KR20000077125A

KR20000077125A - 액정 매질

Info

Publication number: KR20000077125A
Application number: KR1020000023452A
Authority: KR
Inventors: 다루미가즈아키; 브레머마티아스; 슐러브리지트
Original assignee: 플레믹 크리스티안; 메르크 파텐트 게엠베하
Priority date: 1999-05-03
Filing date: 2000-05-02
Publication date: 2000-12-26
Also published as: DE10020060A1; JP2001003050A; US6436491B1; TW526256B

Abstract

본 발명은 하나이상의 하기 화학식 1의 화합물 및 동시에 하나이상의 하기 화학식 2의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 양성 유전 이방성을 갖는 극성 화합물들의 혼합물을 기본으로하는 액정 매질에 관한 것이다:

상기식에서,

R 및 R'는 각각 독립적으로 H 또는 탄소수 1 내지 15를 갖는 알킬 또는 알콕시 라디칼이고

Y는 F, OCF₃또는 OCHF₂이고,

L은 H 또는 F이다.

Description

액정 매질{LIQUID-CRYSTALLINE MEDIUM}

본 발명은 액정 매질, 전기 광학 목적을 위한 그의 용도 및 상기 매질을 함유하는 디스플레이에 관한 것이다.

액정물질은 인가된 전압에 의해 광학적 특성이 변화될 수 있기 때문에 특히 디스플레이 소자의 유전체로 사용된다. 액정을 기본으로하는 전기 광학 소자는 당해 기술의 숙련자에게 극히 잘 공지되어 있고, 이러한 소자는 다양한 효과에 기초한다. 이러한 소자의 실례는 동적 산란을 갖는 셀, DAP(정렬상의 변형) 셀, 게스트(guest)/호스트(host) 셀, TN(비틀린 네마틱) 셀, STN(대단히 비틀린 네마틱) 셀, SBE(초복굴절 효과) 셀 및 OMI(광학모드 간섭) 셀이다. 가장 보편적인 디스플레이 소자는 샤트-헬프리히(Schadt-Helfrich) 효과를 기본으로하고, 비틀린 네마틱 구조를 갖는다.

액정 물질은 양호한 화학적 및 열적 안정성을 갖고, 전기장 및 전자기선에 대해 양호한 안정성을 가져야 한다. 더욱이, 액정물질은 낮은 점도를 갖고, 셀에서 짧은 어드레싱 시간, 낮은 임계 전압 및 높은 콘트라스트를 제공해야 한다.

더욱이, 그들은 통상적인 작동온도, 즉 실온 전후에서 가능한한 가장 광범위한 온도 범위에서 상기 언급된 셀에 대해 적합한 메조상(예, 네마틱 또는 콜레스테릭 메조상)을 가져야 한다. 액정은 일반적으로 다수 성분들의 혼합물로서 사용되기 때문에 이들 성분은 서로 쉽게 혼화되는 것이 중요하다. 또한, 전기 전도성, 유전 이방성 및 광학 이방성과 같은 특성은 셀의 형태 및 적용면에 따르는 다양한 요구조건을 충족시켜야 한다. 예를 들면, 비틀린 네마틱 구조를 갖는 셀용 물질은 양성 유전 이방성 및 낮은 전기 전도성을 가져야 한다.

예를 들면, 개별 화소를 스위칭하기 위해 집적된 비선형 소자를 갖는 매트릭스 액정 디스플레이(MLC 디스플레이)에 대해서 바람직한 매질은 높은 양성 유전 이방성, 광역 네마틱 상, 비교적 낮은 복굴절, 매우 높은 비저항, 양호한 UV 안정성, 양호한 온도 안정성 및 낮은 증기압을 갖는 것이다.

상기 유형의 매트릭스 액정 디스플레이가 공지되어 있다. 개별 화소를 개별적으로 스위칭하는데 사용될 수 있는 비선형 소자의 실례는 능동소자(즉, 트랜지스터)이다. 이때 이를 "능동 매트릭스"라 지칭하고, 2가지 유형으로 구분할 수 있다:

1. 기판으로서 규소 웨이퍼상의 MOS(산화금속 반도체) 또는 다른 다이오드.

2. 기판으로서 유리판상의 박막 트랜지스터(TFT).

다양한 부분-디스플레이의 모듈 조립체 조차도 접합부에서 문제를 야기하기 때문에 단결정성 규소를 기판물질로 사용하는 것은 디스플레이 크기를 한정한다.

보다 유망한 유형 2의 경우(바람직함)에, 사용되는 전기 광학 효과는 보통 TN 효과이다. 2개의 기술로 구별된다: 예를 들어, 화합물 반도체(예, CdSe)를 포함하는 TFT와 다결정성 또는 무정형 규소를 기본으로하는 TFT. 후자의 기술에 대한 연구노력이 세계적으로 심도있게 진행되고 있다.

