KR101362583B1

KR101362583B1 - 액정 매질

Info

Publication number: KR101362583B1
Application number: KR1020130119180A
Authority: KR
Inventors: 멜라니 클라센-멤머; 마티아스 브레머; 바바라 호넝; 볼프강 슈미트; 레이너 빈겐
Original assignee: 메르크 파텐트 게엠베하
Priority date: 2005-08-09
Filing date: 2013-10-07
Publication date: 2014-02-13
Also published as: KR101353230B1; JP2007092033A; US20070051920A1; CN1912052B; KR20130133715A; US7371437B2; KR20070018702A; DE502006002167D1; EP1752510A1; TWI319431B; TW200720408A; EP1752510B1; ATE415462T1; JP5202829B2; CN1912052A

Abstract

본 발명은 하나 이상의 하기 화학식 1의 화합물을 포함하는 극성 화합물들의 혼합물에 기초한 액정 매질; 및 VA, ECB, PALC, FFS 또는 IPS 효과에 기초한 능동 매트릭스 디스플레이를 위한 상기 화합물의 용도에 관한 것이다:
[화학식 1]

상기 식에서,
R¹¹ 및 R¹² 각각은 서로 독립적으로 H, 비치환되거나 CN 또는 CF₃에 의해 일치환되거나 또는 할로겐에 의해 적어도 일치환되는 15개 이하의 탄소원자를 갖는 알킬 또는 알케닐 라디칼이되, 상기 라디칼 중에서 하나 이상의 CH₂는 O원자가 서로 직접적으로 결합하지 않는 방식으로 -O-, -S-,

, -C≡C-, -CF₂O-, -OCF₂-, -OC-O- 또는 -O-CO-에 의해 대체될 수 있으며，

는 a) 하나 또는 두 개의 비인접 CH₂ 기가 -O- 또는 -S-에 의해 대체될 수 있는 1,4-사이클로헥세닐렌 또는 1,4-사이클로헥실렌 라디칼, b) 하나 또는 두 개의 CH기가 N에 의해 대체될 수 있는 1,4-페닐렌 라디칼, 또는 c) 피페리딘-1,4-디일, 1,4-바이사이클로[2.2.2]옥틸렌, 나프탈렌-2,6-디일, 데카하이드로나프탈렌-2,6-디일, 1,2,3,4-테트라하이드로나프탈렌-2,6-디일, 페난트렌-2,7-디일 및 플루오렌-2,7-디일로 구성되는 군으로부터 선택되는 라디칼이되, 라디칼 a), b) 및 c)는 할로겐에 의해 일- 또는 다-치환될 수 있다.

Description

액정 매질{LIQUID-CRYSTALLINE MEDIUM}

본 발명은 하나 이상의 하기 화학식 1의 화합물을 포함하는 극성 화합물들의 혼합물에 기초한 액정 매질에 관한 것이다:

화학식 1

상기 식에서,

R¹¹ 및 R¹²각각은 서로 독립적으로 H, 비치환되거나 CN 또는 CF₃에 의해 일치환되거나 또는 할로겐에 의해 적어도 일치환되는 15개 이하의 탄소원자를 갖는 알킬 또는 알케닐 라디칼이되, 상기 라디칼 중에서 하나 이상의 CH₂는 O원자가 서로 직접적으로 결합하지 않는 방식으로 -O-, -S-,

는 a) 하나 또는 두 개의 비인접 CH₂기가 -O- 또는 -S-에 의해 대체될 수 있는 1,4-사이클로헥세닐렌 또는 1,4-사이클로헥실렌 라디칼, b) 하나 또는 두 개의 CH기가 N에 의해 대체될 수 있는 1,4-페닐렌 라디칼, 또는 c) 피페리딘-1,4-디일, 1,4-바이사이클로[2.2.2]옥틸렌, 나프탈렌-2,6-디일, 데카하이드로나프탈렌-2,6-디일, 1,2,3,4-테트라하이드로나프탈렌-2,6-디일, 페난트렌-2,7-디일 및 플루오렌-2,7-디일로 구성되는 군으로부터 선택되는 라디칼이되, 라디칼 a), b) 및 c)는 할로겐(바람직하게는 하나 또는 두 개의 플루오르 원자)에 의해 일- 또는 다-치환될 수 있다.

이러한 유형의 매질은 특히 ECB 효과에 기초한 능동 매트릭스 어드레싱을 갖는 전광 디스플레이 및 IPS(인-플레인 스위칭) 디스플레이에 사용된다. 본 발명에 따른 매질은 음(negative)의 유전 이방성을 갖는 것이 바람직하다.

전기 제어 복굴절, 즉 ECB(electrically controlled birefringence) 효과 또는 DAP(정렬된 상의 변형; deformation of aligned phases) 효과의 원리는 1971년에 처음으로 기술되었다(쉬켈(M.F. Schieckel) 및 파렌션(K. Fahrenschon)의 문헌["Deformation of nematic liquid crystals with vertical orientation in electrical fields", Appl.Phys.Lett. 19(1971), 3912] 참조). 그후, 칸(J.F. Kahn)의 연구 문헌[Appl. Phys. Lett. 20(1972), 1130] 및 라브루니(G. Labrunie) 및 로버트(J. Robert)의 연구 문헌[J. Appl. Phys. 44(1973), 4869]이 뒤따랐다.

