KR101355763B1

KR101355763B1 - 액정 매질

Info

Publication number: KR101355763B1
Application number: KR1020087016460A
Authority: KR
Inventors: 멜라니에 클라젠-멤머; 폴커 라이펜라트
Original assignee: 메르크 파텐트 게엠베하
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2014-01-24
Also published as: KR20080077256A; US7785677B2; WO2007065693A1; ATE500311T1; US20080315157A1; JP2009518476A; CN101326263A; EP1957610B1; DE502006009029D1; JP5562557B2; DE102005058541A1; EP1957610A1; CN101326263B; DE112006002831A5

Abstract

본 발명은 하나 이상의 하기 화학식 I의 화합물을 포함하는, 극성 화합물의 혼합물계 액정 매질, 및 ECB, FFS 또는 IPS 효과에 기초한 능동 매트릭스 디스플레이에 대한 이의 용도에 관한 것이다:

화학식 I

상기 식에서,

R¹¹, R¹² 및 Z¹은 특허청구범위 제 1 항에서 정의된 의미를 갖는다.

Description

액정 매질{LIQUID-CRYSTALLINE MEDIUM}

본 발명은, 하나 이상의 하기 화학식 I의 화합물을 포함하는, 극성 화합물의 혼합물계 액정 매질에 관한 것이다:

상기 식에서,

R¹¹ 및 R¹²는 각각 서로 독립적으로, 치환되지 않거나, CN 또는 CF₃로 일치환되거나, 또는 할로겐으로 적어도 일치환된, 15개 이하의 C 원자를 갖는 알킬 또는 알케닐 라디칼을 나타내고, 추가적으로 이들 라디칼중의 하나 이상의 CH₂기가 O 원자가 서로 직접 연결되지 않도록 하는 방식으로 -O-, -S-,

, -C≡C-, -OC-O- 또는 -O-CO-에 의해 치환될 수 있으나, 단 라디칼 R¹¹ 및 R¹²중의 하나 이상은 2 내지 6개의 C 원자를 갖는 알케닐을 나타내고,

Z¹은 -CH=CH- 또는 단일 결합을 나타낸다.

이러한 유형의 매질은 특히 전기적 복굴절 제어(electrically controlled birefringence: ECB) 효과에 기초한 능동-매트릭스 어드레싱(active-matrix addressing) 특성을 갖는 전광 디스플레이 및 IPS(in-plane switching: IPS) 디스플레이용으로 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 매질은 바람직하게는 음성 유전 이방성(negative dielectric anisotropy)을 갖는다.

MVA(multi-domain vertical alignment)(예를 들면 문헌[Yoshide, H. et al., paper 3.1:"MVA LCD for Notebook or Mobile PCs...", SID 2004 International Symposium, Digest of Technical Papers, XXXV, Book I, pp. 6-9] 및 문헌[Liu, C.T. et al., Paper 15.1:"A 46-in TFT-LCD HDTV Technology...", SID 2004 International Symposium, Digest of Technical Papers, XXXV, Book II, pp. 750-753] 참조), 및 PVA(patterned vertical alignment)(예를 들면 문헌[Kim, Sang Soo, Paper 15.4:"Super PVA Sets New State-of-the-Art for LCD-TV", SID 2004 International Symposium, Digest of Technical Papers, XXXV, Book II, pp. 760-763] 참조) 방식에서 ECB 효과를 이용하는 디스플레이, 소위 VAN(vertically aligned nematic) 디스플레이는, 특히 텔레비전 용도에서 현재 가장 중요한 3가지 유형의 가장 최신의 액정 디스플레이, 즉 ASV(advanced super view) 디스플레이(예를 들면 문헌[Shigeta, Mitzuhiro and Fukuoka, Harofumi, paper 15.2:"Development of High Quality LCD TV", SID 2004 International Symposium, Digest of Technical Papers, XXXV, Book II, pp. 754-757] 참조), 및 IPS(in- plane switching) 디스플레이(예를 들면 문헌[Yeo, S.D., paper 15.3:"An LC Display for the TV Application", SID 2004 International Symposium, Digest of Technical Papers, XXXV, Book II, pp. 758 & 759] 참조), 및 오랜동안 공지된 TN(twisted namatic) 디스플레이 중의 하나처럼 자리매김하고 있다. 이러한 기술은 문헌[Souk, Jun, SID Seminar 2004, Seminar M-6:"Recent Advances in LCD Technology", Seminar Lecture Notes, M-6/1 to M-6/26, 및 Miller, Ian, SID Seminar 2004, Seminar M-7:"LCD-Television", Seminar Lecture Notes, M-7/1 to M-7/32]에서와 같이 일반적인 형태에서 비교된다. 현재의 ECB 디스플레이의 응답시간은 이미 오버드라이브(overdrive) 어드레싱 방법에 의해 상당히 개선되었지만(문헌[Kim, Hyeon Kyeong et al., paper 9.1:"A 57-in Wide UXGA TFT-LCD for HDTV Application", SID 2004 International Symposium, Digest of Technical Papers, XXXV, Book I, pp. 106-109] 참조), 특히 회색 색조의 스위칭에 대한 비디오-호환성 응답시간의 개선은 아직 만족스러운 정도까지는 해결되지 않은 문제점으로 남아 있다.

