적 사용은 다수의 요건을 만족해야 하는 LC 상을 필요로 한다. 여기서, 수분, 공기 및 물리적 영향(예컨대, 열, 적외선 영역, 가시광선 영역 및 자외선 영역에서의 조사, 및 직류 및 교류 전계)에 대한 화학적 저항이 특히 중요하다.

또한, 산업에서 사용될 수 있는 LC 상은 액정 메소상을 적합한 온도 범위 및 낮은 점도로 가져야 할 것이 요구된다.

지금까지 개시되어 있는 액정 메소상을 갖는 어떠한 일련의 화합물도 앞서 언급된 요건 모두에 부합하는 개별 화합물을 함유하지 않는다. 따라서, 일반적으로 액정 상으로서 사용될 수 있는 물질을 수득하기 위해, 2 내지 25개, 바람직하게는 3 내지 18개의 화합물의 혼합물을 제조한다. 그러나, 지금까지는 크게 네거티브 유전 비등방성 액정 물질을 충분한 정도로 입수할 수 없었으므로, 이 방법으로는 쉽게 최적의 상을 제조할 수 없었다.

EP 0 474 062 호는 ECB 효과를 기초로 하는 MLC 디스플레이를 개시하고 있다. 거기에 기술되어 있는 LC 혼합물은, 에스테르, 에테르 또는 에틸 가교결합을 포함하지만 UV 노출 후에 전압 보유율(HR) 값이 낮은 2,3-디플루오로페닐 유도체를 기초로 한다. 그러므로, 이들은 전술된 디스플레이에 사용하기에는 다소 부적합하다.

따라서, 회색 음영의 다중성, 높은 콘트라스트 및 광범위한 시인각을 촉진시키고 전술된 단점을 나타내지 않거나 또는 단지 작은 정도로 단점을 나타내며, 넓은 작업 온도 범위와 동시에 매우 높은 비저항, 심지어 저온에서의 짧은 응답 시간, 및 낮은 임계 전압을 갖는, 특히 ECB, VA, CSH, IPS, ASM 및 PALC 유형의 MLC 디스플레이에 대해 계속적으로 크게 요구되고 있다.

본 발명은, 앞서 지적된 단점을 갖지 않거나, 또는 감소된 정도로만 갖고, 동시에 바람직하게는 매우 높은 비저항 값 및 낮은 임계 전압을 갖는 MLC 디스플레이를 제공하려는 목적을 갖는다.

본 발명에 따른 매질을 LC 디스플레이에 사용하면 상기 목적을 달성할 수 있음이 밝혀졌다.

따라서, 본 발명은 하나 이상의 하기 화학식 I의 화합물 및 하나 이상의 하기 화학식 II의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질에 관한 것이다:

상기 식에서,

R¹은 H 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬이고,

R²는 탄소수 1 내지 12의 알콕시이고,

R³은 탄소수 2 내지 7의 알케닐이고,

R⁴는 탄소수 1 내지 12의 알킬(여기서, 1 또는 2개의 비인접 CH₂ 기는 또한 -O-, -CH=CH-, -CO-, -OCO- 또는 -COO-에 의해 O 원자들이 서로 직접 결합하지 않는 방식으로 치환될 수 있다)이고,

c는 0 또는 1이다.

또한, 본 발명은 하나 이상의 화학식 I의 화합물 및 하나 이상의 화학식 II의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 네거티브 유전 비등방성을 갖는 극성 화합물의 혼합물을 기초로 하는 액정 매질에 관한 것이다.

또한, 본 발명은, 청구의 범위 제 1 항에 따른 액정 매질을 유전체로서 포함하는 것을 특징으로 하는, 능동-매트릭스 어드레싱(addressing)을 갖는 전기광학 디스플레이, 특히 DAP, ECB, VA, CSH, IPS, ASM 또는 PALC 효과를 기초로 하는 디스플레이에 관한 것이다.

화학식 I의 화합물에서, R¹은 바람직하게는 H 또는 탄소수 1 내지 4의 직쇄 알킬, 특히 H, 메틸, 에틸 또는 n-프로필, 매우 특히 바람직하게는 H 또는 메틸이 다. R²는 바람직하게는 탄소수 1 내지 6의 직쇄 알콕시, 특히 메톡시, 에톡시, n-프로폭시 또는 n-부톡시이다.