로버트 및 크렉(F. Clerc)의 연구 문헌[SID 80 Digest Techn. Papers (1980), 30], 두센(J. Duchene)의 연구 문헌[Displays 7 (1986), 3] 및 새드(H. Schad)의 연구 문헌[SID 82 Digest Tech, Papers(1982), 244]들은, ECB 효과에 기초한 고-정보 디스플레이 소자에 적합하게 사용되기 위해서는 액정상이 탄성 상수들 사이에서 높은 비(K₃/K₁), 높은 값의 광학 이방성(Δn) 및 -0.5 이하의 유전 이방성(Δε)을 가져야 한다는 것을 보여주고 있다. ECB 효과에 기초한 전광 디스플레이 소자는 호메오트로픽 가장자리 정렬(VA 기술-수직 정렬)을 갖는다. 유전적으로 음의 액정 매질은 또한 소위 IPS 효과를 사용하는 디스플레이에 사용될 수 있다.

전광 디스플레이 소자에서의 이런 효과의 산업적 사용은, 다수 요구조건들을 충족시켜야 하는 LC 상들을 필요로 한다. 습기, 공기 및 물리적 영향(예컨대, 열, 및 적외선, 가시광선 및 자외선 영역에서의 방사선, 및 직류 전계 및 교류 전계)에 대한 화학적 내성이 특히 중요하다.

또한, 산업적으로 사용될 수 있는 LC 상은 적합한 온도 범위에서의 액정 메소상(mesophase) 및 저점도를 가질 필요가 있다.

지금까지 개시된 액정 메소상을 갖는 일련의 화합물 중 어느 것도 상기의 모든 요구조건을 충족시키는 단일 화합물을 포함하지 않는다. 따라서 LC 상으로서 사용될 수 있는 물질을 수득하기 위해, 일반적으로, 2 내지 25개, 바람직하게는 3 내지 18개의 화합물의 혼합물이 제조된다. 그러나, 지금까지 상당한 음의 유전 이방성 및 적절한 장기간의 안정성을 갖는 액정 물질을 입수할 수 없었기 때문에 최적 상은 이런 방식으로 쉽게 제조되지 않았다.

매트릭스 액정 디스플레이(MLC 디스플레이)가 공지되어 있다. 개별 화소의 개별 스위칭에 사용될 수 있는 비선형 소자로는 예컨대 능동 소자(즉, 트랜지스터)가 있다. 이는 "능동 매트릭스"로서 지칭되며, 2개의 유형, 즉 1) 기판으로서의 규소 웨이퍼 상의 MOS(metal oxide semiconductor; 금속 산화물 반도체) 트랜지스터와, 2) 기판으로서의 유리판 상의 박막 트랜지스터(TFT)로 구별될 수 있다.

유형 1의 경우, 사용되는 전광 효과는 일반적으로 동적 산란 또는 게스트-호스트 효과이다. 다양한 부분-디스플레이의 모듈 어셈블리라도 연결부에서 문제점들을 야기시키기 때문에, 기판 물질로서 단결정 규소의 사용은 디스플레이의 크기를 한정하게 된다.

바람직하며 더욱 유망한 유형 2의 경우에는, 사용된 전광 효과가 통상 TN 효과이다.

화합물 반도체(예: CdSe)를 포함하는 TFT, 또는 다결정질 또는 무정형 규소를 기본으로 하는 TFT와 같은 2개의 구별되는 기술이 있다. 후자의 기술에 대한 집중적인 연구가 전세계적으로 실시되고 있다.

디스플레이의 하나의 유리판 내면에 TFT 매트릭스가 적용되는 한편, 다른 유리판은 그의 내면상에 투명한 상대전극을 갖는다. 화소 전극의 크기에 비해, TFT는 매우 작아서 실질적으로 이미지에 대해 어떠한 역효과도 주지 않는다. 이런 기술은, 또한 적색, 녹색 및 청색 필터의 모자이크가 각각 스위치가능한 화소에 마주보게 위치하는 방식으로 배열된 풀-칼라성 디스플레이에 확대 적용될 수 있다.

지금까지 기술된 TFT 디스플레이는 통상 전송시 교차 편광자를 갖는 TN 셀로서 작동하며, 이는 백라이팅된다.

본원에서 "MLC 디스플레이" 라는 용어는 집적 비선형 소자를 갖는 임의의 매트릭스 디스플레이, 즉 능동 매트릭스 이외에도, 배리스터(varistor) 또는 다이오드(MIM =metal-insulator-metal)와 같은 수동 소자를 갖는 디스플레이를 포함한다.

이런 유형의 MLC 디스플레이는 TV용(예컨대 포켓용 TV), 또는 자동차 또는 비행기 구조물에서의 고-정보 디스플레이에 특히 적합하다. 콘트라스트의 각도 의존성 및 반응 시간과 관련한 문제 이외에, MLC 디스플레이에서는 액정 혼합물의 불충분하게 높은 비저항으로 인한 어려움이 발생한다(도가시(TOGASHI, S.), 세키구치(SEKIGUCHI, K.), 다나베(TANABE, H.), 야마모토(YMAMOTO, E.), 소리마치(SORIMACHI, K.), 다지마(TAJIMA, E.), 와타나베(WATANABE, H.), 시미즈(SHIMIZU, H.)의 문헌[Proc. Eurodisplay 84, Sept. 1984: A 210-288 Matrix LCD Controlled by Double Stage Diode Rings, p. 141 ff, Paris] ; 스트로머(STROMER, M.)의 문헌 [Proc. Eurodisplay 84, Sept. 1984: Design of Thin Film Transistors for Matrix Addressing of Television Liquid Crystal Displays, p. 145 ff, Paris] 참조). 저항이 감소하면, MLC 디스플레이의 콘트라스트가 저하된다. 액정 혼합물의 비저항이 일반적으로 MLC 디스플레이의 내면과의 상호작용으로 인해 상기 MLC 디스플레이의 수명을 감소시키기 때문에, 높은(초기) 저항은, 오랜 작동기간에 걸쳐 높은 허용가능한 저항을 가져야 하는 디스플레이의 경우 매우 중요하다.

