KR101607344B1

KR101607344B1 - 액정 매질

Info

Publication number: KR101607344B1
Application number: KR1020107016216A
Authority: KR
Inventors: 헤랄드 히르슈만; 마이클 비테크; 사비네 쇼엔
Original assignee: 메르크 파텐트 게엠베하
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2016-03-29
Also published as: CN101932669A; DE102008024866A1; JP2011506707A; US8236390B2; WO2009080261A1; TWI460257B; EP2222816B1; CN101932669B; US20100320420A1; KR20100110336A; JP5634876B2; TW200936732A; EP2222816A1

Abstract

본 발명은 하나 이상의 하기 화학식 I의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 극성 화합물의 혼합물을 기재로 하는 액정 매질, 및 전기광학 목적, 특히 TN 모니터 제품을 위한 이의 용도에 관한 것이다:
화학식 I

상기 식에서,
R¹, X¹및 L¹ 내지 L⁵는 청구범위 제 1 항에서 정의한 바와 같다.

Description

액정 매질{LIQUID-CRYSTALLINE MEDIUM}

본 발명은 액정 매질, 전기광학 목적을 위한 이의 용도, 및 이러한 매질을 함유하는 디스플레이에 관한 것이다.

액정은 인가된 전압에 의해 상기 물질의 광학 특성이 변형될 수 있기 때문에, 대체로 디스플레이 디바이스에서 유전체로서 사용된다. 액정을 기재로 한 전기광학 디바이스는 당해 분야의 숙련자에게 매우 널리 공지되어 있고, 다양한 효과에 근거할 수 있다. 이러한 디바이스의 예는 동적 산란을 갖는 셀, DAP(정렬된 상의 변형(deformation of aligned phases)) 셀, 게스트/호스트 셀, 비틀린 네마틱 구조를 갖는 TN 셀, STN(초 비틀린 네마틱(supertwisted nematic)) 셀, SBE(초 복굴절 효과(superbirefringence effect)) 셀 및 OMI(광학 모드 간섭(optical mode interference)) 셀이다. 가장 통상적인 디스플레이 디바이스는 샤트-헬프리히(Schadt-Helfrich) 효과에 근거하고, 비틀린 네마틱 구조를 갖는다.

액정 물질은 양호한 화학 안정성, 열 안정성, 및 전기장 및 전자기 방사선에 대한 양호한 안정성을 가져야 한다. 또한, 액정 물질은 저 점도를 가져야 하고, 셀에서 짧은 어드레싱(addressing) 시간, 낮은 문턱 전압 및 높은 콘트라스트(contrast)를 생성시켜야 한다.

또한, 이들은 일반적인 작동 온도, 즉 실온 보다 높거나 낮은 가능한 가장 넓은 범위에서, 전술한 셀에 대한 적합한 메조상, 예컨대 네마틱 또는 콜레스테릭 메조상을 가져야 한다. 일반적으로, 액정은 다수의 성분들의 혼합물로서 사용되기 때문에, 성분들이 서로 용이하게 혼화되는 것이 중요하다. 추가의 특성, 예컨대 전기 전도성, 유전 이방성 및 광학 이방성은 셀 유형 및 적용 분야에 따라 다양한 요건을 충족시켜야 한다. 예를 들어, 비틀린 네마틱 구조를 갖는 셀을 위한 물질은, 포지티브 유전 이방성 및 낮은 전기 전도성을 가져야 한다.

예를 들어, 개개의 화소를 스위칭(switching) 하기 위한 집적된 비선형 소자(element)를 갖는 매트릭스 액정 디스플레이(MLC 디스플레이)의 경우, 큰 포지티브 유전 이방성, 넓은 네마틱 상, 비교적 낮은 복굴절, 매우 높은 비저항, 양호한 UV 및 온도 안정성, 및 낮은 증기압을 갖는 매질이 바람직하다.

이러한 유형의 매트릭스 액정 디스플레이는 공지되어 있다. 개개의 화소를 각각 스위칭하기 위해 사용될 수 있는 비선형 소자는, 예컨대 활성 소자(즉, 트랜지스터)이다. 이때, 용어 "활성 매트릭스"가 사용되고, 다음의 두 가지 유형으로 구별될 수 있다:

1. 기판으로서 규소 웨이퍼(wafer) 상의 MOS(금속 산화물 반도체) 또는 다른 다이오드.

2. 기판으로서 유리 플레이트 상의 박막 트랜지스터(TFT).

기판 물질로서 단일 결정 규소의 사용은, 다양한 부품-디스플레이의 균일한 모듈 어셈블리(modular assembly)가 접합부에 문제를 일으키기 때문에 디스플레이의 크기를 제한한다.

바람직하고 더욱 유망한 유형 2의 경우, 사용되는 전기광학 효과는 일반적으로 TN 효과이다. 두 가지 기술(즉, 반도체 화합물, 예컨대 CdSe를 포함하는 TFT, 또는 다결정질 또는 비정질 규소를 기재로 한 TFT)에는 차이가 있다. 후자의 기술에 대한 집중적인 연구가 세계적으로 이루어지고 있다.

TFT 매트릭스는 디스플레이의 한 개의 유리 플레이트 내부에 적용되는 반면, 다른 유리 플레이트는 그의 내부에 투명한 상대전극을 갖는다. 화소 전극의 크기와 비교하여, TFT는 매우 작고, 실질적으로 이미지에 대해 어떠한 악영향도 미치지 않는다. 또한, 이러한 기술은, 필터 소자가 각각의 스위칭될 수 있는 화소에 대향되는 방식으로 적색, 녹색 및 청색 필터의 모자이크가 배열되어 있는 풀칼라성(fully colour-capable) 디스플레이로 확장될 수 있다.

TFT 디스플레이는 투과기 내의 교차된 편광기를 갖는 TN 셀로서 일반적으로 작동하고, 후면 조명이다.

본 발명에서 용어 "MLC 디스플레이"는 집적된 비선형 소자를 갖는 임의의 매트릭스 디스플레이, 즉 활성 매트릭스 외에도, 수동 소자, 예컨대 배리스터 또는 다이오드를 갖는 디스플레이(MIM(금속-절연체-금속))를 또한 포함한다.

이러한 유형의 MLC 디스플레이는 TV 제품(예를 들면, 휴대용 소형 TV), 또는 컴퓨터 제품(랩탑 컴퓨터) 및 자동차 또는 항공기 구조에서의 고 정보 디스플레이용에 특히 적합하다. 콘트라스트의 각 의존성 및 응답 시간에 관한 문제 외에도, 부적당하게 높은 액정 혼합물의 비저항 때문에 MLC 디스플레이에서도 또한 문제가 발생한다(문헌[TOGASHI, S., SEKOGUCHI, 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]; 문헌[STROMER, M., Proc. Eurodisplay 84, Sept. 1984: Design of Thin Film Transistors for Matrix Addressing of Television Liquid Crystal Display, p. 145ff, Paris]). 저항이 감소하면서, MLC 디스플레이의 콘트라스트는 저하되고, 잔상 제거 문제가 발생할 수 있다. 액정 혼합물의 비저항은 디스플레이의 내부 표면과의 상호작용에 기인하여 MLC 디스플레이의 수명에 걸쳐 일반적으로 감소하므로, 허용될 수 있는 사용 수명을 획득하기 위해서 높은(최초) 저항이 매우 중요하다. 특히, 저-전압 혼합물의 경우, 지금까지는 매우 높은 비저항 값을 얻는 것이 불가능하였다. 온도가 증가됨에 따라 그리고 가열 및/또는 UV 노출된 후, 비저항은 가능한 한 최소 증가치를 나타내는 것이 또한 중요하다. 종래 기술로부터의 혼합물의 저온 특성 또한 특히 불리하다. 결정화 및/또는 스메틱 상은 심지어 저온에서도 생기지 않아야 하고, 점도의 온도 의존성은 가능한 한 낮아야 함이 요구된다. 따라서, 종래 기술로부터의 MLC 디스플레이는 오늘날의 요건을 충족시키지 않는다.

