KR101617475B1

KR101617475B1 - 액정 매질

Info

Publication number: KR101617475B1
Application number: KR1020107022584A
Authority: KR
Inventors: 미카엘 비테크; 브리기테 슐러; 하랄트 히르슈만; 폴커 라이펜라쓰; 마르쿠스 찬타; 크리스티안 쇼엔펠트
Original assignee: 메르크 파텐트 게엠베하
Priority date: 2008-03-10
Filing date: 2009-02-19
Publication date: 2016-05-02
Also published as: EP2250235B1; KR20100139011A; WO2009112146A1; US20110001090A1; JP5524092B2; ATE523577T1; EP2250235A1; TWI487776B; DE102009009631A1; JP2011516628A; TW200940688A; US8585922B2

Abstract

본 발명은 하나 이상의 하기 화학식 I의 화합물을 포함하는 액정 매질, 및 이의 전기광학 액정 디스플레이에서의 용도에 관한 것이다:
[화학식 I]

상기 식에서,
R⁰, 고리 A, 및 L¹ 내지 L⁴는 제 1 항에 정의된 의미를 가진다.

Description

액정 매질{LIQUID-CRYSTALLINE MEDIUM}

본 발명은 액정(LC) 매질, 전기광학적 목적을 위한 이의 용도, 이러한 매질을 함유하는 LC 디스플레이에 관한 것이다.

액정은 인가된 전압에 의해 액정 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. 또한, 기판 및 액정 평면에 평행한 전기장에 의해 작동하는 셀, 예컨대 IPS(평면 내 스위칭) 셀이 또한 존재한다. 특히 TN, STN, FFS(프린지 필드 스위칭; fringe field switching) 및 IPS 셀은 본 발명에 따른 매질에 대한 현재 상업적으로 주목되는 적용 분야이다.

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 위 또는 아래로 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 능동 소자(즉, 트랜지스터)이다. 이때, 용어 "능동 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, 화합물 반도체, 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 조명된다.

본 발명에서 용어 "MLC 디스플레이"는 집적된 비선형 소자를 갖는 임의의 매트릭스 디스플레이, 즉 능동 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 구조체에서의 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., 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]; 문헌[STROMER, M., Proc. Eurodisplay 84, Sept. 1984: Design of Thin Film Transistors for Matrix Addressing of Television Liquid Crystal Display, p. 145 ff, 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 스멕틱 상은 심지어 저온에서도 생기지 않아야 하고, 점도의 온도 의존성은 가능한 한 낮아야 함이 요구된다. 따라서, 종래 기술로부터의 MLC 디스플레이는 오늘날의 요건을 충족시키지 않는다.

후면 조명을 이용하는 액정 디스플레이, 즉 투과적으로 및 필요한 경우 반사투과적으로(transflectively) 작동되는 액정 디스플레이 외에, 반사성 액정 디스플레이가 또한 특히 주목을 끈다. 이들 반사성 액정 디스플레이는 정보 표시를 위해 주변 광을 사용한다. 따라서, 이들은 동등한 크기 및 해상도를 갖는 후면 발광 액정 디스플레이보다 상당히 적은 에너지를 소비한다. TN 효과는 매우 우수한 콘트라스트의 특징을 갖기 때문에, 이런 유형의 반사성 디스플레이는 밝은 주변 조건에서조차도 우수하게 판독될 수 있다. 이는 이미 예컨대 시계 및 휴대용 계산기에서 사용되는 간단한 반사성 TN 디스플레이에서 알려져 있다. 그러나, 또한 상기 원리는 예컨대 TFT 디스플레이와 같은 고 품질의 보다 높은 해상도를 갖는 능동 매트릭스-어드레싱된 디스플레이에 적용될 수도 있다. 여기서, 일반적으로 통상적인 투과성 TFT-TN 디스플레이에서와 같이, 낮은 광학 지연성(d·Δn)을 성취하기 위해 낮은 복굴절율(Δn)의 액정 디스플레이의 사용이 필요하다. 이는 낮은 광학 지연성은 보통 허용가능하게 낮은 콘트라스트의 시야각 의존성을 제공한다(DE 30 22 818 호 참조). 반사성 디스플레이에서, 낮은 복굴절율의 액정 디스플레이의 사용은 투과성 디스플레이에서보다 훨씬 더 중요한데, 이는 광이 통과하는 유효 층 두께가 동일한 층 두께를 갖는 투과성 디스플레이에서보다 반사성 디스플레이에서 약 두 배 정도로 크기 때문이다.

TV 및 비디오 제품에서, 현실감 있는(near-realistic) 품질로 예컨대 필름 및 비디오 게임과 같은 멀티미디어 내용물을 재생할 수 있도록 신속한 응답 시간을 갖는 디스플레이가 요구된다. 이런 짧은 응답 시간은 특히 낮은 값의 점도, 특히 회전 점도(γ₁) 및 높은 광학 이방성(Δn)을 갖는 액정 매질이 사용되는 경우에 성취될 수 있다.

따라서, 상기 단점들을 갖지 않거나 또는 단지 감소된 정도만 갖는, 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 스위칭 능력(야외 용도, 자동차, 항공 전자 공학);

- UV 방사선에 대한 증가된 내성(보다 긴 사용 수명);

- 낮은 문턱 전압.

종래 기술로부터 입수 가능한 매질은 다른 파라미터를 유지하면서, 동시에 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(등명점, 스멕틱-네마틱 전이 또는 융점, 점도, 유전 파라미터, 탄성 파라미터)를 더욱 넓히는 것이 매우 바람직하다.

특히 TV 및 비디오 제품(예컨대 LCD TV, 모니터, PDA, 노트북, 게임 콘솔)용 LC 디스플레이의 경우, 응답 시간의 상당한 감소가 요망된다. LC 셀에서의 LC 매질의 층 두께(d)("셀랩(cellap)")의 감소는 이론적으로 보다 신속한 응답 시간을 생성하지만, LC 매질이 적합한 광학 지연(d·Δn)을 보증하기 위해 보다 높은 복굴절율(Δn)을 가질 것을 요구한다. 그러나, 종래 기술로부터 공지된 높은 복굴절율의 LC 매질은 일반적으로 또한 동시에 높은 회전 점도를 가지며, 이는 이후 응답 시간에 부정적 영향을 미친다. 그러므로, 신속한 응답 시간, 낮은 회전 점도 및 높은 복굴절율을 동시에 갖는 LC 매질에 대한 요구가 존재한다.