ASV 디스플레이와 유사하게, ECB 디스플레이는 음성 유전 이방성(△ε)을 갖는 액정 매질을 사용하는 반면, TN 디스플레이 및 모든 종래의 IPS 디스플레이는 현재까지도 양성 유전 이방성(positive dielectric anisotropy)을 갖는 액정 매질을 사용한다.

이러한 유형의 액정 디스플레이에서, 액정은 전압 인가시에 그의 광학적 성질이 가역적으로 변하는 유전체로서 사용된다.

전광 디스플레이 소자에 있어서의 이러한 효과의 산업적인 용도에서는 다양한 요건을 충족시키는 LC 상을 필요로 한다. 이때 특히 중요한 것은 습기, 공기 및, 열, 적외선, 가시광선 및 자외선 및 직류 및 교류 전기장과 같은 물리적인 영향에 대한 내화학성이다.

더욱이, 산업적으로 유용한 LC 상은 적합한 온도범위 및 낮은 점도에서 액정 메조상(mesophase)을 갖는 것이 필요하다.

특히, 디스플레이내에서의 액정 매질의 응답시간은 개선, 즉 감소되어야 한다. 이는 텔레비젼 또는 멀티미디어 용도의 디스플레이의 경우에 특히 중요하다. 응답시간을 개선하기 위하여, 과거에는 반복적으로 액정 매질의 회전점도(rotational viscosity)(γ₁)를 최적화려는, 즉 가능한 최저의 회전점도를 갖는 매질을 얻기 위한 방법이 제안되었다. 그러나, 여기에서 얻어진 결과는 많은 용도에 부적합하며, 따라서 다른 최적화 방법을 찾는 것이 필요하다.

현재까지 개시된 액정 메조상을 갖는 일련의 화합물중에, 이러한 모든 요건들을 충족하는 단일 화합물을 포함하는 것은 없다. 따라서, LC 상으로서 사용될 수 있는 물질을 수득하기 위해서는 일반적으로는 2 내지 25 가지, 바람직하게는 3 내지 18 가지 화합물의 혼합물을 제조한다. 그러나, 지금까지 상당한 음성 유전 이방성 및 적당한 장기 안정성을 갖는 액정 물질을 입수할 수가 없었기 때문에 이러한 방식으로는 최적의 상을 쉽게 제조할 수 없었다.

또한, 일반적인 디스플레이, 즉 상기 언급된 효과에 따른 디스플레이에서는, 운전 전압이 가능한 한 낮아야 하기 때문에, 일반적으로는 모두 동일한 부호의 유전 이방성을 갖고 가능한 한 최고치의 유전 이방성을 갖는 액정 화합물로 주로 이루어진 액정 매질이 사용된다. 일반적으로, 중성 화합물을 많아야 비교적 소량 사용하고, 매질에 대해 반대 부호의 유전 이방성을 갖는 화합물은 가능한 사용하지 않는다. 따라서, ECB 디스플레이용의 음성 유전 이방성을 갖는 액정 매질의 경우에는, 음성 유전 이방성을 갖는 화합물이 주로 사용된다. 일반적으로 사용되는 액정 매질은 주로, 또한 일반적으로 훨씬 더 실질적으로는 음성 유전 이방성을 갖는 액정 화합물로 구성된다.

매트릭스 액정 디스플레이(MLC 디스플레이)가 공지되어 있다. 각각의 픽셀의 개별적인 스위칭(individual switching)에 사용될 수 있는 비선형 소자는, 예를 들면, 능동 소자(active element)(즉, 트랜지스터)이다. 따라서, "능동 매트릭스(active matrix)"라는 용어는 하기의 2가지 유형을 구별하기 위해 사용된다:

1. 기판으로서의 실리콘 웨이퍼상의 MOS(metal oxide semiconductor, 금속 산화물 반도체) 트랜지스터

2. 기판으로서의 유리 플레이트상의 박막 트랜지스터(TFTs).

유형 1의 경우, 사용되는 전광 효과는 일반적으로 동적 산란(dynamic scattering) 또는 게스트-호스트(guest-host) 효과이다. 기판 물질로서 단결정 실리콘을 사용하면 디스플레이 크기가 제한되는데, 이는 다양한 부품-디스플레이의 모듈식 어셈블리가 접속부에서 문제를 발생시키기 때문이다.

바람직하고 보다 발전된 유형 2의 경우, 사용되는 전광 효과는 일반적으로 TN 효과이다.

이들 2가지 기술은 서로 다음과 같이 구별된다: 예를 들면, CdSe와 같은 반도체 화합물을 포함하는 TFTs, 또는 다결정성 또는 무정형 실리콘을 기재로 하는 TFTs. 특히 후자의 기술이 전세계적으로 사용되고 있다.

TFT 매트릭스는 디스플레이의 하나의 유리 플레이트의 내측에 적용되는 반면, 다른 하나의 유리 플레이트는 그의 내측상에서 투명 반대전극을 포함한다. 픽셀 전극의 크기를 비교하면, TFT는 매우 작으며, 실질적으로 이미지에 대한 부작용이 전혀 없다. 이러한 기술은 또한 필터 소자를 각각의 스위칭가능한 픽셀에 대향시키는 방식으로 적색, 녹색 및 청색 필터의 모자이크가 정렬된 전색성 디스플레이(fully colour-capable display)로 확장될 수도 있다.

