KR102639377B1 - 액정 매질 - Google Patents

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마르쿠스 로이터
로코 포르테
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마티아스 브레머
헬무트 핸젤
하랄트 히르슈만
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Abstract

본 발명은 하기 화학식 I의 화합물 하나 이상을 포함하는 액정 매질, 및 특히 VA, PSA, PS-VA, PALC, FFS, PS-FFS, PS-IPS 또는 IPS 효과에 기초한 능동-매트릭스 디스플레이를 위한 이의 용도에 관한 것이다:

상기 식에서, R1, R1*, Z1, L1 및 L2는 특허청구범위 제 1 항에 제시된 의미를 갖는다.

Description

액정 매질{LIQUID-CRYSTALLINE MEDIUM}
본 발명은 하기 화학식 I의 화합물 하나 이상을 포함하는 액정 매질에 관한 것이다:
상기 식에서,
R1 및 R1*는 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 15의 알킬 또는 알콕시 라디칼을 나타내고, 이때 또한, 이들 라디칼에서 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 있고, 또한 하나 이상의 H 원자는 할로겐으로 대체될 수 있고,
Z1은 단일 결합, -CH2CH2-, -CH=CH-, -CH2O-, -OCH2-, -CF2O-, -OCF2-, -COO-, -OCO-, -C2F4-, -CF=CF-, 또는 -CH=CHCHO-를 나타내고,
L1 및 L2는 각각 서로 독립적으로, F, Cl, CF3, OCF3 또는 CHF2를 나타낸다.
이런 유형의 매질은 특히 ECB 효과에 기초한 능동-매트릭스 어드레싱을 갖는 전기-광학 디스플레이, 및 IPS(평면 내 스위칭) 디스플레이 또는 FFS(프린지 필드 스위칭) 디스플레이용으로 사용될 수 있다.
전기적으로 제어된 복굴절의 원리, 즉 ECB 효과 또는 DAP(정렬된 상들의 변형) 효과는 1971년에 최초로 문헌[F.F. Schieckel 및 K. Fahrenschon, "Deformation of nematic liquid crystals with vertical orientation in electrical fields", Appl. Phys. Lett. 19 (1971), 3912]에 기술되었다. 이후 문헌[Appl. Pyhs. Lett. 20 (1972), 1193] 및 문헌[G. Labrunie and J. Robert, J. Appl. Phys. 44 (1973), 4869]이 뒤따랐다.
문헌[J. Robert and F. Clerc, SID 80 Digest Techn. Papers (1980), 30], [J. Duchene, Displays 7 (1986), 3] 및 문헌[H. Schad, SID 82 Digest Techn. Papers (1982), 244]은, ECB 효과에 기초한 고-정보(high-information) 디스플레이 소자에 사용하기에 적합하도록 높은 값의 탄성 계수 K3/K1의 비, 높은 값의 광학 이방성 값 Δn 및 0.5 이하의 유전 이방성 값 Δε을 가져야 함을 보여주었다. ECB 효과에 기초한 전기-광학 디스플레이 소자는 호메오트로픽(homeotropic) 에지 정렬(VA(vertically aligned) 기술)을 갖는다. 음의 유전율을 갖는 액정 매질은 또한 소위 IPS 또는 FFS 효과를 사용하는 디스플레이에 사용될 수도 있다.
IPS(in-plane switching) 디스플레이, 예컨대 문헌[Yeo, S.D., paper 15.3: "An LC Display for the TV Applicaion", SID 2004 International Symposium, Digest of Technical Papers, XXXV, Book II, pp. 758 및 759] 및 오래-공지된 TN(twisted nematic) 디스플레이 이외에, ECB 효과를 사용하는 디스플레이, 소위 VAN(vertically aligned nematic) 디스플레이, 예컨대 MVA(multi-domain vertical alignment; 예를 들면 문헌[Yoshide, H. et al., paper 3.1: "MVA LCD for Notebook or Mobile PCs ...", SID 2004 International Symposium, Digest of Technical Papers, XXXV, Book I, pp. 6 to 9] 및 [Liu, C.T. et al., paper 15.1: "A 46-inch TFT-LCD HDTV Technonogy ...", SID 2004 International Symposium, Digest of Technical Papers, XXXV, Book II, pp. 750 to 753]), PVA(patterned vertical alignmnet; 예컨대 문헌[Kim, Sang Soo, paper 15.4: "Super PAV sets New State-of-the-Art for LCD-TV", SID 2004 International Symposium, Digest of Technical Papers, XXXV, Book II, pp. 760 to 763]), ASV(advanced super view; 예컨대 문헌[Shigeta, Mitzuhiro and Fukuoka, Hirofumi, paper 15.2: "Development of High Quality LCD TV", SID 2004 International Symposium, Digest of Technical Papers, XXXV, Book II, pp. 754 to 757]) 모드의 디스플레이는 최근에 특히 텔레비전 제품에서 가장 중요한, 3가지 이상의 최신 액정 디스플레이의 유형들 중 하나로서 정립되었다. 이러한 기술은, 예컨대 문헌[Souk, Jun, SID Seminar 2004, seminar M-6: "Recent Advances in LCD Technology", Seminar Lecture Notes, M-6/1 to M-6/26] 및 [Miller, Lan, SID Seminar 2004, seminar M-7: "LCD-Television", Seminar Lecture Notes, M-7/1 to M-7/32]에서 일반적으로 비교된다. 현재의 ECB 디스플레이의 응답 시간이 오버드라이브에 의한 어드레싱 방법에 의해 이미 상당히 개선되었지만(예컨대, 문헌[Kim, Hyeon Kyeong et al., paper 9.1: "A 57-in. Wide UXGA TFT-LCD for HDTV Application", SID 2004 International Symposium, Digest of Technical Papers, XXXV, Book I, pp. 106 tp 109]), 특히 그레이 색조(grey shade)의 스위칭 시 비디오-상용성(video-compatible) 응답 시간의 성취는 여전히 아직 만족스럽게 해결되지 않은 문제로 남아 있다.
전기-광학 디스플레이 소자에서의 이런 효과의 산업적 적용은 여러 요건을 만족시켜야 하는 LC 상들을 필요로 한다. 습기, 공기 및 물리적 영향, 예컨대 열, 적외선, 가시광 및 자외선 조사 및 직류 전계 및 교류 전계에 대한 화학적 내성이 여기서 특히 중요하다.
또한, 산업적으로 사용가능한 LC 상들은 적합한 온도 범위 및 낮은 점도에서 액정 메조상을 가질 필요가 있다.
지금까지 개시된 액정 메조상을 갖는 일련의 화합물 중 어느 것도 이러한 요건들을 만족시키는 단일 화합물을 포함하지 않는다. 일반적으로, LC 상으로서 사용될 수 있는 물질을 수득하기 위해, 2 내지 25종, 바람직하게는 3 내지 18종의 화합물들의 혼합물이 제조된다. 그러나, 상당한 음의 유전 이방성 및 적합한 장기 안정성을 갖는 액정 물질은 지금까지 이용할 수 없었다.
매트릭스 액정 디스플레이(MLC 디스플레이)는 공지되어 있다. 개개의 화소를 각각 스위칭하기 위해 사용될 수 있는 비선형 소자는, 예컨대 능동 소자(즉, 트랜지스터)이다. 이때, "능동 매트릭스"라는 용어가 사용되고, 이는 하기 두 가지 유형으로 구별될 수 있다:
1. 기판으로서 규소 웨이퍼 상의 MOS(금속 산화물 반도체) 트랜지스터;
2. 기판으로서 유리 플레이트 상의 박막 트랜지스터(TFT).
유형 1의 경우, 사용되는 전기-광학 효과는 일반적으로 산란 또는 게스트-호스트 효과이다. 기판 물질로서 단결정 규소를 사용하면, 다양한 부품-디스플레이의 모듈 어셈블리(modular assembly)에서도 접합부에 문제를 일으키기 때문에 디스플레이의 크기가 제한된다.
바람직하고 더욱 유망한 유형 2의 경우, 사용되는 전기-광학 효과는 일반적으로 TN 효과이다.
두 가지 기술(즉, 화합물 반도체, 예컨대 CdSe를 포함하는 TFT; 또는 다결정질 또는 비정질 규소를 기재로 한 TFT)에는 차이가 있다. 후자의 기술에 대한 집중적인 연구가 세계적으로 이루어지고 있다.
TFT 매트릭스는 디스플레이의 한 개의 유리 플레이트 내부에 적용되는 반면, 다른 유리 플레이트는 그의 내부에 투명한 상대전극을 갖는다. 화소 전극의 크기에 비해, TFT는 매우 작고, 실질적으로 이미지에 대해 어떠한 악영향도 미치지 않는다. 또한, 이러한 기술은, 각각 스위칭될 수 있는 화소에 필터 소자가 대향되는 방식으로 적색, 녹색 및 청색 필터의 모자이크가 배열되어 있는 풀칼라-가능 디스플레이로 확장될 수 있다.
본원에서 "MLC 디스플레이"라는 용어는, 집적된 비선형 소자를 갖는 임의의 매트릭스 디스플레이, 즉 능동 매트릭스 이외에, 수동 소자(예컨대, 배리스터 또는 다이오드)를 갖는 디스플레이(MIM(금속-절연체-금속))를 또한 포함한다.
이러한 유형의 MLC 디스플레이는 TV 제품(예를 들면, 휴대용 소형 TV), 또는 자동차 또는 항공기 구조체에서의 고 정보 디스플레이용에 특히 적합하다. 콘트라스트의 각 의존성 및 응답 시간에 관한 문제 이외에도, 불충분하게 높은 액정 혼합물의 비저항 때문에 MLC 디스플레이에서도 또한 문제가 발생한다(문헌[TOGASHI, S., SEKIGUCHI, K., TANABE, H., YAMAMOTO, E., SORIMACHI, K., TAJIMA, E., WATANABE, H., SHIMIZU, H., Proc. Eurodisplay 84, Sept. 1984: A 210-288 Matrix LCD Controlled by Double Stage Diode Rings, p. 141 ff, Paris]; 문헌[STROMER, M., Proc. Eurodisplay 84, Sept. 1984: Design of Thin Film Transistors for Matrix Addressing of Television Liquid Crystal Display, p. 145 ff, Paris]). 저항이 감소하면, MLC 디스플레이의 콘트라스트는 저하되고, 잔상 제거 문제가 발생할 수 있다. 액정 혼합물의 비저항은 디스플레이의 내부 표면과의 상호작용으로 인해 MLC 디스플레이의 수명에 걸쳐 일반적으로 감소하므로, 디스플레이가 긴 작동 기간에 걸쳐 허용가능한 저항 값을 갖기 위해서는 높은(초기) 저항이 매우 중요하다.
따라서, 매우 높은 비저항을 갖는 동시에 넓은 작동-온도 범위, 짧은 응답 시간 및 낮은 문턱 전압(이로써 다양한 그레이 색조가 생성될 수 있음)을 갖는 MLC 디스플레이에 대한 많은 요구가 계속되고 있다.
흔히 사용되는 MLC-TN 디스플레이의 단점은 이의 비교적 낮은 콘트라스트, 비교적 높은 시야각 의존성 및 이런 디스플레이에서의 그레이 색조 생성의 어려움에 기인한다.
VA 디스플레이는 상당히 우수한 시야각 의존성을 가지므로, 원칙적으로 텔레비전 및 모니터에 사용된다. 그러나, 응답 시간의 개선이 계속 필요하다. 그러나, 동시에, 저온 안정성 및 신뢰성과 같은 특징은 손상되지 않아야 한다.
본 발명은, 전술된 단점들을 갖지 않거나 단지 감소된 정도로만 갖는, 특히 ECB 효과 또는 IPS 또는 FFS 효과에 기초한 모니터 및 TV 제품용 액정 혼합물을 제공하는 목적에 기초한다. 특히, 모니터 및 텔레비전에서 상기 액정 혼합물들이 극 고온 및 극 저온에서 작동되고, 동시에 짧은 응답 시간 및 개선된 신뢰도 거동을 갖는, 특히 긴 작동 시간 후에 상당히 감소된 잔상을 갖거나 잔상을 갖지 않도록 보장되어야 한다.
놀랍게도, 하나 이상, 바람직하게는 2종의 상기 화학식 I의 극성 화합물이 바람직하게는 VA 디스플레이용 액정 혼합물, 특히 음의 유전 이방성을 갖는 LC 혼합물에 사용되는 경우, 회전 점도 및 이에 따른 응답 시간이 개선될 수 있다. 화학식 I의 화합물써, 짧은 응답 시간과 동시에 양호한 상 특성 및 양호한 저온 거동을 갖는 액정 혼합물, 바람직하게는 VA, PS-VA, PSA, IPS 및 FFS 혼합물을 제조할 수 있다.
따라서, 본 발명은 하나 이상의 상기 화학식 I의 화합물을 포함하는 액정 매질에 관한 것이다.
