KR20030001431A

KR20030001431A - 저 임계 전압을 갖는 액정 매질

Info

Publication number: KR20030001431A
Application number: KR1020027013939A
Authority: KR
Inventors: 헥메이어마이클; 파우루스데트레프
Original assignee: 메르크 파텐트 게엠베하
Priority date: 2000-04-17
Filing date: 2001-04-17
Publication date: 2003-01-06
Also published as: DE10118734B4; US20030197152A1; WO2001079379A1; US7033651B2; KR100823752B1; TW588106B; JP5160009B2; DE10118734A1; JP2003533557A

Abstract

본 발명은 하기 화학식 I의 2 이상의 화합물의 혼합물을 포함하는 액정 매질에 관한 것이다:

화학식 I

R¹-A_m-B_n-Z¹-C-Z²-D-R²

상기 식에서,

R¹은 H이거나, 또는 비치환되거나, CN 또는 CF₃에 의해 단일치환되거나 또는 할로겐에 의해 최소한 단일치환된 1 내지 15개의 탄소 원자 및 2 내지 15개의 탄소 원자를 각각 갖는 H, 알킬 또는 알케닐 라디칼이고, 여기서 이들 라디칼 중의 1개 이상의 CH₂기는 서로 독립적으로 산소 원자가 다른 원자와 직접적으로 결합하지 않은 방식으로 -O-, -S-,, -CO-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-에 의해 치환될 수 있고;

A, B, C 및 D 각각은 서로 독립적으로

이고,

상기 식에서,

Y¹, Y², Y³, Y⁴, Y⁵및 Y⁶각각은 서로 독립적으로 H 또는 F이고;

C는 상기 정의 이외에도

이고;

Z¹및 Z²각각은 서로 독립적으로 단일 결합, -CH₂O-, -OCH₂O-, -CH₂-CH₂-, -CH=CH-, -C≡C-, -CF₂-CF₂-, -CF₂O-, -OCF₂- 또는 -CO-O-이고;

R²는 R¹의 정의 이외에도 F, CF₃, OCF₃, OCHF₂또는 OCH₂CF₂H이고;

m 및 n 각각은 서로 독립적으로 0 또는 1이고, 단, m 및 n이 0이면 Z¹은 단일 결합이다. 상기 혼합물은 a) 9 이상의 △_ε값을 갖는 30 내지 90 중량%의 화학식 I의 화합물(고급 극성 화합물); b) 1 보다 높고 9 보다 낮은 △_ε값을 갖는 0 내지 30 중량%의 화학식 I의 화합물(극성 화합물); c) -1 내지 1 범위의 △_ε값을 갖는 10 내지 40 중량%의 화학식 I의 화합물(중성 화합물)을 포함하고, 상기 화합물 a), b) 및 c)의 합이 100 중량%인 것을 특징으로 한다.

Description

저 임계 전압을 갖는 액정 매질{LIQUID-CRYSTAL MEDIUM HAVING A LOW THRESHOLD VOLTAGE}

액정은 표시 장치에서 특히 유전체로서 사용되는데, 이러한 재료의 광학 특성이 인가 전압에 의해 조절될 수 있기 때문이다. 액정에 기반을 둔 전기-광학 장치는 당해 기술분야의 숙련자에게는 널리 공지되어 있고, 다양한 효과에 기반을 둘 수 있다. 이러한 장치로는 동적 산란을 갖는 셀, DAP(정합상의 변형) 셀, 게스트/호스트 셀, 비틀림 네마틱 구조를 갖는 TN 셀, STN(초비틀림 네마틱) 셀, SBE(초복굴절 효과) 셀 및 OMI(광학 모드 간섭) 셀을 들 수 있다. 가장 일반적인 표시 장치는 사드트-헬프리히(Schadt-Helfrich) 효과에 기반을 두고 있고, 비틀림 네마틱 구조를 갖는다.

액정 원료는 일반적으로 우수한 화학적 및 열적 안정성을 가져야 하고, 전기장 및 전자기 방사선에 대해 우수한 안정성을 가져야 한다. 또한, 액정 원료는 저점도를 가져야 하며, 셀에서 짧은 반응 시간, 저 임계 전압 및 고 대비율을 나타내야 한다.