지금까지 공지된 TFT 디스플레이는 일반적으로 전송시에 교차된 편광장치를 갖는 TN 셀로서 작동하는 백라이트이다.

본원에서 MLC 디스플레이라는 용어는 집적된 비선형 소자, 즉 능동 매트릭스를 갖는 특정의 매트릭스 디스플레이뿐만 아니라 배리스터(varistor) 또는 다이오드(MIM = metal-insulator-metal)와 같은 수동 소자를 갖는 디스플레이를 포함한다.

이러한 유형의 MLC 디스플레이는 자동차 또는 항공기 제조시의 TV 용도(예를 들면 포켓용 TV) 또는 고급-정보 디스플레이용으로 특히 적합하다. 콘트라스트의 각도 의존성 및 응답시간과 관련된 문제 이외에도, 또한 액정 혼합물의 불충분하게 높은 비저항으로 인하여 MLC 디스플레이에서 많은 어려움이 야기된다(문 헌[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, pp. 141 ff., Paris] 및 문헌[STROMER, M., Proc. Eurodisplay 84, Sept. 1984: Design of Thin Film Transistors for Matrix Addressing of Television Liquid Crystal Displays, pp. 145 ff., Paris] 참조). 저항이 감소하면, MLC 디스플레이의 콘트라스트는 열화된다. 일반적으로, 액정 혼합물의 비저항은 디스플레이의 내측 표면과의 상호작용으로 인하여 MLC 디스플레이의 수명을 저하시키기 때문에, 장시간의 작동시간에 걸쳐 허용될 수 있는 저항값을 가져야만 하는 디스플레이에 대해서는 높은 (초기) 저항이 매우 중요하다.

지금까지 개시된 MLC-TN 디스플레이의 단점은 이들의 비교적 낮은 콘트라스트, 비교적 높은 가시각(viewing-angle) 의존성, 및 이들 디스플레이내에서의 회색 색조 생성의 어려움 등이다.

따라서, 광범위한 작동온도 범위, 짧은 응답시간, 및 다양한 회색 색조를 생성시킬 수 있는 낮은 문턱전압과 동시에, 매우 높은 비저항을 갖는 MLC 디스플레이에 대한 많은 요구가 계속되고 있다.

본 발명은, 특히 ECB 또는 IPS 효과에 기초하고, 모니터 및 TV 용도에서 뿐만 아니라 휴대전화(mobile telephone) 및 네비게이션 시스템(navigation system) 용도에서, 상기 지시된 단점을 갖지 않거나 또는 그러한 단점이 더욱 감소되고, 동시에 매우 높은 비저항 값을 갖는 MLC 디스플레이를 제공하는데 그 목적이 있다. 특히, 휴대전화 및 네비게이션 시스템의 경우에는 이들이 또한 극고온 및 극저온에서도 작동할 수 있어야만 한다.

놀랍게도, 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 포함하는 네마틱 액정 혼합물이 이러한 디스플레이 소자내에 사용될 경우에 이러한 목적이 달성될 수 있음이 지금에서야 발견되었다. 이러한 액정 혼합물은 낮은 복굴절률(△n) 값에 의해 구별되며, 따라서 많은 것들 중에서도, 텔레비젼 세트, 컴퓨터(예를 들면 노트북 또는 데스크탑), 스위치보드(switchboard) 뿐만 아니라 도박기계(gambling machine), 및 예를 들면 시계, 계산기, 포켓용 전자 게임기, 체스 컴퓨터, 휴대용 데이터 저장장치(예를 들면 PDA(개인 휴대용 정보 단말기)), 또는 휴대전화 및 네비게이션 시스템의 전광 디스플레이의 스크린용으로 특히 적합하다.

따라서, 본 발명은 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 포함하는 극성 화합물의 혼합물계 액정 매질에 관한 것이다.

본 발명에 따른 혼합물은 70℃ 이상(≥70℃)의 등명점(clearing point), 매우 유리한 용량 문턱값(capacitive threshold value), 비교적 높은 값의 보유비(holding ratio) 및 그와 동시에 -30℃ 및 -40℃에서의 매우 양호한 저온 안정성을 갖는 매우 광범위한 네마틱 상 범위(nematic phase range)를 나타낸다. 낮은 △n 값으로 인하여, 본 발명에 따른 혼합물은 또한 낮은 회전 점성률 γ₁에 의해서도 구별된다.

본 발명에 따른 혼합물의 몇 가지 바람직한 실시태양이 하기에 나타나 있다:

(a) 화학식 I의 화합물에서, R¹¹은 바람직하게는 6개 이하의 C 원자를 갖는 알킬 또는 알케닐, 특히 직쇄 알킬, 바이닐, 1E-알케닐 또는 3E-알케닐을 나타낸다.

(b) R¹¹ 및/또는 R¹²가 알케닐을 나타내는 경우, 알케닐 라디칼은 같거나 다를 수 있다. R¹¹ 및/또는 R¹²가 알케닐 라디칼을 나타내는 경우, CH₂=CH, CH₃-CH=CH, C₃H₇-CH=CH, CH₂=CH-C₂H₅ 또는 CH₃-CH=CH-C₂H₅가 바람직하다.

(c) 1종, 2종, 3종, 4종 또는 그 이상, 바람직하게는 1종, 2종 또는 3종의 화학식 I의 화합물을 포함하는 액정 매질.

