KR101858270B1 - 액정 매질 및 액정 디스플레이 - Google Patents

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칼 스크조네만드
데이비드 윌크스
케빈 아들렘
파트리시아 에일린 삭스톤
오와인 를리르 파리
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Abstract

본 발명은 제1항에 정의된 바와 같이, (A) 하나 이상의 키랄 화합물로 이루어진 키랄 성분; (B) 임의적으로, 하나 이상의 바이메조겐 화합물로 이루어진 바이메조겐 성분; (C) 하나 이상의 액정 또는 메조겐 화합물로 이루어진 액정 성분; 및 (D) 하나 이상의 반응성 메조겐 화합물로 이루어진 반응성 메조겐 성분을 포함하는 액정 매질, 액정 매질을 중합하여 안정화 및 중합체 안정화된 액정 물질 뿐만 아니라 상기 액정 매질 또는 상기 안정화된 물질을 포함하는 액정 디스플레이, 특히 USH 디스플레이 및 특히 능동형 매트릭스 디스플레이에 관한 것이고, 마지막으로, 개별적인 복합 시스템의 제조 방법 및 이들 시스템을 포함하는 디스플레이의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

액정 매질 및 액정 디스플레이{Liquid Crystalline Medium and Liquid Crystal Display}
본 발명은 액정 매질, 바람직하게는 하나 이상의 비반응성 액정 화합물, 하나 이상의 키랄 도판트, 임의적으로 하나 이상의 바이메조겐 화합물 및 하나 이상의 반응성 메조겐 화합물을 각각 포함하는 콜레스테릭(키랄 도핑된 네마틱) 매질, 하나 이상의 비반응성 액정 화합물, 하나 이상의 키랄 도판트 및 임의적으로 하나 이상의 바이메조겐 화합물을 포함하는 중합체에 의해 안정화되는 액정 매질, 및 이들 매질을 포함하는 액정 디스플레이, 특히 USH 모드에서 작동하는 디스플레이 및 특히 능동형 매트릭스에 의해 어드레싱되는 디스플레이에 관한 것이다.
액정 디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD)는 정보를 디스플레이하기 위해 널리 사용된다. LCD는 투사형 디스플레이 뿐만 아니라 직접 시청하는(direct view) 디스플레이에 사용된다. 대부분의 디스플레이에 사용되는 전기광학적 모드는 여전히 다양한 변형을 갖는 트위스티드 네마틱(twisted nematic, TN) 모드이다. 이 모드 외에 다른 것들 뿐만 아니라 다양한 변형을 갖는 수퍼 트위스티드 네마틱(super twisted nematic, STN) 모드 및 보다 최근에는 광학적으로 보상된 벤드(optically compensated bend, OCB) 모드 및 전기적으로 제어된 복굴절(electrically controlled birefringence, ECB) 모드, 예를 들어 수직으로 정렬된 네마틱(vertically aligned nematic, VAN) 모드, 패턴화된 ITO 수직으로 정렬된 네마틱(patterned ITO vertically aligned nematic, PVA) 모드, 중합체 안정화된 수직으로 정렬된 네마틱(polymer stabilized vertically aligned nematic, PSVA) 모드 및 다중 도메인 수직으로 정렬된 네마틱(multi domain vertically aligned nematic, MVA) 모드 사용이 증가되고 있다. 모든 이들 모드는 실질적으로 기판, 액정층 각각에 수직인 전기장을 사용한다. 이들 모드 외에 기판, 액정층 각각에 실질적으로 평행인 전기장을 사용하는 전기광학적 모드, 예를 들어 인 플레인 스위칭(In Plane Switching, 줄여서 IPS) 모드(독일 특허 제40 00 451호 및 유럽 특허 제0 588 568호에 기재됨) 및 프린지 필드 스위칭(Fringe Field Switching, FFS) 모드도 있다. 특히 후자로 언급된 우수한 시야각(viewing angle) 특성 및 개선된 반응 시간을 갖는 전기광학적 모드는 최신 데스크탑 모니터용 LCD 및 심지어 TV용 디스플레이 및 멀티미디어 적용에 사용이 증가되어 TN-LCD와 경쟁한다.
이들 디스플레이에 추가하여 비교적 짧은 콜레스테릭 피치를 갖는 콜레스테릭 액정을 사용하는 새로운 디스플레이 모드가 소위 "플렉소 전기(flexo-electric)" 효과를 활용하는 디스플레이에 사용되는 것이 제안되었다. 이들 디스플레이에서 콜레스테릭 액정은 "균일하게 누운 나선(uniformly lying helix, ULH)" 배열로 배향된다(이 디스플레이 모드도 이 명칭을 갖는다). 그러나, 이 모드에서 몇몇 문제, 특히 전기광학적 특성에서 필요한 균일한 배향을 수득하는데 있어서의 어려움, 어드레싱에 필요한 바람직하지 않게 높은 전압(통상의 구동 전극에서 양립할 수 없음), 실제로 어둡지 않은 "오프(off) 상태"(콘트라스트를 저하시킴) 및 마지막으로, 두드러진 이력현상(hysteresis)이 여전히 해결되어야 한다.
비교적 새로운 디스플레이 모드인 소위 균일 기립 나선(uniformly standing helix, USH) 형태는 넓은 시야각을 제공하는 다른 디스플레이 모드(예, IPS, VA 등)에 비교해도 개선된 흑 레벨(black level)을 나타내기 때문에 IPS를 수행하기 위한 대안적인 모드로 간주될 수 있다.
ULH 모드에서와 같이 USH 모드에 대해서도 바이메조겐 액정 물질을 사용하는 플렉소 전기 스위칭이 제안되었다. 그러나, 바람직하지 않게 높은 구동 전압 필요, 키랄 네마틱 물질의 비교적 좁은 상 범위 및 그들의 비가역적인 스위칭 특성 때문에 이들 물질은 현재의 LCD 구동 설계에 사용하기에 적합하지 않다.
놀랍게도, 상기 어려움을 극복하기 위해 높은 유전체 이방성(△ε) 값을 갖는 칼라미틱(calamitic) LC 물질을 사용하는 USH 모드에서 작동하는 LCD가 플렉소 전기 스위칭의 대안적인 개념으로 유전체 스위칭을 적용하는 것을 가능하게 한다. 또한, 물질, 바람직하게는 반응성 메조겐(reactive mesogen, RM) 물질의 중합체 안정화가 디스플레이의 초기 흑 상태의 회복에 매우 유익하다는 것을 발견하였다.
본 발명에 따른 액정은 바람직하게는 특히 고급 적용을 위해 짧은 나선 피치 및 높은 유전체 이방성을 갖는, 키랄 네마틱 액정으로도 알려진 콜레스테릭 액정을 사용하는 개선된 LCD에서 사용된다. 적합한 콜레스테릭 피치를 갖는 콜레스테릭 액정은 그들이 색상을 띨 수 있고 LCD에서 컬러 필터의 사용을 피할 수 있게 하는 빛을 선택적으로 반사하기 때문에 본 발명에 다른 액정은 특히 반사된 모드의 작동에 유용하다.
이들 적용을 위해 개선된 특성을 갖는 새로운 액정 매질이 필요하다. 그러므로, 개선된 행태를 갖는 액정 매질이 필요하다. 그들의 회전 점성은 가능한 한 낮아야 한다. 이 매개변수 외에 매질은 적합하게 넓은 범위의 네마틱 상, 각각 콜레스테릭 상, 적합한 복굴절(△n), 바람직하게는 0.100 내지 0.300 범위의 복굴절 및 적합하게 높은 유전체 이방성(△ε)을 나타내야 한다. △ε은 적합하게 낮은 작동 전압이 가능하도록 충분히 높아야 한다. 바람직하게는, △ε은 적합하게 낮은 작동 전압을 갖는 용이하게 접근가능한 드라이버를 사용하게 하기 위해 20 이상, 보다 바람직하게는 30 이상이어야 한다. 그러나, △ε은 바람직하게는 260 이하, 특히 200 이하이어야 하는데 이는 결국 또다른 필요조건, 특히 능동형 매트릭스 어드레싱을 위한 또다른 필요조건인 적어도 적합하게 높은 비 저항률(specific resistivity)에 해롭기 때문이다. 가장 바람직하게는 △ε은 50 내지 180 범위, 보다 바람직하게는 60 내지 90 범위 또는 100 내지 160 범위에 있어야 한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 디스플레이는 능동형 매트릭스, 바람직하게는 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)에 의해 어드레싱되는 능동형 매트릭스 LCD(active matrix LCD, 줄여서 AMD)이다. 그러나, 본 발명의 액정은 또한 다른 공지된 어드레싱 수단을 갖는 디스플레이에서 유익하게 사용될 수 있다.
LCD 및 특히 TN 디스플레이에 적합한 액정 조성물은 이미 널리 공지되어 있다. 그러나, 이들 조성물은 심각한 결점을 갖는다. 다른 결함을 갖는 것 외에 그들 중 대부분이 바람직하지 않게 높은 반응 시간 및/또는 많은 적용에 있어 너무 낮은 콘트라스트 비를 초래한다. 그들은 또한 가장 일반적으로 불충분한 신뢰성 및 안정성, 특히 열, 습기 또는 빛, 특히 UV 조사의 노출, 특히 하나 이상의 이들 스트레스를 일으키는 것이 서로 결합되었을 때 불충분한 신뢰성 및 안정성을 갖는다.
그러므로, 실제적인 적용에 적합한 개선된 특성, 예를 들어 넓은 네마틱 상 범위, 사용되는 디스플레이 모드에 따른 적합한 광학적 이방성 △n, 높은 값의 △ε, 낮은 점성, 특히 낮은 회전 점성(γ1), 디스플레이에서 높은 콘트라스트 비, 및 특히 빠른 반응 시간 및 우수한 신뢰성을 갖는 액정 매질에 대한 상당한 필요성이 존재한다.
놀랍게도, 본 발명에 따라 적합한 상 범위, 적합하게 높은 △ε 및 △n 값, 및 적합하게 낮은 점성을 갖는 액정 매질이 실현될 수 있고, 이는 개별적인 중합가능한 화합물로 안정화되는 것을 가능하게 하여 종래 기술의 디스플레이의 단점을 나타내지 않거나 적어도 상당히 적은 정도로 나타내는 디스플레이의 실현을 가능하게 함이 밝혀졌다.
본 발명은 (A) 액정 매질, 바람직하게는 하나 이상의 키랄 화합물로 이루어진 키랄 성분, (B) 임의적으로, 하나 이상의 바이메조겐 화합물로 이루어진 바이메조겐 성분, (C) 하나 이상의 액정 또는 메조겐 화합물로 이루어진 액정 성분, (D) 하나 이상의 반응성 메조겐 화합물을 포함하는, 바람직하게는 하나 이상의 반응성 메조겐 화합물로 이루어진, 바람직하게는 메조겐 성분인, 반응성 성분 및 임의적으로 중합 개시제를 포함하는 액정 매질, 바람직하게는 양의 유전체인 키랄 네마틱 매질, 반응성 성분을 중합시켜 안정화시키는 방법 및 이들 매질, 이들 중합체 안정화된 물질을 각각 포함하는 액정 디스플레이, 특히 능동형 매트릭스에 의해 어드레싱되는 디스플레이에 관한 것이다.
본 발명에 따른 개선된 액정 디스플레이는 바람직하게는 하기 조건을 만족시킨다. 개선된 액정 디스플레이는 바람직하게는 다음을 포함한다:
하나 이상, 바람직하게는 1 또는 2개, 가장 바람직하게는 한 쌍의 기판;
하나 이상의 전극, 바람직하게는 간극 전극, 보다 바람직하게는 셰브론(chevron) 유형 전극을 갖는 기판 중 하나 이상, 바람직하게는 기판 중 단 하나;
액정 매질의 평면 정렬에 대한 배향 층을 갖거나 액정 매질의 평면 배향에 대해 달리 처리된 기판 중 하나 이상, 바람직하게는 기판 중 각각 하나; 및
본 발명에 따른 액정 물질.
