KR101780517B1

KR101780517B1 - 액정 매질

Info

Publication number: KR101780517B1
Application number: KR1020127019206A
Authority: KR
Inventors: 미카엘 비텍; 브리기테 슐러; 폴커 라이펜라트; 악셀 얀센; 크리스티안 호크; 헤랄트 히르쉬만
Original assignee: 메르크 파텐트 게엠베하
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2010-11-29
Publication date: 2017-09-21
Also published as: KR20120108010A; EP2516589A1; EP2516589B1; TWI530492B; WO2011076329A1; US8673178B2; TW201136911A; US20120273723A1; DE102010052810A1

Abstract

본 발명은 하기 화학식 I의 화합물, 액정 매질에서의 이의 용도, 전기 광학 액정 디스플레이 내의, 하나 이상의 하기 화학식 I의 화합물을 포함하는 액정 매질에 관한 것이다:

I
상기 식에서,
R⁰, A⁰, A¹, A², Z⁰, Z¹, Z², L¹, L², X, l, m 및 n은 제 1 항에 기재된 의미를 갖는다.

Description

액정 매질{LIQUID CRYSTAL MEDIUM}

본 발명은 액정 매질(LC 매질), 전기-광학 목적을 위한 이의 용도, 및 상기 매질을 함유하는 LC 디스플레이에 관한 것이다.

액정은 가해진 전압에 의해 광학 특성이 변형될 수 있기 때문에, 대체로 디스플레이 디바이스에서 유전체로서 사용된다. 액정을 기제로 한 전기-광학 디바이스는 당 분야의 숙련가에게 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, 트위스트형 네마틱 구조를 갖는 TN 셀, STN(수퍼트위스트형 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-헬프리흐(Schadt-Helfrich) 효과에 근거하고, 트위스트형 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(fringe field) 스위칭) 및 IPS 셀은 본 발명에 따른 매질에 대한 현재 상업적으로 주목을 받는 적용 영역이다.

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

또한, 이들은 일반적인 작동 온도, 즉 실온에 전후하는 가능한 가장 넓은 범위에서, 전술한 셀에 대한 적합한 메소상, 예컨대 네마틱 또는 콜레스테릭 메소상을 가져야 한다. 일반적으로, 액정은 다수의 성분들의 혼합물로서 사용되기 때문에, 이들 성분이 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. 예컨대, 트위스트형 네마틱 구조를 갖는 셀을 위한 물질은 양성 유전 이방성 및 낮은 전기 전도성을 가져야 한다.

예컨대, 개개의 화소를 스위칭(switching)하기 위한 집적된 비선형 소자(element)를 갖는 매트릭스 액정 디스플레이(MLC 디스플레이)에는, 큰 양성 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. 따라서, 용어 "활성 매트릭스"를 사용하며, 다음의 두 가지 유형으로 구분될 수 있다:

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

유형 2: 기판으로서 유리 판 상의 박막 트랜지스터(TFT).

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

더욱 유망한 유형 2(바람직함)의 경우, 사용되는 전기-광학 효과는 일반적으로 TN 효과이다. 두 가지 기술(즉, 반도체 화합물, 예컨대 CdSe를 포함하는 TFT, 또는 다결정 또는 비정질 규소를 기제로 한 TFT)에는 차이가 있다. 전 세계적으로 후자의 기술에 대해 많은 연구가 수행되고 있다.

TFT 매트릭스는 디스플레이 중 1개의 유리 판 내부에 적용되는 반면, 다른 유리 판은 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 풀칼라 구현(fully colour-capable) 디스플레이로 확장될 수 있다.

TFT 디스플레이는 투과시 교차된 편광기를 갖는 TN 셀로서 일반적으로 작동하고, 후면 조명(backlit)이다.

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(예컨대, 휴대형 TV), 또는 컴퓨터 제품(랩탑 컴퓨터) 및 자동차 또는 항공기 구조에서의 고 정보 디스플레이에 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 Displays, p. 145 ff, Paris] 참조. 저항이 감소하면서, MLC 디스플레이의 콘트라스트는 저하되고, 잔상 제거 문제가 발생할 수 있다. 액정 혼합물의 비저항은 디스플레이의 내부 표면과의 상호작용으로 인해 MLC 디스플레이의 수명을 일반적으로 감소시키기 때문에, 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. 또한, 온도가 증가됨에 따라 그리고 가열 및/또는 UV 노출된 후, 비저항은 가능한 한 최소 증가치를 나타내는 것이 중요하다. 특히 종래 기술의 혼합물은 저온 특성 또한 특히 불리하다. 결정화 및/또는 스메틱 상이 심지어 저온에서도 생기지 않아야 하고, 점도의 온도 의존성은 가능한 한 낮아야 함이 요구된다. 따라서, 종래 기술의 MLC 디스플레이는 오늘날의 요건을 충족시키지 않는다.

후면 조명을 이용하는 액정 디스플레이, 즉 투과적으로 및 필요한 경우 투과반사적으로(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 손목시계 및 휴대용 계산기에서 사용되는 단순한 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 복굴절률(Δn)의 액정 디스플레이의 사용이 필요하다. 이러한 낮은 광학 지연성은 보통 허용가능하게 낮은 콘트라스트의 시야각 의존성을 제공한다(DE 30 22 818 호 참조). 반사성 디스플레이에서, 낮은 복굴절률의 액정의 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 제품용으로, 생생한 품질로 멀티미디어 콘텐트, 예컨대 필름 및 비디오 게임을 재생할 수 있도록 신속한 응답 시간을 갖는 디스플레이가 요구된다. 특히, 낮은 점도 값, 특히 회전 점도 γ₁, 및 높은 광학 이방성(Δn)을 갖는 액정 매질이 사용되는 경우 이런 짧은 응답 시간은 성취될 수 있다.

따라서, 상기 단점들을 갖지 않거나 또는 단지 적은 정도로만 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-헬프리흐) 셀에서, 다음의 장점을 용이하게 수득하는 매질이 바람직하다:

- 확장된 네마틱 상 범위(특히 저온으로 낮춤);

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

- UV 조사에 대한 증가된 저항성(보다 긴 사용 수명);

- 낮은 문턱 전압.

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

수퍼트위스트형(STN) 셀의 경우, 보다 많은 다기능성(multiplexability) 및/또는 보다 낮은 문턱 전압 및/또는 보다 넓은 네마틱 상 범위(특히, 저온에서)를 촉진하는 매질이 바람직하다. 이를 위해, 이용가능한 파라미터 범위(투명점, 스메틱-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 바람직하다. LC 셀 내의 LC 매질의 층 두께(d)("셀 갭")의 감소는 이론적으로 보다 신속한 응답 시간을 생성하지만, 적합한 광학 지연(d^.Δn)을 보증하기 위해 보다 높은 복굴절률(Δn)을 갖는 LC 매질이 요구된다. 그러나, 종래 기술에서 공지된 높은 복굴절률의 LC 물질은 일반적으로 또한 높은 회전 점도를 동시에 가지며, 이는 응답 시간에 악영향을 미친다. 그러므로, 신속한 응답 시간, 낮은 회전 점도 및 높은 복굴절률을 동시에 갖는 LC 매질에 대한 요구가 존재한다.