또한, 이들은 통상적인 작동 온도, 즉, 실온 보다 높고 낮은 가능한 가장 넓은 범위의 온도에서 상기 셀에 적합한 중간상(mesophase), 예를 들어 네마틱 중간상을 가져야 한다. 액정은 일반적으로 다수의 성분의 혼합물로서 사용되므로, 상기 성분이 다른 성분과 서로 쉽게 혼합될 수 있는 것이 중요하다. 전기 전도성, 유전체 비등방성 및 광학 비등방성과 같은 추가의 특성은 셀 유형 및 적용 분야에 따라서 다양한 요건들을 충족시켜야 한다. 예를 들어, 비틀림 네마틱 구조를 갖는 셀에 대한 재료는 양성 유전체 비등방성 및 저 전기 전도성를 가져야 한다.

높은 양성 유전체 비등방성, 광범위한 네마틱 상, 상대적으로 낮은 복굴절율, 매우 높은 저항, 우수한 UV 및 온도 안정성 및 저 증기압을 갖는 액정 매질은, 예를 들어, 개개의 픽셀을 스위칭하기 위해 통합된 비선형 소자를 함유하는 매트릭스 액정 표시(MLC 표시)용으로 바람직하다.

이 유형의 매트릭스 액정 표시는 공지되어 있다. 각각의 픽셀을 각각 스위칭하기 위해 사용될 수 있는 비선형 소자는 바리스터(varistor) 또는 다이오드와 같은 수동 소자뿐만 아니라, 트랜지스터와 같은 능동 소자들이 있다. 따라서, 이 경우에는 "능동 매트릭스"로서 지칭된다.

더욱 유망한 TFT(박막 트랜지스터) 표시장치에서 이용되는 전기 광학 효과는 일반적으로 TN 효과이다. 화합물 반전도체, 예를 들어 CdSe를 포함하는 TFT 또는 다결정성 또는 무정형 실리콘에 기반을 둔 TFT 사이에는 차이가 있다.

상기 TFT 매트릭스는 표시장치중의 하나의 유리판 내부에 적용되는 반면에, 다른 유리판에는 이의 내부에 투명한 역전자가 장착된다. 픽셀 전자의 크기에 비례해서 TFT는 매우 작고, 실질적으로 이미지 상에 어떠한 역효과도 나타내지 않는다. 이 기술은 각각의 필터 소자가 스위쳐블 픽셀의 맞은편에 위치하는 방식으로 적색, 녹색 및 청색 필터의 모자이크가 배치되는 완전한 색 양립성 표시장치까지 확장될 수 있다. TFT 표시장치는 일반적으로 투과시 교차 편광판을 갖는 TN 셀로서 작동하고 역광으로 조명된다.

이 유형의 MLC 표시장치는 노트북 컴퓨터, 텔레비젼(휴대용 TV) 또는 자동차 또는 비행기 구조물 내의 표시장치로서 사용될 수 있다. 대비율 및 반응 시간의 각도 의존성에 관한 문제점 이외에도, 액정 혼합물의 부적절한 저항으로 인해 상기 MLC 표시장치에서는 많은 문제점이 발생하고 있다. 저항이 감소하면 MLC 표시장치의 대비율이 떨어지면서 "잔상(image sticking)"의 문제점이 발생할 수 있다. 액정 혼합물의 저항은 표시장치의 내부 표면과의 작용으로 MLC 표시장치의 수명에 비례하여 떨어지므로, 고(초기)저항은 허용 수명 연한을 얻는데 매우 중요하다. 특히 저 임계 값을 갖는 혼합물의 경우, 일반적으로 고 양성 유전체 비등방성(△_ε)을 갖는 액정 원료가 또한 상대적 고 전기 전도성을 가지므로 매우 높은 저항을 달성하는 것이 현재까지는 불가능하였다. 저항은 온도의 증가시, 그리고 가열 및/또는 UV 노출 이후에 거의 증가하지 않는 것이 중요하다. 짧은 스위칭 시간을 달성하기 위해 혼합물은 또한 낮은 회전 점도를 가져야 한다. 예를 들어, 야외, 자동차 또는 항공에 적용하기 위해 저온에서도 표시장치를 사용할 수 있기 위해서는 결정화 및/또는 스멕틱 상이 저온에서도 발생하지 않고, 점도의 온도 의존성이 가능한 낮은 것이 요구된다. 선행 기술분야의 MLC 표시장치는 상기 요건들을 충족하지 못한다.

역광을 사용하는 액정 표시장치, 즉, 투과적으로 및 선택적으로는 반투과적으로 작동되는 액정 표시장치도 또한 반사 액정 표시장치에서 관심이 대상이 되고 있다. 이 반사 액정 표시장치는 정보 표시를 위해 배경광을 사용한다. 이들은 또한 대응하는 크기와 해상도의 역광 액정 표시장치보다 상당히 낮은 에너지를 소비한다. 여기서, 이미 통상화된 투과형 TFT-TN의 경우와 같이, 저 복굴절율(△_n)의 액정 표시장치의 사용은 저 광학 감속도(dㆍ△_n)를 달성하기 위해 필수적이다.