본 발명에 따른 개선된 액정 혼합물은 바람직하게는 하기 조건을 만족시킨다. 개선된 액정 혼합물은 바람직하게는
(A) 하나 이상의 키랄 화합물로 이루어진 키랄 성분,
(B) 임의적으로, 하나 이상의 바이메조겐 화합물, 바람직하게는 대칭 구조 및 2개의 메조겐 단위 사이의 스페이서 기에 홀수의 원자를 갖는 하나 이상의 바이메조겐 화합물, 및/또는 비대칭 구조를 갖고, 바람직하게는 2개의 메조겐 단위 사이의 스페이서 기에 홀수의 원자를 갖는 하나 이상의 바이메조겐 화합물로 이루어진 바이메조겐 성분,
(C) 하나 이상의 액정, 또는 메조겐 화합물, 바람직하게는 비반응성 및 비바이메조겐 화합물인 메조겐 화합물로 이루어진 액정 성분, 및
(D) 하나 이상의 반응성 메조겐 화합물을 포함하는, 바람직하게는 하나 이상의 반응성 메조겐 화합물로 이루어진 반응성 메조겐 성분
을 포함하거나;
(A) 하나 이상의 키랄 화합물로 이루어진 키랄 성분,
(B) 임의적으로, 하나 이상의 바이메조겐 화합물, 바람직하게는 대칭 구조 및 2개의 메조겐 단위 사이의 스페이서 기에 홀수의 원자를 갖는 하나 이상의 바이메조겐 화합물, 및/또는 비대칭 구조를 갖고, 바람직하게는 2개의 메조겐 단위 사이의 스페이서 기에 홀수의 원자를 갖는 하나 이상의 바이메조겐 화합물로 이루어진 바이메조겐 성분, 및
(C) 하나 이상의 액정, 또는 메조겐 화합물, 바람직하게는 비반응성 및 비바이메조겐 화합물인 메조겐 화합물로 이루어진 액정 성분
을 포함하고 개별적인 전구체로부터 제조가능한 중합체에 의해 안정화된다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 콜레스테릭 액정 물질은 나선 피치, 바람직하게는 400nm 이하, 보다 바람직하게는 350nm 이하, 가장 바람직하게는 320nm 이하의 나선 피치를 갖는 균일 기립 나선 구조로 정렬된다.
또한, 바람직하게는 하기 조건을 만족시킨다:
기판 둘 다 액정 물질의 평면 정렬에 대한 배향 층을 갖거나 액정 물질의 평면 정렬에 대해 달리 처리되고/거나;
액정 물질이
저분자량을 갖고, 바람직하게는 네마틱 상 또는 콜레스테릭 상을 나타내는 액정 매질, 및
중합체 물질, 바람직하게는 메조겐 중합체, 보다 바람직하게는 액정 중합체
를 포함하고, 바람직하게는 이들로 구성되거나, 바람직하게는 액정 매질이 중합체 물질에 분산되거나 그 반대이다.
바람직하게는, 콜레스테릭 액정 물질의 개별적인 성분은 하기 조건을 만족시킨다:
(A) 키랄 성분이
하나 이상의 키랄 화합물, 바람직하게는 하나 이상의 메조겐 화합물로 이루어지고/거나,
50㎛-1 이상, 바람직하게는 80㎛-1 이상의 HTP 절대 값을 나타내는 하나 이상의 키랄 화합물을 포함하고/거나;
(B) 바이메조겐 성분이
대칭 구조를 갖고, 바람직하게는 2개의 메조겐 단위 사이의 스페이서 기에 홀수의 원자를 갖는 하나 이상의 바이메조겐 화합물을 포함하고/거나,
비대칭 구조를 갖고, 바람직하게는 2개의 메조겐 단위 사이의 스페이서 기에 홀수의 원자를 갖는 하나 이상의 바이메조겐 화합물을 포함하고/거나;
(C) 액정 성분이
하나 이상의 양의 유전체 화합물을 포함하고/거나,
하나 이상의 중성 유전체의 화합물을 포함하고/거나,
하나 이상의 액정 화합물 또는 메조겐 화합물로 이루어지고/거나,
비반응성 및 비바이메조겐 화합물만으로 이루어지고/거나,
네마틱 상, 바람직하게는 0℃ 이하 내지 80℃ 이상의 범위에 걸쳐 네마틱 상을 나타내고/거나,
40 이상, 바람직하게는 50 이상의 유전체 이방성을 나타내고/거나,
0.14 이상, 바람직하게는 0.15 이상의 복굴절을 나타내고/거나;
(D) 반응성 메조겐 성분이
중합체 전구체로 작용할 수 있고/거나,
하나 이상의 일 반응성 메조겐 화합물을 포함하고/거나,
하나 이상의 다중-반응성, 바람직하게는 이-반응성 메조겐 화합물을 포함하고/거나,
임의적으로, 하나 이상의 등방성 반응성 화합물을 포함하고/거나,
임의적으로, 하나 이상의 중합 개시제를 포함한다.
(A) 키랄 성분과 관련하여 상기 성분은 메조겐 성분, 바람직하게는 키랄 화합물로 이루어진, 바람직하게는 하기 화학식 I, I' 및 I"의 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 메조겐 성분인 것이 바람직하다:
[화학식 I]
Figure 112012100924801-pct00001
[화학식 I']
Figure 112012100924801-pct00002
[화학식 I"]
Figure 112012100924801-pct00003
상기 식에서,
R11, R12 및 R13은 각각 서로 독립적으로 H, F, Cl, CN, NO2, NCS, SCN, OCN, 비치환되거나 할로겐 또는 CN에 의해 단일치환되거나 다중치환될 수 있는 1 내지 25개의 C 원자를 갖는 직쇄 또는 분지된 알킬 기이고, 또한 하나 이상의 인접하지 않은 CH2 기가 산소 원자가 서로 직접적으로 연결되지 않는 방식으로 또는 그들이 O 원자에 연결되지 않는 경우에, 각각의 경우에 서로 독립적으로 -O-, -S-, -NH-, -N(CH3)-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCOO-, -S-CO-, -CO-S-, -CH=CH-, -CH=CF-, -CF=CH-, -CF=CF- 또는 -C≡C-에 의해 대체될 수 있고;
Y는 R11에 대해 주어진 의미를 갖고, 바람직하게는 H, F, CH3 또는 CF3, 더욱 바람직하게는 H 또는 F이고;
SP11, SP12 및 SP13은 각각 서로 독립적으로 1 내지 40개, 바람직하게는 4 내지 20개의 C 원자를 포함하는 2가 스페이서 기, 바람직하게는 알킬렌 기이고, 또한 스페이서 기에서 하나 이상의 CH2 기가 산소 원자가 서로 직접적으로 연결되지 않는 방식으로 각각의 경우에 서로 독립적으로 -O-, -S-, -NH-, -N(CH3)-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCOO-, -S-CO-, -CO-S-, -CH=CH-, -CH=CF-, -CF=CH-, -CF=CF-, -CF2- 또는 -C≡C-에 의해 대체될 수 있고;
SP14 및 SP15는 각각 서로 독립적으로 1 내지 40개, 바람직하게는 4 내지 20개의 C 원자를 포함하는 2가 스페이서 기이고;
X11, X12 및 X13은 각각 서로 독립적으로 -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCOO-, -CO-NH-, -NH-CO-, -CH2CH2-, -OCH2-, -CH2O-, -SCH2-, -CH2S-, -CF=CF-, -CH=CH-, -OCO-CH=CH-, -C≡C- 또는 단일 결합이고;
k, l, n, m, p 및 q는 각각 서로 독립적으로 0 또는 1이고, m은 바람직하게는 1이고;
m+n+q는 1, 2 또는 3이고, 화학식 I에 대해 바람직하게는 2이고, 화학식 I'에 대해 바람직하게는 1이고, 화학식 I"에 대해 바람직하게는 2 또는 3이고, 가장 바람직하게는 2이고;
MG11, MG12 및 MG13은 각각 서로 독립적으로 메조겐 기, 바람직하게는 하기 화학식 I'''이고:
[화학식 I''']
-A11-(Z1-A12)i1-
[상기 식에서,
A11 및 A12는 각각 서로 독립적으로 바람직하게는 4개 이상의 C 원자를 포함하는 2가 환 기, 바람직하게는 5 또는 6원 환이고, 바람직하게는 하기 화학식 III 하에서 환 A31에 대해 주어진 의미를 갖고;
Z1은 각각 서로 독립적으로 하기 화학식 III 하에 환 Z31에 대해 주어진 의미를 갖고;
i1은 0, 1 또는 2, 바람직하게는 0 또는 1이다];
CH*11은 키랄, 2가 기, 바람직하게는 키랄 중심 또는 하나 이상의 키랄 원자, 바람직하게는 하기 화학식 Ia 내지 In의 군으로부터 선택된 키랄 중심 또는 하나 이상의 키랄 원자를 갖는 키랄 2가 기 또는 (도시되지 않으면) 그 거울상이고:
Figure 112012100924801-pct00004
Figure 112016039948510-pct00005
;
CH*12는 키랄 2가 기, 바람직하게는 키랄 중심 또는 하나 이상의 키랄 원자, 바람직하게는 화학식 Ie, If 및 In의 군으로부터 선택된 키랄 중심 또는 하나 이상의 키랄 원자를 갖는 키랄 2가 기 또는 (도시되지 않으면) 그 거울상, 특히 바람직하게는 Ⅰn이고;
CH*13은 키랄 3가 기, 바람직하게는 키랄 중심 또는 하나 이상의 키랄 원자를 갖는 키랄 3가 기이고, 바람직하게는 -CH=, -CF=, -C(CH3)=, -C(OCH3)= 또는 -C(CF3)=이고;
여기서, 모든 기 Ⅰa 내지 Ⅰk에서, 특히 바람직하게는 기 Ⅰj, Ⅰk, Ⅰl 및 Ⅰn의 방향족 환에서 임의적으로 하나 이상의 수소 원자가 추가 방향족 환, 지방족 환, 알킬 쇄, 알콕시 쇄, 알케닐 쇄 및 알케닐옥시 쇄에 의해 대체될 수 있고, 여기서 모두는 할로겐 원자, 특히 플루오르 또는 CN에 의해 치환될 수 있다.
본 발명에 따른 액정 매질의 임의적인 (B) 바이메조겐 성분과 관련하여 상기 성분은 바람직하게는 메조겐 성분, 바람직하게는 바이메조겐 화합물로 이루어진 메조겐 성분, 바람직하게는 하나 이상의 하기 화학식 II의 화합물을 포함하는 메조겐 성분이다:
[화학식 II]
Figure 112012100924801-pct00006
상기 식에서,
R21 및 R22는 각각 서로 독립적으로 F, Cl, CN, NO2, NCS, SCN, OCN, 비치환되거나 할로겐 또는 CN에 의해 단일치환되거나 다중치환될 수 있는 1 내지 25개의 C 원자를 갖는 직쇄 또는 분지된 알킬 기이고, 또한 하나 이상의 인접하지 않은 CH2 기가 전체 분자에서 산소 원자가 서로 직접적으로 연결되지 않는 방식으로 또는 그들이 O 원자에 연결되지 않는 경우에, 각각의 경우에 서로 독립적으로 -O-, -S-, -NH-, -N(CH3)-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCOO-, -S-CO-, -CO-S-, -CH=CH-, -CH=CF-, -CF=CH-, -CF=CF- 또는 -C≡C-에 의해 대체될 수 있고, 그들 둘 중 하나는 H일 수 있고;
MG21 및 MG22는 각각 서로 독립적으로 메조겐 기이고, 바람직하게는 상기 화학식 I 하에 MG11에 대해 주어진 의미를 갖고;
SP2는 1 내지 40개, 바람직하게는 3 내지 20개의 C 원자를 포함하는 2가 스페이서 기, 바람직하게는 알킬렌 기이고, 또한 스페이서 기에서 하나 이상의 CH2 기가 산소 원자가 서로 직접적으로 연결되지 않는 방식으로 각각의 경우에 서로 독립적으로 -O-, -S-, -NH-, -N(CH3)-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCOO-, -S-CO-, -CO-S-, -CH=CH-, -CH=CF-, -CF=CH-, -CF=CF-, -CF2- 또는 -C≡C-에 의해 대체될 수 있고;
i 및 j는 서로 독립적으로 0 또는 1이고;
여기서 모이어티 R21-[-O-]l-MG21-은 모이어티 R22-[-O-]j-MG22-와 같거나, 즉 화학식 II의 화합물이 대칭이거나, 모이어티 R21-[-O-]l-MG21-이 모이어티 R22-[-O-]j-MG22-와 상이하다(즉, 화학식 II의 화합물은 비대칭이다).