(d) 전체 혼합물중에서의 화학식 I의 화합물의 비율이 2중량% 이상, 바람직하게는 적어도 4중량%, 특히 바람직하게는 2 내지 20중량%인 액정 매질.

(e) 하기 화학식 IIA 및/또는 IIB의 화합물 하나 이상을 서로 독립적으로 추가로 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,

는

를 나타내고,

R²는 R¹¹의 의미를 갖고,

Z²는 단일 결합, -CH=CH- 또는 -CH₂CH₂-를 나타내고,

p는 1 또는 2를 나타내고,

L¹ 및 L²는 각각 서로 독립적으로 F, Cl, OCF₃, CF₃, CH₃, CH₂F, CHF₂를 나타내고, 바람직하게는 L¹=L²=F이며,

v는 1 내지 6을 나타낸다.

특히 바람직한 화학식 IIA의 화합물은 하기 화학식 IIA-1 내지 IIA-18의 화합물이다:

상기 식에서,

R² 및 v는 상기에서 지시된 의미를 갖는다.

화학식 IIA-1 및 IIA-2, 또한 화학식 IIA-3 및 IIA-4의 화합물이 특히 바람직하다. 화학식 IIA의 화합물에서, R²는 바람직하게는 직쇄 알킬 또는 알케닐, 바람직하게는 CH₂=CH, CH₃CH=CH, CH₂=CHCH₂CH₂, CH₃CH=CHC₂H₄, C₃H₇CH=CH, CH₃, C₂H₅, n- C₃H₇, n-C₄H₉, 및 n-C₅H₁₁을 나타낸다.

특히 바람직한 화학식 IIB의 화합물은 하기 화학식 IIB-1 내지 IIB-7의 화합물이다:

상기 식에서,

R² 및 v는 상기에서 지시된 의미를 갖는다.

화학식 IIB-1의 화합물이 특히 바람직하다. 화학식 IIB-1의 화합물에서, R²는 바람직하게는 직쇄 알킬을 나타낸다. 화학식 IIB의 화합물에서, R²는 바람직하게는 직쇄 알킬 또는 알케닐, 바람직하게는 CH₂=CH, CH₃CH=CH, CH₂=CHCH₂CH₂, CH₃CH=CHC₂H₄, C₃H₇CH=CH, CH₃, C₂H₅, n-C₃H₇, n-C₄H₉, 및 n-C₅H₁₁을 나타낸다.

상기 화학식 IIA 및 IIB의 화합물에서, Z²는 바람직하게는 단일 결합을 나타낸다.

(f) 화학식 I의 화합물과 동일하지 않은, 하나 이상의 하기 화학식 III의 화합물을 추가로 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,

R³¹ 및 R³²는 각각 서로 독립적으로 1 내지 12개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼을 나타내고, 이때 하나 이상의 CH₂ 기는 각각 서로 독립적으로, 치환되지 않거나, CN 또는 CF₃로 일치환되거나, 또는 할로겐으로 적어도 일치환된, 15개 이하의 C 원자를 갖는 알킬 또는 알케닐 라디칼로 치환될 수 있고, 추가적으로 이들 라디칼중의 하나 이상의 CH₂ 기는 서로 독립적으로 O 원자가 서로 직접 연결되지 않도록 하는 방식으로 -O-, -S-,

, -C≡C-, -OC-O- 또는 -O-CO-에 의해 치환될 수 있고,

는 각각 서로 독립적으로

또는

를 나타내고,

r은 0, 1 또는 2를 나타내고,

Z³¹ 및 Z³²는 각각 서로 독립적으로 단일 결합, -CH₂CH₂-, -C≡C-, -CH=CH-, -CF₂O-, -OCF₂-, -CF=CF-, -CF=CH-, -CH=CF-, -CH₂CF₂-, -CF₂CH₂-, -COO-, -OCO-, -CH₂O-, -OCH₂-, -(CH₂)₄-를 나타낸다.

(g) 전체 혼합물중에서의 화학식 IIA 및/또는 IIB의 화합물의 비율이 20중량% 이상인 액정 매질.

(h) 전체 혼합물중에서의 화학식 III의 화합물의 비율이 적어도 5중량%인 액정 매질.

(i) 하기 화학식 I1 및/또는 I2 중에서 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 액정 매질:

특히 바람직한 매질은 하기 화학식 I1a 내지 I1g 및 I2a 내지 I2h의 화합물로 이루어진 군중에서 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다:

화학식 I1a, I2a 및 I2c의 화합물이 특히 바람직하다.

(j) 하기 화학식 IIIa 내지 IIIq의 화합물중에서 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,

알킬 및 알킬^*는 각각 서로 독립적으로 1 내지 6개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼을 나타내고,

알콕시는 1 내지 6개의 C 원자를 갖는 직쇄 알콕시 라디칼을 나타내고,

알케닐 및 알케닐^*는 각각 서로 독립적으로 2 내지 6개의 C 원자를 갖는 직쇄 알케닐 라디칼을 나타낸다.

본 발명에 따른 매질은 특히 바람직하게는 화학식 IIIe의 화합물, 특히 하기 화학식의 화합물중에서 선택되는 화합물을 20중량% 초과, 특히 25중량% 초과, 매우 바람직하게는 30중량 이상의 양으로 포함한다.

상기 식에서,

n은 3, 4 또는 5이고,

R^e는 H 또는 CH₃를 나타낸다.