화학식 II의 화합물은 하기 화학식 IIa 내지 화학식 IIg로부터 선택되는 것이 바람직하다:

상기 식에서,

R^3a 및 R^4a는 각각 서로 독립적으로 H, 메틸, 에틸 또는 n-프로필이고,

알킬은 C_1-6-알킬이다.

R^3a가 H 또는 메틸인, 화학식 IIa, 화학식 IId, 화학식 IIe 및 화학식 IIg의 화합물, 특히 화학식 IIe 및 화학식 IIg의 화합물이 특히 바람직하다.

본 발명에 따른 매질은 높은 청명점과 동시에 매우 높은 HR 값, 낮은 임계 전압 및 매우 우수한 저온 안정성을 나타낸다. 특히, 이들은 종래 기술의 매질에 비해 크게 감소된 회전 점도를 나타낸다.

몇몇 바람직한 실시태양은 다음과 같다:

a) 하나 이상의 하기 화학식 III의 화합물을 추가로 포함하는 매질:

상기 식에서,

R⁵ 및 R⁶은 탄소수 1 내지 12의 알킬(여기서, 1 또는 2개의 비인접 CH₂ 기는 또한 -O-, -CH=CH-, -CO-, -OCO- 또는 -COO-에 의해 치환될 수 있다)이고,

는

이고,

a는 0 또는 1이다.

b) 하나 이상의 하기 화학식 IV의 화합물을 추가로 포함하는 매질:

상기 식에서,

R⁵ 및 R⁶은 서로 독립적으로 상기 화학식 III에서 정의된 바와 같고,

는

이고,

는

이고,

b는 0 또는 1이다.

c) 화학식 III의 화합물이 하기 화학식 IIIa 내지 화학식 IIIf의 화합물로부터 선택되는 매질, 특히 바람직하게는 화학식 IIIa, 화학식 IIIb, 화학식 IIIc, 화학식 IIId 및 화학식 IIIf의 화합물인 매질:

상기 식에서,

알킬은 C_1-6-알킬이고,

R^5a는 H, 메틸, 에틸 또는 n-프로필이고, 특히 H 또는 메틸이다.

d) 화학식 IV의 화합물이 하기 화학식 IVa 내지 화학식 IVd의 화합물로부터 선택되는 매질:

상기 식에서,

알킬은 C_1-6-알킬이고,

R은 C_1-6-알킬 또는 -알콕시이고,

L은 H 또는 F이다.

e) 하기 화학식 Va 내지 화학식 Vd로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함하는 매질, 특히 바람직하게는 X가 F인 화학식 Va의 화합물을 추가로 포함하는 매질:

상기 식에서,

알킬은 C_1-6-알킬이고,

L은 H 또는 F이고,

X는 F 또는 Cl이다.

f) 하기 화학식 VIa 및 화학식 VIb로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함하는 매질, 특히 바람직하게는 R⁵ 및 R⁶이 C_1-6-알킬 또는 -알콕시인 화학식 VIa 또는 화학식 VIb의 화합물을 추가로 포함하는 매질:

상기 식에서,

R⁵ 및 R⁶은 상기 화학식 III에서 정의된 바와 같고,

L은 H 또는 F이다.

g) 하기 화학식 VIIa 내지 화학식 VIIc, 화학식 VIIIa, 화학식 VIIIb, 화학식 IXa 내지 화학식 IXc, 화학식 Xa, 화학식 Xb 및 화학식 XIa 내지 화학식 XIc로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함하는 매질, 바람직하게는 이들 화합물중 R⁵가 C_1-6-알킬 또는 -알콕시이고 d가 바람직하게는 1인 매질, 특히 바람직하게는 화학식 VIIc, 화학식 IXb 및 화학식 Xb의 화합물을 추가로 포함하는 매질:

상기 식에서,

R⁵ 및 알킬은 상기 정의된 바와 같고,

d는 0 또는 1이다.

h) 하나 이상의 하기 화학식 XII의 화합물을 추가로 포함하는 매질:

상기 식에서,

R⁵ 및 R⁶은 상기 화학식 III에서 정의된 바와 같고, 바람직하게는 탄소수 1 내지 8의 알킬이다.

i) 하나 이상의 하기 화학식 XIII의 화합물을 추가로 포함하는 매질:

상기 식에서,

k) 하기 화학식 IIIg 내지 화학식 IIIi, 화학식 IIIk, 화학식 IIIm 및 화학식 IIIn으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함하는 매질, 특히 바람직하게는 이들 화합물중 R⁵가 C_1-6-알킬 또는 -알콕시인 매질:

상기 식에서,

R⁵, R^5a 및 알킬은 상기 정의된 바와 같다.

l) 화학식 I의 화합물 1 내지 4개, 바람직하게는 1 또는 2개, 및 화학식 II의 화합물 1 내지 6개, 바람직하게는 1, 2, 3 또는 4개를 포함하는 매질.

m) 화학식 I의 화합물 1 내지 4개, 화학식 II의 화합물 1 내지 6개, 화학식 III의 화합물 1 내지 10개 및 화학식 IV의 화합물 1 내지 5개로 필수적으로 이루어진 매질.

n) 혼합물 전체중 화학식 I의 화합물의 비율이 5 내지 35%, 바람직하게는 9 내지 25%인 매질.

n) 혼합물 전체중 화학식 II의 화합물의 비율이 5 내지 50%, 바람직하게는 10 내지 36%인 매질.

o) 하나 이상의 화학식 I의 화합물 5 내지 35%, 하나 이상의 화학식 II의 화합물 5 내지 50%, 하나 이상의 화학식 III의 화합물 25 내지 70% 및 하나 이상의 화학식 IV의 화합물 2 내지 25%로 필수적으로 이루어진 매질.

액정 혼합물은 바람직하게는 80K 이상, 특히 바람직하게는 100K 이상의 네마틱 상 범위, 및 290mPa·s 이하, 바람직하게는 250mPa·s 이하의 회전 점도를 갖는다.

본 발명에 따른 액정 혼합물은 20℃ 및 1kHz에서 약 -0.5 내지 -7.5, 특히 약 -2.8 내지 -5.5의 유전 비등방성(Δε)을 갖는다.

액정 혼합물에서의 복굴절성(Δn)은 일반적으로 0.15 미만, 특히 0.06 내지 0.14, 특히 바람직하게는 0.07 내지 0.12이다. 유전 상수(ε_∥)는 일반적으로 3 이상, 바람직하게는 3 내지 5이다.

또한, 유전체는 당해 기술분야의 숙련자에게 공지되고 문헌에 기술된 추가의 첨가제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 0 내지 15중량%의 다색성 염료를 첨가할 수 있고, 또한 전도성을 개선시키기 위해 전도성 염, 바람직하게는 에틸디메틸도데실암모늄 4-헥실옥시벤조에이트, 테트라부틸암모늄 테트라페닐보라네이트 또는 크라운 에테르의 착염(예를 들어, 할러(Haller) 등의 문헌[Mol. Cryst. Liq. Cryst. 24, 249-258(1973)] 참조)을 첨가할 수 있거나, 또는 네마틱 상의 유전 비등방성, 점도 및/또는 정렬을 변형시키기 위해 물질을 첨가할 수 있다. 이 유형의 물질은 예컨대 DE-A 22 09 127 호, DE-A 22 40 864 호, DE-A 23 21 632 호, DE-A 23 38 281 호, DE-A 24 50 088 호, DE-A 26 37 430 호 및 DE-A 28 53 728 호에 기술되어 있다.

본 발명에 따른 액정 혼합물의 화학식 I 내지 화학식 IV의 개별 성분은 공지되어 있거나, 또는 이들의 제조 방법은 문헌에 기술된 표준 방법을 기초로 하므로 당해 기술분야의 숙련자에 의해 선행 기술로부터 쉽게 유도될 수 있다.

화학식 I 및 화학식 III의 상응하는 화합물은 예컨대 EP 0 364 538 호에 기술되어 있다.

화학식 II의 상응하는 화합물은, 예를 들어 EP 0 122 389 호, DE 26 36 684 호 및 DE 33 21 373 호에 기술되어 있다.

화학식 II 내지 화학식 IV에서의 "알케닐"이라는 용어는 탄소수 12 이하, 바람직하게는 탄소수 2 내지 7의 직쇄 및 분지쇄 알케닐을 포함한다. 직쇄 알케닐 기가 바람직하다. 또한, 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-알케닐이 바람직하다.

이들 기중에서, 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 및 6-헵테닐이 특히 바람직하다. 탄소수 5 이하의 알케닐 기가 특히 바람직하다.