본 발명은 특히, 전술된 바람직한 성질을 가지며 전술된 단점을 보이지 않거나 단지 적은 정도로만 갖는 이런 유형의 MLC, TN, STN, FFS 또는 IPS 디스플레이용 매질을 제공하려는 목적에 기초한다. 특히, 상기 LC 매질은 신속한 응답 시간 및 낮은 회전 점도와 동시에 높은 복굴절율을 가져야 한다. 또한, 상기 LC 매질은 높은 등명점, 높은 유전 이방성 및 낮은 문턱 전압을 가져야 한다.

이제 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 포함하는 LC 매질이 사용되는 경우 상기 목적이 성취될 수 있음이 밝혀졌다. 화학식 I의 화합물은 전술된 바람직한 성질을 가진 혼합물을 생성한다.

본 발명은 하나 이상의 하기 화학식 I의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질에 관한 것이다:

[화학식 I]

상기 식에서,

R⁰은 1 내지 15개의 탄소 원자를 갖는 알킬 또는 알콕시 라디칼이며, 이때 이들 라디칼 중 하나 이상의 CH₂ 기는 또한 각각 서로 독립적으로, O 원자가 서로 직접적으로 연결되지 않는 방식으로, -C≡C-, -CF₂O-, -CH=CH-,

, -O-, -CO-O- 또는 -O-CO-에 의해 대체될 수 있고, 하나 이상의 H 원자는 또한 할로겐으로 대체될 수 있으며;

는

이고;

L¹ 내지 L⁴는 각각 서로 독립적으로 H 또는 F이다.

놀랍게도, 화학식 I의 화합물을 포함하는 LC 매질은 회전 점도(γ₁) 및 등명점의 매우 양호한 비, 높은 광학 이방성(Δε) 값 및 높은 복굴절율(Δn)뿐만 아니라 신속한 응답 시간, 낮은 문턱 전압, 높은 등명점, 높은 포지티브 유전 이방성 및 넓은 네마틱 상 범위를 갖는다. 또한, 화학식 I의 화합물은 액정 매질에 매우 용이하게 용해가능하다.

화학식 I의 화합물은 넓은 적용 범위를 가진다. 치환기의 선택에 좌우되어, 이는 액정 매질을 주로 구성하는 기재 물질로서 작용할 수 있지만, 예를 들면 이런 유형의 유전체의 유전성 및/또는 광학 이방성을 개질시키거나 그의 문턱 전압 및/또는 점도를 최적화하기 위해 다른 부류의 화합물로부터의 액정 기재 물질을 화학식 I의 화합물에 첨가할 수도 있다.

바람직한 화학식 I의 화합물은 하기 화학식 I-1 내지 I-64의 화합물을 포함한다:

상기 식에서,

R⁰은 전술된 의미를 가지며, 바람직하게는 직쇄형 알킬을 나타낸다.

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

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

반응식 1

특히 바람직한 화합물은 하기 반응식에 따라 제조된다:

반응식 2

(R⁰은 바람직하게는 알킬이고, L¹ 및 L²는 바람직하게는 F이다.)

상기 및 하기 화학식들에서의 R⁰이 알킬 라디칼 및/또는 알콕시 라디칼을 나타내는 경우, 이는 직쇄형 또는 분지형일 수 있다. 이는 바람직하게는 직쇄형이고, 2, 3, 4, 5, 6 또는 7개의 탄소 원자를 갖고, 따라서 바람직하게는 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 에톡시, 프로폭시, 부톡시, 펜톡시, 헥실옥시 또는 헵틸옥시를 나타내고, 또한 메틸, 옥틸, 노닐, 데실, 운데실, 도데실, 트라이데실, 테트라데실, 펜타데실, 메톡시, 옥틸옥시, 노닐옥시, 데실옥시, 운데실옥시, 도데실옥시, 트라이데실옥시 또는 테트라데실옥시를 나타낸다.

옥사알킬은 바람직하게는 직쇄형 2-옥사프로필(= 메톡시메틸), 2-옥사부틸(=에톡시메틸) 또는 3-옥사부틸(=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, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- 또는 9-옥사데실을 나타낸다.

R⁰이 하나의 CH₂ 기가 -CH=CH-로 대체된 알킬 라디칼을 나타내는 경우, 이는 직쇄형 또는 분지형일 수 있다. 이는 바람직하게는 직쇄형이고, 2 내지 1O개의 탄소 원자를 갖는다. 따라서, 이는 특히 비닐, 프로프-1- 또는 -2-엔일, 부트-1-, -2- 또는 -3-엔일, 펜트-1-, -2-, -3- 또는 -4-엔일, 헥스-1-, -2-, -3-, -4- 또는 -5-엔일, 헵트-1-, -2-, -3-, -4-, -5- 또는 -6-엔일, 옥트-1-, -2-, -3-, -4-, -5-, -6- 또는 -7-엔일, 논-1-, -2-, -3-, -4-, -5-, -6-, -7- 또는 -8-엔일, 또는 데크-1-, -2-, -3-, -4-, -5-, -6-, -7-, -8- 또는 -9-엔일을 나타낸다. 이들 라디칼은 또한 모노- 또는 폴리할로겐화될 수도 있다.

R⁰이 할로겐에 의해 적어도 일치환된 알킬 또는 알켄일 라디칼을 나타내는 경우, 이 라디칼은 바람직하게는 직쇄형이고, 할로겐은 바람직하게는 F 또는 Cl이다. 다중치환의 경우, 할로겐은 바람직하게는 F이다. 또한, 생성된 라디칼은 퍼플루오르화된 라디칼을 포함한다. 일치환의 경우, 플루오르 또는 염소 치환기는 임의의 목적하는 위치에 있을 수 있지만, 바람직하게는 ω-위치에 있다.

특히 바람직한 것은 X⁰이 F 또는 OCF₃인 화학식 IV 내지 VIII의 화합물이다.

추가의 바람직한 실시양태는 하기와 같다:

- 상기 매질은 하기 화학식 II 및/또는 III의 중성 화합물 하나 이상을 추가로 포함한다:

[화학식 II]

[화학식 III]

상기 식에서,

A는 1,4-페닐렌 또는 트랜스-1,4-사이클로헥실렌을 나타내고,

a는 0 또는 1이고,

R³은 2 내지 9개의 탄소 원자를 갖는 알켄일을 나타내고,

R⁴는 화학식 I에서의 R⁰에 대해 기재된 의미를 가지며, 바람직하게는 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬 또는 2 내지 9개의 탄소 원자를 갖는 알켄일을 의미한다.

