KR102487931B1

KR102487931B1 - 액정 매질

Info

Publication number: KR102487931B1
Application number: KR1020197014220A
Authority: KR
Inventors: 정민 이; 현우 배; 동미 송; 용국 윤
Original assignee: 메르크 파텐트 게엠베하
Priority date: 2016-10-19
Filing date: 2017-10-16
Publication date: 2023-01-13
Also published as: CN109804049B; EP3529334A1; US11466213B2; TW201816094A; CN109804049A; EP3529334B1; KR20190069513A; TWI751207B; WO2018073160A1; JP7100027B2; US20190316037A1; JP2019533052A

Abstract

본 발명은
하나 이상의 하기 화학식 I의 화합물; 및
하기 화학식 IIA, IIB 및 IIC의 화합물의 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물
을 포함하는 액정 매질, 하나 이상의 이색성 염료를 포함하는 상기 액정 매질로부터 유도된 게스트-호스트 액정 매질 및 상기 매질의 장치, 예컨대 광 셔터, 전환성 윈도우, 전환성 거울 및 게스트-호스트 디스플레이에서의 용도에 관한 것이다:

상기 식에서, 기 및 매개변수는 청구범위 제1항에 정의된 의미를 갖는다.
또한, 본 발명은 본 발명의 액정 매질을 함유하는 장치에 관한 것이다.

Description

액정 매질

본 발명은 음의 유전 이방성을 갖는 액정 매질, 상기 액정 매질로부터 유도되는 게스트-호스트 액정 매질 및 상기 액정 매질의 장치, 예컨대 광 셔터(light shutter), 전환성 윈도우(switchable window), 전환성 거울 및 게스트-호스트 디스플레이(guest-host display)에서의 용도에 관한 것이다.

액정은 이러한 물질의 광학 특성이 인가되는 전압에 영향을 받을 수 있기에 디스플레이 장치에, 특히 유전체로서 사용된다. 액정을 기반으로 하는 전자-광학 장치는 당업자에게 공지되어 있고 다양한 효과를 기반으로 할 수 있다. 이러한 유형의 장치는, 예를 들어 동적 산란을 갖는 셀, DAP(정렬된 상(phase)의 변형) 셀, 비틀린 네마틱(twisted nematic) 구조를 갖는 TN 셀, STN(초비틀린 네마틱(supertwisted nematic)) 셀, SBE(초복굴절 효과) 셀, OMI(광학 모드 간섭) 셀 및 게스트-호스트 셀이다.

게스트-호스트 효과를 기반으로 하는 바로 위에 언급된 장치는 하일마이어(Heilmeier) 및 자노니(Zanoni)에 의해 처음 설명되었고(문헌[G. H. Heilmeier et al., Appl. Phys. Lett., 1968, 13, 91f]), 이후로 주로 액정 디스플레이 소자에서 널리 사용되고 있다. 게스트-호스트 시스템에서, 액정 매질은 액정 이외에도 하나 이상의 이색성 염료를 포함한다. 염료 분자에 의한 흡수의 방향적 의존성에 기인하여, 광에 대한 액정의 투명도가 상기 염료가 이와 액정의 정렬을 동반으로 변화시키는 경우 조절될 수 있다(즉 액정 셀의 투명 상태와 암 상태 간의 최대 변화는 이색성 염료의 정렬에 의존함). 이색성 염료는 네마틱 액정 분자와 혼합될 때, 네마틱 액정 분자를 따라 정렬하는 능력을 갖는다. 전기장이 이러한 게스트-호스트 혼합물에 인가될 때, 네마틱 액정 호스트 분자는 전기장으로부터 겪는 토크를 최소화 하기 위해, 전기장을 따라 또는 수직으로 재배향되고 정렬된다. 이색성 염료(게스트) 분자는 외부 전기장에 직접적인 영향을 받지 않되 액정 호스트 분자를 따라 자체적으로 정렬될 수 있다. 이색성 염료 분자와 액정 분자의 상호작용이 이색성 염료 분자를 재배향되게 한다.

특별히, 음의 Δε 액정을 사용하여 명에서 암으로 전환되는 초기 명 상태 액정 셀이 전압이 인가되지 않을 때 이의 투명(명) 상태에 기인하여 이러한 방식이 통상적으로 투명하고 비교적 짧은 시간 동안 필요에 따라서만 암전되는 윈도우에 특히 유용하게 하는데 바람직하다. 따라서, 이러한 방식은 투명 상태가 능동적으로 온(on)으로 전환되어야 할 때 에너지를 소모하는 방식에 비해 보다 에너지 효율적이다.

음의 유전 이방성을 갖는 액정 매질을 사용하는 것은

(i) 기판을 횡단하는 전기장의 부재 하에, 액정의 장축 및 염료 분자가 상기 염료 분자가 게스트-호스트 혼합물을 가로질러 지향된, 기판에 수직인 대부분의 광 (상기 혼합물을 통과하는 광이 편광되는지 않되는지 여부와 상관없이)을 흡수하지 않음을 야기하도록 기판에 대해 배열됨에 따라, 액정 셀이 전기장의 부재 하에 비교적 투명한 상태로 유지되고;

(ii) 기판을 횡단하는 전기장의 부재 하에, 액정의 장축 및 염료 분자가 상기 염료 분자가 게스트-호스트 혼합물을 가로질러 지향된, 기판에 수직인 적어도 일부의 광(상기 광이 염료 분자의 장축을 따라 편광되어 있는 한)을 흡수함을 야기하도록 기판에 대해 배열되고, 액정 셀이 전기장의 존재 하에 암전되는

액정 셀을 가능하게 한다.

게스트-호스트 수직 정렬 액정 디스플레이는, 예를 들어 JP　2001100253 및 US　357,374에 설명되어 있다.

액정 디스플레이 이외에도, 상기 유형의 장치는 광 또는 에너지의 통로를 조절하기 위한 전환 소자(광 셔터)로서, 예를 들어 WO　2009/141295 및 WO 2010/118422로부터 공지되어 있고, 적용례는 전기장에 의해 필요에 따라 암전될 수 있는 전환성 윈도우이다. 또한, 전환성 거울, 예를 들어 게스트-호스트 액정을 사용하는 자동차 적용례용 후사경이 DE　3340670에 제안되어 있다.

우수한 암 상태를 위해, 고농도의 염료 및 낮은 셀 간격(gap)이 바람직하다. 그러나, 다수의 염료는 당업계에 공지되어 있는 액정 매질에 단지 한정된 용해성을 갖는다. 동시에, 액정 매질에 충분한 용해성을 갖는 이용가능한 염료, 및 동시에, 전자기 스펙트럼의 가시광선 영역에서 이상적으로 작은 형광성(이러한 방출은 색 순도에 부정적 영향을 추가적으로 갖기 때문임)에 의한 높은 색 순도를 성취하기에 적합한 흡수 스펙트럼에 있어서 단지 한정된 선택지만이 존재한다. 저조한 색 순도는 건축학적 합리성에 있어서 미적 인상이 중요하고 가능한 가장 순수한 색이 바람직한 윈도우 적용례에 특히 바람직하지 않다. 허용되는 흑색을 성취하기 위해, 전자기 스펙트럼의 가시광선 부분의 전체 범위를 아우르는 염료의 혼합물이 사용되어야 한다. 특별히, 회색 스케일(grey scale) 전환시, 임의의 색 방출을 갖는 것은 결코 바람직하지 않다.

