KR101533456B1 - 액정 매질 - Google Patents

Abstract

본 발명은 극성 화합물들의 혼합물을 기본으로 하는 액정 매질, 전광 목적을 위한 그의 용도, 및 상기 매질을 함유하는 디스플레이에 관한 것이다.

Description

액정 매질{LIQUID CRYSTAL MEDIUM}

본 발명은 액정 매질 및 상기 매질을 포함하는 액정 디스플레이, 특히 능동 매트릭스에 의해 어드레스되는 디스플레이 및 특히 광학 보상 벤드(OCB) 모드의 디스플레이에 관한 것이다.

저온 및 낮은 임계 전압(threshold voltage)에서조차 넓은 작동 온도 범위, 짧은 반응 시간과 동시에 매우 높은 비 저항을 갖는, 특히 매트릭스 유형의 액정 디스플레이(LCD)에 대한 요구가 크다. 특히, 트위스티드 네마틱(TN) 디스플레이 셀에서 하기의 이점들을 촉진시키는 상기 셀용 LC 매질이 요구된다:

-연장된 네마틱 상 범위(특히 저온까지)

-대단히 낮은 온도(옥외용, 자동차, 항공 전자 공학)에서의 스위칭 능력

-UV 조사에 대해 증가된 내성(보다 긴 유효 수명).

TV 및 모니터용의 경우, 빠른 반응 시간 및 낮은 임계 전압, 더욱 또한 양호한 저온 안정성(LTS)을 갖는 LC 매질이 요구된다. 또한, 스위칭 가능한 LC 층의 두께에 따라, 보통 또는 다소 높은 복굴절이 요구될 수도 있다.

특히 상기 OCB 모드는 TV용 LCD에 사용되며, 자동차 및 다른 휴대용 기기를 위한 디스플레이에의 적용이 구상된다. 본 발명에 따른 액정은 바람직하게는 상기 유형의 디스플레이에 사용된다.

이러한 디스플레이들에 대해서 개선된 성질들을 갖는 신규의 액정 매질이 요구된다. 특히 많은 유형의 용도를 위해 반응 시간을 개선시켜야 한다. 따라서, 보다 낮은 점도(η), 특히 보다 낮은 회전 점도(γ₁)를 갖는 액정 매질이 요구된다. 상기 회전 점도는, 100 ℃ 이상, 바람직하게는 110 ℃ 이상의 등명점을 갖는 매질의 경우 160 mPa·s 이하, 바람직하게는 155 mPa·s 이하, 특히 145 mPa·s 이하이어야 한다. 이러한 매개 변수 이외에, 상기 매질은 적합하게 넓은 범위의 네마틱 상을 나타내어야 하며, 적합한 복굴절(Δn) 및 그의 유전 이방성(Δε)은 상당히 낮은 작동 전압을 허용하기에 충분히 높아야 한다. 바람직하게는 Δε는 8 초과, 매우 바람직하게는 8.5 초과이어야 하나, 이는 적어도 상당히 높은 비 저항의 경우 유해할 것이므로, 바람직하게는 10 이하 및 특히 9 이하이어야 한다.

본 발명에 따른 디스플레이는 바람직하게는 능동 매트릭스(능동 매트릭스 LCD: AMD)에 의해, 바람직하게는 박막 트랜지스터(TFT)에 의해 어드레스된다. 그러나, 본 발명의 액정은 또한 다른 공지된 어드레싱 수단들과 함께 디스플레이에 유리하게 사용될 수 있다.

LCD 및 특히 OCB 디스플레이에 대한 액정 조성물의 용도는 예를 들어 JP 2001-72977(A) 및 JP 2003-327964(A)에 공지되어 있다. 그러나, 상기 조성물들은 그들의 물성과 관련하여 현저한 결점들을 갖는다. 이들 중 대부분은, 다른 결함들 중에서도 특히, 예를 들어 긴 반응 시간과 같이 불리한 LCD 성능의 원인이 되며, 또한 너무 낮은 값의 저항 및/또는 좁은 작동 온도 범위를 갖는다.