- 상기 화학식 II의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 IIa 내지 IIi로부터 선택된다:

상기 식에서,

R^3a 및 R^4a는 각각 서로 독립적으로 H, CH₃, C₂H₅ 또는 C₃H₇이고;
알킬은 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 직쇄형 알킬 기를 나타낸다.

특히 바람직한 것은 R^3a가 H 또는 CH₃인 화학식 IIa 및 IIf의 화합물 및 R^3a 및 R^4a가 H, CH₃ 또는 C₂H₅인 화학식 IIc의 화합물이다.

또한 바람직하게는, 알켄일 측쇄에 비-말단 이중 결합을 갖는 하기 화학식 IIj 내지 IIp의 화합물과 같은 화학식 II의 화합물이다:

매우 바람직한 화학식 II의 화합물은 하기 구조식의 화합물들이다:

- 화학식 III의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 IIIa 및 IIIb의 화합물들로부터 선택된다:

상기 식에서,

알킬 및 R^3a는 전술된 의미를 갖고;
R^3a는 바람직하게는 H 또는 CH₃이다.
화학식 IIIb의 화합물이 특히 바람직하다.

- 상기 매질은 하기 화학식 IV 내지 VIII의 화합물로 이루어진 군 중에서 선택된 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 것이 바람직하다:

[화학식 IV]

[화학식 V]

[화학식 VI]

[화학식 VII]

[화학식 VIII]

상기 식에서,

R⁰은 화학식 I에 기재된 의미를 갖고,

X⁰은 F, Cl이거나, 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 모노- 또는 폴리플루오르화된 알킬 또는 알콕시 라디칼, 또는 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 모노- 또는 폴리플루오르화된 알켄일 또는 알켄일옥시 라디칼을 나타내고,

Y¹ 내지 Y⁶은 각각 서로 독립적으로 H 또는 F를 나타내고,

Z⁰은 -C₂H₄-, -(CH₂)₄-, -CH=CH-, -CF=CF-, -C₂F₄-, -CH₂CF₂-, -CF₂CH₂-, -CH₂O-, -OCH₂-, -COO-, -CF₂O- 또는 -OCF₂-를 나타내며, 화학식 V 및 VI에서는 또한 단일 결합을 나타내고,

r은 0 또는 1을 나타낸다.

상기 화학식들에서, X⁰은 바람직하게는 F, Cl이거나, 또는 1, 2 또는 3개의 탄소 원자를 갖는 모노- 또는 폴리플루오르화된 알킬 또는 알콕시 라디칼, 또는 2 또는 3개의 탄소 원자를 갖는 모노- 또는 폴리플루오르화된 알켄일 또는 알켄일옥시 라디칼이다. X⁰은 특히 바람직하게는 F, Cl, CF₃, CHF₂, OCF₃, OCHF₂, OCFHCF₃, OCFHCHF₂, OCFHCHF₂, OCF₂CH₃, OCF₂CHF₂, OCF₂CHF₂, OCF₂CF₂CHF₂, OCF₂CF₂CH₂F, OCFHCF₂CF₃, OCFHCF₂CHF₂, OCH=CF₂, OCF=CF₂, OCF₂CHFCF₃, OCF₂CF₂CF₃, OCF₂CF₂CClF₂, OCClFCF₂CF₃, CF=CF₂, CF=CHF, OCH=CF₂, OCF=CF₂ 또는 CH=CF₂이고, 매우 바람직하게는 F 또는 OCF₃이다.

화학식 IV 내지 VIII의 화합물에서, X⁰은 바람직하게는 F, OCF₃, OCHF₂, CF₃, CF₂H, Cl, 또는 OCH=CF₂를 나타낸다. R⁰은 바람직하게는 6개 이하의 탄소 원자를 갖는 직쇄형 알킬 또는 알켄일이다.

- 화학식 IV의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 IVa 내지 IVf의 화합물로부터 선택된다:

상기 식에서,

R⁰ 및 X⁰은 전술된 의미를 가진다.

상기 화학식 IV에서, R⁰은 바람직하게는 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬을 나타내고, X⁰은 바람직하게는 F, Cl, OCHF₂ 또는 OCHF₃, 또한 OCH=CF₂를 나타낸다. 화학식 IVb의 화합물에서, R^O은 바람직하게는 알킬 또는 알켄일을 나타낸다. 화학식 IVd의 화합물에서, X⁰은 바람직하게는 Cl 또는 F를 나타낸다.

- 화학식 V의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 Va 내지 Vj의 화합물로부터 선택된다:

상기 식에서,

R⁰ 및 X⁰은 전술된 의미를 가진다.

바람직하게는, 화학식 V에서 R⁰은 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬을 나타내고, X⁰은 F를 나타낸다.

- 상기 매질은 하나 이상의 하기 화학식 VI-1의 화합물을 포함하며,

[화학식 VI-1]

특히 바람직하게는 하기 화학식 VI-1a 내지 VI-1d의 화합물로부터 선택된 것들을 포함한다:

상기 식에서,

R⁰ 및 X⁰은 전술된 의미를 가진다.

바람직하게는, 화학식 VI에서 R⁰은 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬이고, X⁰은 F 또는 OCF₃이다.

- 상기 매질은 하나 이상의 하기 화학식 VI-2의 화합물을 포함하며,

[화학식 VI-2]

특히 바람직하게는 하기 화학식 VI-2a 내지 VI-2f의 화합물로부터 선택된 것들을 포함한다:

상기 식에서,

R⁰ 및 X⁰은 전술된 의미를 가진다.

바람직하게는, 화학식 VI에서 R⁰은 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬을 나타내고, X⁰은 F를 나타낸다.

- 상기 매질은, 바람직하게는 Z⁰이 -CF₂O-, -CH₂CH₂- 또는 -COO-인 화학식 VII의 화합물 하나 이상을 포함하며, 특히 바람직하게는 하기 화학식 VII-1a 내지 VII-1e의 화합물로부터 선택된 것들을 포함한다:

상기 식에서,

R⁰ 및 X⁰은 전술된 의미를 가진다.

바람직하게는, 화학식 VII에서 R⁰은 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬이고, X⁰은 F 또는 OCF₃이다.

화학식 VIII의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 VIIIa 내지 VIIIf의 화합물로부터 선택된다:

상기 식에서,

R⁰ 및 X⁰은 전술된 의미를 가진다.