따라서, 상기 단점들을 갖지 않거나 또는 단지 감소시킨, 매우 높은 비저항을 갖는 동시에 넓은 작동-온도 범위, 더욱 낮은 온도에서의 짧은 응답 시간 및 낮은 문턱 전압을 갖는 MLC 디스플레이에 대한 많은 요구가 계속되고 있다.

TN(샤트-헬프리히) 셀에서, 다음의 장점을 상기 셀에서 촉진시키는 매질이 바람직하다:

-확장된 네마틱 상 범위(특히 저온으로 낮춘다);

-극히 낮은 온도에서의 저장 안정성;

-극히 낮은 온도에서의 스위칭 능력(야외 용도, 자동차, 항공 전자 공학);

-UV 방사선에 대한 증가된 저항성(보다 긴 사용 수명).

종래 기술로부터 입수 가능한 매질은 다른 파라미터를 유지하면서, 상기 장점들을 얻을 수 없었다.

초 비틀린(STN) 셀의 경우, 보다 많은 다양성 및/또는 보다 낮은 문턱 전압 및/또는 보다 넓은 네마틱 상 범위(특히, 저온에서)를 허용하는 매질이 바람직하다. 이를 위해, 이용가능한 파라미터 범위(투명점, 스메틱-네마틱 전이 또는 융점, 점도, 유전 파라미터, 탄성 파라미터)를 더욱 넓히는 것이 매우 바람직하다.

본 발명은 상기 나타낸 단점을 가지지 않거나 단지 감소된 정도로 갖고, 바람직하게는 동시에 매우 높은 비저항 값 및 낮은 문턱 전압을 갖는, 특히 이러한 유형의 MLC, TN 또는 STN 디스플레이를 위한 매질을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적은 본 발명에 따른 매질을 디스플레이에 사용하는 경우 달성될 수 있는 것으로 밝혀졌다.

따라서, 본 발명은 하나 이상의 하기 화학식 I의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 극성 화합물의 혼합물을 기재로 하는 액정 매질에 관한 것이다:

[화학식 I]

상기 식에서,

R¹은 1 내지 15개의 탄소 원자를 갖는 비치환되거나 할로겐화된 알킬 또는 알콕시 라디칼이고, 또한 이들 라디칼 중 하나 이상의 CH₂ 기는 O 원자가 서로 직접적으로 연결되지 않는 방식으로, -C≡C-, -CH=CH-, -O-, -CO-O- 또는 -O-CO-에 의해 서로 독립적으로 각각 대체될 수 있고;

X¹은 각각의 경우 서로 독립적으로 F, Cl, CN, SF₅, NCS, 6개 이하의 탄소 원자를 갖는 할로겐화된 알킬 라디칼, 할로겐화된 알케닐 라디칼, 할로겐화된 알콕시 라디칼 또는 할로겐화된 알케닐옥시 라디칼을 나타내고;

L¹내지 L⁵는 각각 서로 독립적으로 H 또는 F이되;

단, 액정 혼합물은 CF₂O 가교기를 갖는 어떠한 추가의 화합물 및 피란 고리를 함유하는 어떠한 추가의 화합물도 포함하지 않는다.

국제 특허 출원 공개 제 WO 2004/048501 A1 호 및 미국 특허 제 7,189,440 B2 호는 화학식 I의 화합물 및 하나 이상의 추가의 피란 화합물 및/또는 CF₂O 가교기를 갖는 하나 이상의 추가의 메조제닉 화합물을 포함하는 TN-TFT 제품용 액정 혼합물을 개시하고 있다.

이러한 유형의 혼합물은 이들이 회전 점도 γ₁에 대해 비교적 높은 값을 갖고/갖거나 문턱 전압에 대해 비교적 높은 값을 갖는다는 사실로부터 구별된다.

포지티브 유전 이방성의 극성 화합물들의 혼합물을 기재로 하는 본 발명에 따른 혼합물은 바람직하게는 모니터 및 TV 제품에 적합한데, 이는 이들이 낮은 회전 점도(γ₁) 및 낮은 문턱 전압뿐 아니라 동시에 높은 Δn 값을 특징으로 하기 때문이다. 본 발명에 따른 혼합물은 TN-TFT 모니터 제품, 및 5V 드라이버 또는 보다 높은 전압의 드라이버를 갖는 제품에서 특히 적합하다. 화학식 I의 화합물의 넓은 네마틱 상 및 매우 우수한 γ₁/T_Nl비율은 본 발명에 따른 혼합물이 TN-TFT 및 IPS 제품에 특히 적합하다는 것을 의미한다.

화학식 I의 화합물은 넓은 범위의 용도를 가지며, 이들 중 몇몇은 영국 특허 제 22 29 438 B 호로부터 공지되어 있다. 치환기의 선택에 따라, 이들 화합물은 액정 매질의 주요 구성요소인 기재 물질로서 작용할 수 있지만, 예를 들면 유전체 및/또는 이러한 유형의 유전체의 광학 이방성을 변경시키고/시키거나 그의 문턱 전압 및/또는 점도를 최적화하기 위해, 화학식 I의 화합물을 다른 유형의 화합물로부터의 액정 기재 물질로 첨가할 수도 있다.

순수한 상태에서, 화학식 I의 화합물은 무색이고, 전기광학 용도를 위해 유리하게 놓인 온도 범위에서 액정 메조상을 형성한다. 이들은 화학적으로, 열적으로, 그리고 빛에 대해 안정하다.

화학식 I의 화합물에서 X¹은 바람직하게는 F, Cl, CN, NCS, CF₃, 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=CHF를 나타내고, 특히 F, Cl, CN, NCS, CF₃, SF₅, CF₂H, OCF₃, OCF₂H, OCFHCF₃, C₂F₅, C₃F₇, OCFHCFH₂, OCFHCF₂H, OCF₂CH₃, OCF₂CFH₂, OCF₂CF₂H, OCF₂CF₂CF₂H, OCF₂CF₂CFH₂, OCFHCF₂CF₃, OCH=CF₂, OCF=CF₂, OCFHCF₂CF₂H, OCF₂CF₂CF₃또는 OCF₂CHFCF₃을 나타낸다.

화학식 I의 화합물에서, X¹은 바람직하게는 F 또는 OCF₃을 나타낸다. L¹, L² 및 L³은 바람직하게는 각각 F를 나타낸다. L⁴및 L⁵는 바람직하게는 각각 H를 나타낸다. R¹, R² 및 R³은 각각 서로 독립적으로 바람직하게는 알킬, 특히 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬을 나타낸다.

화학식 I에서 R¹이 알킬 라디칼 및/또는 알콕시 라디칼을 나타내는 경우, 이는 직쇄형 또는 분지형일 수 있다. 바람직하게는 직쇄형이고, 2, 3, 4, 5, 6 또는 7개의 탄소 원자를 갖고, 따라서 바람직하게는 에틸, 프로필, 뷰틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 에톡시, 프로폭시, 뷰톡시, 펜톡시, 헥실옥시 또는 헵틸옥시를 나타내고, 추가로, 메틸, 옥틸, 노닐, 데실, 운데실, 도데실, 트라이데실, 테트라데실, 펜타데실, 메톡시, 옥틸옥시, 노닐옥시, 데실옥시, 운데실옥시, 도데실옥시, 트라이데실옥시 또는 테트라데실옥시를 나타낸다.

