KR101458637B1

KR101458637B1 - 액정 매질

Info

Publication number: KR101458637B1
Application number: KR1020070133319A
Authority: KR
Inventors: 아키히로 고지마; 후미오 시마노; 마코토 무라카미; 정희 성
Original assignee: 메르크 파텐트 게엠베하
Priority date: 2006-12-19
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2014-11-05
Also published as: JP5410016B2; JP2008266567A; KR20080057175A; EP1935962A1; US20080191166A1; TW200848498A; EP1935963B1; DE602007004705D1; US7803434B2; TWI460253B; CN101323786A; CN101323786B; EP1935963A1; ATE457339T1

Abstract

본 발명은 하기 화학식 I의 화합물 하나 이상 및 하기 화학식 I^*의 화합물 하나 이상을 함유하는, 음성 유전 이방성을 갖는 극성 화합물의 혼합물을 기본으로 한 액정 매질 및 전기-광학 디스플레이에서 이의 용도에 관한 것이다:

상기 식에서,

R¹, R², R^1* 및 R^2*는 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 8의 알킬 또는 알콕시이고, 이때 이들 라디칼중의 CH₂-기 하나 이상이 -CH=CH-로 대체될 수 있고;

는 서로 독립적으로

이되, 상기 고리 A, B 및 C중 하나 이상은

이고;

L¹ 내지 L⁴는 서로 독립적으로 Cl, F, CF₃ 또는 CHF₂이고, 바람직하게는 서로 독립적으로 F이고;

s는 0 또는 1이다.

Description

액정 매질{LIQUID-CRYSTALLINE MEDIUM}

본 발명은 특히 전기적으로 제어된 복굴절(ECB) 효과를 기본으로 한 수동 매트릭스 어드레싱을 갖는 전기-광학 디스플레이용의, 하기 화학식 I의 화합물 하나 이상 및 하기 화학식 I^*의 화합물 하나 이상을 함유하는, 네거티브 유전 이방성을 갖는 극성 화합물의 혼합물을 기본으로 한 액정 매질에 관한 것이다:

상기 식에서,

R¹, R², R¹ ^* 및 R² ^*는 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 8의 알킬 또는 알콕시이고, 이때 이들 라디칼중의 CH₂-기 하나 이상이 -CH=CH-로 대체될 수 있고;

는 서로 독립적으로

이되, 상기 고리 A, B 및 C중 하나 이상은

이고;

s는 0 또는 1이다.

전기적으로 제어된 복굴절 원리, 즉 ECB 효과 또는 DAP(정렬된 상의 변형) 효과가 1971년 처음으로 설명되었다(문헌[M.F. Schieckel and K. Fahrenschon, "Deformation of nematic liquid crystals with vertical orientation in electrical fields", Appl. Phys. Lett. 19(1971), 3912]). 제이.에프.칸(J.F. Kahn)(문헌[Appl. Phys. Lett. 20(1972), 1193]) 및 쥐. 라브뤼니(G. Labrunie)와 제이. 로버트(J. Robert)(문헌[J. Appl. Phys. 44(1973), 4869])의 논문이 그 뒤를 이었다.

제이. 로버트와 에프. 클레륵(F. Clerc)(문헌[SID 80 Digest Techn. Papers (1980), 30]), 제이. 듀첸(J. Duchene)(문헌[Displays 7(1986), 3]) 및 에이치. 샤드(H. Schad)(문헌[SID 82 Digest Techn. Papers (1982), 244])의 논문은 ECB 효과를 기본으로 한 높은-정보 디스플레이 소자에 사용하기 적합하도록, 액정 상은 탄성 계수 간의 비 K₃/K₁에 대해 높은 값, 광학 이방성 Δn에 대해 높은 값 및 유전 이방성 Δε에 대해 -0.5 내지 -5의 값을 가져야 한다고 제시하고 있다. ECB 효과를 기본으로 한 전기-광학 디스플레이 소자는 호메오트로픽(homeotropic) 가장자리 정렬을 갖는다.

전기-광학 디스플레이 소자에서 상기 효과의 산업적인 적용은 다양한 필요조건을 만족시켜야되는 LC 상을 필요로 한다. 여기서 특히 중요한 것은 습기, 공기 및 물리적 영향, 예컨대 열, 적외선, 가시광선 및 자외선과 같은 방사선, 및 직류 및 교류 전기장에 대한 내화학성이다. 또한, 산업적으로 사용될 수 있는 LC 상은 적합한 온도 범위 및 낮은 점도에서 액정 메소상을 가질 것을 요구한다.

지금까지 개시된 액정 메소상을 갖는 일련의 화합물 중 어느 것도 상기 조건을 모두 만족하는 단일 화합물을 포함하지 않았다. 따라서, 2 내지 25개, 바람직하게는 3 내지 18개의 화합물의 혼합물이 LC 상으로서 사용될 수 있는 물질을 얻기 위해 일반적으로 제조된다. 그러나, 상당히 음성인 유전 이방성 및 적당한 장기간의 안정성을 갖는 액정 물질을 지금까지는 이용할 수 없었기 때문에, 상기 방식으로 최적의 상을 쉽게 제조할 수 없었다.