화학식 VIII에서, R⁰은 바람직하게는 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 직쇄형 알킬을 나타낸다. X⁰은 F를 나타낸다.

- 상기 매질은 하나 이상의 하기 화학식 IX의 화합물을 추가로 포함한다:

[화학식 IX]

상기 식에서,

R⁰, X⁰, Y¹ 및 Y²는 전술된 의미를 갖고,

는 각각 서로 독립적으로

또는

를 나타내되, 이때 고리 A 및 B는 동시에 모두 사이클로헥실렌을 나타내지는 않는다.

- 하기 화학식 IX의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 IXa 내지 IXh로부터 선택된다:

상기 식에서,

R⁰ 및 X⁰은 전술된 의미를 가진다.

바람직하게는, 화학식 IX에서, R⁰은 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬을 나타내고, X⁰은 F를 나타낸다. 특히 바람직한 것은 화학식 IXa의 화합물이다.

- 상기 매질은 하기 화학식 X 내지 XI의 화합물로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함한다:

[화학식 X]

[화학식 XI]

상기 식에서,

R⁰, X⁰ 및 Y¹ 내지 Y⁴는 화학식 I에 기재된 의미를 갖고,

는 각각 서로 독립적으로

또는

를 나타낸다.

- 상기 화학식 X 및 XI의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 Xa 내지 XIb의 화합물로부터 선택된다:

상기 식에서,

R⁰ 및 X⁰은 전술된 의미를 가진다.

바람직하게는, R⁰은 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬을 나타내고, X⁰은 F를 나타낸다. 특히 바람직한 화합물은 Y¹이 F를 나타내고, Y²가 H 또는 F, 바람직하게는 F를 나타내는 것들이다.

- 상기 매질은 하나 이상의 하기 화학식 XII의 화합물을 추가로 포함한다:

[화학식 XII]

상기 식에서,

R¹ 및 R²는 각각 서로 독립적으로, 각각 9개 이하의 탄소 원자를 갖는 n-알킬, 알콕시, 옥사알킬, 플루오로알킬, 알켄일옥시 또는 알켄일을 나타내며, 바람직하게는 각각 서로 독립적으로 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬을 나타낸다. Y¹은 H 또는 F를 나타낸다.

바람직한 화학식 XII의 화합물은 하기 화학식의 화합물들이다:

상기 식에서,

알킬 및 알킬^*은 각각 서로 독립적으로 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄형 알킬 라디칼을 나타내고,

알켄일 및 알켄일^*은 각각 서로 독립적으로 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄형 알켄일 라디칼을 나타낸다.

- 상기 매질은 하기 화학식 XIII 내지 XVI의 화합물로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함한다:

[화학식 XIII]

[화학식 XIV]

[화학식 XV]

[화학식 XVI]

상기 식에서,

R⁰, X⁰ 및 Y¹ 및 Y²는 전술된 의미를 가진다.

바람직하게는, R⁰은 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬을 나타내고, X⁰은 F 또는 Cl을 나타낸다.

- 상기 화학식 XIII 및 XIV의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 XIIIa, XIVa 및 XVa의 화합물로부터 선택된다:

상기 식에서,

R⁰ 및 X⁰은 전술된 의미를 가진다.

바람직하게는, R⁰은 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬을 나타낸다. 화학식 XIII의 화합물에서 X⁰은 바람직하게는 F 또는 Cl을 나타낸다.

-상기 매질은 하기 화학식 D1, D2 및/또는 D3의 화합물 하나 이상을 추가로 포함한다:

상기 식에서,

Y¹, Y², R⁰ 및 X⁰은 전술된 의미를 가진다.

바람직하게는, R⁰은 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬을 나타내고, X⁰은 F를 나타낸다.

특히 바람직한 것은 하기 화학식 D1-1 내지 D3-1의 화합물이다:

상기 식에서,

R⁰은 전술된 의미를 갖고, 바람직하게는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄형 알킬, 특히 C₂H₅, n-C₃H₇ 또는 n-C₅H₁₁을 나타낸다.

- 상기 매질은 하나 이상의 하기 화학식 XVII의 화합물을 추가로 포함한다:

[화학식 XVII]

상기 식에서,

Y¹, R¹ 및 R²는 전술된 의미를 가진다. R¹ 및 R²는 바람직하게는 각각 서로 독립적으로 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬을 나타낸다.

- 상기 매질은 하나 이상의 하기 화학식 XVIII의 화합물을 추가로 포함한다:

[화학식 XVIII]

상기 식에서,

X⁰, Y¹및 Y²는 전술된 의미를 갖고;
알켄일은 C_2-7 알켄일을 나타낸다.

특히 바람직한 것은 하기 화학식 XVIIIa의 화합물이다:

[화학식 XVIIIa]

상기 식에서,

R^3a는 전술된 의미를 가지며, 바람직하게는 H를 나타낸다.

- 상기 매질은 하기 화학식 XIX 내지 XXVII의 화합물로부터 선택된 하나 이상의 테트라사이클릭 화합물을 추가로 포함한다:

[화학식 XIX]

[화학식 XX]

[화학식 XXI]

[화학식 XXII]

[화학식 XXIII]

[화학식 XXIV]

[화학식 XXV]

[화학식 XXVI]

[화학식 XXVII]

상기 식에서,

Y¹ 내지 Y⁴, R⁰ 및 X⁰은 각각 서로 독립적으로 전술된 의미들 중 하나를 가진다. X⁰은 바람직하게는 F, Cl, CF₃, OCF₃ 또는 OCHF₂이다. R⁰은 바람직하게는 각각 8개 이하의 탄소 원자를 갖는 알킬, 알콕시, 옥사알킬, 플루오로알킬 또는 알켄일이다.

- 상기 및 하기 기재된 화학식에서,

는 바람직하게는

이다.

- R⁰은 바람직하게는 2 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 직쇄형 알킬 또는 알켄일이다.

- X⁰은 바람직하게는 F, OCF₃, Cl 또는 CF₃이다.

- 상기 매질은 바람직하게는 1, 2 또는 3개의 화학식 I의 화합물을 포함한다.

- 상기 매질은 바람직하게는 화학식 I, II, III, V, VI-1, VI-2, XII, XIII, XIV, XVII, XXIII 및 XXV의 화합물의 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다.

- 상기 매질은 바람직하게는 하나 이상의 화학식 VI-1의 화합물을 포함한다.

- 상기 매질은 바람직하게는 하나 이상의 화학식 VI-2의 화합물을 포함한다.