지금까지 기술된 MLC-TN 디스플레이의 단점에는, 이들의 비교적 낮은 콘트라스트, 비교적 높은 시인각 의존성 및 이러한 디스플레이에서의 회색 색조의 형성에 대한 어려움이 있었다.

따라서, 넓은 작동 온도 범위, 짧은 반응 시간 및 다양한 회색 색조가 형성될 수 있게 하는 낮은 임계 전압과 동시에 매우 높은 비저항을 갖는 MLC 디스플레이가 계속 요구되고 있다.

본 발명은 ECB 또는 IPS 효과를 기본으로 하고, 상술된 단점을 갖지 않거나 어느 정도 감소시킬 수 있으며, 동시에 매우 높은 비-저항값을 갖는, 모니터 및 TV용 뿐만 아니라 이동 전화 및 네비게이션 시스템을 위한 MLC 디스플레이를 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히, 이동 전화 및 네비게이션 시스템의 경우, 극히 높고 극히 낮은 온도에서 확실하게 작동해야 한다.

놀랍게도, 이러한 목적은, 하나 이상의 화학식 1의 화합물을 포함하는 네마틱 액정 혼합물이 이러한 디스플레이 소자에 사용되는 경우 달성될 수 있다는 것을 알게 되었다. 화학식 1의 화합물은 예를 들면 국제특허공개(WO) 제 2002/055463 호에 공지되어 있다.

본 발명에 따른 액정 매질을 사용하여 넓은 작동 온도 범위, 짧은 반응 시간 및 다양한 회색 색조가 생산될 수 있게 하는 낮은 임계 전압과 동시에 매우 높은 비저항을 갖는, 모니터 및 TV용 또는 이동 전화 및 네비게이션 시스템용 MLC 디스플레이가 제공된다.

따라서, 본 발명은 하나 이상의 화학식 1의 화합물을 포함하는 극성 화합물들의 혼합물을 기본으로하는 액정 매질에 관한 것이다.

본 발명에 따른 혼합물은 85℃ 이상의 등명점을 갖는 매우 넓은 네마틱 상 범위, 매우 유리한 전기 용량 임계 값, 비교적 높은 유지 비(holding ratio), 및 이와 동시에 -30℃ 및 -40℃에서의 매우 우수한 저온 안정성 및 매우 낮은 회전 점도를 보인다. 본 발명에 따른 혼합물은 또한 등명점과 회전 점도의 우수한 비율, 및 높은 음의 유전 이방성을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 혼합물의 몇몇 바람직한 실시양태는 다음과 같다:

a) 화학식 1의 화합물에서 R¹¹ 및/또는 R¹²이 바람직하게는 수소, 6개 이하의 탄소원자를 갖는 알킬, 알케닐 또는 알콕시이며; R¹¹ 및 R¹²는, 동일하거나 상이할 수 있는 알킬인 것이 특히 바람직하다. R¹²는 알콕시 또는 알케닐 옥시인 것이 특히 바람직하다.

b) 화학식 1에서 R¹¹이 직쇄 알킬, 바이닐, 1E-알케닐 또는 3-알케닐인 액정 매질.

R¹이 알케닐인 경우, CH₂=CH, CH₃-CH=CH, C₃H₇-CH=CH, CH₂=CH-C₂H₅, 또는 CH₃-CH=CH-C₂H₅가 바람직하다.

c) 1, 2, 3, 4 또는 그 이상, 바람직하게는 1 또는 2개의 화학식 1의 화합물을 포함하는 액정 매질.

d) 전체 혼합물에서 화학식 1의 화합물의 비율이 2중량% 이상, 바람직하게는 4중량% 이상, 특히 바람직하게는 2 내지 20중량%인 액정 매질.

e) 화학식 2a 및/또는 2b의 화합물 중 하나 이상을 추가로 포함하는 액정 매질:

[화학식 2a]

[화학식 2b]

(상기 식에서,

R²는 R¹¹에서 정의한 바의 의미를 가지며,

p는 1 또는 2이며,

v는 1 내지 6이다)

f) 하나 이상의 화학식 3의 화합물을 추가로 포함하는 액정 매질:

[화학식 3]

(상기 식에서,

R³¹ 및 R³²는 서로 독립적으로 12개 이하의 탄소원자를 갖는 직쇄의 알킬, 알케닐, 알콕시알킬 또는 알콕시 라디칼이며,

는

,

이며,

Z는 단일결합, -CH₂CH₂-, -CH=CH-, -CF₂O-, -OCF₂-, -CH₂O-, -OCH₂-, -COO-, -OCO-, -C₂F₄- 또는 -CF=CF-이다)

g) 혼합물 전체에서 화학식 2a 및/또는 2b의 화합물의 비율이 20중량% 이상인 액정 매질.

h) 혼합물 전체에서 화학식 3의 화합물의 비율이 5중량% 이상인 액정 매질.

i) 아그룹의 화학식 1a 내지 1i의 화합물 중에서 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 액정 매질:

[화학식 1a]

[화학식 1b]

[화학식 1c]

[화학식 1d]

[화학식 1e]

[화학식 1f]

[화학식 1g]

[화학식 1h]

[화학식 1i]

j) 화학식 3a 내지 3j의 화합물로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 추가적으로 포함하는 액정 매질:

[화학식 3a]

[화학식 3b]

[화학식 3c]

[화학식 3d]

[화학식 3e]

[화학식 3f]

[화학식 3g]

[화학식 3h]

[화학식 3i]

[화학식 3j]

(상기 식에서,

알킬 및 알킬^*는 서로 독립적으로 1 내지 6개의 탄소원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼이며,

알케닐 및 알케닐^*는 서로 독립적으로 2 내지 6개의 탄소원자를 갖는 직쇄 알케닐 라디칼이다)

본 발명에 따른 매질은 화학식 3a, 3b 및/또는 3e의 화합물 중 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.