본 발명은 매질, 특히 이런 유형의 MLC, TN, STN, OCB, HT-VA, FFS 또는 IPS 디스플레이용 매질을 제공하는 목적에 기초하며, 이는 전술된 바람직한 특성을 가지며, 전술된 단점을 보이지 않거나, 매우 적은 정도로만 보인다. 특히, 상기 LC 매질은 높은 복굴절률과 동시에 신속한 응답 시간 및 낮은 회전 점도를 가져야 한다. 또한, 상기 LC 매질은 높은 투명점, 높은 유전 이방성 및 낮은 문턱 전압을 가져야 한다.

이제, 이 목적은 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 포함하는 LC 매질이 사용되는 경우 달성될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 화학식 I의 화합물은 전술된 바람직한 특성을 갖는 혼합물, 특히 매우 신속한 응답 시간을 갖는 LC 혼합물을 생성한다.

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

I

상기 식에서,

R⁰은 탄소수 1 내지 15의 알킬 또는 알콕시 라디칼을 나타내고, 이때, 이들 라디칼 중 하나 이상의 CH₂ 기는 각각 서로 독립적으로, O 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -C≡C-, -CF₂O-, -CH=CH-,

, -O-, -CO-O- 또는 -O-CO-로 대체될 수 있으며, 또한, 하나 이상의 H 원자는 할로겐으로 대체될 수 있고,

A⁰은 트랜스-1,4-사이클로헥실렌 라디칼을 나타내고,

A¹ 및 A²는 각각, 서로 독립적으로,

a) 1 또는 2개의 CH 기가 N으로 치환될 수 있는 1,4-페닐렌 라디칼, 또는

b) 피페리딘-1,4-다이일, 1,4-바이사이클로[2.2.2]옥틸렌, 나프탈렌-2,6-다이일, 데카하이드로나프탈렌-2,6-다이일, 1,2,3,4-테트라하이드로나프탈렌-2,6-다이일, 펜안트렌-2,7-다이일, 플루오렌-2,7-다이일로 이루어진 군으로부터 선택된 라디칼

을 나타내고,

이때 상기 라디칼 a) 및 b)는 할로겐 원자에 의해 단치환 또는 다치환될 수 있고,

X는 F, Cl, CN, SCN, NCS, SF₄, 탄소수 1 내지 6의 플루오르화된 알킬 라디칼, 탄소수 1 내지 6의 플루오르화된 알콕시 라디칼, 탄소수 2 내지 6의 플루오르화된 알켄일 라디칼 또는 탄소수 2 내지 6의 플루오르화된 알켄일옥시 라디칼을 나타내고,

Z⁰, Z¹ 및 Z²는 각각, 서로 독립적으로, 단일 결합, CH₂CH₂-, -CH=CH-, -CH₂O-, -OCH₂-, -C≡C-, -CH₂CF₂-, CHFCHF-, -CF₂CH₂-, -CH₂CHF-, -CHFCH₂-, -C₂F₄-, COO-, -OCO-, -CF₂O-, -OCF₂- 또는 -O-를 나타내고,

m 및 n은 각각, 서로 독립적으로, 0, 1 또는 2를 나타내고,

l은 0 또는 1을 나타내고,

L¹ 및L²는 각각, 서로 독립적으로, H 또는 F를 나타낸다.

놀랍게도, 화학식 I의 화합물을 포함하는 LC 매질은 매우 우수한 회전 점도 γ₁ 및 투명점의 비, 높은 광학 이방성(Δε) 및 높은 복굴절률(Δn) 값, 뿐만 아니라 신속한 응답 시간, 낮은 문턱 전압, 높은 투명점, 높은 양성 유전 이방성 및 넓은 네마틱 상 범위를 갖는다. 또한, 화학식 I의 화합물은 액정 매질에 매우 용이하게 용해된다.

화학식 I의 화합물은 넓은 적용 범위를 가진다. 치환기의 선택에 따라서, 화학식 I의 화합물은 액정 매질을 주로 구성하는 기제 물질(base material)로서 작용할 수 있지만, 또한 이들은, 예컨대 이러한 유형의 유전체의 유전 이방성 및/또는 광학 이방성을 조절하고/조절하거나 문턱 전압 및/또는 점도를 최적화하기 위해서 다른 화합물 부류로부터 선택된 액정 기제 물질에 첨가할 수도 있다.

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

옥사알킬 바람직하게는 직쇄 2-옥사프로필(= 메톡시메틸), 2-(= 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 직쇄 또는 분지쇄일 수 있다. 이는 바람직하게는 직쇄이고, 2 내지 10개의 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, 데크-1-, -2-, -3-, -4-, -5-, -6-, -7-, -8- 또는 -9-엔일을 나타낸다. 이들 라디칼은 또한 단일할로겐화 또는 다중할로겐화될 수도 있다.

R⁰이 할로겐으로 적어도 단치환된 알킬 또는 알켄일 라디칼인 경우, 이 라디칼은 바람직하게는 직쇄이고, 할로겐은 바람직하게는 F 또는 Cl이다. 다치환의 경우, 할로겐은 바람직하게는 F이다. 생성 라디칼은 또한 퍼플루오르화된 라디칼을 포함한다. 단치환의 경우, 불소 또는 염소 치환기는 목적하는 임의의 위치에 존재할 수 있지만, 바람직하게는 ω-위치에 존재한다.

화학식 I의 화합물에서, R⁰은 바람직하게는 직쇄 알킬 라디칼, 특히 CH₃, C₂H₅, C₃H₇, C₅H₁₁, C₄H₉ 또는 C₆H₁₃을 나타낸다.

화학식 I에서, Z⁰, Z¹ 및 Z²은 특히 바람직하게는 각각 단일 결합을 나타낸다.

화학식 I에서 고리 A¹ 및 A²는 바람직하게는 비치환된 1,4-페닐렌 고리 또는 불소로 일치환 또는 이치환된 페닐렌 고리를 나타낸다. m = 2 또는 n = 2인 경우, 고리 A¹ 및 A²는 동일한 의미 또는 상이한 의미를 가질 수 있다. l = 1인 경우, A⁰은 바람직하게는 1,4-사이클로헥실렌 고리를 나타내고, Z⁰는 단일 결합을 나타낸다.

화학식 I에서 m 및 n은 바람직하게는 1 또는 2를 나타낸다.

화학식 I에서 L¹ 및 L²는 바람직하게는 L¹ = L² = F, 또는 L¹ = F이고 L² = H를 나타낸다.