본 발명에 따른 혼합물은 바람직하게는, 70℃ 이상, 바람직하게는 75℃ 이상, 특히 80℃ 이상의 등명점, 매우 바람직한 용량성 문턱값, 비교적 높은 보전율(holding ratio)과 동시에 -20 내지 -30℃에서의 매우 양호한 저온 안정성뿐만 아니라 매우 낮은 회전 점도 값 및 짧은 응답 시간을 갖는 매우 넓은 네마틱 상 범위를 나타낸다. 본 발명에 따른 혼합물은 또한, 회전 점도(γ1)에서의 개선 이외에, 응답 시간 개선을 위한 탄성 계수(K33)의 비교적 높은 값이 관찰될 수 있다는 사실에 의해 차별화된다.
본 발명에 따른 혼합물의 몇몇 바람직한 실시양태는 후술된다.
화학식 I의 화합물에서, R1은 바람직하게는 직쇄형 알킬, 특히 CH3, C2H5, n-C3H7, n-C4H9, n-C5H11 및 n-C6H13을 나타낸다.
화학식 I의 화합물에서, R1*는 바람직하게는 직쇄형 알콕시, 특히 OC2H5, OC3H7, OC4H9, OC5H11, OC6H13, 또한 알켄일옥시, 특히 OCH2CH=CH2, OCH2CH=CHCH3, OCH2CH=CHC2H5, 또한 알킬, 특히 n-C3H7, n-C4H9, n-C5H11, n-C6H13을 나타낸다.
화학식 I의 바람직한 화합물은 하기 화학식 I-1 내지 I-145의 화합물이다:
상기 식에서,
L1 및 L2는 각각 서로 독립적으로, F 또는 Cl를 나타낸다. 화학식 I 및 그의 하위화학식 I-1 내지 I-145의 화합물에서, 바람직하게는 L1 = L2 = F이다. Z1은 바람직하게는 단일 결합을 나타낸다.
화학식 I-1, I-3, I-7, I-13, I-15, I-19, I-25 및 I-26의 화합물이 특히 바람직하다.
본 발명에 따른 혼합물은 매우 특히 바람직하게는 하기 화학식 I-A의 화합물을 2종 이상 포함한다.
본 발명에 따른 혼합물은 매우 특히 바람직하게는 하기 그룹으로부터 선택되는 화합물을 2종 이상 포함한다:
.
또한, 화학식 I의 화합물을 3종 이상 포함하는 혼합물이 바람직하다. 본 발명에 따른 혼합물은 바람직하게는 하기 3가지 화합물을 포함한다:
.
화학식 I의 화합물은, 예를 들어 미국 특허 제 5,273,680 호로부터 유래하며, 공지된 방법으로 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 매질은 바람직하게는 화학식 I의 화합물을 2종, 3종, 4종 또는 그 이상, 바람직하게는 2종 또는 3종 포함한다.
화학식 I의 화합물은 바람직하게는 전체 혼합물을 기준으로 5 내지 65 중량%, 바람직하게는 10 내지 45 중량%의 양으로 상기 액정 매질에 사용된다. 25 내지 45 중량%의 화학식 I의 화합물 하나 이상, 바람직하게는 2종 또는 3종을 포함하는 액정 매질이 특히 바람직하다.
본 발명에 따른 액정 매질의 바람직한 실시양태가 하기 제시된다:
a) 하기 화학식 IIA, IIB 및 IIC의 화합물의 군으로부터 선택되는 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 액정 매질:
상기 식에서,
R2A, R2B 및 R2C는 각각 서로 독립적으로, H; 또는 비치환되거나 CN 또는 CF3으로 일치환되거나 또는 할로겐으로 적어도 일치환된 탄소수 15 이하의 알킬 라디칼을 나타내고, 이때 또한, 이들 라디칼에서 하나 이상의 CH2 기는, O 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -O-, -S-, , -C≡C-, -CF2O-, -OCF2-, -OC-O- 또는 -O-CO- 으로 대체될 수 있고,
L1 내지 L4는 각각 서로 독립적으로, F, Cl, CF3 또는 CHF2를 나타내고,
Z2 및 Z2'는 각각 서로 독립적으로, 단일 결합, -CH2CH2-, -CH=CH-, -CF2O-, -OCF2-, -CH2O-, -OCH2-, -COO-, -OCO-, -C2F4-, -CF=CF-, 또는 -CH=CHCH2O-를 나타내고,
p는 1 또는 2를 나타내고,
q는 1 또는 2를 나타내고,
v는 1 내지 6을 나타낸다.
화학식 IIA 및 IIB의 화합물에서, Z2는 동일하거나 상이한 의미를 가질 수 있다. 화학식 IIB의 화합물에서, Z2 및 Z2'는 동일하거나 상이한 의미를 가질 수 있다.
화학식 IIA, IIB 및 IIC의 화합물에서, R2A, R2B 및 R2C는 각각 바람직하게는 탄소수 1 내지 6의 알킬, 특히 CH3, C2H5, n-C3H7, n-C4H9, n-C5H11을 나타낸다.
화학식 IIA 및 IIB의 화합물에서, L1, L2, L3 및 L4는 바람직하게는 L1　=　L2　=　F 및 L3　=　L4　=　F, 또한 L1　=　F 및 L2　=　Cl, L1　=　Cl 및 L2　=　F, L3　=　F 및 L4　=　Cl, L3　=　Cl 및 L4　=　F를 나타낸다. 화학식 IIA 및 IIB에서, Z2 및 Z2'는 바람직하게는 각각 서로 독립적으로, 단일 결합, 또한 -C2H4- 가교를 나타낸다.
화학식 IIB에서, Z2가　-C2H4-이면, Z2'는 바람직하게는 단일 결합이거나, Z2'가　-C2H4-이면, Z2는 바람직하게는 단일 결합이다. 화학식 IIA 및 IIB의 화합물에서, (O)CvH2v+1은 바람직하게는 OCvH2v+1, 또한 CVH2v+1을 나타낸다. 화학식 IIC의 화합물에서, (O)CvH2v+1은 바람직하게는 CvH2v+1을 나타낸다. 화학식 IIC의 화합물에서, L3 및 L4는 바람직하게는 각각 F를 나타낸다.
바람직한 화학식 IIA, IIB 및 IIC의 화합물이 하기 제시된다:
상기 식에서, 알킬 및 알킬*는 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 6의 직쇄형 알킬 라디칼을 나타낸다.
본 발명에 따른 특히 바람직한 혼합물은 화학식 IIA-2, IIA-8, IIA-14, IIA-29, IIA-35, IIB-2, IIB-12 및 IIC-1의 화합물 하나 이상을 포함한다.
전체 혼합물에서 화학식 IIA 및/또는 IIB의 화합물의 비율은 바람직하게는 20 중량% 이상이다.
본 발명에 따른 특히 바람직한 매질은 하기 화학식 IIC-1의 화합물 하나 이상을 바람직하게는 3 중량% 초과, 특히　5 중량% 초과, 특히 바람직하게는 5 내지 25 중량%의 양으로 포함한다:
상기 식에서,
알킬 및 알킬*는 상기 제시된 의미를 갖는다.
b) 하기 화학식 III의 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 액정 매질:
상기 식에서,
R31 및 R32는 각각 서로 독립적으로, 탄소수 12 이하의 직쇄형 알킬, 알콕시알킬 또는 알콕시 라디칼을 나타내고,
는 를 나타내고,
Z3은 단일 결합, -CH2CH2-, -CH=CH-, -CF2O-, -OCF2-, -CH2O-, -OCH2-, -COO-, -OCO-, -C2F4-, -C4H8-, 또는 -CF=CF-를 나타낸다.
바람직한 화학식 III의 화합물이 하기 제시된다:
상기 식에서, 알킬 및 알킬*는 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 6의 직쇄형 알킬 라디칼을 나타낸다.
본 발명에 따른 매질은 바람직하게는 화학식 IIIa 및/또는 화학식 IIIb의 화합물을 하나 이상 포함한다.
전체 혼합물에서 화학식 III의 화합물의 비율은 바람직하게는 5 중량% 이상이다.
c) 바람직하게는 5 중량%, 특히 10 중량%의 총량의 하기 화학식의 화합물을 추가로 포함하는 액정 매질:
또한, 하기 화합물을 포함하는 본 발명에 따른 혼합물이 바람직하다.
d) 하기 화학식 V-1 내지 V-9의 테트라환형 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 액정 매질:
상기 식에서,
R7 내지 R10은 각각 서로 독립적으로, 상기에서 R2A에 대해 제시된 의미 중 하나를 갖고,
w 및 x는 각각 서로 독립적으로, 1 내지 6을 나타낸다.
화학식 V-9의 화합물 하나 이상을 포함하는 혼합물이 특히 바람직하다.
e) 하기 화학식 Y-1 내지 Y-6의 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 액정 매질:
상기 식에서,
R14 내지 R19는 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 6의 알킬 또는 알콕시 라디칼을 나타내고,
z 및 m은 각각 서로 독립적으로, 1 내지 6을 나타내고,
x는 0, 1, 2 또는 3을 나타낸다.
본 발명에 따른 매질은 특히 바람직하게는 화학식 Y-1 내지 Y-6의 화합물 하나 이상을, 바람직하게는 5 중량% 이상의 양으로 포함한다.
f) 하기 화학식 T-1 내지 T-21의 불화된 터페닐 하나 이상을 추가로 포함하는 액정 매질:
상기 식에서,
R은 탄소수 1 내지 7의 직쇄형 알킬 또는 알콕시 라디칼이고,
m은 0, 1, 2, 3, 4, 5 또는 6이고,
n은 0, 1, 2, 3 또는 4를 나타낸다.
R은 바람직하게는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 부톡시, 펜톡시를 나타낸다.
본 발명에 따른 매질은 바람직하게는 화학식 T-1 내지 T-21의 터페닐을 2 내지 30 중량%, 특히 5 내지 20 중량%의 양으로 포함한다.
화학식 T-1, T-2, T-20 및 T-21의 화합물이 특히 바람직하다. 이들 화합물에서, R은 바람직하게는, 각각 탄소수 1 내지 5의 알킬 및 알콕시를 나타낸다. 화학식 T-20의 화합물에서, R은 바람직하게는 알킬 또는 알켄일, 특히 알킬을 나타낸다. 화학식 T-21의 화합물에서, R은 바람직하게는 알킬을 나타낸다.
상기 터페닐은 바람직하게는, 혼합물의 Δn 값이 0.1 이상인 경우, 본 발명에 따른 혼합물에 사용된다. 바람직한 혼합물은, 화학식 T-1 내지 T-21의 화합물의 군으로부터 선택되는 터페닐 화합물 하나 이상을 2 내지 20 중량% 포함한다.
g) 하기 화학식 B-1 내지 B-3의 바이페닐 하나 이상을 추가로 포함하는 액정 매질:
상기 식에서,
알킬 및 알킬*는 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 6, 바람직하게는 탄소수 3 내지 5의 직쇄형 알킬 라디칼을 나타내고,
알켄일 및 알켄일*는 각각 서로 독립적으로, 탄소수 2 내지 6의 직쇄형 알켄일 라디칼을 나타낸다.
전체 혼합물에서 화학식 B-1 내지 B-3의 바이페닐의 비율은 3 중량% 이상, 특히 5 중량% 이상이다.
화학식 B-1 내지 B-3의 화합물 중에 화학식 B-2의 화합물이 특히 바람직하다.
특히 바람직한 바이페닐은 다음과 같다:
상기 식에서, 알킬*는 탄소수 1 내지 6의 알킬 라디칼을 나타낸다.
본 발명에 따른 매질은 특히 바람직하게는 화학식 B-1a 및/또는 B-2c의 화합물을 하나 이상 포함한다.
h) 하기 화학식 Z-1 내지 Z-7의 화합물 하나 이상을 포함하는 액정 매질:
상기 식에서, R 및 알킬은 상기 제시된 의미를 갖는다.
i) 하기 화학식 O-1 내지 O-17의 화합물 하나 이상을 포함하는 액정 매질:
상기 식에서, R1 및 R2는 상기에서 R2A에 대해 제시된 의미를 갖는다.
R1 및 R2는 바람직하게는 각각 서로 독립적으로, 직쇄형 알킬을 나타낸다.
바람직한 매질은 화학식 O-1, O-3, O-4, O-5, O-9, O-13, O-14, O-15, O-16 및/또는 O-17의 화합물 하나 이상을 포함한다.
본 발명에 따른 혼합물은 매우 특히 바람직하게는 화학식 O-9, O-15, O-16 및/또는 O-17 하나 이상을, 특히 5 내지 30%의 양으로 포함한다.
화학식 O-15 및 O-16의 바람직한 화합물이 하기 제시된다.
본 발명에 따른 매질은 특히 바람직하게는 화학식 O-15a 및/또는 화학식 O-15b의 삼환형 화합물을 하나 이상의 화학식 O-16a 내지 O-16d의 이환형 화합물과 조합하여 포함한다. 화학식 O-16a 내지 O-16d의 이환형 화합물로부터 선택된 화합물 하나 이상과 조합된 화학식 O-15a 및/또는 O-15b의 화합물의 총 비율은 5 내지 40%, 매우 특히 바람직하게는 15 내지 35%이다.
매우 특히 바람직한 혼합물은 하기 화학식 O-15a 및 O-16a의 화합물을 포함한다.
화학식 O-15a 및 O-16a의 화합물은 바람직하게는 전체 혼합물을 기준으로 15 내지 35%, 특히 바람직하게는 15 내지 25%, 특히 바람직하게는 18 내지 22%의 농도로 상기 혼합물 중에 존재한다.
매우 특히 바람직한 혼합물은 하기 화학식 O-15b 및 O-16a의 화합물을 포함한다.
화학식 O-15b 및 O-16a의 화합물은 바람직하게는 전체 혼합물을 기준으로 15 내지 35%, 특히 바람직하게는 15 내지 25%, 특히 바람직하게는 18 내지 22%의 농도로 상기 혼합물 중에 존재한다.
매우 특히 바람직한 혼합물은 하기 3종의 화합물을 포함한다.
화학식 O-15a, O-15b 및 O-16a의 화합물은 바람직하게는 전체 혼합물을 기준으로 15 내지 35%, 특히 바람직하게는 15 내지 25%, 특히 바람직하게는 18 내지 22%의 농도로 상기 혼합물 중에 존재한다.
j) 본 발명에 따른 바람직한 액정 매질은, 테트라하이드로나프틸 또는 나프틸 단위를 함유하는 하나 이상의 성분, 예를 들어 하기 화학식 N-1 내지 N-5의 화합물을 포함한다:
상기 식에서,
R1N 및 R2N은 각각 서로 독립적으로, 상기에서 R2A에 대해 제시된 의미를 갖고, 바람직하게는 직쇄형 알킬, 직쇄형 알콕시 또는 직쇄형 알켄일을 나타내고,
