KR101140503B1

KR101140503B1 - 액정 매질

Info

Publication number: KR101140503B1
Application number: KR1020067026548A
Authority: KR
Inventors: 아츠타카 마나베; 엘비라 몬테네그로; 제랄드 숄츠; 데틀레프 팔루쓰; 사빈 쇼엔
Original assignee: 메르크 파텐트 게엠베하
Priority date: 2004-06-18
Filing date: 2005-06-15
Publication date: 2012-04-30
Also published as: WO2005123879A1; TW200613525A; EP1756247A1; JP2008502754A; KR20070029202A; US7635505B2; JP4932705B2; US20080128653A1; DE502005006151D1; ATE416242T1; TWI381038B; EP1756247B1

Abstract

본 발명은 하나 이상의 하기 화학식 1의 화합물 및 하기 화학식 1a, 1b 및 1c의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 하나 이상을 포함하는 극성 화합물의 혼합물에 기초한 액정 매질에 관한 것이다:

화학식 1

화학식 1a

화학식 1b

화학식 1c

상기 식에서,

R¹, R^1A, R^1B, R^1C, X, X^A, X^B, b 및 L^1-6, 고리 A 및 B는 청구항 1에 나타낸 바와 같다.

Description

액정 매질{LIQUID CRYSTALLINE MEDIUM}

본 발명은 액정 매질, 및 이들의 전기-광학 목적으로의 용도, 및 이 매질을 함유하는 디스플레이에 관한 것이다.

액정은 주로 디스플레이 소자에서 유전체로 사용되는데 이러한 물질의 광학 특성이 가해지는 전압에 따라 변화될 수 있기 때문이다. 액정을 기초로 한 전기-광학 소자는 당업자에게 널리 공지되어 있고, 다양한 효과에 기초하고 있다. 이러한 소자의 예로는 동적 산란을 갖는 셀, DAP (deformation of aligned phases) 셀, 게스트/호스트(guest/host) 셀, 비틀린 네마틱 구조의 TN 셀, STN(supertwisted nematic) 셀, SBE(superbirefringence effect) 셀, 및 OMI(optical mode interference) 셀이 있다. 가장 일반적인 디스플레이 소자는 섀드-헬프리흐(Schadt-Helfrich) 효과에 근거하며 비틀린 네마틱 구조를 갖는다.

액정 물질은 양호한 화학적 및 열적 안정성과 전기장 및 전자기선에 대한 양호한 안정성을 가져야 한다. 또한, 액정 물질은 점도가 낮아서 짧은 어드레싱 타임, 낮은 문턱 전압 및 셀에서의 높은 대비(contrast)를 생성해야한다.

이들은 또한, 일반적인 작업 온도, 즉 실온 위 및 아래의 가장 널리 이용될 수 있는 범위에서 상술된 셀에 대해 적절한 중간상, 예컨대 네마틱 또는 콜레스테릭 중간상을 가져야 한다. 액정이 일반적으로 여러 가지 성분의 혼합물로 사용되므로, 이 성분들이 서로 용이하게 섞이는 것이 중요하다. 추가의 특성, 예컨대 전기 전도도, 유전 이방성 및 광학적 이방성은 셀 유형 및 적용 영역에 따라 다양한 요건을 충족시켜야 한다. 예컨대, 비틀린 네마틱 구조를 갖는 셀의 물질은 양의 값의 유전 이방성 및 낮은 전기 전도도를 가져야 한다.

예컨대, 개별 픽셀을 스위칭하기 위한 통합된 비선형 성분을 갖는 매트릭스 액정 디스플레이(MLC 디스플레이)의 경우, 큰 양의 값의 유전 이방성, 넓은 네마틱상, 상대적으로 낮은 복굴절, 매우 높은 비 저항, 양호한 자외선(UV) 안정성, 온도 안정성 및 상대적으로 낮은 증기압을 갖는 매질이 바람직하다.

또한, LCoS(상표명) 디스플레이 및 복굴절 효과에 기초하는 디스플레이, 예컨대 OCB-디스플레이가 흥미롭다.

OCB 디스플레이(광학 보상된 벤드)는 복굴절 효과에 기초하며 소위 "벤드" 구조를 갖는 액정 층을 함유한다. 또한, "pi" 셀로 공지된 "벤드" 셀은 전기적으로 조정될 수 있는 λ/2 플레이트를 위한 문헌[P.Bos et al., SID 83 Digest, 30(1983)]에서 처음 제안되었고, 반면, 디스플레이를 위한 OCB 모드는 문헌[Y.Yamaguchi, T. Miyashita and T.Uchida, SID 93 Digest 277(1993)] 및 논문[T.Miyashita et al. in, inter alia, Proc. Eurodisplay, 149 (1993), J. Appl. Phys. 34, L177(1995), SID 95 Digest, 797 (1995), C.-L.. Kuo et al., SID 94 Digest, 927 (1994) and M. Suzuki, SID 96 Digest, 618 (1996)]에 개시되어 있다. OCB 셀은 "벤드" 배열을 갖는 액정 셀 및 양의 Δε의 액정 매질을 포함한다. 또한, 상술된 문헌에 개시된 OCB 디스플레이는 어두운 상태에서 "벤드" 셀에 의해 원치 않는 빛 투과를 방지하기 위해 하나 이상의 복굴절 광학 지연 필름을 함유한다. OCB 디스플레이는 비틀린 네마틱 (TN) 셀에 근거한 통상의 디스플레이에 대해 여러 가지 이점, 예컨대 보다 넓은 시야각 및 보다 짧은 반응 시간을 갖는다.

상술된 문헌은 액정 상이 OCB 효과에 근거한 높은 정보의 디스플레이 요소에 사용가능 하도록 광학 이방성 Δn이 높은 값을 갖고; 및 유전 이방성 Δε이 상대적으로 높은 양의 값을 가지며; 및 탄성 계수 K₃₃/K₁₁ 사이의 비 및 점도가 바람직하게 낮은 값을 가져야 함을 보여준다. 전기-광학 디스플레이에서 OCB 효과의 산업적인 응용은 다수의 요건을 만족시켜야 하는 LC 상을 필요로 한다. 특히 수분, 공기 및 물리적 효과, 예컨대 열, 적외선, 가시광선 및 자외선, 및 직접적 및 교호 전기장에 대한 화학적 저항이 중요하다. 또한, 산업적으로 사용될 수 있는 LC 상은 적절한 온도 범위에서 액정 중간상을 가져야하고 복굴절이 상대적으로 높아야 하며, 유전 이방성이 양의 값을 가져야 하고 및 점도가 낮아야 한다.

LCoS^TM(규소상의 액정) 디스플레이는 종래 기술로 공지되어 있으며 회사[Three-Five Systems Inc. (Tempe, Arizona, USA)]에서 구입가능하다. LCoS™ 마이크로디스플레이는 실리콘 백플레인과 커버 글라스 사이에 비틀린 네마틱 구조를 갖는 액정 층을 전형적으로 함유하는 반사 디스플레이이다. 규소 백플레인은 픽셀의 배열인데, 각 픽셀은 동시에 전기 전도체로 작용하는 거울 표면을 갖는다. 각 픽셀은 고정 거울을 포함하며 이 거울은 전압이 가해지면 수직 배향으로 스위칭될 수 있는 비틀린 네마틱 배열을 갖는 활성 액정 층으로 덮혀 있다. LCoS™ 마이크로디스플레이는 작아서, 대각선이 전형적으로 1.0" 미만이지만, 1/4 VGA (78000 픽셀) 내지 UXGA+(200만 픽셀 초과)의 높은 해상도가 가능하다.

작은 픽셀 크기로 인해, LCoS^TM 디스플레이는 또한 전형적으로 약 1 미크론 인 매우 작은 픽셀 두께를 갖는다. 따라서 이 디스플레이에 사용되는 액정 상은, 일반적으로 광학 이방성 Δn이 낮은 LC 상을 필요로 하는 통상의 반사-유형 LC 디스플레이와 반대로, Δn이 높은 값을 가져야한다.