화학식 I에서 X는 바람직하게는 F, OCF₃ 또는 CF₃를 나타내고, 특히 X = F이다.

바람직한 화학식 I의 화합물은 하기와 같다:

상기 식에서, R⁰은 전술된 의미를 갖는다.

화학식 I의 화합물 및 하위화학식 I1 내지 I164에서의 R⁰은 바람직하게는 직쇄 알킬 라디칼, 바람직하게는 CH₃, C₂H₅, C₃H₇, C₅H₁₁, C₄H₉ 또는 C₆H₁₃을 나타낸다.

특히 바람직한 화합물은 화학식 I6, I8, I9, I23, I24, I34, I35, I37, I38, I46, I52, I53, I66, I67, I82, I95, I96, I104, I110, I111, I122, I123, I124, I125, I137, I138, I139, I140, I148, I149 및 I164의 화합물이다.

순수 상태에서, 화학식 I의 화합물은 무색이고, 전기 광학 용도용으로 우호적으로 위치되는 온도 범위에서 액정 메소상을 형성한다. 이는 화학적으로, 열적으로 안정하고, 광에 안정하다.

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 공지된 방법에 의해, 반응에 적합하고 공지된 반응 조건하에 정밀 제조된다. 공지된 변형법이 본 발명에 사용될 수 있고, 이는 본원에 더욱 상세히 언급되지는 않는다. 화학식 I의 화합물은 바람직하게는 하기와 같이 제조된다.

[반응식 1]

특히 바람직한 화합물은 하기 반응식 2에 따라 제조된다.

[반응식 2]

보다 바람직한 실시양태가 후술된다:

- 상기 매질은 하나 이상의 화학식 II 및/또는 화학식 III의 중성 화합물을 추가로 포함한다:

상기 식에서,

A는 1,4-페닐렌 또는 트랜스-1,4-사이클로헥실렌을 나타내고,

a는 0 또는 1이고,

R³은 탄소수 2 내지 9의 알켄일을 나타내고,

R⁴는 화학식 I에서 R⁰에 대해 기재된 의미를 갖고, 바람직하게는 탄소수 1 내지 12의 알킬 또는 탄소수 2 내지 9의 알켄일을 나타낸다.

- 상기 화학식 II의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식들로부터 선택된다:

상기 식에서,

R^3a 및 R^4a는 각각, 서로 독립적으로, H, CH₃, C₂H₅ 또는 C₃H₇을 나타내고, "알킬"은 탄소수 1 내지 8의 직쇄 알킬 기를 나타낸다. 특히 바람직한 것은 화학식 IIa 및 IIf의 화합물(특히 R^3a이 H 또는 CH₃인 것), 및 화학식 IIc의 화합물(특히 R^3a 및 R^4a가 H, CH₃ 또는 C₂H₅인 것)이다.

또한 바람직한 것은, 알켄일 측쇄 내에 비-말단 이중 결합을 갖는 화학식 II의 화합물이다.

매우 특히 바람직한 화학식 II의 화합물은 하기 화학식의 화합물들이다.

하나 이상의 화학식 I의 화합물 이외에, 본 발명에 따른 액정 매질은 특히 바람직하게는 5-70중량%의 하기 화학식의 화합물을 포함한다.

- 화학식 III의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식들로부터 선택된다:

상기 식에서,

"알킬" 및 R^3a는 전술된 의미를 갖고, R^3a는 바람직하게는 H 또는 CH₃을 나타낸다. 특히 바람직한 것은 화학식 IIIb의 화합물이다.

- 상기 매질은 하기 화학식 IV 내지 VIII으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함한다:

상기 식에서,

R⁰은 화학식 I에서 기재된 의미를 갖고,

X⁰은 F, Cl, 각각 탄소수 1 내지 6의 단일플루오르화 또는 다중플루오르화된 알킬 또는 알콕시 라디칼, 각각 탄소수 2 내지 6의 단일플루오르화 또는 다중플루오르화된 알켄일 또는 알켄일옥시 라디칼을 나타내고,

Y¹ ^-6은 각각, 서로 독립적으로, H 또는 F를 나타내고,

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

r은 0 또는 1을 나타낸다.

상기 화학식에서, X⁰은 바람직하게는 F, Cl 또는 단일플루오르화 또는 다중플루오르화된 탄소수 1, 2 또는 3의 알킬 또는 알콕시 라디칼, 또는 단일플루오르화 또는 다중플루오르화된 탄소수 2 또는 3의 알켄일 라디칼 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=CF₂이다. X⁰은 특히 바람직하게는 F 또는 OCF₃을 나타낸다.

화학식 IV 내지 VIII의 화합물에서, X⁰은 바람직하게는 F 또는 OCF₃, 또는 OCHF₂, CF₃, CF₂H, Cl, OCH=CF₂를 나타낸다. R⁰은 바람직하게는 탄소수 6 이하의 직쇄 알킬 또는 알켄일이다.

- 화학식 IV의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식들로부터 선택된다:

상기 식에서, R⁰ 및 X⁰은 전술된 의미를 갖는다.

바람직하게는, 화학식 IV에서 R⁰은 탄소수 1 내지 8의 알킬을 나타내고, X⁰은 F, Cl, OCHF₂ 또는 OCF₃, 또는 OCH=CF₂를 나타낸다. 화학식 IVb의 화합물에서, R⁰은 바람직하게는 알킬 또는 알켄일을 나타낸다. 화학식 IVd의 화합물에서, X⁰은 바람직하게는 Cl, 또는 F를 나타낸다.

- 화학식 V의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 Va 내지 Vj으로부터 선택된다:

상기 식에서, R⁰ 및 X⁰은 전술된 의미를 갖는다. 바람직하게는, 화학식 V에서 R⁰은 탄소수 1 내지 8의 알킬을 나타내고, X⁰은 F를 나타낸다.

- 상기 매질은 하나 이상의 하기 화학식 VI-1의 화합물을 포함하고:

VI-1

특히 바람직하게는 하기 화학식으로부터 선택되는 것들을 포함한다:

상기 식에서, R⁰ 및 X⁰은 전술된 의미를 갖는다. 바람직하게는, 화학식 VI에서 R⁰은 탄소수 1 내지 8의 알킬을 나타내고, X⁰은 F, 또는 OCF₃을 나타낸다.

- 상기 매질은 하나 이상의 하기 화학식 VI-2의 화합물을 포함하고:

VI-2

상기 식에서, R⁰ 및 X⁰은 전술된 의미를 갖는다.

바람직하게는, 화학식 VI에서 R⁰은 탄소수 1 내지 8의 알킬을 나타내고, X⁰은 F를 나타낸다.