본 발명의 목적은, 특히 적용례의 관점에 있어서, 이색성 염료가 적합하게 높은 용해도를 갖는 향상된 액정 매질을 제공하는 것이다.

상기 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 이색성 염료가 현저히 우수한 용해성이 있는 신규 액정 매질을 제공한다.

본 발명은

하나 이상의 하기 화학식 I의 화합물; 및

하기 화학식 IIA, IIB 및 IIC의 화합물의 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물

을 포함하는 액정 매질에 관한 것이다:

상기 식에서,

R¹은 12개 이하의 C 원자를 갖는 알킬 또는 알켄일이되, 하나 이상의 비인접 CH₂ 기는 -O- 및/또는 3 내지 5개의 C 원자를 갖는 사이클로알킬 고리로 대체될 수 있고, 하나 이상의 H 원자는 F로 대체될 수 있고;

A¹은 각각의 경우 동일하거나 상이하게

(a) 하나 이상의 비인접 CH₂ 기가 -O- 및/또는 -S-로 대체될 수 있는 트랜스-1,4-사이클로헥실렌 라디칼,

(b) 1 또는 2개의 CH 기가 N으로 대체될 수 있는 1,4-페닐렌 라디칼,

(c) 트랜스-1,4-사이클로헥센일렌,

(d) 1,4-바이사이클로[2.2.2]옥틸렌, 나프탈렌-2,6-다이일, 데카하이드로나프탈렌-2,6-다이일 및 1,2,3,4-테트라하이드로나프탈렌-2,6-다이일로 이루어진 군으로부터 선택되는 라디칼

이되, 상기 라디칼 (a) 내지 (d)는 1 또는 2개의 불소 원자로 치환될 수 있고;

Z¹은 각각의 경우 서로 독립적으로 -CO-O-, -O-CO-, -CH₂O-, -OCH₂-, -CH₂CH₂-, -CH=CH-, -C≡C-, -(CH₂)₄-, -OCF₂-, -CF₂O-, -CF₂CF₂- 또는 단일결합이고;

L¹¹, L¹², L¹³ 및 L¹⁴는 각각 서로 독립적으로 H, Cl 또는 F이고;

n은 1, 2 또는 3이고;

R^2A, R^2B 및 R^2C는 각각 서로 독립적으로 H, 또는 15개 이하의 C 원자를 갖되 비치환되거나 CN 또는 CF₃으로 일치환되거나 할로겐으로 적어도 일치환되는 알킬 또는 알켄일 라디칼로서 상기 라디칼에서 하나 이상의 CH₂ 기는 O 원자가 서로 직접 연결되지 않도록 -O-, -S-, -C≡C-, -CF₂O-, -OCF₂-, -OC-O- 또는 -O-CO-로 대체될 수 있는 라디칼, 또는 3 내지 6개의 C 원자를 갖는 사이클로알킬 고리이고;

L¹ 내지 L⁴는 각각 서로 독립적으로 F, Cl, CF₃ 또는 CHF₂이고;

Z² 및 Z^2'은 각각 서로 독립적으로 단일결합, -CH₂CH₂-, -CH=CH-, -CF₂O-, -OCF₂-, -CH₂O-, -OCH₂-, -C(O)O-, -OC(O)-, -C₂F₄-, -CF=CF- 또는 -CH=CHCH₂O-이고;

p는 1 또는 2이고;

q는 0 또는 1이고;

v는 1 내지 6이다.

화학식 IIA 및 IIB의 화합물에서, Z²는 동일하거나 상이한 의미를 가질 수 있다. 화학식 IIB의 화합물에서, Z² 및 Z^2'은 동일하거나 상이한 의미를 가질 수 있다.

화학식 IIA, IIB 및 IIC의 화합물에서, R^2A, R^2B 및 R^2C는 각각 바람직하게는 1 내지 6개의 C 원자를 갖는 알킬, 특히 CH₃, C₂H₅, n-C₃H₇, n-C₄H₉ 또는 n-C₅H₁₁이다.

화학식 IIA 및 IIB의 화합물에서, L¹, L², L³ 및 L⁴는 바람직하게는 L¹ 및　L²는 동일하게　F이고 L³　및　L⁴는 동일하게 F이거나, L¹은　F이고 L²는　Cl이거나 L¹은　Cl이고 L²은　F이고, L³은　F이고 L⁴는　Cl이거나 L³은　Cl이고 L⁴는　F이다. 화학식 IIA 및 IIB에서 Z² 및 Z^2'은 바람직하게는 각각 서로 독립적으로 단일결합, -C₂H₄- 또는 -CH₂O- 가교(bridge)이다.

화학식 IIB의 화합물에서 Z²가　-C₂H₄- 또는 -CH₂O-인 경우, Z^2'은 바람직하게는 단일결합이거나, Z^2'가　-C₂H₄- 또는 -CH₂O-인 경우, Z²는 바람직하게는 단일결합이다. 화학식 IIA 및 IIB의 화합물에서, (O)C_vH_2v ₊₁은 바람직하게는 OC_vH_2v ₊₁ 또는 C_vH_2v ₊ ₁이다. 화학식 IIC의 화합물에서, (O)C_vH_2v ₊ ₁는 바람직하게는 C_vH_2v ₊ ₁이다. 화학식 IIC의 화합물에서, L³ 및 L⁴는 바람직하게는 각각 F이다.

할로겐은 F, Cl, Br 또는 I이다.

또한, 본 발명은 가시광선 파장 범위에서 최대 흡광도를 갖는 하나 이상의 이색성 염료를 포함하는 액정 매질에 관한 것이다.

이색성 염료는 광 흡수를 위해 호스트 액정에 용해된 화합물로서 정의된다. 본 발명에 따른 액정 매질에 사용되는 이색성 염료의 최대 흡광도는 구체적으로 한정되지는 않되, 황색 영역(Y), 심홍색 영역(M) 또는 청록색 영역(C)에서 최대 흡광도를 갖는 것이 바람직하다. 본 발명의 액정 매질에 사용되는 이색성 염료는 단일 화합물 또는 다수의 염료의 조합일 수 있다. 몇몇 염료가 혼합될 때, Y, M 및 C 영역 각각에서 최대 흡광도를 갖는 이색성 염료의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 이색성 염료는 당업자에게 공지되어 있고, 예를 들어 문헌[Cowling, Stephen J., Liquid Crystal Dyes, in: Handbook of Liquid Crystals, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA (2014)]에 보고되어 있다. 황색 영역은 430 내지 490 nm이고, 심홍색 영역은 500 내지 580 nm이고, 청록색 영역은 600 내지 700 nm이다.

이색성 염료에 사용되는 발색단은 특히 한정되지 않되, 아조 염료, 아줄렌 염료, 안트라퀴논 염료, 벤조퀴논 염료, 나프토퀴논 염료, 벤조티아졸 염료, 다이티오벤조퀴논, 페릴렌 염료, 메로시아닌 염료, 아조메틴 염료, 프탈로페릴렌 염료, 인디고 염료, 아줄렌 염료, 다이옥사진 염료, 테트라진 염료, 폴리티오펜 염료, 나프트이미다조-4,9-다이온 염료 및 페녹사진 염료를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 바람직한 염료는 아조 염료, 페릴렌 염료, 안트라퀴논 염료 및 벤조티아졸 염료, 특히 바람직하게는 아조 염료이다.