- 상기 매질은 바람직하게는 1 내지 25 중량%, 바람직하게는 2 내지 20 중량%, 특히 바람직하게는 2 내지 15 중량%의 화학식 I의 화합물을 포함한다.

- 전체적으로 혼합물에서 화학식 II 내지 XXVII의 화합물의 비율은 바람직하게는 20 내지 99 중량%이다.

- 상기 매질은 바람직하게는 25 내지 80 중량%, 특히 바람직하게는 30 내지 70 중량%의 화학식 II 및/또는 III의 화합물을 포함한다.

- 상기 매질은 바람직하게는 5 내지 40 중량%, 특히 바람직하게는 10 내지 30 중량%의 화학식 V의 화합물을 포함한다.

- 상기 매질은 바람직하게는 3 내지 30 중량%, 특히 바람직하게는 6 내지 25 중량%의 화학식 VI-1의 화합물을 포함한다.

- 상기 매질은 바람직하게는 2 내지 30 중량%, 특히 바람직하게는 4 내지 25 중량%의 화학식 VI-2의 화합물을 포함한다.

- 상기 매질은 5 내지 40 중량%, 특히 바람직하게는 10 내지 30 중량%의 화학식 XII의 화합물을 포함한다.

- 상기 매질은 바람직하게는 1 내지 25 중량%, 특히 바람직하게는 2 내지 15 중량%의 화학식 XIII의 화합물을 포함한다.

- 상기 매질은 바람직하게는 5 내지 45 중량%, 특히 바람직하게는 10 내지 35 중량%의 화학식 XIV의 화합물을 포함한다.

- 상기 매질은 바람직하게는 1 내지 20 중량%, 특히 바람직하게는 2 내지 15 중량%의 화학식 XVI의 화합물을 포함한다.

- 상기 매질은 하기 화학식 St-1 내지 St-3의 화합물 하나 이상을 추가로 포함한다:

상기 식에서,

R⁰, Y¹, Y² 및 X⁰은 전술된 의미를 가진다. R⁰은 바람직하게는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄형 알킬을 나타낸다. X⁰은 바람직하게는 F 또는 OCF₃이다. Y¹은 바람직하게는 F를 나타낸다. Y²는 바람직하게는 F를 나타낸다. 또한 바람직한 것은 Y¹ = F 및 Y² = H인 화합물이다. 상기 화학식 St-1 내지 St-3의 화합물은 바람직하게는 본 발명에 따른 혼합물에 3 내지 30 중량%, 특히 5 내지 25 중량%의 농도로 사용된다.

- 상기 매질은 하나 이상의 하기 화학식 Py-1 내지 Py-5의 피리미딘 또는 피리딘 화합물을 추가로 포함한다:

상기 식에서,

R⁰은 바람직하게는 2 내지 5개의 탄소 원자를 갖는 직쇄형 알킬이다. x는 0 또는 1, 바람직하게는 x는 1을 나타낸다.

바람직한 혼합물은 3 내지 30 중량%, 특히 5 내지 20 중량%의 상기 피리(미)딘 화합물을 포함한다.

심지어 통상적인 액정 매질, 특히 하나 이상의 화학식 II 내지 XXVII의 화합물과 혼합된 비교적 적은 분율의 화학식 I의 화합물일지라도, 광 안정성에서의 유의한 증가 및 낮은 복굴절 값을 생성하고, 동시에 낮은 스멕틱-네마틱 전이 온도를 갖는 넓은 네마틱 상이 관찰되어 보존 수명이 개선되는 것으로 밝혀졌다. 동시에, 상기 혼합물은 매우 낮은 문턱 전압 및 UV에 노출 시에 VHR에 대한 매우 양호한 값을 보인다.

용어 "알킬" 또는 "알킬^*"은 1 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 직쇄형 및 분지형 알킬 기, 특히 직쇄형 기 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실 및 헵틸을 포함한다. 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 기가 일반적으로 바람직하다.

용어 "알켄일" 또는 "알켄일^*"은 2 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 직쇄형 및 분지형 알켄일 기, 특히 직쇄형 기를 포함한다. 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. 특히 바람직한 알켄일 기의 예는 비닐, 1E-프로펜일, 1E-부텐일, 1E-펜텐일, 1E-헥센일, 1E-헵텐일, 3-부텐일, 3E-펜텐일, 3E-헥센일, 3E-헵텐일, 4-펜텐일, 4Z-헥센일, 4E-헥센일, 4Z-헵텐일, 5-헥센일, 6-헵텐일 등이다. 5개 이하의 탄소 원자를 갖는 기가 일반적으로 바람직하다.

용어 "플루오로알킬"은 하나 이상의 플루오르 원자, 바람직하게는 말단 플루오르를 갖는 직쇄형 기, 즉 플루오로메틸, 2-플루오로에틸, 3-플루오로프로필, 4-플루오로부틸, 5-플루오로펜틸, 6-플루오로헥실 및 7-플루오로헵틸을 포함한다. 그러나, 플루오르의 다른 위치를 배제하지 않는다.

용어 "옥사알킬" 또는 "알콕시"는 바람직하게는 화학식 C_nH_2n ₊₁-O-(CH₂)_m의 직쇄형 라디칼을 포함하고, 이때 n 및 m은 각각 서로 독립적으로 1 내지 6이다. m은 또한 0일 수도 있다. 바람직하게는 n은 1이고 m은 1 내지 6이거나, m은 0이고 n은 1 내지 3이다.

R⁰ 및 X⁰의 의미의 적절한 선택을 통해, 어드레싱 시간, 문턱 전압, 투과율 특성 선의 경사도 등이 목적하는 방식으로 변형될 수 있다. 예컨대, 1E-알켄일 라디칼, 3E-알켄일 라디칼, 2E-알켄일옥시 라디칼 등은 알킬 및 알콕시 라디칼과 비교 시에 일반적으로 보다 짧은 어드레싱 시간, 개선된 네마틱 경향, 및 탄성 상수 k₃₃(벤드(bend))과 k₁₁(스플레이(splay)) 사이의 보다 높은 비를 제공한다. 4-알켄일 라디칼, 3-알켄일 라디칼 등은 알킬 및 알콕시 라디칼과 비교 시에 일반적으로 보다 낮은 문턱 전압 및 보다 낮은 값의 k₃₃/k₁₁을 제공한다. 본 발명에 따른 혼합물은 특히 높은 K₁ 값에 의해 구별되며, 따라서 종래 기술의 혼합물보다 상당히 신속한 응답 시간을 가진다.