- 상기 매질은 하나 이상의 화학식 VII의 화합물(이때, Z⁰은 -CF₂O-, -CH₂CH₂- 또는 -COO-임), 특히 바람직하게는 하기 화학식으로부터 선택되는 것들을 포함한다:

상기 식에서, R⁰ 및 X⁰은 전술된 의미를 갖는다. 바람직하게는, 화학식 VII에서 R⁰은 탄소수 1 내지 8의 알킬을 나타내고, X⁰은 F, 또는 OCF₃를 나타낸다.

화학식 VIII의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식들로부터 선택된다:

상기 식에서, R⁰ 및 X⁰은 전술된 의미를 갖는다. 화학식 VIII에서 R⁰은 바람직하게는 탄소수 1 내지 8의 직쇄 알킬 라디칼을 나타낸다. X⁰은 바람직하게는 F를 나타낸다.

상기 매질은 하나 이상의 하기 화학식의 화합물을 추가로 포함한다:

IX

상기 식에서, R⁰, X⁰, Y¹ 및 Y² 전술된 의미를 갖고,

는 각각, 서로 독립적으로,

를 나타내고,

이때, 고리 A 및 B는 둘다 동시에 1,4-사이클로헥실렌을 나타내지는 않는다.

- 화학식 IX의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식들로부터 선택된다:

상기 식에서, R⁰ 및 X⁰은 전술된 의미를 갖는다. 바람직하게는, 화학식 IX에서 R⁰은 탄소수 1 내지 8의 알킬을 나타내고, X⁰은 F를 나타낸다. 특히 바람직한 것은 하기 화학식 IXa의 화합물이다.

- 상기 매질은 하기 화학식으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함한다:

상기 식에서, R⁰, X⁰은 및 Y¹ ^-4는 화학식 I에 기재된 의미를 갖고,

는 각각, 서로 독립적으로,

를 나타낸다.

- 화학식 X 및 XI의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식들로부터 선택된다:

상기 식에서, R⁰ 및 X⁰은 전술된 의미를 갖는다. 바람직하게는, R⁰은 탄소수 1 내지 8의 알킬을 나타내고, X⁰은 F를 나타낸다. 특히 바람직한 화합물은 Y¹이 F이고, Y²가 H 또는 F, 바람직하게는 F인 것들이다.

- 상기 매질은 하나 이상의 하기 화학식의 화합물을 추가로 포함한다:

XII

상기 식에서, R¹ 및 R²는 각각, 서로 독립적으로, 각각 탄소수 9 이하의 n-알킬, 알콕시, 옥사알킬, 플루오로알킬, 알켄일옥시 또는 알켄일을 나타내고, 바람직하게는 각각, 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 8의 알킬을 나타낸다. Y¹은 H 또는 F를 나타낸다.

바람직한 화학식 XII의 화합물은 하기 화학식들의 화합물이다:

상기 식에서,

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

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

특히 바람직한 것은 화학식 XII-1 및 XII-3의 화합물이다.

특히 바람직한 화학식 XII-3의 화합물은 하기 화학식 XII-3a의 화합물이다:

XII-3a

화학식 XII의 화합물은 바람직하게는 3-30중량%의 양으로 사용된다.

- 상기 매질은 하기 화학식들로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함한다:

상기 식에서, R⁰, X⁰, Y¹ 및 Y²는 전술된 의미를 갖는다. 바람직하게는, R⁰은 탄소수 1 내지 8의 알킬을 나타내고, X⁰은 F 또는 Cl을 나타낸다.

- 화학식 XIII 및 XV의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식들의 화합물로부터 선택된다:

상기 식에서, R⁰ 및 X⁰은 전술된 의미를 갖는다. R⁰은 바람직하게는 탄소수 1 내지 8의 알킬을 나타낸다. 화학식 XIII의 화합물에서, X⁰은 바람직하게는 F 또는 Cl을 나타낸다.

- 상기 매질은 하나 이상의 화학식 D1, D2 및/또는 D3의 화합물을 추가로 포함한다:

상기 식에서, Y¹, Y², R⁰ 및 X⁰은 전술된 의미를 갖는다. 바람직하게는, R⁰은 탄소수 1 내지 8의 알킬을 나타내고, X⁰은 F를 나타낸다.

특히 바람직한 것은 화학식들의 화합물이다.

상기 식에서, R⁰은 전술된 의미를 갖고, 바람직하게는 탄소수 1 내지 6의 직쇄 알킬, 특히 C₂H₅, n-C₃H₇ 또는 n-C₅H₁₁을 나타낸다.

- 상기 매질은 하나 이상의 하기 화학식들의 화합물을 추가로 포함한다:

상기 식에서, Y¹, R¹ 및 R²은 전술된 의미를 갖는다. R¹ 및 R²은 바람직하게는 각각, 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 8의 알킬을 나타낸다. Y¹은 바람직하게는 F를 나타낸다.

XVIII

상기 식에서, X⁰, Y¹ 및 Y² 전술된 의미를 갖고, "알켄일"은 C₂ _-7-알켄일을 나타낸다. 특히 바람직한 것은 하기 화학식의 화합물이다:

XVIIIa

상기 식에서, R^3a는 전술된 의미를 갖고, 바람직하게는 H를 나타낸다.

- 상기 매질은 하기 화학식 XIX 내지 XXVII의 화합물들로부터 선택된 하나 이상의 테트라환형 화합물을 추가로 포함할 수 있다:

상기 식에서, Y¹ ^-4, R⁰ 및 X⁰은 각각, 서로 독립적으로, 전술된 의미들 중 하나를 갖는다. X⁰은 바람직하게는 F, Cl, CF₃, OCF₃ 또는 OCHF₂이다. R⁰은 바람직하게는 각각 탄소수 8 이하의 알킬, 알콕시, 옥사알킬, 플루오로알킬 또는 알켄일을 나타낸다.

- 전술 및 후술되는 화학식들에서,

는 바람직하게는

를 나타낸다.

- R⁰은 바람직하게는 탄소수 2 내지 7의 직쇄 알킬 또는 알켄일이다.

- X⁰은 바람직하게는 F, 또는 OCF₃, Cl 또는 CF₃이다.

- 상기 매질은 1, 2, 또는 3종의 화학식 I의 화합물, 특히 하나 이상의 화학식 I9의 화합물을 포함한다.

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

- 상기 매질은 하나 이상의 화학식 VI-1의 화합물을 포함한다.

- 상기 매질은 하나 이상의 화학식 VI-2의 화합물을 포함한다.

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

- 전체 혼합물 중의 화학식 II 내지 XXVII의 화합물의 비는 바람직하게는 20 내지 99중량%이다.

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

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

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

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

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

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

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

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

- 상기 매질은 하나 이상의 화학식 St-1 내지 St-3의 화합물을 추가로 포함한다:

상기 식에서, R⁰, Y¹, Y² 및 X⁰은 전술된 의미를 갖는다. 바람직하게는 R⁰은 직쇄 알킬을 나타내며, 바람직하게는 탄소수 1 내지 6의 것이다. X⁰은 바람직하게는 F 또는 OCF₃이다. Y¹은 바람직하게는 F를 나타낸다. Y²는 바람직하게는 F를 나타낸다. 또한 바람직한 것은 Y¹ = F 및 Y² = H인 화합물이다. 화학식 St-1 내지 St-3의 화합물은 바람직하게는 3-30중량%, 특히 5-25중량%의 농도로 본 발명에 따른 혼합물에 사용된다.