매트릭스 액정 디스플레이(MLC 디스플레이)가 공지되어 있다. 개별 픽셀의 개별 스위칭을 위해 사용될 수 있는 비-선형 소자는 예를 들어, 능동 소자(즉, 트랜지스터)이다. 이어서, 용어 "능동 매트릭스"는 하기 두 개의 유형을 구분할 수 있는 경우 사용된다:

1. 기판으로서 규소 웨이퍼 상의 MOS(금속 산화물 반도체) 트랜지스터.

2. 기판으로서 유리 판 상의 박막 트랜지스터(TFT).

상기 유형 1에 있어서, 사용된 전기-광학 효과는 일반적으로 동적 산란 또는 게스트-호스트(guest-host) 효과이다. 다양한 부품-디스플레이의 모듈 어셈블리가 접합부에 문제를 야기하기 때문에, 기판 물질로서 단일-결정 규소의 사용은 디스플레이의 크기를 제한한다.

더욱 기대되는 유형 2(이는 바람직함)의 경우, 사용된 전기-광학 효과는 일반적으로 TN 효과이다. 두 개의 기술 사이에는 차이가 있다: 예컨대 CdSe와 같은 화합물 반도체를 포함하는 TFT, 또는 다결정질 또는 비정질 규소를 기본으로 한 TFT. 후자의 기술은 전세계적으로 집중적으로 연구되고 있다.

TFT 매트릭스를 디스플레이의 하나의 유리 판 내부에 적용하는 반면에, 다른 유리 판은 그 내부에 투명한 상대 전극을 갖는다. 픽셀 전극의 크기와 비교하여, TFT는 매우 작으며, 실질적으로 이미지에 악영향을 끼치지 않는다. 또한, 상기 기술은 완전하게 색-호환 이미지 디스플레이로 확장될 수 있는데, 상기 디스플레이의 적색, 녹색 및 청색 필터의 모자이크는 필터 소자가 각각 스위칭(switching)될 수 있는 픽셀에 반대되도록 정렬된다.

지금까지 개시된 TFT 디스플레이는 투과시 교차된 편광기를 지닌 TN 셀로서 일반적으로 작동되며, 후면 조명이다.

본원에서 용어 "MLC 디스플레이"는 집적된 비선형 소자를 지닌 임의 매트릭스 디스플레이(즉, 능동 매트릭스), 또한 예컨대 배리스터 또는 다이오드(MIM: 금속-절연체-금속)와 같은 수동 소자를 지닌 디스플레이를 포함한다.

이러한 유형의 MLC 디스플레이는 TV 용도(예를 들면, 포켓 TV), 또는 자동차 또는 항공기 구조에서의 높은-정보 디스플레이용에 특히 적합하다. 콘트라스트의 각 의존도 및 응답 시간에 관한 문제 외에도, 액정 혼합물의 부적당하게 높은 비저항 때문에 MLC 디스플레이에서도 또한 문제가 발생한다(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]). 저항이 감소하면서, MLC 디스플레이의 콘트라스트는 저하된다. 액정 혼합물의 비저항은 디스플레이의 내부 표면과의 상호작용으로 인해 MLC 디스플레이의 수명을 일반적으로 감소시키기 때문에, 긴 작동 기간에 걸쳐 허용될 수 있는 저항 값을 가져야 하는 디스플레이에 있어서 높은(최초) 저항이 매우 중요하다.

지금까지 개시된 MLC-TN 디스플레이의 단점은 이들의 비교적 낮은 콘트라스트, 비교적 높은 시야각 의존도 및 상기 디스플레이에서 그레이(grey) 음영의 생성의 어려움에 의한 것이다.

EP 0 474 062는 ECB 효과를 기본으로 한 MLC 디스플레이를 개시하고 있다. 본원에 기술된 LC 혼합물은 에스터, 에터 또는 에틸 가교를 함유하는 2,3-다이플루오로페닐 유도체를 기본으로 하고, 자외선에 노출 후 "전압 보유 비(HR)"에 대한 낮은 값을 갖고, 따라서 투사형(projection type) 디스플레이에 사용될 수 없다.

따라서, 생성될 수 있는 다양한 그레이 음영의 도움으로, 매우 높은 비저항을 가지는 동시에 넓은 작동-온도 범위, 짧은 응답 시간 및 낮은 임계 전압을 갖는 MLC 디스플레이에 대한 많은 요구가 계속되고 있다.

본 발명은 ECB 효과를 기본으로 하고, 상기 나타낸 단점을 가지지 않거나 단지 감소된 정도로 갖고, 동시에 매우 높은 비저항 값 및 매우 낮은 온도 안정성을 갖는 MLC 디스플레이, 특히 투사 디스플레이를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이는 하기 화학식 I의 화합물 하나 이상 및 하기 화학식 I^*의 화합물 하나 이상을 함유하는, 음성 유전 이방성을 갖는 극성 화합물의 혼합물을 기본으로 한 액정 매질에 의해 달성된다:

상기 식에서,

는 서로 독립적으로

이되, 상기 고리 A, B 및 C중 하나 이상은

이고;

s는 0 또는 1이다.

이제, 하나 이상의 화학식 I의 화합물 및 하나 이상의 화학식 I^*의 화합물을 함유하는 네마틱 액정 혼합물을 상기 디스플레이 소자에 사용하는 경우, 상기 목적을 달성할 수 있는 것으로 밝혀졌다.