본 발명에 따른 매질은 바람직하게는 화학식 IIIa, 화학식 IIIb 및/또는 화학식 IIIe의 화합물 하나 이상을 포함한다.

특히 바람직한 화학식 IIIe 및 IIIf의 화합물을 하기에 열거한다:

(k) 2 내지 20중량%의 하나 이상의 화학식 I의 화합물 및 20 내지 80중량%의 화학식 IIA 및/또는 IIB의 화합물 하나 이상을 포함하거나 또는 이들로 이루어진 액정 매질.

(l) 하나 이상의 하기 화학식의 사환상(tetracyclic) 화합물을 추가로 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,

R⁷ 및 R⁸은 각각 서로 독립적으로 특허청구범위 제 1 항에서 R¹¹에 대해 지시된 의미중의 하나를 갖고,

w 및 x는 각각 서로 독립적으로 1 내지 6을 나타낸다.

(m) 하나 이상의 하기 화학식의 화합물을 추가로 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,

R¹³ 내지 R²⁸은 각각 서로 독립적으로 R¹¹에 대해 지시된 의미를 갖고;

z 및 m은 각각 서로 독립적으로 1 내지 6을 나타낸다.

(n) 하기 화학식 B-1 및/또는 B-2의 화합물 하나 이상을, 바람직하게는 3중량% 초과, 특히 5중량% 이상, 특히 바람직하게는 5 내지 25중량%의 양으로 추가로 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,

R²⁹ 및 R³⁰은 R¹¹에 대해 지시된 의미를 갖고;

m은 1 내지 6을 나타낸다.

(o) 하기 화학식 T-1 및/또는 T-2의 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,

R은 각각 1 또는 2 내지 6개의 C 원자를 갖는 알킬, 알케닐, 알콕시, 알킬알콕시 또는 알케닐옥시를 나타낸다.

(p) 하나 이상의 하기 화학식의 화합물을 바람직하게는 3중량% 초과, 특히 5중량% 이상, 더욱 특히 바람직하게는 5 내지 30중량%의 양으로 추가로 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,

R³¹ 및 R³²는 R¹¹에 대해 지시된 의미를 갖고,

R³³는 CH₃, C₂H₅ 또는 n-C₃H₇을 나타내고,

q는 1 또는 2를 나타낸다.

(q) 하기 화학식 N-1 내지 N-5의 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,

R^N1 내지 R^N10은 각각 서로 독립적으로 R¹¹에 대해 지시된 의미를 갖고,

혼합물중에서의 나프틸렌 화합물의 비율은 혼합물의 중량을 기준으로 2 내지 40중량%이다.

(r) 하기 화학식 O1 및/또는 O2의 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,

R⁴¹, R⁴², R⁵¹ 및 R⁵²는 R¹¹에 대해 지시된 의미를 갖는다.

화합물 O1 및/또는 O2의 비율은 혼합물을 기준으로 바람직하게는 5 내지 40중량%이다.

또한, 본 발명은, 유전체로서 특허청구범위 제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 따른 액정 매질을 함유함을 특징으로 하고, ECB 효과에 기초한 능동-매트릭스 어드레싱을 갖는 전광 디스플레이에 관한 것이다.

액정 혼합물은 바람직하게는 20℃에서 60K 이상의 네마틱상 범위 및 30mm² s^-1이하의 흐름 점도 ν₂₀를 갖는다.

본 발명에 따른 액정 혼합물은 약 -0.5 내지 -7.0, 특히 약 -2.0 내지 -4.0의 △ε(이때, △ε은 유전 이방성을 나타낸다)을 갖는다. 회전 점도 γ₁은 바람직하게는 180mPa.s, 미만, 특히 150mPa.s 미만이다.

액정 혼합물내에서의 복굴절률 △n은 일반적으로는 0.11 이하, 바람직하게는 0.06 내지 0.10, 특히 0.07 내지 0.10 사이이다.

본 발명에 따른 혼합물은, 예를 들면, VAN, MVA, (S)-PVA 및 ASV와 같은 모든 VA-TFT 용도에 적합하다. 이들은 또한 음(-)의 △ε를 갖는 IPS 및 프린지 필드 스위칭(fringe field switching: FFS) 용도에도 적합하다.

본 발명에 따른 디스플레이내의 네마틱 액정 혼합물은 일반적으로, 이들 스스로가 하나 이상의 개개의 화합물로 이루어진 2개의 성분 A 및 B를 포함한다.

성분 A는 확실히 음의 유전 이방성을 갖고, -0.5 이하의 유전 이방성을 갖는 네마틱상을 제공한다. 이는 바람직하게는 화학식 I, IIA 및/또는 IIB의 화합물을 포함한다.

성분 A의 비율은 바람직하게는 45 내지 100%, 특히는 60 내지 100% 사이이다.

성분 A의 경우, 바람직하게는 -0.8 이하의 △ε 값을 갖는 하나(또는 그 이상)의 개개 화합물(들)이 선택된다. 상기 값은, 전체 혼합물내에서 성분 A의 비율이 작을수록 더 큰 음의 값이어야 한다.

성분 B는 20℃에서, 현저한 네마틱성(nematogeneity) 및 30mm²·s^-1 이하, 바람직하게는 25mm²·s^-1 이하의 흐름 점도를 갖는다.