- 상기 매질은 하나 이상의 화학식 Py-1 내지 Py-5의 화합물의 피리미딘 또는 피리딘을 추가로 포함한다:

상기 식에서, R⁰은 바람직하게는 탄소수 2 내지 5의 직쇄 알킬을 나타낸다. x는 0 또는 1을 나타내고, 바람직하게는 x = 1이다. 바람직한 혼합물은 3-30중량%, 특히 5-20중량%의 이런 피리딘 및/또는 피리미딘 화합물(들)을 포함한다.

심지어 상대적으로 적은 비율의 화학식 I의 화합물이 통상적인 액정 물질, 특히 하나 이상의 화학식 II 내지 XXVII의 화합물과 혼합되는 경우 광 안정성 및 낮은 복굴절 값에서의 상당한 증가를 제공함과 동시에, 넓은 네마틱 상과 낮은 스메틱-네마틱 전이 온도가 관찰되며, 저장 수명이 개선된다. 동시에, 상기 혼합물은 매우 낮은 문턱 전압 및 UV 노출에 대해 매우 좋은 VHR 값을 보인다.

용어 "알킬" 또는 "알킬^*"은 1 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 직쇄형 및 분지형 알킬 기, 특히 직쇄형 기인 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 알켄일기, 특히 직쇄형 기를 포함한다. 특히 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. 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 바람직하게는 말단 플루오르를 가지는 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. 또한, m은 0일 수도 있다. 바람직하게는 n은 1이고, m은 1 내지 6이거나, m은 0이고, n은 1 내지 3이다.

R⁰ 및 X⁰ 정의를 적합하게 선택함으로써, 어드레싱 시간, 문턱 전압, 투과 특성 선의 경사도 등이 바람직한 방식으로 변형될 수 있다. 예컨대, 1E-알켄일 라디칼, 3E-알켄일 라디칼, 2E-알켄일옥시 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-알켄일 라디칼, 3-알켄일 라디칼 등은 일반적으로 알킬 및 알콕시 라디칼에 비해 보다 낮은 문턱 전압 및 보다 작은 k₃₃/k₁₁의 값을 제공한다. 본 발명에 따른 혼합물은, 특히 높은 K₁ 값에 의해 구별되므로, 종래 기술로부터의 혼합물보다 상당히 신속한 응답 시간을 갖는다.

전술된 화학식들의 화합물의 최적 혼합 비는 목적하는 특성, 전술된 화학식들의 성분의 선택, 및 존재할 수 있는 임의의 다른 성분의 선택에 따라 실질적으로 좌우된다.

상기 주어진 범위 내에서, 적합한 혼합 비는 경우마다 용이하게 결정할 수 있다.

본 발명에 따른 혼합물 중 전술된 화학식들의 화합물의 총량은 중요하지 않다. 따라서, 혼합물은 다양한 특성을 최적화하기 위한 목적을 위해 하나 이상의 추가의 성분을 포함할 수 있다. 그러나, 일반적으로, 원하는 혼합물 특성 개선에 대해 관측된 효과가 클수록 전술된 화학식들의 화합물의 총 농도는 높아진다.

특히 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 매질은 X⁰가 F, OCF₃, OCHF₂, OCH=CF₂, OCF=CF₂, 또는 OCF₂-CF₂H인 화학식 IV 내지 VIII의 화합물을 포함한다. 화학식 I의 화합물과의 유리한 상승 효과로 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 하위화학식들의 개별 화합물은 공지되어 있거나 공지 화합물과 유사하게 제조될 수 있다.

또한, 본 발명은 이런 유형의 매질을 함유하는 전기 광학 디스플레이, 예컨대 TN, STN, TFT, OCB, IPS, FFS, HT-VA 또는 MLC 디스플레이 및 전기 광학 목적을 위한 이런 매질의 용도에 관한 것으로서, 상기 전기 광학 디스플레이는 프레임(frame)과 함께, 셀을 형성하는 두 개의 평면-평행형 외부 플레이트, 상기 외부 플레이트 상의, 개개의 화소를 스위칭하기 위한 집적된 비선형 소자, 및 셀 내에 위치하는, 양성 유전 이방성 및 높은 비저항의 네마틱 액정 혼합물을 갖는다.

더욱이, 본 발명에 따른 혼합물은 또한 양성 VA 제품(또한 HT-VA 제품으로도 불림)에 적합하다. 이는 평면 내 작동 전극 구조, 및 양성 이방성을 갖는 액정 매질의 호메오트로픽 배열을 갖는 전기 광학 디스플레이를 의미한다.

본 발명에 따른 혼합물은 낮은 작동 전압을 갖는 TN-TFT디스플레이 제품, 즉, 특히 바람직하게는 노트북 제품에 특히 적합하다.

본 발명에 따른 액정 혼합물은 이용가능한 파라미터 범위의 상당한 확장을 가능케 한다. 투명점, 저온에서의 점도, 열 및 UV 안정성 및 높은 광학 이방성의 성취가능한 조합은 종래 기술의 기존 물질들에 비해 매우 우수하다.

본 발명에 따른 혼합물은 휴대용 제품 및 높은-Δn TFT 제품, 예컨대, PDA, 노트북, LCD TV 및 모니터에 특히 적합하다.

본 발명에 따른 액정 혼합물은, 네마틱 상을 -20℃, 바람직하게는 -30℃, 특히 바람직하게는 -40℃로 낮게 유지하며 투명점을 70℃ 이상, 바람직하게는 75℃ 이상으로 유지하면서, 동시에 120 mPa·s 이하, 특히 바람직하게는 100 mPa·s의 회전 점도(γ₁)를 성취하며, 신속한 응답 시간을 갖는 우수한 MLC 디스플레이가 성취될 수 있게 한다.

본 발명에 따른 액정 혼합물의 유전 이방성(Δε)은 바람직하게는 +8 이상, 특히 바람직하게는 +12 이상이다. 또한, 상기 혼합물은 낮은 작동 전압을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 액정 혼합물의 문턱 전압은 바람직하게는 1.5 V 이하, 특히 1.2 V 이하이다.

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

바람직하게는, 본 발명에 따른 액정 혼합물의 네마틱 상 범위는 적어도 90°, 특히 적어도 100°의 폭을 갖는다. 이 범위는 바람직하게는 적어도 -25℃로부터 +70℃로 확장된다.

본 발명에 따른 혼합물이 FFS 제품에 사용되는 경우, 혼합물은 바람직하게는 3-12의 유전 이방성 값 및 0.07-0.13 광학 이방성 값을 갖는다.