OCB 모드 및 LCoS^TM 디스플레이는 매트릭스 디스플레이로서 작동할 수 있다. 매트릭스 액정 디스플레이(MLC 디스플레이)가 공지되어 있다. 개별 픽셀을 개별적으로 스위칭하도록 사용될 수 있는 비선형 성분의 예로는 활성 성분(즉, 트랜지스터)이 있다. 용어 "활성 매트릭스"가 사용되며, 두가지 유형으로 구별될 수 있다:

1. MOS (산화 금속 반도체) 또는 기판으로의 실리콘 웨이퍼 상의 다른 다이오드

2. 기판으로의 유리 플레이트 상의 박막 트랜지스터(TFT).

유형 1의 경우, 사용되는 전기-광학 효과는 일반적으로 동적 산란 또는 게스트/호스트 효과이다.

다양한 부분-디스플레이의 모듈 조립으로 인해 결합부에서 문제가 발생하므로 기판 물질로서의 단결정 규소의 사용은 디스플레이 크기를 제한한다.

보다 바람직한 유형 2의 경우, 사용되는 전기-광학 효과는 일반적으로 TN 효과이다. 두가지 기술사이에 차이점이 있다: TFT는 화합물 반도체, 예컨대 CdSe를 포함하고 또는 TFT는 다결정 또는 비정질 규소에 근거한다. 후자의 기술에 대해 광범위한 연구가 널리 실행되고 있다.

TFT 매트릭스는 디스플레이의 하나의 유리 플레이트 내부에 가해지는 반면, 다른 유리 플레이트는 그 내부상에 투명한 상대전극을 갖는다. 픽셀 전극의 크기와 비교하여, TFT는 매우 작고, 이미지에 대해 본질적으로 부정적인 효과가 없다. 이 기술은 또한 완벽하게 색상 구현가능한 디스플레이에도 이용될 수 있으며, 이 디스플레이에서 빨강, 초록 및 파랑 필터의 모자이크는 필터 성분이 각 스위칭가능한 픽셀과 반대되는 방식으로 배열된다.

TFT 디스플레이는 일반적으로 투과시 편광판과 함께 TN 셀로서 작동하고 백릿(backlit)이다.

용어 MLC 디스플레이는 여기에서 통합된 비선형 성분을 갖는 임의의 디스플레이, 즉 능동 매트릭스 이외에, 수동 성분, 예컨대 바리스터 또는 다이오드(MIM = 금속-절연체-금속)를 갖는 디스플레이를 포함한다.

이러한 유형의 MLC 디스플레이는 TV 용도 또는 컴퓨터 용도(랩탑) 및 자동차 또는 항공 구조물을 위한 높은 정보의 디스플레이에 적절하다. 대비의 각 의존도 및 반응 시간과 관련된 문제 이외에, MLC 디스플레이에서는 액정 혼합물의 불충분하게 높은 비 저항으로 인한 어려움이 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. 141ff 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 감소하면서, MLC 디스플레이의 대비가 악화되고, 잔상 감소 문제가 발생한다. 액정 물질의 비 저항이 일반적으로 디스플레이 내부 표면과의 상호작용으로 인해 MLC 디스플레이의 수명 동안 떨어지므로, 만족스러운 서비스 수명을 얻기 위해서는 높은 (초기) 저항이 매우 중요하다. 특히 낮은-전압 화합물의 경우, 매우 높은 비 저항 값을 얻는 것이 불가능하다. 또한 온도가 증가됨에 따라, 그리고 열 및/또는 UV 노출 후에 비 저항이 가능한 한 가장 작게 증가함을 나타내는 것이 보다 중요하다. 종래 기술의 혼합물의 저온 성질은 특히 불리하다. 결정화 및/또는 스멕틱 상이 심지어 낮은 온도에서조차도 발생하지 않고, 점도의 온도 의존성이 가능한 한 낮을 것이 요구된다. 따라서 종래기술의 MLC 디스플레이는 오늘날의 요건을 만족시키지 못한다.

후광을 사용하는, 즉 투과적으로, 원한다면 투과반사적으로 작동하는 액정 디스플레이에 추가하여, 반사 액정 디스플레이가 특히 흥미롭다. 이러한 반사 액정 디스플레이는 정보 디스플레이를 위해 주변의 빛을 사용한다. 따라서 이들은 상응하는 크기 및 해상도를 갖는 백릿 액정 디스플레이 보다 상당히 작은 에너지를 소비한다. TN 효과는 매우 양호한 대비에 특징이 있기 때문에, 이러한 유형의 반사 디스플레이는 밝은 주변 조건에서도 잘 판독될 수 있다. 이것인 이미 시계 및 포켓 계산기에서 사용된 바와 같이 단순한 반사 TN 디스플레이로 공지되어 있다. 그러나, 이 원리가 또한 고품질, 보다 높은 해상도의 능동 매트릭스-어드레스 디스플레이, 예컨대 TFT 디스플레이에도 적용될 수 있다. 일반적으로 통상의 투과 TFT-TN 디스플레이에서와 같이, 광학 지연(d?Δn)을 낮추기 위해서는 복굴절(Δn)이 낮은 액정의 사용이 필수적이다. 이러한 낮은 광학 지연으로 인하여 일반적으로 대비의 시계각 의존성이 허용가능하게 낮아진다(DE 30 22 818 참조). 반사 디스플레이에서는, 낮은 복굴절의 액정의 사용이 투과 디스플레이에서보다 중요한데, 빛이 통과하는 유효 층의 두께가 동일한 층 두께를 갖는 투과 디스플레이에서 보다 반사 디스플레이에서 약 두 배 더 크기 때문이다.

따라서 높은 UV 안정성, 상대적으로 높은 Δε 값, 낮은 문턱값 및 70℃ 이상의 등명점을 갖는 MLC, OCB, IPS, TN, LCoS 또는 STN 디스플레이용 액정 매질에 대한 수요가 커지고 있다.

TN (Schadt-Helfrich) 셀에서, 셀에서 하기의 이점을 조장하는 매질이 바람직하다:

- 확장된 네마틱 상 범위(특히 저온으로 내려감)

- 극도의 저온에서의 저장-안정성

- 극도의 저온에서의 스위칭 능력(야외 이용, 자동차, 항공 전자)

- UV 선에 대한 저항 증가(보다 긴 수명)

- 보다 얇은 셀 두께(d?Δn)로 인한 보다 빠른 반응 시간을 위한 보다 높은 광학 이방성.

종래의 매질은 다른 파라미터를 유지하면서 동시에 이러한 이점들을 얻을 수 없다.

초비틀린 셀(STN의 경우, 보다 큰 멀티플렉스 능력(multiplexibility) 및/또는 보다 낮은 문턱 전압 및/또는 보다 넓은 네마틱 상 범위(특히 낮은 온도에서)를 용이하게 하는 매질이 바람직하다. 이러한 목적으로, 이용가능한 파라미터 범위를 추가로 넓히는 것이 매우 바람직하다(등명점, 스멕틱-네마틱 전이 또는 용융점, 점도, 유전 파라미터, 탄성 파라미터).

본 발명은 매질, 특히 상술된 단점이 없거나 아주 조금 있는, 바람직하게 상대적으로 높은 등명점, 낮은 문턱값 및 높은 값의 광학 이방성 Δn을 동시에 갖는 이 유형의 MLC, OCB, IPS, LCoS, TN 또는 STN 디스플레이를 제공하는 것을 목적으로 한다. Δn 값은 바람직하게 0.07 이상, 특히 바람직하게 0.08이상이다. 혼합물은 또한 높은 UV 안정성으로 구별된다.

본 발명에 따른 매질이 디스플레이에 사용된다면 이러한 목적이 달성될 수 있음이 밝혀졌다. 본 발명에 따른 매질은 상대적으로 높은 유전 이방성 및 등명점으로 구별된다. 동시에, 매질은 매우 낮은 문턱 전압 및 상대적으로 낮은 회전 점도 γ₁ 및 뛰어난 UV 안정성을 갖는다.