또한, 광범위한 작동 온도 범위에서 동시에 매우 높은 저항성, 낮은 온도에서도 짧은 반응 시간 및 저 임계 전압을 갖거나, 이들 단점을 갖지 않거나 또는 감소된 정도의 단점만을 갖는 MLC 표시장치에 대해 지속적으로 많은 요구가 있어 왔다.

따라서, 하기 특성을 갖는 액정 매질이 바람직하다:

-저온 밑으로도 확장된 네마틱 상 범위 및 저온에서도 표시장치를 사용하기 위한 점도의 저온 의존성;

-표시장치의 긴 수명 동안 UV선에 대한 고 저항성;

-저 임계 전압(V_th)에 대한 고 양성 유전체 비등방성(△_ε);

-개선된 관측 각도 범위에 대한 저 복굴절율;

-짧은 스위칭 시간에 대한 낮은 회전 점도(γ₁).

본 발명은 액정 매질 및 이 매질을 함유하는 전기 광학 표시장치에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 다른 한계 조건을 유지하면서 매우 높은 저항, 저 임계 전압, 짧은 스위칭 시간 및 저 복굴절 값을 갖는 IPS, MLC, TN 또는 STN용 액정 매질을 제공하는데 있다.

이 목적은 하기 화학식 I의 2개 이상의 화합물의 혼합물을 포함하는 액정 매질에 의해 달성된다.

R¹-A_m-B_n-Z¹-C-Z²-D-R²

상기 식에서,

R¹및 R²각각은 비치환되거나, CN 또는 CF₃에 의해 단일치환되거나 또는 할로겐에 의해 최소한 단일치환된 1 내지 15개의 탄소 원자 및 2 내지 15개의 탄소 원자를 갖는 알킬 또는 알케닐 라디칼이고, 여기서 이들 라디칼 중의 1개 이상의 CH₂기는 서로 독립적으로 산소 원자가 다른 원자와 직접적으로 결합하지 않은 방식으로 -O-, -S-,, -CO-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-에 의해 치환될 수 있고;

A, B, C 및 D 각각은 서로 독립적으로

이고,

상기 식에서,

C는 상기 정의 이외에도

이고;

Z¹및 Z²각각은 서로 독립적으로 단일 결합, -CH₂O-, -OCH₂-, -CH₂-CH₂-, -CH=CH-, -C≡C-, -CF₂-CF₂-, -CF₂O-, -OCF₂- 또는 -CO-O-이고;

R²는 상기 정의 이외에도 F, CF₃, OCF₃, OCHF₂또는 OCH₂CF₂H이고;

m 및 n 각각은 서로 독립적으로 0 또는 1이고, 단 m 및 n이 0이면 Z¹은 단일 결합이며; 상기 혼합물은 a) 9 이상의 △_ε값을 갖는 30 내지 90 중량%의 화학식 I의 화합물(고급 극성 화합물), b) 1 보다 크고 9보다 작은 △_ε값을 갖는 0 내지 30 중량%의 화학식 I의 화합물(극성 화합물), 및 c) -1 내지 1 범위의 △_ε값을 갖는 10 내지 40 중량%의 화학식 I의 화합물(중성 화합물)을 포함하고, 상기 화합물 a), b)및 c)의 합이 100 중량%인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따라 고급 극성 액정 화합물 및 중성 액정 화합물을 조합하면 셀에서 상기 매질의 저 임계 전압(V_th), 동시에 특히 낮은 회전 점도 및 또한 특히 짧은 스위칭 시간을 갖는 액정 매질을 수득할 수 있다.

바람직한 실시태양에서, 상기 혼합물은 a) 40 내지 80 중량%의 고급 극성 화합물; b) 0 내지 25 중량%의 극성 화합물; 및 c) 15 내지 40 중량%의 중성 화합물을 포함한다.

더욱 바람직한 실시태양에서, 상기 혼합물은 a) 70 내지 90 중량%의 고급 극성 화합물; b) 0 내지 10 중량%의 극성 화합물; 및 c) 10 내지 20 중량%의 중성 화합물을 포함한다.