TFT 매트릭스는 디스플레이의 한 유리판의 내부에 적용되는 반면, 다른 유리판은 내부에 투명한 반대전극을 갖는다. 화소 전극의 크기에 비해 TFT는 매우 작고, 실제로 영상 간섭 효과가 거의 존재하지 않는다. 이 기술은 또한 완전한 색상 호환성 디스플레이에 확장시킬 수 있고, 이때 적색, 녹색 및 청색 필터의 모자이크는 각각의 필터 소자가 스위치가능한 화소과 반대로 위치되는 방식으로 배열된다.

TFT 디스플레이는 보통 투과시 교차되는 편광자를 갖는 TN 셀로서 작동하고, 후면으로부터 조사된다.

본원에서 MLC 디스플레이란 용어는 집적된 비선형 소자를 함유하는 임의의 매트릭스 디스플레이, 즉 능동 매트릭스이외에 배리스터(varistor) 또는 다이오드(MIM= 금속-절연체-금속)와 같은 수동소자를 함유하는 디스플레이를 포함한다.

상기 유형의 MLC 디스플레이는 특히 TV 응용물(예, 휴대용 TV) 또는 컴퓨터 응용물(랩톱) 및 자동차 또는 항공기 구조물에 대한 고-정보 디스플레이에 적합하다. 콘트라스트의 각도 의존성 및 응답 시간에 대한 문제와 함께, 액정 혼합물의 부적절하게 높은 비저항으로 인한 문제들이 MLC 디스플레이에서 야기된다: 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; STROMER, M., Proc. Eurodisplay 84, Sept. 1984: Design of Thin Film Transistors for Matrix Addressing of Television Liquid Crystal Displays, p. 145ff, Paris] 참조. 저항이 감소함에 따라, MLC 디스플레의 콘트라스트가 나빠지고, 잔상 제거의 문제점이 발생할 수 있다. 액정 혼합물의 비저항은 일반적으로 디스플레이의 내면과의 상호작용에 기인하여 MLC 디스플레이의 수명을 감소시키기 때문에 허용가능한 사용 내구연한을 얻기 위해서는 높은 (초기) 저항이 매우 중요하다. 특히, 낮은 전압 혼합물의 경우에 지금까지는 매우 높은 비저항을 얻는 것이 불가능했다. 더욱이, 온도의 증가 및 가열 및/또는 UV 선에 대한 노출후에 비저항이 가능한한 적게 증가하는 것이 중요하다. 선행기술에서 특히 혼합물의 저온특성이 또한 단점이었다. 결정화 및/또는 스멕틱상이 저온에서도 발생하지 않고, 점도의 온도 의존성은 가능하면 낮은 것이 요구된다. 따라서 선행기술의 MLC 디스플레이는 현재의 요구조건을 충족시키지 못한다.

따라서, 상기와 같은 단점을 갖지 않거나 또는 단지 적게 갖고, 저온에서 조차도 매우 높은 비저항과 동시에 광역 작동 온도범위, 짧은 응답 시간 및 낮은 임계 전압을 갖는 MLC 디스플레이가 계속해서 대단히 요구되고 있다.

TN(샤트-헬프리히) 셀에 있어서, 매질은 상기 셀중에서 하기의 잇점을 촉진시키는 것이 바람직하다:

- 광역 네마틱상 범위(특히 저온으로 하강),

- 극히 저온에서 스위치가능성(옥외 용도, 자동차, 항공전자공학),

- 자외선에 대한 노출시 증가된 안정성(오랜 내구연한)

선행기술로부터 이용가능한 매질은 다른 변수를 동시에 보유하면서 이들 장점을 얻는 것이 불가능하다.

대단히 비틀린 셀(STN)에 대해서, 큰 다중 복합성 및/또는 보다 낮은 한계전압 및/또는 광역 네마틱 상 범위(특히 저온에서)가 가능한 매질이 바람직하다. 이 목적을 위해 이용가능한 변수(등명점, 스멕틱-네마틱 전환 또는 융점, 점도, 유전 변수, 탄성 변수)범위의 확장이 긴급하게 바람직하다.

본 발명은 상기 언급한 단점을 갖지 않거나 또는 단지 적게 갖고, 동시에 매우 높은 비저항값 및 낮은 임계 전압을 갖는 매질, 특히 상기 유형의 MLC, TN 또는 STN 디스플레이용 매질을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 매질이 디스플레이에 사용될 때 상기 목적이 얻어질 수 있는 것으로 밝혀졌다.