따라서, 실용적인 용도에 적합한 성질, 예를 들어 넓은 네마틱 상 범위, 네마틱-등방성 상 변화에 적합하게 높은 온도(등명점), 사용되는 디스플레이 모드에 따라 높은 광학 이방성 Δn, 비교적 높은 Δε 및 특히 낮은 점도를 갖는 액정 매질이 상당히 필요하다.

본 발명은 특히 TFT 유형의 경우와 같은 능동 매트릭시 디스플레이, 및 특히 OCB 디스플레이에 상기 언급한 단점들을 갖지 않거나 단지 감소된 정도로 가지며, 바람직하게는 동시에 매우 높은 비 저항, 낮은 임계 전압, 낮은 회전 점도, 높은 등명점을 갖는 넓은 네마틱 상 범위, 개선된 LTS 및 빠른 스위칭 시간을 갖는 LC 매질을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 전문가에게 이용 가능한 LC 매질의 풀(pool)을 연장시키는 것이다. 다른 목적들은 하기의 설명으로부터 바로 자명하다.

놀랍게도, 본 발명에 이르러 종래 기술의 물질의 결점들을 나타내지 않거나 또는 적어도 현저하게 적은 정도로 나타내며 OCB 디스플레이에 적용하기에 매우 적합한, 적합하게 높은 Δε, 적합한 상 범위, 및 Δn을 갖는 액정 매질이 실현될 수 있음을 발견하였다.

본 발명에 따른 LC 혼합물은 이용 가능한 매개변수 범위를 현저하게 확장시킬 수 있다. 특히, 상기 혼합물은 빠른 스위칭 시간, 낮은 임계 전압, 양호한 LTS, 높은 비 저항, 높은 UV 안정성 및 높은 용량 유지율(HR)을 갖는 것으로 밝혀졌다. 또한, 등명점, 회전 점도 γ₁, 적당히 높은 Δn, 및 비교적 높은 유전 이방성의 성취 가능한 조합들이 종래 기술로부터 공지된 물질들보다 우수하다.

따라서, 본 발명은

14 내지 20중량%의 하기 화학식 1의 화합물 2종 또는 3종,

임의로, 0 내지 5중량%의 하기 화학식 2의 화합물 1종,

15 내지 19중량%의 하기 화학식 3의 화합물 1종 또는 2종,

20 내지 23중량%의 하기 화학식 4의 화합물 2종,

임의로, 0 내지 7중량%의 하기 화학식 5의 화합물 1종,

11 내지 18중량%의 하기 화학식 6의 화합물 1종 또는 2종,

5 내지 7중량%의 하기 화학식 7의 화합물 1종,

임의로, 0 내지 5중량%의 하기 화학식 8의 화합물 1종, 및

15 내지 20중량%의 하기 화학식 9의 화합물 2종 또는 3종

을 포함하는 LC 매질에 관한 것이다.

상기 식들에서,

R¹ 및 R²는 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 5의 직쇄 알킬, 바람직하게는 메틸, 에틸, n-프로필, n-부틸 또는 n-펜틸이고,

R³은 탄소수 2 내지 4의 직쇄 알케닐, 바람직하게는 비닐 또는 1E-프로페닐이고,

R⁴는 탄소수 1 내지 2의 알콕시, 바람직하게는 메톡시이고,

R⁵는 탄소수 2 내지 4의 직쇄 알케닐, 바람직하게는 비닐 또는 3-부테닐이다.