본 발명에 따른 디스플레이에서의 네마틱 액정 혼합물은 일반적으로 그 자체가 하나 이상의 개별 화합물로 이루어진 2개의 성분 A 및 B를 포함한다.

성분 A는 상당한 네거티브 유전 비등방성을 가지며 상기 네마틱 상에 -0.3 이하의 유전 비등방성을 제공한다. 화학식 I 및 III의 화합물을 포함하는 것이 바람직하다.

성분 A의 비율은 바람직하게는 45 내 100중량%, 특히 60 내지 90중량%이다.

성분 A에서, -0.8 이하의 Δε 값을 갖는 하나 이상의 개별 화합물이 선택되는 것이 바람직하다. 이 값은 전체적으로 혼합물중의 성분 A의 비율을 음(-)으로 저하시켜야 한다.

성분 B는 탁월한 네마토제너티(nematogeneity) 및 250mPa·s 이하의 회전 점도를 갖는다.

성분 B는 모노트로피컬(monotropically) 또는 에난티오트로피컬(enantiotropically) 네마틱이며, 스메틱 상을 갖지 않고, 액정 혼합물에서 매우 낮은 온도로의 스메틱 상의 생성을 막을 수 있다. 예를 들면, 높은 네마토제너티의 다양한 물질이 스메틱 액정 혼합물에 첨가된다면, 이들 물질의 네마토제너티는 달성되는 정도의 스메틱 상 압축을 통해 비교될 수 있다. 당해 기술분야의 숙련자에게 문헌으로부터 다양한 적합한 물질이 공지되어 있다. 화학식 II의 화합물이 특히 바람직하다.

본 발명에 따른 액정 혼합물은 화학식 I 내지 화학식 IV의 화합물을 바람직하게는 4 내지 25개, 특히 6 내지 18개로 포함한다.

화학식 I 내지 화학식 IV의 화합물 이외에, 다른 구성성분이 예컨대 총 혼합물의 45중량% 이하, 바람직하게는 35중량% 이하, 특히 최대 10중량% 이하의 양으로 또한 존재할 수 있다.

다른 구성성분은 바람직하게는 아족시벤젠, 벤질리덴아닐린, 비페닐, 테르페닐, 페닐 또는 사이클로헥실 벤조에이트, 페닐 또는 사이클로헥실 사이클로헥산카복실레이트, 페닐사이클로헥산, 사이클로헥실비페닐, 사이클로헥실사이클로헥산, 사이클로헥실나프탈렌, 1,4-비스사이클로헥실비페닐 또는 사이클로헥실피리미딘, 페닐- 또는 사이클로헥실디옥산, 선택적으로 할로겐화 스틸벤, 벤질 페닐 에테르, 톨란 및 치환된 신남산의 부류로부터의 네마틱 또는 네마토제닉 물질, 특히 공지된 물질로부터 선택된다.

이 유형의 액정 혼합물의 구성성분으로서 적합한 가장 중요한 화합물은 하기 화학식 XV로 특징지어질 수 있다:

상기 식에서,

L 및 E는 각각 1,4-이치환된 벤젠 및 사이클로헥산 고리, 4,4-이치환된 비페닐, 페닐사이클로헥산 및 사이클로헥실사이클로헥산 시스템, 2,5-이치환된 피리미딘 및 1,3-디옥산 고리, 2,6-이치환된 나프탈렌, 디- 및 테트라하이드로나프탈렌, 퀴나졸린 및 테트라하이드로퀴나졸린으로 형성된 군으로부터 선택된 카보사이클릭 또는 헤테로사이클릭 고리 시스템이고,

G는 -CH=CH-, -N(O)=N-, -CH-CQ-, -CH=N(O)-, -C≡C-, -CH₂-CH₂-, -CO-O-, -CH₂-O-, -CO-S-, -CH₂-S-, -CH=N-, -COO-Phe-COO- 또는 C-C 단일 결합이고,

Q는 할로겐, 바람직하게는 염소, 또는 -CN이고,

R⁸ 및 R⁹는 각각 탄소수 18 이하, 바람직하게는 탄소수 8 이하의 알킬, 알콕시, 알카노일옥시 또는 알콕시카보닐옥시이거나, 또는 다르게는 이들 라디칼중 하나가 CN, NC, NO₂, CF₃, F, Cl 또는 Br이다.