옥사알킬은 바람직하게는 직쇄 2-옥사프로필(=메톡시메틸), 2-(=에톡시메틸) 또는 3-옥사뷰틸(=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, 또는 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- 또는 9-옥사데실이다.

R¹이 하나의 CH₂ 기가 -CH=CH-에 의해 대체된 알킬 라디칼을 나타내는 경우, 이는 직쇄형 또는 분지형일 수 있다. 이는 바람직하게는 직쇄형이고 2 내지 10개의 탄소 원자를 갖는다. 따라서, 이는 특히 비닐, 프로프-1- 또는 -2-에닐, 뷰트-1-, -2- 또는 -3-에닐, 펜트-1-, -2-, -3- 또는 -4-에닐, 헥스-1-, -2-, -3-, -4- 또는 -5-에닐, 헵트-1-, -2-, -3-, -4-, -5- 또는 -6-에닐, 옥트-1-, -2-, -3-, -4-, -5-, -6- 또는 -7-에닐, 논-1-, -2-, -3-, -4-, -5-, -6-, -7- 또는 -8-에닐, 데크-1-, -2-, -3-, -4-, -5-, -6-, -7-, -8- 또는 -9-에닐이다. R¹은 바람직하게는 CH₂=CH, CH₃CH=CH, CH₂=CHCH₂CH₂ 또는 CH₃CH=CHCH₂CH₂를 나타낸다.

R¹이 하나의 CH₂ 기가 -O-에 의해 대체되고, 하나가 -CO-에 의해 대체된 알킬 라디칼을 나타내는 경우, 이들은 바람직하게는 인접한다. 따라서, 이들은 아실옥시 기 -CO-O- 또는 옥시카보닐 기 -O-CO-를 함유한다. 이들은 바람직하게는 직쇄형이고 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는다. 따라서, 이는 특히 아세톡시, 프로피오닐옥시, 뷰티릴옥시, 펜타노일옥시, 헥사노일옥시, 아세톡시메틸, 프로피오닐옥시메틸, 뷰티릴옥시메틸, 펜타노일옥시메틸, 2-아세톡시에틸, 2-프로피오닐옥시에틸, 2-뷰티릴옥시에틸, 3-아세톡시프로필, 3-프로피오닐옥시프로필, 4-아세톡시뷰틸, 메톡시카보닐, 에톡시카보닐, 프로폭시카보닐, 뷰톡시카보닐, 펜톡시카보닐, 메톡시카보닐메틸, 에톡시카보닐메틸, 프로폭시카보닐메틸, 뷰톡시카보닐메틸, 2-(메톡시카보닐)에틸, 2-(에톡시카보닐)에틸, 2-(프로폭시카보닐)에틸, 3-(메톡시카보닐)프로필, 3-(에톡시카보닐)프로필 또는 4-(메톡시카보닐)뷰틸을 나타낸다.

R¹이 하나의 CH₂ 기가 비치환되거나 치환된 -CH=CH-에 의해 대체되고, 인접한 CH₂ 기가 CO, CO-O 또는 O-CO에 의해 대체된 알킬 라디칼을 나타내는 경우, 이는 직쇄형 또는 분지형일 수 있다. 바람직하게는 직쇄형이고 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는다. 따라서, 이는 특히 아크릴로일옥시메틸, 2-아크릴로일옥시에틸, 3-아크릴로일옥시프로필, 4-아크릴로일옥시뷰틸, 5-아크릴로일옥시펜틸, 6-아크릴로일옥시헥실, 7-아크릴로일옥시헵틸, 8-아크릴로일옥시옥틸, 9-아크릴로일옥시노닐, 10-아크릴로일옥시데실, 메타크릴로일옥시메틸, 2-메타크릴로일옥시에틸, 3-메타크릴로일옥시프로필, 4-메타크릴로일옥시뷰틸, 5-메타크릴로일옥시펜틸, 6-메타크릴로일옥시헥실, 7-메타크릴로일옥시헵틸, 8-메타크릴로일옥시옥틸 또는 9-메타크릴로일옥시노닐을 나타낸다.

R¹이 CN 또는 CF₃에 의해 일치환된 알킬 또는 알케닐 라디칼을 나타내는 경우, 이 라디칼은 바람직하게는 직쇄형이다. CN 또는 CF₃에 의한 치환은 임의의 목적하는 위치에 있다.

R¹이 할로겐에 의해 적어도 일치환된 알킬 또는 알케닐 라디칼을 나타내는 경우, 이 라디칼은 바람직하게는 직쇄형이고, 할로겐은 바람직하게는 F 또는 Cl이다. 다중치환인 경우, 할로겐은 바람직하게는 F이다. 또한, 생성된 라디칼은 퍼플루오르화된 라디칼을 포함한다. 일치환일 경우, 플루오르 또는 염소 치환은 임의의 목적하는 위치에 있을 수 있지만, 바람직하게는 ω-위치에 있다.

분지된 측쇄 기 R¹을 함유하는 화합물은 통상적인 액정 기재 물질에서 보다 우수한 용해도로 인하여 때로는 중요할 수 있지만, 특히 이들이 광학적으로 활성인 경우 키랄 도판트로서 그러하다. 이러한 유형의 스메틱 화합물은 강유전체 물질의 성분으로서 적합하다.

이러한 유형의 분지형 기는 일반적으로 하나보다 많지 않은 쇄 분지를 함유한다. 바람직한 분지형 라디칼 R¹은 아이소프로필, 2-뷰틸(= 1-메틸프로필), 아이소뷰틸(= 2-메틸프로필), 2-메틸뷰틸, 아이소펜틸(= 3-메틸뷰틸), 2-메틸펜틸, 3-메틸펜틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, 아이소프로폭시, 2-메틸프로폭시, 2-메틸뷰톡시, 3-메틸뷰톡시, 2-메틸펜톡시, 3-메틸펜톡시, 2-에틸헥실옥시, 1-메틸헥실옥시 및 1-메틸헵틸옥시이다.

R¹이 둘 이상의 CH₂ 기가 -O- 및/또는 -CO-O-에 의해 대체된 알킬 라디칼을 나타내는 경우, 이는 직쇄형 또는 분지형일 수 있다. 바람직하게는 분지형이고, 3 내지 12개의 탄소 원자를 갖는다. 따라서, 이는 특히 비스카복시메틸, 2,2-비스카복시에틸, 3,3-비스카복시프로필, 4,4-비스카복시뷰틸, 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)뷰틸, 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)뷰틸 또는 5,5-비스(에톡시카보닐)펜틸을 나타낸다.

화학식 I의 화합물은 예를 들어 표준 문헌, 예컨대 문헌[Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie[Methods of Organic Chemistry], Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart]에 기술된 바와 같은 본래 공지된 방법에 의해, 반응에 적합하고 공지된 반응 조건하에 정확하게 제조된다. 본래 공지된 변형이 본원에 사용될 수 있고, 이는 본원에 더욱 상세히 언급되지는 않는다.

또한, 본 발명은 상기 유형의 매질을 함유한 전기광학 디스플레이(특히, 프레임(frame)과 함께, 셀을 형성하는 두 개의 평면-평행한 외부 플레이트, 외부 플레이트 상에 개개의 화소를 스위칭하기 위한 집적된 비선형 소자, 및 셀 내에 위치하는 포지티브 유전 이방성 및 높은 비저항의 네마틱 액정 혼합물을 갖는 STN 또는 MLC 디스플레이), 및 전기광학 목적을 위한 상기 매질의 용도에 관한 것이다.