하기 화학식들 중에서 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 LC 매질이 특히 바람직하다:

본 발명의 첫 번째 바람직한 실시태양에서 상기 LC 매질은

15 내지 16중량%의 화학식 1의 화합물 2종, 바람직하게는 화학식 1a 및 1b의 화합물,

2 내지 4중량%의 화학식 2의 화합물 1종, 바람직하게는 화학식 2a의 화합물,

17 내지 19중량%의 화학식 3의 화합물 2종, 바람직하게는 화학식 3a 및 3b의 화합물,

21 내지 23중량%의 화학식 4의 화합물 2종, 바람직하게는 화학식 4a 및 4b의 화합물,

15 내지 17중량%의 화학식 6의 화합물 2종, 바람직하게는 6a 및 6b의 화합물,

5 내지 7중량%의 화학식 7의 화합물 1종, 바람직하게는 7a의 화합물, 및

18 내지 20중량%의 화학식 9의 화합물 3종, 바람직하게는 화학식 9a, 9b 및 9c의 화합물

을 포함한다.

본 발명의 두 번째 바람직한 실시태양에서 상기 LC 매질은

18 내지 20중량%의 화학식 1의 화합물 3종, 바람직하게는 화학식 1a 및 1b의 화합물,

15 내지 17중량%의 화학식 3의 화합물 1종, 바람직하게는 화학식 3b의 화합물,

20 내지 22중량%의 화학식 4의 화합물 2종, 바람직하게는 화학식 4a 및 4b의 화합물,

4 내지 6중량%의 화학식 5의 화합물 1종, 바람직하게는 5a의 화합물,

16 내지 18중량%의 화학식 6의 화합물 2종, 바람직하게는 화학식 6a 및 6b의 화합물,

5 내지 7중량%의 화학식 7의 화합물 1종, 바람직하게는 7a의 화합물, 및

15 내지 17중량%의 화학식 9의 화합물 2종, 바람직하게는 화학식 9b 및 9c의 화합물

을 포함한다.

본 발명에 따른 LC 매질은 높은 등명점, 낮은 점도, 적당히 높은 복굴절 및 낮은 임계 전압을 갖는 넓은 네마틱 상을 갖기 때문에 유리하다.

화학식 1 내지 9의 화합물들은 순수한 상태에서 무색이며, 함께 사용 시 전광 디바이스에 사용하기에 유리한 온도 범위에서 액정 메소 상을 형성한다. 이들은 화학적으로, 열적으로 안정하며 빛에 대해 안정하다.

화학식 1 내지 9의 화합물을 그 자체가 공지된 방법에 의해, 문헌(예를 들어 표준 논문, 예를 들어 Houben-Weyl, "Methoden der organischen Chemie"[Methods of Organic Chemistry], Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart)에 개시된 바와 같이, 정확히 상기 반응에 대해 공지되고 적합한 반응 조건 하에서 제조한다. 본 발명에 그 자체로서 공지된 변형을 또한 사용할 수 있으나, 여기에서 이를 보다 상세히 언급하지는 않는다.

본 발명은 또한 상기 유형의 LC 매질을 포함하는 전광 디스플레이, 및 전광 목적의 상기 LC 매질의 용도에 관한 것이다. 프레임과 함께 외부 플레이트 상에 개별적인 화소들을 스위칭하기 위한 통합된 비선형 소자들인 셀을 형성하는 2 개의 평면 평행 외부 플레이트, 및 상기 셀 중에 배치되어 있을 때의 유전 이방성 및 높은 비 저항을 갖는 본 발명에 따른 네마틱 LC 매질을 갖는 TFT 디스플레이가 매우 바람직하다.

본 발명에 따른 LC 혼합물은 이용 가능한 매개변수 범위를 현저하게 확장시킬 수 있다. 특히, 상기 혼합물은 빠른 스위칭 시간, 낮은 임계 전압, 양호한 LTS, 높은 비 저항, 높은 UV 안정성 및 높은 용량 유지율(HR)을 갖는 것으로 밝혀졌다(문헌[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)에 정의된 바와 같다]. 또한, 등명점, 회전 점도 γ₁, 적당히 높은 Δn, 및 비교적 높은 유전 이방성의 성취 가능한 조합들이 종래 기술로부터 공지된 물질들보다 우수하다.