따라서 본 발명은 하나이상의 하기 화학식 1의 화합물 및 동시에 하나이상의 하기 화학식 2의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 양성 유전 이방성을 갖는 극성 화합물의 혼합물을 기본으로 하는 액정 매질에 관한 것이다:

화학식 1

화학식 2

상기식에서,

Y는 F, OCF₃또는 OCHF₂이고,

L은 H 또는 F이다.

화학식 1 및 화학식 2의 화합물은 광범위한 적용범위를 갖는다. 치환체의 선택에 따라, 이들 화합물은 액정 매질을 주로 구성하는 기본 물질로서 작용할 수 있다; 그러나, 화학식 1 및 화학식 2의 화합물을 또한 예를 들어 상기 유형 유전체의 유전 이방성 및/또는 특히 광학적 이방성을 개질하기 위해 및/또는 그의 한계전압 및/또는 그의 점도를 개질시키기 위해 다른 화합물 부류의 액정 기본 물질에 가할 수 있다.

순수한 상태에서, 화학식 1 및 화학식 2의 화합물은 무색이고, 전기 광학 용도를 위해 유리하게 위치된 온도범위에서 액정 메조상을 형성한다. 그들은 화학적, 열적 및 빛에 안정하다.

화학식 1의 화합물은 독일 특허 제 195 15 504 A1호에 이미 개시되어 있다.

화학식 2의 화합물은 예컨대 독일 특허 제 195 28 301 A1 호 및 195 28 085 A1 호에 이미 개시되어 있다.

화학식 1 및 화학식 2의 화합물을 포함하는 본 발명에 따르는 매질에서, Y는 바람직하게 F 또는 OCF₃, 특히 F이다.

R 및/또는 R'이 알킬 라디칼 및/또는 알콕시 라디칼이면, 이는 직쇄이거나 분지될 수 있다. 바람직하게 직쇄는 탄소수 2, 3, 4, 5, 6 또는 7을 갖고, 따라서 바람직하게 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 에톡시, 프로폭시, 부톡시, 펜톡시, 헥속시 또는 헵톡시이고, 더욱이 메틸, 옥틸, 노닐, 데실, 운데실, 도데실, 트리데실, 테트라데실, 펜타데실, 메톡시, 옥톡시, 논옥시, 데콕시, 운데콕시, 도데콕시, 트리데콕시 또는 테트라데콕시이다.

분지된 날개기 R 및/또는 R'^'를 함유하는 화학식 1 또는 화학식 2의 화합물은 통상적인 액정계 물질중에 더 양호한 용해성 때문에 가끔 중요할 수 있지만, 특히 광학적으로 활성인 경우에 키랄 도핑제로서 중요할 수 있다. 이 유형의 스멕틱 화합물은 강유전체 물질의 성분으로서 적합하다.

S_A상을 갖는 화학식 1 또는 화학식 2의 화합물은 예를 들어 열적으로 어드레스된 디스플레이에 적합하다.

이 형태의 분지기는 일반적으로 한개이하의 분지쇄를 함유한다. 바람직한 분지 라디칼 R 및/또는 R'은 이소프로필, 2-부틸(=1-메틸프로필), 이소부틸(=2-메틸프로필), 2-메틸부틸, 이소펜틸(=3-메틸부틸), 2-메틸펜틸, 3-메틸펜틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, 이소프로폭시, 2-메틸프로폭시, 2-메틸부톡시, 3-메틸부톡시, 2-메틸펜톡시, 3-메틸펜톡시, 2-에틸헥속시, 1-메틸헥속시 및 1-메틸헵톡시이다.

R 및/또는 R'은 매우 특히 바람직하게는 H, 메틸, 에틸 또는 n-프로필이다. 화학식 2의 화합물에서 L은 바람직하게 F이다.

화학식 1 및 화학식 2의 화합물은 문헌(예를 들면 Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart와 같은 표준 연구)에 기술된 바와 같이 그자체로 공지된 방식으로 공지되고 상기 반응에 적합한 반응조건하에서 정확하게 제조된다. 그 자체로 공지된 변형물이 본 발명에서 사용될 수 있지만, 본원에서 더욱 상세하게 언급하지는 않는다.

화학식 1 및 화학식 2의 화합물은 예컨대 독일 특허 제 195 15 504A1 호 또는 195 28 301A1 호에 개시된 바와 같이 제조될 수 있다.

본 발명은 또한 이 유형의 매질을 함유하는 전기 광학 디스플레이(특히, 프레임과 함께 외부판상에 개별 화소를 스위칭하기 위한 집적된 비선형 소자인 셀, 및 셀중에 위치된 양성 유전 이방성 및 높은 비저항의 네마틱 액정 혼합물을 형성하는 2평면-평행 외부판을 갖는 STN 또는 MLC 디스플레이), 및 전기 광학 목적을 위한 이들 매질의 용도에 관한 것이다.