본 발명은 극성 화합물의 혼합물을 기초로 한 액정 매질에 관한 것으로, 이것은 하나 이상의 하기 화학식 1의 화합물 및 화학식 1a, 1b 및 1c의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다:

상기 식에서,

R¹, R^1A,R^1B및R^1C는 각각 서로 독립적으로 탄소원자수 1 내지 15의 할로겐화된 또는 치환되지 않은 알킬 또는 알콕시 라디칼이고, 이 라디칼에서 하나 이상의 CH₂ 기는 각각 서로 독립적으로, O 원자들이 서로 직접 결합되지 않는 방식으로, -C≡C-, -CH〓CH-,

-O-, -CF₂O-, -OCF₂-, -CO-O- 또는 -O-CO-로 치환될 수 있으며,

X, X^A, 및 X^B는 F, Cl, CN, SF₅, SCN, NCS, 할로겐화된 알킬 라디칼, 할로겐화된 알케닐 라디칼, 할로겐화된 알콕시 라디칼 또는 할로겐화된 알케닐옥시 라디칼로, 6개 이하의 C 원자를 가지며,

및

는,
a) 각각 서로 독립적으로, 하나 또는 두 개의 인접하지 않은 CH₂기가 -O- 또는 -S-로 치환될 수 있는 1,4-사이클로헥세닐렌 또는 1,4-사이클로헥실렌 라디칼이거나,

b) 하나 또는 두 개의 CH기가 N으로 치환될 수 있는 1,4-페닐렌 라디칼이거나,

c) 피페리딘-1,4-다이일, 1,4-바이사이클로[2.2.2]옥틸렌, 나프탈렌-2,6-다이일, 데카하이드로나프탈렌-2,6-다이일, 1,2,3,4-테트라-하이드로나프탈렌-2,6-다이일, 페난트렌-2,7-다이일, 플루오렌-2,7-다이일의 군으로부터의 라디칼이되,
여기서, 라디칼 a), b), 및 c)는 할로겐 원자에 의해 일- 또는 다치환될 수 있고,

L¹내지 L⁶은 각각 서로 독립적으로 H 또는 F이며,

b는 0, 1, 또는 2이다.

놀랍게도, 화학식 1, 1a, 1b 및/또는 1c의 화합물을 포함하는 액정 혼합물은 상대적으로 높은 등명점, 낮은 문턱값, 및 바람직하게 0.07 이상, 특히 0.08 초과의 Δn을 갖는 것이 밝혀졌다. L¹=F 및 L²=L³=H인 화학식 1의 화합물이 특히 바람직하다. L¹=F, L²=L³=H, 및 X=F, OCF₃, Cl, CF₃ 또는 OCHF₂인 화학식 1의 화합물이 매우 바람직하다. X는 바람직하게 CN, F, SF₅, OCHF₂, OC₂F₅, OC₃F₇, NCS, OCHFCF₃, OCF₂CHFCF₃, OCF₃이다.

불소화된 쿼터페닐은 종래기술, 예를 들면 문헌[US 6,669,998 B2, US 6,565,933 B2, US 6,596,350 A2, WO 89/02884, WO 90/01056, WO 91/03450, EP 0 439 089 B1, DE 44 45 224, WO 98/235564, EP 1 302 523 A1, EP 1 346 995]에 개시되어 있다. 그러나, 화학식 1의 화합물은 분명하게 언급되어 있지 않다.

WO 제 2004/ 0357 10 A1호는 하기 화학식의 화합물을 개시하고 있다:

화학식 1a의 화합물은 예를들어 EP 제 0 334 911 호에 공지되어 있다. DE 제 40 06 921 호는 CF₂O 브리지를 함유하는 혼합물을 개시하고 있다. US 제 4,676,604 호는 화학식 1c의 화합물을 개시하고 있다.

화학식 1, 1a, 1b 및 1c의 화합물은 다양하게 응용된다. 치환체의 선택에 따라, 이러한 화합물은 액정 매질을 주로 구성하는 베이스 물질로서 역할할 수 있지만, 이 유형 유전체의 유전 및/또는 광학 이방성을 변화시키기 위해 및/또는 문턱 전압 및/또는 이것의 점도를 최적화하기 위해 화학식 1의 화합물을 다른 부류의 화합물로 이루어진 액정 베이스 물질에 첨가하는 것도 가능하다.

놀랍게도, 본 발명에 따른 테트라사이클 화합물은 매우 쉽게 용해된다. 따라서, 본 발명에 따른 혼합물에서 화학식 1의 화합물이 1중량% 미만의 농도로 존재할 경우 UV 노출시 VHR에 미치는 화학식 1의 화합물의 영향을 관찰할 수 있다.

순수한 상태에서, 화학식 1, 1a, 1b 및 1c의 화합물은 무색이고, 전기-광학 용도에 바람직한 온도 범위에서는 액정 중간상을 형성한다. 이들은 화학적, 열적 및 빛에 안정하다.

R¹, R^1A, R^1B 및/또는 R^1c가 알킬 라디칼 및/또는 알콕시 라디칼이면, 이것은 직쇄 또는 분지형일 수 있다. 이것은 바람직하게 직쇄이고, 2, 3, 4, 5, 6, 또는 7개의 C 원자를 갖고 따라서 바람직하게 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 에톡시, 프로폭시, 부톡시, 펜톡시, 헥실옥시 또는 헵틸옥시이고, 또한 메틸, 옥틸, 노닐, 데실, 운데실, 도데실, 트리데실, 테트라데실, 펜타데실, 메톡시, 옥틸옥시, 노닐옥시, 데실옥시, 운데실옥시, 도데실옥시, 트리데실옥시 또는 테트라데실옥시이다.

바람직하게 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, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8-, 또는 9-옥사데실이다.

R¹, R^1A, R^1B 및/또는 R^1c가 하나의 CH₂기가 -CH〓CH-로 치환된 알킬 라디칼을 나타내는 경우, 이것은 직쇄 또는 분지형일 수 있다. 이것은 바람직하게 직쇄이고 2 내지 10 개의 C 원자를 갖는다. 따라서, 이것은 특히 비닐, 프로프-1- 또는 프로프-2-에닐, 부트-1-, -2-, 또는 부트-3-에닐, 펜트-1-, -2-, -3-, 또는 펜트-4-에닐, 헥스-1-, -2-, -3-, -4-, 또는 헥스-5-에닐, 헵트-1-, -2-, -3-, -4-, -5-, 또는 헵트-6-에닐, 옥트-1-, -2-, -3-, -4-, -5-, -6-, 또는 옥트-7-에닐, 논-1-, -2-, -3-, -4-, -5-, -6-, -7-, 또는 논-8-에닐, 데크-1-, -2-, -3-, -4-, -5-, -6-, -7-, -8- 또는 데크-9-에닐이다.

R¹, R^1A, R^1B 및/또는 R^1c가 하나의 CH₂기는 -O-로 치환되고 다른 하나는 -CO-로 치환된 알킬 라디칼을 나타내면, 이들은 바람직하게 인접한다. 따라서 이들은 아실옥시기 -CO-O- 또는 옥시카보닐기 -O-CO-를 함유한다. 이들은 바람직하게 직쇄이고 2 내지 6 개의 C 원자를 갖는다. 따라서 이들은 특히 아세톡시, 프로피오닐옥시, 부티릴옥시, 펜타노일옥시, 헥사노일옥시, 아세톡시메틸, 프로피오닐옥시메틸, 부티릴옥시메틸, 펜타노일옥시메틸, 2-아세톡시에틸, 2-프로피오닐옥시에틸, 2-부티릴옥시에틸, 2-아세톡시프로필, 3-프로피오닐옥시프로필, 4-아세톡시부틸, 메톡시카보닐, 에톡시카보닐, 프로폭시카보닐, 부톡시카보닐, 펜톡시카보닐, 메톡시카보닐메틸, 에톡시카보닐메틸, 프로폭시카보닐메틸, 부톡시카보닐메틸, 2-(메톡시카보닐)에틸, 2-(에톡시-카보닐)에틸, 2-(프로폭시카보닐)에틸, 3-(메톡시카보닐)프로필, 3-(에톡시카보닐)프로필 또는 4-(메톡시카보닐)부틸이다.