이들 대부분의 화합물에서, R⁸ 및 R⁹는 서로 상이하되, 이들 라디칼중 하나는 통상적으로 알킬 또는 알콕시 기이다. 제안된 치환기의 다른 변형물도 또한 통상적이다. 이러한 많은 물질 또는 이들의 혼합물도 또한 시판되고 있다. 이들 모든 물질은 문헌에 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다.

당해 기술분야의 숙련자에게 있어, 본 발명에 따른 LC 혼합물이 예컨대 H, N, O, Cl 및 F가 그에 상응하는 동위원소들로 치환된 화합물도 또한 포함할 수 있음은 말할 것도 없다.

본 발명에 따른 액정 디스플레이의 구성은 예컨대 EP-A 0 240 379 호에 기술된 바와 같은 통상적인 형태에 해당한다.

하기 실시예는 본 발명을 설명하고자 하는 것이며 이를 한정하는 것은 아니다. 상기 및 하기에서, 달리 언급하지 않는 한, 백분율은 중량%이고, 모든 온도는 섭씨로 나타낸다.

하기 약어들이 사용된다.

또한, 하기 약어가 사용된다:

cl.p.는 청명점[℃]을 나타내고, Δn은 20℃ 및 589㎚에서의 광학 비등방성(복굴절성)을 나타내고, Δε은 20℃ 및 1kHz에서의 유전 비등방성을 나타내고, ε_∥은 20℃ 및 1kHz에서의 도파기(director)에 평행한 유전 상수를 나타내고, K₃/K₁은 탄성 상수 K₃과 K₁의 비율을 나타내고, γ₁은 회전 점도[mPaㆍs](달리 언급되지 않는 한, 20℃에서의 값)를 나타내고, V₀은 용량성 임계 전압[V]을 나타내고, LTS는 시험 셀에서 네마틱 상(nem.)의 저온 안정성을 나타낸다(T(℃)에서의 값).

용량성 임계 전압을 측정하기 위해 사용된 디스플레이는, 20㎛의 간격으로 2개의 평행 평면형 외부 플레이트, 및 상기 외부 플레이트의 내부에 레시틴(lecitin) 정렬 층으로 덮인 전극 층을 가지며, 이로 인해 액정 분자의 호메 오트로픽 가장자리 정렬이 달성된다.

실시예 1

하기 성분, 조성 및 특성을 갖는 액정 디스플레이.

실시예 2

하기 성분, 조성 및 특성을 갖는 액정 디스플레이.

비교예 1

하기 성분, 조성 및 특성을 갖는 액정 디스플레이는 실시예 1 및 2에 비해 높은 회전 점도를 갖는다.

실시예 3

하기 성분, 조성 및 특성을 갖는 액정 디스플레이.

실시예 4

하기 성분, 조성 및 특성을 갖는 액정 디스플레이.

비교예 2

하기 성분, 조성 및 특성을 갖는 액정 디스플레이는 실시예 3 및 4에 비해 높은 회전 점도, 낮은 Δn 및 불량한 저온 안정성을 갖는다.

실시예 5

하기 성분, 조성 및 특성을 갖는 액정 디스플레이.

비교예 3

하기 성분, 조성 및 특성을 갖는 액정 디스플레이는 실시예 5에 비해 높은 회전 점도를 갖는다.

실시예 6

하기 성분, 조성 및 특성을 갖는 액정 디스플레이.

비교예 4

하기 성분, 조성 및 특성을 갖는 액정 디스플레이는 실시예 6에 비해 높은 회전 점도를 갖는다.

실시예 7

하기 성분, 조성 및 특성을 갖는 액정 디스플레이.

비교예 5

하기 성분, 조성 및 특성을 갖는 액정 디스플레이는 실시예 7에 비해 높은 회전 점도를 갖는다.

실시예 8

하기 성분, 조성 및 특성을 갖는 액정 디스플레이.

비교예 6

하기 성분, 조성 및 특성을 갖는 액정 디스플레이는 실시예 8에 비해 높은 회전 점도를 갖는다.

실시예 9

하기 성분, 조성 및 특성을 갖는 액정 디스플레이.

비교예 7

하기 성분, 조성 및 특성을 갖는 액정 디스플레이는 실시예 9에 비해 높은 회전 점도를 갖는다.

실시예 10

하기 성분, 조성 및 특성을 갖는 액정 디스플레이.

실시예 11

하기 성분, 조성 및 특성을 갖는 액정 디스플레이.