본 발명에 따르는 액정 혼합물은 이용가능한 변수 범위의 상당한 확장을 용이하게 한다.

등명점, 저온에서의 점도, 열안정성, UV 안정성 및 유전 이방성등의 조합된 성능이 선행기술로부터의 기존의 물질보다 더 우수하다.

낮은 임계 전압, 저온에서의 네마틱 상 및 높은 △ε에 대한 요구조건은 종래에는 불만족스러운 정도로만 성취할 수 있었다. 예컨대 ZLI-3119(다름스타트소재의 메르크)와 같은 시스템은 높은 등명점 및 유리한 점도를 갖지만 단지 +3의 △ε를 갖는다.

기타 혼합물 시스템은 필적할만한 점도 및 △ε의 값을 갖지만, 단지 비교적 높은 임계 전압의 값을 갖는다.

본 발명에 따르는 액정 혼합물은 -20℃까지, 바람직하게 -30℃까지, 특히 바람직하게 -40℃까지의 저온으로 네마틱 상을 보유하면서 1.4V 미만, 바람직하게 1.2V 미만, 특히 1.1V 미만의 극히 낮은 임계 전압 및 동시에 △ε≥ 8, 바람직하게 ≥10의 유전 이방성값 및 높은 값의 비저항을 성취가능하게 하고, 우수한 STN 및 MLC 디스플레이를 얻을 수 있다. 특히, 상기 혼합물은 낮은 작동 전압 및 매우 짧은 응답 시간과 동시에 비교적 높은 등명점을 특징으로 한다.

본 발명에 따르는 MLC 디스플레이는 바람직하게 구치(Gooch) 및 태리(Tarry)[C.H. Gooch and H.A. Tarry, Electron. Lett. 10, 2-4, 1974; C.H. Gooch and H.A. Tarry, Appl. Phys., Vol. 8, 1575-1584, 1975]의 최소 투과에서 작동한다; 이 경우에, 제 2 최소값에서의 낮은 유전 이방성은 유사한 디스플레이에서와 동일한 한계전압에서, 예를 들어 특성라인의 높은 기울기 및 콘트라스트의 낮은 각도 의존성(독일 특허 제 30 22 818 호)과 같은 특히 우수한 전기 광학 특성에 부가하여 충분하다. 따라서, 시아노 화합물을 함유하는 혼합물을 사용하는 것보다 본 발명에 따르는 혼합물을 사용하여 제 1 최소값에서 상당히 높은 저항성을 얻을 수 있게한다. 당해 기술의 숙련자들은 개별적인 성분 및 그의 중량 비율의 적합한 선택에 의해 MLC 디스플레이의 소정의 층 두께에 필요한 복굴절을 산출하기 위해 간단한 통상의 방법을 사용할 수 있다.

20℃에서 유동점도는 바람직하게 200mPa.s 미만, 특히 바람직하게 150mPa.s 미만이다. 네마틱 상 범위는 바람직하게 90℃ 이상, 특히 100℃ 이상이다. 이 범위는 바람직하게 적어도 -20℃ 내지 +80℃로 확장된다.

"용량 유지비(HR)"의 측정[S. Matsumoto et al., Liquid Crystals 5, 1320(1989); K. Niwa et al., Proc. SID Conference, San Francisco, June 1984, p. 304(1984); G. Weber et al., Liquid Crystals 5, 1381(1989)]은 화학식 1 및 화학식 2의 화합물을 포함하는 본 발명에 따르는 혼합물이 온도가 증가함에 따라 HR이 상당히 작게 감소함을 나타낸다.

본 발명에 따르는 혼합물의 UV 안정성은 또한 우수하다, 즉 UV 선에 노출시 상당히 적은 HR의 감소를 나타낸다.

본 발명에 따르는 매질은 바람직하게 화학식 1의 다수(바람직하게 2 내지 4개)의 화합물을 기본으로 한다, 즉 이들 화합물의 비율은 5 내지 85%, 바람직하게 10 내지 60%, 특히 바람직하게 20 내지 50%이고, 화학식 2의 다수(바람직하게 2 내지 4개)의 화합물을 기준으로 한다, 즉 이들 화합물의 비율은 5 내지 85%, 바람직하게 10 내지 60%, 특히 바람직하게 20 내지 50%이다.

화학식 1 및 화학식 2의 화합물의 비율의 합계는 바람직하게 10 내지 95%, 바람직하게 15 내지 80%, 특히 바람직하게 20 내지 70%이다.

본 발명에 따르는 매질에 사용될 수 있는 화학식 1 내지 화학식 20 및 그들의 부화학식의 개별적인 화합물은 공지되어 있거나 공지된 화합물과 유사하게 제조될 수 있다.