R, R^1A, R^1B 및/또는 R^1c가 하나의 CH₂기가 치환되지 않거나 치환된 -CH〓CH-로 치환되고 인접한 CH₂기가 CO 또는 CO-O 또는 O-CO로 치환된 알킬 라디칼을 나타낸다면, 이것은 직쇄 또는 분지형일 수 있다. 바람직하게는 이는 직쇄이고 4 내지 12 개의 C 원자를 갖는다. 따라서, 이것은 특히 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-메타크릴로일옥시펜틸, 6-메타크릴로일옥시헥실, 7-메타크릴로일옥시헵틸, 8-메타크릴로일옥시옥틸, 9-메타크릴로일옥시노닐이다.

R¹, R^1A, R^1B 및/또는 R^1c가 CN 또는 CF₃로 단일치환된 알킬 또는 알케닐 라디칼이면, 이 라디칼은 바람직하게 직쇄이다. CN 또는 CF₃에 의한 치환은 임의의 원하는 위치이다.

R¹, R^1A, R^1B 및/또는 R^1c가 할로겐에 의해 적어도 단일치환된 알킬 또는 알케닐 라디칼이면, 이 라디칼은 바람직하게 직쇄이고, 할로겐은 바람직하게 F 또는 Cl이다. 다가치환의 경우, 할로겐은 바람직하게 F이다. 또한 생성된 라디칼은 과불소화된 라디칼을 포함한다. 단일치환의 경우, 불소 또는 염소 치환기는 임의의 원하는 위치일 수 있으나, 바람직하게는 ω-위치이다.

분지형 윙 기 R¹, R^1A, R^1B 및/또는 R^1c를 함유하는 화합물은 때때로 통상의 액정 베이스 물질에서의 보다 좋은 용해성으로 인해 중요하지만, 특히 이들이 광학적으로 활성인 경우에는 카이랄 도판트로서 중요하다. 이 유형의 스멕틱 화합물은 강자성 물질의 성분으로서 적절하다.

이 유형의 분지형 기는 일반적으로 하나 이하의 사슬 가지를 포함한다. 바람직한 분지형 라디칼 R¹, R^1A, R^1B 및/또는 R^1c는 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-에틸헥실옥시, 1-메틸헥실옥시 및 1-메틸헵틸옥시이다.

R¹, R^1A, R^1B 및/또는 R^1c가 두 개 이상의 CH₂기가 -O- 및/또는 -CO-O-로 치환된 알킬 라디칼인 경우, 이것은 직쇄 또는 분지형일 수 있다. 이것은 바람직하게 분지형이고 3 내지 12 개의 C 원자를 갖는다. 따라서, 이것은 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 또는 5,5-비스(에톡시카보닐)헥실이다.

화학식 1, 1a 및 1b의 화합물에서 X, X^A, 및 X^b는 바람직하게 서로 독립적으로 다음과 같다:

F, Cl, CN, NCS, CF₃, C₂F₅, C₃F₇, SF₅, CF₂H, OCF₃, OCF₂H, OCFHCF₃, OCFHCFH₂, OCFHCF₂H, OCF₂CH₃, OCF₂CFH₂, OCF₂CF₂H, OCF₂CF₂CF₂H, OCF₂CF₂CFH₂, OCFHCF₂CF₃, OCFHCF₂CF₂H, OCFHCFHCF₃, OCH₂CF₂CF₃, OCF₂CF₂CF₃, OCF₂CFHCFH₂, OCF₂CH₂CF₂H, OCFHCF₂CFH₂, OCFHCFHCF₂H, OCFHCH₂CF₃, OCH₂CFHCF₃, OCH₂CF₂CF₂H, OCF₂CFHCH₃, OCF₂CH₂CFH₂, OCFHCF₂CH₃, OCFHCFHCFH₂, OCFHCH₂CF₃, OCH₂CF₂CFH₂, OCH₂CFHCF₂H, OCF₂CH₂CH₃, OCFHCFHCH₃, OCFHCH₂CFH₂, OCH₂CF₂CH₃, OCH₂CFHCFH₂, OCH₂CH₂CF₂H, OCHCH₂CH₃, OCH₂CFHCH₃, OCH₂CH₂CF₂H, OCClFCF₃, OCClFCClF₂, OCClFCFH₂, OCFHCCl₂F, OCClFCF₂H, OCClFCClF₂, OCF₂CClH₂, OCF₂CCl₂H, OCF₂CCl₂F, OCF₂CClFH, OCF₂CClF₂, OCF₂CF₂CClF₂, OCF₂CF₂CCl₂F, OCClFCF₂CF₃, OCClFCF₂CF₂H, OCClFCF₂CClF₂, OCClFCFHCF₃, OCClFCClFCF₃, OCCl₂CF₂CF₃, OCClHCF₂CF₃, OCClFCF₂CF₃, OCClFCClFCF₃, OCF₂CClFCFH₂, OCF₂CF₂CCl₂F, OCF₂CCl₂CF₂H, OCF₂CH₂CClF₂, OCClFCF₂CFH₂, OCFHCF₂CCl₂F, OCClFCFHCF₂H, OCClFCClFCF₂H, OCFHCFHCClF₂, OCClFCH₂CF₃, OCFHCCl₂CF₃, OCCl₂CFHCF₃, OCH₂CClFCF₃, OCCl₂CF₂CF₂H, OCH₂CF₂CClF₂, OCF₂CClFCH₃, OCF₂CFHCCl₂H, OCF₂CCl₂CFH₂, OCF₂CH₂CCl₂F, OCClFCF₂CH₃, OCFHCF₂CCl₂H, OCClFCClFCFH₂, OCFHCFHCCl₂F, OCClFCH₂CF₃, OCFHCCl₂CF₃, OCCl₂CF₂CFH₂, OCH₂CF₂CCl₂F, OCCl₂CFHCF₂H, OCClHCClFCF₂H, OCF₂CClHCClH₂, OCF₂CH₂CCl₂H, OCClFCFHCH₃, OCF₂CClFCCl₂H, OCClFCH₂CFH₂, OCFHCCl₂CFH₂, OCCl₂CF₂CH₃, OCH₂CF₂CClH₂, OCCl₂CFHCFH₂, OCH₂CClFCFCl₂, OCH₂CH₂CF₂H, OCClHCClHCF₂H, OCH₂CCl₂CF₂H, OCClFCH₂CH₃, OCFHCH₂CCl₂H, OCClHCFHCClH₂, OCH₂CFHCCl₂H, OCCl₂CH₂CF₂H, OCH₂CCl₂CF₂H, CH=CF₂, CF=CF₂, OCH=CF₂, OCF=CF₂, CH=CHF, OCH=CHF, CF=CHF, OCF=CHF, 특히 F, Cl, CN, NCS, CF₃, SF₅, CF₂H, OCF₃, OCF₂H, OCFHCF₃, OCFHCFH₂, OCFHCF₂H, OCF₂CH₃, OCF₂CFH₂, OCF₂CF₂H, OCF₂CF₂CF₂H, OCF₂CF₂CFH₂, OCFHCF₂CF₃, OCFHCF₂CF₂H, OCF₂CF₂CF₃ 또는 OCF₂CHFCF₃.

화학식 1의 화합물은 문헌(예컨대 표준 작업으로, Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie [Methods of Organic Chemistry], Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart와 같이)에 개시된 바와 같이 상기 반응에 적절하고 공지된 반응 조건 하에서 정확하도록 공지된 방법에 의해 제조된다. 보다 상세하게 본원에 언급되지 않은 당 분야에 공지된 변형법이 이용될 수 있다. 화학식 1의 화합물은 하기와 같이 제조될 수 있다.