특히 바람직한 화학식 3e 및 3f의 화합물은 다음과 같다:

본 발명에 따라 특히 바람직한 매질은 30 내지 60중량%, 바람직하게는 30 내지 50중량%의 화학식

,

및/또는

의 화합물을 포함한다.

k) 하나 이상의 화학식 1의 화합물 2 내지 20중량% 및 하나 이상의 화학식 2a 및/또는 2b의 화합물 20 내지 80중량%를 포함하거나 구성되며, 화학식 1의 화합물 및 화학식 2a 및/또는 2b의 화합물의 총량은 100중량% 이하인 액정 매질.

l) 하기 화학식을 갖는 하나 이상의 테트라사이클릭 화합물을 추가적으로 포함하는 액정 매질:

(상기 식에서,

R⁷ 및 R⁸은 각각 독립적으로 청구범위 제 1 항의 R¹¹에서 정의한 바의 의미 중 하나이며,

w 및 x 각각은 서로 독립적으로 1 내지 6이다)

n) 하기 화학식 4a 내지 4k의 화합물 중 하나 이상을 추가적으로 포함하는 액정 매질:

[화학식 4a]

[화학식 4b]

[화학식 4c]

[화학식 4d]

[화학식 4e]

[화학식 4f]

[화학식 4g]

[화학식 4h]

[화학식 4i]

[화학식 4j]

[화학식 4k]

(상기 식에서,

R¹³ 내지 R²²는 각각 서로 독립적으로 상기 R¹¹에서 정의된 바와 같은 의미를 가지며,

z 및 m은 각각 서로 독립적으로 1 내지 6이며,

R^E는 H, CH₃, C₂H₅ 또는 n-C₃H₇이며,

x는 0, 1, 2, 또는 3이다)

본 발명에 따른 매질은 알케닐 측쇄를 갖는 화학식 4b, 4c 및 4k의 화합물 중 하나 이상을 포함하는 것이 특히 바람직하다.

o) 하나 이상의 하기 화학식의 화합물을 바람직하게는 3중량% 초과, 특히 5중량% 이상, 매우 특히 바람직하게는 5 내지 25중량%로 추가적으로 함유하는 액정 매질:

(상기 식에서 R²³은 R¹¹에서 정의한 바와 같으며, m은 1 내지 6이다)

p) 하기 화학식 5a 내지 5u의 플루오르화 테르페닐 중 하나 이상을 추가적으로 포함하는 액정 매질:

[화학식 5a]

[화학식 5b]

[화학식 5c]

[화학식 5d]

[화학식 5e]

[화학식 5f]

[화학식 5g]

[화학식 5h]

[화학식 5i]

[화학식 5j]

[화학식 5k]

[화학식 5l]

[화학식 5m]

[화학식 5n]

[화학식 5o]

[화학식 5p]

[화학식 5q]

[화학식 5r]

[화학식 5s]

[화학식 5t]

[화학식 5u]

(상기 식에서,

R은 상기 R¹¹에서 정의된 바와 같다)

R은 1 내지 6의 탄소원자를 갖는 직쇄 알킬, 알콕시, 또는 알콕시알킬, 2 내지 6의 탄소원자를 갖는 알케닐 또는 알케닐옥시가 바람직하다. R은 메틸, 에틸, 프로필, 뷰틸, 펜틸, 헥실, 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 뷰톡시 또는 펜톡시가 바람직하다.

본 발명에 따른 매질은 화학식 5a 내지 5u의 테르페닐을 2 내지 30중량%, 특히 5 내지 20중량% 포함하는 것이 바람직하다.

화학식 5a, 5b, 5c 및 5u의 화합물이 특히 바람직하다. 이러한 화합물에서 R은 알킬, 또한 알콕시인 것이 바람직하며, 이들 각각은 1 내지 5개의 탄소원자를 갖는다.

테르페닐은 화학식 1, 2a, 2b, 및 3의 화합물과 함께 0.10 이상의 Δn을 갖는 혼합물에 바람직하게 사용된다. 바람직한 혼합물은 2 내지 20중량%의 테르페닐 및 5 내지 60중량%의 화학식 2a 및/또는 2b의 화합물을 포함한다.

q) 하나 이상의 화학식 6a 내지 6e의 바이페닐을 추가적으로 포함하는 액정 매질:

[화학식 6a]

[화학식 6b]

[화학식 6c]

[화학식 6d]

[화학식 6e]

(상기 식에서, 알킬, 알킬^*, 알케닐 및 알케닐^*은 상술한 정의를 갖는다)

전체 혼합물에서 화학식 6a 내지 6e의 바이페닐의 비율은 3중량% 이상, 특히 5중량 이상인 것이 바람직하다.

화학식 6a 내지 6e의 화합물 중에서, 화학식 6a 및 6d 화합물이 특히 바람직하다.