바람직한 양태는 하기 기술되어 있다:

- 매질은 화학식 3 내지 화학식 10으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나이상의 화합물을 추가로 포함한다:

상기식에서,

R⁰은 탄소수 9 이하의 n-알킬, 옥사알킬, 플루오로알킬 또는 알케닐이고;

X⁰은 F, Cl, 탄소수 1 내지 6의 할로겐화 알킬, 알케닐 또는 알콕시이고;

Y¹및 Y²는 각각 독립적으로 H 또는 F이고;

Y³및 Y⁴는 동시에 H 또는 F이고;

r은 0 또는 1이다.

- 화학식 1 및 화학식 2의 화합물이외의 매질은 바람직하게 화학식 3a, 3b, 3c, 3d 및/또는 화학식 3e의 화합물을 포함한다:

화학식 5의 화합물은 바람직하게 하기 화학식 5a, 5b, 5c 및 화학식 5d를 갖는다:

- 매질은 하기 화학식 11 내지 화학식 16으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나이상의 화합물을 추가로 포함한다:

상기식에서,

R⁰, X⁰, Y¹및 Y²는 각각 서로 독립적으로 상기 정의된 바와 같다. X^o은 바람직하게 F, Cl 탄소수 6 이하의 CF₃, OCF₃, OCHF₂, 알킬, 옥사알킬, 플루오로알킬 또는 알케닐이고, R^o은 바람직하게 탄소수 1 내지 7의 알킬 또는 알콕시이고, Y¹및 Y²는 바람직하게 F이다.

- 화학식 1 내지 화학식 10의 화합물의 비율은 함께 전체 혼합물중에서 50중량% 이상이고;

- 화학식 3 내지 화학식 16의 화합물의 비율은 전체 혼합물중에서 5 내지 90중량%이고;

- 매질은 화학식 3, 4, 5 및/또는 화학식 7의 화합물을 포함하고;

- R⁰은 탄소수 2 내지 7을 갖는 직쇄 알킬이고;

- 매질은 화학식 1 내지 화학식 7의 화합물로 필수적으로 이루어지고;

- 매질은 화학식 1 내지 화학식 3의 화합물로 필수적으로 이루어지고;

- 매질은 바람직하게 하기 화학식 17 내지 화학식 20으로 이루어지는 하기의 군으로부터 선택된 추가의 화합물을 포함하고:

상기식에서,

R⁰및 X⁰는 상기 정의된 바와 같고, 1,4-페닐렌 고리는 CN, 염소 또는 불소로 치환될 수 있다. 1,4-페닐렌 고리는 바람직하게 불소원자에 의해 단일치환되거나 다중치환된다.

- 화학식 1 내지 2의 화합물과 화학식 3 내지 7의 화합물의 중량비는 바람직하게 1:10 내지 10:1, 특히 1:4 내지 4:1이다.

- 매질은 화학식 1 내지 화학식 16으로 이루어지는 군으로부터 선택된 화합물로 필수적으로 이루어진다.

통상적인 액정물질, 특히 하나이상의 화학식 3, 4, 5, 6 및/또는 화학식 7의 화합물과 혼합된 화학식 1 및 화학식 2의 화합물을 비교적 작은 비율이라 할지라도 한계전압을 상당히 낮추고 복굴절 값도 감소시키며, 동시에 낮은 스멕틱-네마틱 전이온도를 갖는 광역 네마틱 상을 나타냄으로써 저장 안정성을 개선시키는 것으로 밝혀지고 있다. 특히 하나이상의 화학식 1의 화합물 이외에 하나이상의 화학식 3, 특히 화학식 3a 및/또는 화학식 3b의 화합물을 포함하는 혼합물이 바람직하다. 화학식 1 내지 화학식 20의 화합물은 무색이며, 안정하고, 서로 및 다른 액정 물질들과 쉽게 혼화성이다.

"알킬"이란 용어는 탄소수 1 내지 7의 직쇄 및 분지된 알킬기, 특히 직쇄기 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실 및 헵틸을 포함한다. 탄소수 2 내지 5를 갖는 기들이 일반적으로 바람직하다.

"알케닐"이란 용어는 탄소수 2 내지 7의 직쇄 및 분지된 알케닐기, 특히 직쇄기를 포함한다. 특히, 바람직한 알케닐기는 C₂-C₇-1E-알케닐, C₄-C₇-3E-알케닐, C₅-C₇-4-알케닐, C₆-C₇-5-알케닐 및 C₇-6-알케닐이고, 특히 C₂-C₇-1E-알케닐, C₄-C₇-3E-알케닐 및 C₅-C₇-4-알케닐이다. 바람직한 알케닐기의 실례는 비닐, 1E-프로페닐, 1E-부테닐, 1E-펜테닐, 1E-헥세닐, 1E-헵테닐, 3-부테닐, 3E-펜테닐, 3E-헥세닐, 3E-헵테닐, 4-펜테닐, 4Z-헥세닐, 4E-헥세닐, 4Z-헵테닐, 5-헥세닐, 6-헵테닐등이다. 탄소수 5를 갖는 기들이 일반적으로 바람직하다.