아조 염료는 임의의 수의 아조 기를 함유하는 것, 예컨대 모노아조 염료, 비즈아조 염료, 트리스아조 염료, 테트라키스아조 염료 및 펜타키스아조 염료, 바람직하게는 모노아조 염료, 비스아조 염료 및 트리스아조 염료일 수 있다.

아조 염료에 함유되는 환 구조는 아릴 기 및/또는 헤테로아릴 기이다.

바람직한 아릴 기는, 예를 들어 모 구조 벤젠, 바이페닐, 터페닐, 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌, 피렌, 다이하이드로피렌, 크리센, 페릴렌, 플루오렌 또는 인덴 등으로부터 유도된다.

바람직한 헤테로아릴 기는, 예를 들어 5-원 고리, 예컨대 피롤, 피라졸, 이미다졸, 1,2,3-트라이아졸, 1,2,4-트라이아졸, 퓨란, 티오펜, 옥사졸, 이속사졸, 1,2-티아졸, 1,3-티아졸, 1,2,3-옥사다이아졸, 1,2,4-옥사다이아졸, 1,2,5-옥사다이아졸, 1,3,4-옥사다이아졸, 1,2,3-티아다이아졸, 1,2,4-티아다이아졸, 1,2,5-티아다이아졸 또는 1,3,4-티아다이아졸; 6원-고리, 예컨대 피리딘, 피리다진, 피리미딘, 피라진, 1,3,5-트라이아진, 1,2,4-트라이아진, 1,2,3-트라이아진, 1,2,4,5-테트라진, 1,2,3,4-테트라진 또는 1,2,3,5-테트라진; 또는 응축된 고리, 예컨대 인돌, 벤즈이미다졸, 벤조트라이아졸, 퓨린, 나트프이미다졸, 페난트르이미다졸, 피리드이미다졸, 피라진이미다졸, 퀴녹살린이미다졸, 벤족사졸, 나프트옥사졸, 안트르옥사졸, 페난트르옥사졸, 이속사졸, 벤조티아졸, 벤조퓨란, 이소벤조퓨란, 다이벤조퓨란, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 벤조-5,6-퀴놀린, 벤조-6,7-퀴놀린, 벤조 7,8-퀴놀린, 벤조이소퀴놀린, 아크리딘, 페노티아진, 페녹사진, 벤조피리다진, 벤조피리미딘, 퀴녹살린, 페나진, 나프티리딘, 아자카바졸, 벤조카볼린, 페난트리딘, 페난트롤린, 티에노[2,3b]티오펜, 티에노[3,2b]티오펜, 다이티에노티오펜, 다이하이드로티에노[3,4-b]-1,4-다이옥신, 이소벤조티오펜, 다이벤조티오펜, 벤조티아다이아조티오펜 또는 상기 기들의 조합이다.

아릴 및 헤테로아릴 기는 알킬, 사이클로알킬, 알콕시, 티오알킬, 알킬아미노, 다이알킬아미노, 불소, 플루오로알킬 또는 추가의 아릴 또는 헤테로아릴 기로 치환될 수 있다.

특별히 적합하고 바람직한 염료의 예는 하기 화학식 구조의 아조 염료 F355(등록상표), F357(등록상표) 및 F593(등록상표)(일본 오카야마 소재의 니폰 칸코 시키소 켄큐쇼 리미티드(Nippon Kankoh Shikiso Kenkyusho Ltd)로부터 입수)이되, 이로 한정되지는 않고 전술된 염료와 같은 효과를 갖는 것으로 공지되어 있는 다른 유형의 염료도 사용될 수 있다.

매질 중 이색성 염료의 농도는 바람직하게는 1 중량% 이상, 특히 바람직하게는 1.5 중량% 이상, 매우 특히 2 중량% 이상이다.

화학식 I의 바람직한 화합물은 하기 화학식 I-1 및 I-2의 화합물의 군으로부터 선택된다:

상기 식에서,

R¹은 7개 이하의 C 원자를 갖는 알킬 또는 알켄일이고;

A¹¹ 및 A¹²는 동일하거나 상이하게

,

바람직하게는

이고;

L¹¹ 및 L¹²는 서로 독립적으로 H 또는 F이고;

Z¹은 -CO-O-, -O-CO-, -CH₂O-, -OCH₂-, -CH₂CH₂-, -OCF₂-, -CF₂O- 또는 단일결합, 바람직하게는 단일결합이다.

화학식 I의 특히 바람직한 화합물은 하기 화학식 I-1 내지 I-8, 매우 특히 바람직하게는 하기 화학식 I-1의 화합물의 군으로부터 선택된다.

화학식 IIA, IIB 및 IIC의 바람직한 화합물이 하기 제시된다:

상기 식에서,

알킬 및 알킬^*은 각각 서로 독립적으로 1 내지 6개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼이고;

알켄일은 2 내지 6개의 C 원자를 갖는 직쇄 알켄일 라디칼이고;

(O)는 -O- 또는 단일결합이다.

본 발명에 따른 특히 바람직한 혼합물은 화학식 IIA-2, IIA-8, IIA-14, IIA-26, IIA-28, IIA-33, IIA-39, IIA-45, IIA-46, IIA-47, IIB-2, IIB-11, IIB-16 및 IIC-1의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 포함한다.

전체로서의 혼합물 중 화학식 IIA 및/또는 IIB의 화합물의 비율은 바람직하게는 20 중량% 이상이다.

본 발명에 따른 특히 바람직한 화합물은 하나 이상의 하기 화학식 IIC-1의 화합물을 바람직하게는 3 중량% 초과, 특히 5 중량% 초과, 특히 5 내지 30 중량%의 양으로 포함한다:

상기 식에서,

알킬 및 알킬^*은 상기 정의된 의미를 갖는다.

본 발명에 따른 혼합물은 이에서 이색성 염료의 높은 용해도로 차별화된다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 혼합물은 등명점 75℃ 이상, 바람직하게는 85℃ 이상의 매우 넓은 네마틱 상 범위, 매우 바람직한 값의 용량성 임계 전압, 비교적 높은 값의 전압 유지비, -20 내지 -30℃에서의 매우 우수한 저온 안정성, 낮은 회전 점도 및 짧은 응답 시간을 나타낸다. 또한, 본 발명에 따른 혼합물은 회전 점도 γ₁의 개선 이외에도, 응답 시간 개선을 위한 비교적 높은 값의 탄성 상수 K₃₃이 관찰될 수 있다는 사실에 의해 차별화된다.

본 발명의 바람직한 일부 양태가 후술된다.

바람직하게는, 화학식 I의 화합물은 전체로서의 혼합물을 기준으로 0.5 중량% 이상, 바람직하게는 3 중량% 이상의 양으로 액정 매질에 사용된다. 2 내지 20 중량%, 매우 특히 바람직하게는 5 내지 10 중량%의 화학식 I의 화합물을 포함하는 액정 매질이 특히 바람직하다. 바람직하게는, 화학식 I의 화합물은 액정 매질 중 20 중량% 이하, 바람직하게는 15 중량% 이하, 특히 바람직하게는 12 중량% 이하의 양으로 사용된다.