본 발명은 또한 전기-광학 디스플레이, 예컨대 STN 또는 MLC 디스플레이, 및 전기-광학 목적을 위한 이러한 매질의 용도에 관한 것으로, 상기 디스플레이는 프레임과 함께 셀을 형성하는 두 개의 플레인-평행 외부 플레이트, 외부 플레이트 상에서 개별 픽셀을 스위칭하는 통합된 비-선형 성분, 및 이 유형의 매질을 함유하는 셀에 위치하여 매우 높은 광학 이방성 및 높은 비 저항을 나타내는 네마틱 액정 혼합물을 갖는다.

본 발명에 따른 액정 혼합물은 이용가능한 파라미터 정도를 상당히 넓힐 수 있다. 등명점, 낮은 온도에서의 점도, 열 및 UV 안정성 및 높은 광학 이방성의 가능한 조합은 종래 기술로부터의 이전 물질 보다 훨씬 뛰어나다.

본 발명에 따른 혼합물은 특히 빠른 스위칭 모니터, TV 세트, TV/모니터 조합 유닛 및 높은 Δn TFT 용도, 예컨대 프로젝션 텔레비전 세트, LCoS 및 OCB에 적절하다.

본 발명에 따른 액정 혼합물은 네마틱 상을 -20℃ 까지, 바람직하게는 -30℃ 까지, 특히 바람직하게는 -40℃ 까지 유지하고, 등명점이 60℃ 초과, 바람직하게 70℃ 초과, 특히 바람직하게 75℃ 초과하도록 하면서도, 동시에 4 이상, 바람직하게는 5 이상의 유전 이방성값 Δε 및 높은 비 저항 값을 얻을 수 있으며 뛰어난 STN 및 MLC 디스플레이가 수득될 수 있게 한다. 특히, 혼합물은 낮은 작업 전압을 특징으로 한다.

TN 문턱값은 2.5V 미만, 바람직하게는 2.0V 미만, 특히 바람직하게는 1.8V 미만이다.

본 발명에 따른 혼합물의 성분을 적절히 선택하여 보다 높은 등명점(예컨대 110℃ 초과)이 보다 높은 문턱 전압에서 얻어질 수 있거나 또는 보다 낮은 등명점이 다른 이로운 특성을 유지하면서 보다 낮은 문턱 전압에서 얻어질 수 있다는 것은 말할 필요도 없다. 단지 약간 상응하게 증가된 정도에서, 보다 높은 Δε 및 따라서 낮은 문턱값을 갖는 혼합물을 수득할 수 있다. 본 발명에 따른 MLC 디스플레이는 바람직하게 제 1 구치 앤 태리 트랜스미션 미니멈(Gooch and Tarry transmission minimum)에서 작동하고[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], 여기서, 특히 선호되는 전기-광학 특성 이외에, 예컨대 특징 라인의 높은 경사, 대비의 낮은 각 의존성(German Patent 30 22 818), 보다 낮은 유전 이방성이 제 2 미니멈에서 유사한 디스플레이와 동일한 문턱 전압에서 충분하다. 이것은 사이아노 화합물을 포함하는 혼합물의 경우 보다 제 1 미니멈에서 본 발명에 따른 화합물을 사용하여 실질적으로 보다 높은 비 저항값을 얻게 할 수 있다. 개별 성분 및 이들의 중량비의 적절한 선택을 통해 당업자는 단순하고 일반적인 방법을 사용하여 MLC 디스플레이의 미리 규정된 층 두께에 필요한 복굴절을 세팅할 수 있다.

20℃에서의 흐름 점착성 υ₂₀은 바람직하게 60㎟?s^-1 미만, 특히 바람직하게 50㎟?s^-1 미만이다. 20℃에서 본 발명에 따른 혼합물의 회전 점도 γ₁은 바람직하게 130mPa?s 미만, 특히 바람직하게 100mPa?s 미만이다. 네마틱 상 범위는 바람직하게 적어도 90°, 특히 적어도 100°이다. 이 범위는 바람직하게 적어도 -20°내지 +80°로 확장된다.

짧은 반응 시간이 액정 디스플레이에 바람직하다. 이것은 특히 비디오 재생을 가능하게 하는 디스플레이에 적용된다. 이 유형의 디스플레이에서, 단지 25ms의 반응 시간(전체: t_on + t_off)이 요구된다. 반응 시간에 대한 상한은 이미지 리프레시 주파수에 의해 결정된다. 회전 점도 γ₁이외에, 경사각 또한 반응 시간에 영향을 미친다.

전압 보유 비(HR의 측정[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)]은 화학식 1, 1a, 1b 및 1c의 화합물을 포함하는 본 발명에 따른 혼합물이 화학식 1, 1a, 1b 및 1c의 화합물 대신 화학식

의 사이아노페닐사이클로헥산 또는 화학식

의 에스터를 포함하는 유사 혼합물 보다 UV 노출시 HR 이 상당히 더 작게 감소함을 나타냈다.

본 발명에 따른 혼합물의 UV 안정성은 상당히 양호하고, 즉 이들은 UV에 노출한 경우 상당히 작은 HR 감소를 나타낸다. 화학식 1의 화합물은 낮은 농도(10중량% 미만)에서 조차도 종래 기술의 혼합물과 비교하여 6% 이상까지 혼합물에서 HR을 증가시킨다.

화학식 1의 특히 바람직한 화합물은 화학식 I-1 내지 I-10의 화합물이다:

상기 식에서,

R¹은 화학식 1에서 나타낸 바와 같다. R¹은 바람직하게 알킬, 또한 알케닐이다.

이러한 바람직한 화합물 중에서 특히 화학식 Ⅰ-1, Ⅰ-4, Ⅰ-7, 및 Ⅰ-10, 특히 화학식 Ⅰ-1 및 Ⅰ-10의 화합물이 바람직하다.

하부-화학식 Ⅰ-1 내지 Ⅰ-10에서 R¹은 바람직하게는 C₂H₅, n-C₃H₇, n-C₅H₁₁, 또한 CH₃, n-C₄H₉, n-C₆H₁₃, n-C₇H₁₅, CH₂〓CH, CH₃CH〓CH, CH₂〓CHCH₂CH₂, 또는 CH₃CH〓CHCH₂CH₂이다. R¹은 특히 바람직하게 n-C₃H₇이다.

- 매질은 바람직하게 적어도 하나의 하기 화합물을 포함한다:

- 매질은 바람직하게 하기 화합물을 포함한다:

상기 식에서,

n=3 또는 5이다.

n=3인 화합물 및 n=5인 화합물을 포함하는 것이 매질에 바람직하다.

화학식 1a의 특히 바람직한 화합물은 화학식 IA-1 및 IA-12의 화합물이다:

상기 식에서,

R^A는 청구항 1에서의 의미를 갖는다. R^A는 바람직하게 직쇄 알킬, 더욱이 비닐 및 1E- 또는 3E-알케닐이다. 화학식 IA-1 내지 IA-12의 화합물중, 화학식 IA-1 및 IA- 2의 화합물이 특히 바람직하다:

화학식 1b의 바람직한 화합물은 화학식 IB-1 내지 IB-29의 화합물이다:

상기 식에서,

R^1B는 청구항 1에서의 의미를 갖는다. R^1B는 바람직하게 직쇄 알킬, 더욱이 비닐, 1E- 또는 3E-알케닐이다.

화학식 IB-1 내지 IB-22의 화합물 중, 하기 화학식 IB-1, IB-2, IB-5, IB-6, IB-17, IB-18 및 IB-29의 화합물이 특히 바람직하다.

화학식 1c의 화합물 중, 하기 화학식 IC-1 및 IC-2의 화합물이 특히 바람직하다:

상기 식에서,

알킬은 1 내지 9 개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬이고, 알케닐 또는 알케닐^＊는 각각 서로 독립적으로 2 내지 9 개의 C 원자를 갖는 직쇄 알케닐로, 바람직하게 비닐, 1E-알케닐 또는 3E-알케닐이다.