전술된 화학식들의 화합물의 최적 혼합 비율은 실질적으로 목적하는 특성, 전술된 화학식들의 성분의 선택, 및 존재할 수 있는 임의의 추가적인 성분의 선택에 좌우된다.

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

본 발명에 따른 혼합물 중 전술된 화학식들의 화합물의 총량은 중요하지 않다. 따라서, 상기 혼합물은 다양한 특성을 최적화하기 위한 목적을 위해 하나 이상의 추가의 성분을 포함할 수 있다. 그러나, 상기 혼합물의 성질들 중에서 목적하는 개선에 대해 관찰되는 효과는 일반적으로 전술된 화학식들의 화합물의 총 농도가 높아질수록 더욱 크다.

특히 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 매질은 X⁰이 F, OCF₃, OCHF₂, OCH=CF_2, OCF=CF₂ 또는 OCF₂-CF₂H인 화학식 IV 내지 VIII의 화합물을 포함한다. 화학식 I의 화합물과의 유리한 상승 작용으로 인해 특히 유리한 특성이 생긴다. 특히, 화학식 I 및 VI, 또는 I 및 XI, 또는 I, VI 및 XI의 화합물을 포함하는 혼합물은 이들의 낮은 문턱 전압을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 매질에서 사용될 수 있는 전술된 화학식들 및 이들의 하위 화학식들의 개별 화합물은 공지되어 있거나, 공지 화합물로부터 유사하게 제조될 수 있다.

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

본 발명에 따른 액정 혼합물은 이용가능한 파라미터 범위를 상당히 넓힐 수 있다. 등명점, 낮은 온도에서의 점도, 열 및 UV 안정성 및 높은 유전 이방성의 성취가능한 조합은 종래 기술로부터의 선행 물질보다 훨씬 뛰어나다.

본 발명에 따른 혼합물은 예컨대 PDA, 노트북, LCD TV 및 모니터와 같은 휴대용 제품 및 고-Δn TFT 제품용으로 특히 적합하다.

본 발명에 따른 액정 혼합물은 -20℃ 이하까지, 바람직하게는 -30℃ 이하까지, 특히 -40℃ 이하까지 네마틱 상을 유지하면서, 70℃ 이상, 바람직하게는 75℃ 이상의 등명점과 동시에 120 mPa·s 이하, 특히 바람직하게는 100 mPa·s 이하의 회전 점도(γ₁)를 성취할 수 있어서, 신속한 응답 시간을 갖는 우수한 MLC 디스플레이를 달성하게 한다.

본 발명에 따른 액정 혼합물의 유전 이방성 값(Δε)은 바람직하게는 +5 이상, 특히 바람직하게는 +10 이상이다. 또한, 상기 혼합물은 낮은 작동 전압을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 액정 혼합물의 문턱 전압은 바람직하게는 1.5V 이하, 특히 1.2V 이하이다.

본 발명에 따른 액정 혼합물의 복굴절율(Δn)은 바람직하게는 0.08 이상, 특히 0.10 이상, 매우 특히 바람직하게는 0.11 이상이다.

본 발명에 따른 액정 혼합물의 네마틱 상 범위는 바람직하게는 90˚ 이상, 특히 100˚ 이상의 폭을 가진다. 이 범위는 바람직하게는 적어도 -25℃로부터 +69℃로 연장된다.

본 발명에 따른 혼합물이 FFS 용도로 사용되는 경우, 상기 혼합물은 바람직하게는 3 내지 12의 유전 이방성 값, 및 0.07 내지 0.13의 광학 이방성 값을 가진다.

본 발명에 따른 혼합물의 성분을 적합하게 선택함으로써, 다른 유리한 특성을 보유하면서, 보다 높은 등명점(예를 들어, 100℃ 초과)을 보다 높은 문턱 전압에서 얻게 되거나 또는 보다 낮은 등명점을 보다 낮은 문턱 전압에서 얻게 될 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 투과율 최소치(Gooch and Tarry transmission minimum)에서 작동하고(문헌[C.H. Gooch and H.A. Tarry, Electron. Lett.10, 2-4, 1974; 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.

전압 보전율(HR)의 측정(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)])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 UV 노출시 HR이 상당히 더 작게 감소됨을 보여준다.

본 발명에 따른 혼합물의 광 및 UV 안정성은 또한 상당히 우수하다. 즉, 이들은 광 또는 UV에 노출시 상당히 적은 HR 감소를 나타낸다. 상기 혼합물 중 화학식 I의 화합물의 낮은 농도(10 중량% 미만)에서 조차도 종래 기술의 혼합물과 비교 시에 HR을 6% 이상 증가시킨다.

편광판, 전극 기재 플레이트 및 표면-처리된 전극으로 구성된 본 발명에 따른 MLC 디스플레이의 구조는 이러한 유형의 디스플레이를 위한 통상적인 고안(usual design)에 상응한다. 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 디스플레이 간의 중요한 차이점은 액정 층의 액정 파라미터의 선택에 있다.

본 발명에 따라 사용될 수 있는 액정 혼합물은 통상적인 방식 그 자체로, 예컨대 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 하나 이상의 화학식 II 내지 XXVII의 화합물 또는 추가의 액정 화합물 및/또는 첨가제와 혼합시킴에 의해 제조된다. 일반적으로, 보다 적은 양으로 사용되는 성분들의 목적하는 양은, 유리하게는 고온에서 주요 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 첨가제, 예컨대 UV 안정화제(예: 시바 케미칼스(Ciba Chemicals)의 티누빈(Tinuvin, 등록상표)), 항산화제, 유리-라디칼 소거제, 나노입자 등을 또한 포함할 수 있다. 예를 들어, 0 내지 15%의 다색성 염료 또는 키랄 도판트가 첨가될 수 있다. 적합한 안정화제 및 도판트는 하기 표 C 및 D에 기재되어 있다.

본원 명세서 및 하기 실시예에서, 액정 화합물의 구조를 약어로서 나타내었고, 화학식으로의 변환은 하기 표 A에 따라 일어난다. 모든 라디칼 C_nH_2n+1 및 C_mH_2m+1은 각각 n 및 m개의 탄소 원자를 갖는 직쇄형 알킬 라디칼이고; n, m 및 k는 정수이고 바람직하게는 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 또는 12이다. 표 B의 코드는 자명하다. 표 A에서, 단지 모구조의 약어만이 제시되어 있다. 개별적인 경우, 모구조의 약어 뒤에서 대쉬(dash)로 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 B로부터 적어도 1, 2, 3, 또는 4개 이상의 화합물을 포함하는 액정 혼합물이 특히 바람직하다.