비교예 8

하기 성분, 조성 및 특성을 갖는 액정 디스플레이는 실시예 10 및 11에 비해 높은 회전 점도를 갖는다.

실시예 12

하기 성분, 조성 및 특성을 갖는 액정 디스플레이.

비교예 9

하기 성분, 조성 및 특성을 갖는 액정 디스플레이는 실시예 12에 비해 높은 회전 점도를 갖는다.

Claims

하나 이상의 하기 화학식 I의 화합물 및 하나 이상의 하기 화학식 II의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

화학식 I

화학식 II

상기 식에서,

R¹은 H 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬이고,

R²는 탄소수 1 내지 12의 알콕시이고,

R³은 탄소수 2 내지 7의 알케닐이고,

R⁴는 탄소수 1 내지 12의 알킬(여기서, 1 또는 2개의 비인접 CH₂ 기는 -O-, -CH=CH-, -CO-, -OCO- 또는 -COO-에 의해 O 원자들이 서로 직접 결합하지 않는 방식으로 치환될 수 있다)이고,

c는 0 또는 1이다.
제 1 항에 있어서,

하나 이상의 하기 화학식 III의 화합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

화학식 III

상기 식에서,

R⁵ 및 R⁶은 탄소수 1 내지 12의 알킬(여기서, 1 또는 2개의 비인접 CH₂ 기는 -O-, -CH=CH-, -CO-, -OCO- 또는 -COO-에 의해 치환될 수 있다)이고,

는
이고,

a는 0 또는 1이다.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

하나 이상의 하기 화학식 IV의 화합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

화학식 IV

상기 식에서,

R⁵ 및 R⁶은 서로 독립적으로 제 2 항에서 화학식 III에 대해 정의된 바와 같고,

는
이고,

는
이고,

b는 0 또는 1이다.
제 2 항에 있어서,

하기 화학식 IIIa 내지 화학식 IIIf의 화합물로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

화학식 IIIa

화학식 IIIb

화학식 IIIc

화학식 IIId

화학식 IIIe

화학식 IIIf

상기 식에서,

알킬은 C_1-6-알킬이고,

R^5a는 H, 메틸, 에틸 또는 n-프로필이다.
제 3 항에 있어서,

하기 화학식 IVa 내지 화학식 IVd의 화합물로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

화학식 IVa

화학식 IVb

화학식 IVc

화학식 IVd

상기 식에서,

알킬은 C_1-6-알킬이고,

R은 C_1-6-알킬 또는 C_1-6-알콕시이고,

L은 H 또는 F이다.
제 3 항에 있어서,

하기 화학식 Va, 화학식 VIa, 화학식 VIb, 화학식 VIIc, 화학식 IXb, 화학식 Xb, 화학식 XII 및 화학식 XIII의 화합물로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

화학식 Va

화학식 VIa

화학식 VIb

화학식 VIIc

화학식 IXb

화학식 Xb

화학식 XII

화학식 XIII

상기 식에서,

R⁵ 및 R⁶은 탄소수 1 내지 12의 알킬(여기서, 1 또는 2개의 비인접 CH₂ 기는 -O-, -CH=CH-, -CO-, -OCO- 또는 -COO-에 의해 치환될 수 있다)이고,

알킬은 C_1-6-알킬이고,

L은 H 또는 F이고,

X는 F 또는 Cl이고,

d는 0 또는 1이다.
제 3 항에 있어서,

화학식 I의 화합물 1 내지 4개, 화학식 II의 화합물 1 내지 6개, 화학식 III의 화합물 1 내지 10개 및 화학식 IV의 화합물 1 내지 5개로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 매질.
제 1 항에 있어서,

전체 혼합물중 화학식 I의 화합물의 비율이 5 내지 35%인 것을 특징으로 하는 액정 매질.
제 1 항에 있어서,

전체 혼합물중 화학식 II의 화합물의 비율이 5 내지 50%인 것을 특징으로 하는 액정 매질.
제 3 항에 있어서,

하나 이상의 화학식 I의 화합물 5 내지 35%,

하나 이상의 화학식 II의 화합물 5 내지 50%,

하나 이상의 화학식 III의 화합물 25 내지 70%, 및

하나 이상의 화학식 IV의 화합물 2 내지 25%

로 이루어진 것을 특징으로 하고, 단 모든 화합물들의 양의 합이 100중량%인 액정 매질.
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