따라서, 본 발명은 하기 화학식 I의 화합물 하나 이상 및 하기 화학식 I^*의 화합물 하나 이상을 함유하는, 음성 유전 이방성을 갖는 극성 화합물의 혼합물을 기본으로 한 액정 매질에 관한 것이다:

상기 식에서,

R¹, R², R¹ ^* 및 R² ^*는 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 8의 알킬 또는 알콕시이고, 이 때 이들 라디칼중의 CH₂-기 하나 이상이 -CH=CH-로 대체될 수 있고;

는 서로 독립적으로

이되, 상기 고리 A, B 및 C중 하나 이상은

이고;

s는 0 또는 1이다.

바람직한 양태는 하기이다:

a) 하기 화학식 Ia 내지 Ih의 화합물로 구성된 군에서 선택된 화합물 하나 이상, 특히 화학식 Ib 및/또는 Id의 화합물 하나 이상을 함유하는 매질:

알킬, 알킬^* 및 알콕시(=O-알킬)는 각 경우에서 탄소수 1 내지 6의 직쇄 잔기이다. 화학식 I 및 I^*에서 용어 "알켄일"은 탄소수 2 내지 7의 직쇄 및 분지된 알켄일 기를 포함한다. 직쇄 알켄일 기가 바람직하다. 추가로 바람직한 알켄일 기는 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. 이들 중 특히 바람직한 알켄일 기는 비닐, 1E-프로펜일, 1E-뷰텐일, 1E-펜텐일, 1E-헥센일, 1E-헵텐일, 3-뷰텐일, 3E-펜텐일, 3E-헥센일, 3E-헵텐일, 4-펜텐일, 4Z-헥센일, 4E-헥센일, 4Z-헵텐일, 5-헥센일, 6-헵텐일 등이다. 탄소수 5 이하의 알켄일 기가 특히 바람직하다.

b) 하기 화학식 I^*a 내지 I^*I의 화합물로 구성된 군에서 선택된 화합물 하나 이상을 함유하는 매질:

상기 식에서,

알킬 및 알킬^*은 상기 정의된 바와 같다.

바람직하게는, 화학식 I^*에서 L¹, L², L³ 및 L⁴는 각각 F이다. 바람직한 양태에서, 고리 A 및/또는 고리 B는

이다.

c) 하기 화학식 II의 화합물 하나 이상을 함유하는 매질:

상기 식에서,

R³ 및 R⁴는 상기 R¹ 및 R²에 정의된 바와 같고;

고리 D는

이고;

m은 0 또는 1이고;

X¹ 및 X²는 서로 독립적으로 F, Cl, OCF₃, OCHF₂ 또는 CF₃이다.

화학식 II에서, 고리 A는 바람직하게는

또는

이다. X¹ 및 X²는 바람직하게는 F이고, R³은 바람직하게는 알킬 또는 알켄일이다. R⁴는 바람직하게는 알킬 또는 알콕시이다.

d) 하기 화학식 III의 화합물 하나 이상을 추가로 함유하는 매질:

상기 식에서,

는 서로 독립적으로

이고;

R⁵ 및 R⁶은 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 8의 알킬 또는 알콕시이고, 이때 이들 라디칼중의 하나 이상의 CH₂-기는 -CH=CH- 또는 -O-로 대체될 수 있고;

m은 0, 1 또는 2이다.

화학식 III의 바람직한 화합물은 하기로 구성된 군에서 선택된다:

상기 식에서,

알킬 및 알킬^*은 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 직쇄 알킬 라디칼이다.

e) 혼합물을 전체로 하여 화학식 I의 화합물의 비율이 2 내지 45중량%인 매질.

f) 혼합물을 전체로 하여 화학식 I^*의 화합물의 비율이 5중량% 이상 내지 30중량%인 매질.

g) 혼합물을 전체로 하여 화학식 III의 화합물의 비율이 0 초과 내지 20중량%, 바람직하게는 5 내지 30중량%인 매질.

h) 하기 화학식 IIa 내지 IIv의 화합물로 구성된 군에서 선택된 화합물 하나 이상, 특히 화학식 IIa, IIb, IIc 또는 IId의 화합물 하나 이상을 함유하는 액정 매질:

상기 식에서,

알킬 및 알킬^*은 서로 독립적으로 C₁ _-6-알킬이고;

알켄일은 C₂ _-6-알켄일이고, 바람직하게는 CH₂=CH, CH₂=CHCH₂CH₂, CH₃CH=CHCH₂CH₂, CH₃CH=CH이다.

j) 하기 화학식 IIIa 내지 IIId의 화합물로 구성된 군에서 선택된 화합물 3개 이상을 함유하는 액정 매질:

상기 식에서,

알킬은 C₁ _-6-알킬이고;

R은 C₁ _-6-알킬, C₁ _-6-알콕시 또는 C₂ _-6-알켄일이고;

L은 H 또는 F이다.

k) 하기 화학식 IVa 내지 IVj의 화합물로 구성된 군에서 선택된 화합물 하나 이상을 함유하는 액정 매질:

상기 식에서,

R⁷ 및 R⁸은 상기 R¹에서 정의된 바와 같고;

L은 H, F 또는 Cl이다.