하기 표 C는 일반적으로 본 발명에 따른 혼합물에 첨가되는 사용가능한 도판트를 나타낸다. 상기 혼합물은 바람직하게는 0 내지 10 중량%, 특히 0.01 내지 5 중량%, 특히 바람직하게는 0.01 내지 3 중량%의 도판트를 포함한다.

[표 C]

예를 들어, 본 발명에 따른 혼합물에 0 내지 10 중량%의 양으로 첨가될 수 있는 안정화제가 하기에 기술된다.

[표 D]

(이때, n=1, 2, 3, 4, 5, 6 또는 7)

실시예

"통상적인 후처리"란, 필요한 경우 물을 첨가하고, 메틸렌 클로라이드, 다이에틸 에터, 메틸 3급-부틸 에터 또는 톨루엔으로 혼합물을 추출하고, 상을 분리하고, 유기 상을 건조 및 증발시키고, 감압 또는 결정화 및/또는 크로마토그래피 하에서 증류에 의해 생성물을 정제시킴을 의미한다. 하기의 약어를 사용한다:

DAST: 다이에틸아미노설퍼 트라이플루오라이드

DCC: 다이사이클로헥실카보다이이미드

DDQ: 다이클로로다이시아노벤조퀴논

DIBALH: 다이아이소부틸알루미늄 하이드라이드

KOT: 칼륨 3급-부톡사이드

RT: 실온

THF: 테트라하이드로퓨란

pTSOH: p-톨루엔설폰산

TMEDA: 테트라메틸에틸렌다이아민

실시예 1

단계 1.1

84.996 mmol의 수소화 나트륨(파라핀 오일 중의 60% 현탁액)을 초기에 210 mL의 THF(무수)에 도입하고 약 0℃로 냉각하고 이 온도에서 240 mL의 THF(무수) 중의 1 의 용액을 적가하였다. 앞서 백색이었던 현탁액이 담황색의 투명한 용액으로 되었다. 이어서, 혼합물을 추가 1시간 동안 실온에서 교반하였다. 이어서, 반응 용액을 환류(68℃) 하에 가열하고 물 분리기를 설치하여 이에 의해 THF를 증류하였다. 약 0.5시간 후, 3523.399 mmol의 1,3-다이메틸-2-이미다졸리디논을 가하고 그 반응 용액을 약 138℃의 욕조 온도로 가온하였다. 130℃에서 교반 30분 후에, 84.996 mmol의 2,2,2-트라이플루오로에틸 p-톨루엔설포네이트를 가하였다. 이어서, 혼합물을 약 100℃에서 밤새 교반하였다.

반응 혼합물에 물 및 메틸 3급-부틸 에터를 가하고, 이어서 25% HCl을 사용하여 산성화시키고 상들을 분리시켰다. 이어서, 수성 상을 메틸 3급-부틸 에터로 추출하고 조합된 유기 상은 물 및 포화 NaCl 용액으로 세정하고 황산 나트륨으로 건조하고 흡입 여과시키고 증발시켰다. 이어서, 잔사를 통상적으로 정제하여, 백색의 결정 분말을 수득하였다.

단계 1.2

200 mL의 THF(무수) 중의 68.692 mmol의 2 를 초기에 불활성화된 장치에 도입하고 교반하면서 -70℃로 냉각하였다. 이어서, 50 mL의 THF 중의 다이아이소프로필아민 206.1 mmol 및 208.848 mmol의 부틸리튬(n-헥세인 중의 15% 용액)으로부터 제조된 리튬 다이아이소프로필아민을 최대 -70℃에서 적가하고, 이어서 혼합물을 추가 2시간 동안 -70℃에서 교반하였다. 이어서, 반응 혼합물을 -30℃로 가온하고 중탄산 나트륨 포화 용액을 가하였다. 반응 혼합물에 물 및 메틸 3급-부틸 에터를 가하고, 이어서 중성이 될 때까지 세정하였다. 조합된 유기 상을 황산 나트륨으로 건조하고 회전증발기(Rotavapor)에서 증발시켰다. 최종적으로, 혼합물을 통상적인 후처리하여, 백색 결정 형태의 생성물을 수득하였다. C 58 S_A 97 N 98.3 I;

Δn = 0.1547; Δε = 13.2; γ₁ = 129.

하기 혼합물 실시예들은 본 발명을 비-제한적으로 설명하기 위한 것이다.

상기 및 하기에서, % 데이터는 중량%를 나타낸다. 모든 온도는 ℃로 주어진다. m.p.는 융점을 나타내고, cl.p.는 등명점(clearing point)을 나타낸다. 또한, C는 결정질 상태이고, N은 네마틱 상이고, S는 스메틱 상이고, I는 등방성 상이다. 상기 기호 사이의 데이터는 전이 온도를 나타낸다.

또한,

- Δn은 589 nm 및 20℃에서의 광학 이방성을 나타낸다.

- γ₁은 20℃에서의 회전 점도(mPa·s)를 나타낸다.

- V₁₀은 10% 투과율에 대한 전압(V)(플레이트 표면에 수직인 시야각)(문턱 전압)을 나타낸다.

- Δε은 20℃ 및 1 kHz에서의 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 명시적으로 기재하지 않는 한, 전기광학 데이터는 20℃에서의 첫 번째 최소치(즉, 0.5 ㎛의 d·Δn 값)에서 TN 셀에서 측정된다. 달리 명시적으로 기재하지 않는 한, 광학 데이터는 20℃에서 측정된다. 모든 물리적 특성은 달리 명시적으로 기재되지 않는 한 문헌["Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", status Nov. 1997, Merck KGaA, Germany]에 따라 측정되고, 20℃의 온도에 적용된다.

실시예 1

실시예 2

실시예 3

실시예 4

실시예 5

실시예 6

실시예 7

실시예 8

실시예 9

실시예 10

실시예 1 내지 9는 바람직하게는 TN-TFT 제품용으로 적합하고, 한편 실시예 10으로부터의 혼합물은 IPS 혼합물이다.