바람직한 바이페닐 화합물은 다음과 같다:

[화학식 6aa]

[화학식 6ba]

[화학식 6bb]

[화학식 6da]

[화학식 6bc]

(상기 식에서, 알킬^*는 상술된 의미를 갖는다)

특히, 본 발명에 따른 매질은 화학식 6aa 및/또는 6bc의 화합물의 군으로부터 선택된 화합물을 하나 이상 포함한다.

r) 하나 이상의 하기 화학식의 화합물을 바람직하게는 3중량% 초과, 특히 5중량% 이상, 매우 특히 바람직하게는 5 내지 25중량%의 양으로 추가적으로 포함하는 액정 매질:

(상기 식에서,

R²⁴ 내지 R²⁵는 R¹¹에서 정의된 바와 같으며,

R²⁶은 CH₃, C₂H₅ 또는 n-C₃H₇를 나타내며,

q는 1 또는 2이다)

s) 화학식 7a 내지 7u의 화합물 중 하나 이상을 바람직하게는 5중량% 이상, 특히 10중량% 이상으로 추가적으로 포함하는 액정 매질:

[화학식 7a]

[화학식 7b]

[화학식 7c]

[화학식 7d]

[화학식 7e]

[화학식 7f]

[화학식 7g]

[화학식 7h]

[화학식 7i]

[화학식 7j]

[화학식 7k]

[화학식 7l]

[화학식 7m]

[화학식 7n]

[화학식 7o]

[화학식 7p]

[화학식 7q]

[화학식 7r]

[화학식 7s]

[화학식 7t]

[화학식 7u]

(상기 식에서,

R 및 알킬은 상기에서 정의된 바와 같으며, p는 1 또는 2이다)

1개, 2개 또는 그 이상의 화학식 7a 내지 7m의 화합물 및 부가적으로 1개, 2개 또는 그 이상의 화학식 2a 및 2b의 화합물을 포함하는 매질이 특히 바람직하다. 이러한 유형의 혼합물은 바람직하게는 화학식 2a 및 2b의 화합물을 10중량% 이상으로 포함한다.

t) 화학식 8a 내지 8l의 화합물 중 하나 이상을 포함하는 액정 매질:

[화학식 8a]

[화학식 8b]

[화학식 8c]

[화학식 8d]

[화학식 8e]

[화학식 8f]

[화학식 8g]

[화학식 8h]

[화학식 8i]

[화학식 8j]

[화학식 8k]

[화학식 8l]

(상기 식에서,

R¹ 및 R²는 상기 R¹¹에서 정의된 바와 같은 의미를 가지며, R¹ 및 R² 각각은 서로 독립적으로 직쇄의 알킬, 또한 알케닐인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 바람직한 액정 매질은 예컨대 화학식 9a 내지 9e의 화합물과 같이, 테트라하이드로나프틸 또는 나프틸 단위를 함유하는 하나 이상의 물질을 포함한다:

[화학식 9a]

[화학식 9b]

[화학식 9c]

[화학식 9d]

[화학식 9e]

(상기 식에서,

R¹ 및 R² 각각은 서로 독립적으로 상기 R¹¹에서 정의된 바와 같은 의미를 가지며, 바람직하게는 직쇄의 알킬, 직쇄의 알콕시 또는 직쇄의 알케닐이며,

Z, Z¹ 및 Z² 각각은 서로 독립적으로 -C₂H₄-, -CH=CH-, -(CH₂)₄-, -(CH₂)₃O-, -O(CH₂)₃-, -CH=CHCH₂CH₂-, -CH₂CH₂CH=CH-, -CH₂O-, -OCH₂-, -COO-, -OCO-, -C₂F₄-, -CF=CF-, -CF=CH-, -CH=CF-, -CH₂- 또는 단일 결합을 나타낸다.

본 발명은 추가로 유전체로서 청구범위 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질을 함유하는 것을 특징으로 하는, ECB 효과에 기초한 능동 매트릭스 어드레싱을 갖는 전광 디스플레이에 관한 것이다.

액정 혼합물은 바람직하게는 60K 이상의 네마틱상 및 20℃에서 30mm²ㆍs^-1 이하의 유동 점도(υ₂₀)를 갖는다.

본 발명에 따른 액정 혼합물은 약 -0.5 내지 -8.0, 특히 약 -3.0 내지 -6.0의 유전 이방성(Δε)을 갖는다. 회전 점도 γ₁은 바람직하게는 200mPaㆍs 미만, 특히 170 mPaㆍs 미만이다.

액정 혼합물의 복굴절률(Δn)은 일반적으로 0.07 내지 0.16, 바람직하게는 0.08 내지 0.12이다.

본 발명에 따른 혼합물은 모든 VA-TFT 용도, 예컨대 VAN, MVA, (S)-PVA 및 ASV에 적합하다. 이러한 혼합물은 또한 음의 Δε의 IPS(인-플레인 스위칭; in-plane switching), FFS(프린지 필드 스위칭; fringe field switching) 및 PALC 용도에 적합하다.

본 발명에 따른 디스플레이 중의 네마틱 액정 혼합물은 일반적으로 하나 이상의 개별 화합물들로 이루어진 2개의 성분 A 및 B를 포함한다.

성분 A는 상당한 음의 유전 이방성을 가지며, 상기 네마틱 상에 -0.5 이하의 유전 이방성을 부여한다. 화학식 1, 2a, 2b 및/또는 3의 화합물을 포함하는 것이 바람직하다.

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

성분 A에서, -0.8 이하의 Δε를 갖는 하나(또는 그 이상)의 개별 화합물이 선택되는 것이 바람직하다. 전체 혼합물중의 성분 A의 비율이 적을수록, 상기 값은 더욱 음(-)으로 되어야 한다.