성분 B의 특히 바람직한 개개의 화합물은 20℃에서 18mm²·s^-1 이하, 바람직하게는 12mm²·s^-1 이하의 흐름 점도를 갖는 극저점도 네마틱 액정이다.

성분 B는 모노트로픽성(monotropically) 또는 에난티오트로픽성(enantiotropically) 네마틱이고, 스멕틱상을 전혀 갖고 있지 않으며, 매우 낮은 온도까지 액정 혼합물내에서 스멕틱상의 발생을 억제할 수 있다. 예를 들면, 높은 네마틱성을 갖는 다양한 물질이 스멕틱 액정 혼합물에 첨가된 경우, 이러한 물질의 네마틱성은 달성되는 스멕틱상의 억제의 정도를 통하여 비교될 수 있다.

다수의 적합한 물질이 문헌을 통하여 당업자들에게 공지되어 있다. 특히 바 람직한 것은 화학식 III의 화합물이다.

그 외에도, 이러한 액정상은 또한 18 가지 이상의 성분, 바람직하게는 18 내지 25 가지의 성분을 포함할 수도 있다.

이들 상은 바람직하게는 4 내지 15개, 특히는 5 내지 12개의 화학식 I, IIA 및/또는 IIB 및 임의로는 III의 화합물을 포함한다.

화학식 I, IIA 및/또는 IIB 및 III의 화합물 이외에도, 또한 다른 성분들이, 예를 들면 전체 혼합물의 45% 이하, 바람직하게는 35% 이하, 특히 10% 이하의 양으로 존재할 수도 있다.

다른 성분들은 바람직하게는 아즈옥시벤젠, 벤질리덴아닐린, 바이페닐, 터페닐, 페닐 또는 사이클로헥실 벤조에이트, 페닐 또는 사이클로헥실 사이클로헥세인카복실레이트, 페닐사이클로헥세인, 사이클로헥실바이페닐, 사이클로헥실사이클로헥세인, 사이클로헥실나프탈렌, 1,4-비스사이클로헥실바이페닐 또는 사이클로헥실피리미딘, 페닐다이옥세인 또는 사이클로헥실다이옥세인, 임의로 할로겐화된 스틸벤, 벤질 페닐 에터, 톨란 및 치환된 신남산 에스터 류로부터 선택되는 네마틱 또는 네마틱성 물질, 특히 공지된 물질중에서 선택된다.

이러한 유형의 액정상의 성분으로서 적합한 가장 중요한 화합물은 하기 화학식 IV를 특징으로 할 수 있다:

R⁹-L-G-E-R¹⁰

상기 식에서,

L 및 E는 각각, 1,4-이치환된 벤젠 및 사이클로헥세인 고리, 4,4'-이치환된 바이페닐, 페닐사이클로헥세인 및 사이클로헥실사이클로헥세인 시스템, 2,5-이치환된 피리미딘 및 1,3-다이옥세인 고리, 2,6-이치환된 니프탈렌, 다이하이드로나프탈렌 및 테트라하이드로나프탈렌, 퀴나졸린 및 테트라하이드로퀴나졸린에 의해 형성된 군중에서 선택되는 카보사이클릭 고리 시스템 또는 헤테로사이클릭 고리 시스템을 나타내고,

G는

또는 C-C 단일 결합을 나타내고,

Q는 할로겐, 바람직하게는 염소, 또는 -CN을 나타내고,

R⁹ 및 R¹⁰은 각각 18개 이하, 바람직하게는 8개 이하의 탄소원자를 갖는 알킬, 알케닐, 알콕시, 알카노일옥시 또는 알콕시카보닐옥시를 나타내거나, 또는 다르게는 이들 라디칼중의 하나가 CN, NC, NO₂, NCS, CF₃, OCF₃, F, Cl 또는 Br을 나타낸다.

대부분의 이들 화합물에서, R⁹ 및 R¹⁰은 서로 다르며, 이들 라디칼중의 하나는 일반적으로는 알킬기 또는 알콕시기이다. 제안된 치환체의 다른 변형체들도 또 한 통상적이다. 많은 이러한 물질 또는 이들의 혼합물은 상업적으로 입수가 가능하다. 이러한 물질은 모두 문헌에 공지된 방법으로 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 액정 혼합물은 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 하나 이상의 추가의 메소제닉 화합물과 혼합하여 제조한다.

본 발명에 따른 VA, IPS 또는 FFS 혼합물이 또한, 예를 들면, H, N, O, Cl 및 F가 상응하는 동위원소로 치환된 화합물을 포함할 수도 있다는 사실은 본 기술 분야의 전문가들에게 말할 필요도 없다.

본 발명에 따른 액정 디스플레이의 구조는, 예를 들면, EP-A 0 240 379 호에 기술되어 있는 바와 같은 통상적인 기하구조에 상응한다.

하기 예는 본 발명을 설명하려는 것이며, 본 발명을 제한하려는 것은 아니다. 상기 및 이하에서, 백분율은 중량%이며; 모든 온도는 섭씨(℃)를 나타낸다.