바람직하게는 매질은 상기 하나 이상의 비대칭 바이메조겐 화합물 외에 또한 대칭 구조를 갖는 하나 이상의 바이메조겐 화합물을 포함한다.
(C) 액정 성분과 관련하여 상기 성분이 양의 유전체 화합물 및 임의적으로 중성 유전체의 화합물 및/또는 음의 유전체 화합물로 이루어지는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 하나 이상의 하기 화학식 III의 양의 유전체 화합물 및 임의적으로 추가로 양의 유전체 화합물을 포함한다:
[화학식 III]
Figure 112012100924801-pct00007
상기 식에서,
R3은 H, F, 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 알킬, 알콕시, 플루오르화된 알킬 또는 플루오르화된 알콕시, 2 내지 7개의 C 원자를 갖는 알케닐, 알케닐옥시, 알콕시알킬 또는 플루오르화된 알케닐이고;
X3은 CN 또는 NCS이고;
Z31 및 Z32는 서로 독립적으로 그리고 Z31이 2개 존재하는 경우에 또한 이들은 서로 독립적으로 -CH2-CH2-, -CF2-CF2-, -CF2-O-, -O-CF2-, -CO-O- 또는 단일 결합, 바람직하게는 -CH2-CH2-, -CO-O- 또는 단일 결합이고;
Figure 112016039948510-pct00008
은 서로 독립적으로 그리고
Figure 112016039948510-pct00009
이 2개 존재하는 경우에 또한 이들은 서로 독립적으로
Figure 112012100924801-pct00010
이고;
K는 0, 1 또는 2, 바람직하게는 0 또는 1이다.
임의적으로, (C) 액정 성분은 하나 이상의 음의 유전체 화합물, 바람직하게는 하기 화학식 IV의 화합물의 군으로부터 선택된 하나 이상의 음의 유전체 화합물을 포함한다:
[화학식 IV]
Figure 112012100924801-pct00011
상기 식에서,
R41 및 R42는 서로 독립적으로 상기 화학식 III 하에 R3에 대해 주어진 의미를 갖고;
Figure 112016039948510-pct00012
은
Figure 112016039948510-pct00013
또는
Figure 112016039948510-pct00014
이고;
Figure 112012100924801-pct00015
및
Figure 112012100924801-pct00016
중 하나는
Figure 112012100924801-pct00017
이고 다른 하나는 또는 다른 2개는 서로 독립적으로 동일한 의미를 갖거나
Figure 112012100924801-pct00018
에 대해 주어진 의미 중 하나를 갖거나
Figure 112012100924801-pct00019
또는
Figure 112012100924801-pct00020
이고, 임의적으로
Figure 112012100924801-pct00021
및
Figure 112012100924801-pct00022
중 하나, 바람직하게는
Figure 112012100924801-pct00023
또는 둘 다는
Figure 112012100924801-pct00024
이고;
L41 및 L42는 서로 독립적으로 =C(-F)- 또는 =N-이고, 바람직하게는 그들 중 하나 이상은 =C(-F)-이고, 가장 바람직하게는 그들 둘 다 =C(-F)-이고;
Z41 및 Z42는 서로 독립적으로 -CH2CH2-, -COO-, 트랜스-CH=CH-, 트랜스-CF=CF-, -CH2O-, -CF2O- 또는 단일 결합이고, 바람직하게는 그들 중 하나 이상이 단일 결합이고, 가장 바람직하게는 둘 다 단일 결합이고;
L은 0 또는 1 또는 2, 바람직하게는 0 또는 1이다.
임의적으로, 바람직하게는 의무적으로는 (C) 액정 성분은 하나 이상의 중성 유전체의 화합물, 바람직하게는 하기 화학식 V의 화합물의 군으로부터 선택된 하나 이상의 중성 유전체의 화합물을 포함한다:
[화학식 V]
Figure 112012100924801-pct00025
상기 식에서,
R51 및 R52는 서로 독립적으로 상기 화학식 III 하에 R3에 대해 주어진 의미를 갖고;
환 A51, A52 및 A53은 서로 독립적으로 그리고 A52가 2개 존재하는 경우에 또한 이들은 서로 독립적으로 상기 화학식 III 하에 환 A31에 대해 주어진 의미를 갖고;
Z51 및 Z52는 서로 독립적으로 상기 화학식 III 하에 Z31에 대해 주어진 의미를 갖고;
M은 0 또는 1 또는 2, 바람직하게는 0 또는 1이다.
바람직하게는, (C) 액정 성분은 화학식 III의 화합물에 추가적으로 또는 대안적으로 하기 화학식 VI의 화합물의 군으로부터 선택된 하나 이상의 양의 유전체 화합물을 포함한다:
[화학식 VI]
Figure 112012100924801-pct00026
상기 식에서,
R6은 상기 화학식 III 하에 R3에 대해 주어진 의미를 갖고;
환 A61, A62 및 A63은 서로 독립적으로 상기 화학식 III 하에 환 A31에 대해 주어진 의미를 갖고, 바람직하게는
Figure 112012100924801-pct00027
내지
Figure 112012100924801-pct00028
은 서로 독립적으로
Figure 112012100924801-pct00029
Figure 112012100924801-pct00030
, 보다 바람직하게는
Figure 112012100924801-pct00031
이고;
X6은 F, Cl, -CF3, -OCF2H 또는 -OCF3, 바람직하게는 F 또는 -OCF3이고;
Y61 및 Y62는 서로 독립적으로 H 또는 F, 바람직하게는 Y61은 F이고 Y62는 H 또는 F이고;
Z6은 -COO-, -CF2O-, -CH2CH2-, -CH=CH- 또는 단일 결합, 바람직하게는 -COO-, -CF2O- 또는 단일 결합, 보다 바람직하게는 -COO- 또는 단일 결합, 가장 바람직하게는 단일 결합이고;
N 및 O는 서로 독립적으로 0 또는 1이고, (N+O)의 합계는 바람직하게는 1 또는 2이다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 본 발명에 따른 액정 매질은 하나 이상의 중합가능한 화합물을 포함한다. 이들 중합가능한 화합물은 비메조겐 화합물, 예를 들어 공지된 EHA, 또는 2EHA, 또는 메조겐 화합물일 수 있다. 이들 중합가능한 메조겐 화합물은 본원에서 "반응성 메조겐"(reactive mesogen, 줄여서 RM)으로 칭한다. 이들 중합가능한 화합물(메조겐이든 비메조겐이든 간에)은 일-반응성 또는 다중-반응성, 바람직하게는 이-반응성일 수 있다. 바람직하게는, 매질은 하나 이상의 일-반응성 화합물 및 하나 이상의 다중-반응성 화합물 둘 다, 바람직하게는 이-반응성 화합물을 포함한다. 가장 바람직하게는, 매질은 하나 이상의 RM을 포함하고 반면에 비메조겐 화합물은 추가적으로 존재할 수 있다.
RM은 키랄 또는 비키랄일 수 있고 아크릴레이트/메타크릴레이트 기 또는 다른 중합가능한 기를 포함할 수 있다. 특히 바람직한 구현예에서, RM은 키랄 화합물인데, 이는 특정 양의 키랄 RM을 중합함으로써(더 이상 액정 물질을 비틀 수 없음) 선택적인 반사 파장의 단순한 조정을 가능하게 하여 콜레스테릭 피치를 증가시키고 결과적으로 더 긴 파장에서 선택적인 반사를 초래하기 때문이다. 생성된 콜레스테릭 피치는 예를 들어 주위 조사로부터 액정을 보호하는 적합한 필터(예, UV 필터)의 사용에 의해 추가 변화에 대해 유익하게 안정화될 수 있다.
키랄 반응성 메조겐이 본 발명에 따른 액정 매질에 사용되는 경우, UV 조사에 대한 노출이 적용되면 많은 경우에 매질에 광 개시제를 사용하는 것이 바람직하다. 광 개시제의 사용은 필요한 UV 조사 용량의 상당한 감소를 초래한다.
호스트 혼합물은 낮은 몰 질량을 갖는 액정 화합물 및 바람직하게는 전자기 스펙트럼의 가시 범위 밖 및 미만의 파장에서 선택적인 반사를 초래하기에 충분한 양의 하나 이상의 키랄 도판트를 포함한다. 비교적 짧은 콜레스테릭 피치를 갖는 이들 콜레스테릭 상은 바람직하게는 중합체에 의해 안정화된다. (콜레스테릭) 상의 안정화는 키랄 액정 호스트 혼합물에 하나 이상의 중합가능한 화합물, 바람직하게는 RM, 바람직하게는 일-반응성 및 이-반응성 RM과 적합한 광 개시제를 포함하는 혼합물을 첨가하고 중합가능한 화합물을 예를 들어 짧은 시간 동안 UV 조사 노출에 의해 중합함으로써 수행된다. 바람직하게는, 중합은 키랄 액정 호스트 혼합물의 콜레스테릭 상에서의 온도로 유지되는 전자 광학적 셀에서 수행된다.
매질이 하나 이상의 중합가능한 화합물을 포함하는 경우 그들은 바람직하게는 추가적으로 하나 이상의 중합 개시제, 예를 들어 광 개시제 및/또는 열 개시제를 포함한다.
본 발명에 따른 액정 매질은 안정화될 수 있고 바람직한 구현예에서, 개별적인 중합체 전구체의 중합에 의해 안정화되고, 중합체 전구체는 상기 하나 이상의 중합가능한 화합물 및 임의적으로 상기 하나 이상의 개시제로 이루어진다. 바람직하게는, 안정화 중합체는 중합체 네트워크의 형태를 갖는다(즉, 저분자량을 갖는 액정 물질, 즉 중합가능하지 않은 액정 물질/메조겐 물질이 중합체 물질의 거의 스모스(smoth) 가닥과 산재된 거의 연속적인 형태로 존재한다). 중합체 네트워크 안정화된 액정은 예를 들어 문헌[Dierking, I., Adv. Mater. 12, No. 3, pp. 167-181 (2000)]에 개시되어 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 본 발명에 따른 액정 매질은 하나 이상의 중합가능한 화합물 및 바람직하게는 RM을 포함한다.
본 발명에 따라 사용되는 메조겐 일-반응성 화합물은 바람직하게는 직접 결합에 의해 또는 연결 기를 통해 함께 연결된 하나 이상의 환 요소를 포함하고, 여기서 이들 환 요소 중 2개는 임의적으로 직접적으로 또는 연결 기(언급된 연결 기와 동일하거나 상이함)를 통해 서로 연결될 수 있다. 환 요소는 바람직하게는 4, 5, 6 또는 7원, 바람직하게는 5 또는 6원 환의 군으로부터 선택된다.