R¹및 R²각각은 1 내지 15개의 탄소 원자를 갖는 선형 쇄 또는 분지형 알킬 및/또는 알콕시 라디칼일 수 있다. 바람직하게는 선형쇄이며, 2, 3, 4, 5, 6 또는 7개의 탄소 원자를 갖는 것으로서, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 에톡시, 프로폭시, 부톡시, 펜톡시, 헥속시 또는 헵톡시이며, 더욱 바람직하게는 메틸, 옥틸, 논닐, 데실, 운데실, 도데실, 트리데실, 테트라데실, 펜타데실, 메톡시, 옥톡시, 논옥시, 데콕시, 운데콕시, 도데콕시, 트리데콕시 또는 테트라데콕시이다.

R¹및 R²각각은 옥사알킬일 수 있고, 선형 쇄 2-옥사프로필(메톡시메틸), 2-(에톡시메틸) 또는 3-옥사부틸(메톡시에틸), 2-, 3- 또는 4-옥사펜틸, 2-, 3-, 4- 또는 5-옥사헥실, 2-, 3-, 4-, 5- 또는 6-옥사헵틸, 2-, 3-, 4-, 5-, 6- 또는7-옥사옥틸, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7- 또는 8-옥사논닐, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- 또는 9-옥사데실이 바람직하다.

R¹및 R²각각은 2 내지 15개의 탄소 원자를 갖는 선형 쇄 또는 분지형 알킬렌 라디칼일 수 있다. 바람직하게는 선형 쇄이며, 탄소 원자 2 내지 10개를 갖는 것들로서, 비닐, 프로프-1- 또는 프로프-2-에닐, 부트-1-, -2- 또는 부트-3-에닐, 펜트-1-, -2-, -3- 또는 펜트-4-에닐, 헥스-1-, -2-, -3-, -4- 또는 헥스-5-에닐, 헵트-1-, -2-, -3-, -4-, -5- 또는 헵트-6-에닐, 옥트-1-, -2-, -3-, -4-, -5-, -6- 또는 옥트-7-에닐, 논-1-, -2-, -3-, -4-, -5-, -6-, -7- 또는 논-8-에닐, 또는 데크-1-, -2-, -3-, -4-, -5-, -6-, -7-, -8- 또는 데크-9-에닐이다.

R¹및 R²각각은 1 내지 15개의 탄소 원자를 갖는 알킬 라디칼일 수 있고, 여기서 하나의 CH₂기는 산소 원자에 의해 치환되고, 다른 하나는 -CO-에 의해 치환되며 이들은 인접해 있는 것이 바람직하다. 이 라디칼은 알콕시기(-CO-O-) 또는 옥시카르보닐기(-O-CO-)를 또한 함유한다. 이는 선형 쇄이고, 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 이는 아세틸옥시, 프로피오닐옥시, 부티릴옥시, 펜타노일옥시, 헥사노일옥시, 아세틸옥시메틸, 프로피오닐옥시메틸, 부티릴옥시메틸, 페타노일옥시메틸, 2-아세틸옥시에틸, 2-프로피오닐옥시에틸, 2-부티릴옥시에틸, 3-아세틸옥시프로필, 3-프로피오닐옥시프로필, 4-아세틸옥시부틸, 메톡시카르보닐, 에톡시카르보닐, 프로폭시카르보닐, 부톡시카르보닐, 펜톡시카르보닐, 메톡시카르보닐메틸, 에톡시카르보닐메틸, 프로폭시카르보닐메틸, 부톡시카르보닐메틸, 2-(메톡시카르보닐)에틸, 2-(에톡시카르보닐)에틸, 2-(프로폭시카르보닐)에틸, 3-(메톡시카르보닐)프로필, 3-(에톡시카르보닐)프로필 또는 4-(메톡시카르보닐)부틸이 특히 바람직하다.

R¹및 R²각각은 1 내지 15개의 탄소 원자를 갖는 알킬 라디칼일 수 있고, 여기서 하나의 CH₂기는 비치환되거나 치환된 -CH=CH-에 의해 치환되고, 인접한 CH₂기는 CO, CO-O 또는 O-CO에 의해 치환되며, 이 경우에 이는 선형 쇄 또는 분지형일 수 있다. 이는 선형 쇄로서 4 내지 13개의 탄소 원자를 갖는 것이 바람직하다. 이는 아크릴로일옥시메틸, 2-아크릴로일옥시에틸, 3-아크릴로일옥시프로필, 4-아크릴로일옥시부틸, 5-아크릴로일옥시펜틸, 6-아크릴로일옥시헥실, 7-아크릴로일옥시헵틸, 8-아크릴로일옥시옥틸, 9-아크릴로일옥시논일, 10-아크릴로일옥시데실, 메타크릴로일옥시메틸, 2-메타크릴로일옥시에틸, 3-메타크릴로일옥시프로필, 4-메타크릴로일옥시부틸, 5-메타크릴로일옥시펜틸, 6-메타크릴로일옥시헥실, 7-메타크릴로일옥시헵틸, 8-메타크릴로일옥시옥틸 또는 9-메타크릴로일옥시논일이 특히 바람직하다.