편광판, 전극 기부 플레이트 및 표면 처리된 전극을 포함하여, 본 발명에 따른 LC 디스플레이의 구성은 상기 유형의 디스플레이에 통상적인 구성에 상응한다. 본 발명에서 "통상적인 구성"이란 용어는 특히 폴리-Si TFT 또는 MIM(금속-절연체-금속)을 기본으로 하는 매트릭스 디스플레이 소자들을 포함한 LC 디스플레이의 모든 유도체 및 변형들을 망라한다. 그러나 본 발명에 따른 디스플레이와 TN 셀을 기본으로 하는 통상적인 디스플레이 간의 중요한 차이는 상기 LC 층의 매개변수의 선택에 있다.

본 발명에 따라 사용될 수 있는 LC 혼합물을 그 자체가 통상적인 방식으로 제조한다. 일반적으로, 보다 적은 양으로 사용된 목적하는 양의 성분들을 유리하게는 승온에서 주성분을 구성하는 성분들에 용해시킨다.

상기 LC 매질은 또한 당해 분야의 숙련가에게 공지되고 문헌에 개시된 추가의 첨가제들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 임의로 0 내지 15중량%의 다색성 염료, 안정제 및/또는 키랄 도판트를 첨가할 수 있다. 적합한 도판트 및 안정제를 하기에 나타낸다.

본 출원 및 하기의 실시예들에서, 상기 LC 매질의 성분들의 구조를 하기 약성어로 나타낸다:

하기의 목록은 본 발명에 따른 LC 매질에, 바람직하게는 0.1 내지 10 중량%, 매우 바람직하게는 0.1 내지 6 중량%의 비율로 첨가될 수 있는 가능한 키랄 도판트들을 나타낸다:

하기의 목록은 본 발명에 따른 LC 매질에 첨가될 수 있는 가능한 안정제들을 나타낸다:

상기 및 하기에서, 퍼센트는 중량 퍼센트 기준이다. 모든 온도는 섭씨로 나타낸다. m.p.는 융점을, cl.p.은 등명점을 나타낸다. 더욱 또한, C는 결정성 상태를, N은 네마틱 상을, S는 스멕틱 상을, I는 등방성 상을 나타낸다. 이들 기호 사이의 데이터는 전이 온도를 나타낸다. Δn은 광학 이방성을 나타내고 n_e는 특별한 굴절률(589 ㎚, 20 ℃)을 나타낸다. 회전 점도 γ₁[mPa·s]은 20 ℃에서 측정된다. V₁₀은 10% 상대 투과율(플레이트 표면에 수직인 시야 각)에 대한 전압을 나타내는 반면, V₉₀은 90% 상대 투과율에 대한 전압을 나타낸다. Δε는 유전 이방성을 나타낸다(Δε = ε∥ - ε⊥, 여기에서 ε∥은 세로 분자 축에 평행한 유전 상수를 나타내고 ε⊥는 세로 분자 축에 수직인 유전 상수를 나타낸다). 전광 데이터를 달리 나타내지 않는 한 20 ℃에서 첫 번째 최소값에서(즉 0.5 ㎛의 d·Δn 값에 서) TN 셀에서 측정한다. 상기 광학 데이터를 달리 나타내지 않는 한 20 ℃에서 측정한다.

하기의 실시예들은 본 발명을 제한 없이 설명할 것이다.

실시예 1

상기 혼합물은 OCB 모드로 작동하는 디스플레이에 매우 적합하다.

실시예 2

액정 혼합물은 하기 표에 제공된 조성 및 성질들에 의해 실현된다.

상기 혼합물은 OCB 모드로 작동하는 디스플레이에 매우 적합하다.