Z1 및 Z2는 각각 서로 독립적으로, -C2H4-, -CH=CH-, -(CH2)4-, -(CH2)3O-, -O(CH2)3-, -CH=CHCH2CH2-, -CH2CH2CH=CH-, -CH2O-, -OCH2-, -COO-, -OCO-, -C2F4-, -CF=CF-, -CF=CH-, -CH=CF-, -CF2O-, -OCF2-, -CH2- 또는 단일 결합을 나타낸다.
k) 바람직한 혼합물은, 하기 화학식 BC의 다이플루오로다이벤조크로만 화합물, 하기 화학식 CR의 크로만, 하기 화학식 PH-1 및 PH-2의 불화된 페난트렌, 및 하기 화학식 BF의 불화된 다이벤조퓨란의 군으로부터 선택되는 화합물을 하나 이상 포함한다:
상기 식에서,
RB1, RB2, RCR1, RCR2, R1 및 R2는 각각 서로 독립적으로, 상기에서 R2A에 대해 제시된 의미를 갖고,
c는 0, 1 또는 2이다.
본 발명에 따른 혼합물은 바람직하게는 화학식 BC, CR, PH-1, PH-2 및/또는 BF의 화합물을 3 내지 20 중량%의 양으로, 특히 3 내지 15 중량%의 양으로 포함한다.
특히 바람직한 화학식 BC 및 CR의 화합물은 하기 화학식 BC-1 내지 BC-7 및 CR-1 내지 CR-5의 화합물이다:
상기 식에서,
알킬 및 알킬*는 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 6의 직쇄형 알킬 라디칼을 나타내고,
알켄일 및 알켄일*는 각각 서로 독립적으로, 탄소수 2 내지 6의 직쇄형 알켄일 라디칼을 나타낸다.
화학식 BC-2의 화합물 1종, 2종 또는 3종을 포함하는 혼합물이 매우 특히 바람직하다.
l) 바람직한 혼합물은 하기 화학식 In의 인단 화합물을 하나 이상 포함한다:
상기 식에서,
R11, R12 및 R13은 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 6의 직쇄형 알킬, 알콕시, 알콕시알킬 또는 알켄일 라디칼을 나타내고,
R12 및 R13은 추가적으로 할로겐, 바람직하게는 F를 나타내고,
는
를 나타내고,
i는 0, 1 또는 2를 나타낸다.
바람직한 화학식 In의 화합물은 하기 제시되는 화학식 In-1 내지 In-16의 화합물이다.
화학식 In-1, In-2, In-3 및 In-4의 화합물이 특히 바람직하다.
화학식 In 및 그의 하위화학식 In-1 내지 In-16의 화합물은 바람직하게는 본 발명에 따른 혼합물에 5 중량% 이상, 특히 5 내지 30 중량%, 매우 특히 바람직하게는 5 내지 25 중량%의 농도로 사용된다.
m) 바람직한 혼합물은 하기 화학식 L-1 내지 L-11의 화합물 하나 이상을 추가로 포함한다:
상기 식에서,
R, R1 및 R2는 각각 서로 독립적으로, 상기에서 R2A에 대해 제시된 의미를 갖고,
알킬은 탄소수 1 내지 6의 알킬 라디칼을 나타내고,
s는 1 또는 2를 나타낸다.
화학식 L-1 및 L-4, 특히 L-4의 화합물이 특히 바람직하다.
화학식 L-1 내지 L-11의 화합물은 바람직하게는 5 내지 50 중량%, 특히 5 내지 40 중량%, 매우 특히 바람직하게는 10 내지 40 중량%의 농도로 사용된다.
n) 상기 매질은 하기 화학식 EY의 화합물 하나 이상을 추가로 포함한다:
상기 식에서, R1, R1*, L1 및 L2는 화학식 I에서 제시된 의미를 갖는다.
화학식 EY의 화합물에서, R1 및 R1*는 바람직하게는 탄소수 2 이상의 알콕시를 나타내고, L1 = L2 = F이다. 하기 화학식 EY-1 내지 EY-26의 화합물이 특히 바람직하다.
화학식 EY의 화합물은 바람직하게는 전체 혼합물을 기준으로 3 내지 15 중량%의 양으로 사용된다.
본 발명에 따른 혼합물은 바람직하게는 하기 화학식 P4의 화합물을 하나 이상 포함한다:
상기 식에서, R1은 상기에서 화학식 I에 대해 제시된 의미를 갖는다.
화학식 P4의 화합물은 바람직하게는 0 내지 5 중량%의 농도, 특히 0 내지 2 중량%의 농도로 본 발명에 따른 혼합물 중에 존재한다.
특히 바람직한 혼합물의 개념이 하기 제시된다(사용된 두문자어는 하기 표 A에서 설명된다. 여기서, n 및 m은 각각 서로 독립적으로, 1 내지 6을 나타낸다):
본 발명에 따른 혼합물은 바람직하게는 다음을 포함한다:
- L1 = L2 = F이고, R1 = 알킬이고, R1*　= 알콕시인 화학식 I의 화합물 하나 이상;
- 바람직하게는 전체 혼합물을 기준으로 5% 초과, 특히 10 내지 30% 농도의 화학식 CPY-n-Om, 특히 화학식 CPY-2-O2, CPY-3-O2 및/또는 CPY-5-O2의 화합물, 및/또는
- 바람직하게는 전체 혼합물을 기준으로 5% 초과, 특히 15 내지 50% 농도의 화학식 CY-n-Om, 바람직하게는 화학식 CY-3-O2, CY-3-O4, CY-5-O2 및/또는 CY-5-O4의 화합물, 및/또는
- 바람직하게는 전체 혼합물을 기준으로 5% 초과, 특히 10 내지 30% 농도의 화학식 CCY-n-Om, 바람직하게는 화학식 CCY-2-O2, CCY-3-O1, CCY-3-O2, CCY-3-O3, CCY-4-O2 및/또는 CCY-5-O2의 화합물, 및/또는
- 바람직하게는 전체 혼합물을 기준으로 5% 초과, 특히 10 내지 30% 농도의 화학식 CLY-n-Om, 바람직하게는 화학식 CLY-2-O4, CLY-3-O2 및/또는 CLY-3-O3의 화합물, 및/또는
- 바람직하게는 전체 혼합물을 기준으로 5% 초과, 특히 5 내지 25%의 화학식 CK-n-F, 바람직하게는 화학식 CK-3-F, CK-4-F 및/또는 CK-5-F의 화합물.
또한, 하기 혼합물 개념을 포함하는 본 발명에 따른 혼합물이 바람직하다(여기서 n 및 m은 각각 서로 독립적으로, 1 내지 6을 나타낸다):
- 바람직하게는 전체 혼합물을 기준으로 10 내지 80% 농도의 화학식 CPY-n-Om 및 CY-n-Om의 화합물, 및/또는
- 바람직하게는 전체 혼합물을 기준으로 10 내지 70% 농도의 화학식 CPY-n-Om 및 CK-n-F의 화합물, 및/또는
- 바람직하게는 전체 혼합물을 기준으로 10 내지 80% 농도의 화학식 CPY-n-Om 및 CLY-n-Om의 화합물, 및/또는
- 바람직하게는 전체 혼합물을 기준으로 8 내지 16% 농도의 화학식 Y-nO-Om의 화합물.
본 발명은 또한, 본 발명에 따른 액정 매질을 유전체로서 함유하는 것을 특징으로 하는, ECB, VA, PS-VA, IPS, PS-IPS, FFS 또는 PS-FFS 효과에 기초한 능동-매트릭스 어드레싱을 갖는 전기-광학 디스플레이에 관한 것이다.
본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는 -20℃ 이하 내지 70℃ 이상, 특히 바람직하게는 -30℃ 이하 내지 80℃ 이상, 매우 특히 바람직하게는 -40℃ 이하 내지 90℃ 이상의 네마틱 상을 갖는다.
본원에서 "네마틱 상을 갖는다"는 표현은, 한편으로는 스메틱 상 및 결정화가 상응하는 저온에서 관찰되지 않고, 다른 한편으로는 가열 시에도 여전히 네마틱 상으로부터 등명화가 발생되지 않는 것을 의미한다. 저온에서의 조사는 상응하는 온도에서 유동 점도계에서 수행되고, 100 시간 이상 동안 전기-광학 용도에 상응하는 층 두께를 갖는 시험 셀에서 저장하여 체크된다. 상응하는 시험 셀에서 -20℃의 온도에서의 저장 안정성이 1000 시간 이상인 경우, 상기 매질은 이 온도에서 안정한 것으로 지칭된다. -30℃ 및 -40℃의 온도에서, 상응하는 시간은 각각 500 시간 및 250 시간이다. 고온에서, 등명점은 모세관에서 통상적인 방법에 의해 측정된다.
액정 혼합물은 바람직하게는 60 K 이상의 네마틱 상 범위 및 20℃에서 30 mm2·s-1 이하의 유동 점도(ν20)를 갖는다.
액정 혼합물에서의 복굴절율 Δn의 값은 일반적으로 0.07 내지 0.16, 바람직하게는 0.08 내지 0.12이다.
본 발명에 따른 액정 혼합물은 -0.5 내지 -8.0, 특히 -2.5 내지 -6.0의 Δε을 가지며, 여기서 Δε은 유전 이방성을 나타낸다. 20℃에서의 회전 점도(γ1)는 바람직하게는 165 mPa·s 이하, 특히 140 mPa·s 이하이다.
본 발명에 따른 액정 매질은 비교적 낮은 문턱 전압 값(V0)을 갖는다. 이는 바람직하게는 1.7 V 내지 3.0 V 범위, 특히 바람직하게는 2.5 V 이하, 매우 특히 바람직하게는 2.3 V 이하이다.
본 발명에서 "문턱 전압"이라는 용어는, 달리 명시적으로 기재되지 않는 한, 프레드릭스 문턱값(Freedericks threshold)으로서 공지된 용량성 문턱값(V0)에 관한 것이다.
또한, 본 발명에 따른 액정 매질은 액정 셀에서 높은 전압 보전율 값을 갖는다.
일반적으로, 낮은 어드레싱 전압 또는 문턱 전압을 갖는 액정 매질은, 보다 높은 어드레싱 전압 또는 문턱 전압을 갖는 액정 매질보다 낮은 전압 보전율을 보이며, 그 역도 성립된다.
본 발명에서, "양의 유전율을 갖는 화합물"이라는 용어는, Δε > 1.5를 갖는 화합물을 의미하고, "중성 유전율을 갖는 화합물"이라는 용어는, -1.5 ≤ Δε ≤ 1.5를 갖는 화합물을 의미하고, "음의 유전율을 갖는 화합물"이라는 용어는, Δε < - 1.5를 갖는 화합물을 의미한다. 화합물의 유전 이방성은, 액정 호스트에 10%의 상기 화합물을 용해시키고, 각 경우에서 1 kHz에서 수직 및 수평 표면 정렬을 갖는 20 ㎛의 층 두께를 갖는 하나 이상의 시험 셀에서 생성된 혼합물의 전기용량을 측정함으로써 측정된다. 측정 전압은 전형적으로 0.5 V 내지 1.0 V이지만, 조사된 개별 액정 혼합물의 용량성 문턱값보다 항상 낮다.
본원에서 제시된 모든 온도 값은 ℃ 단위이다.
본 발명에 따른 혼합물은 모든 VA-TFT 제품, 예컨대 VAN, MVA, (S)-PVE, ASV, PSA(중합체-지속된 VA) 및 PS-VA(중합체-안정화된 VA)에 적합하다. 이들은 또한 음의 Δε을 갖는 IPS(평면 내 스위칭) 및 FFS(프린지 필드 스위칭) 제품에 적합하다.
본 발명에 따른 디스플레이에서의 네마틱 액정 혼합물은 일반적으로, 그 자체가 하나 이상의 개별 화합물로 이루어진 2개의 성분 A 및 B를 포함한다.
성분 A는 상당한 음의 유전 이방성을 가지며, -0.5 이하의 유전 이방성을 네마틱 상에 제공한다. 성분 A는 하나 이상의 화학식 I의 화합물 이외에, 바람직하게는 화학식 IIA, IIB 및/또는 IIC의 화합물 또는 화학식 III의 화합물을 포함한다.
성분 A의 비율은 바람직하게는 45 내지 100%, 특히 60 내지 100%이다.
성분 A의 경우, -0.8 이하의 Δε 값을 갖는 하나(또는 그 이상)의 개별 화합물이 바람직하게 선택된다. 이 값은 보다 음의 값이고, 전체 혼합물 중 A의 비율보다 작아야 한다.
성분 B는 현저한 네마토젠성(nematogeneity)이고, 20℃에서 30 mm2·s-1 이하, 바람직하게는 25 mm2·s-1 이하의 유동 점도를 갖는다.
성분 B에서 특히 바람직한 개별 화합물은 20℃에서 18 mm2·s-1 이하, 바람직하게는 12 mm2·s-1 이하의 유동 점도를 갖는 극히 낮은 점도의 네마틱 액정이다.
성분 B는 모노트로픽(monotropically) 또는 에난시오트로픽(enantiotropic) 네마틱이고, 스멕틱 상을 갖지 않으며, 매우 저온으로 하강 시 액정 혼합물에서 스멕틱 상의 발생을 방지한다. 예컨대, 높은 네마토젠성의 다양한 물질이 스멕틱 액정 혼합물에 첨가되는 경우, 이들 물질의 네마토젠성은 성취되는 스메틱 상의 억제 정도를 통해 비교될 수 있다.
상기 혼합물은 임의적으로, Δε≥ 1.5의 유전 이방성을 갖는 화합물을 포함하는 성분 C를 또한 포함할 수 있다. 이런 소위 양성 화합물은 일반적으로 전체 혼합물을 기준으로 20 중량% 이하의 양으로 음의 유전 이방성 혼합물 중에 존재한다.
다수의 적합한 물질이 문헌들로부터 당업자에게 공지되어 있다. 특히 바람직한 것은 화학식 III의 화합물이다.
또한, 이들 액정 상은 또한 18종 초과의 성분, 바람직하게는 18 내지 25종의 성분을 포함할 수 있다.
하나 이상의 화학식 I의 화합물 이외에, 상기 액정 상은 바람직하게는 화학식 IIA, IIB 및/또는 IIC, 임의적으로는 화학식 III의 화합물을 바람직하게는 4 내지 15종, 특히 5 내지 12종, 특히 바람직하게는 10종 미만으로 포함한다.
화학식 I의 화합물, 화학식 IIA, IIB 및/또는 IIC, 임의적으로는 화학식 III의 화합물 이외에, 다른 성분들이 또한 전체 혼합물의 예컨대 45% 이하, 바람직하게는 35% 이하, 특히 10% 이하의 양으로 존재할 수도 있다.
다른 성분들은 바람직하게는 네마틱 또는 네마토젠성 물질, 특히 아족시벤젠, 벤질리덴아닐린, 바이페닐, 터페닐, 페닐 또는 사이클로헥실 벤조에이트, 페닐 또는 사이클로헥실 사이클로헥산카복실레이트, 페닐사이클로헥산, 사이클로헥실바이페닐, 사이클로헥실사이클로헥산, 사이클로헥실나프탈렌, 1,4-비스사이클로헥실바이페닐 또는 사이클로헥실피리미딘, 페닐- 또는 사이클로헥실다이옥산, 임의적으로는 할로겐화된 스틸벤, 벤질 페닐 에터, 톨란 및 치환된 신남산 에스터 부류로부터의 공지된 물질로부터 선택된다.
이런 유형의 액정 상의 성분으로서 적합한 가장 중요한 화합물은 하기 화학식 IV인 것을 특징으로 할 수 있다:
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, 다이- 및 테트라하이드로나프탈렌, 퀸아졸린 및 테트라하이드로퀸아졸린으로 형성된 그룹으로부터의 탄소환형 또는 헤테로환형 고리 시스템을 나타내고,
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-, -(CH2)3O- 또는 C-C 단일 결합을 나타내고,