R¹및 R²각각은 CN 또는 CF₃에 의해 일치환된 1 내지 15개의 탄소 원자 및 2 내지 15 개의 탄소 원자를 각각 갖는 알킬 또는 알케닐 라디칼일 수 있고, 여기서 이 라디칼은 선형 쇄인 것이 바람직하다. CN 또는 DF₃에 의한 상기 치환은 임의의 위치에 존재한다.

R¹및 R²각각은 할로겐에 의해 최소한 단일치환된 1 내지 15 개의 탄소 원자 및 2 내지 15 개의 탄소 원자를 각각 갖는 알킬 또는 알케닐 라디칼일 수 있고, 여기서 이 라디칼은 선형 쇄인 것이 바람직하고, 할로겐은 F 또는 Cl인 것이 바람직하다. 다중치환의 경우에 할로겐은 F가 바람직하다. 상기 라디칼은 과불소화된 라디칼도 함유한다. 일치환의 경우에 플루오로 또는 클로로 치환기는 소정의 어떤 위치에도 존재할 수 있지만, ω-위치에 존재하는 것이 바람직하다.

R¹및 R²각각은 선형 쇄 또는 분지형 알킬 라디칼일 수 있고, 여기서 2개 이상의 CH₂기는 -O- 및/또는 -CO-O-에 의해 치환된다. 이는 분지형이고, 3 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 것이 바람직하다. 이는 비스카르복실메틸, 2,2-비스카르복실에틸, 3,3-비스카르복실프로필, 4,4-비스카르복실부틸, 5,5-비스카르복실펜틸, 6,6-비스카르복실헥실, 7,7-비스카르복실헵틸, 8,8-비스카르복실옥틸, 9,9-비스카르복실논일, 10,10-비스카르복실데실, 비스(메톡시카르보닐)메틸, 2,2-비스(메톡시카르보닐)에틸, 3,3-비스(메톡시카르보닐)프로필, 4,4-비스(메톡시카르보닐)부틸, 5,5-비스(메톡시카르보닐)펜틸, 6,6-비스(메톡시카르보닐)헥실, 7,7-비스(메톡시카르보닐)헵틸, 8,8-비스(메톡시카르보닐)옥틸, 비스(에톡시카르보닐)메틸, 2,2-비스(에톡시카르보닐)에틸, 3,3-비스(에톡시카르보닐)프로필, 4,4-비스(에톡시카르보닐)부틸, 5,5-비스(에톡시카르보닐)펜틸, 6,6-비스(에톡시카르보닐)헥실, 7,7-비스(에톡시카르보닐)헵틸 또는 8,8-비스(에톡시카르보닐)옥틸이 특히 바람직하다.

상기 바람직한 고급 극성 화합물 a)는 각각의 경우에 하기 조건 i) 내지 iii) 중 1개 이상의 조건을 충족한다:

i) Z²=-CO-O-, CF₂O-, -OCF₂- 및 R²=F, OCF₃;

ii), 및 Z²=단일 결합, 및 R²=F, OCF₃, OCHF₂;

iii), 및 R²=F, OCF₃.

이들의 실례로는 하기 화합물 IIa 내지 IIz을 들 수 있다.

상기 화학식에서, R¹은 앞서 정의 한 바와 같다.

R¹은 상기 언급한 알킬, 알콕시 또는 알케닐 라디칼 중의 하나인 것이 바람직하다.

바람직한 극성 화합물 b)는 하기 조건을 충족한다:

Z²= 단일 결합, C₂H₄, -CH=CH-, -C≡CH, -C≡C-, -CF₂-CF₂-, -CF₂O- 및

및

R²= F, OCF₃, CF₃.

이들의 실례로는 하기 화합물 IIIa 내지 IIIi를 들 수 있다.

상기 화학식에서, R¹은 앞서 정의한 바와 같다.

R¹은 앞서 언급한 알킬, 알콕시 또는 알케닐 라디칼 중의 하나이다.

바람직한 중성 화합물 c)는 하기 조건을 충족한다:

C 및 D는이고,

m, n은 0이고,

Z는 R²가 F, CF₃, OCF₃또는 OCHF₂일 때 단일 결합, -CH₂-CH₂-, -CH=CH- 또는-C≡C-이다.

이들 화합물의 실례는 하기 화합물 IVa 내지 IVg를 들 수 있다.