"플루오로알킬"이란 용어는 바람직하게 종결 불소, 즉 플루오로메틸, 2-플루오로에틸, 3-플루오로프로필, 4-플루오로부틸, 5-플루오로펜틸, 6-플루오로헥실 및 7-플루오로헵틸을 포함한다. 그러나, 불소의 다른 위치는 배제되지 않는다.

"옥사알킬"이란 용어는 바람직하게 식 C_nH_2n+1-O-(CH₂)_m(n 및 m은 각각 서로 독립적으로 1 내지 6이고, n은 바람직하게 1이고, m은 바람직하게 1 내지 6이다)의 직쇄 라디칼을 포함한다.

R⁰및 X⁰중 적합한 것을 선택하여, 어드레싱 시간, 한계전압, 투과 특성라인의 기울기 등을 목적하는 바에 따라 변형시킬 수 있다. 예컨대, 1E-알케닐 라디칼, 3E-알케닐 라디칼, 2E-알케닐옥시 라디칼등은 알킬 및 알콕시 라디칼에 비해 일반적으로 짧은 어드레싱시간, 개선된 네마틱 성향 및 탄성 상수 k₃₃(굽힘)과 k₁₁(펼침)사이의 높은 비율을 제공한다. 4-알케닐 라디칼, 3-알케닐 라디칼등은 알킬 및 알콕시 라디칼에 비해 일반적으로 낮은 한계전압 및 낮은 값의 k₃₃/k₁₁을 제공한다.

-CH₂CH₂-기는 일반적으로 단일 공유결합에 비해 높은 값의 k₃₃/k₁₁을 생성한다. k₃₃/k₁₁값이 높을 수록 예를 들어 90°비틀림(회색 색조를 얻기 위함)을 갖는 TN 셀에서 더 편평한 투과 특성라인, 및 STN, SBE 및 OMI 셀에서 더 경사진 투과 특성라인(큰 다중선)이 용이하게 수득되며, 또한 이와 역의 관계도 성립한다.

화학식 1 내지 2의 화합물과 화학식 3 내지 7의 화합물의 최적 혼합비는 화학식 1, 2, 3, 4, 5, 6 및/또는 화학식 7의 성분의 선택, 존재할 수 있는 임의의 다른 성분의 선택, 및 목적하는 특성에 실질적으로 의존한다. 상기 언급된 범위내의 적합한 혼합비는 각각의 경우로부터 쉽게 측정될 수 있다.

본 발명에 따르는 혼합물중의 화학식 1 내지 화학식 20의 화합물의 전체량은 중요하지 않다. 따라서 상기 혼합물은 다양한 특성들을 최적화시키기 위해 하나이상의 추가 성분을 함유할 수 있다. 그러나, 일반적으로 화학식 1 내지 화학식 20의 화합물의 전체농도가 높을수록 어드레싱 시간 및 한계전압에 대해 관측되는 효과는 크다.

특히 바람직한 양태에서, 본 발명에 따르는 매질은 화학식 3 내지 화학식 7(바람직하게 화학식 3 및/또는 화학식 5, 특히 화학식 3b)의 화합물을 포함한다. 화학식 1 및 화학식 2의 화합물의 우수한 상승효과는 특히 이로운 특성을 생성시킨다. 특히, 화학식 1 및 화학식 2 및 화학식 3 및 화학식 5의 화합물을 포함하는 혼합물은 낮은 한계전압과 동시에 높은 유전 이방성 값을 특징으로 한다.

편광자, 전극 기부판 및 표면 처리한 전극으로부터의 본 발명에 따르는 STN 또는 MLC 디스플레이의 구조는 이 형태의 디스플레이에 대한 통상적인 구조와 상응한다. 본원에서 "통상적인 구조"란 용어는 폭넓게 기술되고, MLC 디스플레이, 특히 또한 폴리-Si TFT 또는 MIM을 기본으로 하는 매트릭스 디스플레이 소자의 모든 유도체 및 변형물을 포함한다.

그러나, 본 발명에 따르는 디스플레이와 비틀린 네마틱 셀을 기본으로하는 통상적인 디스플레이간의 필수적인 차이점은 액정층의 액정 변수들의 선택이다.

본 발명에 따라 사용될 수 있는 액정 혼합물은 그자체가 통상적인 방법으로 제조된다. 일반적으로, 소량으로 사용된 바람직한 성분량은 편의상 승온에서 주 구성물을 구성하는 성분중에 용해된다. 유기용매(예, 아세톤, 클로로포름 또는 메탄올)중의 성분의 용액을 혼합하고, 혼합후에 예를 들어 증류에 의해서 용매를 다시 제거하는 것도 또한 가능하다.