l) 화학식 I의 화합물 하나 이상 2 내지 45중량%,

화학식 I^*의 화합물 하나 이상 5 내지 30중량%,

화학식 II의 화합물 하나 이상 20 내지 85중량%,

화학식 III의 화합물 하나 이상 0 초과 내지 20중량%

를 본질적으로 포함하는 액정 매질.

m) 하기 화학식의 사환 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,

R⁸은 청구의 범위 제1항의 R¹에서 정의된 바와 같고;

w 및 x는 서로 독립적으로 1 내지 6을 나타낸다.

n) 하기 화학식의 화합물 하나 이상을 바람직하게는 3중량% 초과의 양으로, 특히 5중량% 이상의 양으로, 특히 바람직하게는 5 내지 25중량%의 양으로 추가로 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,

R²¹은 R¹에서 정의된 바와 같고;

m은 1 내지 6이다.

o) 하기 화학식 B-1 내지 B-4의 바이페닐 하나 이상을 추가로 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,

알킬 및 알킬^*은 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 직쇄 알킬이고;

알켄일 및 알켄일^*은 서로 독립적으로 탄소수 2 내지 6의 직쇄 알켄일 라디칼이다.

혼합물을 전체로 하여 화학식 B-1 내지 B-4의 바이페닐의 비율은 바람직하게는 3중량% 이상, 특히 5중량% 이상이다.

화학식 B-1 내지 B-4의 화합물중에서, 화학식 B-1 및 B-4의 화합물이 특히 바람직하다.

특히 바람직한 바이페닐은 하기이다:

본 발명에 따른 매질은 특히 바람직하게는 화학식 B-1a 및/또는 B-2c의 화합물 하나 이상을 포함한다.

p) 하기 화학식의 화합물 하나 이상을 바람직하게는 3중량% 초과의 양으로, 특히 5중량% 이상의 양으로, 특히 바람직하게는 5 내지 25중량%의 양으로 추가로 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,

R²²는 R¹에서 정의된 바와 같고;

R²³은 CH₃, C₂H₅ 또는 n-C₃H₇이고;

q는 1 또는 2이다.

q) 하기 화학식 Z-1 내지 Z-15의 화합물 하나 이상을 바람직하게는 5중량% 이상의 양으로, 특히 10중량% 이상의 양으로 추가로 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,

R 및 알킬은 상기 정의된 바와 같고;

p는 1 또는 2이다.

특히 바람직한 것은 화학식 Z-1 내지 Z-9의 화합물 하나, 둘 이상을 포함하고, 화학식 II의 화합물 하나, 둘 이상을 추가로 포함하는 매질이다. 이러한 유형의 혼합물은 바람직하게는 화학식 II의 화합물을 10중량% 이상으로 포함한다.

r) 하기 화학식 O-1 내지 O-12의 화합물로 구성된 군에서 선택된 화합물 하나 이상 을 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,

R¹ 및 R²는 청구의 범위 제1항에서 정의되는 바와 같고, 바람직하게는 R¹ 및 R²는 서로 독립적으로 직쇄 알킬이고, 더욱이 알켄일이다.

s) 본 발명에 따른 바람직한 액정 매질은 예를 들어 하기 화학식 N-1 내지 N-5의 화합물과 같은 테트라하이드로나프틸 또는 나프틸 단위체를 함유하는 물질 하나 이상을 포함한다:

상기 식에서,

R^1N 및 R^2N은 서로 독립적으로 R¹에서 정의된 바와 같고, 바람직하게는 직쇄 알킬, 직쇄 알콕시 또는 직쇄 알켄일이고;

Z, Z¹ 및 Z²는 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-, -CF₂O-, -OCF₂-, -CH₂- 또는 단일 결합이다.

t) 하기 화학식 BC의 다이플루오로벤조크로만 화합물 하나 이상을 바람직하게는 3 내지 20중량%의 양으로, 특히 3 내지 15중량%의 양으로 포함하는 바람직한 혼합물:

상기 식에서,

R^B1 및 R^B2는 서로 독립적으로 R¹에서 정의된 바와 같다.

특히 바람직한 화학식 BC의 화합물은 하기 화학식 BC-1 내지 BC-7의 화합물이다:

상기 식에서,

알킬 및 알킬^*은 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 직쇄 알킬 라디칼을 나타내고;

알켄일 및 알켄일^*은 서로 독립적으로 탄소수 2 내지 6의 직쇄 알켄일 라디칼을 나타낸다.

특히 바람직한 혼합물은 화학식 BC-2의 화합물 1, 2 또는 3개를 포함한다.

u) 하기 화학식 P의 화합물로 구성된 군에서 선택된 화합물 하나 이상을 추가로 함유하는 매질:

상기 식에서,

R¹ 및 R²는 청구의 범위 제1항에 정의되는 바와 같다.

화학식 P-1 내지 P-3에서, R¹은 바람직하게는 알킬이다. R²는 바람직하게는 알킬이다. "알킬"은 탄소수 1 내지 6의 직쇄 알킬이다. 화학식 P의 화합물은 바람직하게는 혼합물중에서 5 내지 35%의 양으로 사용된다.

또한, 본 발명은 유전체로서 상기 기술된 바와 같은 액정 매질을 함유하는 것을 특징으로 하는 ECB 효과를 기본으로 한 능동 또는 수동 매트릭스 어드레싱을 갖는 전기-광학 투사 디스플레이에 관한 것이다.