Q는 할로겐, 바람직하게는 염소, 또는 -CN을 나타내고,
R20 및 R21은 각각, 탄소수 18 이하, 바람직하게는 8 이하의 알킬, 알켄일, 알콕시, 알콕시알킬 또는 알콕시카보닐옥시를 나타내거나, 다르게는 이들 라디칼 중 하나가 CN, NC, NO2, NCS, CF3, SF5, OCF3, F, Cl 또는 Br을 나타낸다.
이들 화합물 중 대부분에서, R20 및 R21은 서로 상이하고, 이들 라디칼 중 하나는 보통 알킬 또는 알콕시 기이다. 제안된 치환기들의 다른 변이체가 또한 일반적이다. 많은 이러한 물질 또는 이들의 혼합물은 상업적으로 입수가능하다. 모든 이러한 물질들은 문헌으로부터 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 VA, IPS 또는 FFS 혼합물이, 예컨대 H, N, O, Cl 및 F가 상응하는 동위원소로 치환된 화합물을 또한 포함할 수 있다는 것은 당업자에게 당연하다.
중합성 화합물, 소위 반응성 메소젠(RM), 예컨대 미국 특허 제 6,861,107 호에 개시된 것들은 또한, 혼합물을 기준으로 0.12 내지 5 중량%, 특히 바람직하게는 0.2 내지 2 중량%의 농도로 본 발명에 따른 혼합물에 첨가될 수 있다. 이들 혼합물은 또한, 예컨대 미국 특허 제 6,781,665 호에 기재된 개시제를 임의적으로 포함할 수도 있다. 개시제, 예컨대 시바의 이르가녹스-1076이, 바람직하게는 0 내지 1%의 양으로 상기 중합성 화합물을 포함하는 혼합물에 첨가된다. 이 유형의 혼합물은 소위 중합체-안정화된 VA 방식(PS-VA) 또는 PSA(중합체-지속된 VA)에 사용될 수 있고, 여기서 반응성 메소젠의 중합은 액정 혼합물에서 일어나는 것으로 의도된다. 이에 대한 전제조건은 상기 액정 혼합물이 그 자체로 어떠한 중합성 성분도 포함하지 않는 것이다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 상기 중합성 화합물은 하기 화학식 M의 화합물로부터 선택된다:
Ra-A1-(Z1-A2)m-Rb M
상기 식에서,
Ra 및 Rb는 각각 서로 독립적으로, P, P-Sp-, H, 할로겐, SF5, NO2, 탄소 기 또는 탄화수소 기를 나타내며, 이때 Ra 및 Rb 라디칼 중 적어도 하나는 P 또는 P-Sp- 기를 나타내거나 함유하고,
P는, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, 중합성 기를 나타내고,
Sp는, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, 스페이서 기 또는 단일 결합을 나타내고,
A1 및 A2는 각각 서로 독립적으로, 바람직하게는 4 내지 25개의 고리 원자를 갖고 또한 융합된 고리를 함유할 수 있고 또한 L로 일치환되거나 다중치환될 수 있는 방향족, 헤테로방향족, 지환족 또는 헤테로환형 기를 나타내고,
L은 P-Sp-, H, OH, CH2OH, 할로겐, SF5, NO2, 탄소 기 또는 탄화수소 기를 나타내고,
Z1은, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -OCO-, -O-CO-O-, -OCH2-, -CH2O-, -SCH2-, -CH2S-, -CF2O-, -OCF2-, -CF2S-, -SCF2-, -(CH2)n1-, -CF2CH2-, -CH2CF2-, -(CF2)n1-, -CH=CH-, -CF=CF-, -C≡C-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH-, CR0R00 또는 단일 결합을 나타내고,
R0 및 R00은 각각 서로 독립적으로, H, 또는 탄소수 1 내지 12의 알킬을 나타내고,
m은 0, 1, 2, 3 또는 4를 나타내고,
n1은 1, 2, 3 또는 4를 나타낸다.
특히 바람직한 화학식 M의 화합물은,
Ra 및 Rb가 각각 서로 독립적으로, P, P-Sp-, H, F, Cl, Br, I, -CN, -NO2, -NCO, -NCS, -OCN, -SCN, SF5 또는 탄소수 1 내지 25의 직쇄형 또는 분지형 알킬을 나타내고, 이때 또한, 하나 이상의 비-인접 CH2 기는 각각 서로 독립적으로, O 및/또는 S 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -C(R0)=C(R00)-, -C≡C-, -N(R00)-, -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, 또는 -O-CO-O-로 대체될 수 있고, 또한 하나 이상의 H 원자는 F, Cl, Br, I, CN, P 또는 P-Sp-로 대체될 수 있고, Ra 및 Rb 라디칼 중 적어도 하나는 P 또는 P-Sp- 기를 나타내거나 함유하고,
A1 및 A2가 각각 서로 독립적으로, 1,4-페닐렌, 나프탈렌-1,4-다이일, 나프탈렌-2,6-다이일, 페난트렌-2,7-다이일, 안트라센-2,7-다이일, 플루오렌-2,7-다이일, 2-옥소-2H-크로멘-3,6-다이일, 2-옥소-2H-크로멘-3,7-다이일, 4-옥소-4H-크로멘-2,6-다이일, 4-옥소-4H-크로멘-3,6-다이일, 또는 4-옥소-4H-크로멘-3,7-다이일(통속명: 쿠마린 또는 플라본)(이때 또한, 이들 기에서 하나 이상의 CH 기는 N으로 대체될 수 있음), 사이클로헥산-1,4-다이일(이때 또한, 하나 이상의 비-인접 CH2 기는 O 및/또는 S로 대체될 수 있음), 1,4-사이클로헥센일렌, 바이사이클-[1.1.1]-펜탄-1,3-다이일, 바이사이클로[2.2.2]옥탄-1,4-다이일, 스파이로[3.3]-헵탄-2,6-다이일, 피페리딘-1,4-다이일, 데카하이드로-나프탈렌-2,6-다이일, 1,2,3,4-테트라하이드로나프탈렌-2,6-다이일, 인단-2,5-다이일 또는 옥타하이드로-4,7-메타노인단-2,5-다이일을 나타내고, 이들 모든 기는 비치환되거나 L로 일치환 또는 다중치환될 수 있고,
L이, P, P-Sp-, OH, CH2OH, F, Cl, Br, I, -CN, -NO2, -NCO, -NCS, -OCN, -SCN, -C(=O)N(Rx)2, -C(=O)Y1, -C(=O)Rx, -N(Rx)2, 임의적으로 치환된 실릴, 임의적으로 치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴, 또는 탄소수 1 내지 25의 직쇄형 또는 분지형 알킬, 알콕시, 알킬카보닐, 알콕시카보닐, 알킬카보닐옥시 또는 알콕시카보닐옥시를 나타내고, 이때 또한, 하나 이상의 H 원자는 F, Cl, P 또는 P-Sp-로 대체될 수 있고,
P가 중합성 기를 나타내고,
Y1이 할로겐을 나타내고,
Rx가 P, P-Sp-, H, 할로겐, 또는 탄소수 1 내지 25의 직쇄형, 분지형 또는 환형 알킬을 나타내고, 이때 또한, 하나 이상의 비-인접 CH2 기는, O 및/또는 S 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, 또는 -O-CO-O-로 대체될 수 있고, 또한 하나 이상의 H 원자는 F, Cl, P 또는 P-Sp-, 임의적으로 치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴 또는 아릴옥시 기, 또는 임의적으로 치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴 또는 헤테로아릴옥시 기로 대체될 수 있는,
화합물이다.
또한, 화학식 M의 바람직한 화합물은 하기 하위그룹 중 하나 이상으로부터 선택되는 화합물이다:
- m이 2 또는 3이거나,
- m이 2이거나,
- Ra 및 Rb가, 동일하거나 상이한 P-Sp- 기를 나타내거나,
- Ra 및 Rb가, 동일하거나 상이한 P-Sp- 기(이때, 하나 이상의 Sp 기는 단일 결합 결합을 나타냄)를 나타내거나,
- m이 2 또는 3이고, Ra 및 Rb가 동일한 P-Sp- 기를 나타내거나,
- Ra 및 Rb 라디칼 중 하나가 P-Sp-를 나타내고, 다른 하나가 비중합성 기, 바람직하게는 탄소수 1 내지 25의 직쇄형 또는 분지형 알킬을 나타내고, 이때 또한, 하나 이상의 비-인접 CH2 기는 각각 서로 독립적으로, O 및/또는 S 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -C(R00)=C(R000)-, -C≡C-, -N(R00)-, -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 대체될 수 있고, 이때 또한, 하나 이상의 H 원자는 F, Cl, Br, I 또는 CN로 대체될 수 있거나,
- 하나 이상의 Sp 기가 단일 결합을 나타내거나,
- 하나 이상의 Sp 기가 -(CH2)p1-, -(CH2)p1-O-, -(CH2)p1-OCO- 또는 -(CH2)p1-OCOO-를 나타내고, 이때 p1이 1 내지 12의 정수를 나타내고, r1이 1 내지 8의 정수를 나타내거나,
- L이 중합성기를 나타내지 않고/않거나 함유하지 않거나,
- A1 및 A2가 서로 독립적으로, 1,4-페닐렌 또는 나프탈렌-2,6-다이일을 나타내고, 이때 또한, 이들 기에서 하나 이상의 CH 기가 N으로 대체될 수 있고, 이들 기가 일불화 또는 다중불화될 수 있거나,
*- Z1이, -O-, -CO-O-, -OCO-, -OCH2-, -CH2O-, -CF2O-, -OCF2-, -CH2CH2-, -CH=CH-, -CF=CF-, -CH=CF-, -CF=CH-, -C≡C- 및 단일 결합으로 이루어진 군으로부터 선택되거나,
- L이 비중합성 기이고, 바람직하게는 F, Cl, -CN, 탄소수 1 내지 25의 직쇄형 및 분지형 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고, 이때 또한, 하나 이상의 비-인접 CH2 기는 각각 서로 독립적으로, O 및/또는 S 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -C(R00)=C(R000)-, -C≡C-, -N(R00)-, -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 대체될 수 있고, 또한 하나 이상의 H 원자는 F, Cl, Br, I 또는 CN으로 대체될 수 있다.
PS-VA, PS-IPS 및 PS-FFS 용도로 사용하기 위한 본 발명에 따른 LC 혼합물의 제조에 적합하고 바람직한 공-단량체는, 예를 들어 하기 화학식 M1 내지 M40으로부터 선택된다:
상기 식에서,
P1, P2 및 P3은 각각, 동일하거나 상이하게, 중합성 기(바람직하게는 상기 및 하기에서 P에 대해 제시된 의미 중 하나를 가짐), 특히 바람직하게는 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 플루오로아크릴레이트, 옥세탄, 비닐옥시 또는 에폭시 기를 나타나고,
Sp1, Sp2 및 Sp3은 각각 서로 독립적으로, 단일 결합 또는 스페이서 기(바람직하게는 상기 및 하기에서 Spa에 대해 제시된 의미 중 하나를 가짐), 특히 바람직하게는 -(CH2)p1-, -(CH2)p1-O-, -(CH2)p1-CO-O- 또는 -(CH2)p1-O-CO-O-를 나타내고(이때 p1은 1 내지 12의 정수이고, 이때 이들 기에서 인접한 고리에 대한 연결은 O 원자를 통해 이루어짐), P1-Sp1-, P2-Sp2- 및 P3-Sp3- 라디칼 중 하나 이상은 또한 Raa를 나타낼 수 있되, 단, 존재하는 라디칼 P1-Sp1-, P2-Sp2- 및 P3-Sp3- 라디칼 중 적어도 하나는 Raa를 나타내지 않고,
Raa는 H, F, Cl, CN 또는 탄소수 1 내지 25의 직쇄형 또는 분지형 알킬[이때 또한, 하나 이상의 비-인접 CH2 기는 각각 서로 독립적으로, O 및/또는 S 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 C(R0)=C(R00)-, -C≡C-, -N(R0)-, -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -O-CO-O-로 대체될 수 있고, 또한 하나 이상의 H 원자는 F, Cl, CN 또는 P1-Sp1-로 대체될 수 있음], 특히 바람직하게는 직쇄형 또는 분지형, 임의적으로 일불화되거나 다중불화된 탄소수 1 내지 12의 알킬, 알콕시, 알켄일, 알킨일, 알킬카보닐, 알콕시카보닐 또는 알킬-카보닐옥시(이때, 알켄일 및 알킨일 라디칼은 2개 이상의 탄소 원자를 갖고, 분지형 라디칼은 3개 이상의 탄소 원자를 가짐)를 나타내고,
R0 및 R00은 각각 서로 독립적으로, 및 각각의 경우 동일하거나 상이하게, H 또는 탄소수 1 내지 12의 알킬을 나타내고,
Ry 및 Rz는 각각 서로 독립적으로, H, F, CH3 또는 CF3을 나타내고,
X1, X2 및 X3은 각각 서로 독립적으로, -CO-O-, -O-CO- 또는 단일 결합을 나타내고,
Z1은 -O-, -CO-, -C(RyRz)- 또는 -CF2CF2-를 나타내고,
Z2 및 Z3은 각각 서로 독립적으로, -CO-O-, -O-CO-, -CH2O-, -OCH2-, -CF2O-, -OCF2- 또는 -(CH2)n-을 나타내고, 이때 n은 2, 3 또는 4이고,
L은, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, F, Cl, CN, SCN, SF5, 또는 탄소수 1 내지 12의 직쇄형 또는 분지형, 임의적으로 일불화 또는 다중불화된, 알킬, 알콕시, 알켄일, 알킨일, 알킬-카보닐, 알콕시카보닐, 알킬카보닐옥시 또는 알콕시카보닐옥시, 바람직하게는 F를 나타내고,