본 발명에 따른 액정 매질의 바람직한 양태가 후술된다:

(a) 하나 이상의 하기 화학식 III의 화합물을 추가로 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,

R³¹ 및 R³²는 각각 서로 독립적으로 12개 이하의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬, 알켄일, 알콕시알킬 또는 알콕시 라디칼이고;

는

이고;

Z³은 단일결합, -CH₂CH₂-, -CH=CH-, -CF₂O-, -OCF₂-, -CH₂O-, -OCH₂-, -COO-, -OCO-, -C₂F₄-, -C₄H₈- 또는 -CF=CF-이다.

화학식 III의 바람직한 화합물은 하기 하위 화학식의 화합물의 군으로부터 선택된다:

상기 식에서,

알켄일은 2 내지 6개의 C 원자를 갖는 직쇄 알켄일 라디칼이다.

알켄일은 바람직하게는 CH₂=CH-, CH₂=CHCH₂CH₂-, CH₃-CH=CH-, CH₃-CH₂-CH=CH-, CH₃-(CH₂)₂-CH=CH-, CH₃-(CH₂)₃-CH=CH- 또는 CH₃-CH=CH-(CH₂)₂-이다.

화학식 III-1 및 III-3의 화합물이 특별히 바람직하다.

전체로서의 혼합물 중 화학식 III의 화합물의 비율은 바람직하게는 5 중량% 이상이다.

화학식 III-1의 특히 바람직한 화합물은 하기 화학식의 화합물이다.

화학식 III-3의 특히 바람직한 화합물은 하기 화학식의 화합물이다.

(b) 하나 이상의 하기 화학식의 사환 화합물을 추가로 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,

R⁷ 내지 R¹⁰은 각각 서로 독립적으로 청구범위 제2항의 R^2A에 대해 정의된 의미 중 하나를 갖고;

w 및 x는 각각 서로 독립적으로 1 내지 6이다.

하나 이상의 화학식 V-9의 화합물을 포함하는 혼합물이 특히 바람직하다.

(c) 하기 화학식 Y-1 내지 Y-6의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 추가로 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,

R¹⁴ 내지 R¹⁹는 각각 서로 독립적으로 1 내지 6개의 C 원자를 갖는 알킬 또는 알콕시 라디칼이고;

z 및 m은 각각 서로 독립적으로 1 내지 6이고;

x는 0, 1, 2 또는 3이다.

본 발명에 따른 매질은 특히 바람직하게는 화학식 Y-1 내지 Y-6의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을, 바람직하게는 5 중량% 이상의 양으로 포함한다.

(d) 하기 화학식 T-1 내지 T-21의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 불화된 터페닐을 추가로 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,

R은 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬 또는 알콕시, 또는 2 내지 7개의 C 원자를 갖는 알켄일이고;

m은 0, 1, 2, 3, 4, 5 또는 6이고;

n은 0, 1, 2, 3 또는 4이다.

R은 바람직하게는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 부톡시 또는 펜톡시이다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 매질은 화학식 T-1 내지 T-21의 화합물의 군으로부터 선택되는 터페닐을 2 내지 30 중량%, 특히 5 내지 20 중량%의 양으로 포함한다.

화학식 T-1, T-2, T-20 내지 T-21의 화합물이 특히 바람직하다. 상기 화합물에서, R은 바람직하게는 1 내지 5개의 C 원자를 갖는 알킬 또는 알콕시이다. 화학식 T-20의 화합물에서, R은 바람직하게는 알킬 또는 알켄일, 특히 알킬이다. 화학식 T-21의 화합물에서, R은 바람직하게는 알킬이다.

바람직하게는, 터페닐은 본 발명에 따른 혼합물에 상기 혼합물의 Δn 값이 0.1 이상이어야 하는 경우에 사용된다. 바람직한 매질은 화학식 T-1 내지 T-21의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 2 내지 20 중량%의 하나 이상의 터페닐 화합물을 포함한다.

(e) 하기 화학식 B-1 내지 B-4 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 바이페닐을 추가로 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,

알켄일 및 알켄일^*은 각각 서로 독립적으로 2 내지 6개의 C 원자를 갖는 직쇄 알켄일 라디칼이고;

알콕시는 1 내지 6개의 C 원자를 갖는 직쇄 알콕시 라디칼이다.

전체로서의 혼합물 중 화학식 B-1 내지 B-4의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 바이페닐의 비율은 바람직하게는 3 중량% 이상, 특히 5 중량% 이상이다.

화학식 B-1 내지 B-4의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물 중, 화학식 B-2의 화합물이 특히 바람직하다.

특히 바람직한 바이페닐은 하기 화학식의 화합물이다:

상기 식에서,

알킬^*은 1 내지 6개의 C 원자를 갖는 알킬 라디칼이다.

본 발명에 따른 매질은 특히 바람직하게는 하나 이상의 화학식 B-1a 및/또는 B-2c의 화합물을 포함한다.

(f) 화학식 Z-1 내지 Z-7의 화합물의 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,

R은 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 알킬 또는 알콕시 라디칼 또는 2 내지 7개의 C 원자를 갖는 알켄일 라디칼이고;

알킬은 1 내지 6개의 C 원자를 갖는 알킬 라디칼이고;

(O)알킬은 알킬 또는 O알킬(알콕시)이다.

(g) 하기 화학식 O-1 내지 O-16의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,

R¹ 및 R²는 R^2A에 대해 정의된 의미를 갖고, R¹ 및 R²는 바람직하게는 각각 서로 독립적으로 1 내지 6개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬이거나, R¹은 1 내지 6개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬이고 R²는 2 내지 6개의 C 원자를 갖는 알켄일이다.

바람직한 매질은 하나 이상의 하기 화학식 O-1, O-3, O-4, O-5, O-9, O-12, O-14, O-15, 및/또는 O-16의 화합물을 포함한다.

본 발명에 따른 혼합물은 매우 특히 바람직하게는 화학식 O-9, O-12 및/또는 O-16의 화합물을 특히 5 내지 30%의 양으로 포함한다.

화학식 O-9의 바람직한 화합물이 후술된다.

(h) 하나 이상의 하기 화학식 BA의 화합물을 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,

알켄일 및 알켄일^*은 각각 서로 독립적으로 2 내지 12개의 C 원자를 갖는 직쇄 알켄일이고;

는

이고;

화학식 BA의 바람직한 화합물이 후술된다.

(i) 하나 이상의 하기 화학식 In의 인단을 포함하는 바람직한 혼합물:

상기 식에서,

R¹¹, R¹² 및 R¹³은 각각 서로 독립적으로 1 내지 6개의 C 원자를 갖는 알킬, 알콕시 또는 알콕시알킬 라디칼 또는 2 내지 6개의 C 원자를 갖는 알켄일 라디칼이고;

R¹² 및 R¹³은 추가적으로 할로겐, 바람직하게는 F이고;

는

이고;

i는 0, 1 또는 2이다.

화학식 In의 바람직한 화합물은 후술되는 화학식 In-1 내지 In-16의 화합물이다.