본 발명에 따른 액정 혼합물은 이용가능한 파라미터 범위를 상당히 넓힐 수 있다.

투명점, 낮은 온도에서의 점도, 열 및 UV 안정성 및 유전 이방성의 가능한 조합은 종래 기술로부터의 선행 물질보다 훨씬 뛰어나다.

본 발명에 따른 액정 혼합물은 -20℃ 이하, 바람직하게는 -30℃ 이하, 특히 바람직하게는 -40℃ 이하의 네마틱 상을 유지하면서, 70℃ 이상, 바람직하게는 75℃ 이상, 특히 바람직하게는 80℃ 이상의 투명점과 동시에 4 이상, 바람직하게는 4.5 이상의 유전 이방성 값 Δε을 허용하며, 비저항 값의 경우 높은 값으로 달성되어, 우수한 STN 및 MLC 디스플레이가 획득된다. 특히, 혼합물은 낮은 작동 전압을 특징으로 한다. TN 문턱은 일반적으로 2.2V 이하, 바람직하게는 2.0V 이하, 특히 바람직하게는 1.8V 이하이다.

본 발명에 따른 혼합물의 성분을 적합하게 선택함으로써, 다른 유리한 특성을 보유하면서, 보다 높은 투명점(예를 들어, 110℃ 초과)을 보다 높은 문턱 전압에서 얻게되거나 또는 보다 낮은 투명점을 보다 낮은 문턱 전압에서 얻게될 수 있음은 당연하다. 단지 약간 상응하게 증가된 점도에서, 보다 높은 Δε 및 이에 따른 낮은 문턱 전압을 갖는 혼합물을 수득하는 것 또한 가능하다. 본 발명에 따른 MLC 디스플레이는 바람직하게는 제 1 구치 및 테리(Gooch and Tarry) 투과율 최소치에서 작동하고(문헌[C.H. Gooch and H.A. Tarry, Electron. Lett.10, 2-4, 1974]; 문헌[C.H. Gooch and H.A. Tarry, Appl. Phys., Vol.8, 1575-1584, 1975]), 이때 예컨대 특성 선의 높은 경사도 및 콘트라스트의 낮은 각 의존성(독일 특허 제 30 22 818 호)과 같은 특히 유리한 전기광학 특성 외에도, 보다 낮은 유전 이방성은 제 2 최소치에서 유사한 디스플레이에서와 동일한 문턱 전압에서 충분하다. 이는 시아노 화합물을 포함하는 혼합물의 경우보다 제 1 최소치에서 본 발명에 따른 혼합물을 사용하여 상당히 높은 비저항 값을 얻게 한다. 개개의 성분 및 이들의 중량 비율을 적합하게 선택함으로써, 당해 분야의 숙련자는 간단한 통상적인 방법을 사용하여 MLC 디스플레이의 예비-규정된 층 두께에 필요한 복굴절을 설정할 수 있다.

20℃에서의 유동 점도 ν₂₀은 바람직하게는 60mm²·s^-1 미만이고, 특히 바람직하게는 50mm²·s^-1 미만이다. 본 발명에 따른 혼합물의 20℃에서의 회전 점도 γ₁은 바람직하게는 100mPa·s 이하이고, 특히 바람직하게는 80mPa·s 이하이고, 매우 특히 바람직하게는 60mPa·s 이하이다. 네마틱 상 범위는 바람직하게는 90°이상, 특히 100°이상이다. 이러한 범위는 바람직하게는 적어도 -20°로부터 +70°로 연장된다. 광학 이방성 Δn에 대한 값은 20℃(589nm)에서 바람직하게는 0.08 이상, 특히 0.1 이상이고, 매우 특히 바람직하게는 0.12 이상이다.

액정 디스플레이에서 짧은 응답 시간이 바람직하다. 이는 특히 비디오 재생이 가능한 디스플레이에 적용된다. 이러한 유형의 디스플레이에서, 25ms 이하의 응답 시간(합: t_on+ t_off)이 요구된다. 응답 시간의 상한은 이미지 재생 빈도에 의해 결정된다.

전압 보전율(HR)의 측정(문헌[S. Matsumoto et al., Liquid Crystals 5, 1320(1989)]; 문헌[K. Niwa et al., Proc. SID Conference, San Francisco, June 1984, p. 304(1984)]; 문헌[G. Weber et al., Liquid Crystals 5, 1381(1989)])은, 본 발명에 따른 화학식 I의 화합물 대신 화학식

의 시아노페닐사이클로헥세인 또는 화학식

의 에스터를 포함하는 유사한 혼합물보다 화학식 I의 화합물을 포함하는 본 발명에 따른 혼합물이 HR이 상당히 더 작게 감소됨을 보여준다.

본 발명에 따른 혼합물의 UV 안정성은 또한 상당히 양호하다. 즉, 이들은 UV에 노출시 상당히 적은 HR 감소를 나타낸다.

본 발명에 따른 혼합물은 나이트릴을 거의 포함하지 않거나(10중량% 이하), 전혀 포함하지 않는다. 본 발명에 따른 혼합물의 보전율에 대한 값은 20℃에서 98% 초과, 특히 99% 초과이다.

특히 바람직한 화학식 I의 화합물은 하기 화학식 I-1 내지 I-48의 화합물이다:

상기 식에서,

알킬은 1 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼이고,

알콕시는 1 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알콕시 라디칼이고,

알케닐은 2 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알케닐 라디칼이다.

이러한 바람직한 화합물 중, 화학식 I-1, I-2 및 특히 화학식 I-1의 화합물이 특히 바람직하다.

바람직한 실시양태를 하기에 나타내었다:

- 매질은 1개 또는 2개 이상의 화학식 I-1 내지 I-24의 화합물, 바람직하게는 1개 또는 2개의 화합물을 포함한다.

- 매질은 바람직하게는 1개 또는 2개의 하기 화학식의 화합물을 포함한다:

상기 식에서, 알킬은 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼이고, 바람직하게는 에틸 또는 프로필, 더 나아가 펜틸이다.

- 혼합물에서 화학식 I의 화합물의 비율은 바람직하게는 3 내지 40중량%, 특히 3 내지 30중량%, 매우 특히 바람직하게는 3 내지 20중량%이다.

- 매질은 바람직하게는 하나 이상의 하기 화학식 K의 이환식 화합물을 포함한다:

[화학식 K]

상기 식에서,

R^k 및 X^k는 R¹및 X¹에 대해 나타낸 의미를 갖고, Z⁰은 단일 결합, -COO-, -OOC-, -C₂F₄-, -CF=CF-, -C₂H₄-, -(CH₂)₄-, -OCH₂- 또는 -CH₂-를 나타낸다. L¹ 및 L²는 각각 서로 독립적으로 H 또는 F를 나타낸다. R^k는 바람직하게는 직쇄 알킬이다. X^k는 바람직하게는 F 또는 Cl, 보다 바람직하게는 Cl을 나타낸다.

혼합물에서 화학식 K의 화합물의 비율은 5 내지 40%, 바람직하게는 5 내지 30%, 특히 5 내지 20%이다.

특히 바람직한 이환식 화합물은 하기 화학식 K-1 내지 K-18의 화합물이다:

바람직한 혼합물은 바람직하게는 2 내지 10%의 양으로 화학식 K-7의 화합물을 포함한다. 추가로, 바람직하게는 2 내지 20%의 양으로 하나 이상의 화학식 K-16의 화합물을 포함하는 혼합물이 바람직하다.

