KR20030011674A

KR20030011674A - 액정 매질

Info

Publication number: KR20030011674A
Application number: KR1020020044822A
Authority: KR
Inventors: 라이펜라스폴커; 클라젠멤머멜라니에; 릴리히말고르차다
Original assignee: 메르크 파텐트 게엠베하
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2002-07-30
Publication date: 2003-02-11
Also published as: DE10229828B4; KR100855336B1; TWI299356B; US6740369B2; DE10229828A1; JP2003119466A; US20030071244A1; JP4370496B2

Abstract

본 발명은 하나 이상의 화학식 1의 화합물:

[화학식 1]

(단, 상기 식에서, R¹¹은 탄소수 1 내지 12의 알킬기 또는 탄소수 2 내지 12의 알케닐기이고, R¹²는 탄소수 2 내지 12의 알케닐기이다)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 네거티브 유전 이방성 극성 화합물의 혼합물에 기초한 액정 매질에 관한 것이다.

Description

액정 매질{LIQUID-CRYSTALLINE MEDIUM}

본 발명은 네거티브 유전 이방성 극성 화합물의 혼합물에 기초한 액정 매질 및 전기-광학적 목적을 위한 이의 용도, 및 이 매질을 포함하는 디스플레이, 특히 ECB 효과 및 특히 VA 효과에 기초한 활성-매트릭스 어드레싱을 갖는 디스플레이에 관한 것이다.

이러한 타입의 매트릭스 액정 디스플레이는 공지되어 있다. 개별 픽셀의 개별 스위칭을 위해 사용할 수 있는 비선형 성분은 예를 들면, 활성 성분(즉, 트랜지스터)이다. 이 때, "활성 매트릭스"라는 용어가 사용되며, 두 타입 사이에 차이가 생길 수 있다:

1. 기판으로서의 실리콘 웨이퍼 상에 MOS(금속산화물 반도체) 또는 다른 다이오드.

2. 기판으로서의 유리 기판 상에 박막 트랜지스터(TFTs).

다양한 부분-디스플레이의 모듈식 조립이라도 접합 부분에서 문제가 생기기 때문에, 기판 재료로서 단결정 실리콘을 사용하면 디스플레이 크기가 제한되며, 이로 인해 타입 2가 바람직하다. 두 기술: 예를 들어 CdSe와 같은 화합물 반도체를포함하는 TFTs, 또는 다결정 또는 비결정 실리콘에 기초한 TFTs 사이에는 차이가 있다. TFT 디스플레이는 일반적으로 전송시 교차된 편광기를 가진 TN 셀로 작동하고, 후광된다.

본 명세서에서 MLC 디스플레이라는 용어는 집적 비선형 성분을 갖는 모든 매트릭스 디스플레이, 즉, 활성 매트릭스 이외에, 배리스터 또는 다이오드(MIM = 금속-절연체-금속)와 같은 불활성 성분을 포함하는 디스플레이를 포함한다.

이러한 타입의 액정 디스플레이에서, 액정은 유전체로 사용되며, 이의 광학 성질은 전기 전압을 인가하면 반전된다. 액정을 매질로 사용하는 전기-광학 디스플레이는 당업자에게 공지되어 있다. 이들 액정 디스플레이는 다양한 전기-광학 효과를 이용한다.

전기적으로 제어된 복굴절의 원리, ECB("전기적으로 제어된 복굴절") 효과 또는 DAP("정렬된 상의 변형") 효과가 1971년(M.F.Schieckel 및 K.Fahrenschon, "전기장에서 수직 배향을 갖는 네마틱 액정의 변형", Appl. Phys. Lett. 19(1971), 3912)에 처음 기재되었다. 이어서 J.F.Kahn(Appl.Phys.Lett. 20(1972), 1193) 및 G.Labrunie 및 J.Robert(J.Appl.Phys. 44(1973), 4869)의 논문이 발표되었다.

J. Robert 및 F.Clerc(SID 80 Digest Techn. Papers (1980), 30), J.Duchene(Displays 7 (1986), 3) 및 H.Schad(SID 82 Digest Techn. Papers(1982), 244)의 논문에는, 액정상이 ECB 효과에 기초한 고도의 정보 디스플레이 소자로 적합하기 위해서는, 큰 값의 탄성 상수 K₃₃/K₁₁비, 큰 값의 광학 이방성 △n, 및 약-0.5 내지 약 -5의 유전 이방성 △ε을 가져야 한다고 기재되어 있다. ECB 효과에 기초한 전기-광학 디스플레이 소자는 수직배향 가장자리 정렬(homeotropic edge alignment)을 갖는다.