본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는 20℃ 이하 내지 70℃ 이상, 특히 바람직하게는 30℃ 이하 내지 80℃ 이상, 매우 특히 바람직하게는 40℃ 이하 내지 90℃ 이상의 네마틱 상을 갖는다.

본원에서 "네마틱 상을 갖는"이라는 용어는 낮은 온도에서 상응하는 온도에 서 스메틱 상 및 결정화가 관찰되지 않는 반면 네마틱 상으로부터 가열시 등명이 발생하지 않는 것을 의미한다. 저온에서 조사는 상응하는 온도에서 유동 점도계에서 수행되고 100시간 이상동안 전기-광학 적용에 상응하는 층 두께를 갖는 시험 셀에서 저장에 의해 확인된다.

상응하는 시험 셀에서 -20℃의 온도에서 저장 안정성이 1000시간 이상인 경우, 매질은 이 온도에서 안정한 것으로 간주된다. -30℃ 및 -40℃의 온도에서, 상응하는 시간은 각각 500시간 및 250시간이다. 높은 온도에서, 등명점은 모세관에서 통상적인 방법으로 측정된다.

바람직하게는, 액정 혼합물은 60K 이상의 네마틱 상 범위 및 20℃에서 30㎟·s^-1 이하의 유동 점도 υ₂₀을 가진다.

본 발명에 따른 액정 혼합물은 -0.5 내지 -8.0, 특히 -3.0 내지 -6.0의 Δε를 가지며, 여기서 Δε는 유전 이방성을 나타낸다. 바람직하게는, 회전 점도 γ₁은 200mPa·s 미만, 특히 170mPa·s 미만이다.

일반적으로, 액정 혼합물중 복굴절 Δn은 0.07 내지 0.25, 바람직하게는 0.08 내지 0.24이다.

본 발명에 따른 액정 매질은 음성 유전 이방성을 갖고 바람직하게는 2.0 이상 내지 4.5 이상의 상대적으로 높은 유전 이방성 절대값(|Δε|)을 갖는다.

본 발명에 따른 액정 매질은 상대적으로 작은 임계 전압(V₀) 값을 갖는다. 이는 바람직하게는 1.7V 내지 2.5V, 특히 바람직하게는 2.3V 이하, 매우 특히 바람 직하게는 2.2V 이하이다.

또한, 본 발명에 따른 액정 매질은 액정 셀에서 전압 보유 비에 대한 높은 값을 갖는다. 20℃에서 신선하게 충전된 셀에서, 이는 95% 이상, 바람직하게는 97% 이상, 특히 바람직하게는 99% 이상이고, 100℃에서 오븐에서 5분 후 셀에서 이는 90% 이상, 바람직하게는 93% 이상, 특히 바람직하게는 98% 이상이다.

일반적으로, 낮은 어드레싱 전압 또는 임계 전압을 갖는 액정 매질은, 높은 어드레싱 전압 또는 임계 전압을 갖는 액정 매질보다 더 낮은 전압 보유 비를 갖고, 역도 성립한다.

본 출원에서 "유전적인 양성 화합물"이라는 용어는 Δε>1.5인 화합물로 기재되고, "유전적인 중성 화합물"이라는 용어는 -1.5≤Δε≤1.5인 화합물이고, "유전적인 음성 화합물"이라는 용어는 Δε<-1.5인 화합물이다. 화합물의 유전 이방성은, 액정 호스트에서 화합물의 10%를 용해시키고 1kHz에서 호메오트로픽 및 수평(homogeneous) 표면 배향을 갖는 층 두께 20㎛의 시험 셀 하나 이상에서 각 경우에 생성된 혼합물의 용량을 측정함으로써 결정된다. 측정 전압은 전형적으로 0.5V 내지 1.0V이나, 조사된 각 액정 혼합물의 용량 임계치보다 항상 낮다.

유전적인 양성 화합물 및 유전적인 중성 화합물에 대해서는 ZLI-4792를, 유전적인 음성 화합물에 대해서는 ZLI-2857(둘다 독일의 메르크 카게아(Merck KGaA)로부터 입수가능)을 호스트 혼합물로서 사용한다. 조사될 각 화합물에 대한 값은 조사될 화합물의 첨가 후 호스트 혼합물의 유전 상수 변화및 사용된 화합물의 100% 농도로 외삽으로부터 수득된다. 조사될 화합물의 10%는 호스트 혼합물중에서 용해된다. 물질의 용해도가 이에 대해 너무 낮은 경우, 조사가 목적 온도에서 수행될 수 있을 때까지 농도를 단계적으로 2등분한다.

본 발명에서 모든 온도 값은 ℃이다.

본 발명에서, "임계 전압"이라는 용어는 명백히 달리 언급되지 않는다면, 프레데릭츠(Freedericks) 임계치로 공지되어 있는 용량 임계치(V₀)에 관한 것이다. 하기 실시예에서, 일반적이고 통상적으로 10% 상대 콘트라스트에 대한 광학 임계치(V₁₀) 또한 결정되고 인용된다.