- 매질은 하기 화학식 II 내지 V로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함한다:

[화학식 II]

[화학식 III]

[화학식 IV]

[화학식 V]

상기 식에서, 각각의 라디칼은 다음과 같은 의미를 갖는다:

R⁰은 각각 9개 이하의 탄소 원자를 갖는 n-알킬, 알킬알콕시, 알콕시, 플루오로알킬, 알케닐옥시 또는 알케닐을 나타내고;

X⁰은 F, Cl, 6개 이하의 탄소 원자를 갖는 할로겐화된 알킬, 할로겐화된 알케닐, 할로겐화된 알킬알콕시, 할로겐화된 알케닐옥시 또는 할로겐화된 알콕시를 나타내고;

Z⁰은 -C₂F₄-, -CF=CF-, -C₂H₄-, -(CH₂)₄-, -OCH₂-, -CH₂O-를 나타내고;

Y¹내지 Y⁴는 각각 서로 독립적으로 H 또는 F를 나타내고;

r은 0 또는 1을 나타낸다.

화학식 II의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 IIa 내지 IIe의 화합물로 이루어진 군 중에서 선택된다:

상기 식에서, R⁰은 상기 나타낸 의미를 갖는다.

바람직한 혼합물은 바람직하게는 3 내지 40%, 매우 바람직하게는 5 내지 30%의 양으로 하나 이상의 화학식 IIa, IIb 및/또는 IIc의 화합물을 포함한다.

화학식 III의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 IIIa 내지 IIIk의 화합물로 이루어진 군 중에서 선택된다:

상기 식에서, R⁰은 상기 나타낸 의미를 갖는다.

바람직한 혼합물은 바람직하게는 3 내지 30%, 특히 5 내지 20%의 양으로 하나 이상의 화학식 IIIb의 화합물을 포함한다.

화학식 IV의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 IVa 내지 IVi의 화합물로 이루어진 군 중에서 선택된다:

상기 식에서, R⁰은 상기 나타낸 의미를 갖는다.

바람직한 혼합물은 바람직하게는 5 내지 40%, 특히 5 내지 30%의 양으로 하나 이상의 화학식 IVa, IVb, IVc, IVf 또는 IVg의 화합물을 포함한다. 화학식 IV의 화합물에서, X⁰은 바람직하게는 F, OCF₃ 또는 OCH=CF₂를 나타낸다.

화학식 V의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 Va 및 Vb의 화합물로 이루어진 군 중에서 선택된다:

상기 식에서, R⁰은 상기 나타낸 의미를 갖는다.

- 매질은 하기 화학식 VI 내지 X의 화합물로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함한다:

[화학식 VI]

[화학식 VII]

[화학식 VIII]

[화학식 IX]

[화학식 X]

상기 식에서,

R⁰, X⁰ 및 Y¹ 내지 Y⁸은 각각 서로 독립적으로 청구범위 제 5 항에서 나타낸 의미 중 하나를 갖는다. X⁰은 바람직하게는 F, Cl, CF₃, OCF₃ 또는 OCHF₂이다. R⁰은 바람직하게는 각각 6개 이하의 탄소 원자를 갖는 알킬, 옥사알킬, 플루오로알킬 또는 알케닐을 나타낸다.

화학식 VI의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 VIa 내지 VIf의 화합물로 이루어진 군 중에서 선택된다:

상기 식에서, R⁰은 청구범위 제 5 항에서 나타낸 의미를 갖는다. 화학식 VIa 내지 VIf의 화합물에서 R⁰은 바람직하게는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬, 특히 에틸, 프로필 또는 펜틸을 나타낸다.

화학식 VII의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 VIIa 내지 VIIg의 화합물로 이루어진 군 중에서 선택된다:

상기 식에서, R⁰은 청구범위 제 5 항에서 나타낸 의미를 갖는다. 화학식 VIIa 내지 VIIf의 화합물에서 R⁰은 바람직하게는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬, 특히 에틸, 프로필 또는 펜틸을 나타낸다.

화학식 VIII의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 VIIIa 내지 VIIIr의 화합물로 이루어진 군 중에서 선택된다:

상기 식에서, R⁰은 청구범위 제 5 항에서 나타낸 의미를 갖는다. 화학식 VIIIa 내지 VIIIr의 화합물에서 R⁰은 바람직하게는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬, 특히 에틸, 프로필 또는 펜틸을 나타낸다.

화학식 IX의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 IXa 내지 IXl의 화합물로 이루어진 군 중에서 선택된다:

상기 식에서, R⁰은 청구범위 제 5 항에서 나타낸 의미를 갖는다. 화학식 IXa 내지 IXl의 화합물에서 R⁰은 바람직하게는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬, 특히 에틸, 프로필 또는 펜틸을 나타낸다.

화학식 X의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 Xa 내지 Xf의 화합물로 이루어진 군 중에서 선택된다:

상기 식에서, R⁰은 청구범위 제 5 항에서 나타낸 의미를 갖는다. 화학식 Xa 내지 Xf의 화합물에서 R⁰은 바람직하게는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬, 특히 에틸, 프로필 또는 펜틸을 나타낸다.

특히 바람직한 혼합물은 X⁰이 바람직하게는 F 또는 OCF₃을 나타내고, Y¹ 및 Y²가 바람직하게는 둘 다 F를 나타내는 화학식 VI, VIII 및/또는 IX의 화합물 하나 이상을 포함한다.

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

상기 식에서, R⁰은 청구범위 제 5 항에서 나타낸 의미를 갖는다.

화학식 E-a 내지 E-d의 화합물에서 R⁰은 바람직하게는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬, 특히 에틸, 프로필 또는 펜틸을 나타낸다.

- 화학식 E-a 내지 E-d의 화합물의 비율은 바람직하게는 10 내지 30중량%, 특히 15 내지 25중량%이다.

- 전체적으로 혼합물에서 화학식 I 내지 V의 화합물의 합한 비율은 적어도 10 내지 50중량%이다.

- 전체적으로 혼합물에서 화학식 II 내지 V의 화합물의 비율은 5 내지 50중량%이다.

-

는 바람직하게는

이다.

- 매질은 화학식 II, III, IV 및/또는 V의 화합물을 포함한다.

- 화학식 II 내지 XXVI의 화합물에서 R⁰은 바람직하게는 1 또는 2 내지 7개의 탄소 원자를 각각 갖는 직쇄 알킬 또는 알케닐이다.

- 매질은 바람직하게는 하기 화학식 XI 내지 XXVI으로 이루어진 군 중에서 선택된 화합물을 추가로 포함한다:

상기 식에서, R⁰및 X⁰은 상기 나타낸 의미를 갖는다. Y¹은 H 또는 F를 나타낸다. 화학식 XIII 내지 XVIII의 화합물에서 X⁰은 바람직하게는 F, Cl 또는 OCH=CF₂를 나타낸다. R^0*는 알킬 또는 알케닐을 나타낸다. R⁰은 바람직하게는 알킬, 알케닐 또는 알콕시를 나타낸다.

화학식 XII의 바람직한 화합물은 다음을 들 수 있다:

특히 다음과 같다:

추가로, 화학식 XIIb, 특히 XIIb-1의 화합물, 및 화학식 XIIa의 화합물을 포함하는 혼합물이 특히 바람직하다.

바람직한 혼합물은 각각의 경우 바람직하게는 5 내지 30%의 총 양으로, 특히 10 내지 25%의 양으로 하나 이상의 화학식 XIIa의 화합물 및 하나 이상의 화학식 XIIb의 화합물을 포함한다. 알킬, 알킬^* 및 알케닐은 청구범위 제 4 항에서 나타낸 의미를 갖는다.

- 매질은 화학식 XIIa-1, XIIa-2 및 XIIa-3의 화합물을 포함한다.