상기 식에서,

R = H, CH₃, C₂H₅또는 n-C₃H₇

상기 식에서,

n, m = 1내지 15, l = 1 내지 13.

상기 식에서, o, p = 2내지 15.

특히 바람직한 고급 극성 화합물 a)는 하기 화학식 Va 내지 Ve의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된다:

상기 식에서,

R¹은 1 내지 15개의 탄소 원자 및 2 내지 15개의 탄소 원자를 각각 갖는 앞서 언급한 알킬 또는 알케닐기 중의 하나이고,

Y¹, Y², Y³및 Y⁴각각은 서로 독립적으로 H 또는 F이고;

및

R²는 F 또는 OCF₃이고,

r은 0, 1 또는 2이다.

특히 바람직한 중성 화합물 c)는 하기 화학식 VIa 및 VIb의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된다:

상기 식에서,

R¹및 R²각각은 앞서 정의한 바와 같고, 1 내지 15개의 탄소 원자 및 2 내지 15개의 탄소 원자를 각각 갖는 알킬 또는 알케닐 중의 하나가 바람직하다.

특히 바람직한 극성 화합물 b)는 하기 화학식 VIIa 및 VIIb의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된다:

상기 식에서,

R²는 F, CF₃또는 OCF₃이고,

Y는 H 또는 F이고,

및

r은 0 또는 1이다.

가장 바람직한 고급 극성 화합물 a)는 하기 화학식 VIIIa 내지 VIIIx의 화합물이다:

상기 식에서, n은 1 내지 15, 바람직하게는 1 내지 7이고, 대응하는 모든 화합물은, 특히 하기 화학식 IXa 내지 IXd의 화합물과 같이 -CO-O-기 대신에 단일 결합을 갖는다.

화학식 I의 화합물은, 문헌(예를 들어, 하우벤 베일(Houben-Weyl), 메토덴 데르 오르가니쉔 케미(Methoden der Organischen Chemie),조르그-티이메-베를라그(Georg-Thieme-Verlag), 스투트가르트(Stuttgart)와 같은 표준 연구)에서 기술한 바와 같이, 공지된 반응 조건하에서 정확하고 상기 반응에 적합하게 그 자체로서 공지된 방법에 의해 제조된다. 이 문헌에서는 그 자체로서 공지된 다양한 방법들을 사용하였지만 본원에서는 보다 상세하게는 언급하지 않는다. 화학식 I의 화합물은 상기 특허 문헌에서 기술한 바와 같이 제조될 수도 있다.

본 발명은 또한 프레임과 함께 셀을 형성하는 2개의 평행-평면 외부판, 외부판에서 각 픽셀을 스위칭하기 위한 통합 비선형 소자 및 본 발명에 따른 액정 매질을 함유하고, 셀 내에 위치하는 양성 유전체 비등방성 및 고 저항력의 네마틱 액정 혼합물을 갖는 전기 광학 표시장치, 특히 STN 또는 MLC 표시 및 전기 광학 표시장치용 액정 매질의 용도에 관한 것이다.

본 발명에 따른 상기 액정 혼합물은 이용가능한 변수에 따른 허용범위를 상당히 확장시킬 수 있다.

투명점, 회전 점도, 광학 비등방성 및 임계 전압의 달성가능한 조합은 현재 선행 기술 분야의 원료보다 우수하다.

저 임계 전압(V_th) 및 저 회전 점도 및 동시에 고 투명점 및 저온에서 네마틱 상에 대한 요건은 지금까지는 단지 부적합하게 충족되어 왔다.

본 발명에 따른 액정 혼합물은 네마틱 상을 -20 ℃ 밑으로, 바람직하게는 -30 ℃ 밑으로, 특히 바람직하게는 -40 ℃ 밑으로 유지하면서도, 70 ℃ 이상, 바람직하게는 80 ℃ 이상, 특히 바람직하게는 90 ℃ 이상의 투명점과 동시에 0.12 이하, 바람직하게는 0.11 이하의 복굴절 값, 그리고 저 임계 전압과 동시에 저 회전 점도를 달성할 수 있기 때문에 우수한 STN 및 MLC 표시장치를 제작할 수 있다. 특히, 본 발명의 혼합물은 낮은 작동 전압 및 짧은 반응 시간을 특징으로 한다.