전기-광학 특성, 예를 들어 임계 전압(V₀)(용량 측정) 및 광학 임계치(V₁₀)은 스위칭 거동과 같이 메르크 카게아에서 제조된 시험 셀에서 결정된다. 측정 셀은 소다-석회 유리 기판을 갖고, 서로 수직으로 문질러진 폴리이미드 정렬 층(SE-1211(희석액 ^**26(혼합 비 1:1)), 일본 소재의 니싼 케미칼스(Nissan Chemicals))을 갖는 ECB 또는 VA 배열로 제조된다. 투명한 실질적으로 정방형의 ITO 전극의 면적은 1㎠이다. 사용된 시험 셀의 층 두께는, 광학 지연이 (0.33±0.01)㎛인 방식으로 조사된 액정 혼합물의 복굴절에 따라 선택된다. 하나는 셀의 정면에 위치하고 하나는 셀의 뒤에 위치한 편광기는, 흡수 축을 갖고 서로 90°의 각을 형성하고 이들 축이 문지르는 방향에 평행한 각 근접 기판상에 존재한다. 층 두께는 통상적으로 약 4.0㎛이다. 셀은 대기압하에 모세관 작용을 사용하여 충전되고 밀봉되지 않은 상태로 조사된다.

달리 지시되지 않는 한, 키랄 도판트는 사용된 액정 혼합물에 첨가되지 않으나, 후자는 또한 이러한 유형의 도핑이 필요한 제품에 특히 적합하다.

시험 셀의 전기-광학 특성 및 응답 시간은 독일 칼스루헤(Karlsruhe) 소재의 오트로닉-멜커스(Autronic-Melchers)로부터의 DMS 301 측정 기구에서 20℃의 온도에서 결정된다. 사용된 어드레싱 파 모양은 60 Hz의 진동수를 갖는 직각파이다. 전압은 V_rms(실효값; root mean square)로서 인용된다. 응답 시간의 측정동안, 전압은 0V에서 광학 임계치 값의 2배(2V₁₀)로 증가되고 다시 되돌아간다. 인용된 응답 시간은 광도에서 각각의 총 변화의 90%가 도달될 때까지 전압 변화를 통과하는 전체 시간에 적용된다. 즉, τ_on≡t(0% 내지 90% 초과) 및 τ_off≡t(100% 내지 10% 초과)이고, 상기는 또한 각각의 지연 시간을 포함한다. 개개의 응답 시간이 어드레싱 전압에 의존적이기 때문에, 2개의 별도의 응답 시간의 합(∑=τ_on+τ_off) 또는 평균 응답 시간(τ_av _.=(τ_on+τ_off)/2) 또한 결과의 비교 정도를 향상시키기 위해 인용된다.

본 발명에 따른 혼합물은 모든 능동 및 수동 VA-TFT 적용, 예컨대 VAN, MVA, (S)-PVA 및 ASV에 적합하다. 또한, 이들은 음성 Δε의 IPS(인 플레인 스위칭(in plane switching)), FFS(프린지 필드 스위칭(fringe field switching)) 및 PALC 적용에 적합하다.

본 발명에 따른 디스플레이에서 네마틱 액정 혼합물은 일반적으로 별도의 화 합물 하나 이상으로 구성된 2개의 성분 A 및 B를 포함한다.

성분 A는 현저한 음성 유전 이방성을 갖고 -0.5 이하의 네마틱 상 유전 이방성을 제공한다. 이는 바람직하게는 화학식 I^* 및 II의 화합물을 포함한다.

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

성분 A에 있어서, -0.8 이하의 Δε 값을 갖는 개개의 화합물 하나 (이상)이 선택되는 것이 바람직하다. 이 값은 보다 음성이어야 하고, 혼합물을 전체로 하여 A의 비율이 보다 작아야 한다.

성분 B는 네마토제닉성을 갖고 20℃에서 유동 점도는 30mm²·s^-1 이하, 바람직하게는 25mm²·s^-1 이하이다.

성분 B에서 특히 바람직한 개개의 화합물은 유동 점도가 20℃에서 18mm²·s^-1 이하, 바람직하게는 12mm²·s^-1 이하인 극도로 낮은 점도의 네마틱 액정이다.

성분 B는 모노트로픽 또는 에난시오트로픽 네마틱이고, 스메틱 상을 갖지 않고 액정 혼합물에서 매우 저온으로 내려가는 스메틱 상의 발생을 방지할 수 있다. 예를 들어, 높은 네마토제닉성의 다양한 물질이 스메틱 액정 혼합물에 첨가되는 경우, 이들 물질의 네마토제닉성은 달성되는 스메틱 상의 억제 정도를 통해 비교될 수 있다.

다양한 적합한 물질은 문헌으로부터 당업자에게 공지되어 있다. 특히 바람직한 것은 화학식 III의 화합물이다.

또한, 이들 액정 상은 18개 초과의 성분, 바람직하게는 18 내지 25개 성분을 포함할 수도 있다.

상기 상은 화학식 I, I^* 및 II, 및 선택적으로 III의 화합물을 바람직하게는 4 내지 15개, 특히 5 내지 12개, 특히 바람직하게는 10개 미만으로 포함한다.

화학식 I, I^* 및 II의 화합물 외에도, 예를 들어 혼합물을 전체로 하여 45% 이하의 양으로, 바람직하게는 35% 이하, 특히 10% 이하의 양으로 다른 구성물 또한 존재할 수 있다.