L' 및 L"는 각각 서로 독립적으로, H, F 또는 Cl를 나타내고,
r은 0, 1, 2, 3 또는 4를 나타내고,
s는 0, 1, 2 또는 3을 나타내고,
t는 0, 1 또는 2를 나타내고,
x는 0 또는 1을 나타낸다.
바람직한 실시양태에서는, 화학식 M1 내지 M34의 화합물에서,
는 또는 를 나타내고,
L은, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, 상기 제시된 의미 중 하나를 갖고,특히 F, Cl, CN, NO2, CH3, C2H5, C(CH3)3, CH(CH3)2, CH2CH(CH3)C2H5, OCH3, OC2H5, COCH3, COC2H5, COOCH3, COOC2H5, CF3, OCF3, OCHF2, OC2F5 또는 P-Sp-, 바람직하게는 F, Cl, CN, CH3, C2H5, OCH3, COCH3, OCF3 또는 P-Sp-, 가장 바람직하게는 F, Cl, CH3, OCH3, COCH3 또는 OCF3, 특히 F 또는 CH3을 나타낸다.
본 발명의 다른 바람직한 실시양태에서, 상기 중합성 화합물은 키랄이거나, 하기 화학식 II*로부터 선택되는 광학 활성 화합물(키랄 RM)이다:
(R*-(A1-Z1)m)k-Q II*
상기 식에서, A1, Z1 및 m은, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, 상기 화학식 M에서 제시된 의미 중 하나를 갖고,
R*는, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, 상기 화학식 M에서 Ra에 대해 제시된 의미 중 하나를 갖고, R*는 키랄이거나 비키랄일 수 있고,
Q는, 임의적으로 L(상기 화학식 M에서 정의된 바와 같음)로 일치환 또는 다중치환된 k-가 키랄 기를 나타내고,
k는 1, 2, 3, 4, 5 또는 6을 나타내고,
이때 상기 화합물은, P 또는 P-Sp- 기(상기 정의된 바와 같음)를 나타내거나 함유하는 하나 이상의 라디칼 R* 또는 L을 함유한다.
특히 바람직한 화학식 II*의 화합물은 하기 화학식 III*의 1가 Q 기를 함유한다:
상기 식에서,
L 및 r은, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, 상기 제시된 의미를 갖고,
A* 및 B*는 각각 서로 독립적으로, 융합된 벤젠, 사이클로헥산 또는 사이클로헥센을 나타내고,
t는, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, 0, 1 또는 2를 나타내고,
u는, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, 0, 1 또는 2를 나타낸다.
u가 1을 나타내는 화학식 III*의 그룹이 특히 바람직하다.
또한, 바람직한 화학식 II*의 화합물은 1가 Q 기 또는 하나 이상의 R* 기로서 하기 화학식 IV*를 함유한다:
상기 식에서,
Q1은 탄소수 1 내지 9의 알킬렌 또는 알킬렌옥시 또는 단일 결합을 나타내고,
Q2는, 임의적으로 불화된 탄소수 1 내지 10의 알킬 또는 알콕시를 나타내고, 이때 또한, 1개 또는 2개의 비-인접 CH2 기는, O 및/또는 S 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -O-, -S-, -CH=CH-, -CO-, -OCO-, -COO-, -O-COO-, -S-CO-, -CO-S- 또는 -C≡C-로 대체될 수 있고,
Q3은 F, Cl, CN, 또는 Q2에 대해 정의된 바와 같되 Q2와 다른 알킬 또는 알콕시를 나타낸다.
화학식 IV*의 바람직한 그룹은, 예를 들어 2-부틸(= 1-메틸-프로필), 2-메틸부틸, 2-메틸펜틸, 3-메틸펜틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, 특히 2-메틸부틸, 2-메틸부톡시, 2-메틸-펜톡시, 3-메틸펜톡시, 2-에틸헥속시, 1-메틸헥속시, 2-옥틸옥시, 2-옥사-3-메틸부틸, 3-옥사-4-메틸펜틸, 4-메틸헥실, 2-헥실, 2-옥틸, 2-논일, 2-데실, 2-도데실, 6-메톡시옥톡시, 6-메틸옥톡시, 6-메틸옥탄오일옥시, 5-메틸-헵틸옥시카보닐, 2-메틸부티릴옥시, 3-메틸발레로일옥시, 4-메틸헥산오일옥시, 2-클로로프로피온일옥시, 2-클로로-3-메틸부티릴옥시, 2-클로로-4-메틸발레릴옥시, 2-클로로-3-메틸발레릴옥시, 2-메틸-3-옥사펜틸, 2-메틸-3-옥사헥실, 1-메톡시프로필-2-옥시, 1-에톡시프로필-2-옥시, 1-프로폭시프로필-2-옥시, 1-부톡시프로필-2-옥시, 2-플루오로옥틸옥시, 2-플루오로-데실옥시, 1,1,1-트라이플루오로-2-옥틸옥시, 1,1,1-트라이플루오로-2-옥틸, 2-플루오로메틸-옥틸옥시이다.
또한, 바람직한 화학식 II*의 화합물은 하기 화학식 V*의 2가 Q 기를 함유한다:
상기 식에서, L, r, t, A* 및 B*는 상기 제시된 의미를 갖는다.
또한, 바람직한 화학식 II*의 화합물은 하기 화학식으로부터 선택되는 2가 Q 기를 함유한다:
상기 식에서,
Phe은, 임의적으로 L로 일치환 또는 다중치환된 페닐을 나타내고,
Rx는 F 또는 임의적으로 불화된 탄소수 1 내지 4의 알킬을 나타낸다.
적합한 키랄 RM은, 예를 들어 영국 특허 제 2　314　839 A 호, 미국 특허 제 6,511,719 호, 미국 특허 제　7,223,450 호, 국제 특허 출원 공개 제 WO　02/34739 A1 호, 미국 특허 제　7,041,345 호, 미국 특허 제　7,060,331 호 또는 미국 특허 제　7,318,950 호에 기술되어 있다. 바이나프틸 기를 함유하는 적합한 RM은, 예를 들어 미국 특허 제　6,818,261 호,　미국 특허 제　6,916,940 호, 미국 특허 제　7,318,950 호 및 미국 특허 제　7,223,450 호에 기술되어 있다.
상기 및 하기에 도시되는 키랄 구조 요소 및 이러한 키랄 구조 요소를 함유하는 중합성 및 중합된 화합물은 광학 활성 형태로, 즉 순수한 거울상 이성질체로서 또는 2종의 거울상 이성질체의 임의의 바람직한 혼합물로서, 또는 다르게는, 라세미체로서 사용될 수 있다. 라세미체를 사용하는 것이 바람직하다. 라세미체를 사용하는 것은 순수한 거울상 이성질체를 사용하는 것에 비해 몇몇 이점, 예를 들어 상당히 적은 합성 복잡성 및 더 낮은 재료비를 갖는다.
화학식 II*의 화합물은 바람직하게는 라세미체 형태로 상기 LC 매질 중에 존재한다.
특히 바람직한 화학식 II*의 화합물은 하기 하위화학식 II*1 내지 II*11로부터 선택된다:
상기 식에서,
L, P, Sp, m, r 및 t는 상기 제시된 의미를 갖고,
Z 및 A는, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, Z1 및 A1 각각에 대해 제시된 의미 중 하나를 갖고,
t1은, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, 0 또는 1을 나타낸다.
"탄소 기"라는 용어는, 하나 이상의 탄소 원자를 함유하는 1가 또는 다가 유기 기를 나타내며, 이는 추가의 기를 함유하지 않거나(예를 들어, -C≡C-), 또는 임의적으로 하나 이상의 추가 원자, 예를 들어 N, O, S, P, Si, Se, As, Te 또는 Ge을 함유한다(예를 들어, 카보닐 등). "탄화수소 기"라는 용어는, 추가로 하나 이상의 H 원자 및 임의적으로 하나 이상의 헤테로원자(예를 들어, N, O, S, P, Si, Se, As, Te 또는 Ge)를 함유하는 탄소 기를 나타낸다.
"할로겐"은, F, Cl, Br 또는 I를 나타낸다.
탄소 기 또는 탄화수소 기는 포화되거나 불포화된 기일 수 있다. 불포화된 기는, 예를 들어 아릴, 알켄일 또는 알킨일 기이다. 탄소수 3 초과의 탄소 또는 탄화수소 라디칼은 직쇄형, 분지형 및/또는 환형일 수 있고, 또한 파이로 연결기 또는 축합된 고리를 함유할 수 있다.
"알킬", "아릴", "헤테로아릴" 등의 용어는 또한 다가 기, 예를 들어 알킬렌, 아릴렌, 헤테로아릴렌 등을 포함한다.
"아릴"이라는 용어는, 방향족 탄소 기 또는 이로부터 유도된 기를 나타낸다. "헤테로아릴"이라는 용어는, 하나 이상의 헤테로원자를 함유하는 "아릴"(상기 정의된 바와 같음)을 나타낸다.
바람직한 탄소 기 및 탄화수소 기는, 임의적으로 치환된 탄소수 1 내지 40, 바람직하게는 1 내지 25, 특히 바람직하게는 1 내지 18의 알킬, 알켄일, 알킨일, 알콕시, 알킬카보닐, 알콕시카보닐, 알킬카보닐옥시 및 알콕시카보닐옥시; 임의적으로 치환된 탄소수 6 내지 40, 바람직하게는 6 내지 25의 아릴 또는 아릴옥시; 또는 임의적으로 치환된 탄소수 6 내지 40, 바람직하게는 6 내지 25의 알킬아릴, 아릴-알킬, 알킬아릴옥시, 아릴알킬옥시, 아릴카보닐, 아릴옥시카보닐, 아릴카보닐옥시 및 아릴옥시카보닐옥시이다.
또한, 바람직한 탄소 기 및 탄화수소 기는 C1-C40 알킬, C2-C40 알켄일, C2-C40 알킨일, C3-C40 알릴, C4-C40 알킬다이엔일, C4-C40 폴리엔일, C6-C40 아릴, C6-C40 알킬아릴, C6-C40 아릴알킬, C6-C40 알킬아릴옥시, C6-C40 아릴-알킬옥시, C2-C40 헤테로아릴, C4-C40 사이클로알킬, C4-C40 사이클로알켄일 등이다. C1-C22 알킬, C2-C22 알켄일, C2-C22 알킨일, C3-C22 알릴, C4-C22 알킬다이엔일, C6-C12 아릴, C6-C20 아릴알킬 및 C2-C20 헤테로아릴이 특히 바람직하다.
또한, 바람직한 탄소 기 및 탄화수소 기는, 비치환되거나 F, Cl, Br, I 또는 CN으로 일치환 또는 다중치환되는 탄소수 1 내지 40, 바람직하게는 1 내지 25의 직쇄형, 분지형 또는 환형 알킬 라디칼이며, 이때 하나 이상의 비-인접 CH2 기는 각각 서로 독립적으로, O 및/또는 S 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -C(Rx)=C(Rx)-, -C≡C-, -N(Rx)-, -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, 또는 -O-CO-O-로 대체될 수 있다.
Rx는 바람직하게는, H, 할로겐, 또는 탄소수 1 내지 25의 직쇄형, 분지형 또는 환형 알킬 쇄(이때 또한, 하나 이상의 비-인접 C 원자는 -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, 또는 -O-CO-O-로 대체될 수 있고, 하나 이상의 H 원자는 불소로 대체될 수 있음), 임의적으로 치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴 또는 아릴옥시 기, 또는 임의적으로 치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴 또는 헤테로아릴옥시 기를 나타낸다.
바람직한 알콕시 기는, 예를 들어 메톡시, 에톡시, 2-메톡시-에톡시, n-프로폭시, i-프로폭시, n-부톡시, i-부톡시, s-부톡시, t-부톡시, 2-메틸부톡시, n-펜톡시, n-헥속시, n-헵톡시, n-옥톡시, n-노녹시, n-데콕시, n-운데콕시, n-도데콕시 등이다.
바람직한 알킬 기는, 예를 들어 메틸, 에틸, n-프로필, 아이소프로필, n-부틸, 아이소부틸, s-부틸, t-부틸, 2-메틸부틸, n-펜틸, s-펜틸, 사이클로펜틸, n-헥실, 사이클로헥실, 2-에틸헥실, n-헵틸, 사이클로헵틸, n-옥틸, 사이클로옥틸, n-논일, n-데실, n-운데실, n-도데실, 도데칸일, 트라이플루오로메틸, 퍼플루오로-n-부틸, 2,2,2-트라이플루오로에틸, 퍼플루오로옥틸, 퍼플루오로헥실 등이다.
바람직한 알켄일 기는, 예를 들어 에텐일, 프로펜일, 부텐일, 펜텐일, 사이클로펜텐일, 헥센일, 사이클로헥센일, 헵텐일, 사이클로헵텐일, 옥텐일, 사이클로옥텐일 등이다.
바람직한 알킨일 기는, 예를 들어 에틴일, 프로핀일, 부틴일, 펜틴일, 헥신일, 옥틴일 등이다.
바람직한 알콕시 기는, 예를 들어 메톡시, 에톡시, 2-메톡시-에톡시, n-프로폭시, i-프로폭시, n-부톡시, i-부톡시, s-부톡시, t-부톡시, 2-메틸부톡시, n-펜톡시, n-헥속시, n-헵톡시, n-옥톡시, n-노녹시, n-데콕시, n-운데콕시, n-도데콕시 등이다.
바람직한 아미노 기는, 예를 들어 다이메틸아미노, 메틸아미노, 메틸페닐아미노, 페닐아미노 등이다.
아릴 및 헤테로아릴 기는 일환형 또는 다환형일 수 있으며, 즉 이들은 하나의 고리를 함유하거나(예를 들어, 페닐); 융합되거나(예를 들어, 나프틸) 공유 결합될 수 있는(예를 들어, 바이페닐) 2개 이상의 고리를 함유하거나; 융합된 고리 및 연결된 고리의 조합을 함유할 수 있다. 헤테로아릴 기는, 바람직하게는 O, N, S 및 Se로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로원자를 함유한다.
융합된 고리를 임의적으로 함유하고 임의적으로 치환되는, 탄소수 6 내지 25의 일환형, 이환형 또는 삼환형 아릴 기 및 탄소수 2 내지 25의 일환형, 이환형 또는 삼환형 헤테로아릴 기가 특히 바람직하다. 또한, 5원, 6원 또는 7원 아릴 및 헤테로아릴 기가 바람직하며, 이때 또한, 하나 이상의 CH 기는, O 원자 및/또는 S 원자가 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 N, S 또는 O로 대체될 수 있다.