화학식 In-1, In-2, In-3 및 In-4의 화합물이 특히 바람직하다.

화학식 In 및 이의 하위 화학식 In-1 내지 In-16의 화합물은 바람직하게는 본 발명에 따른 혼합물에 5 중량% 이상, 특히 5 내지 30 중량% 이상, 매우 특히 바람직하게는 5 내지 25 중량% 이상의 농도로 사용된다.

(j) 하기 화학식의 화합물로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 추가로 포함하는 매질.

화학식 Q-1 내지 Q-9에서, R^Q 및 X^Q는 각각 서로 독립적으로 청구범위 제2항의 R^2A에 대해 정의된 의미를 갖는다. R^Q 및 X^Q는 1 내지 6개의 C 원자, 특히 2 내지 5개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼이다.

특히 바람직한 혼합물의 개념이 후술된다(사용되는 두문자어(acronym)는 표 1 내지 3 및 A에 설명되고; n 및 m은 각각 서로 독립적으로 1 내지 6의 정수임).

본 발명에 따른 혼합물은 바람직하게는

- 화학식 I의 화합물과 전체로서의 혼합물을 기준으로 5% 초과, 특히 10 내지 30% 농도의 하나 이상의 화학식 CPY-n-Om, 특히 CPY-2-O2, CPY-3-O2 및/또는 CPY-5-O2의 화합물의 조합; 및/또는

- 전체로서의 혼합물을 기준으로 바람직하게는 5% 초과, 특히 15 내지 50% 농도의 화학식 CY-n-Om, 바람직하게는 CY-3-O2, CY-3-O4, CY-5-O2 및/또는 CY-5-O4의 화합물; 및/또는

- 전체로서의 혼합물을 기준으로 바람직하게는 5% 초과, 특히 15 내지 30% 농도의 화학식 CCY-n-Om, 바람직하게는 CY-4-O2, CCY-3-O2, CCY-3-O3, CCY-3-O1 및/또는 CCY-5-O2의 화합물

을 포함한다.

하기 혼합물 개념을 포함하는 본 발명에 따른 혼합물도 바람직하다(n 및 m은 각각 서로 독립적으로 1 내지 6의 정수임).

- 전체로서의 혼합물을 기준으로 10 내지 80% 농도의 화학식 CPY-n-Om 및 CY-n-Om의 화합물; 및/또는

- 전체로서의 혼합물을 기준으로 10 내지 70% 농도의 화학식 CPY-n-Om 및 CK-n-F의 화합물; 및/또는

- 전체로서의 혼합물을 기준으로 10 내지 40% 농도의 화학식 CPY-n-Om 및 PY-n-Om, 바람직하게는 CPY-2-O2 및/또는 CPY-3-O2 및 PY-3-O2의 화합물; 및/또는

- 전체로서의 혼합물을 기준으로 2 내지 10% 농도의 화학식 CBCnm 및/또는 CBC-nmF의 화합물; 및/또는

- 바람직하게는 3 내지 15%의 화학식 PGIY-n-Om의 화합물; 및/또는

- 바람직하게는 3 내지 15%의 화학식 PGIGI-n-F의 화합물.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 액정 매질을 함유하는 게스트-호스트 효과를 기반으로 하는 전자-광학 장치, 예컨대 광 셔터, 전환성 윈도우, 전환성 거울, 액정 디스플레이, 게스트-호스트 중합체 분산된 액정(GHPDLC) 필름, 게스트-호스트 중합체 네트워크 액정(GHPNLC) 필름 및 게스트-호스트 동적 산란 액정(GHDSLC) 필름에 관한 것이다.

본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는 -20℃ 이하 및 70℃ 이상, 특히 바람직하게는 -30℃ 이하 및 80℃ 이상, 매우 특히 바람직하게는 -40℃ 이하 및 90℃ 이상의 네마틱 상을 갖는다.

본원에서 표현 "네마틱 상을 갖는"은 상응하는 온도의 저온에서 스멕틱(smectic) 상 및 결정화가 관찰되지 않는 반면 네마틱 상으로부터의 등명화(clearing)가 가열시에도 여전히 일어나지 않음을 의미한다. 저온에서의 관찰은 상응하는 온도에서 유동 점도계에서 수행되고 전자-광학 용도에 상응하는 층 두께를 갖는 시험 셀에서 100시간 이상 동안 저장함으로써 검증된다. 저장 안정성이 -20℃의 온도에서 상응하는 시험 셀에서 1000시간 이상인 경우, 매질은 상기 온도에서 안정한 것으로 지칭된다. -30 및 -40℃의 온도에서, 상응하는 시간은 각각 500시간 및 250시간이다. 고온에서, 등명점은 모세관에서의 통상적인 방법에 의해 측정된다.

액정 혼합물은 바람직하게는 60K 이상의 네마틱 상 범위를 갖는다.

액정 혼합물의 복굴절 Δn의 값은 일반적으로 0.07 내지 0.16, 바람직하게는 0.08 내지 0.13이다.

본 발명에 따른 액정 혼합물은 -0.5 내지 -8.0, 특히 -1.0 내지 -6.0의 Δε을 갖고, 상기 Δε은 유전 이방성이다. 20℃에서의 회전 점도 γ₁은 바람직하게는 500 mPaㆍs 이하, 특히 250 mPaㆍs 이하이다.

본 발명에 따른 액정 매질은 임계 전압(V₀)에 대해 비교적 작은 값을 갖는다. 이는 바람직하게는 1.7 내지 4.0 V, 특히 바람직하게는 3.0 V 이하, 매우 특히바람직하게는 2.7 V 이하이다.

본 발명에 있어서, 용어 "임계 전압"은 달리 명확히 지시되지 않는 한 용량성 임계 전압(V₀)(프리데릭(Freederick) 임계 전압으로도 공지되어 있음)이다.

또한, 본 발명에 따른 액정 매질은 액정 셀의 전압 유지 비에 있어서 높은 값을 갖는다.

일반적으로, 낮은 어드레싱(addressing) 전압 또는 임계 전압을 갖는 액정 매질은 더 높은 어드레싱 전입 또는 임계 전압을 갖는 액정 매질보다 낮은 전압 유지 비를 나타내고, 이의 역도 마찬가지이다.

본 발명에 있어서, 용어 "유전 양성 화합물"은 1.5 초과의 Δε을 갖는 화합물이고, 용어 "유전 중성 화합물"은 -1.5 내지 1.5의 Δε을 갖는 화합물이고, 용어 "유전 음성 화합물"은 -1.5 미만의 Δε을 갖는 화합물이다. 화합물의 유전 이방성은 액정 호스트에 10%의 화합물을 용해시키고 생성되는 혼합물의 용량을 각각의 경우 20 ㎛ 두께를 갖고 1 kHz에서 균질한 표면 정렬을 갖는 적어도 하나의 셀에서 측정함으로써 결정된다. 측정 전압은 전형적으로 0.5 내지 1.0 V이되, 시험되는 액정 혼합물 각각의 용량성 임계 전압보다 항상 낮다.

본 발명에 대해 지시되는 모든 온도 값은 ℃ 값이다.

하나 이상의 화학식 I의 화합물 이외에도, 상(phase)은 바람직하게는 4 내지 15개, 특히 5 내지 12개, 특히 10개 미만의 화학식 IIA, IIB 및/또는 IIC의 화합물을 포함한다.