- 매질은 바람직하게는 알킬이 C₂H₅를 나타내는 화학식 XIIb-1의 화합물 하나 이상을 포함한다.

- 매질은 하기 화학식 O1 및 O2의 화합물을 1개, 2개, 3개 이상, 바람직하게는 2개 또는 3개 추가로 포함한다:

상기 식에서, "알킬" 및 "알킬^*"는 청구범위 제 3 항에서 알킬에 대해 나타낸 의미를 갖는다. 본 발명에 따른 혼합물에서 화학식 O1 및/또는 O2의 화합물의 비율은 바람직하게는 5 내지 10중량%이다.

- 매질은 바람직하게는 5 내지 35중량%, 특히 5 내지 20중량%의 화학식 IVa의 화합물을 포함한다.

- 매질은 바람직하게는 X⁰이 F 또는 OCF₃을 나타내는 화학식 IVa의 화합물 1, 2 또는 3개를 포함한다.

- 매질은 바람직하게는 R⁰이 메틸을 나타내는 화학식 II 내지 V의 화합물을 포함한다.

- 매질은 바람직하게는 하기 화학식 D1 내지 D4의 다이옥산 화합물을 1개 또는 2개 이상, 바람직하게는 1개 또는 2개 포함한다:

혼합물은 0.005 내지 20%의 화학식 D1, D2, D3 및/또는 D4의 화합물을 포함한다.

- 매질은 1개 또는 2개 이상의 하기 화학식 Z-1 내지 Z-10의 이환식 화합물을 추가로 포함한다:

상기 식에서, R^1a 및 R^2a는 각각 서로 독립적으로, H, CH₃, C₂H₅ 또는 n-C₃H₇을 나타내고, R⁰, 알킬, 알킬^*및 알케닐은 청구범위 제 4 항에서 나타낸 의미를 갖는다. 알킬^*는 서로 독립적으로 알킬의 의미를 갖는다.

화학식 Z-5의 특히 바람직한 화합물은 다음과 같다:

매우 특히 바람직한 화합물은 화학식 Z-5b, Z-5c, Z-5d 및 Z-5h로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 이상의 화합물을 30 내지 60% 포함한다.

화학식 Z-10의 특히 바람직한 화합물은 하기 화학식 Z-10a의 화합물이다:

상기 이환식 화합물 중, 화학식 Z-1, Z-2, Z-5, Z-6, Z-8, Z-9 및 Z-10의 화합물이 특히 바람직하다. 본 발명에 따른 혼합물은 바람직하게는 5 내지 65%, 특히 10 내지 60%, 특히 바람직하게는 30 내지 60%, 특히 50% 이상의 화학식 Z-1 내지 Z-10의 화합물을 포함한다.

- 매질은 하기 화학식 AN1 내지 AN11의 융합된 고리를 함유하는 화합물을 1개 또는 2개 이상 추가로 포함한다:

- 매질은 하나 이상의 하기 화학식 IVa-1, IVb-1 및/또는 XVI-1의 화합물을 추가로 포함한다:

상기 식에서, R⁰은 상기 나타낸 의미를 갖고, 바람직하게는 직쇄 알킬 라디칼이다.

바람직하게는, 화합물은 5 내지 50%의 양으로 혼합물에 존재한다.

- 매질은 하나 이상의 하기 화학식 M의 화합물을 추가로 포함한다:

[화학식 M]

상기 식에서, R⁰은 상기 나타낸 의미를 갖고, 바람직하게는 직쇄 알킬 라디칼이다. L¹은 H 또는 F를 나타낸다.

화합물은 바람직하게는 5 내지 35%의 양으로 혼합물에 존재한다.

매질은 하나 이상의 하기 화학식 N-1 내지 N-3의 화합물을 추가로 포함한다:

상기 식에서, R⁰은 상기 나타낸 의미를 갖는다. R⁰은 바람직하게는 직쇄 알킬, 특히 에틸, 프로필, 펜틸, 추가로 메틸, 뷰틸, 헥실을 나타낸다. R^0*는 바람직하게는 직쇄 알킬, 특히 에틸, 프로필, 펜틸, 추가로 메틸, 뷰틸, 헥실을 나타낸다.

화학식 N-1 내지 N-3의 화합물은 바람직하게는 2 내지 30%, 특히 2 내지 20%의 양으로 혼합물에 존재한다.

- 매질은 1개 또는 2개 이상의 하기 화학식 ST의 화합물을 추가로 포함한다:

[화학식 ST]

상기 식에서, R⁰및 X⁰은 청구범위 제 5 항에서 나타낸 의미를 갖는다. R⁰은 바람직하게는 직쇄 알킬을 나타낸다. X⁰은 바람직하게는 F 또는 OCF₃을 나타내고, s는 1 또는 2이고, 바람직하게는 s는 1이다.

하나 이상의 화학식 I의 화합물 외에도, 매우 특히 바람직한 혼합물은 하기 화학식 XIIb, XVI-2, IVb-1, IVb-2, VIIIm, IXd 및 D4로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다:

화학식 XIIb의 화합물은 바람직하게는 화학식 XIIb-1의 화합물이고, 추가로 화학식 XIIb-2의 화합물이다.

추가로, 하나 이상의 화학식 I의 화합물 외에도, 바람직하게는 10 내지 25%의 양의 하나 이상의 화학식 XIIa의 화합물, 바람직하게는 5 내지 25%의 양의 하나 이상의 화학식 XVI의 화합물, 및 선택적으로 바람직하게는 5 내지 20%, 특히 8 내지 15%의 양의 하나 이상의 하기 화학식 XVIIIa의 화합물을 포함하는 혼합물이 바람직하다:

XVIIIa

심지어 비교적 작은 비율의 화학식 I의 화합물 및 추가로 통상적인 액정 매질일지라도, 특히 하나 이상의 화학식 XII 내지 XXVI의 화합물은 문턱 전압을 상당히 낮추며, 높은 복굴절 값을 생성하고, 동시에 낮은 스메틱-네마틱 전이 온도를 갖는 넓은 네마틱 상이 관찰되어 보존 수명이 개선되는 것으로 밝혀졌다. 추가로, 하나 이상의 화학식 I의 화합물 외에도, 하나 이상의 화학식 IV의 화합물, 특히 X⁰이 F를 나타내는 화학식 IVb의 화합물, 더 나아가 화학식 IVa, IVc 및 IVf의 화합물을 포함하는 혼합물이 특히 바람직하다. 화학식 I 내지 XXVI의 화합물은 무색이며, 안정하고 다른 화합물 및 다른 액정 물질과 용이하게 혼화될 수 있다.

용어 "알킬"및 "알킬^*"은 1 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 및 분지된 알킬 기, 특히 직쇄형 기 메틸, 에틸, 프로필, 뷰틸, 펜틸, 헥실 및 헵틸을 포함한다. 1 내지 5개의 탄소 원자를 갖는 기가 일반적으로 바람직하다.

용어 "알케닐"은 2 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 및 분지된 알케닐 기, 특히 직쇄형 기를 포함한다. 바람직한 알케닐 기는 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 알케닐 기의 예는 비닐, 1E-프로페닐, 1E-뷰테닐, 1E-펜테닐, 1E-헥세닐, 1E-헵테닐, 3-뷰테닐, 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 바람직하게는 말단 플루오르를 갖는 직쇄형 기, 즉, 플루오로메틸, 2-플루오로에틸, 3-플루오로프로필, 4-플루오로뷰틸, 5-플루오로펜틸, 6-플루오로헥실 및 7-플루오로헵틸을 포함한다. 그러나, 플루오르의 다른 위치를 배제하지 않는다.