당연히, 본 발명에 따른 혼합물의 성분들의 적절한 선택을 통해, 다른 유익한 특성을 유지하면서 보다 높은 문턱 전압에서 보다 높은 투명점(예컨대, 100℃ 초과) 또는 보다 낮은 문턱 전압에서 보다 낮은 투명점이 성취될 수도 있다. 상응하게 약간만 증가되는 점도에서, 마찬가지로 보다 높은 Δε 및 이에 따른 낮은 문턱값을 갖는 혼합물을 수득할 수 있다. 본 발명에 따른 투과성 MLC 디스플레이는 바람직하게는 제 1 구치 앤드 테리(Gooch and Tarry) 투과율 최소치에서 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] 참조), 이때 예컨대 특성 선의 높은 경사도 및 콘트라스트의 낮은 각 의존성(독일 특허 제 30 22 818 호)과 같은 특히 유리한 전기 광학 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 가능케 한다. 당해 업계의 숙련가는 단순한 일상적인 방법을 이용하여 개별 성분들 및 이들의 중량 기준 비율을 적합하게 선택하여 MLC 디스플레이의 사전-특정된 층 두께에 필수적인 복굴절률을 설정할 수 있다.

편광판, 전극 기제 플레이트 및 표면-처리된 전극으로 구성된 본 발명에 따른 MLC 디스플레이의 구조는 이러한 유형의 디스플레이를 위한 통상적인 구조에 상응한다. 용어 "통상적인 구조(conventional construction)"은 본원에서 광범위하게 사용되고, 이는 또한 MLC 디스플레이, 특히 폴리-Si TFT 또는 MIM을 기제로 하는 매트릭스 디스플레이 소자, 매우 바람직하게는 투과반사 및 반사성 디스플레이를 비롯한 모든 유도체 및 변형물을 포함한다.

그러나, 본 발명에 따른 디스플레이와 트위스트형 네마틱 셀을 기제로 한 지금까지의 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 혼합하여 제조된다. 일반적으로, 보다 적은 양으로 사용되는 성분들의 목적하는 양은, 유리하게는 승온에서 기본 구성물을 구성하는 성분 중에 용해된다. 또한, 유기 용매, 예컨대 아세톤, 클로로포름 또는 메탄올 중에서 성분의 용액들을 혼합하고 철저하게 혼합한 후 예컨대 증류에 의해 용매를 다시 제거하는 것이 가능하다.

유전체는 또한 당업자에게 공지되고 문헌에 기재되어 있는 추가의 첨가제, 예컨대, UV 안정화제, 예를 들면 시바 케미컬즈의 티누빈^®, 항산화제, 유리-라디칼 소거제, 나노입자 등을 포함할 수도 있다. 예컨대, 0-15%의 다색성 염료 또는 키랄 도판트가 첨가될 수 있다. 적합한 안정화제 및 도판트는 하기 표 C 및 D에 언급된다.

목적하는 경사각을 설정하기 위해, 0.01-1중량%의 중합성 화합물이 또한 본 발명에 따른 혼합물에 첨가될 수도 있다. 바람직한 중합성 화합물이 표 E에 열거되어 있다.

본원 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 및 m은 바람직하게는 각각 서로 독립적으로 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 또는 12의 정수이다. 표 B의 코드는 자명하다. 표 A에는, 단지 모구조의 약자만이 제시되어 있다. 개별적인 경우, 모구조의 약자 뒤에서 대쉬(dash)로 분리되어, 치환기 R^1*, R^2*, L^1*및 L^2*의 코드가 뒤따른다.

바람직한 혼합물 성분은 표 A 및 B에 기재되어 있다.

[표 A]

[표 B]

화학식 I의 화합물 외에 표 B로부터 선택되는 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% 및 특히 바람직하게는 0.01 내지 3 중량%의 도판트를 포함한다.

[표 C]

예컨대 본 발명에 따른 혼합물에 0 내지 10 중량%의 양으로 첨가될 수 있는 안정화제가 후술된다.

[표 D]

예컨대 본 발명에 따른 혼합물에 0.01 내지 1 중량%의 양으로 첨가될 수 있는 중합성 화합물이 후술된다. 필요한 경우, 또한 개시제가 바람직하게는 0 내지 1%의 양으로 중합을 위해 첨가되어야 한다.

[표 E]

실시예

"통상적인 후처리(work-up)"는 하기의 의미를 갖는다: 필요한 경우 물을 첨가하고, 혼합물을 메틸렌 클로라이드, 다이에틸 에터, 메틸 tert-부틸 에터 또는 톨루엔으로 추출하고, 유기 상을 건조시키고, 증발시키고, 생성물을 감압 하에 증류 또는 결정화 및/또는 크로마토그래피로 정제한다.

실시예 1

단계 1.1

0.158 mol의 1을 N₂ 분위기 하에 교반하면서 초기에 300 ml의 THF(무수)에 도입하고, 빙욕을 사용하여 -70℃로 냉각시켰다. 부틸리튬(n-헥산 중 15% 용액)을 -75℃ 내지 -65℃에서 적가하였다(발열 반응). 혼합물을 -75℃에서 추가 30분 동안 교반하고, 그 후 배취를 -20℃가 되도록 하였다. 상기 배취를 20℃에서 5분 동안 유지시키고, 이어서 -75℃로 재냉각시켰다. 0.176 mol의 트라이메틸 보레이트를 -75℃ 내지 -65℃에서 적가하고(강한 발열 반응), 이어서 그 혼합물을 -75℃에서 추가 30분 동안 교반하였다. 배취를 -15℃로 천천히 가온시키고, 100 ml의 물을 첨가하고, 그 혼합물을 20 ml의 진한 HCl을 사용하여 산성화시키고, 추가 5분 동안 교반하였다. 상들을 분리하였다. 수성 상을 메틸 tert-부틸 에터로 추출하고, 합친 유기 상을 NaCl 용액으로 세척하고, 건조시키지 않고, 약 100 ml로 증발시켰다. 생성물을 THF로써 약 300 ml로 희석시키고, 교반하면서 15 ml의 NaOH(50%)로써 알칼리성으로 만들고, 20℃에서 냉각시켰다. 현탁액을 약 -10℃로 냉각시키고, 결정을 흡입으로 여과해 내고, 300 ml의 냉 메틸 tert-부틸 에터로 세척하고, 밤새 진공 건조 캐비넷에서 건조시켰다.