바람직하게는, 다른 구성물은 네마틱 및 네마토제닉성 물질, 특히 공지된 물질, 즉 아족시벤젠, 벤질리덴아닐린, 바이페닐, 터페닐, 페닐 또는 사이클로헥실 벤조에이트, 페닐 또는 사이클로헥실 사이클로헥세인카복실레이트, 페닐사이클로헥세인, 사이클로헥실바이페닐, 사이클로헥실사이클로헥세인, 사이클로헥실나프탈렌, 1,4-비스사이클로헥실바이페닐 또는 사이클로헥실피리미딘, 페닐- 또는 사이클로헥실다이옥세인, 선택적으로 할로겐화된 스틸벤, 벤질 페닐 에터, 톨란 및 치환된 신남산 에스터로 구성된 군에서 선택된다.

상기 유형의 액정 상의 구성물로서 적합한 가장 중요한 화합물은 하기 화학식 X를 특징으로 할 수 있다:

[화학식 X]

R⁹-L-G-E-R¹⁰

상기 식에서,

L 및 E 각각은 1,4-이중치환된 벤젠 및 사이클로헥세인 고리, 4,4'-이중치환된 바이페닐, 페닐사이클로헥세인 및 사이클로헥실사이클로헥세인 시스템, 2,5-이중치환된 피리미딘 및 1,3-다이옥세인 고리, 2,6-이중치환된 나프탈렌, 다이- 및 테트라하이드로나프탈렌, 퀴나졸린 및 테트라하이드로퀴나졸린으로 구성된 군에서 선택된 카보사이클릭 또는 헤테로사이클릭 고리 시스템이고,

G는

이거나, C-C 단일 결합이되, Q는 할로겐, 바람직하게는 염소, 또는 -CN이고,

R⁹ 및 R¹⁰은 각각 18개 이하, 바람직하게는 8개 이하의 탄소 원자를 갖는 알킬, 알켄일, 알콕시, 알카노일옥시 또는 알콕시카보닐옥시이거나, 상기 라디칼 중 하나는 선택적으로 CN, NC, NO₂, SF₅, SCN, NCS, CF₃, OCF₃, F, Cl 또는 Br이다.

대부분의 상기 화합물에 있어서, R⁹ 및 R¹⁰은 서로 상이하며, 상기 라디칼 중 하나는 일반적으로 알킬 또는 알콕시 기이다. 제안된 치환기의 다른 변형은 통상적이다. 다수의 상기 물질 또는 이들의 혼합물 또한 시판된다. 모든 상기 물질은 문헌으로부터 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다.

당해 분야의 숙련자에게 말할 것도 없이, 본 발명에 따른 VA, IPS, FFS 또는 PALC 혼합물은, 예컨대 H, N, O, Cl 및 F가 상응하는 동위 원소에 의해 치환되는 화합물을 또한 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 액정 디스플레이의 구조는, 예컨대 유럽 특허 제 A 0 240 379 호에 기재된 일반적인 기하구조에 상응한다.

하기 실시예는 본 발명을 제한하지 않고 설명하고자 한다. 상기 및 하기에서, 퍼센트는 중량%이며, 모든 온도는 섭씨 온도를 나타낸다.

화학식 I 및 I^*의 화합물 외에도, 본 발명에 따른 화합물은 하기 제시된 화합물 중 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.

다음과 같은 약어가 사용된다(n, m 및 z는 서로 독립적으로 1, 2, 3, 4, 5 또는 6이다):

본 발명에 따라 사용될 수 있는 액정 혼합물은 통상적인 방식 그 자체로 제조된다. 일반적으로, 유리하게는 승온에서, 보다 적은 양으로 사용된 바람직한 양의 성분은 주요 구성물을 구성하는 성분 중에 용해된다. 또한, 유기 용매, 예컨대 아세톤, 클로로폼 또는 메탄올 중에 성분의 용액을 혼합하고, 예컨대 혼합 후 증류에 의해 다시 용매를 제거하는 것이 가능하다.

또한, 유전체는 당해 분야의 숙련자에게 공지되고 문헌에 기재된 추가의 부가제, 예컨대 UV흡수제, 산화방지제, 나노입자 및 유리-라디칼 소거제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 0 내지 15%의 다색 염료, 안정화제 또는 키랄 도판트가 첨가될 수 있다.

예를 들어, 0 내지 15%의 다색 염료를 첨가할 수 있고, 전도성을 증진시키기 위해 추가로 전도성 염, 바람직하게는 에틸다이메틸도데실암모늄 4-헥속시-벤조에이트, 테트라뷰틸암모늄 테트라페닐보라네이트 또는 크라운 에터의 착체 염(예를 들어, 문헌[Haller et al., Mol. Cryst. Liq. Cryst. Volume 24, p 249-258(1973)]을 참고)을 첨가할 수 있거나, 네마틱 상의 유전 이방성, 점도 및/또는 정렬을 개질시키기 위해 물질을 첨가할 수 있다. 상기 유형의 물질은, 예컨대 독일 특허 제 A 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 기재되어 있다.

하기 표 1은 본 발명에 따른 혼합물에 첨가될 수 있는 가능한 도판트를 제시하고 있다. 혼합물이 도판트를 포함하는 경우, 0.01 내지 4중량%, 바람직하게는 0.1 내지 1.0중량%의 양으로 사용된다.