용어 "옥사알킬" 또는 "알킬알콕시"는 바람직하게는 화학식 C_nH_2n+1-O-(CH₂)_m의 직쇄형 라디칼을 포함하고, 이때 n 및 m은 각각 서로 독립적으로 1 내지 6이다. 바람직하게는 n은 1이고 m은 1 내지 6이다.

R⁰ 및 X⁰의 정의를 적합하게 선택함으로써, 어드레싱 시간, 문턱 전압, 투과 특성 선의 경사도 등이 바람직한 방식으로 변형될 수 있다. 예를 들어, 1E-알케닐 라디칼, 3E-알케닐 라디칼, 2E-알케닐옥시 라디칼 등은 일반적으로 알킬 또는 알콕시 라디칼에 비해 보다 짧은 어드레싱 시간, 개선된 네마틱 경향, 및 k₃₃(벤드) 대 k₁₁(스플레이)의 보다 높은 탄성 계수 비를 생성한다. 4-알케닐 라디칼, 3-알케닐 라디칼 등은 일반적으로 알킬 및 알콕시 라디칼에 비해 보다 낮은 문턱 전압 및 보다 작은 k₃₃/k₁₁의 값을 제공한다.

-CH₂-CH₂- 기는 일반적으로 단일 공유 결합을 갖는 것과 비교하여 보다 높은 값의 k₃₃/k₁₁을 생성한다. 보다 높은 값의 k₃₃/k₁₁은, 예를 들면 90°비틀린 TN 셀에서 평평한 투과 특성 선(회색 음영을 달성하기 위해), 및 STN, SBE 및 OMI 셀에서 보다 경사진 투과 특성 선(보다 큰 다양성)을 촉진하며, 그 반대도 성립한다.

화학식 I의 화합물과 화학식 II 내지 XXVI의 화합물의 최적 혼합 비율은 실질적으로 목적하는 비율, 화학식 I 및 II 내지 XXVI의 성분의 선택, 및 존재할 수 있는 임의의 다른 성분의 선택에 좌우된다.

상기 주어진 범위 내에서, 적합한 혼합 비율은 경우에 따라 용이하게 결정될 수 있다.

본 발명에 따른 혼합물 중 화학식 I 및 II 내지 XXVI의 화합물의 총량은 중요하지 않다. 따라서, 혼합물은 다양한 특성을 최적화하기 위한 목적을 위해 하나 이상의 추가의 성분을 포함할 수 있다. 그러나, 어드레싱 시간 및 문턱 전압에 대해 관찰된 효과는 일반적으로 화학식 I의 화합물의 농도가 높아질 수록 더욱 크다.

특히 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 매질은 X⁰이 F, OCF₃, OCHF₂, OCH=CF_2, OCF=CF₂ 또는 OCF₂-CF₂H인 화학식 II 내지 V(바람직하게는, 화학식 II, III 및/또는 IV, 특히 IVb)의 화합물을 포함한다. 화학식 I의 화합물과의 유리한 상승 효과로 인해 특히 유리한 특성이 생긴다. 특히, 화학식 XII 내지 XXVI의 화합물로 이루어진 군으로부터의 화합물 하나 이상과 조합된 화학식 I 및 IVb의 화합물을 포함하는 혼합물은 이들의 낮은 문턱 전압을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 매질에 사용될 수 있는 화학식 I 내지 XXVI의 화합물 각각 및 하위 화학식의 개별 화합물은 공지되어 있거나, 또는 공지된 화합물과 유사하게 제조될 수 있다.

편광판, 전극 기재 플레이트 및 표면-처리된 전극으로 구성된 본 발명에 따른 MLC 디스플레이는 이러한 유형의 디스플레이를 위한 통상적인 고안과 유사하다. 용어 "통상적인 고안"은 본원에서 광범위하게 사용되고, 이는 또한 MLC 디스플레이, 특히 폴리-Si TFT 또는 MIM을 기재로 하는 매트릭스 디스플레이 소자를 비롯한 모든 유도체 및 변형을 포괄한다.

그러나, 본 발명에 따른 디스플레이와 비틀린 네마틱 셀을 기재로 한 통상적인 디스플레이간의 중요한 차이점은 액정 층의 액정 파라미터의 선택에 있다.

본 발명에 따라 사용될 수 있는 액정 혼합물은 통상적인 방식 그 자체로 제조된다. 일반적으로, 보다 적은 양으로 사용되는 성분들의 목적하는 양은, 유리하게는 승온에서 기본 구성물을 구성하는 성분 중에 용해된다. 또한, 유기 용매, 예컨대 아세톤, 클로로폼 또는 메탄올 중에서 성분의 용액들을 혼합하고 철저하게 혼합한 후 예컨대 증류에 의해 용매를 다시 제거하는 것이 가능하다.

또한, 유전체는 당해 분야의 숙련자에게 공지되고 예를 들어 문헌에 기재된 추가의 첨가제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 0 내지 15%의 중합체성 화합물, 다색성 염료, UV 안정화제, 항산화제, 나노 입자 또는 키랄 도판트가 첨가될 수 있다. 적합한 도판트 및 안정화제가 하기 표 C 및 D에 열거되어 있다.

C는 결정질 상을 나타내고, S는 스메틱 상을, S_C는 스메틱 C 상을, N은 네마닉 상을, I는 등방성 상을 나타낸다.

V₁₀은 10% 투과율에 대한 전압(플레이트 표면에 수직인 방향으로 봄)을 나타낸다. V₁₀값의 2.0배에 상응하는 작동 전압에서 t_on은 스위치-온 시간을 나타내고, t_off는 스위치-오프 값을 나타낸다.

Δn은 광학 이방성을 나타낸다. Δε은 유전 이방성을 나타낸다(Δε = ε∥-ε⊥이고, 여기서 ε∥는 종 분자축에 평행한 유전 상수를 나타내고, ε⊥은 종 분자축에 수직한 유전 상수를 나타낸다). 달리 기재하지 않는 한, 전기광학 데이터는 20℃에서의 첫 번째 최소치(즉, 0.5㎛의 d·Δn 값)에서 TN 셀에서 측정된다. 달리 기재하지 않는 한, 광학 데이터는 20℃에서 측정된다.

본 발명에서 및 하기 실시예에서, 액정 화합물의 구조를 약어로서 나타내었고, 화학식으로의 변환은 하기 표 A 및 B에 따라 일어난다. 모든 라디칼 C_nH_2n+1 및 C_mH_2m+1은 각각 n 및 m개의 탄소 원자를 갖는 직쇄형 알킬 라디칼이고; n 및 m은 바람직하게는 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 또는 12이다. 표 B의 코드는 자명하다. 표 A에서, 단지 모구조의 약자만이 제시되어 있다. 개별적인 경우, 모구조의 약자 뒤에서 선(-)으로 분리되고, 치환기 R^1*, R^2*, L^1*및 L^2*의 코드가 뒤따른다:

바람직한 혼합물 성분이 표 A 및 B에 도시되어 있다:

[표 A]

[표 B]

화학식 I의 화합물 외에, 표 B로부터의 1, 2, 3, 또는 4개 이상의 화합물을 포함하는 액정 혼합물이 특히 바람직하다.