Claims

하나 이상의 하기 화학식 I의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:
[화학식 I]

상기 식에서,
R⁰은 1 내지 15개의 탄소 원자를 갖는 알킬 또는 알콕시 라디칼이고, 이때 이들 라디칼 중 하나 이상의 CH₂ 기는 각각 서로 독립적으로, O 원자가 서로 직접적으로 연결되지 않는 방식으로, -C≡C-, -CF₂O-, -CH=CH-,
, -O-, -CO-O- 또는 -O-CO-에 의해 대체될 수 있고, 하나 이상의 H 원자는 할로겐으로 대체될 수 있고;

는

이고;
L¹내지 L⁴는 각각 서로 독립적으로 H 또는 F이다.
제 1 항에 있어서,
상기 액정 매질이 하기 화학식 II의 화합물 및 화학식 III의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질:
[화학식 II]

[화학식 III]

상기 식에서,
A는 1,4-페닐렌 또는 트랜스-1,4-사이클로헥실렌이고;
a는 0 또는 1이고,
R³은 2 내지 9개의 탄소 원자를 갖는 알켄일이고;
R⁴는 제 1 항에서 R⁰에 대해 기재된 의미를 가진다.
제 1 항에 있어서,
상기 액정 매질이 하기 화학식의 화합물들로 이루어진 군 중에서 선택된 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질:

상기 식에서,
R^3a 및 R^4a는 각각 서로 독립적으로 H, CH₃, C₂H₅ 또는 C₃H₇이고;
알킬은 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 직쇄형 알킬 기를 나타낸다.
제 1 항에 있어서,
상기 액정 매질이 하기 화학식 IV 내지 VIII의 화합물로 이루어진 군 중에서 선택된 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질:

상기 식에서,
R⁰은 1 내지 15개의 탄소 원자를 갖는 알킬 또는 알콕시 라디칼이고, 이때 이들 라디칼 중 하나 이상의 CH₂ 기는 각각 서로 독립적으로, O 원자가 서로 직접적으로 연결되지 않는 방식으로, -C≡C-, -CF₂O-, -CH=CH-,
, -O-, -CO-O- 또는 -O-CO-에 의해 대체될 수 있고, 하나 이상의 H 원자는 할로겐으로 대체될 수 있고;
X⁰은 F 또는 Cl이거나, 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 모노- 또는 폴리플루오르화된 알킬 또는 알콕시 라디칼이거나, 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 모노- 또는 폴리플루오르화된 알켄일 또는 알켄일옥시 라디칼이고;
Y¹내지 Y⁶은 각각 서로 독립적으로 H 또는 F이고;
Z⁰은 -C₂H₄-, -(CH₂)₄-, -CH=CH-, -CF=CF-, -C₂F₄-, -CH₂CF₂-, -CF₂CH₂-, -CH₂O-, -OCH₂-, -COO-, -CF₂O- 또는 -OCF₂-이고, 화학식 V 및 VI에서는 또한 단일 결합을 나타내고;
r은 0 또는 1이다.
제 1 항에 있어서,
상기 액정 매질이 하기 화학식 Va 내지 Vj의 화합물로 이루어진 군 중에서 선택된 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질:

상기 식에서,
R⁰은 제 1 항에 기재된 의미를 가지고;
X⁰은 F 또는 Cl이거나, 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 모노- 또는 폴리플루오르화된 알킬 또는 알콕시 라디칼이거나, 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 모노- 또는 폴리플루오르화된 알켄일 또는 알켄일옥시 라디칼이다.
제 1 항에 있어서,
상기 액정 매질이 하기 화학식 VI-1a 내지 VI-1d의 화합물로 이루어진 군 중에서 선택된 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질:

상기 식에서,
R⁰은 제 1 항에 기재된 의미를 가지고;
X⁰은 F 또는 Cl이거나, 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 모노- 또는 폴리플루오르화된 알킬 또는 알콕시 라디칼이거나, 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 모노- 또는 폴리플루오르화된 알켄일 또는 알켄일옥시 라디칼이다.
제 1 항에 있어서,
상기 액정 매질이 하기 화학식 VI-2a 내지 VI-2f의 화합물로 이루어진 군 중에서 선택된 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질:

상기 식에서,
R⁰은 제 1 항에 기재된 의미를 가지고;
X⁰은 F 또는 Cl이거나, 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 모노- 또는 폴리플루오르화된 알킬 또는 알콕시 라디칼이거나, 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 모노- 또는 폴리플루오르화된 알켄일 또는 알켄일옥시 라디칼이다.
제 1 항에 있어서,
상기 액정 매질이 하기 화학식 X의 화합물 및 화학식 XI의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질:

상기 식에서,
R⁰은 제 1 항에 기재된 의미를 가지고;
X⁰은 F 또는 Cl이거나, 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 모노- 또는 폴리플루오르화된 알킬 또는 알콕시 라디칼이거나, 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 모노- 또는 폴리플루오르화된 알켄일 또는 알켄일옥시 라디칼이고;
Y¹ 내지 Y⁴는 각각 서로 독립적으로 H 또는 F이고;

및
는 각각 서로 독립적으로
또는
이다.
제 1 항에 있어서,
상기 액정 매질이 하기 화학식 XII의 화합물로 이루어진 군 중에서 선택된 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질:

상기 식에서,
R¹ 및 R²는 각각 서로 독립적으로, 각각 9개 이하의 탄소 원자를 갖는 n-알킬, 알콕시, 옥사알킬, 플루오로알킬, 알켄일옥시 또는 알켄일이고;
Y¹은 H 또는 F이다.
제 1 항에 있어서,
상기 액정 매질이 하기 화학식 XIII 내지 XVI의 화합물로 이루어진 군 중에서 선택된 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질:

상기 식에서,
R⁰은 제 1 항에 기재된 의미를 가지고;
X⁰은 F 또는 Cl이거나, 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 모노- 또는 폴리플루오르화된 알킬 또는 알콕시 라디칼이거나, 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 모노- 또는 폴리플루오르화된 알켄일 또는 알켄일옥시 라디칼이고;
Y¹및 Y²는 각각 서로 독립적으로 H 또는 F이다.
제 1 항에 있어서,
상기 액정 매질이 1 내지 25 중량%의 화학식 I의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질.
제 1 항에 있어서,
상기 액정 매질이 UV 안정화제 및 항산화제로 이루어진 군으로부터 선택되는 첨가제 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질.
삭제
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질을 함유하는 전기광학 액정 디스플레이.
하나 이상의 화학식 I의 화합물을, 하나 이상의 추가의 메소젠성(mesogenic) 화합물 및, 임의적으로, 첨가제와 혼합하는 것을 특징으로 하는, 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질의 제조 방법.