유전체는 당해 분야의 숙련자들에게 공지되고, 문헌에 기술된 다른 첨가제를 또한 함유할 수 있다. 예를 들면, 0 내지 15%의 다색 염료 및/또는 키랄 도핑제가 첨가될 수 있다.

C는 결정상, S는 스멕틱 상, S_c는 스멕틱 C 상, N은 네마틱 상이고, I는 등방성 상이다.

V₁₀은 10% 투과(판 표면에 수직인 가시각)에 대한 전압이다. V₁₀의 2배 값에 상응하는 작동전압에서 t_on은 점등시간이고, t_off는 소등시간이다. △n은 광학 이방성이고, n₀는 굴절율이다. △ε는 유전 이방성이다(△ε는 ε_∥- ε_┴이고, 여기서 ε_∥는 종방향 분자축에 평행한 유전 상수이고, ε_┴는 종방향 분자축에 수직인 유전 상수이다). 다른 규정이 없는한 전기 광학 데이터는 20℃에서 제 1 최소값(즉, 0.5의 d.△n 값)에서 TN 셀에서 측정한다. 다른 규정이 없는한 광학적 데이터를 20℃에서 측정한다.

본 발명의 명세서 및 하기 실시예에서, 액정 화합물의 구조는 약어로 표시되며, 화학식의 변형은 하기 표 2 및 표 3에 따라 발생한다. 모든 라디칼 C_nH_2n+1및 C_mH_2m+1은 n 및 m개의 탄소수를 각각 갖는 직쇄 알킬 라디칼이다. 표 3의 코드는 자명하다. 표 2에서 단지 기본 구조에 대한 약어만이 주어지고, 기본구조에 대한 약어는 치환체 R¹, R², L¹및 L²에 대한 코드를 하이픈으로 분리하여 나타낸다.

R¹, R², L¹, L²에 대한 코드	R¹	R²	L¹	L²
nm	C_nH_2n+1	C_mH_2m+1	H	H
nOm	C_nH_2n+1	OC_mH_2m+1	H	H
nO.m	OC_nH_2n+1	C_mH_2m+1	H	H
n	C_nH_2n+1	CN	H	H
nN.F	C_nH_2n+1	CN	H	F
nF	C_nH_2n+1	F	H	H
nOF	OC_nH_2n+1	F	H	H
nCl	C_nH_2n+1	Cl	H	H
nF.F	C_nH_2n+1	F	H	F
nF.F.F	C_nH_2n+1	F	F	F
nCF₃	C_nH_2n+1	CF₃	H	H
nOCF₃	C_nH_2n+1	OCF₃	H	H
nOCF₂	C_nH_2n+1	OCHF₂	H	H
nS	C_nH_2n+1	NCS	H	H
rVsN	C_rH_2r+1-CH=CH-C_sH_2s-	CN	H	H
rEsN	C_rH_2r+1-O-C_sH_2s-	CN	H	H
nAm	C_nH_2n+1	COOC_mH_2m+1	H	H
nOCCF₂.F.F	C_nH_2n+1	OCH₂CF₂H	F	F

바람직한 혼합물 성분을 표 2 및 표 3에 나타낸다.

하기 실시예는 본 발명을 제한함이 없이 예시하기 위한 것이다. 상기 및 하기의 %는 중량 기준이다. 모든 온도는 섭씨온도로 주어진다. m.p는 융점이고, cl.p는 등명점이다. 더욱이, C는 결정상태, N은 네마틱 상, S는 스멕틱 상이고, I는 등방성 상이다. 이들 기호사이의 데이터는 전이 온도를 나타낸다. △n은 광학 이방성(589nm, 20℃)이고, 점도(mm²/sec)는 20℃에서 측정하였다.