단계 1.2

21.761 mol의 나트륨 메타보레이트 테트라하이드레이트를 초기에 물에 도입하고, 20 ml의 THF 및 0.284 mmol의 비스(트라이사이클로헥실포스핀)팔라듐(II) 클로라이드 및 0.412 mmol의 하이드라지늄 하이드록사이드(약 80%의 N₂H₅OH)를 첨가하고, 혼합물을 5분 동안 실온에서 교반하였다. 그 후 14.137 mmol의 3 및 16.993 mmol의 2 및 40 ml의 THF를 첨가하고, 그 혼합물을 끓는 점으로 가열하고, 밤새 환류시켰다. 냉각 후, 반응 용액을 물 및 에틸 에터로 희석하고, 상들을 분리시켰다. 그 후 수성 상을 에틸 에터로 추출하고, 합친 유기 상을 물로 세척하고, 포화 NaCl 용액으로 세척하고, 나트륨 설페이트 상에서 건조시키고, 흡입으로 여과해 내고, 증발시켰다. 갈색 결정을 수득하고, 이를 n-헵탄으로 실리카-겔 컬럼 상에서 용리하였다. 회전증발기에서의 증발에 의해 백황색 결정을 수득하고, 이를 20℃에서 에탄올로부터 재결정하였다. 생성물 4는 백색 결정의 형태였다.

C 80 N (55.4) I; Δn = 0.1732; Δε = 28.9.

하기 화학식의 화합물들을 유사하게 제조하였다.

하기 혼합물 실시예는 본 발명을 제한함이 없이 이를 설명하는 것을 의도한다.

상기 및 하기에서, % 데이터는 중량%를 나타낸다. 모든 온도는 섭씨(℃)로 기재된다. m.p.는 융점을 나타내고, cl.p.는 투명점이다. 또한, C = 결정질 상태, N = 네마틱 상, S = 스멕틱 상 및 I = 이소트로픽 상이다. 이들 부호간의 데이터는 전이 온도를 나타낸다. 또한,

- Δn은 589 nm 및 20℃에서의 광학 이방성을 나타내고,

- γ₁은 20℃에서의 회전 점도(mPa·s)를 나타내고,

- V₁₀은 10% 투과율(판 표면에 대해 수직인 시야각)에 대한 전압(V)(문턱 전압)을 나타내고,

- Δε는 20℃, 1kHz에서 유전 이방성(Δε = ε_∥-ε_⊥, 이때, ε_∥는 세로 분자축에 평행한 유전상수를 나타내고, ε_⊥는세로 분자축에 수직인유전 상수를 나타냄)을 나타낸다.

달리 지시되지 않는 한, 전기-광학 데이터는 20℃에서, 제 1 최소치(즉, 0.5μm의 dㆍΔn값에서)에서 TN 셀 내에서 측정된다. 달리 지시되지 않는 한, 광학 데이터는 20℃에서 측정된다. 달리 명시적으로 지시되지 않는 한, 모든 물리적 특성은 문헌["Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", status Nov. 1997, Merck KGaA, Germany]에 따라 결정되고, 20℃의 온도에서 적용한다.

실시예 M1

실시예 M2

실시예 M3

실시예 M4

실시예 M5

Claims

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

I
상기 식에서,
R⁰은 탄소수 1 내지 15의 알킬 또는 알콕시 라디칼을 나타내고, 이때, 이들 라디칼 중 하나 이상의 CH₂ 기는 각각 서로 독립적으로, O 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -C≡C-, -CF₂O-, -CH=CH-,
, -O-, -CO-O- 또는 -O-CO-로 대체될 수 있으며, 또한, 하나 이상의 H 원자는 할로겐으로 대체될 수 있고,
A⁰은 트랜스-1,4-사이클로헥실렌 라디칼을 나타내고,
A¹ 및 A²는 각각, 서로 독립적으로,
a) 1 또는 2개의 CH 기가 N으로 치환될 수 있는 1,4-페닐렌 라디칼, 또는
b) 피페리딘-1,4-다이일, 1,4-바이사이클로[2.2.2]옥틸렌, 나프탈렌-2,6-다이일, 데카하이드로나프탈렌-2,6-다이일, 1,2,3,4-테트라하이드로나프탈렌-2,6-다이일, 펜안트렌-2,7-다이일, 및 플루오렌-2,7-다이일로 이루어진 군으로부터 선택된 라디칼
을 나타내고,
이때 상기 라디칼 a) 및 b)는 할로겐 원자에 의해 단치환 또는 다치환될 수 있고,
X는 F, Cl, CN, SCN, NCS, SF₄, 탄소수 1 내지 6의 플루오르화된 알킬 라디칼, 탄소수 1 내지 6의 플루오르화된 알콕시 라디칼, 탄소수 2 내지 6의 플루오르화된 알켄일 라디칼 또는 탄소수 2 내지 6의 플루오르화된 알켄일옥시 라디칼을 나타내고,
Z⁰, Z¹ 및 Z²는 각각, 서로 독립적으로, 단일 결합, -CH₂CH₂-, -CH=CH-, -CH₂O-, -OCH₂-, -C≡C-, -CH₂CF₂-, -CHFCHF-, -CF₂CH₂-, -CH₂CHF-, -CHFCH₂-, -C₂F₄-, -COO-, -OCO-, -CF₂O-, -OCF₂- 또는 -O-을 나타내고,
l은 0 또는 1을 나타내고,
m 및 n은 각각, 서로 독립적으로, 0, 1 또는 2를 나타내고,
L¹ 및L²은 각각, 서로 독립적으로, H 또는 F를 나타낸다.
제 1 항에 있어서,
상기 액정 매질이 하나 이상의 하기 화학식 II 및/또는 화학식 III의 화합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질:

상기 식에서,
A는 1,4-페닐렌 또는 트랜스-1,4-사이클로헥실렌을 나타내고,
a는 0 또는 1을 나타내고,
R³은 탄소수 2 내지 9의 알켄일을 나타내고,
R⁴는 제 1 항에서 R⁰에 대해 기재된 의미를 갖는다.
제 1 항에 있어서,
상기 액정 매질이 하기 화학식의 화합물들로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질:

상기 식에서,
R^3a 및 R^4a는 각각, 서로 독립적으로, H, CH₃, C₂H₅ 또는 C₃H₇을나타내고,
"알킬"은 탄소수 1 내지 8의 직쇄 알킬 기를 나타낸다.
제 1 항에 있어서,
상기 액정 매질이 하기 화학식 IV 내지 VIII의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질:

상기 식에서,
R⁰은 탄소수 1 내지 15의 알킬 또는 알콕시 라디칼을 나타내고, 이때, 이들 라디칼 중 하나 이상의 CH₂ 기는 각각 서로 독립적으로, O 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -C≡C-, -CF₂O-, -CH=CH-,
, -O-, -CO-O- 또는 -O-CO-로 대체될 수 있으며, 또한, 하나 이상의 H 원자는 할로겐으로 대체될 수 있고,
X⁰은 F, Cl, 탄소수 1 내지 6의 단일플루오르화 또는 다중플루오르화된 알킬 또는 알콕시 라디칼, 탄소수 2 내지 6의 단일플루오르화 또는 다중플루오르화된 알켄일 또는 알켄일옥시 라디칼을 나타내고,
Y^1-6은 각각, 서로 독립적으로, H 또는 F를 나타내고,
Z⁰은 -C₂H₄-, -(CH₂)₄-, -CH=CH-, -CF=CF-, -C₂F₄-, -CH₂CF₂-, -CF₂CH₂-, -CH₂O-, -OCH₂-, -COO-, -CF₂O- 또는 -OCF₂-을 나타내고, 화학식 V 및 화학식 VI에서는 추가로 단일 결합을 나타내고,
r은 0 또는 1을 나타낸다.
제 1 항에 있어서,
상기 액정 매질이 하기 화학식 Va 내지 Vj의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질:

상기 식에서,
R⁰ 및 X⁰은 제 1 항에 기재된 의미를 갖는다.
제 1 항에 있어서,
상기 액정 매질이 하기 화학식 VI-1a 내지 VI-1d의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질:

상기 식에서,
R⁰ 및 X⁰는 제 1 항에 기재된 의미를 갖는다.
제 1 항에 있어서,
상기 액정 매질이 하기 화학식 VI-2a 내지 VI-2f의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질:

상기 식에서,
R⁰ 및 X⁰은 제 1 항에 기재된 의미를 갖는다.
제 1 항에 있어서,
상기 액정 매질이 하기 화학식 X 및/또는 XI의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질:

상기 식에서,
R⁰ 및 X⁰은 제 1 항에 기재된 의미를 갖고,
Y^1-4는 각각, 서로 독립적으로, H 또는 F를 나타내고,

는 각각, 서로 독립적으로,
를 나타낸다.
제 1 항에 있어서,
하기 화학식 XII의 화합물의 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질:

XII
상기 식에서,
R¹ 및 R²는 각각, 서로 독립적으로, 각각 탄소수 9 이하의 n-알킬, 알콕시, 옥사알킬, 플루오로알킬, 알켄일옥시 또는 알켄일을 나타내고,
Y¹은 H 또는 F를 나타낸다.
제 1 항에 있어서,
상기 액정 매질이 하기 화학식 XIII 내지 XVI의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질:

상기 식에서,
R⁰은 탄소수 1 내지 15의 알킬 또는 알콕시 라디칼을 나타내고, 이때, 이들 라디칼 중 하나 이상의 CH₂ 기는 각각 서로 독립적으로, O 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -C≡C-, -CF₂O-, -CH=CH-,
, -O-, -CO-O- 또는 -O-CO-로 대체될 수 있으며, 또한, 하나 이상의 H 원자는 할로겐으로 대체될 수 있고,
X⁰은 F, Cl, 탄소수 1 내지 6의 단일플루오르화 또는 다중플루오르화된 알킬 또는 알콕시 라디칼, 탄소수 2 내지 6의 단일플루오르화 또는 다중플루오르화된 알켄일 또는 알켄일옥시 라디칼을 나타내고,
Y¹ 및 Y²는 각각, 서로 독립적으로, H 또는 F를 나타낸다.
제 1 항에 있어서,
상기 액정 매질이 하기 화학식 XIX 내지 XXVII의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질:

상기 식에서,
R⁰은 탄소수 1 내지 15의 알킬 또는 알콕시 라디칼을 나타내고, 이때, 이들 라디칼 중 하나 이상의 CH₂ 기는 각각 서로 독립적으로, O 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -C≡C-, -CF₂O-, -CH=CH-,
, -O-, -CO-O- 또는 -O-CO-로 대체될 수 있으며, 또한, 하나 이상의 H 원자는 할로겐으로 대체될 수 있고,
X⁰은 F, Cl, 탄소수 1 내지 6의 단일플루오르화 또는 다중플루오르화된 알킬 또는 알콕시 라디칼, 탄소수 2 내지 6의 단일플루오르화 또는 다중플루오르화된 알켄일 또는 알켄일옥시 라디칼을 나타내고,
Y¹ 및 Y²는 각각, 서로 독립적으로, H 또는 F를 나타낸다.
제 1 항에 있어서,
상기 액정 매질이 1 내지 25중량%의 화학식 I의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질.
제 1 항에 있어서,
상기 액정 매질이 하나 이상의 UV 안정화제 및/또는 항산화제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질.
삭제
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질을 포함하는 전기 광학 액정 디스플레이.
하나 이상의 화학식 I의 화합물을 하나 이상의 추가의 메소겐성 화합물 및, 임의적으로, 첨가제와 함께 혼합하는 것을 특징으로 하는, 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질의 제조 방법.
하기 화학식 I의 화합물:

I
상기 식에서,
R⁰은 탄소수 1 내지 15의 알킬 또는 알콕시 라디칼을 나타내고, 이때, 이들 라디칼 중 하나 이상의 CH₂ 기는 각각 서로 독립적으로, O 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -C≡C-, -CF₂O-, -CH=CH-,
, -O-, -CO-O- 또는 -O-CO-로 대체될 수 있으며, 또한, 하나 이상의 H 원자는 할로겐으로 대체될 수 있고,
A⁰은 트랜스-1,4-사이클로헥실렌 라디칼을 나타내고,
A¹ 및 A²는 각각, 서로 독립적으로,
a) 1 또는 2개의 CH 기가 N으로 치환될 수 있는 1,4-페닐렌 라디칼, 또는
b) 피페리딘-1,4-다이일, 1,4-바이사이클로[2.2.2]옥틸렌, 나프탈렌-2,6-다이일, 데카하이드로나프탈렌-2,6-다이일, 1,2,3,4-테트라하이드로나프탈렌-2,6-다이일, 펜안트렌-2,7-다이일, 플루오렌-2,7-다이일로 이루어진 군으로부터 선택된 라디칼
을 나타내고,
이때 상기 라디칼 a) 및 b)는 할로겐 원자에 의해 단치환 또는 다치환될 수 있고,
X는 F, Cl, CN, SCN, NCS, SF₄, 탄소수 1 내지 6의 플루오르화된 알킬 라디칼, 탄소수 1 내지 6의 플루오르화된 알콕시 라디칼, 탄소수 2 내지 6의 플루오르화된 알켄일 라디칼 또는 탄소수 2 내지 6의 플루오르화된 알켄일옥시 라디칼을 나타내고,
Z⁰, Z¹ 및 Z²는 각각, 서로 독립적으로, 단일 결합, -CH₂CH₂-, -CH=CH-, -CH₂O-, -OCH₂-, -C≡C-, CH₂CF₂-, -CHFCHF-, -CF₂CH₂-, -CH₂CHF-, -CHFCH₂-, -C₂F₄-, -COO-, -OCO-, -CF₂O-, -OCF₂- 또는 -O-를 나타내고,
l은 0 또는 1을 나타내고,
m 및 n은 각각, 서로 독립적으로, 0, 1 또는 2를 나타내고,
L¹ 및L²는 각각, 서로 독립적으로, H 또는 F를 나타낸다.