TN 임계 전압은 90 mPa.s 이하의 회전 점도에서 일반적으로 2.1 V 이하, 바람직하게는 1.9 V 이하이고; 110 mPa.s의 회전 점도에서 일반적으로 1.9 V 이하, 바람직하게는 1.7 V 이하이고; 125 mPa.s 이하의 회전 점도에서 일반적으로 1.7 V 이하, 바람직하게는 1.5 V 이하, 특히 바람직하게는 1.4 V 이하이고; 135 mPa.s 이하의 회전 점도에서 일반적으로 1.5 V 이하, 바람직하게는 1.35 V 이하, 특히 바람직하게는 1.25 V 이하이고; 및 145 mPa.s 이하의 회전 점도에서 일반적으로 1.5 V 이하, 바람직하게는 1.3 V 이하이다.

편광판, 전극 기판, 표면-처리 전극에 대한 본 발명에 따른 STN 또는 MLC 표시장치의 구성은 이러한 유형의 통상적인 표시장치에 대한 구성과 동일하다. 통상적인 구성이란 용어는 본원에서 광범위하게 기술되어 있으며, 또한 폴리-Si TFT 또는 MIM 및 IPS에 기반을 둔 매트릭스 표시 소자를 비롯하여 MLC 표시장치의 모든 다양한 변경을 포괄한다.

본 발명에 따라 사용될 수 있는 액정 혼합물은 그 자체로서 통상적인 방법으로 제조된다. 일반적으로, 보다 적은 양으로 사용되는 소정 양의 성분들은 승온에서 적절한 시기에 주요 조성을 구성하는 성분 내에 용해된다. 유기 용매, 예를 들어, 아세톤, 클로로포름 또는 메탄올 중의 상기 성분들의 용액을 혼합하고, 완전히혼합한 후, 예를 들어, 증류에 의해 상기 용매를 제거하는 것도 가능하다. 기타 통상의 방법으로, 예비 혼합물, 예를 들어, 동족 혼합물을 사용하거나 소위 "멀티-보틀(multi-bottle)" 시스템을 이용함으로서 상기 혼합물을 제조하는 것도 가능하다.

유전체들은 관련 기술 분야의 숙련자에게 알려지고 상기 문헌에 기술된 첨가제들을 추가로 포함할 수도 있다. 예를 들어, 0 내지 15 중량%, 바람직하게는 0 내지 10 중량%의 다색성 염료 및/또는 키랄 도판트(chiral dopant)를 첨가할 수도 있다. 상기 첨가제들은 각각 0.01 내지 6 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 3 중량%의 농도로 사용될 수 있다. 그러나, 액정 혼합물, 즉, 액정 또는 메소제닉 화합물의 다른 성분들에 대한 농도 자료는 이들 첨가제의 농도를 고려하지 않고 주어져 있다.

본원에서 및 하기 실시예에서, 액정 화합물의 구조는 두문자어로 표시하고, 화학식들은 하기 표 A 및 B의 치환기에 따라서 변화한다. 모든 라디칼 C_nH_2n+1및 C_mH_2m+1은 n 및 m의 탄소 원자를 각각 갖는 선형 쇄 알킬 라디칼이다. 표 B의 부호는 자명하다. 표 A에서는 주 골격 구조에 대한 두문자어만이 주어진다. 각각의 경우에 있어서, 주 골격 구조에 대한 두문자어는 치환기 R¹, R², L¹및 L²에 대한 부호 다음에 오며 하이픈에 의해 분리된다.

바람직한 혼합 성분들은 표 A 및 B에 나타나 있다.

하기의 실시예들은 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.

실시예 A내지실시예 G및비교예 I내지비교예 IV

하기에 표시한 조성을 갖는 액정 혼합물을 제조하였다. 이들 혼합물에 다음과 같은 측정을 수행하였다.

-스멕틱-네마틱 상 전이(S -> N) 온도[℃];

- 투명점[℃];

-589 nm 및 20 ℃에서 광학 비등방성(△_n);

-20 ℃에서 회전 점도(γ₁)[mPa.s];

-판 표면에 수직인 방향으로 보았을 때 10 %, 50 % 및 90 %의 투과율에 대한 각각의 전압 V₁₀, V₅₀및 V₉₀[V];

-1 kHz 및 20 ℃에서 유전체 비등방성(△ε).

전기 광학 자료는 20 ℃에서 첫번째 최소치(dㆍ△n = 0.5)로 TN 셀에서 측정되었다.