화학식 I의 화합물 이외에도, 본 발명에 따른 혼합물은 바람직하게는 하나 이상의 하기에 나타낸 화합물을 포함한다(이때, n 및 m = 1 내지 6; z = 1 내지 6):

본 발명에 따라 사용될 수 있는 액정 혼합물은 통상적인 방식으로 제조된다. 일반적으로, 더 적은 양으로 사용되는 성분들의 목적하는 양을, 유리하게는 승온에 서, 주요 성분을 구성하는 성분들중에 용해시킨다. 또한, 유기 용매, 예를 들면 아세톤, 클로로포름 또는 메탄올중에 용해된 성분의 용액들을 혼합한 다음, 혼합이완결된 후에 예를 들어 다시 증류하여 용매를 제거할 수도 있다.

유전체는 또한, 예를 들면, UV 흡수제, 산화방지제 및 유리 라디칼 소거제와 같은, 본 기술 분야의 전문가들에게 공지되고 문헌에 기술되어 있는 첨가제를 추가로 포함할 수도 있다. 예를 들면, 0 내지 15%의 다색성 염료, 안정화제 또는 키랄성 도펀트가 첨가될 수 있다.

예를 들면, 0 내지 15%의 다색성 염료가 첨가될 수 있고, 또한 전도성을 개선하기 위하여 전도성 염, 바람직하게는 에틸다이메틸도데실암모늄 4-헥스옥시벤조에이트, 테트라뷰틸암모늄 테트라페닐보라네이트 또는 크라운 에터의 복합 염(예를 들면 문헌[Haller et al., Mol. Cryst. Liq. Cryst. Volume 24, pages 249-258(1973)] 참조)이 첨가될 수 있거나, 또는 유전 이방성, 점도 및/또는 네마틱상의 얼라인먼트를 개선하기 위하여 다른 물질이 첨가될 수 있다. 이러한 유형의 물질은 예를 들면, DE-A 22 09 127 호, 22 40 864 호, 23 21 632 호, 23 38 281 호, 24 50 088 호, 26 37 430 호 및 28 53 728 호에 기술되어 있다.

하기 표 A는 본 발명에 따른 혼합물에 첨가될 수 있는 가능한 도펀트를 나타낸 것이다. 혼합물이 도펀트를 포함하는 경우, 이들 도펀트는 0.01 내지 4중량%, 바람직하게는 0.1 내지 1.0중량%의 양으로 사용된다.

예를 들면, 본 발명에 따른 혼합물에 첨가될 수 있는 안정화제가 하기 표 B에 나타나 있다(이때 n = 1 내지 12):

하기 예는 본 발명을 설명하려는 것이며, 본 발명을 제한하려는 것은 아니다. 상기 및 하기에서, 다음의 약어들이 사용된다:

V_o는 20℃에서의 용량형 문턱전압[V]을 나타낸다.

△n은 20℃ 및 589nm에서 측정된 광학 이방성을 나타낸다.

△ε은 20℃ 및 1 kHz에서의 유전 이방성을 나타낸다.

cl.p. 는 등명점(clearing point)[℃]을 나타낸다.

γ₁은 20℃에서 측정된 회전 점도[mPa.s]를 나타낸다.

LTS는 시험용 셀내에서 측정된 저온 안정성(네마틱상)을 나타낸다.

문턱 전압의 측정에 사용되는 디스플레이는, 20㎛ 분리되어 있는 2개의 평면-평행 외측 플레이트(two plane-parallel outer plate), 및 액정을 호메오트로픽으로 정렬시키는데 영향을 주는, 외측 플레이트의 내측상에 SE-1211(Nissan Chemicals 제품)의 상부 얼라인먼트 층을 갖는 전극 층을 갖는다.

모든 물성은 별도로 명백하게 지적되지 않는 한은 문헌[참조: "Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", status Nov. 1997, Merck KGaA, Germany]에 기술된 바와 같이 측정하며, 20℃의 온도를 적용한다.

본 출원에서 모든 % 데이터는 별도의 지적이 없는 한은 중량%이다.

혼합물 실시예

실시예 1

실시예 2

실시예 3

실시예 4

실시예 5

실시예 6

실시예 7

Claims

하나 이상의 하기 화학식 I의 화합물과 하나 이상의 하기 화학식 IIA 및/또는 IIB의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 음성 유전 이방성을 갖는 극성 화합물의 혼합물계 액정 매질:

화학식 I

상기 식에서,

R¹¹ 및 R¹²는 각각 서로 독립적으로, 치환되지 않거나, CN 또는 CF₃로 일치환되거나, 또는 할로겐으로 적어도 일치환된, 15개 이하의 C 원자를 갖는 알킬 또는 알케닐 라디칼을 나타내고, 추가적으로 이들 라디칼중의 하나 이상의 CH₂기는 O 원자가 서로 직접 연결되지 않도록 하는 방식으로 -O-, -S-,
, -C≡C-, -OC-O- 또는 -O-CO-에 의해 치환될 수 있으나, 단 라디칼 R¹¹ 및 R¹²중의 하나 이상은 2 내지 6개의 C 원자를 갖는 알케닐을 나타내고,

Z¹은 -CH=CH- 또는 단일 결합을 나타내고,

화학식 IIA

화학식 IIB

상기 식에서,

는

를 나타내고,

R²는 치환되지 않거나, CN 또는 CF₃로 일치환되거나, 또는 할로겐으로 적어도 일치환된, 15개 이하의 C 원자를 갖는 알킬 또는 알케닐 라디칼을 나타내고, 추가적으로 이들 라디칼중의 하나 이상의 CH₂기는 O 원자가 서로 직접 연결되지 않도록 하는 방식으로 -O-, -S-,
, -C≡C-, -OC-O- 또는 -O-CO-에 의해 치환될 수 있고,