하기 표 C는 일반적으로 0.1 내지 10중량%, 특히 0.1 내지 6중량%의 농도로 본 발명에 따른 혼합물에 첨가되는 가능한 도판트를 나타낸다:

[표 C]

예를 들어, 본 발명에 따른 혼합물에 최대 10중량% 이하, 바람직하게는 0.001 내지 8중량%, 특히 0.05 내지 5중량%로 첨가될 수 있는 안정화제 및 항산화제는 하기 표 D와 같다(이때, n은 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 또는 9이다):

[표 D]

하기 실시예는 비제한적으로 본 발명을 설명하려는 것이다. 상기 및 하기에서, % 데이터는 중량%를 나타낸다. 모든 온도는 ℃로 주어진다. m.p.는 융점을 나타내고, cl.p.는 투명점을 나타낸다. 또한, C는 결정질 상태이고, N은 네마틱 상이고, S는 스메틱 상이고, I는 등방성 상이다. 상기 기호 사이의 데이터는 전이 온도를 나타낸다. Δn은 589nm 및 20℃에서의 광학 이방성을 나타내고, 유동 점도 ν₂₀(mm²/초) 및 회전 점도 γ₁(mPa·s)은 각각 20℃에서 측정된다. 모든 물리적 특성은 달리 명백히 지시되지 않는 한 문헌["Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", status Nov. 1997, Merck KGaA, Germany]에 따라 측정되고, 20℃의 온도에 적용된다. LTS는 -20℃ 및 -30℃에서 셀에서 측정되는 저온 안정성이다.

실시예 M1

실시예 M2

실시예 M3

실시예 M4

실시예 M5

실시예 M6

실시예 M7

실시예 M8

실시예 M9

실시예 M10

실시예 M11

실시예 M12

실시예 M13

실시예 M14

실시예 M15

실시예 M16

실시예 M17

실시예 M18

실시예 M19

실시예 M20

실시예 M21

실시예 M22

실시예 M23

실시예 M24

실시예 M25

실시예 M26

실시예 M27

실시예 M28

실시예 M29

실시예 M30

실시예 M31

실시예 M32

실시예 M33

실시예 M34

실시예 M35

실시예 M36

실시예 M37

실시예 M38

실시예 M39

실시예 M40

실시예 M41

실시예 M42

실시예 M43

실시예 M44

실시예 M45

실시예 M46

실시예 M47

실시예 M48

실시예 M49

실시예 M50

실시예 M51

실시예 M52

실시예 M53

실시예 M54

실시예 M55

실시예 M56

Claims

하나 이상의 하기 화학식 I의 화합물 및 하기 화학식 ST, XIIb, IVb-1, IVb-2, VIIIm, IXd, D4 및 CCP-V-n으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하되, CF₂O 가교기를 갖는 어떠한 추가의 화합물 및 피란 고리를 함유하는 어떠한 추가의 화합물도 포함하지 않는, 극성 화합물의 혼합물을 기재로 하는 액정 매질:
화학식 I

상기 식에서,
R¹은 1 내지 15개의 탄소 원자를 갖는 비치환되거나 할로겐화된 알킬 또는 알콕시 라디칼을 나타내고, 또한 이들 라디칼 중 하나 이상의 CH₂ 기는 O 원자가 서로 직접적으로 연결되지 않는 방식으로, -C≡C-, -CH=CH-, -O-, -CO-O- 또는 -O-CO-에 의해 서로 독립적으로 각각 대체될 수 있고,
X¹은 각각의 경우 서로 독립적으로 F, Cl, CN, SF₅, NCS, 6개 이하의 탄소 원자를 갖는 할로겐화된 알킬 라디칼, 할로겐화된 알케닐 라디칼, 할로겐화된 알콕시 라디칼 또는 할로겐화된 알케닐옥시 라디칼을 나타내고,
L¹내지 L⁵는 각각 서로 독립적으로 H 또는 F를 나타낸다.
화학식 ST

화학식 XIIb

화학식 IVb-1

화학식 IVb-2

화학식 VIIIm

화학식 IXd

화학식 D4

화학식 CCP-V-n

상기 식에서,
R⁰은 각각 9개 이하의 탄소 원자를 갖는 n-알킬, 알킬알콕시, 알콕시, 알케닐옥시, 플루오로알킬 또는 알케닐을 나타내고,
X⁰은 F, Cl, 6개 이하의 탄소 원자를 갖는 할로겐화된 알킬, 할로겐화된 알케닐, 할로겐화된 알케닐옥시 또는 할로겐화된 알콕시를 나타내고,
s는 1 또는 2를 나타내며,
n은 1 내지 12의 정수이다.
제 1 항에 있어서,
화학식 I의 화합물에서 R¹이 직쇄 알킬을 나타내는 것을 특징으로 하는 액정 매질.
제 1 항에 있어서,
상기 화학식 I의 화합물이 하기 화학식 I-1 내지 I-48로 이루어진 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

상기 식에서,
알킬은 1 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼을 나타내고,
알콕시는 1 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알콕시 라디칼을 나타내고,
알케닐은 2 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알케닐 라디칼을 나타낸다.
제 1 항에 있어서,
하기 화학식 Z-1 내지 Z-10으로 이루어진 군 중에서 선택된 1개 또는 2개 이상의 이환식 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

상기 식에서,
R^1a 및 R^2a는 각각 서로 독립적으로 H, CH₃, C₂H₅ 또는 n-C₃H₇을 나타내고,
알킬 및 알킬^*는 각각 서로 독립적으로 1 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼을 나타내고,
알케닐은 2 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알케닐 라디칼을 나타낸다.
제 1 항에 있어서,
하기 화학식 II, III, IV 및 V로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:
화학식 II

화학식 III

화학식 IV

화학식 V

상기 식에서,
R⁰은 각각 9개 이하의 탄소 원자를 갖는 n-알킬, 알킬알콕시, 알콕시, 알케닐옥시, 플루오로알킬 또는 알케닐을 나타내고,
X⁰은 F, Cl, 6개 이하의 탄소 원자를 갖는 할로겐화된 알킬, 할로겐화된 알케닐, 할로겐화된 알케닐옥시 또는 할로겐화된 알콕시를 나타내고,
Z⁰은 -C₂F₄-, -CF=CF-, -C₂H₄-, -(CH₂)₄-, -OCH₂- 또는 -CH₂O-를 나타내고,
Y¹내지 Y⁴는 각각 서로 독립적으로 H 또는 F를 나타내고,
r은 0 또는 1을 나타낸다.
제 5 항에 있어서,
하기 화학식 XI 내지 XXVI로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

상기 식에서,
R⁰ 및 X⁰은 제 5 항에서 정의한 바와 같고,
Y¹은 H 또는 F를 나타내고,
R^0*는 각각 6개 이하의 탄소 원자를 갖는 알킬 또는 알케닐을 나타낸다.
제 5 항에 있어서,
하기 화학식 XIIa 및 XIIb로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

상기 식에서,
알킬 및 알킬^*는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼을 나타내고,
알케닐은 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알케닐 라디칼을 나타낸다.
제 5 항에 있어서,
하나 이상의 하기 화학식 XVIIIa의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

XVIIIa
상기 식에서,
R⁰은 제 5 항에서 정의한 바와 같다.
제 4 항에 있어서,
하나 이상의 하기 화학식 Z-5의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

상기 식에서,
R^1a 및 알킬은 제 4 항에서 정의한 바와 같다.
제 1 항에 있어서,
전체적으로 혼합물 중 화학식 I의 화합물의 비율이 3 내지 40중량%인 것을 특징으로 하는 액정 매질.
제 9 항에 있어서,
전체적으로 혼합물 중 화학식 Z-5의 화합물의 비율이 30 내지 60중량%인 것을 특징으로 하는 액정 매질.
하나 이상의 화학식 I의 화합물을 화학식 ST, XIIb, IVb-1, IVb-2, VIIIm, IXd, D4 및 CCP-V-n으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물과 혼합하는 것을 특징으로 하는, 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질을 전기광학 목적에 사용하는 방법.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질을 함유하는 전기광학 액정 디스플레이.