본 발명에 따라 사용되는 RM은 바람직하게는 하기 화학식 VIIA 및 VIIB의 군으로부터 선택된다:
[화학식 VIIA]
Figure 112012100924801-pct00032
[화학식 VIIB]
Figure 112012100924801-pct00033
상기 식에서,
R71은 H, F, Cl, Br, I, CN, NO2, NCS, SF5, SO2CF3 또는 직쇄 또는 분지된, 바람직하게는 1 내지 20개의 C 원자를 갖고 비치환되거나 F, Cl, Br, I 또는 CN에 의해 일- 또는 다중-치환된 알킬이고, 여기에서 하나 이상의 인접하지 않은 CH2 기가 임의적으로 O 및/또는 S 원자가 서로 직접적으로 연결되지 않는 방식으로 각각의 경우에 서로 독립적으로 -O-, -S-, -NH-, -NR01-, -SiR01R02-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCO-O-, -S-CO-, -CO-S-, -CY01=CY02 또는 -C≡C-에 의해 대체되고, 바람직하게는 H, 할로겐, 1 내지 7개의 C 원자를 갖는, 바람직하게는 2 내지 5개의 C 원자를 갖는 n-알킬, n-알콕시, 2 내지 7개의 C 원자, 바람직하게는 2 내지 5개의 C 원자를 갖는 알케닐, 알케닐옥시 또는 알콕시알킬, 또는 CN, NCS, 할로겐, 바람직하게는 F, Cl, 할로겐화된 알킬, 알케닐 또는 알콕시, 바람직하게는 일(mono)-, 이(di)- 또는 올리고(oligo)-플루오르화된 알킬, 알케닐 또는 알콕시, 특히 바람직하게는 CF3, OCF2H 또는 OCF3이고;
R01 및 R02는 서로 독립적으로 H, 또는 1 내지 12개의 C 원자를 갖는 알킬,
Figure 112016039948510-pct00034
이고;
MG71은 메조겐 모이어티, 바람직하게는 하나 이상의 환을 포함하는 메조겐 모이어티이고, 가장 바람직하게는 하기 화학식의 2가 라디칼이고:
Figure 112016039948510-pct00035
;
Figure 112016039948510-pct00036
내지
Figure 112016039948510-pct00037
은 서로 독립적으로 방향족 및/또는 지환족 환, 또는 2개 이상의 융합된 방향족 또는 지환족 환을 포함하는 기이고, 여기서 이들 환은 임의적으로 N, O 및/또는 S로부터 선택된 하나 이상의 원자를 포함하고, 임의적으로 R72에 의해 일- 또는 다중-치환되고;
Z71 내지 Z74는 서로 독립적으로 -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -S-CO-, -CO-S-, -O-CO-O-, -CO-NR01-, -NR01-CO-, -OCH2-, -CH2O-, -SCH2-, -CH2S-, -CF2O-, -OCF2-, -CF2S-, -SCF-, -CH2CH2-, -CF2CH2-, -CH2CF2-, -CF2CF2-, -CH=N-, -N=CH-, -N=N-, -CH=CR01-, -CY01=CY02-, -C≡C-, -(CH2)4-, -CH=CH-CO-O-, -O-CO-CH=CH- 또는 단일 결합이고;
Y01 및 Y02는 서로 독립적으로 F, Cl 또는 CN이고, 대안적으로 그들 중 하나는 H일 수 있고;
R72는 H 또는 알킬, 바람직하게는 H, 또는 1 내지 10개의 C 원자를 갖는 알킬이고;
PG71은 중합가능한 기 또는 반응성 기이고;
SP71은 스페이서 기 또는 단일 결합이고;
X71은 Z71에 대해 주어진 의미 중 하나를 갖고, 바람직하게는 -O-, -CO-O-, -O-CO-, -CF2O-, -OCF2-, -CH2O-, -OCH2- 또는 단일 결합이고;
MG72는 상기 MG71에 대해 주어진 의미를 갖고;
PG72 및 PG73은 서로 독립적으로 상기 PG71에 대해 주어진 의미 중 하나를 갖고;
SP72 및 SP73은 서로 독립적으로 상기 SP11에 대해 주어진 의미 중 하나를 갖고;
X72 및 X73은 서로 독립적으로 상기 X71에 대해 주어진 의미 중 하나를 갖는다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 중합체의 전구체는 화학식 VIIA의 화합물 외에 하나 이상의 이-반응성 메조겐 단량체, 바람직하게는 하나 이상의 화학식 VIIB의 이-반응성 메조겐 단량체를 포함한다.
본 발명에 따른 화학식 VIIA 및 VIIB의 화합물은 키랄 화합물일 수 있다.
바람직하게는, (A) 키랄 성분은 하기 화학식 Ia, Ib 및 I'a의 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물, 바람직하게는 하나 이상의 하기 화학식 I'a의 화합물을 포함한다:
[화학식 Ia]
Figure 112012100924801-pct00038
[화학식 Ib]
Figure 112012100924801-pct00039
[화학식 I'a]
Figure 112012100924801-pct00040
상기 식에서,
매개변수는 상기 화학식 I 하에 주어진 개별적인 의미를 갖고; 바람직하게는
R11 및 R12는 서로 독립적으로 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 알킬 또는 플루오르화된 알킬, 또는 2 내지 7개의 C 원자를 갖는 알케닐, 알콕시알킬 또는 플루오르화된 알케닐이다.
보다 바람직하게는, (A) 키랄 성분은 하기 화학식 Ia-1, Ia-2, I'a-1, I'a-2 및 I'a-3의 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물, 바람직하게는 하나 이상의 하기 I'a-1의 화합물을 포함한다:
Figure 112012100924801-pct00041
Figure 112012100924801-pct00042
상기 식에서,
매개 변수는 상기 화학식 I 하에 주어진 개별적인 의미를 갖고; 바람직하게는
R11 및 R12는 서로 독립적으로 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 알킬 또는 플루오르화된 알킬, 또는 2 내지 7개의 C 원자를 갖는 알케닐, 알콕시알킬 또는 플루오르화된 알케닐이다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, (B) 바이메조겐 성분은 하나 이상의 화학식 II의 화합물을 포함하고, 여기서 MG21 및 MG22는 서로 동일하다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, (B) 바이메조겐 성분은 하나 이상의 화학식 II의 화합물을 포함하고, 여기서 MG21 및 MG22는 서로 상이하다.
바람직하게는, (B) 바이메조겐 성분은 하나 이상의 하기 화학식 IIa의 화합물, 바람직하게는 화학식들의 군으로부터 선택된 2개 이상의 상이한 화학식 각각의 하나 이상의 화합물을 포함한다:
[화학식 IIa]
Figure 112012100924801-pct00043
상기 식에서,
R21 및 R22는 서로 독립적으로 상기 화학식 II 하에 주어진 의미를 갖고;
환 A211, A212, A221 및 A222는 서로 독립적으로 상기 화학식 III 하에 환 A31에 대해 주어진 의미를 갖고;
Z21 및 Z22는 서로 독립적으로 상기 화학식 III 하에 Z31에 대해 주어진 의미를 갖고;
L21 및 L22는 서로 독립적으로 상기 화학식 I, I' 또는 I" 하에 X11에 대해 주어진 바와 동일한 의미를 갖고;
B2는 CH2, CFH, CF2 또는 1개 이상 존재한다면 그 임의의 조합, 바람직하게는 CH2이고;
m은 1 내지 19, 바람직하게는 3 내지 17, 가장 바람직하게는 5 내지 13의 정수이고; 특히 m이 홀수인 것이 바람직하다.
하기 화학식 IIa-1, IIa-2, IIa-3 및 IIa-4의 화합물이 특히 바람직하다:
Figure 112012100924801-pct00044
상기 식에서,
X21a 및 X22a는 서로 독립적으로 CN, F, Cl 또는 각각 1 내지 4개의 C 원자를 갖는 플루오르화된 알킬 또는 플루오르화된 알콕시, 바람직하게는 CN, CF3, F 또는 Cl, 보다 바람직하게는 CN, F 또는 Cl, 가장 바람직하게는 CN 또는 F이고, 화학식 IIa-1 및 IIa-2에서 X21a 및 X22a는 바람직하게는 서로 상이하고;
Z21a 및 Z22a는 서로 독립적으로 -COO-, -OCO-, -O- 또는 단일 결합이고, 바람직하게는 Z21a 및 Z22a는 둘 다 -O-이고, Z21a는 -CO-O-이고 Z22a는 -O-CO-이거나 Z21a는 -O-CO-이고 Z22a는 -CO-O-이고, 가장 바람직하게는 Z21a 및 Z22a는 둘 다 -O-이거나 Z21a는 -O-CO-이고 Z22a는 -CO-O이고;
L21a 및 L21b는 서로 독립적으로 H 또는 F이고;
n은 1 내지 17, 바람직하게는 3 내지 15, 가장 바람직하게는 5 내지 13 범위의 홀수이다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 액정 매질은 스페이서 기에 홀수의 원자를 갖는 하나 이상의 바이메조겐 화합물, 바람직하게는 화학식 IIa-1 내지 IIa-4(여기서 n은 홀수)의 화합물의 군으로부터 선택된 하나 이상의 바이메조겐 화합물을 포함한다.
임의적으로, (B) 바이메조겐 성분은 화학식 IIb-1 내지 IIb-4(상기에서 주어진 개별적인 화학식 IIa-1 내지 IIa-4와 거의 동일)의 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하고, 여기서 매개변수는 상기에서 주어진 의미를 갖지만 X21a 및 X22a가 화학식 IIa-1 및 IIa-2에서 동일하고/거나 n이 2 내지 18 범위의 짝수인 점에서 상이하다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 본 발명에 따른 액정 매질의 (C) 액정 성분은 하나 이상의 하기 화학식 III'의 화합물을 포함한다:
[화학식 III']
Figure 112012100924801-pct00045
상기 식에서,
R3은 알킬, 알콕시, 플루오르화된 알킬 또는 플루오르화된 알콕시, 알케닐, 알케닐옥시, 알콕시알킬, 플루오르화된 알케닐 또는 플루오르화된 알케닐옥시, 바람직하게는 알킬 또는 알콕시알킬, 가장 바람직하게는 n-알킬이고;
Figure 112016039948510-pct00046
은
Figure 112016039948510-pct00047
이고;
Y31 및 Y32는 서로 독립적으로 H 또는 F이고, 바람직하게는 Y31은 F이고 Y32는 H이고;
Y3은 CN 또는 NCS, 바람직하게는 CN이고;
i는 0 또는 1이다.
본 발명의 보다 바람직한 구현예에서, 본 발명에 따른 액정 매질은 하기 하위 화학식 III'-1 내지 III'-5, 바람직하게는 화학식 III'-2, III'-4 및 III'-5, 가장 바람직하게는 III'-2 및/또는 III'-5의 화합물로부터 선택된 하나 이상의 화학식 III'의 화합물을 포함한다:
Figure 112012100924801-pct00048
Figure 112012100924801-pct00049
상기 식에서,
R3은 상기 화학식 I 하에 주어진 개별적인 의미를 갖고, 바람직하게는 알킬 또는 알케닐, 가장 바람직하게는 n-알킬 또는 알크-3-에닐이고, X3은 바람직하게는 CN이다.
하기 화학식 III'-1 내지 III'-5의 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물에 추가적으로 또는 대안적으로, 본 발명에 따른 액정 매질은 하기 하위 화학식 III'-6 내지 III'-8, 바람직하게는 화학식 III'-8의 화합물로부터 선택된 하나 이상의 화학식 III의 화합물을 포함할 수 있다:
Figure 112012100924801-pct00050
Figure 112012100924801-pct00051
상기 식에서,
R3은 상기 화학식 I 하에 주어진 개별적인 의미를 갖고, 바람직하게는 알킬 또는 알케닐, 가장 바람직하게는 n-알킬 또는 알크-3-에닐이고, X3은 바람직하게는 CN이다.