성분 B는 탁월한 네마토게니티(nematogeneity), 및 20℃에서 30mm²ㆍs^-1 이하, 바람직하게는 25mm² ㆍs^-1 이하의 유동 점도를 갖는다.

성분 B의 특히 바람직한 개별 화합물은 20℃에서 18mm²ㆍs^-1 이하, 바람직하게는 12mm²ㆍs^-1 이하의 유동 점도를 갖는 극도로 낮은 점도의 네마틱 액정이다.

성분 B는 모노트로픽(monotropic) 또는 엔안티오트로픽(enantiotropic) 네마틱이며, 액정 혼합물 중에서 매우 낮은 온도에서 스멕틱 상이 생성되는 것을 막을 수 있다. 예를 들면, 스멕틱 액정 혼합물에 높은 네마토게니티의 다양한 물질이 첨가되면, 달성되는 스멕틱 상의 억제도를 통해 이들 물질의 네마토게니티를 비교할 수 있다.

다수의 적합한 물질은 당해 분야의 숙련자에게 문헌에 공지되어 있다. 화학식 3의 화합물이 특히 바람직하다.

또한, 이러한 액정 상은 18종 이상의 성분, 바람직하게는 18 내지 25종의 성분을 포함할 수 있다.

상기 액정 상은 화학식 1, 2a 및/또는 2b의 화합물 및 선택적으로 화학식 3의 화합물을 바람직하게는 4 내지 15종, 특히 5 내지 12종, 특히 바람직하게는 10종 미만으로 포함한다.

화학식 1, 2a 및/또는 2b의 화합물 및 화학식 3의 화합물 이외에, 다른 성분은 예컨대 전체 혼합물의 45중량% 이하, 바람직하게는 35중량% 이하, 특히 10중량% 이하의 양으로도 존재할 수 있다.

다른 성분은 바람직하게는 네마틱 또는 네마토제닉(nematogenic) 물질, 특히 아족시벤젠, 벤질리덴아닐린, 바이페닐, 테르페닐, 페닐 또는 사이클로헥실 벤조에이트, 페닐 또는 사이클로헥실 사이클로헥산카복실레이트, 페닐사이클로헥산, 사이클로헥실바이페닐, 사이클로헥실사이클로헥산, 사이클로헥실나프탈렌, 1,4-비스사이클로헥실바이페닐 또는 사이클로헥실피리미딘, 페닐- 또는 사이클로헥실다이옥산, 선택적으로 할로겐화된 스틸벤, 벤질 페닐 에테르, 톨란 및 치환된 신남산으로 이루어진 부류로부터 공지된 물질로부터 선택된다.

이런 유형의 액정 혼합물의 성분으로서 적합할 수 있는 가장 중요한 화합물은 하기 화학식 10을 특징으로 한다:

[화학식 10]

R⁹-L-G-E-R¹⁰

상기 식에서,

L 및 E은 각각 1,4-이치환된 벤젠 및 사이클로헥산 고리, 4,4'-이치환된 바이페닐, 페닐사이클로헥산 및 사이클로헥실사이클로헥산 시스템, 2,5-이치환된 피리미딘 및 1,3-다이옥산 고리, 2,6-이치환된 나프탈렌, 다이- 및 테트라하이드로나프탈렌, 퀴나졸린 및 테트라하이드로퀴나졸린으로 이루어진 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-, CF₂O-, -CF=CF-, -OCF₂-, -OCH₂-, -(CH₂)₄-, -(CH₂)₃O- 또는 C-C 단일결합이고,

Q는 할로겐, 바람직하게는 염소 또는 -CN이고,

R⁹ 및 R¹⁰은 각각 서로 독립적으로 18개 이하, 바람직하게는 8개 이하의 탄소원자를 갖는 알킬, 알케닐, 알콕시, 알카노일옥시 또는 알콕시카보닐옥시이거나, 또는 다르게는 이들중 하나의 라디칼 중 하나는 CN, NC, NO₂, NCS, CF₃, OCF₃, F, Cl 또는 Br이다.

이들 대부분의 화합물에서, R⁹ 및 R¹⁰는 서로 상이하며, 이들 라디칼중 하나는 통상 알킬 또는 알콕시기이다. 그러나, 제안된 치환기의 변형체도 또한 가능하다. 이러한 많은 물질 또는 이의 혼합물은 시판중이다. 이들 모든 물질은 문헌으로부터 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다.

당해 분야의 숙련자에게는, 본 발명에 따른 VA, IPS, FFS, 또는 PALC 혼합물이 또한 예컨대 H, N, O, Cl 또는 F가 이에 상응하는 동위원소에 의해 대체된 화합물을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다.

본 발명에 따른 액정 디스플레이의 구조는 예컨대 유럽특허공개(EP-A) 제 0 240 379 호에 기술된 바와 같은 통상의 기하 형태에 상응한다.

하기 실시예는 본 발명에 대한 어떠한 제한없이 본 발명을 예시하고자 하는 것이다. 상기 및 하기에서 백분율은 중량%이며, 모든 온도는 ℃이다.

화학식 1의 화합물 이외에, 본 발명에 따른 액정 혼합물은 아래에 언급되는 화합물을 하나 이상 포함하는 것이 바람직하다.

하기 약자가 사용된다:

(n, m, z 각각은 서로 독립적으로 1, 2, 3, 4, 5 또는 6이다)

본 발명에 따라 사용될 수 있는 액정 혼합물은 통상의 공지된 방법에 따라 제조된다. 일반적으로, 더욱 작은 양으로 사용되는 성분의 바람직한 함량은 유리하게는 승온에서 주요 구성성분을 구성하는 성분에 용해된다. 또한, 예를 들면 아세톤, 클로로포름 또는 메탄올과 같은 유기 용매 중에서 성분들의 용액을 혼합하고, 철저한 혼합 후 용매를 예를 들면 증류에 의해 다시 제거하는 것이 가능하다.