하나 이상의 화학식 I의 화합물 및 화학식 IIA, IIB 및/또는 IIC의 화합물 이외에도, 다른 구성성분이, 전체로서의 혼합물의 45% 이하, 바람직하게는 35% 이하, 특히 10% 이하로 존재할 수 있다.

또한, 액정 상은 18 초과, 바람직하게는 18 내지 25개의 성분을 포함할 수 있다.

다른 구성성분은 바람직하게는 아족시벤젠, 벤질리덴아닐린, 바이페닐, 터페닐, 페닐 벤조에이트 또는 사이클로헥실 벤조에이트, 페닐 사이클로헥산카복실레이트 또는 사이클로헥실 사이클로헥산카복실레이트, 페닐사이클로헥산, 사이클로헥실바이페닐, 사이클로헥실사이클로헥산, 사이클로헥실나프탈렌, 1,4-비스사이클로헥실바이페닐 또는 사이클로헥실피리미딘, 페닐헥실다이옥산 또는 사이클로헥실다이옥산, 임의적으로 할로겐화된 스틸벤, 벤질 페닐 에터, 톨란 및 치환된 신남산 에스터의 부류로부터의 네마틱 또는 네마토제닉(nematogenic) 물질, 특히 기지의 물질로부터 선택된다.

이러한 유형의 액정 상의 구성성분으로서 적합한 가장 중요한 화합물은 하기 화학식 IV의 화합물이다:

R²⁰-L-G-E-R²¹ IV

상기 식에서,

L 및 E는 각각 1,4-이치환된 벤젠 및 사이클로헥산 고리, 4,4'-이치환된 바이페닐, 페닐사이클로헥산 및 사이클로헥실사이클로헥산 시스템, 2,5-이치환된 피리미딘 및 1,3-다이옥산 고리, 2,6-이치환된 나프탈렌, 다이하이드로나프탈렌 및 테트라하이드로나프탈렌, 퀴나졸린 및 테트라하이드로 퀴나졸린으로 이루어진 군으로부터 선택되는 탄소환 고리 또는 헤테로환 고리 시스템이고;

G는 -CH=CH-, -N(O)=N-, -CH=CQ-, -CH=N(O)-, -C≡C-, -CH₂-CH₂-, -CO-O-, -CH₂-O-, -CO-S-, -CH₂-S-, -CH=N-, -COO-Phe-COO-, -CF₂O-, -CF=CF-, -OCF₂-, -OCH₂-, -(CH₂)₄- 또는 -(CH₂)₃O-이거나, C-C 단일결합이고;

Q는 할로겐, 바람직하게는 염소, 또는 -CN이고;

R²⁰ 및 R²¹은 각각 18개 이하, 바람직하게는 8개 이하의 탄소 원자를 갖는 알킬, 알켄일, 알콕시, 알콕시알킬 또는 알콕시카보닐옥시이거나, 상기 라디칼 중 하나는 다르게는 CN, NC, NO₂, NCS, CF₃, SF₅, OCF₃, F, Cl 또는 Br이다.

대부분의 상기 화합물에서, R²⁰ 및 R²¹은 서로 상이하고, 상기 라디칼 중 하나는 통상적으로 알킬 또는 알콕시 기이다. 제안된 치환기의 다른 변형들도 통상적이다. 다수의 이러한 물질 또는 이의 혼합물이 시판된다. 상기 모든 물질은 문헌으로부터 공지되어 있는 방법에 의해 제조될 수 있다.

본 발명에 따른 액정이, 예를 들어 H, N, O, Cl 및 F가 상응하는 동위원소로 대체된 화합물도 포함할 수 있음이 자명하다.

또한, 예를 들어 US　6,861,107에 개시되어 있는 비메소제닉(non-mesogenic) 또는 메소제닉, 바람직하게는 비메소제닉 중합성 화합물(메소제닉 중합성 화합물은 반응성 메소젠(RM)으로 지칭됨)이 본 발명에 따른 혼합물에 상기 혼합물을 기준으로 바람직하게는 10 내지 50 중량%, 특히 바람직하게는 20 내지 40 중량%의 농도로 첨가될 수 있다. 중합성 화합물은 바람직하게는 2-에틸헥실 아크릴레이트(EHA), 1,3,3-트라이메틸헥실 아크릴레이트(TMHA), 트라이메틸올 프로판 트라이아크릴레이트헥산다이올 다이아크릴레이트(HDDA) 및 헥산다이올 다이메트아크릴레이트(HDDMA) 등, 마찬가지로 메틸메트아크릴레이트(MMA), 에틸아크릴레이트(EA), 에틸메트아크릴레이트(EMA) 및 6-(4'-사이아노바이페닐-4-일옥시)헥실 아크릴레이트(6CBA)인 메소제닉 단량체로부터 선택된다. 상기 혼합물은 임의적으로, 예를 들어 US 6,781,665에 설명되어 있는 개시제도 포함할 수 있다. 개시제, 예를 들어 바스프(BASF)로부터의 이르가녹스(Irganox)-1076이 중합성 화합물을 포함하는 혼합물에 바람직하게는 0 내지 1%의 양으로 첨가된다. 이러한 유형의 혼합물은 이른바 게스트-호스트 중합체 분산된 액정(GHPDLC)에 사용될 수 있다. GHPDLC 디스플레이는 JP　06-324309　A에 설명되어 있다. GHPDLC 중합체 필름은 문헌[P. Malik, K.K. Raina, Physica B 405 (2010) 161-166]에 공개되어 있다.

이를 위한 선결조건은 액정 혼합물이 화학식 M의 화합물이 중합되는 조건 하에 마찬가지로 중합되는 중합성 성분을 자체적으로 포함하지 않는 것이다.

중합은 바람직하게는 하기 조건 하에 수행된다. 소정 강도의 중합성 성분은 자외선-A 램프 및 인가 전압(전형적으로 10 내지 30 V 교류 전압, 60 Hz 내지 1 kHz의 주파수)을 사용하여 셀 내에서 중합된다. 사용되는 자외선-A 광원은 전형적으로 50 mW/cm²의 강도를 갖는 메탈-할라이드 증기 램프 또는 고압 수은 램프이다. 이는, 예를 들어 알켄일 또는 알켄일옥시 측쇄를 함유하는 액정 화합물, 예컨대 하기 화학식의 화합물이 중합되지 않는 조건이다:

상기 식에서, n은 2, 3, 4, 5 또는 6이다.

본 발명에 따른 화합물은 통상적인 첨가제, 예를 들어 안정화제, 항산화제, 자외선 흡수제, 나노입자, 마이크로입자 등도 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 양태에서, 액정 매질은 하나 이상의 키랄 도판트를 포함한다.

하기 실시예는 본 발명을 한정함 없이 설명하기 위한 것이다. 상기 및 하기의 % 데이터는 중량%이고, 모든 온도는 섭씨 온도로 지시된다.

본원 전반에서, 1,4-사이클로헥실렌 고리 및 1,4-페닐렌 고리는 하기와 같이 제시된다.

사이클로헥실렌 고리는 트랜스-1,4-사이클로헥실렌 고리이다.