본 발명에 따른 액정 혼합물은 임의적으로 -1.5 이하, 바람직하게는 -1.5 이하 내지 -8 이상 범위의 유전체 이방성을 갖는 하나 이상의 음의 유전체 화합물을 포함한다. 이 경우에, 본 발명에 따른 액정 혼합물은 바람직하게는 하기 화학식 IV-1 내지 IV-8의 군으로부터 선택된 하나 이상의 음의 유전체 화합물을 포함한다:
Figure 112012100924801-pct00052
Figure 112012100924801-pct00053
상기 식에서,
R41 및 R42는 상기 화학식 IV 하에 주어진 개별적인 의미를 갖는다.
본 발명에 따른 액정 혼합물은 바람직하게는 하나 이상의 중성 유전체의 화합물을 포함한다. 이들 화합물은 -1.5 내지 3.0 범위의 유전체 이방성을 갖는다. 바람직하게는, 이들 화합물은 하기 화학식 V-1 내지 V-14의 군, 바람직하게는 V-14로부터 선택된다:
Figure 112012100924801-pct00054
Figure 112012100924801-pct00055
Figure 112012100924801-pct00056
상기 식에서,
R51 및 R52는 상기 화학식 V 하에 주어진 개별적인 의미를 갖는다.
바람직하게는, (C) 액정 성분은 하기 화학식 VI-1 내지 VI-5의 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물, 바람직하게는 이들 화학식들의 군으로부터 선택된 2개 이상의 상이한 화학식 각각의 하나 이상의 화합물, 가장 바람직하게는 화학식 VI-1, VI-2, VI-3 및 VI-5의 군으로부터 선택된 2개 이상의 상이한 화학식 각각의 하나 이상의 화합물을 포함한다:
Figure 112012100924801-pct00057
Figure 112012100924801-pct00058
상기 식에서,
R6은 상기 화학식 VI 하에 주어진 의미를 갖고, X3은 F, Cl 또는 각각 1 내지 4개의 C 원자를 갖는 플루오르화된 알킬 또는 플루오르화된 알콕시, 바람직하게는 OCF3, OCF2H, F 또는 Cl, 가장 바람직하게는 F이다.
하나 이상의 화학식 VIIA 및/또는 화학식 VIIB의 화합물을 포함하는 중합체 전구체가 특히 바람직하고, 여기서
Z71 및/또는 Z74는 -O-, -CO-O-, -OCO-, -O-CO-O-, -CH2-O-, -O-CH2-, -CF2-O-, -O-CF2-, -C≡C-, -CH=CH- 또는 단일 결합, 가장 바람직하게는 -CO-O- 또는 -O-CO- 또는 -O-이고/거나,
Z71은 단일 결합과 상이하고/거나,
환 A71은 임의적으로 하나 이상의 기 R로 치환된 페닐렌이고/거나,
R71은 1 내지 12개, 바람직하게는 1 내지 8개의 C 원자를 갖는 알킬 또는 알콕시, 또는 2 내지 12개, 바람직하게는 2 내지 7개의 C 원자를 갖는 알케닐, 알케닐옥시 또는 알키닐이고/거나,
SP71은 임의적으로 F에 의해 일- 또는 다중-치환된 1 내지 12개의 C를 갖는 알킬렌이고, 여기서 하나 이상의 인접하지 않은 CH2는 각각의 경우에 서로 독립적으로 -O-, -CH=CH- 또는 -C≡C-에 의해 대체될 수 있고, -O-, -CO-O-, -O-CO-, -O-CO-O- 및 단일 결합으로부터 선택된 기를 통해 환, 바람직하게는 환 "A71"에 연결되고/거나,
SP71은 단일 결합이다.
MG72 내지 X73에 대해 바람직한 것은 개별적인 상응하는 기 MG71 내지 X71에 대해서와 동일하다.
바람직한 구현예에서, 환 A71 내지 A73은 서로 독립적으로 방향족 또는 지환족 환, 바람직하게는 5, 6 또는 7원 환 또는 2개 이상, 바람직하게는 2 또는 3개의 융합된 방향족 또는 지환족 환을 포함하는 기이고, 여기서 이들 환은 임의적으로 N, O 및/또는 S로부터 선택된 하나 이상의 원자를 포함하고 임의적으로 L7로 일- 또는 다중-치환되고, 여기서 L7은 F, Cl, Br, CN, OH, NO2 및/또는 1 내지 12개의 C 원자를 갖는 알킬, 알콕시, 알킬카르보닐 또는 알콕시카르보닐 기이고, 여기서 하나 이상의 H 원자는 임의적으로 F 또는 Cl에 의해 대체된다.
L7은 바람직하게는 F, Cl, CN, OH, NO2, CH3, C2H5, OCH3, OC2H5, COCH3, COC2H5, COOCH3, COOC2H5, CF3, OCF3, OCHF2 또는 OC2F5, 특히 F, Cl, CN, CH3, C2H5, OCH3, COCH3 또는 OCF3, 가장 바람직하게는 F, Cl, CH3, OCH3 또는 COCH3이다.
바람직한 환 A71 내지 A73은 예를 들어 푸란, 피롤, 티오펜, 옥사졸, 티아졸, 티아디아졸, 이미다졸, 페닐렌, 시클로헥실렌, 시클로헥세닐렌, 피리딘, 피리미딘, 피라진, 아줄렌, 인단, 나프탈렌, 테트라히드로나프탈렌, 데카히드로나프탈렌, 테트라히드로피란, 안트라센, 페난트렌 및 플루오렌이다.
특히 바람직하게는, 이들 환 A71 내지 A73 중 하나 이상이 푸란-2,5-디일, 티오펜-2,5-디일, 티에노티오펜-2,5-디일, 디티에노티오펜-2,6-디일, 피롤-2,5-디일, 1,4-페닐렌, 아줄렌-2,6-디일, 피리딘-2,5-디일, 피리미딘-2,5-디일, 나프탈렌-2,6-디일, 1,2,3,4-테트라히드로-나프탈렌-2,6-디일, 인단-2,5-디일 또는 1,4-시클로헥실렌으로부터 선택되고, 여기서 1 또는 2개의 인접하지 않은 CH2 기는 임의적으로 O 및/또는 S에 의해 대체되고, 여기서 이들 기는 비치환되거나 상기에서 정의된 바와 같은 L에 의해 일- 또는 다중-치환된다.
바람직하게는
Figure 112016039948510-pct00059
내지
Figure 112016039948510-pct00060
은 서로 독립적으로
Figure 112012100924801-pct00061
또는 그 거울상이고,
여기서,
R은 1 내지 12개의 C 원자, 바람직하게는 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 알킬 또는 2 내지 12개의 C 원자, 바람직하게는 2 내지 7개의 C 원자를 갖는 알케닐 또는 알키닐이고 둘 다에서 페닐 환에 인접하지 않은 하나 이상의 인접하지 않은 -CH2- 기는 -O- 및/또는 -CH=CH-에 의해 대체될 수 있고/거나 하나 이상의 H 원자는 할로겐, 바람직하게는 F에 의해 치환될 수 있고/거나,
바람직하게는
Figure 112016039948510-pct00062
은
Figure 112016039948510-pct00063
또는
Figure 112016039948510-pct00064
이다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 기
Figure 112012100924801-pct00065
는 단지 모노시클릭 환 A71 내지 A73을 포함한다. 매우 바람직하게는 이는 1 또는 2개의 5 및/또는 6원 환을 갖는 기이다.
이 기에 대한 바람직한 하위 화학식을 아래 열거하였다. 단순하게 하기 위해 이들 기에서 Phe는 1,4-페닐렌이고 PheL은 상기에서 정의된 바와 같은 1 내지 4개의 기 L에 의해 치환된 1,4-페닐렌 기이고 Cyc는 1,4-시클로헥실렌이고 Pyd는 피리딘-2,5-디일이고 Pyr은 피리미딘-2,5-디일이다. 바람직한 기의 하기 목록은 하위 화학식 VII-1 내지 VII-20 뿐만 아니라 그들의 거울상을 포함한다:
Figure 112012100924801-pct00066
이들 바람직한 기에서, Z은 화학식 VIIA에서 주어진 바와 같이 Z71의 의미를 갖는다. 바람직하게는, Z은 -COO-, -OCO-, -CH2CH2-, -C≡C- 또는 단일 결합이다. 매우 바람직하게는, 기
Figure 112012100924801-pct00067
은 하기 화학식 VIIa 내지 VIIj 및 그들의 거울상으로부터 선택된다:
Figure 112012100924801-pct00068
Figure 112012100924801-pct00069
상기 식에서,
L은 F, Cl, Br, CN, OH, NO2 및/또는 1 내지 12개의 C 원자를 갖는 알킬, 알콕시, 알킬카르보닐 또는 알콕시카르보닐 기이고, 여기서 하나 이상의 H 원자는 임의적으로 F 또는 Cl에 의해 대체되고 r은 0, 1, 2, 3 또는 4, 바람직하게는 0, 1 또는 2이다.
이들 바람직한 화학식에서,
Figure 112016039948510-pct00070
은 매우 바람직하게는 서로 독립적으로 상기에서 주어진 의미 중 하나를 갖는 L을 갖는
Figure 112016039948510-pct00071
,
Figure 112016039948510-pct00072
또는
Figure 112016039948510-pct00073
이다.
화학식 I의 특히 바람직한 화합물은 하나 이상의 기
Figure 112016039948510-pct00074
을 포함하고, 여기서 r은 1 또는 2이다.
화학식 I의 더욱 바람직한 화합물은 2개 이상의 기
Figure 112016039948510-pct00075
(여기서 r은 1) 및/또는 하나 이상의 기
Figure 112016039948510-pct00076
(여기서 r은 2)을 포함한다.
Figure 112012100924801-pct00077
은 보다 바람직하게는
Figure 112012100924801-pct00078
Figure 112012100924801-pct00079
이고,
여기서,
1,4-페닐렌 환은 임의적으로 R, 바람직하게는 알킬, 바람직하게는 메틸 및/또는 알콕시 및/또는 할로겐, 바람직하게는 F에 의해 치환될 수 있다.
보다 바람직하게는,
Figure 112016039948510-pct00080
은
Figure 112012100924801-pct00081
Figure 112012100924801-pct00082
Figure 112012100924801-pct00083
Figure 112012100924801-pct00084
또는 그들의 개별적인 거울상이나, 분명하게 주어지지는 않고,
여기서,
R은 상기 주어진 의미를 갖고, 바람직하게는 알킬, 바람직하게는 1 내지 6개의 C 원자를 갖는 알킬, 바람직하게는 n-알킬이고, 여기서 하나 이상의 인접하지 않은 -CH2- 기는 임의적으로 -O- 및/또는 -CH=CH-에 의해 대체될 수 있고/거나 하나 이상의 H 원자는 할로겐, 바람직하게는 F에 의해 대체될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 액정 매질은 화학식 I 내지 VI, VIIa 및 VIIb, 보다 바람직하게는 화학식 I, II, III, V, VI 및 VIIa 및/또는 VIIb의 화합물의 군으로부터 선택된 화합물을 포함하고, 보다 바람직하게는 상기 화합물로 주로 이루어지고, 보다 바람직하게는 상기 화합물로 본질적으로 이루어지고, 보다 바람직하게는 상기 화합물로 전적으로 이루어진다.
달리 분명하게 정의되지 않으면 본 출원에서 "포함하는"은 조성물의 맥락에서 전체, 예를 들어 매질 또는 성분이 관심있는 화합물 또는 화합물들의 성분 또는 성분들을 바람직하게는 10% 이상의 총 농도, 가장 바람직하게는 20% 이상의 총 농도를 함유하는 것을 지칭한다.
달리 분명하게 정의되지 않으면 이러한 맥락에서, 용어 "주로 이루어지는"은 전체가 관심있는 화합물 또는 화합물들의 성분 또는 성분들을 바람직하게는 55% 이상, 바람직하게는 60% 이상, 가장 바람직하게는 70% 이상 함유하는 것을 지칭한다.