하기 화학식 IC-1a 내지 IC-2b의 화학식 1c의 화합물이 바람직하다:

바람직한 실시태양은 하기 나타내어져 있다:

- 매질은 하나, 둘 이상의 화학식 I-1 내지 I-10의 화합물을 포함하고;

- 매질은 바람직하게 하나 이상의 화학식 IA-1 내지 IA-12의 화합물을 포함하며;

- 매질은 하나, 둘, 셋 또는 넷의 화학식 1a의 화합물을 포함한다. 본 발명에 따른 혼합물에서 화학식 1a의 화합물(들)의 농도는 2 내지 50중량%, 바람직하게 2 내지 40중량%, 특히 5 내지 40중량%이고;

- 매질은 하나, 둘, 셋 또는 넷의 화학식 1b의 화합물을 포함한다. 본 발명에 따른 혼합물에서 화학식 1b의 화합물(들)의 농도는 2 내지 50중량%, 바람직하게 5 내지 40중량%이고;

- 매질은 하나, 둘, 셋 또는 넷의 화학식 1c의 화합물을 포함한다. 본 발명에 따른 혼합물에서 화학식 1c의 화합물(들)의 농도는 2 내지 50중량%, 바람직하게 5 내지 40중량%이고;

- 매질은 화학식 Ⅱ 내지 Ⅵ으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함한다:

상기 식에서,

각각의 라디칼은 하기 의미를 갖는다:

R⁰는 n-알킬, 알콕시, 옥사알킬, 플루오로알킬, 또는 알케닐이고 각각은 9개 이하의 C 원자를 가지며,

X⁰는 F, Cl, 할로겐화된 알킬, 할로겐화된 알케닐, 할로겐화된 옥사알킬, 할로겐화된 알케닐옥시 또는 할로겐화된 알콕시로 6개 이하의 C 원자를 갖고,

Z⁰는 -C₂F₄-, -CF＝CF-, -CH〓CF-, -CF〓CH-, -CH＝CH-, -C₂H₄-, -(CH₂)₄-, -OCH₂-, -CH₂O-, -CF₂O- 또는 -OCF₂-이고,

Y¹ 내지 Y⁴는 각각 서로 독립적으로 H 또는 F이고,

r은 0 또는 1이다.

Z⁰= CF₂O인 화학식 Ⅵ의 화합물은 화학식 1b의 화합물과 동일하지 않다.

화학식 Ⅳ의 화합물은 바람직하게 다음과 같다:

- 매질은 화학식 Ⅶ 내지 XII으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함한다:

상기 식에서,

R⁰, X⁰ 및 Y^1-4는 각각 서로 독립적으로 청구항 6에서의 의미를 갖는다. X⁰는 바람직하게 F, Cl, CF₃, OCF₃ 또는 OCHF₂이다. R⁰는 바람직하게 알킬, 알콕시, 옥사알킬, 플루오로알킬 또는 알케닐이고 각각은 6개 이하의 C 원자를 갖는다.

매질은 하나 이상의 화학식 E-a 내지 E-c의 화합물을 추가로 포함한다:

상기 식에서,

R⁰는 청구항 6에서의 의미를 갖는다.

- 화학식 E-a 및/또는 E-b의 화합물의 비율은 바람직하게 0 내지 30중량%, 특히 5 내지 25중량%이고;

- 전체로서의 혼합물중의 화학식 1, 1a, 1b 및/또는 1c의 화합물의 비율은 적어도 10중량%, 바람직하게는 15중량% 이상, 및 특히 20중량% 이상이고;

- 전체로서의 혼합물중의 화학식 1의 화합물의 비율은 0.01 내지 30중량%, 특히 바람직하게 0.1 내지 20중량%이고;

- 전체로서의 혼합물중의 화학식 Ⅱ 내지 Ⅵ의 화합물의 비율은 10 내지 80중량%이고;

-

는 바람직하게

이고;

- 매질은 화학식 Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ, 및/또는 Ⅵ의 화합물을 포함하고;

- R⁰은 바람직하게 2 내지 7 개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬 또는 알케닐이고;

- 매질은 화학식 1, 1a, 1b, 1c 및 Ⅱ 내지 Ⅵ의 화합물로 본질적으로 구성되며, 여기서 본질적이란 50중량% 이상을 의미하고;

- 매질은 화학식 XIII 내지 XVIII의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물을 추가로 포함한다:

상기 식에서,

R⁰ 및 X⁰는 상기 언급된 바와 같다. X⁰는 바람직하게 F 또는 Cl이다. 화학식 XIII 내지 XVIII의 화합물의 농도는 바람직하게 0.05 내지 30중량%, 특히 1 내지 25중량%이다.

- 매질은 바람직하게 화학식 Ⅳa의 화합물 5 내지 35중량%를 포함한다.

- 매질은 X⁰가 바람직하게 F 또는 OCF₃인 하나, 둘 또는 셋의 화학식 Ⅳa의 화합물을 포함한다.

- 매질은 바람직하게 하나 이상의 화학식 Ⅱa 내지 Ⅱg의 화합물을 포함한다:

상기 식에서,

R⁰는 상기 언급된 바와 같다. 화학식 Ⅱa 내지 Ⅱg의 화합물에서 R⁰는 바람직하게 메틸, 에틸, n-프로필, n-부틸 및 n-펜틸이다.

- 화합물 (1) 또는 (1+Ia+Ib+Ic) : (Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ+Ⅴ+Ⅵ)의 중량비는 바람직하게 1 : 10 내지 10 : 1이다.

- 매질은 화학식 1a, 1b 및/또는 1c 및 1 내지 XII으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물로 이루어진다.

- 전체로서의 혼합물에서 X⁰는 불소이고 R⁰는 CH₃, C₂H₅, n-C₃H₇, n-C₄H₉, 또는 n-C₅H₁₁인 화학식 Ⅳb, Ⅳc, 및/또는 Ⅳd의 화합물의 비율은 2 내지 25중량%, 특히 2 내지 20중량%이다.

- 매질은 R⁰가 메틸인 화학식 Ⅱ 내지 Ⅵ의 화합물을 바람직하게 포함한다. 본 발명에 따른 매질은 특히 바람직하게 하기 화학식의 화합물을 포함한다:

- 매질은 화학식 D-1 내지 D-4의 하나, 둘 이상, 바람직하게는 하나, 둘 이상의 다이옥산 화합물을 포함한다:

상기 식에서,

R⁰는 상기 언급된 바와 같다.

본 발명에 따른 화합물에서 화학식 D-1 내지 D-4의 다이옥산 화합물의 비율은 바람직하게 0 내지 40중량%, 특히 5 내지 35중량%, 및 매우 바람직하게 8 내지 30중량%이다.

- 매질은 하나, 둘 이상의 화학식 Z-1 내지 Z-9의 바이사이클 화합물을 추가로 포함한다:

상기 식에서,

R^1a 및 R^2a는 각각 서로 독립적으로 H, CH₃, C₂H₅, 또는 n-C₃H₇이다. 알킬 및 알킬^*는 각각 서로 독립적으로 1 내지 7 개의 C 원자를 갖는 직쇄 또는 분지형 알킬 사슬이다. R⁰는 상기 언급된 바와 같다. 화학식 Z-6, Z-7 및 Z-9의 화합물에서, R⁰는 바람직하게 직쇄 알킬 또는 알케닐이다.

상기 바이사이클 화합물 중, 화학식 Z-1, Z-2, Z-5, Z-6, Z-8 및 Z-9의 화합물이 특히 바람직하다.

- 매질은 화학식 AN1 내지 AN11의 축합된 고리를 갖는 하나, 둘 이상의 화합물을 추가로 포함한다:

상기 식에서,

R⁰는 상기 언급된 바와 같다. 본 발명에 따른 혼합물에서 화학식 AN-1 내지 AN-11의 화합물의 비율은 바람직하게 1 내지 20중량%이다.