예를 들어, 본 발명에 따른 혼합물에 첨가될 수 있는 안정화제는 하기 표 2에 제시되어 있다:

하기 실시예는 본 발명을 제한하지 않고 설명하고자 한다. 상기 및 하기에서, V₀은 20℃에서 임계 전압, 용량[V]을 나타내고, Δn은 20℃ 및 589nm에서 측정된 광학 이방성을 나타내고, Δε는 20℃ 및 1kHz에서 유전 이방성을 나타내고, cl.p.는 등명점[℃]을 나타내고, K₁은 20℃에서 "스플레이(splay)" 변형 유전 상수[pN]를 나타내고, K₃은 20℃에서 "벤드(bend)" 변형 유전 상수[pN]를 나타내고, γ₁은 20℃에서 측정된 회전 점도[mPa·s]를 나타내고, LTS는 시험 셀에서 결정된 낮은 온도 안정성(네마틱 상)을 나타낸다.

임계 전압의 측정을 위해 사용된 디스플레이는 액정의 호메오트로픽 정렬을 야기시키는, 20㎛ 분리된 두 개의 평면-평행한 외판(outer plate) 및 외판 내부에 SE-1211(니싼 케미칼스(Nissan Chemicals))의 정렬 층이 위치한 전극 층을 가진다.

하기 실시예는 수동 매트릭스 적용을 위한 VA 혼합물이다.

실시예 1

실시예 2

실시예 3

실시예 4

실시예 5

실시예 6

실시예 7

실시예 8

실시예 9

실시예 10

실시예 11

Claims

하기 화학식 I의 화합물 하나 이상 및 하기 화학식 I^*의 화합물 하나 이상을 함유하는, 음성 유전 이방성을 갖는 극성 화합물의 혼합물을 기본으로 한 액정 매질:

상기 식에서,

R¹, R², R^1* 및 R^2*는 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 8의 알킬 또는 알콕시이고, 이때 이들 라디칼중의 CH₂-기 하나 이상은 -CH=CH-로 대체될 수 있고;

는 서로 독립적으로
이되, 상기 고리 A, B 및 C중 하나 이상은
이고;

L¹ 내지 L⁴는 서로 독립적으로 Cl, F, CF₃ 또는 CHF₂이고;

s는 0 또는 1이다.
제 1 항에 있어서,

하기 화학식 II의 화합물 하나 이상을 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

상기 식에서,

R³ 및 R⁴는 제 1 항의 R¹ 및 R²에 대해 정의된 바와 같고;

고리 D는
이고;

m은 0 또는 1이고;

X¹ 및 X²는 서로 독립적으로 F, Cl, OCF₃, OCHF₂ 또는 CF₃이다.
제 2 항에 있어서,

하기 화학식 III의 화합물 하나 이상을 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

상기 식에서,

는 서로 독립적으로
이고;

R⁵ 및 R⁶은 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 8의 알킬 또는 알콕시이고, 이때 이들 라디칼중의 CH₂-기 하나 이상은 -CH=CH- 또는 -O-로 대체될 수 있고;

m은 0, 1 또는 2이다.
제 3 항에 있어서,

하기 화학식 IVa 내지 IVj의 화합물중 하나 이상을 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

상기 식에서,

R⁷및 R⁸은 제 1 항의 R¹에 대해 정의된 바와 같고;

L은 H, F 또는 Cl이다.
제 3 항에 있어서,

화학식 I, I^* 및 II의 화합물로 구성된 군에서 선택된 화합물 넷 이상 및 화학식 III의 화합물 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질.
제 2 항에 있어서,

화학식 II의 화합물이 하기 화학식 IIa 내지 IIv의 화합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

상기 식에서,

알킬 및 알킬^*은 서로 독립적으로 C_1-6-알킬이고;

알켄일은 C_2-6-알켄일이다.
제 6 항에 있어서,

화학식 IIa, IIb, IIc 또는 IId의 화합물 하나 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 액정 매질.
제 3 항에 있어서,

화학식 III의 화합물이 하기 화학식 IIIa 내지 IIId의 화합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

상기 식에서,

알킬은 C_1-6-알킬이고;

R은 C_1-6-알킬, C_1-6-알콕시 또는 C_2-6-알켄일이고;

L은 H 또는 F이다.
제 3 항에 있어서,

하나 이상의 화학식 I의 화합물 2 내지 45중량%,

하나 이상의 화학식 I^*의 화합물 5 내지 30중량%,

하나 이상의 화학식 II의 화합물 20 내지 85중량%, 및

하나 이상의 화학식 III의 화합물 0 초과 내지 20중량%

를 함유하고,

혼합물중에서 화학식 I, I^*, II 및 III의 화합물의 총량이 100중량% 이하인 것을 특징으로 하는 액정 매질.
화학식 I 및 I^*의 화합물을 추가의 메소겐 화합물과 혼합하는 것을 특징으로 하는, 제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 따른 액정 매질의 제조방법.
제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 따른 액정 매질을 유전체로서 함유하는 것을 특징으로 하는, 전기적으로 제어된 복굴절(ECB) 효과를 기본으로 한 능동 또는 수동 매트릭스 어드레싱을 갖는 전기-광학 디스플레이.
제 11 항에 있어서,

투사 디스플레이인 것을 특징으로 하는 전기-광학 디스플레이.
제 1 항에 있어서,

L¹ 내지 L⁴가 서로 독립적으로 F인 것을 특징으로 하는 액정 매질.