달리 분명하게 정의되지 않으면 이러한 맥락에서, 용어 "본질적으로 이루어지는"은 전체가 관심있는 화합물 또는 화합물들의 성분 또는 성분들을 바람직하게는 80% 이상, 바람직하게는 90% 이상, 가장 바람직하게는 95% 이상 함유하는 것을 지칭한다.
달리 분명하게 정의되지 않으면 이러한 맥락에서, 용어 "전적으로 이루어지는"은 전체가 관심있는 화합물 또는 화합물들의 성분 또는 성분들을 바람직하게는 98% 이상, 바람직하게는 99% 이상, 가장 바람직하게는 100.0% 함유하는 것을 지칭한다.
또한, 상기에서 분명하게 언급되지 않은 다른 메조겐 화합물은 임의적으로 그리고 유익하게 본 발명에 따른 매질에 사용될 수 있다. 그러한 화합물은 당 분야의 전문가에게 공지되어 있다.
본 발명에 따른 액정 매질은 75℃ 이상, 바람직하게는 80℃ 이상의 청명점을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액정 매질의 589nm(NaD) 및 20℃에서의 △n은 바람직하게는 0.120 이상 내지 0.200 이하의 범위, 보다 바람직하게는 0.130 이상 내지 0.180 이하의 범위, 가장 바람직하게는 0.140 이상 내지 0.160 이하의 범위이다.
본 발명에 따른 액정 매질의 1kHz 및 20℃에서의 △ε은 바람직하게는 30 이상, 바람직하게는 40 이상, 가장 바람직하게는 60 이상이고, 반면에 바람직하게는 100 이하, 보다 바람직하게는 80 이하이고, 보다 바람직하게는 30 이상 내지 90 이하의 범위에 있고, 보다 바람직하게는 40 내지 80의 범위에 있고, 가장 바람직하게는 60 내지 70의 범위에 있다.
바람직하게는, 본 발명의 매질의 네마틱 상은 키랄 도판트 없이 적어도 0℃ 이하 내지 75℃ 이상, 보다 바람직하게는 -20℃ 이하 내지 75℃ 이상, 가장 바람직하게는 -20℃ 이하 내지 80℃ 이상, 특히 적어도 -30℃ 이하 내지 80℃ 이상에서 연장된다.
액정 매질은 바람직하게는 1.0㎛ 이상 내지 1.1㎛ 이하의 범위에서 광학적 지연(d·△n)을 갖는 구치 및 태리(Gooch and Tarry)에 따른 제2 트랜스미션 최소값에서 작동하는 TN 디스플레이에서 비교 목적을 위해 특징지어진다. 그러나, 액정 매질은 바람직하게는 다소 짧은 콜레스테릭 피치를 갖는 콜레스테릭 액정, 소위 키랄 네마틱 액정으로 사용되고, 바람직하게는 그들의 콜레스테릭 피치가 그들의 선택적인 반사의 파장이 전자기 스펙트럼의 가시 범위, 즉 400nm 내지 800nm 범위에 있도록 선택된다.
바람직하게는, 액정 매질은 하나 이상의 키랄 도판트, 바람직하게는 50㎛-1 이상, 바람직하게는 60㎛-1 이상, 보다 바람직하게는 70㎛-1 이상, 가장 바람직하게는 80㎛-1 이상 내지 260 ㎛-1 이하 범위의 나선 트위스팅 파워(helical twisting power, HTP)의 절대 값을 갖는 하나 이상의 키랄 도판트를 포함한다.
바람직하게는, 액정 매질은 총 50% 내지 100%, 보다 바람직하게는 70% 내지 100%, 보다 바람직하게는 80% 내지 100%, 특히 90% 내지 100%의 화학식 I, II, III, IV, V, VI 및 VIIA 및/또는 VIIB, 바람직하게는 화학식 I, II, III, V, VI, VIIA 및 VIIB의 화합물을 포함한다.
보다 바람직하게는, 액정 매질은 화학식 I, II, III, IV, V, VI, VIIA 및 VIIB, 바람직하게는 화학식 I, II, III, V, VI, VIIA 및 VIIB의 화합물을 포함하고, 보다 바람직하게는 상기 화합물로 주로 이루어지고, 보다 바람직하게는 상기 화합물로 본질적으로 이루어지고, 가장 바람직하게는 상기 화합물로 전적으로 이루어진다.
화학식 I의 화합물은 바람직하게는 매질에서 총 혼합물의 1% 내지 15%, 보다 바람직하게는 2% 내지 10%, 보다 바람직하게는 3% 내지 8%, 가장 바람직하게는 4% 내지 7%의 총 농도로 사용된다.
화학식 II의 화합물은 바람직하게는 조금이라도 존재한다면 매질에서 총 혼합물의 0% 내지 55%, 보다 바람직하게는 5% 내지 20%, 가장 바람직하게는 6% 내지 15%의 총 농도로 사용된다.
화학식 III의 화합물은 바람직하게는 매질에서 성분 C의 45% 내지 75%, 보다 바람직하게는 50% 내지 70%, 가장 바람직하게는 55% 내지 65%의 총 농도로 사용된다.
화학식 IV의 화합물은 바람직하게는 조금이라도 존재한다면 매질에서 성분 C의 0% 내지 35%, 보다 바람직하게는 0% 내지 15%, 가장 바람직하게는 5% 내지 10%의 총 농도로 사용된다.
화학식 V의 화합물은 바람직하게는 매질에서 성분 C의 0% 내지 30%, 보다 바람직하게는 25% 내지 50%, 가장 바람직하게는 10% 내지 20%의 총 농도로 사용된다.
화학식 VI의 화합물은 바람직하게는 매질에서 성분 C의 5% 내지 40%, 보다 바람직하게는 10% 내지 35%, 가장 바람직하게는 15% 내지 30%의 총 농도로 사용된다.
중합가능한 화합물, 바람직하게는 화학식 VIIA 및/또는 VIIB의 중합가능한 화합물은 바람직하게는 중합 전에 매질에서 총 혼합물의 3% 내지 25%, 보다 바람직하게는 5% 내지 20%, 가장 바람직하게는 6% 내지 15%의 총 농도로 사용된다.
바람직하게는, 하나 이상의 중합 개시제, 바람직하게는 하나 이상의 광 개시제가 사용된다. 개시제의 농도는 중합가능한 화합물의 총 농도의 0.1% 내지 10%, 보다 바람직하게는 0.2% 내지 5%, 가장 바람직하게는 0.5% 내지 2%이다.
임의적으로, 본 발명에 따른 매질은 물리적 특성을 조정하기 위해 추가로 액정 화합물을 포함할 수 있다. 그러한 화합물은 전문가에게 공지되어 있다. 본 발명에 따른 매질에서 그들의 농도는 바람직하게는 0% 내지 30%, 보다 바람직하게는 0.1% 내지 20%, 가장 바람직하게는 1% 내지 15%이다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 매질은
하나 이상의 화학식 I 및/또는 화학식 I', 바람직하게는 화학식 I', 보다 바람직하게는 화학식 I'a-1, 가장 바람직하게는 화학식 R-5011 또는 S-5011의 화합물, 및/또는
임의적으로, 하나 이상의 화학식 II, 바람직하게는 화학식 IIa-2 및/또는 IIa-3의 화합물, 및/또는
하나 이상의 화학식 III', 바람직하게는 화학식 III'-2 및/또는 III'-5의 화합물, 및/또는
하나 이상의 화학식 IV, 바람직하게는 화학식 V-13의 화합물, 및/또는
하나 이상의 화학식 VI, 바람직하게는 화학식 V-1 및/또는 VI-2 및/또는 VI-3 및/또는 VI-5의 화합물, 및/또는
하나 이상의 반응성 중합가능한 화합물, 바람직하게는 하나 이상의 화학식 VIIA 및/또는 VIIB-7의 화합물, 바람직하게는 하나 이상의 화학식 VIIA의 화합물 및 하나 이상의 화학식 VIIB-7의 화합물 둘 다, 및/또는
하나 이상의 중합 개시제
를 포함한다.
본원에서, 용어 "양의 유전체"는 △ε이 3.0 초과, "중성 유전체"는 △ε이 -1.5 이상 3.0 이하, "음의 유전체"는 △ε이 -1.5 미만인 화합물 또는 성분에 사용된다. △ε은 1kHz의 주파수 및 20℃에서 측정된다. 개별적인 화합물의 유전체 이방성은 네마틱 호스트 혼합물에서 개별적인 각각의 혼합물의 10% 용액의 결과로부터 측정된다. 호스트 혼합물에서 개별적인 화합물의 용해도가 10% 미만인 경우에 그 농도는 생성된 혼합물이 적어도 그 특정을 측정하기에 충분한 정도로 안정화될 때까지 팩터 2 만큼 감소된다. 그러나, 결과의 유의성을 가능한 한 높게 유지하기 위해 바람직하게는 농도는 5% 이상으로 유지된다. 시험 화합물의 용량은 호메오트로픽(homeotropic) 정렬을 갖는 셀 및 균질한 정렬을 갖는 셀 둘 다에서 측정된다. 두 유형의 셀의 셀 간격은 약 20㎛이다. 인가된 전압은 1kHz의 주파수 및 전형적으로 0.5V 내지 1.0V의 평균 제곱근 값을 갖는 직사각형 파이나, 항상 개별적인 시험 혼합물의 용량 역치 미만으로 선택된다.
△ε은 (ε∥-ε⊥)으로 정의되고, 반면에 εav.는 (ε∥+2ε⊥)/3이다. 양의 유전체 화합물로 혼합물 ZLI-4792 및 중성 유전체 및 음의 유전체 화합물로 혼합물 ZLI-3086(둘 다 메르크 카게아아(Merck KGaA, 독일 소재))이 호스트 혼합물로 각각 사용된다. 화합물의 유전율(dielectric permittivity)은 관심있는 화합물의 첨가시 호스트 혼합물의 개별적인 값의 변화로부터 측정된다. 값은 관심있는 화합물 100%의 농도로 외삽된다.
20℃의 측정 온도에서 네마틱 상을 갖는 성분은 모든 다른 성분이 화합물처럼 처리될 때 측정된다.
달리 분명하게 기술되지 않으면, 용어 "역치 전압"은 본원에서 광학적 역치를 지칭하고 10%의 상대적인 콘트라스트(V10)로 주어지고 용어 "포화 전압"은 광학적 포화를 지칭하고 90%의 상대적인 콘트라스트(V90)로 주어진다. 분명하게 언급되지 않으면, 프리데릭스 역치(Freedericks-threshold, VFr)로도 명명되는 용량 역치 전압(V0)만이 사용된다.
달리 분명하게 기술되지 않으면, 본원에서 주어진 매개변수의 범위는 모두 한계 값을 포함한다.