- 본 발명에 따른 혼합물은 75℃ 초과의 등명점 및 2.0V 미만의 문턱값을 갖는다는 사실로 특히 구별된다.

상대적으로 작은 비율의 화학식 1, 1a, 1b 및 1c의 화합물이 통상의 액정 물질, 특히 화학식 Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ, 및/또는 Ⅵ의 하나 이상의 화합물과 혼합되면 문턱 전압이 상당히 감소하고, 복굴절이 높은 값을 나타내며, 동시에 낮은 스멕틱-네마틱 전이 온도를 갖는 넓은 네마틱 상이 관찰되며, 저장 안정성을 향상시키는 것으로 발견되었다. 동시에, 혼합물은 UV 노출시 VHR에 대해 매우 양호한 값을 나타낸다.

용어 "알킬" 또는 "알킬^*"는 1 내지 7 개의 C 원자를 갖는 직쇄 및 분지형 알킬기, 특히 직쇄기 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실 및 헵틸을 포함한다. 1 내지 6 개의 탄소 원자를 갖는 기가 일반적으로 바람직하다.

용어 "알케닐" 또는 "알케닐^*"는 2 내지 7 개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 및 분지형 알케닐기, 특히 직쇄기를 포함한다. 바람직한 알케닐기는 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. 특히 바람직한 알케닐기의 예로는 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 등이다. 5개 이하의 탄소 원자를 갖는 기가 일반적으로 바람직하다.

용어 "플루오로알킬"은 바람직하게 말단 불소를 갖는 직쇄기, 즉 플루오로메틸, 2-플루오로에틸, 3-플루오로프로필, 4-플루오로부틸, 5-플루오로펜틸, 6-플루오로헥실 및 7-플루오로헵틸을 포함한다. 그러나, 불소의 다른 위치가 배제되지는 않는다.

용어 "옥사알킬" 또는 "알콕시"는 바람직하게 C_nH_2n+1-O-(CH₂)_m의 직쇄 라디칼이고, 상기 식에서 n 및 m 각각은 서로 독립적으로 1 내지 6이다. m은 또한 0일 수 있다. 바람직하게 n 은 1 이고 m 은 1 내지 6이거나 또는 m 은 0이고 n 은 1 내지 3 이다.

R⁰ 및 X⁰의 적절한 선택을 통해, 어드레싱 타임, 문턱 전압, 전달 특징 라인의 경사 등이 원하는 방식으로 조정될 수 있다. 예를 들면, 1E-알케닐 라디칼, 3E-알케닐 라디칼, 2E-알케닐옥시 라디칼 등은 일반적으로 알킬 및 알콕시 라디칼에 비하여 어드레싱 타임이 보다 짧고 네마틱 경향이 향상되며 탄성 계수 k₃₃(벤드) 및 k₁₁(스플레이) 사이의 비가 보다 높아진다. 4-알케닐 라디칼, 3-알케닐 라디칼 등은 알킬 및 알콕시 라디칼에 비하여 일반적으로 문턱 전압을 보다 낮게 하고 k₃₃/k₁₁을 보다 낮게 한다. 본 발명에 따른 혼합물은 특히 높은 K₁ 값으로 구별되어서, 종래의 혼합물 보다 상당히 빠른 반응 라인을 갖는다.

-CH₂CH₂-기는 일반적으로 단일 공유 결합과 비교하여 k₃₃/k₁₁의 값이 보다 높다. 보다 높은 값의 k₃₃/k₁₁은 (회색 쉐이드를 얻기 위한) 90°틀어짐을 갖는 TN 셀에서의 더 납작한 전달 특징 라인, 및 STN, SBE 및 OMI 셀에서의 보다 가파른 전달 특징 라인을 용이하게 하며(더 큰 멀티플렉스 능력), 역으로도 또한 같다.

화학식 1a, 1b 및/또는 1c 및 1+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ+Ⅴ+Ⅵ의 화합물의 최적의 혼합비는 원하는 특성, 화학식 1, 1a, 1b, 1c, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ 및/또는 VI의 성분 선택, 및 존재가능한 임의의 추가 성분 선택에 의존한다.

상기 지시된 범위내의 적절한 혼합비는 경우에 따라 용이하게 결정될 수 있다.

본 발명에 따른 혼합물내 화학식 1a, 1b 및/또는 1c 및 1 및 II 내지 XII의 화합물의 총량은 중요하지 않다. 따라서 혼합물은 다양한 특성의 최적화를 위해 하나 이상의 추가 성분을 포함할 수 있다. 그러나, 어드레싱 타임 및 문턱 전압에 대해 관찰된 효과가 보다 클수록 화학식 1a, 1b 및/또는 1c 및 1, II 내지 XVIII의 화합물의 총 농도가 보다 높아진다.

특히 바람직한 실시태양에서, 본 발명에 따른 매질은 X⁰가 F, OCF₃, OCHF₂, OCH〓CF₂, OCF〓CF₂ 또는 OCF₂-CF₂H인 화학식 Ⅱ 내지 Ⅵ, 바람직하게는 Ⅱ, Ⅲ, 및/또는 Ⅳ, 특히 Ⅳa의 화합물을 포함한다. 화학식 1, 1a, 1b 및/또는 1c의 화합물과의 선호되는 상승효과로 인하여 특히 이로운 특성이 발생한다. 특히, 화학식 1, 1a, 1b 및/또는 1c 및 Ⅳa의 화합물을 포함하는 혼합물은 낮은 문턱 전압으로 구별된다.

본 발명에 따른 매질에 사용될 수 있는 화학식 1a, 1b 및/또는 1c 및 1 및 II 내지 XVIII 및 이들의 하부 화학식의 개별 화합물은 공지되어 있거나 공지된 화합물과 유사하게 제조될 수 있다.

편광판, 전극 베이스 플레이트 및 표면-처리된 전극으로부터 본 발명에 따른 MLC 디스플레이의 구조는 이 유형의 디스플레이에 대한 일반적인 디자인에 해당한다. 용어 일반적인 디자인은 널리 사용되며 특히 폴리-Si TFTs 또는 MIM에 기초한 매트릭스 디스플레이 성분을 포함한 MLC 디스플레이의 모든 유도체 및 변형체를 포함한다.

그러나, 본 발명에 따른 디스플레이와 비틀린 네마틱 셀에 기초한 통상의 디 스플레이간의 중요한 차이는 액정층의 액정 파라미터 선택에 있다.

본 발명에 따라 사용될 수 있는 액정 혼합물은 통상적인 방식으로 제조된다. 일반적으로, 보다 작은 양으로 사용되는 원하는 양의 성분을 상승된 온도에서 주요 조성물을 이루는 성분에 녹인다. 또한, 유기 용매, 예컨대 아세톤, 클로로포름 또는 메탄올 내에 성분 용액을 혼합하고 완전한 혼합 후 용매를 증류에 의해 다시 제거할 수 있다.

또한 유전체는 당업자에게 공지되고 문헌에 개시된 추가의 첨가제, 예컨대 치바의 티누빈(Tinuvin, 등록상표)(시바(Ciba))과 같은 UV 안정화제, 항산화제, 자유라디칼 스캐빈저 등을 포함할 수 있다. 예컨대, 다색성 염색 또는 카이랄 도판트 0 내지 15%가 첨가될 수 있다. 적절한 안정화제 및 도판트는 표 C 및 D에 언급되어 있다.

C는 결정상, S는 스멕틱 상, Sc는 스멕틱 C 상, N은 네마틱 상, 및 I는 등방성 상이다.

V₁₀은 10% 전달에 대한 전압이다(플레이트 표면에 수직인 시야각). V₁₀의 2배에 해당하는 작동 전압에서 t_on은 스위치-온 타임, t_off는 스위치-오프 타임이다. Δn은 광학 이방성이다. Δε은 유전 이방성이다(Δε = ε_?-ε_⊥, 여기에서 ε_?는 분자의 길이 방향축에 평행한 유전 상수이고 ε_⊥는 분자의 길이방향축에 수직인 유전 상수이다). 전기-광학 데이터는, 분명하게 다른 언급이 없다면, 20℃에서 제 1 미니멈(즉 0.5㎛의 d?Δn 값)에서의 TN 셀에서 측정된다. 광학 데이터는, 분명하게 다른 언급이 없다면, 20℃에서 측정된다.