실시예 A

실시예 B

실시예 C

실시예 D

실시예 E

실시예 F

실시예 G

비교예 I

비교예 II

비교예 III

비교예 IV

Claims

하기 화학식 I의 2 이상의 화합물의 혼합물을 포함하며;

이 혼합물이 a) 9 이상의 △_ε값을 갖는 30 내지 90 중량%의 화학식 I의 화합물(고급 극성 화합물),

b) 1 보다 높고 9 보다 낮은 △_ε값을 갖는 0 내지 30 중량%의 화학식 I의 화합물(극성 화합물);

c) -1 내지 1 범위의 △_ε값을 갖는 10 내지 40 중량%의 화학식 I의 화합물(중성 화합물)을 포함하고, 이때 상기 화합물 a), b) 및 c)의 합이 100 중량%인 것을 특징으로 하는 액정 매질:

화학식 I

R¹-A_m-B_n-Z¹-C-Z²-D-R²

상기 식에서,

R¹은 H이거나, 또는 비치환되거나 CN 또는 CF₃에 의해 일치환되거나 할로겐에 의해 최소한 단일치환된 1 내지 15개의 탄소 원자 및 2 내지 15개의 탄소 원자를 각각 갖는 알킬 또는 알케닐 라디칼이고, 여기서 이들 라디칼 중의 1개 이상의 CH₂기는 서로 독립적으로 산소 원자가 다른 원자와 직접적으로 결합하지 않은 방식으로 -O-, -S-,, -CO-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-에 의해 치환될 수 있고;

A, B, C 및 D 각각은 서로 독립적으로

이고,

상기 식에서,

Y¹, Y², Y³, Y⁴, Y⁵및 Y⁶각각은 서로 독립적으로 H 또는 F이고;

C는 상기 정의 이외에도,

이고;

Z¹및 Z²각각은 서로 독립적으로 단일 결합, -CH₂O-, -OCH₂O-, -CH₂-CH₂-, -CH=CH-, -C≡C-, -CF₂-CF₂-, -CF₂O-, -OCF₂- 또는 -CO-O-이고;

R²는 상기 R¹의 정의 이외에도 F, CF₃, OCF₃, OCHF₂또는 OCH₂CF₂H이고;

m 및 n 각각은 서로 독립적으로 0 또는 1이고, 단, m 및 n이 0이면 Z¹은 단일 결합이다.
제 1 항에 있어서,

a) 40 내지 80 중량%의 고급 극성 화합물; b) 0 내지 25 중량%의 극성 화합물; 및 c) 15 내지 40 중량%의 중성 화합물을 포함하는 액정 매질.
제 1 항에 있어서,

a) 70 내지 90 중량%의 고급 극성 화합물; b) 0 내지 10 중량%의 극성 화합물; 및 c) 10 내지 20 중량%의 중성 화합물을 포함하는 액정 매질.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

고급 극성 화합물 a)가 각각의 경우에 하기 조건 i) 내지 iii) 중 1개 이상의 조건을 충족시키는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

i) Z²= -CO-O-, CF₂O, OCF₂- 및 R₂= F, OCF₃;

ii), Z²= 단일 결합, 및 R²= F, OCF₃, OCHF₂;

iii).
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

극성 화합물 b)가 하기 조건을 충족시키는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

Z²= 단일 결합, C₂H₄, -CH=CH-, -CH≡CH, -C≡C-, -CF₂-CF₂, -CF₂O,

및

및

R²= F, OCF₃, CF₃.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

중성 화합물 c)가 하기 조건을 충족시키는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

D가이고,

m 및 n 이 0이고,

Z는 R²가 F, CF₃, OCF₃또는 OCHF₂일 때 단일 결합, -CH₂-CH₂-, -CH=CH- 또는 -C≡C-이다.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

고급 극성 화합물 a)가 하기 화학식의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징을 하는 액정 매질:

화학식 Va

화학식 Vb

화학식 Vc

화학식 Vd

화학식 Ve

상기 식에서,

R¹은 1 내지 15개의 탄소 원자 및 2 내지 15개의 탄소 원자를 각각 갖는 알킬 또는 알케닐기이고;

Y¹, Y², Y³및 Y⁴각각은 서로 독립적으로 H 또는 F이고;

R²는 F 또는 OCF₃이고,

r은 0, 1 또는 2이다.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

중성 화합물 c)가 하기 화학식의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 액정 매질:

화학식 VIa

화학식 VIb

상기 식에서,

R¹및 R²각각은 서로 독립적으로 1 내지 15개의 탄소 원자 및 2 내지 15개의 탄소원자를 각각 갖는 알킬 또는 알케닐기이다.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

극성 화합물 b)가 하기 화학식의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

화학식 VIIa

화학식 VIIb

상기 식에서,

R¹은 1 내지 15 개의 탄소 원자 및 2 내지 15 개의 탄소 원자를 각각 갖는 알킬 또는 알케닐기이고,

R²는 F, CF₃또는 OCF₃이고,

Y는 H 또는 F이고,

r은 0 또는 1이다.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질을 함유하는 전기 광학 표시장치.