달리 분명하게 기술되지 않으면, 본원에 걸쳐 모든 농도는 질량%로 주어지고 개별적인 온전한 혼합물에 관한 것이고, 모든 온도는 ℃(섭씨)로 주어지고 모든 온도 차도 ℃로 주어진다. 달리 분명하게 기술되지 않으면 모든 물리적 특성은 문헌[Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", Status Nov. 1997, Merck KGaA, Germany]에 따라 측정되었고 측정된다. 광학적 이방성(△n)은 589.3nm의 파장에서 측정된다. 유전체 이방성(△ε)은 1kHz의 주파수에서 측정된다. 역치 및 모든 다른 전기광학적 특성은 메르크 카게아아에서 제조된 시험 셀로 측정되었다. △ε 측정을 위한 시험 셀은 약 20㎛의 셀 간격을 가졌다. 전극은 1.13cm2의 면적 및 가드 링(guard ring)을 갖는 원형 ITO 전극이었다. 배향 층은 호메오트로픽 배향(ε∥)에 대해 레시틴이고 평면의 균질한 배향(ε⊥)에 대해 재팬 신세틱 러버(Japan Synthetic Rubber)의 폴리이미드 AL-1054였다. 용량은 0.3Vrms의 전압으로 사인 파를 사용하여 주파수 반응 분석기 솔라트론(Solatron) 1260으로 측정하였다. 전기광학적 측정에 사용된 시험 셀은 0.310㎛-1 내지 0.32㎛-1 범위의 광학적 지연을 갖도록 선택된 셀 간격을 갖는다. 시험 셀은 간극 전극, 즉 IPS-디스플레이에 사용되는 유형의 전극을 갖는다. 또한, 대안적으로 셰브론 유형의 전극을 갖는 셀이 사용될 수 있다. 전기광학적 측정에 사용되는 빛은 백색 광이었다. 사용된 셋 업은 오트로닉 멜처스(Autronic Melchers, 독일 칼스루흐 소재)의 상업적으로 이용가능한 장비였다. 특성 전압은 수직 관찰 하에 측정되었다. 역치(V10), 미드 그레이(mid grey)(V50) 및 포화(V90) 전압은 각각 10%, 50% 및 90% 상대적인 콘트라스트에 대해 측정되었다.
반응 시간은 0%에서 90%로의 상대적인 콘트라스트의 변화 시간(t90-t0)에 대한 상승 시간(τon)으로서(즉, 지연 시간(t10-t0) 포함), 100%에서 10%로의 상대적인 콘트라스트의 변화 시간(t100-t10)에 대한 감쇠 시간(τoff)으로서 그리고 총 반응 시간(τtotal=τon+τoff)으로서 각각 포함된다.
본 발명에 따른 액정 매질은 통상의 농도로 추가의 첨가제를 포함할 수 있다. 이들 추가 구성성분의 총 농도는 총 혼합물에 기초하여 0% 내지 10%, 바람직하게는 0.1% 내지 6% 범위이다. 사용된 각각의 화합물의 농도는 바람직하게는 0.1% 내지 3% 범위이다. 이들 및 유사한 첨가제의 농도는 본원의 액정 매질의 액정 성분 및 화합물의 농도 값 및 범위에 대해 고려되지 않는다. 이는 또한 혼합물에 사용되는 이색성 염료의 농도에 대해 유지되고, 호스트 혼합물의 화합물 및 성분 각각의 농도가 특정되지 않으면 계산되지 않는다. 개별적인 첨가제의 농도는 항상 최종 도핑된 혼합물에 관해 주어진다.
본 발명에 따른 액정 매질은 몇몇 화합물, 바람직하게는 3 내지 30개, 보다 바람직하게는 4 내지 20개, 가장 바람직하게는 4 내지 16개의 화합물로 이루어진다. 이들 화합물은 종래 방법으로 혼합된다. 대체로, 더 적은 양으로 사용되는 화합물의 필요량이 더 큰 양으로 사용되는 화합물에 용해된다. 온도가, 더 높은 농도로 사용되는 화합물의 청명점 초과인 경우 용해 과정의 종료를 관찰하기가 특히 용이하다. 그러나, 매질을 다른 종래 방법, 예를 들어 소위 예비 혼합물(예를 들어 화합물의 균질 또는 공융 혼합물일 수 있음)을 사용하거나 소위 멀티-바틀-시스템(multi-bottle-system)(그 구성성분이 혼합물 자체로 사용되도록 준비됨)을 사용하여 제조하는 것도 가능하다.
바람직하게는, 하나 이상의 키랄 도판트를 포함하는 본 발명에 따른 액정 매질은 전자기 스펙트럼의 가시 범위 밖, 즉 400nm 내지 800nm 범위가 아닌 범위에서 조사를 선택적으로 반사한다. 바람직하게는, 선택적인 반사 밴드는 이 파장 범위로 확장되지 않고, 보다 바람직하게는 적어도 반사 밴드의 중심 파장이 이 범위 밖에 놓이고, 가장 바람직하게는 완전한 반사 밴드가 이 범위의 밖에 놓인다.
주어진 온도에서 생성된 선택적인 반사의 중심 파장은 다항식 급수(polynomial series) (I)의 근사값을 통해 사용된 호스트에서 키랄 도판트의 실제 농도로부터 계산될 수 있다.
Figure 112012100924801-pct00085
상기 식에서,
α, β 및 γ는 주어진 호스트 혼합물 중 주어진 키랄 도판트의 조합에 특이적인 물질 상수이고;
c(dop.)은 호스트 혼합물 중 키랄 도판트의 농도이다.
많은 실제 경우에, 첫 번째 항만 고려하더라도 일차항("α·[c(dop.)]-1")은 충분히 정확한 결과를 만들어낸다. 매개변수 "α"는 HTP의 역(즉 HTP-1)과 유사하다. 그러나, "배그(Bagg)" 반사와 유사한 LC의 선택적인 반사 파장의 측정에서 혼합물의 효과적인 굴절률이 추가적으로 보다 정확한 숫자 기재를 위해 고려되어야 한다.
전형적으로, 매개변수 α, β 및 γ는 사용되는 특정 액정 혼합물 보다 키랄 도판트의 유형에 보다 강하게 의존한다.
분명히, 매개변수 α, β 및 γ는 개별적인 키랄 도판트의 거울상 이성질체 잉여에 의존한다. 매개변수 α, β 및 γ는 순수한 거울상 이성질체에 대해 그들의 개별적인 가장 큰 절대 값을 갖고 라세미 화합물에 대해서는 0이다. 본원에서, 주어진 값은 98% 이상의 거울상 이성질체 잉여를 갖는 순수한 거울상 이성질체에 대한 것이다.
바람직하게는, 본원에 따른 개별적인 액정 매질에서 키랄 도판트, 키랄 도판트들 각각의 매개변수 α의 절대 값은 5nm 내지 25nm 범위, 보다 바람직하게는 10nm 내지 20nm 범위, 가장 바람직하게는 12nm 내지 16nm 범위이다.
이들 매질은 하나 이상의 키랄 도판트를 포함할 수 있다. 매질이 2개 이상의 키랄 도판트를 포함하는 경우에, 이들은 예를 들어 콜레스테릭 피치 및 선택적인 반사 파장의 온도 의존성에 대해 보상하는 공지된 방식 중 하나에서 유익하게 선택될 수 있다. 하나의 호스트 혼합물 중 동일한 부호의 매개변수 α를 갖는 키랄 도판트 뿐만 아니라 방정식 (I)의 더 높은 차수의 항에 대한 매개변수, 특히 이차항의 매개변수, 매개변수 β의 성질에 따라 이 매개변수의 반대 부호를 갖는 키랄 도판트도 사용될 수 있다.
개별적인 호스트 혼합물에서 유도된 키랄 피치의 적은 온도 의존성을 나타내는, 즉 적은 매개변수 β를 갖는 단일 키랄 도판트를 사용하는 것이 본 발명의 구현예에서 보다 바람직하다. 적합한 첨가제의 첨가에 의해 본 발명에 따른 액정 매질은 액정 매질을 사용하는 액정 디스플레이의 모든 공지된 유형, 예를 들어 TN, TN-AMD, ECB-AMD, VAN-AMD, IPS 및 OCB LCD, 및 특히 복합 시스템, 예를 들어 PDLC, NCAP, PN LCD 및 특히 ASM-PA LCD에서 사용가능한 방식으로 변형될 수 있다.
액정의 융점 T(C,N), 스멕틱(S) 상으로부터 네마틱(N) 상으로의 전이 T(S,N) 및 청명점 T(N,I)는 ℃로 주어진다.
본원에서, 특히 하기 실시예에서, 액정 화합물의 구조는 약어로 제시되고 이는 "두문자"로도 명명된다. 약어의 상응하는 구조로의 변환은 하기 3개의 표 A 내지 C에 따라 일어난다.
모든 기 CnH2n+1, CmH2m+1 및 ClH2l+1은 바람직하게는 각각 n, m 및 l개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬 기이고, 모든 기 CnH2n, CmH2m 및 ClH2l은 바람직하게는 각각 (CH2)n, (CH2)m 및 (CH2)l이고 -CH=CH-는 바람직하게는 트랜스 또는 E 비닐렌이다.
표 A는 환 요소에 사용되는 기호, 표 B는 연결 기에 사용되는 기호, 표 C는 분자의 왼쪽 및 오른쪽 말단 기에 사용되는 기호를 나열한다.
표 D는 예시적인 분자 구조를 그들의 개별적인 부호와 함께 나열한다.
[표 A]
환 요소
Figure 112012100924801-pct00086
Figure 112012100924801-pct00087
[표 B]
연결 기
Figure 112012100924801-pct00088
[표 C]
말단 기
Figure 112012100924801-pct00089
여기서,
n 및 m은 각각 정수이고 3개의 점 "..."은 이 표의 다른 기호에 대한 공간을 나타낸다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 액정 매질은 화학식 I의 화합물 외에 하기 표의 화학식의 화합물의 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다.
[표 D]
Figure 112012100924801-pct00090
Figure 112012100924801-pct00091
Figure 112012100924801-pct00092
Figure 112012100924801-pct00093
Figure 112012100924801-pct00094
Figure 112012100924801-pct00095
유사한 방식으로 바이메조겐 화합물이 표지된다. 여기서, 먼저 중심 스페이서 기가 숫자 n의 -CH2-로 주어지고 이어서 괄호에 씌여진 개별적인 메조겐 기에 대한 부호로 주어진다. 바람직하게는, 본 발명에 다른 액정 매질은 화학식 I의 화합물 외에 하기 표의 화학식의 화합물의 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다.
[표 E]
Figure 112012100924801-pct00096
하기 표 F는 바람직하게는, 본 발명에 따른 액정 매질에서 사용되는 키랄 도판트를 나열한다.
[표 F]
Figure 112012100924801-pct00097
Figure 112012100924801-pct00098
Figure 112012100924801-pct00099
본 발명에 따른 바람직한 구현예에서, 본 발명에 따른 매질은 표 F의 화합물의 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다.
하기 표 G는 바람직하게는, 본 발명에 따른 액정 매질에서 사용되는 안정화제를 나열한다.
[표 G]
Figure 112012100924801-pct00100
Figure 112012100924801-pct00101
Figure 112012100924801-pct00102
Figure 112012100924801-pct00103
Figure 112012100924801-pct00104
본 발명의 바람직한 구현예에서, 본 발명에 따른 매질은 표 F의 화합물의 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다.
본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는
표 D의 화합물의 군으로부터 선택된 4개 이상의, 바람직하게는 6개 이상의 화합물, 바람직하게는
표 D의 화학식들의 군으로부터 선택된 7개 이상, 바람직하게는 8개 이상의 화합물, 바람직하게는 3개 이상의 상이한 화학식의 화합물
을 포함한다.
실시예
하기에 주어진 실시예는 본 발명을 예시하나 어떠한 방식으로든 본 발명을 한정하지는 않는다.
그러나, 물리적 특성 및 조성은 어떤 특성이 달성될 수 있고 어떤 범위에서 그들이 변경될 수 있는지를 전문가에게 예시한다. 특히, 다양한 특성의 조합, 바람직하게는 달성될 수 있는 다양한 특성의 조합이 전문가에게 잘 정의되어 있다.
하기 표에 주어진 조성 및 특성을 갖는 액정 혼합물이 실현된다. 그들의 광학적 성능이 조사된다.
비교 실시예 0
바이메조겐으로 이루어진 하기 액정 혼합물이 제조되고 조사된다.
[표 1]
액정 혼합물 A-0의 조성 및 특성
Figure 112012100924801-pct00105
메르크 카게아아(독일 담스타트 소재)로부터 이용가능한 5%의 키랄 도판트 R-5011을 실시예 1로부터의 95.0%의 혼합물 A-0으로 첨가하여 비교적 짧은 콜레스테릭 피치를 갖는, 혼합물 A-1로 명명되는 개별적인 콜레스테릭 혼합물을 제조하였다. 키랄 도판트 첨가 후에 혼합물을 110℃의 온도로 가열하고 10분 동안 이 온도에서 유지시켰다. 이어서, 주위 온도로 다시 냉각시켰다.