바람직한 아릴 기는, 예를 들어 페닐, 바이페닐, 터페닐, 1,1':3',1''-터페닐-2'-일, 나프틸, 안트라센, 바이나프틸, 페난트렌, 파이렌, 다이하이드로파이렌, 크리센, 페릴렌, 테트라센, 펜타센, 벤조파이렌, 플루오렌, 인덴, 인데노플루오렌, 스파이로바이플루오렌 등이다.
바람직한 헤테로아릴 기는, 예를 들어 5원 고리, 예컨대 피롤, 피라졸, 이미다졸, 1,2,3-트라이아졸, 1,2,4-트라이아졸, 테트라졸, 퓨란, 티오펜, 셀레노펜, 옥사졸, 아이속사졸, 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, 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, 1,2,3,5-테트라진; 또는 축합된 기, 예컨대 인돌, 아이소인돌, 인돌리진, 인다졸, 벤즈이미다졸, 벤조트라이아졸, 퓨린, 나프트이미다졸, 페난트르이미다아졸, 피리드이미다졸, 피라진이미다졸, 퀸옥살린이미다졸, 벤즈옥사졸, 나프트옥사졸, 안트르옥사졸, 페난트르옥사절, 아이속사졸, 벤조티아졸, 벤조퓨란, 아이소벤조퓨란, 다이벤조퓨란, 퀴놀린, 아이소퀴놀린, 프테리딘, 벤조-5,6-퀴놀린, 벤조-6,7-퀴놀린, 벤조-7,8-퀴놀린, 벤조아이소퀴놀린, 아크리딘, 페노티아진, 펜옥사진, 벤조피리다진, 벤조피리미딘, 퀸옥살린, 펜아진, 나프티리딘, 아자카바졸, 벤조카볼린, 페난트리딘, 페난트롤린, 티에노-[2,3b]-티오펜, 티에노[3,2b]-티오펜, 다이티에노티오펜, 아이소벤조티오펜, 다이벤조티오펜, 벤조티아다이아조티오펜, 또는 이들 기의 조합이다. 헤테로아릴 기는 또한, 알킬, 알콕시, 티오알킬, 불소, 플루오로알킬 또는 추가의 아릴 또는 헤테로아릴 기로 치환될 수 있다.
(비-방향족) 지환형 및 헤테로환형 기는 포화된 고리(즉, 독점적으로 단일 결합을 함유하는 고리) 및 부분적으로 불포화된 고리(즉, 다중 결합도 함유할 수 있는 고리)를 둘 다 포함한다. 헤테로환형 고리는, 바람직하게는 Si, O, N, S 및 Se로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로원자를 함유한다.
(비-방향족) 지환형 및 헤테로환형 기는 일환형(즉, 단지 하나의 고리 함유; 예를 들어, 사이클로헥산) 또는 다환형(즉, 복수개의 고리 함유; 예를 들어, 데카하이드로-나프탈렌 또는 바이사이클로옥탄)일 수 있다. 포화된 기가 특히 바람직하다. 또한, 융합된 고리를 임의적으로 함유하고 임의적으로 치환된 탄소수 3 내지 25의 일환형, 이환형 또는 3환형 기가 바람직하다. 또한, 하나 이상의 C 원자가 Si로 대체되고/되거나 하나 이상의 CH 기가 N으로 대체되고/되거나 하나 이상의 비-인접 CH2 기가 -O- 및/또는 -S-로 대체될 수 있는 5원, 6원, 7원 또는 8원 탄소환형 기가 바람직하다.
바람직한 지환형 및 헤테로환형 기는, 예를 들어 5원 기, 예컨대 사이클로펜탄, 테트라하이드로퓨란, 테트라하이드로티오퓨란, 피롤리딘; 6원 기, 예컨대 사이클로헥산, 실리난, 사이클로헥센, 테트라하이드로피란, 테트라하이드로티오피란, 1,3-다이옥산, 1,3-다이티아안, 피페리딘; 7원 기, 예컨대 사이클로헵탄; 및 융합된 기, 예컨대 테트라하이드로나프탈렌, 데카하이드로나프탈렌, 인단, 바이사이클로-[1.1.1]-펜탄-1,3-다이일, 바이사이클로[2.2.2]옥탄-1,4-다이일, 스파이로[3.3]헵탄-2,6-다이일, 옥타하이드로-4,7-메타노인단-2,5-다이일이다.
바람직한 치환기는, 예를 들어 용해도-촉진 기, 예컨대 알킬 또는 알콕시; 전자-끌개 기, 예컨대 불소, 나이트로 또는 나이트릴; 또는 중합체의 유리 전이 온도(Tg)를 증가시키기 위한 치환기, 특히 벌키 기, 예를 들어, t-부틸 또는 임의적으로 치환된 아릴 기이다.
바람직한 치환기(상기 및 하기에서 "L"로도 지칭됨)는, 예를 들어 F, Cl, Br, I, -CN, -NO2, -NCO, -NCS, -OCN, -SCN, -C(=O)N(Rx)2, -C(=O)Y1, -C(=O)Rx, -N(Rx)2이고, 이때 Rx는 상기 제시된 의미를 갖고, Y1은 할로겐, 임의적으로 치환된 실릴 또는 탄소수 6 내지 40, 바람직하게는 6 내지 20의 아릴, 및 탄소수 1 내지 25의 직쇄형 또는 분지형 알킬, 알콕시, 알킬카보닐, 알콕시카보닐, 알킬카보닐옥시 또는 알콕시카보닐옥시을 나타내고, 하나 이상의 H 원자는 임의적으로 F 또는 Cl로 치환될 수 있다.
"치환된 실릴 또는 아릴"은 바람직하게는, 할로겐, -CN, R0, -OR0, -CO-R0, -CO-O-R0, -O-CO-R0 또는 -O-CO-O-R0로 치환됨을 의미하며, 이때 R0은 상기 제시된 의미를 갖는다.
특히 바람직한 치환기 L은, 예를 들어 F, Cl, CN, NO2, CH3, C2H5, OCH3, OC2H5, COCH3, COC2H5, COOCH3, COOC2H5, CF3, OCF3, OCHF2, OC2F5, 또한 페닐이다.
은 바람직하게는 또는 이고, 이때 L은 상기 제시된 의미 중 하나를 갖는다.
중합성 기 P는 중합 반응(예를 들어, 자유-라디칼 또는 이온 쇄 중합, 중부가 또는 중축합) 또는 중합체-유사 반응(중합체 주쇄 상의 부가 또는 축합)에 적합한 기이다. 쇄 중합의 경우, C=C 이중 결합 또는 -C≡C- 삼중 결합을 함유하는 기, 및 개환을 동반한 중합에 적합한 기(예를 들어, 옥세탄 또는 에폭사이드 기)가 특히 바람직하다.
바람직한 기 P는 CH2=CW1-COO-, CH2=CW1-CO-, , CH2=CW2-(O)k3-, CW1=CH-CO-(O)k3-, CW1=CH-CO-NH-, CH2=CW1-CO-NH-, CH3-CH=CH-O-, (CH2=CH)2CH-OCO-, (CH2=CH-CH2)2CH-OCO-, (CH2=CH)2CH-O-, (CH2=CH-CH2)2N-, (CH2=CH-CH2)2N-CO-, HO-CW2W3-, HS-CW2W3-, HW2N-, HO-CW2W3-NH-, CH2=CW1-CO-NH-, CH2=CH-(COO)k1-Phe-(O)k2-, CH2=CH-(CO)k1-Phe-(O)k2-, Phe-CH=CH-, HOOC-, OCN- 및 W4W5W6Si-로부터 선택되며; 이때 W1은 H, F, Cl, CN, CF3, 페닐 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬, 특히 H, F, Cl 또는 CH3이고; W2 및 W3은 각각 서로 독립적으로, H 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬, 특히 H, 메틸, 에틸 또는 n-프로필이고; W4, W5 및 W6 각각 서로 독립적으로, Cl, 탄소수 1 내지 5의 옥사알킬 또는 옥사카보닐알킬을 나타내고; W7 및 W8은 각각 서로 독립적으로, H, Cl 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬을 나타내고; Phe은, 임의적으로 하나 이상의 라디칼 L(상기 정의된 바와 같되, P-Sp-는 아님)로 치환된 1,4-페닐렌을 나타내고; k1, k2 및 k3은 각각 서로 독립적으로, 0 또는 1을 나타내고; k3은 바람직하게는 1을 나타낸다.
특히 바람직한 기 P는 CH2=CW1-COO-, 특히 CH2=CH-COO-, CH2=C(CH3)-COO- 및 CH2=CF-COO-, 또한 CH2=CH-O-, (CH2=CH)2CH-OCO-, (CH2=CH)2CH-O-, 및 이다.
매우 특히 바람직한 기 P는 비닐옥시, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 플루오로아크릴레이트, 클로로아크릴레이트, 옥세탄 및 에폭사이드, 특히 아크릴레이트 및 메타크릴레이트이다.
바람직한 스페이서 기 Sp는, 라디칼 P-Sp-가 화학식 P-Sp'-X'-에 대응하도록 화학식 Sp'-X'로부터 선택되며, 이때
Sp'는, 임의적으로 F, Cl, Br, I 또는 CN으로 일치환 또는 다중치환된 탄소수 1 내지 20, 바람직하게는 1 내지 12의 알킬렌을 나타내고, 이때 또한, 하나 이상의 비-인접 CH2 기는 각각 서로 독립적으로, O 및/또는 S 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -O-, -S-, -NH-, -NR0-, -SiR00R000-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCO-O-, -S-CO-, -CO-S-, -NR00-CO-O-, -O-CO-NR00-, -NR00-CO-NR00-, -CH=CH- 또는 -C≡C-로 대체될 수 있고,
X'는 -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO-, -O-COO-, -CO-NR00-, -NR00-CO-, -NR00-CO-NR00-, -OCH2-, -CH2O-, -SCH2-, -CH2S-, -CF2O-, -OCF2-, -CF2S-, -SCF2-, -CF2CH2-, -CH2CF2-, -CF2CF2-, -CH=N-, -N=CH-, -N=N-, -CH=CR0-, -CY2=CY3-, -C≡C-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH- 또는 단일 결합을 나타내고,
R00 및 R000은 각각 서로 독립적으로, H 또는 탄소수 1 내지 12 알킬을 나타내고,
Y2 및 Y3은 각각 서로 독립적으로, H, F, Cl 또는 CN을 나타낸다.
X'는 바람직하게는 -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO-, -O-COO-, -CO-NR0-, -NR0-CO-, -NR0-CO-NR0- 또는 단일 결합이다.
전형적인 스페이서 기 Sp'는, 예를 들어 -(CH2)p1-, -(CH2CH2O)q1-CH2CH2-, -CH2CH2-S-CH2CH2-, -CH2CH2-NH-CH2CH2- 또는 -(SiR00R000-O)p1-이고, 이때 p1은 1 내지 12의 정수이고, q1은 1 내지 3의 정수이고, R00 및 R000은 상기 제시된 의미를 갖는다.
특히 바람직한 기 -X'-Sp'-는 -(CH2)p1-, -O-(CH2)p1-, -OCO-(CH2)p1-, -OCOO-(CH2)p1-이다.
특히 바람직한 기 Sp'는, 예를 들어 각각의 경우, 직쇄형 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 펜틸렌, 헥실렌, 헵틸렌, 옥틸렌, 논일렌, 데실렌, 운데실렌, 도데실렌, 옥타데실렌, 에틸렌옥시에틸렌, 메틸렌옥시부틸렌, 에틸렌티오에틸렌, 에틸렌-N-메틸이미노에틸렌, 1-메틸알킬렌, 에텐일렌, 프로펜일렌 및 부텐일렌이다.
본 발명의 다른 바람직한 실시양태에서, P-Sp-는, 2개 이상의 중합성 기를 함유하는 라디칼(다작용성 중합성 라디칼)을 나타낸다. 이러한 유형의 적합한 라디칼 및 이를 함유하는 중합성 화합물 및 이들의 제조 방법은, 예를 들어 미국 특허 제　7,060,200 B1 호 또는 미국 특허 출원 공개 제 2006/0172090 A1 호에 기술되어 있다. 하기 화학식 M*a 내지 M*m으로부터 선택되는 다작용성 중합성 라디칼 P-Sp-가 특히 바람직하다:
상기 식에서,
알킬은 단일 결합 또는 탄소수 1 내지 12의 직쇄형 또는 분지형 알킬렌을 나타내고, 이때 하나 이상의 비-인접 CH2 기는 각각 서로 독립적으로, O 및/또는 S 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -C(R00)=C(R000)-, -C≡C-, -N(R00)-, -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, 또는 -O-CO-O-로 대체될 수 있고, 또한 하나 이상의 H 원자는 F, Cl 또는 CN으로 대체될 수 있고, R00 및 R000은 상기 제시된 의미를 갖고,
aa 및 bb는 각각 서로 독립적으로, 0, 1, 2, 3, 4, 5 또는 6을 나타내고,
X는 상기에서 X'에 대해 제시된 의미 중 하나를 갖고,
P1 내지 P5는 각각 서로 독립적으로, 상기에서 P에 대해 제시된 의미 중 하나를 갖는다.
상기 중합성 화합물 및 RM은 당업자에게 공지된 방법 및 유기 화학의 표준 작업, 예를 들어, 문헌[Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie(Methods of Organic Chemistry), Thieme-Verlag, Stuttgart]에 기술된 방법과 유사하게 제조할 수 있다. 추가의 합성 방법은 상기 및 하기에 인용된 문헌에 제시된다. 가장 간단한 경우, 상기 RM의 합성은, 탈수화제(예컨대, DCC(다이사이클로헥실카보다이이미드))의 존재 하에, P 기를 함유하는 대응 산, 산 유도체 또는 할로겐화된 화합물(예컨대, (메트)아크릴오일 클로라이드 또는 (메트)아크릴산)을 이용하는 2,6-다이하이드록시나프탈렌 또는 4,4'-다이하이드록시바이페닐의 에스터화 또는 에터화에 의해 수행된다.