Z²는 단일 결합, -CH=CH- 또는 -CH₂CH₂-를 나타내고,

p는 1 또는 2를 나타내고,

L¹ 및 L²는 각각 서로 독립적으로 F, Cl, OCF₃, CF₃, CH₃, CH₂F 또는 CHF₂를 나타내고,

v는 1 내지 6을 나타낸다.
삭제
제 1 항에 있어서,

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

화학식 III

상기 식에서,

R³¹ 및 R³²는 각각 서로 독립적으로, 치환되지 않거나, CN 또는 CF₃로 일치환되거나, 또는 할로겐으로 적어도 일치환된, 15개 이하의 C 원자를 갖는 알킬 또는 알케닐 라디칼을 나타내고, 추가적으로 이들 라디칼중의 하나 이상의 CH₂ 기는 O 원자가 서로 직접 연결되지 않도록 하는 방식으로 -O-, -S-,
, -C≡C-, -OC-O- 또는 -O-CO-에 의해 치환될 수 있고,

는 각각 서로 독립적으로

또는
를 나타내고,

r은 0, 1 또는 2를 나타내고,

Z³¹ 및 Z³²는 각각 서로 독립적으로 단일 결합, -CH₂CH₂-, -C≡C-, -CH=CH-, -CF₂O-, -OCF₂-, -CF=CF-, -CF=CH-, -CH=CF-, -CH₂CF₂-, -CF₂CH₂-, -COO-, -OCO-, -CH₂O-, -OCH₂- 또는 -(CH₂)₄-를 나타내고,

화학식 III의 화합물은 화학식 I의 화합물과 동일하지 않다.
제 1 항에 있어서,

1종, 2종, 3종, 4종 또는 그 이상의 화학식 I의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질.
제 1 항에 있어서,

전체 혼합물중에서의 화학식 I의 화합물의 비율이 2중량% 이상인 것을 특징으로 하는 액정 매질.
제 1 항에 있어서,

전체 혼합물중에서의 화학식 IIA 및/또는 IIB의 화합물의 비율이 20중량% 이상인 것을 특징으로 하는 액정 매질.
제 3 항에 있어서,

전체 혼합물중에서의 화학식 III의 화합물의 비율이 3중량% 이상인 것을 특징으로 하는 액정 매질.
제 1 항에 있어서,

하기 화학식 I1a 내지 I1g 및 I2a 내지 I2h의 화합물로 이루어진 군중에서 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:
제 1 항에 있어서,

화학식 IIA 및/또는 IIB의 화합물에서, L¹ 및 L²가 각각 불소를 나타내는 것을 특징으로 하는 액정 매질.
제 1 항에 있어서,

하나 이상의 화학식 I의 화합물 2 내지 20중량% 및 하나 이상의 화학식 IIA 및/또는 IIB의 화합물 20 내지 80중량%를 포함하거나 또는 이들로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 매질.
하나 이상의 화학식 I의 화합물을 하나 이상의 추가의 메조상 화합물과 혼합하는 것을 특징으로 하는, 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 따른 액정 매질의 제조 방법.
삭제
유전체로서 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 따른 액정 매질을 함유하는 것을 특징으로 하는, 전기적 복굴절 제어(ECB), 프린지 필드 스위칭(FFS) 또는 평면 정렬 스위칭(IPS) 효과에 기초한 능동 매트릭스 어드레싱 특성을 갖는 전광 디스플레이.
제 1 항에 있어서,

하나 이상의 하기 화학식 B-1 및/또는 B-2의 화합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

화학식 B-1

화학식 B-2

상기 식에서,

R²⁹ 및 R³⁰은 제 1 항의 R¹¹에 대해 지시된 의미를 갖고

m은 1 내지 6을 나타낸다.
제 1 항에 있어서,

하나 이상의 하기 화학식 IIA-1 내지 IIA-18의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

상기 식에서,

R² 및 v는 제 1 항에서 지시된 의미를 갖는다.
제 1 항에 있어서,

하나 이상의 하기 화학식 IIB-1 내지 IIB-7의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

상기 식에서,

R² 및 v는 제 1 항에서 지시된 의미를 갖는다.
제 1 항에 있어서,

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

상기 식에서,

알킬 및 알킬^*는 각각 서로 독립적으로 1 내지 6개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼을 나타내고,

알콕시는 1 내지 6개의 C 원자를 갖는 직쇄 알콕시 라디칼을 나타내고,

알케닐 및 알케닐^*는 각각 서로 독립적으로 2 내지 6개의 C 원자를 갖는 직쇄 알케닐 라디칼을 나타낸다.
제 1 항에 있어서,

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

상기 식에서,

R³¹ 및 R³²는 제 1 항의 R¹¹에 대해 지시된 의미를 갖고,

R³³는 CH₃, C₂H₅ 또는 n-C₃H₇을 나타내고,

q는 1 또는 2를 나타낸다.
제 1 항에 있어서,

하나 이상의 하기 화학식 O1 및/또는 O2의 화합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

화학식 O1

화학식 O2

상기 식에서,

R⁴¹, R⁴², R⁵¹ 및 R⁵²는 제 1 항의 R¹¹에 대해 지시된 의미를 갖는다.