유전체는 또한 당해 분야의 숙련자에게 공지되어 있고 문헌에 기술되고 있는 추가의 첨가제, 예를 들면 UV 흡광제, 항산화제 및 유리 라디칼 스캐빈저를 추가로 포함할 수 있다.

예를 들면, 다색성 염료가 0 내지 15%로 첨가될 수 있고, 또한 전도성을 개선시키기 위해 도체성 염, 바람직하게는 에틸다이메틸도데실암모늄 4-헥속시벤조에이트, 테트라부틸암모늄 테트라페닐보레이트 또는 크라운 에테르의 착체 염(예컨대, 할러(Haller) 등의 문헌[Mol. Cryst. Liq. Cryst. Volume 24, pages 249-258(1973)] 참조)이 첨가될 수 있거나, 또는 네마틱 상의 유전 이방성, 점도 및/또는 정렬을 개질시키기 위한 물질이 첨가될 수 있다. 이러한 유형의 물질은 예컨대 독일특허공개(DE-A) 제 22 09 127 호, 제 22 40 864 호, 제 23 21 632 호, 제 23 38 281 호, 제 24 50 088 호, 제 26 37 430 호 및 제 28 53 728 호에 기술되어 있다.

하기 표 1는 본 발명에 따른 혼합물에 첨가될 수 있는 가능한 도판트를 보여준다. 만일 혼합물이 도판트를 포함한다면, 이것은 0.01 내지 4중량%, 바람직하게는 0.1 내지 1.0중량%의 양으로 사용된다.

본 발명에 따른 혼합물에 첨가될 수 있는 안정화제는 하기 표 2에 기술되어 있다.

하기 실시예는 본 발명에 대한 어떠한 제한없이 본 발명을 설명하고자 하는 것이다. 상기 및 하기에서 다음의 약어가 사용되었다:

V₀는 20℃에서의 역치 전압[V]을 의미한다.

Δn는 20℃ 및 589nm에서 측정된 광학 이방성(복굴절율)이다.

Δε는 20℃ 및 1kHz에서의 유전 이방성을 의미한다.

cl.p.는 등명점[℃]을 의미한다.

γ₁ 는 20℃에서 측정된 회전 점도[mPa·s]를 나타낸다.

K₁는 20℃에서의 탄성 상수, "스플레이" 변형력[pN]을 나타낸다.

K₃는 20℃에서의 탄성 상수, "굴곡" 변형력[pN]을 나타낸다.

LTS는 시험 셀에서 측정된 저온 안정성(네마틱상)을 나타낸다.

역치 전압을 측정하는데 사용된 디스플레이는 20㎛ 간격으로 분리된 2개의 평행한 외부 판, 및 상기 외부 판의 내면을 SE-1211(니산 케미칼스(Nissan Chemicals)의 정렬층으로 덮는 전극층을 갖되, 이는 액정 분자의 호메오트로픽 정렬을 생성시킨다.

혼합물 실시예

실시예 1

실시예 2

실시예 3

실시예 4

실시예 5

실시예 6

Claims

하나 이상의 하기 화학식 1의 화합물을 포함하고,
화학식 1

하기 화학식 3e-1 내지 3e-4 및 3f-1 내지 3f-5의 화합물 중 하나 이상을 추가로 포함하는 극성 화합물들의 혼합물에 기초한 액정 매질:
화학식 3e-1

화학식 3e-2

화학식 3e-3

화학식 3e-4

화학식 3f-1

화학식 3f-2

화학식 3f-3

화학식 3f-4

화학식 3f-5

상기 식에서,
R¹¹ 및 R¹² 각각은 서로 독립적으로 H, 비치환되거나 CN 또는 CF₃에 의해 일치환되거나 또는 할로겐에 의해 적어도 일치환되는 15개 이하의 탄소원자를 갖는 알킬 또는 알케닐 라디칼이되, 상기 라디칼 중에서 하나 이상의 CH₂는 O원자가 서로 직접적으로 결합하지 않는 방식으로 -O-, -S-,
, -C≡C-, -CF₂O-, -OCF₂-, -OC-O- 또는 -O-CO-에 의해 대체될 수 있으며，

는 a) 하나 또는 두 개의 비인접 CH₂ 기가 -O- 또는 -S-에 의해 대체될 수 있는 1,4-사이클로헥세닐렌 또는 1,4-사이클로헥실렌 라디칼, b) 하나 또는 두 개의 CH기가 N에 의해 대체될 수 있는 1,4-페닐렌 라디칼, 또는 c) 피페리딘-1,4-디일, 1,4-바이사이클로[2.2.2]옥틸렌, 나프탈렌-2,6-디일, 데카하이드로나프탈렌-2,6-디일, 1,2,3,4-테트라하이드로나프탈렌-2,6-디일, 페난트렌-2,7-디일 및 플루오렌-2,7-디일로 구성되는 군으로부터 선택되는 라디칼이되, 라디칼 a), b) 및 c)는 할로겐에 의해 일- 또는 다-치환될 수 있고,
상기 화학식 3e-1 내지 3e-4에서, 알킬은 서로 독립적으로 1 내지 6개의 탄소원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼이다.
제 1 항에 있어서,
화학식 2a 및/또는 2b의 화합물 중 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:
화학식 2a