본 발명에 따른 LC 혼합물 및 LC 매질은 원칙적으로는 임의의 유형의 PS 또는 PSA 디스플레이, 특히 음의 유전 이방성을 갖는 LC 매질에 기초한 디스플레이, 특히 바람직하게는 PSA-VA, PSA-IPS 또는 PS-FFS 디스플레이에 적합하다. 그러나, 당업자는, 발명성이 있는 단계 없이도, 그 기본 구조를 통해 또는 사용되는 요소들(예컨대, 기판, 정렬 층, 전극, 어드레싱 소자, 백라이트, 편광기, 착색된 필터, 임의적으로 존재하는 보상 필름 등)의 개별적인 성질, 배열 또는 구조를 통해, 본 발명에 따른 LC 혼합물 및 LC 매질을 상기 언급된 디스플레이와 다른 유형의 PS 또는 PSA 디스플레이에 사용할 수 있을 것이다. 예컨대, 본 발명에 따른 LC 매질은 VA, PSA, PS-VA, PALC, FFS, PS-FFS, IPS 및 PS-IPS 디스플레이로부터 선택되는 전기-광학 디스플레이에 사용될 수 있다.
매우 특히 적합한 중합성 화합물은 하기 표 D에 제시된다.
본 발명에 따른 액정 매질이 하나 이상의 중합성 화합물을 포함하는 경우, 이는 매질 중에 0.1 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.2 내지 4.0 중량%, 특히 바람직하게는 0.2 내지 2.0 중량%의 양으로 존재한다.
또한, 본 발명에 따른 혼합물은 통상적인 첨가제, 예를 들어 안정화제, 산화방지제, UV 흡수제, 나노입자, 마이크로입자 등을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 LC 혼합물에 적합하고 바람직한 첨가제는 하기 표 C에 제시된다.
본 발명에 따른 액정 디스플레이의 구조는, 예를 들어 유럽 특허 제 A　0　240　379 호에 기술된 바와 같은 일반적인 기하구조에 대응한다.
하기 실시예는 본 발명을 제한하지 않으면서 본 발명을 설명하기 위한 것이다. 상기 및 하기에서 %는 중량%를 나타내고, 모든 온도는 섭씨로 제시된다.
본원 전반에 걸쳐, 1,4-사이클로헥실렌 고리 및 1,4-페닐렌 고리는 다음과 같이 도시된다:
또는
또는 .
하나 이상의 화학식 I의 화합물, 화학식 IIA 및/또는 IIB 및/또는 IIC의 화합물에 더하여, 본 발명에 따른 혼합물은 바람직하게는 하기 표 A에 제시되는 화합물을 하나 이상 포함한다.
하기 약어가 사용된다(n, m, m', z는 각각 서로 독립적으로, 1, 2, 3, 4, 5 또는 6이고; (O)CmH2m+1은 OCmH2m+1 또는 CmH2m+1을 의미함).
[표 A]
본 발명에 따라 사용될 수 있는 액정 혼합물은, 그 자체로 통상적인 방식으로 제조된다. 일반적으로, 유리하게는 승온에서, 더 적은 양으로 사용되는 성분이, 주요 구성물을 구성하는 성분에 용해된다. 또한, 유기 용매(아세톤, 클로로폼 또는 메탄올) 중의 성분의 용액들을 혼합하고, 예를 들어 완전한 혼합 후 증류에 의해 용매를 다시 제거하는 것도 가능하다.
적합한 첨가제를 이용하여, 본 발명에 따른 액정 상은 임의의 유형의 디스플레이, 예컨대 지금까지 개시된 ECB, VAN, IPS, GH 또는 ASM-VA LCD 디스플레이에 사용될 수 있는 방식으로 개질될 수 있다.
상기 유전체는 또한, 당업자에게 공지되고 문헌에 기술된 추가의 첨가제, 예를 들어, UV 흡수제, 산화방지제, 나노입자 및 자유-라디칼 소거제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 0 내지 15%의 다색성 염료, 안정화제 또는 키랄 도판트를 가할 수 있다. 본 발명에 따른 혼합물에 적합한 안정화제는 특히 하기 표 2에 제시된다.
예를 들어, 0 내지 15%의 다색성 염료를 가하고, 또한 전도도를 개선하기 위해 전도성 염, 바람직하게는 에틸다이메틸도데실암모늄 4-헥속시벤조에이트, 테트라부틸암모늄 테트라페닐보라네이트 또는 크라운 에터의 착체 염(예를 들어, 문헌[Haller et al., Mol. Cryst. Liq. Cryst., Volume 24, pages　249-258 (1973)] 참조)을 가하거나, 유전 이방성, 점도 및/또는 네마틱 상의 정렬을 개질하기 위해 물질을 가할 수 있다. 이러한 유형의 물질은, 예를 들어 독일 특허 제 A　22　09　127 호, 제 22　40　864 호, 제 23　21　632 호, 제 23　38　281 호, 제 24　50　088 호, 제 26　37　430 호, 및 제 28　53　728 호에 기술되어 있다.
하기 표 B는, 본 발명에 따른 혼합물에 첨가될 수 있는 가능한 도판트를 제시한다. 상기 혼합물이 도판트를 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 혼합물의 총량을 기준으로 상기 혼합물에 10 중량% 이하, 바람직하게는 0.01 내지 6 중량%, 특히 0.1 내지 3 중량%의 양으로 첨가될 수 있는 안정화제가 하기 표 C에 제시된다. 바람직한 안정화제는 특히 BHT 유도체, 예를 들어 2,6-다이-3급-부틸-4-알킬페놀, 및 티누빈(Tinuvin) 770이다.
[표 C]
본 발명에 따른 혼합물, 바람직하게는 PSA, PS-VA, PS-IPS 및 PS-FFS 제품에 사용하기 적합한 중합성 화합물(반응성 메소젠)을 하기 표 D에 제시한다.
하기 표 D는, 바람직하게는 본 발명에 따라 LC 매질, 바람직하게는 PS-VA, PSA, PS-IPS 또는 PS-FFS 제품에 중합성 화합물(반응성 메소젠성 화합물)로서 사용될 수 있는 예시적인 화합물을 제시한다.
[표 D]
본 발명에 따른 LC 매질이 하나 이상의 메소젠성 화합물을 함유하는 경우, 이러한 메소젠성 화합물은 바람직하게는 표 D에 제시된 화합물로부터 선택된다.
[실시예]
하기 실시예는 본 발명을 제한하지 않고 설명하기 위한 것이다. 실시예에서, m.p.는 융점을 나타내고, C는 액정 성분의 등명점(℃)을 나타내고, 비점은 b.p.로 제시된다. 또한, C는 결정질 고체 상태를 나타내고, S는 스멕틱 상을 나타내고(지수는 상 유형을 나타냄), N은 네마틱 상태를 나타내고, Ch는 콜레스테릭 상을 나타내고, I는 아이소트로픽 상을 나타내고, Tg는 유리 전이 온도를 나타낸다. 2개의 기호 사이의 숫자는 전환 온도(℃)를 나타낸다. 화학식 I의 화합물의 광학 이방성(Δn)을 결정하는데 사용되는 호스트 혼합물은 혼합물 ZLI-4792(메르크 카게아아(Merck KGaA))이다. 유전 이방성 Δε은 상업적 혼합물 ZLI-2857을 이용하여 결정된다. 조사할 화합물의 물리적 데이터는, 조사할 화합물을 가하고 사용되는 화합물의 100%로 외삽한 후의 유전 상수의 변화로부터 수득된다. 일반적으로, 용해도에 따라, 조사할 화합물의 10%를 호스트 혼합물에 용해시킨다.
달리 지시되지 않는 한, 부 또는 %부 데이터는 중량부 또는 중량%를 나타낸다.
상기 및 하기에서,
V0은 20℃에서의 용량성 문턱 전압[V]을 나타낸다.
Δn은 20℃ 및 589 nm에서의 광학 이방성을 나타낸다.
Δε은 20℃ 및 1 kHz에서의 유전 이방성을 나타낸다.
cp., T(N,I)는 등명점[℃]을 나타낸다.
K1은 20℃에서의 탄성 상수, "펼침(splay)" 변형률[pN]을 나타내다.
K3은 20℃에서의 탄성 상수, "벤드" 변형률[pN]을 나타낸다.
γ1은 20℃에서의 회전 점도[mPa.s]를 나타낸다.
LTS는 시험 셀 내에서 측정된 저온 안정성(네마틱 상)을 나타낸다.
문턱 전압의 측정에 사용된 디스플레이는 20 ㎛ 분리된 2개의 평면-평행 외부 플레이트, 및 액정의 수직 정렬을 수행하는, 상기 외부 플레이트의 내부 상에 SE-1211(닛산 케미칼스(Nissan Chemicals))의 상도(overlying) 정렬 층을 갖는 전극 층을 가진다.
본원에서의 모든 농도는 달리 명시적으로 기재되지 않는 한 상응하는 혼합물 또는 혼합물 성분에 관한 것이다. 모든 물리적 성질은 달리 명시적으로 기재되지 않는 한 문헌["Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", status November 1997, Merck KGaA, Germany]에 기재된 바와 같이 측정되며 20℃의 온도에서 적용된다.
용량성 문턱 전압의 측정에 사용되는 디스플레이는, 각각 내부에 전극 층 및 상부에 비-러빙된 폴리이미드 정렬 층을 갖고 액정 분자의 호메오트로픽 에지 정렬을 수행하는 20 μm 떨어진 2개의 평면-평행 유리 외측 플레이트로 이루어진다.
틸트 각 측정에 사용되는 디스플레이 또는 시험 셀은, 각각 내부에 전극 층 및 상부에 폴리이미드 정렬 층을 갖고 2개의 폴리이미드 층이 서로 역평행하게 러빙되어 액정 분자의 호메오트로픽 에지 정렬을 수행하는 4 μm 떨어진 2개의 평면-평행 유리 외측 플레이트로 이루어진다.
상기 중합성 화합물은, 디스플레이에 전압을 동시에 인가하면서(일반적으로, 10 V 내지 30 V 교류, 1 kHz), 사전결정된 시간 동안 한정된 강도의 UVA 광(예컨대, 365 nm에서)으로 조사시 디스플레이 또는 시험 셀 내에서 중합된다. 이러한 예에서, 달리 지시되지 않는 한, 금속 할라이드 램프 및 100 mW/cm2의 강도가 중합에 사용된다. 이러한 강도는 표준 UVA 측정계(UVA 센서를 갖는 횐레(Hoenle) UV-측정기 하이 엔드(high end))를 사용하여 측정된다.
혼합물 실시예
실시예 M1
실시예 M2
실시예 M3
실시예 M4
실시예 M5
실시예 M6
실시예 M7
실시예 M8
실시예 M9
실시예 M10
실시예 M11
실시예 M12
실시예 M13
실시예 M14
실시예 M15
실시예 M16
실시예 M17
실시예 M18
실시예 M19
실시예 M20
실시예 M21
실시예 M22
실시예 M23
실시예 M24
실시예 M25
실시예 M26
실시예 M27
실시예 M28
실시예 M29
실시예 M30
실시예 M31
실시예 M32
실시예 M33
실시예 M34
실시예 M35
실시예 M36
실시예 M37
실시예 M38
PS-FFS 혼합물 또는 PS-IPS 혼합물을 제조하는 경우, 하기 구조식의 중합성 화합물 0.25%를 실시예 M37에 따른 혼합물 99.75%에 가한다.
실시예 M39
PS-FFS 혼합물 또는 PS-IPS 혼합물을 제조하는 경우, 하기 구조식의 중합성 화합물 0.25%를 실시예 M37에 따른 혼합물 99.75%에 가한다.
실시예 M40
PS-FFS 혼합물 또는 PS-IPS 혼합물을 제조하는 경우, 하기 구조식의 중합성 화합물 0.4%를 실시예 M37에 따른 혼합물 99.75%에 가하여, M37 혼합물의 전압 보유율을 상당히 증가시킨다(UV 노출 후 VHR이 90% 초과).
실시예 M41
실시예 M42
실시예 M43
실시예 M44
PS-VA 혼합물을 제조하는 경우, 하기 구조식의 중합성 화합물 0.2%를 실시예 M6에 따른 혼합물 99.8%에 가한다.
이러한 PS-VA 혼합물을, 호메오트로픽 정렬을 갖는 셀에 도입한다. 24 V의 전압을 인가한 후, 이 셀을 100 mW/cm2 파워의 UV 광으로 조사한다.
실시예 M45
PS-VA 혼합물을 제조하는 경우, 하기 구조식의 중합성 화합물 0.2%를 실시예 M6에 따른 혼합물 99.8%에 가한다.
이러한 PS-VA 혼합물을, 호메오트로픽 정렬을 갖는 셀에 도입한다. 24 V의 전압을 인가한 후, 이 셀을 100 mW/cm2 파워의 UV 광으로 조사한다.
실시예 M46
PS-VA 혼합물을 제조하는 경우, 하기 구조식의 중합성 화합물 0.2%를 실시예 M6에 따른 혼합물 99.8%에 가한다.
이러한 PS-VA 혼합물을, 호메오트로픽 정렬을 갖는 셀에 도입한다. 24 V의 전압을 인가한 후, 이 셀을 100 mW/cm2 파워의 UV 광으로 조사한다.
실시예 M47
실시예 M48
PS-VA 혼합물을 제조하는 경우, 하기 구조식의 중합성 화합물 0.45%를 실시예 M45의 혼합물 99.55%에 가한다.
이러한 PS-VA 혼합물을, 호메오트로픽 정렬을 갖는 셀에 도입한다. 24 V의 전압을 인가한 후, 이 셀을 100 mW/cm2 파워의 UV 광으로 조사한다.
실시예 M49
실시예 M50
실시예 M51
실시예 M52
*
실시예 M53
실시예 M54
실시예 M55
실시예 M56(a) 내지 M56(e)
PS-VA 혼합물을 제조하는 경우, 하기 화학식 a), b), c), d) 또는 e)의 중합성 화합물 0.45%를 실시예 M55에 따른 혼합물 99.55%에 가한다.
실시예 M57
실시예 M58
안정화를 위해, 하기 구조식의 화합물 0.02%를 실시예 M57에 따른 VA 혼합물에 가한다.
실시예 M59
실시예 M60
안정화를 위해, 하기 구조식의 화합물 0.025%를 실시예 M59에 따른 FFS 혼합물에 가한다.
실시예 M61
실시예 M62
실시예 M63
안정화를 위해, 하기 구조식의 화합물 0.01%를 실시예 M62에 따른 VA 혼합물에 가한다.
실시예 M64
실시예 M65
PS-VA 혼합물을 제조하는 경우, 바스프(BASF)의 이르가녹스-1076 0.01% 및 하기 구조식의 중합성 화합물 0.3%를 실시예 M64에 따른 VA 혼합물에 가한다.
실시예 M66
실시예 M67
안정화를 위해, 하기 구조식의 화합물 0.01%를 실시예 M66에 따른 VA 혼합물에 가한다.
실시예 M68
실시예 M69
안정화를 위해, 하기 구조식의 화합물 0.01%를 실시예 M68에 따른 VA 혼합물에 가한다.
실시예 M70
실시예 M71
PS-VA 혼합물을 제조하는 경우, 하기 구조식의 중합성 화합물 0.4%를 실시예 M70에 따른 VA 혼합물에 가한다.
실시예 M72
PS-VA 혼합물을 제조하는 경우, 하기 구조식의 중합성 화합물 0.35%를 실시예 M70에 따른 VA 혼합물에 가한다.
실시예 M73
실시예 M74
실시예 M75
실시예 M76
실시예 M77
안정화를 위해, 하기 구조식의 화합물 0.01%를 실시예 M71에 따른 VA 혼합물에 가한다.