본원 전반 및 하기 실시예에서, 액정 화합물의 구조는 두문자어에 의해 지시된다. 달리 지시되지 않는 한, 화학식으로의 변환은 표 1 내지 3에 따라 수행된다. 모든 라디칼 C_nH_2n ₊₁, C_mH_2m ₊₁ 및 C_m'H_2m _'+1 또는 C_nH_2n 및 C_mH_2m은 각각의 경우 n, m, m' 또는 z개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼 또는 알킬렌 라디칼이다. n, m, m' 또는 z는 각각 서로 독립적으로 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 또는 12, 바람직하게는 1, 2, 3, 4, 5 또는 6이다. 표 1에는 각각의 화합물의 고리 요소가 코딩되고, 표 2에는 가교 구성원이 나열되고, 표 3에는 화합물의 좌측 또는 우측 측쇄가 제시된다.

[표 1]

고리 요소

[표 2]

가교 구성원

[표 3]

측쇄

화학식 IIA 및/또는 IIB 및/또는 IIC의 화합물 및 하나 이상의 화학식 I의 화합물 이외에도, 본 발명에 다른 화합물은 바람직하게는 하기 제시되는 표 A로부터의 하나 이상의 화합물을 포함한다.

[표 A]

상기 표에서, n, m, m' 및 z는 서로 독립적으로 1, 2, 3, 4, 5 또는 6이고, (O)C_mH_2m+1은 OC_mH_2m+1 또는 C_mH_2m+1을 의미한다.

본 발명에 따라 사용될 수 있는 액정 혼합물은 그 자체로 통상적인 방식으로 제조될 수 있다. 일반적으로, 더 적은양으로 사용되는 성분의 목적량이 주 구성을 이루는 성분에, 유리하게는 고온에서 용해된다. 유기 용매, 예를 들어 아세톤, 클로로포름 또는 메탄올 중 상기 성분의 용액을 혼합하고, 혼합 후, 상기 용매를, 예를 들어 증류에 의해 제거할 수 있다.

유전체는 당업자에게 공지되어 있고 문헌에 설명되어 있는 추가의 첨가제, 예를 들어 자외선 흡수제, 항산화제, 나노입자 및 유리 라디칼 소거제도 포함할 수 있다. 예를 들어, 안정화제 또는 키랄 도판트가 첨가될 수 있다. 본 발명에 따른 혼합물에 적합한 안정화제는, 특히 표 B에 나열된 것들이다.

예를 들어, 전도성 염, 바람직하게는 에틸다이메틸도데실암모늄 4-헥속시벤조에이트, 테트라부틸암모늄 테트라페닐보라네이트 또는 크라운 에터의 착물 염(예를 들어 문헌[Haller et al., Mol. Cryst. Liq. Cryst., Volume 24, pages　249-258 (1973)] 참고)이 전도성을 향상시키기 위해 첨가될 수 있거나 유전 이방성, 점도 및/또는 네마틱 상의 정렬을 조절하기 위해 첨가될 수 있다. 이러한 유형의 물질은, 예를 들어 DE-A　22　09　127, 22　40　864, 23　21　632, 23　38　281, 24　50　088, 26　37　430 및 28　53　728에 설명되어 있다.

하기 표 B는 일반적으로 본 발명에 따른 혼합물에 첨가되는 가능한 도판트를 나타낸다. 혼합물은 바람직하게는 0 내지 10 중량%, 특히 0.01 내지 5 중량%, 특히 바람직하게는 0.01 내지 3 중량%의 도판트를 포함한다. 혼합물이 단 하나의 도판트만을 포함하는 경우, 이는 0.01 내지 4 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 1.0 중량%의 양으로 사용된다.

[표 B]

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

[표 C]

본 발명에 따른 매질은 바람직하게는 티누빈(Tinuvin: 등록상표) 770(비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트)을 액정 매질을 기준으로 바람직하게는 0.001 내지 5 중량%의 양으로 포함한다.

본 발명에 따른 액정 매질에 사용될 수 있는 바람직한 추가의 염료의 예가 하기 표 D에 나열된다.

[표 D]

실시예

하기 실시예는 본 발명을 한정함 없이 설명하기 위한 것이다. 본 실시예에서, m.p.는 융점이고, C는 액정 물질의 등명점(℃)이고, b.p.는 비점이다. 또한, C는 결정질 고체 상태이고, S는 스멕틱 상(지수는 상 유형을 나타냄)이고, N은 네마틱 상태이고, Ch는 콜레스테릭 상이고, I는 등방성 상이고, T_g는 유리 전이 온도이다. 2개의 기호 사이의 숫자는 전환 온도(℃)이다.

화학식 I의 화합물의 광학 이방성 Δn의 측정에 사용되는 호스트 혼합물은 시판되는 혼합물 ZLI-4729(메르크 카게아아(Merck KGaA))이다. 유전 이방성 Δε은 시판되는 ZLI-2587을 사용하여 측정된다. 시험되는 화합물의 물리적 데이터는 시험되는 화합물의 첨가 후 호스트 혼합물의 유전 상수의 변화 및 사용되는 화합물의 100%까지의 외삽으로부터 수득된다. 일반적으로, 용해도에 따라 시험되는 화합물의 10%가 호스트 혼합물에 용해된다.

달리 지시되지 않는 한, 부 또는 % 데이터는 중량부 또는 중량%이다.

상기 및 하기의 기호 및 약어는 하기 의미를 갖는다:

V_o: 20℃에서의 용량성 임계 전압(V);

Δn: 20℃ 및 589 nm에서 측정되는 광학 이방성;

Δε: 20℃ 및 1 kHz에서의 유전 이방성;

cl.p.: 등명점(℃);

K₁: 20℃에서 "펼침(splay)" 변형의 탄성 상수(pN);

K₃: 20℃에서 "굽힘(bend)" 변형의 탄성 상수(pN);

γ₁: 자기장에서 회전 방법에 의해 측정되는 20℃에서의 회전 점도(mPaㆍs); 및

LTS: 시험 셀에서 측정되는 저온 안정성(네마틱 상).

임계 전압의 측정에 사용되는 디스플레이는 20 ㎛ 간격의 2개의 평행한 외부 판 및 상기 외부 판 내면 상부에 SE-1211(니싼 케미칼스(Nissan Chemicals))을 포함하는 정렬 층을 갖는 전극 층(액정의 수직 정렬에 영향을 줌)을 갖는다.

본 출원에서 모든 농도는 명확히 달리 지시되지 않는 한, 상응하는 혼합물 또는 혼합물 성분에 관한 것이다. 모든 물리적 특성은 명확히 달리 지시되지 않는 한, 문헌["Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", status November 1997, Merck KGaA, Germany]에 따라 측정되고 20℃의 온도에 적용된다.

혼합물 실시예

비교 실시예 C1

실시예 M1

실시예 M2

실시예 M3

혼합물 C1, M1, M2 및 M3으로부터, 상이한 흡광 특징이 동반으로 흑색을 야기하는 하기 Dye-1, Dye-2 및 Dye-3의 성분으로 이루어진 염료 혼합물을 사용하고, GH3의 경우에는 첨가제 Add-1 및 Add-2를 사용하여 하기 표에 제시된 조성을 갖도록 게스트-호스트 액정 혼합물 GHC1, GH1, GH2, GH3 및 GH4를 제조하였다.