[표 2a]
조성 비교
Figure 112012100924801-pct00106
혼합물 A-1을 5.0㎛ 내지 5.5㎛ 범위의 셀 간격을 갖고 인접한 전극 사이가 9㎛ 분리된 평행 스트라이프 전극을 갖는 IPS 유형의 LC 셀로 채웠다. 시험 셀을 형성하는 기판의 내부 표면을 정렬 층(PI)으로 덮고 문질러 처리하여 액정 물질의 평면 배향을 달성하여 소위 균일 기립 나선 정렬을 초래하였다.
이 셀에서 액정 혼합물은 전기클리닉 스위칭(electro-clinic switching)을 나타낸다. 이 셀은 비교적 높은 작동 전압을 필요로 한다. 역치 전압은 120V 초과이고 포화 전압은 200V 초과이다. 또한, 전기광학적 특징은 현저한 이력현상 및 밝은 상태의 30% 이하 만큼의 어두운 상태에서 상당한 잔여 트랜스미션 둘 다를 나타낸다.
[표 2b]
결과 비교
Figure 112012100924801-pct00107
비교 실시예 1
다음으로, 하기 표에 나타낸 조성을 갖는 강한 양의 유전체 액정 혼합물(B-0)이 실현되었다.
[표 3]
액정 혼합물 B-0의 조성 및 특성
Figure 112012100924801-pct00108
메르크 카게아아(독일 담스타트 소재)로부터 이용가능한 5%의 키랄 도판트 R-5011을 실시예 1로부터의 95.0%의 혼합물 B-0으로 첨가하여 비교적 짧은 콜레스테릭 피치를 갖는, 혼합물 B-1로 명명되는 개별적인 콜레스테릭 혼합물을 제조하였다. 키랄 도판트 첨가 후에 혼합물을 110℃의 온도로 가열하고 10분 동안 이 온도에서 유지시켰다. 이어서, 주위 온도로 다시 냉각시켰다.
혼합물 B-1을 IPS 유형의 LC 셀로 채우고 상기 비교 실시예 하에 기재된 바와 같이 조사하였다. 결과를 표 2b에 나타내었다.
실시예 1
실시예 1.1 내지 1.4
이 실시예에서, 비교 실시예 1로부터의 호스트 혼합물 B-0를 비교 실시예에서와 같이 키랄 도판트 R-5011로 다시 도핑하였다. 그러나, 후속으로 일-반응성 메조겐 및 이-반응성 메조겐 둘 다로 이루어진 중합체 전구체의 중합에 의해 안정화되었다.
일-반응성 메조겐 "MRM-A"로서
Figure 112012100924801-pct00109
을 사용하고 이-반응성 메조겐 "DRM-A"로서
Figure 112012100924801-pct00110
을 사용하였다.
또한, 시바(Ciba, 스위스 소재)로부터 "IRG-651"로도 명명되는 중합 개시제 이르가큐어651(Irgacure651)
Figure 112012100924801-pct00111
을 본원에서 사용하였다.
성분의 농도는 하기 표에 나타난 바와 같이 다양하다.
[표 4a]
액정 혼합물 B-2.1 내지 B-2.4의 조성 및 특성
Figure 112012100924801-pct00112
이들 시료는 추가로 하기와 같이 가공하였다. 최종 혼합물에서 키랄 도판트의 개별적인 농도에 해당하는 양으로 키랄 도판트를 첨가한 후에 생성된 중간체 혼합물을 110℃의 온도로 가열하고 10분 동안 이 온도로 유지시켰다. 이어서, 주위 온도로 다시 냉각시켰다. 이어서, 2개의 반응성 메조겐을 중합 개시제와 함께 그들의 개별적인 농도로 첨가하였다. 최종 혼합물을 60℃의 온도로 가열하고 또 10분 동안 이 온도로 유지하였다. 이어서, 주위 온도로 다시 냉각하였다.
혼합물을 개별적인 셀로 채운 후에 이들 셀을 뜨거운 대(stage)에 놓고 80℃의 온도로 가열하고 후속으로 다시 주위 온도로 냉각시켰다. 과정의 이 후자 부분은 물질을 더욱 균일하게 정렬시킨다. 마지막으로, 중합체 전구체의 반응성 메조겐을 15분 동안 5mW의 조사 전력으로 UV 조사(파장 365nm)에 노출시켜 중합하였다.
이어서, 경화된 중합체, 즉 중합된 중합체 전구체를 갖는 셀을 그들의 전기광학적 성능에 대해 조사하였다. 결과를 하기 표에 나타내었다.
[표 4b]
결과 비교
Figure 112012100924801-pct00113
실시예 1.5
이 실시예에서, 화합물 R-5011, MRM-1, DRM-1 및 IRG-651에 추가적으로 10%의 바이메조겐 화합물 9(Z-GP-F)(Z-PP-N)을 비교 실시예 1로부터의 호스트 혼합물 B-0에서 사용하였다.
비교 실시예 2
다음으로, 하기 표에 나타낸 조성을 갖는 또다른 강한 양의 유전체 액정 혼합물(C-0)이 실현되었다.
[표 5]
액정 혼합물 C-0의 조성 및 특성
Figure 112012100924801-pct00114
메르크 카게아아(독일 담스타트 소재)로부터 이용가능한 5%의 키랄 도판트 R-5011을 실시예 1로부터의 95.0%의 혼합물 C-0으로 첨가하여 비교적 짧은 콜레스테릭 피치를 갖는, 혼합물 C-1로 명명되는 개별적인 콜레스테릭 혼합물을 제조하였다. 키랄 도판트 첨가 후에 혼합물을 110℃의 온도로 가열하고 10분 동안 이 온도에서 유지시켰다. 이어서, 주위 온도로 다시 냉각시켰다.
혼합물 C-1을 IPS 유형의 LC 셀에 채우고 상기 비교 실시예 하에 기재된 바와 같이 조사하였다. 결과를 표 2b에 나타내었다.
실시예 2
실시예 1과 유사하게 호스트 혼합물 C-0 및 키랄 도판트 R-5011을 포함하는 혼합물을 중합체 안정화시켰다.

Claims (12)

  1. (A) 하나 이상의 키랄 화합물로 이루어진 키랄 성분;
    (B) 하기 화학식 II의 화합물로부터 선택되는 하나 이상의 바이메조겐 화합물로 이루어진 바이메조겐 성분;
    (C) 하나 이상의 액정 또는 메조겐 화합물로 이루어진 액정 성분; 및
    (D) 하나 이상의 반응성 메조겐 화합물을 포함하는 반응성 메조겐 성분
    을 포함하고, 콜레스테릭 상을 나타내며, 400nm 이하의 나선 피치를 갖는 균일 기립 나선(uniformly standing helix) 구조로 정렬되고,
    상기 화학식 II의 화합물이 총 혼합물의 5 내지 20 질량%의 총 농도로 존재하며,
    상기 키랄 화합물이 하나 이상의 하기 화학식 I'a-1의 화합물을 포함하고,
    상기 반응성 메조겐 화합물이 하나 이상의 일-반응성 메조겐 화합물 및 하나 이상의 이-반응성 메조겐 화합물을 포함하되, 상기 일-반응성 메조겐 화합물이 하기 화학식 VIIA의 화합물인 것을 특징으로 하는 액정 매질:
    화학식 II
    Figure 112018035252820-pct00118

    상기 식에서,
    R21 및 R22는 각각 서로 독립적으로 F, Cl, CN, NO2, NCS, SCN, OCN, 비치환되거나 할로겐 또는 CN에 의해 단일치환되거나 다중치환될 수 있는 1 내지 25개의 C 원자를 갖는 직쇄 또는 분지된 알킬 기이고, 또한 하나 이상의 인접하지 않은 CH2 기가 전체 분자에서 산소 원자가 서로 직접적으로 연결되지 않는 방식으로 또는 그들이 O 원자에 연결되지 않는 경우에, 각각의 경우에 서로 독립적으로 -O-, -S-, -NH-, -N(CH3)-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCOO-, -S-CO-, -CO-S-, -CH=CH-, -CH=CF-, -CF=CH-, -CF=CF- 또는 -C≡C-에 의해 대체될 수 있고, 그들 둘 중 하나는 H일 수 있고;
    MG21 및 MG22는 각각 서로 독립적으로 메조겐 기이고;
    SP2는 1 내지 40개의 C 원자를 포함하는 2가 스페이서 기이고, 또한 스페이서 기에서 하나 이상의 CH2 기가 산소 원자가 서로 직접적으로 연결되지 않는 방식으로 각각의 경우에 서로 독립적으로 -O-, -S-, -NH-, -N(CH3)-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCOO-, -S-CO-, -CO-S-, -CH=CH-, -CH=CF-, -CF=CH-, -CF=CF-, -CF2- 또는 -C≡C-에 의해 대체될 수 있고;
    i 및 j는 서로 독립적으로 0 또는 1이고;
    여기서 모이어티 R21-[-O-]i-MG21-은 모이어티 R22-[-O-]j-MG22-와 같거나(즉, 화학식 II의 화합물이 대칭이거나), 모이어티 R21-[-O-]i-MG21-은 모이어티 R22-[-O-]j-MG22-와 상이하다(즉, 화학식 II의 화합물은 비대칭이다).
    화학식 I'a-1
    Figure 112018035252820-pct00119

    상기 식에서,
    R11은 서로 독립적으로 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 알킬 또는 플루오르화된 알킬, 또는 2 내지 7개의 C 원자를 갖는 알케닐, 알콕시알킬 또는 플루오르화된 알케닐이다.
    화학식 VIIA
    Figure 112018035252820-pct00120

    상기 식에서,
    R71은 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 n-알킬 또는 n-알콕시이거나, 2 내지 7개의 C 원자를 갖는 알케닐, 알케닐옥시 또는 알콕시알킬이고;
    MG71은 1,4-페닐렌, 1,4-사이클로헥실렌, 피리딘-2,5-디일 또는 피리미딘-2,5-디일이고;
    X71은 -O-, -CO-O-, -O-CO-, -CF2O-, -OCF2-, -CH2O-, -OCH2- 또는 단일 결합이고;
    SP71은 단일 결합 또는 4 내지 20개의 C 원자를 갖는 알킬렌이고;
    PG71은 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 기이다.
  2. 제1항에 있어서,
    중합 개시제를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 하기 화학식 III'의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:
    화학식 III'
    Figure 112017092359044-pct00115

    상기 식에서,
    R3은 알킬, 알콕시, 플루오르화된 알킬 또는 플루오르화된 알콕시, 알케닐, 알케닐옥시, 알콕시알킬, 플루오르화된 알케닐 또는 플루오르화된 알케닐옥시이고;
    Figure 112017092359044-pct00116
    는
    Figure 112017092359044-pct00117
    이고;
    Y31 및 Y32는 서로 독립적으로 H 또는 F이고;
    X3은 CN 또는 NCS이고;
    i는 0 또는 1이다.
  5. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질을 포함하는 액정 장치.
  6. 중합체 전구체가 중합되는 것을 특징으로 하는, 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질을 안정화시키는 방법.
  7. 제1항에 따른 액정 매질로부터 수득되는 중합체 안정화된 액정 물질.
  8. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질 또는 제7항에 따른 액정 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    능동형 매트릭스에 의해 어드레싱가능한 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  11. 제1항에 따른 액정 매질에서 중합체 전구체를 중합하여 액정 물질 및 중합체 물질을 포함하는 복합체를 제조하는 방법.
  12. 제1항에 따른 액정 매질에서 중합체 전구체를 중합하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이의 제조 방법.
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