Claims (30)

  1. 하기 화학식 I의 화합물 하나 이상, 하기 화학식 CC-n-mV1의 화합물 하나 이상, 액정 매질의 총 중량을 기준으로 28 중량% 이상의 하기 화학식 CC-3-V의 화합물, 및 하기 화학식 CC-3-V1의 화합물을 포함하는 액정 매질로서,
    단, 상기 매질이 클로로 화합물, 피란 고리를 함유하는 화합물, 및 기를 함유하는 화합물을 포함하지 않는, 액정 매질:

    [상기 식에서,
    R1 및 R1*는 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 15의 알킬 또는 알콕시 라디칼을 나타내고, 이때 또한, 이들 라디칼에서 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 있고, 또한 하나 이상의 H 원자는 Cl을 제외한 할로겐으로 대체될 수 있고,
    Z1은 단일 결합, -CH2CH2-, -CH=CH-, -CH2O-, -OCH2-, -CF2O-, -OCF2-, -COO-, -OCO-, -C2F4-, -CF=CF-, 또는 -CH=CHCHO-를 나타내고,
    L1 및 L2는 각각 서로 독립적으로, F, CF3 또는 CHF2를 나타낸다.]

    [상기 식에서,
    n 및 m은 각각 서로 독립적으로, 1, 2, 3, 4, 5 또는 6을 나타낸다.]
    CC-3-V
    [상기 식에서, n은 3을 나타낸다.]
    CC-3-V1
    [상기 식에서, n은 3을 나타낸다.]
  2. 제 1 항에 있어서,
    화학식 I의 화합물을 2종 이상 포함하는, 액정 매질.
  3. 제 1 항에 있어서,
    화학식 I의 화합물을 3종 이상 포함하는, 액정 매질.
  4. 제 1 항에 있어서,
    L1 및 L2가 각각 불소를 나타내는, 액정 매질.
  5. 제 1 항에 있어서,
    Z1이 단일 결합을 나타내는, 액정 매질.
  6. 제 1 항에 있어서,
    하기 화학식 I-1 내지 I-116의 화합물 하나 이상을 포함하는, 액정 매질:













    상기 식에서, L1 및 L2는 제 1 항에 제시된 의미를 갖는다.
  7. 제 6 항에 있어서,
    화학식 I-1, I-3, I-7, I-13, I-15, I-19, I-25 및 I-26의 화합물 중 하나 이상을 포함하는, 액정 매질.
  8. 제 6 항에 있어서,
    화학식 I-1, I-3, I-7, I-13, I-15, I-19, I-25 및 I-26의 화합물의 군으로부터 선택되는 2종 이상의 화합물을 포함하는, 액정 매질.
  9. 제 1 항에 있어서,
    액정 매질 중 하나 이상의 화학식 I의 화합물의 비율이 5 내지 65 중량%인, 액정 매질.
  10. 제 1 항에 있어서,
    하기 화학식 IIA, IIB 및 IIC의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는, 액정 매질:

    상기 식에서,
    R2A, R2B 및 R2C는 각각 서로 독립적으로, H; 또는 비치환되거나 CN 또는 CF3으로 일치환되거나 Cl을 제외한 할로겐으로 적어도 일치환된 탄소수 15 이하의 알킬 라디칼을 나타내고, 이때 또한, 이들 라디칼에서 하나 이상의 CH2 기는, O 원자들이 서로 직접 연결되지 않도록 하는 방식으로 -O-, -S-, , -C≡C-, -CF2O-, -OCF2-, -CO-O- 또는 -O-CO-로 대체될 수 있고,
    L1 내지 L4는 각각 서로 독립적으로, F를 나타내고,
    Z2 및 Z2'는 각각 서로 독립적으로, 단일 결합, -CH2CH2-, -CH=CH-, -CF2O-, -OCF2-, -CH2O-, -OCH2-, -COO-, -OCO-, -C2F4-, -CF=CF-, 또는 -CH=CHCH2O-를 나타내고,
    p는 1 또는 2를 나타내고,
    q는 1 또는 2를 나타내고,
    v는 1 내지 6을 나타낸다.
  11. 제 1 항에 있어서,
    하기 화학식 III의 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는, 액정 매질:

    상기 식에서,
    R31 및 R32는 각각 서로 독립적으로, 탄소수 12 이하의 직쇄형 알킬, 알콕시알킬 또는 알콕시 라디칼을 나타내고,
    는 를 나타내고,
    Z3은 단일 결합, -CH2CH2-, -CH=CH-, -CF2O-, -OCF2-, -CH2O-, -OCH2-, -COO-, -OCO-, -C2F4-, -C4H8-, 또는 -CF=CF-를 나타낸다.
  12. 제 1 항에 있어서,
    하기 화학식 L-1, L-4, L-7, L-10 및 L-11의 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는, 액정 매질:


    상기 식에서,
    R, R1 및 R2는 각각 서로 독립적으로, H; 또는 비치환되거나 CN 또는 CF3으로 일치환되거나 Cl을 제외한 할로겐으로 적어도 일치환된 탄소수 15 이하의 알킬 라디칼을 나타내고, 이때 또한, 이들 라디칼에서 하나 이상의 CH2 기는, O 원자들이 서로 직접 연결되지 않도록 하는 방식으로 -O-, -S-, , -C≡C-, -CF2O-, -OCF2-, -OC-O- 또는 -O-CO-로 대체될 수 있고,
    알킬은 탄소수 1 내지 6의 알킬 라디칼을 나타내고,
    s는 1 또는 2를 나타낸다.
  13. 제 1 항에 있어서,
    하기 화학식 T-1 내지 T-21의 터페닐 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는, 액정 매질:




    상기 식에서,
    R은 탄소수 1 내지 7의 직쇄형 알킬 또는 알콕시 라디칼을 나타내고,
    m은 1 내지 6을 나타낸다.
  14. 제 1 항에 있어서,
    하기 화학식 O-1 내지 O-17의 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는, 액정 매질:


    상기 식에서,
    R1 및 R2는 각각 서로 독립적으로, H; 또는 비치환되거나 CN 또는 CF3으로 일치환되거나 Cl을 제외한 할로겐으로 적어도 일치환된 탄소수 15 이하의 알킬 라디칼을 나타내고, 이때 또한, 이들 라디칼에서 하나 이상의 CH2 기는, O 원자들이 서로 직접 연결되지 않도록 하는 방식으로 -O-, -S-, , -C≡C-, -CF2O-, -OCF2-, -OC-O- 또는 -O-CO-로 대체될 수 있다.
  15. 제 1 항에 있어서,
    하기 화학식 In의 인단 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는, 액정 매질:

    상기 식에서,
    R11, R12 및 R13은 탄소수 1 내지 5의 직쇄형 알킬, 알콕시, 알콕시알킬 또는 알켄일 라디칼을 나타내고,
    R12 및 R13은 추가적으로 또한 Cl을 제외한 할로겐을 나타내고,
    는
    를 나타내고,
    i는 0, 1 또는 2를 나타낸다.
  16. 제 1 항에 있어서,
    하기 화학식 P4의 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는, 액정 매질:

    상기 식에서, R1은 제 1 항에서 화학식 I에 대해 제시된 의미를 갖는다.
  17. 제 1 항에 있어서,
    안정화제, 산화방지제, UV 흡수제, 나노입자, 마이크로입자, 중합성 화합물, 도판트 및 자유-라디칼 개시제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 첨가제를 추가로 포함하는, 액정 매질.
  18. 제 17 항에 있어서,
    도판트가 하기 화합물들로 이루어진 군에서 선택되는, 액정 매질:


    .
  19. 제 17 항에 있어서,
    도판트가, 매질의 총 중량을 기준으로 0.01 내지 4 중량%의 양으로 포함되는, 액정 매질.
  20. 제 17 항에 있어서,
    안정화제가 하기 화합물들로 이루어진 군에서 선택되는, 액정 매질:




    .
  21. 제 17 항에 있어서,
    안정화제가, 매질의 총 중량을 기준으로 10 중량% 이하의 양으로 포함되는, 액정 매질.
  22. 제 17 항에 있어서,
    안정화제가 2,6-다이-3급-부틸-4-알킬페놀, 또는 티누빈(Tinuvin) 770인, 액정 매질.
  23. 제 17 항에 있어서,
    중합성 화합물이 하기 반응성 메소젠 화합물들로 이루어진 군에서 선택되는, 액정 매질:










    .
  24. 제 17 항에 있어서,
    중합성 화합물이, 매질의 총 중량을 기준으로 0.12 내지 5 중량%의 양으로 포함되는, 액정 매질.
  25. 제 1 항에 있어서,
    화학식 I의 화합물이 하기 화학식 PY-3-O2 화합물인, 액정 매질:
    PY-3-O2
    [상기 식에서, n은 3을 나타내고, m은 2를 나타낸다.]
  26. 제 1 항에 있어서,
    액정 매질이 하기 화학식 B-1 내지 B-3의 바이페닐로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 추가로 포함하는, 액정 매질:

    [상기 식에서,
    알킬 및 알킬*는 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 6의 직쇄형 알킬 라디칼을 나타내고,
    알켄일 및 알켄일*는 각각 서로 독립적으로, 탄소수 2 내지 6의 직쇄형 알켄일 라디칼을 나타낸다.]
  27. 제 1 항에 있어서,
    액정 매질이 하기 화학식 B-1a, B-2a, B-2b 및 B-2c의 바이페닐로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 추가로 포함하는, 액정 매질:


    [상기 식에서, 알킬*는 탄소수 1 내지 6의 알킬 라디칼을 나타낸다.]
  28. 하나 이상의 화학식 I의 화합물, 하나 이상의 화학식 CC-n-mV1의 화합물, 화학식 CC-3-V의 화합물 및 화학식 CC-3-V1의 화합물을 하나 이상의 추가의 액정 화합물과 혼합하는 단계를 포함하는, 제 1 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질의 제조 방법.
  29. 제 1 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질을 유전체로서 함유하는, 능동-매트릭스 어드레싱을 갖는 전기-광학 디스플레이.
  30. 제 29 항에 있어서,
    VA, PSA, PS-VA, PALC, FFS, PS-FFS, IPS 또는 PS-IPS 디스플레이인, 전기-광학 디스플레이.
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