비교 실시예 GHC1

실시예 GH1

실시예 GH2

실시예 GH3

실시예 GH4

놀랍게도, Dye-1, Dye-2 및 Dye-3으로 이루어진 염료 혼합물은 화학식 I의 화합물 PCH-3를 포함하는 혼합물 M1, M2 및 M3에서 비교 실시예 C1의 혼합물에서 보다 상당히 더 우수한 용해도를 나타낸다. 비교 실시예 GHC1의 경우, 염료의 농도는 저장시 디스플레이 패널에서 염료의 결정화의 위험을 갖는 포화 한계치에 가장 근접한다. 실시예 GH1 내지 GH4의 경우, 포화 한계치에 도달하지 않는다.

게스트-호스트 혼합물 GH1, GH2, GH3 및 GH4는 이의 높은 등명점, 넓은 네마틱 상 범위, 낮은 임계 전압 및 매우 우수한 저온 안정성에 기인하여, 예를 들어 광 셔터, 전환성 윈도우 및 게스트-호스트 디스플레이와 같은 장치에서의 적용례에 대해 매우 우수한 특성을 갖는다. 혼합물 M1, M2 및 M3에서 염료 Dye-1, Dye-2 및 Dye-3의 뛰어난 용해도에 기인하여, 전압 인가 후 매우 우수한 흑색(암) 상태를 갖도록하는 높은 대비(contrast)가 성취될 수 있다.

Claims

하나 이상의 이색성 염료;
하나 이상의 하기 화학식 I의 화합물; 및
하기 화학식 IIA, IIB 및 IIC의 화합물의 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물
을 포함하고, 음의 유전 이방성을 갖는 액정 매질:

상기 식에서,
R¹은 12개 이하의 C 원자를 갖는 알킬 또는 알켄일이되, 하나 이상의 비인접 CH₂ 기는 -O- 및/또는 3 내지 5개의 C 원자를 갖는 사이클로알킬 고리로 대체될 수 있고, 하나 이상의 H 원자는 F로 대체될 수 있고;
A¹은 각각의 경우 동일하거나 상이하게
(a) 하나 이상의 비인접 CH₂ 기가 -O- 및/또는 -S-로 대체될 수 있는 트랜스-1,4-사이클로헥실렌 라디칼,
(b) 1 또는 2개의 CH 기가 N으로 대체될 수 있는 1,4-페닐렌 라디칼,
(c) 트랜스-1,4-사이클로헥센일렌,
(d) 1,4-바이사이클로[2.2.2]옥틸렌, 나프탈렌-2,6-다이일, 데카하이드로나프탈렌-2,6-다이일 및 1,2,3,4-테트라하이드로나프탈렌-2,6-다이일로 이루어진 군으로부터 선택되는 라디칼
이되, 상기 라디칼 (a) 내지 (d)는 1 또는 2개의 불소 원자로 치환될 수 있고;
Z¹은 각각의 경우 서로 독립적으로 -CO-O-, -O-CO-, -CH₂O-, -OCH₂-, -CH₂CH₂-, -CH=CH-, -C≡C-, -(CH₂)₄-, -OCF₂-, -CF₂O-, -CF₂CF₂- 또는 단일결합이고;
L¹¹, L¹², L¹³ 및 L¹⁴는 각각 서로 독립적으로 H, Cl 또는 F이고;
n은 1, 2 또는 3이고;
R^2A, R^2B 및 R^2C는 각각 서로 독립적으로 H, 또는 15개 이하의 C 원자를 갖되 비치환되거나 CN 또는 CF₃으로 일치환되거나 할로겐으로 적어도 일치환되는 알킬 또는 알켄일 라디칼로서 상기 라디칼에서 하나 이상의 CH₂ 기는 O 원자가 서로 직접 연결되지 않도록 -O-, -S-, -C≡C-, -CF₂O-, -OCF₂-, -OC-O- 또는 -O-CO-로 대체될 수 있는 라디칼, 또는 3 내지 6개의 C 원자를 갖는 사이클로알킬 고리이고;
L¹ 내지 L⁴는 각각 서로 독립적으로 F, Cl, CF₃ 또는 CHF₂이고;
Z² 및 Z^2'은 각각 서로 독립적으로 단일결합, -CH₂CH₂-, -CH=CH-, -CF₂O-, -OCF₂-, -CH₂O-, -OCH₂-, -C(O)O-, -OC(O)-, -C₂F₄-, -CF=CF- 또는 -CH=CHCH₂O-이고;
p는 1 또는 2이고;
q는 0 또는 1이고;
v는 1 내지 6이다.
제1항에 있어서,
하나 이상의 화학식 I의 화합물이 하기 하위 화학식 I-1 및 I-2의 화합물의 군으로부터 선택되는, 액정 매질:

상기 식에서,
R¹은 7개 이하의 C 원자를 갖는 알킬 또는 알켄일이고;
A¹¹ 및 A¹²는 동일하거나 상이하게

이고;
L¹¹ 및 L¹²는 서로 독립적으로 H 또는 F이고;
Z¹은 -CO-O-, -O-CO-, -CH₂O-, -OCH₂-, -CH₂CH₂-, -OCF₂-, -CF₂O- 또는 단일결합이다.
제1항에 있어서,
화학식 IIA, IIB 및 IIC의 화합물이 하기 화학식의 화합물의 군으로부터 선택되는, 액정 매질:

상기 식에서,
알킬 및 알킬^*은 각각 서로 독립적으로 1 내지 6개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼이고;
알켄일은 2 내지 6개의 C 원자를 갖는 직쇄 알켄일 라디칼이고;
(O)는 -O- 또는 단일결합이다.
삭제
제1항에 있어서,
하나 이상의 이색성 염료가 하기 화학식의 화합물의 군으로부터 선택되는, 액정 매질:
제1항에 있어서,
이색성 염료의 농도가 1 중량% 이상인, 액정 매질.
제1항에 있어서,
하기 화학식 T-1 내지 T-21의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 터페닐을 추가로 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,
R은 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬 또는 알콕시 라디칼 또는 2 내지 7개의 C 원자를 갖는 직쇄 알켄일 라디칼이고;
m은 1 내지 6이다.
제1항에 있어서,
하기 화학식 O-1 내지 O-17의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 추가로 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,
R¹ 및 R²는 각각 서로 독립적으로 제1항의 R^2A에 대해 정의된 의미를 갖는다.
제1항에 있어서,
전체로서의 혼합물 중 화학식 I의 화합물의 비율이 20 중량% 이하인, 액정 매질.
하나 이상의 화학식 I의 화합물을 하나 이상의 추가 액정 화합물과 혼합하고, 임의적으로 하나 이상의 첨가제 및 임의적으로 하나 이상의 중합성 화합물을 첨가하는, 제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질의 제조 방법.
제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
광 셔터(light shutter), 전환성 윈도우(switchable window), 게스트-호스트 디스플레이(guest-host display) 또는 자동차 유리에서 사용되는 액정 매질.
제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질을 유전체로서 함유하는 전자-광학 장치.
제12항에 있어서,
광 셔터, 전환성 윈도우, 게스트-호스트 디스플레이 또는 전환성 거울인 전자-광학 장치.