Claims (6)

14 내지 20중량%의 하기 화학식 1의 화합물 2종 또는 3종,

0 내지 5중량%의 하기 화학식 2의 화합물 1종,

15 내지 19중량%의 하기 화학식 3의 화합물 1종 또는 2종,

20 내지 23중량%의 하기 화학식 4의 화합물 2종,

0 내지 7중량%의 하기 화학식 5의 화합물 1종,

11 내지 18중량%의 하기 화학식 6의 화합물 1종 또는 2종,

5 내지 7중량%의 하기 화학식 7의 화합물 1종,

0 내지 5중량%의 하기 화학식 8의 화합물 1종, 및

15 내지 20중량%의 하기 화학식 9의 화합물 2종 또는 3종

을 포함하는 액정 매질:

화학식 1

화학식 2

화학식 3

화학식 4

화학식 5

화학식 6

화학식 7

화학식 8

화학식 9

상기 식들에서,

R¹ 및 R²는 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 5의 직쇄 알킬이고,

R³은 탄소수 2 내지 4의 직쇄 알케닐이고,

R⁴는 탄소수 1 내지 2의 알콕시이고,

R⁵는 탄소수 2 내지 4의 직쇄 알케닐이다.

제 1 항에 있어서,

상기 화학식 1의 화합물이 하기 화학식 1a, 1b 또는 1c의 화합물 또는 이들의 혼합물이고,

상기 화학식 2의 화합물이 하기 화학식 2a의 화합물이고,

상기 화학식 3의 화합물이 하기 화학식 3a 또는 3b의 화합물 또는 이들의 혼합물이고,

상기 화학식 4의 화합물이 하기 화학식 4a 또는 4b의 화합물 또는 이들의 혼합물이고,

상기 화학식 5의 화합물이 하기 화학식 5a의 화합물이고,

상기 화학식 6의 화합물이 하기 화학식 6a 또는 6b의 화합물 또는 이들의 혼합물이고,

상기 화학식 7의 화합물이 하기 화학식 7a의 화합물이고,

상기 화학식 8의 화합물이 하기 화학식 8a의 화합물이고,

상기 화학식 9의 화합물이 하기 화학식 9a, 9b 또는 9c의 화합물 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 액정 매질:

화학식 1a

화학식 1b

화학식 1c

화학식 2a

화학식 3a

화학식 3b

화학식 4a

화학식 4b

화학식 5a

화학식 6a

화학식 6b

화학식 7a

화학식 8a

화학식 9a

화학식 9b

화학식 9c

제 1 항에 있어서,

15 내지 16중량%의 화학식 1의 화합물 2종,

2 내지 4중량%의 화학식 2의 화합물 1종,

17 내지 19중량%의 화학식 3의 화합물 2종,

21 내지 23중량%의 화학식 4의 화합물 2종,

0 내지 7중량%의 화학식 5의 화합물 1종,

15 내지 17중량%의 화학식 6의 화합물 2종,

5 내지 7중량%의 화학식 7의 화합물 1종,

0 내지 5중량%의 화학식 8의 화합물 1종, 및

18 내지 20중량%의 화학식 9의 화합물 3종

을 포함함을 특징으로 하는 액정 매질.

제 1 항에 있어서,

18 내지 20중량%의 화학식 1의 화합물 3종,

0 내지 5중량%의 화학식 2의 화합물 1종,

15 내지 17중량%의 화학식 3의 화합물 1종,

20 내지 22중량%의 화학식 4의 화합물 2종,

4 내지 6중량%의 화학식 5의 화합물 1종,

16 내지 18중량%의 화학식 6의 화합물 2종,

5 내지 7중량%의 화학식 7의 화합물 1종,

0 내지 5중량%의 화학식 8의 화합물 1종, 및

15 내지 17중량%의 화학식 9의 화합물 2종

을 포함함을 특징으로 하는 액정 매질.

삭제

제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질을 함유하는 전광 액정 디스플레이.