화학식 2b

상기 식에서,
R²는 비치환되거나 CN 또는 CF₃에 의해 일치환되거나 또는 할로겐에 의해 적어도 일치환되는 15개 이하의 탄소원자를 갖는 알킬 또는 알케닐 라디칼이되, 상기 라디칼 중에서 하나 이상의 CH₂는 O원자가 서로 직접적으로 결합하지 않는 방식으로 -O-, -S-, -◇-, -C≡C-, -CO-, -CO-O-, -OC-O- 또는 -O-CO-O-에 의해 대체될 수 있으며，
p는 1 또는 2이며,
v는 1 내지 6이다.
제 1 항에 있어서,
하나 이상의 하기 화학식 3의 화합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:
화학식 3

상기 식에서,
R³¹ 및 R³²는 서로 독립적으로 12개 이하의 탄소원자를 갖는 직쇄의 알킬, 알케닐, 알콕시알킬 또는 알콕시 라디칼이며,

는
,
이며,
Z는 단일결합, -CH₂CH₂-, -CH=CH-, -CF₂O-, -OCF₂-, -CH₂O-, -OCH₂-, -COO-, -OCO-, -C₂F₄- 또는 -CF=CF-이다.
제 1 항에 있어서,
화학식 1의 화합물을 1종, 2종, 3종, 4종 또는 그 이상으로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질.
제 1 항에 있어서,
전체 혼합물에서 화학식 I의 화합물의 비율이 2중량% 이상인 것을 특징으로 하는 액정 매질.
제 1 항에 있어서,
전체 혼합물에서 화학식 2a 및/또는 2b의 화합물의 비율이 20중량% 이상인 것을 특징으로 하는 액정 매질.
제 3 항에 있어서,
전체 혼합물에서 화학식 3의 화합물의 비율이 3중량% 이상인 것을 특징으로 하는 액정 매질.
제 1 항에 있어서,
화학식 1a 내지 1i의 화합물 중에서 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:
화학식 1a

화학식 1b

화학식 1c

화학식 1d

화학식 1e

화학식 1f

화학식 1g

화학식 1h

화학식 1i

상기 식에서,
R¹¹ 및 R¹²는 제 1 항에서 정의된 바와 같은 의미를 갖는다.
제 1 항에 있어서,
하나 이상의 화학식 1의 화합물 2 내지 20중량%, 및 하나 이상의 화학식 2a 및/또는 2b의 화합물 20 내지 80중량%를 포함하며; 화학식 1의 화합물 및 화학식 2a 및/또는 2b의 화합물의 총량이 100중량% 이하인 것을 특징으로 하는 액정 매질.
유전체로서 제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 따른 액정 매질을 함유하는 것을 특징으로 하는, VA, ECB, PALC, FFS 또는 IPS 효과에 기초한 능동 매트릭스 어드레싱을 갖는 전광 디스플레이.
제 1 항에 있어서,
하기 화학식 3a 내지 3j의 화합물로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 추가적으로 포함하는 액정 매질:
화학식 3a

화학식 3b

화학식 3c

화학식 3d

화학식 3e

화학식 3f

화학식 3g

화학식 3h

화학식 3i

화학식 3j

상기 식에서,
알킬 및 알킬^*는 서로 독립적으로 1 내지 6개의 탄소원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼이며,
알케닐 및 알케닐^*는 서로 독립적으로 2 내지 6개의 탄소원자를 갖는 직쇄 알케닐 라디칼이고,
상기 화학식 3e는 제 1 항에 정의된 화학식 3e-1 내지 3e-4의 화합물을 포함하지 않고,
상기 화학식 3f는 제 1 항에 정의된 화학식 3f-1 내지 3f-5의 화합물을 포함하지 않는다.
제 1 항에 있어서,
하기 화학식 5a 내지 5u의 플루오르화 테르페닐 중 하나 이상을 추가적으로 포함하는 액정 매질:
화학식 5a

화학식 5b

화학식 5c

화학식 5d

화학식 5e

화학식 5f

화학식 5g

화학식 5h

화학식 5i

화학식 5j

화학식 5k

화학식 5l

화학식 5m

화학식 5n

화학식 5o

화학식 5p

화학식 5q

화학식 5r

화학식 5s

화학식 5t

화학식 5u

상기 식에서,
R은 제 1 항에서 R¹¹에 대해 정의된 바와 같고,
m은 1 내지 6이고,
(O)는 O 또는 직접적인 결합이다.
제 1 항에 있어서,
하기 화학식의 인단 화합물 중 하나 이상을 추가적으로 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,
R²⁴ 및 R²⁵는 제 1 항에서 R¹¹에 대해 정의된 바와 같고,
R²⁶은 CH₃, C₂H₅ 또는 n-C₃H₇이고,
q는 1 또는 2이다.
제 1 항에 있어서,
하기 화학식 7a 내지 7u의 화합물 중 하나 이상을 추가적으로 포함하는 액정 매질:
화학식 7a

화학식 7b

화학식 7c

화학식 7d

화학식 7e

화학식 7f

화학식 7g

화학식 7h

화학식 7i

화학식 7j

화학식 7k

화학식 7l

화학식 7m

화학식 7n

화학식 7o

화학식 7p

화학식 7q

화학식 7r

화학식 7s

화학식 7t

화학식 7u

상기 식에서,
R은 1 내지 6개의 탄소원자를 갖는 알킬 또는 알콕시이거나, 또는 2 내지 6개의 탄소원자를 갖는 알켄일, 알콕시알킬 또는 알켄일옥시이고,
알킬은 1 내지 6개의 탄소원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼이고,
(O)는 O 또는 직접적인 결합이고,
p는 1 또는 2이다.