실시예 1

CCP-20CF₃: 8.00%

CCP-30CF₃: 8.00%

CCP-50CF₃: 8.00%

CGU-2-F: 3.00%

CGU-3-F: 11.00%

CGU-5-F: 11.00%

BCH-2F.F: 7.00%

BCH-3F.F: 8.00%

BCH-5F.F: 9.00%

CGU-V-F: 12.00%

CGU-1V-F: 15.00%

등명점(℃): 65

△n[589nm, 20℃]: 0.1182

△ε[1kHz, 20℃]: 10.7

응답시간(ms,30℃): 76

V_(10.0.20)(V): 1.02

실시예 2

CCP-2F.F.F: 6.00%

CCP-3F.F.F: 9.00%

CCP-5F.F.F: 8.00%

CCP-20CF₃: 8.00%

CCP-30CF₃: 8.00%

CCP-50CF₃: 8.00%

CGU-3-F: 9.00%

CGU-5-F: 10.00%

BCH-3F.F: 3.00%

BCH-5F.F: 6.00%

CGU-V-F: 11.00%

CGU-1V-F: 14.00%

등명점(℃): 71

△n[589nm, 20℃]: 0.1071

△ε[1kHz, 20℃]: 11.4

V_(10.0.20)(V): 1.09

비교 실시예 1

CCP-2OCF₂.F.F: 8.00%

CCP-30CF₂.F.F: 8.00%

CCP-50CF₂.F.F: 7.00%

CCP-20CF₃.F: 6.00%

CCP-30CF₃.F: 7.00%

CGU-50CF₃.F: 7.00%

CGU-2-F: 13.00%

CGU-3-F: 14.00%

CGU-5-F: 13.00%

BCH-2F.F: 4.00%

BCH-3F.F: 6.00%

BCH-5F.F: 7.00%

등명점(℃): 64

△n[589nm, 20℃]: 0.1045

△ε[1kHz, 20℃]: 10.9

응답시간(ms, 20℃): 105

V_(10.0.20)(V): 1.04

비교 실시예 2

CCP-3OCF₂.F.F: 7.00%

CCP-50CF₂.F.F: 6.00%

CCP-20CF₃.F: 10.00%

CCP-30CF₃.F: 8.00%

CGU-50CF₃.F: 14.00%

CGU-2-F: 10.00%

CGU-3-F: 14.00%

CGU-5-F: 12.00%

BCH-2F.F: 5.00%

BCH-3F.F: 6.00%

BCH-5F.F: 8.00%

등명점(℃): 72

△n[589nm, 20℃]: 0.1070

△ε[1kHz, 20℃]: 10.7

응답시간(ms, 20℃): 96

V_(10.0.20)(V): 1.12

놀랍게도, 본 발명에 따르는 매질을 사용함으로써 등명점에 상당한 영향을 미치지 않으면서 유사한 혼합물에 비해 짧은 응답시간 및 낮은 임계전압을 얻을 수 있다.

Claims

하나이상의 하기 화학식 1의 화합물 및 동시에 하나이상의 하기 화학식 2의 화합물을 포함하는, 양성 유전 이방성을 갖는 극성 화합물들의 혼합물을 기본으로하는 액정 매질:

화학식 1

화학식 2

상기식에서,

R 및 R'는 각각 독립적으로 H 또는 탄소수 1 내지 15의 알킬 또는 알콕시 라디칼이고

Y는 F, OCF₃또는 OCHF₂이고,

L은 H 또는 F이다.
제 1 항에 있어서,

하기 화학식 3 내지 화학식 10으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나이상의 화합물을 추가로 포함하는 액정 매질:

화학식 3

화학식 4

화학식 5

화학식 6

화학식 7

화학식 8

화학식 9

화학식 10

상기식에서,

R^o은 탄소수 9 이하의 n-알킬, 옥사알킬, 플루오로알킬 또는 알케닐이고;

X⁰은 F, Cl, 탄소수 1 내지 6의 할로겐화 알킬, 알케닐 또는 알콕시이고;

Y¹및 Y²는 각각 독립적으로 H 또는 F이고;

Y³및 Y⁴는 동시에 H 또는 F이고;

r 은 0 또는 1이다.
제 2 항에 있어서,

전체 혼합물중의 화학식 1 내지 화학식 10의 화합물의 비율이 50중량% 이상인 액정 매질.
제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,

전체 혼합물중의 화학식 1 및 화학식 2의 화합물의 비율이 10 내지 95중량%인 액정 매질.
제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,

하기 화학식 11 내지 화학식 16으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나이상의 화합물을 추가로 포함하는 액정 매질:

화학식 11

화학식 12

화학식 13

화학식 14

화학식 15

화학식 16
제 1 항에 있어서,

하기 화학식의 화합물을 추가로 포함하는 액정 매질:

상기식에서,

X^o은 F, OCHF₂또는 OCF₃이고;

Y¹및 Y²는 각각 독립적으로 H 또는 F이고;

R^o은 탄소수 7 이하의 n-알킬, 옥사알킬, 플루오로알킬 또는 알케닐이다.
제 1 항에 있어서,

하기 화학식 3a, 3b, 3c, 3d 및/또는 화학식 3e의 화합물을 추가로 포함하는 액정 매질:

화학식 3a

화학식 3b

화학식 3c

화학식 3d

화학식 3e

상기식에서,

R^o은 제 1 항에서 정의된 바와 같다.
제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 따른 액정 매질의 전기 광학 용도.
제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 따른 액정 매질을 함유하는 전기 광학 액정 디스플레이.