본 출원 및 하기 실시예에서, 액정 화합물의 구조는 약어로 나타내며, 화학식으로의 전환은 하기 표 A 및 B에 따라 일어난다. 모든 라디칼 C_nH_2n+1 및 C_mH_2m+1은 직쇄 알킬 라디칼로 각각 n 및 m 개의 C 원자를 갖고; n 및 m은 정수이며, 바람직하게 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 또는 12이다. 표 B의 코딩은 자명하다. 표 A에서는, 모체 구조에 대한 약자만을 나타낸다. 모체 구조의 약어는 다음과 같고, 대시(-)에 의해 치환기 R^1*, R^2*, L^1*, 및 L^2*에 대한 코드와 구분된다.

표 A 및 B에는 바람직한 혼합물 성분이 주어진다.

화학식 1의 화합물 이외에 표 B로부터의 적어도 하나, 둘, 셋, 넷 이상의 화합물을 포함하는 액정 혼합물이 특히 바람직하다.

하기 실시예는 본 발명을 제한하지 않으면서 설명하고자 한다. 위와 아래에서, 백분율은 중량 퍼센트이다. 모든 온도는 섭씨이다. m.p.는 용융점이고, cl.p.는 등명점이다. 또한, C는 결정상, N은 네마틱상, S는 스멕틱상이고, I는 등방성상이다. 이들 기호 사이의 데이터는 전이 온도를 의미한다. Δn은 광학 이방성이고(589㎚, 20℃), 유동 점도 υ₂₀(㎟/sec) 및 회전 점도 γ₁(mPa?S)는 각각 20℃에서 결정된다.

본 출원에서의 모든 농도는 명확하게 다른 언급이 없다면 중량 퍼센트이고 해당하는 혼합물 또는 혼합물 성분에 관한 것이다. 모든 물리적인 특성은 문헌["Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals" Status Nov. 1997, Merck KGaA, Germany]에 따라 결정되고, 다른 언급이 명확하게 없다면 온도는 20℃로 적용된다. Δn은 589㎚에서 측정되고 Δε은 1k㎐에서 측정된다.

1. 혼합물 실시예

실시예 M1

실시예 M2

실시예 M3

실시예 M4

실시예 M5

실시예 M6

실시예 M7

2. 자외선 노출(2h)을 이용한 전압 보유 비의 측정

실시예 C1(비교예 C1)

실시예 M8

실시예 C2(비교예 C2)

실시예 M9

실시예 C2(비교예 C2) + 1.00% PPGU-3-F VHR [UV, 2h] : 97.7%

실시예 M10

실시예 M11

실시예 M12

실시예 M13

실시예 M14

실시예 M15

실시예 M16

실시예 M17

실시예 M18

Claims

하기 화학식 1의 화합물 하나 이상, 및 하기 화학식 1a, 1b 및 1c로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 하나 이상을 포함하는 극성 화합물의 혼합물에 기초한 액정 매질:

화학식 1

화학식 1a

화학식 1b

화학식 1c

상기 식에서,

R¹, R^1A, R^1B및R^1C는 서로 독립적으로 탄소원자수 1 내지 15의, 할로겐화된 또는 치환되지 않은 알킬 또는 알콕시 라디칼이고, 이 라디칼에서 하나 이상의 CH₂ 기는 서로 독립적으로 O 원자들이 서로 직접 결합되지 않는 방식으로 -C≡C-, -CF₂O-, -OCF₂-, -CH〓CH-,

-O-, -CO-O- 또는 -O-CO-로 치환될 수 있고;

X, X^A 및 X^B는 F, Cl, CN, SF₅, SCN, NCS, 탄소원자수 6 이하의, 할로겐화된 알킬 라디칼, 할로겐화된 알케닐 라디칼, 할로겐화된 알콕시 라디칼 또는 할로겐화된 알케닐옥시 라디칼이고;

및
는,

a) 서로 독립적으로, 하나 또는 두 개의 인접하지 않은 CH₂기가 -O- 또는 -S-로 치환될 수 있는 1,4-사이클로헥세닐렌 또는 1,4-사이클로헥실렌 라디칼이거나,

b) 하나 또는 두 개의 CH기가 N으로 치환될 수 있는 1,4-페닐렌 라디칼이거나,

c) 피페리딘-1,4-다이일, 1,4-바이사이클로[2.2.2]옥틸렌, 나프탈렌-2,6-다이일, 데카하이드로나프탈렌-2,6-다이일, 1,2,3,4-테트라하이드로나프탈렌-2,6-다이일, 페난트렌-2,7-다이일 및 플루오렌-2,7-다이일로 이루어진 군으로부터 선택된 라디칼이되,

이때 라디칼 a), b) 및 c)는 할로겐 원자에 의해 일- 또는 다치환될 수 있고;

L¹은 F이고;

L²및 L³은 H이고;

L⁴내지 L⁶은 서로 독립적으로 H 또는 F이고;

b는 0, 1 또는 2이다.
제 1 항에 있어서,

하기 화학식 Ⅰ-1 내지 Ⅰ-10으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 하나 또는 둘 이상을 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,

R¹은 제 1 항에서 정의된 바와 같다.
제 1 항에 있어서,

하기 화학식 IA-1 내지 IA-12로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 하나 이상을 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,

R^1A는 제 1 항에서 정의된 바와 같다.
제 1 항에 있어서,

하기 화학식 IB-1 내지 IB-29로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 하나 이상을 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,

R^1B는 제 1 항에서 정의된 바와 같다.
제 1 항에 있어서,

하기 화학식 IC-1 및 IC-2로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 하나 이상을 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,

알킬은 탄소원자수 1 내지 9의 직쇄 알킬이고;

알케닐 및 알케닐^＊는 서로 독립적으로 탄소원자수 2 내지 9의 직쇄 알케닐이다.
제 1 항에 있어서,

하기 화학식 Ⅱ 내지 Ⅵ으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,

R⁰는 탄소원자수 9 이하의, n-알킬, 알콕시, 옥사알킬, 플루오로알킬 또는 알케닐이고;

X⁰는 F, Cl, 탄소원자수 6 이하의, 할로겐화된 알킬, 할로겐화된 알케닐, 할로겐화된 옥사알킬, 할로겐화된 알케닐옥시 또는 할로겐화된 알콕시이고;

Z⁰는 -C₂F₄-, -CF＝CF-, -CH＝CH-, -C₂H₄-, -(CH₂)₄-, -OCH₂-, -CH₂O-, -CF₂O- 또는 -OCF₂-이고;

Y¹ 내지 Y⁴는 서로 독립적으로 H 또는 F이고;

r은 0 또는 1이다.
제 1 항 또는 제 6 항에 있어서,

하기 화학식 E-a 내지 E-c로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,

R⁰는 제 6 항에서 정의된 바와 같다.
제 6 항에 있어서,

화학식 Ⅱa 내지 Ⅱg로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 하나 이상을 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,

R⁰는 제 6 항에서 정의된 바와 같다.
제 1 항 또는 제 6 항에 있어서,

하기 화학식 D1 내지 D4로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 하나 이상을 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,

R⁰는 제 6 항에서 정의된 바와 같다.
제 1 항 또는 제 6 항에 있어서,

전체로서의 혼합물중에 화학식 1의 화합물의 비율이 0.01 내지 30중량%인 액정 매질.
제 1 항 또는 제 6 항에 있어서,

전체로서의 혼합물중에 화학식 1 및 1a, 1b 및/또는 1c의 화합물의 비율이 10중량% 이상인 액정 매질.
삭제
제 1 항 또는 제 6 항에 따른 액정 매질을 함유하는 전기-광학 액정 디스플레이.