그러나, 이러한 타입의 액정 디스플레이는 공지된 활성-매트릭스 TN 디스플레이와 비교하여 몇가지 단점, 특히 콘트라스트비 및 그레이 쉐이드(grey shade)의 높은 시야각 의존성을 갖는다.

ECB 디스플레이는 최근에 VAN(수직으로 정렬된 네마틱) 효과 및 VAC(수직으로 정렬된 콜레스테릭) 효과에 기초한 활성 매트릭스 디스플레이로 변형되었다. VAN 디스플레이는 특히 문헌(S. Yamauchi et al., SID Digest of Technical Papers, pp.378 ff(1989)에 기재되어 있으며, VAC 디스플레이는 문헌(K.A.Crabdall et al., Appl.Phys. Lett. 65, 4(1994))에 기재되어 있다.

더 최근에 VAN 및 VAC 디스플레이는, 이전에 이미 개시된 ECB 디스플레이와 같이, 두 투명 전극 사이에 액정 매질층을 함유하며, 이 액정 매질은 유전 상수 이방성 △ε이 네거티브의 값이다. 이러한 액정층의 분자는, 스위치-오프(switched off) 상태에서 수직배향 또는 경사진 수직배향 정렬(즉, 실질적으로 전극 표면에 수직)을 갖는다. 네거티브 △ε로 인해, 스위치-온(switched on) 상태에서 전극 표면에 평행인 액정 분자의 재정렬이 일어난다.

스위치-온 상태에서, 액정 분자가 액정 셀 전체에 걸쳐 균일한 선택 방향(preferential direction)과 평행한 정렬을 갖는 통상적인 ECB 디스플레이와 대조적으로, VAN 및 VAC 디스플레이에서는, 이 균일한 평행 정렬이 셀 내의 작은도메인에서만으로 제한된다. 이들 도메인 간에 디스클리네이션(disclination)이 존재하며, 경사 도메인으로도 알려져 있다.

그 결과, VAN 및 VAC 디스플레이는 통상적인 ECB 디스플레이와 비교하여 콘트라스트 및 그레이 쉐이드의 시야각 독립성이 크다. 또한, 이러한 타입의 디스플레이는, 스위치-온 상태의 분자를 균일하게 정렬하기 위하여 예를 들어 러빙 등으로 전극 표면을 추가로 처리할 필요가 없으므로, 보다 간단하게 제조할 수 있다.

VAN 디스플레이와 대조적으로, VAC 디스플레이의 액정 매질은, 스위치-온 상태에서 액정층의 액체-분자의 나선형 비틀림을 0 내지 360°로 유도하는, 예를 들어 키랄 도판트와 같은 하나 이상의 키랄 화합물을 추가로 포함하여 이루어진다. 바람직한 경우, 이 비틀림각은 약 90°이다.

유전 포지티브 및 유전 네거티브 액정 매질을 모두 사용할 수 있는, IPS(inplaneswitching) 효과를 이용하는 액정 디스플레이 소자도 공지되어 있다. 유사하게, 사용되는 디스플레이 모우드에 따라 게스트/호스트 디스플레이의 염료를 유전 포지티브 또는 유전 네거티브 매질 중 어느 하나에 사용할 수 있다.

유전 네거티브 매질을 사용하는 다른 타입의 액정 디스플레이는 소위 "축 대칭 마이크로도메인(axiallysymmetricmicrodomain, 줄여서 ASM)" 디스플레이로, 플라즈마 어레이에 의하여 어드레싱되는 것이 바람직하다(PALCDs, "플라즈마-어드레싱된 액정 디스플레이(plasma-addressedliquid-crystaldisplays)").

특히 VA 효과로 작동하는 상기 디스플레이 소자는 반응 시간이 비교적 짧은 것이 일반적이다. 그러나, 특히 TV 및 비디오 용으로, 반응 시간이 더 짧은 디스플레이에 대한 수요가 증가되고 있다. 원칙적으로 회전 점도를 감소시키거나 디스플레이 소자의 층 두께 d를 감소시켜 이를 달성할 수 있다. 따라서, d·△n 값을 원하는 범위로 유지하기 위하여, 층두께 d가 얇은 디스플레이 소자에 대해 광학 이방성 △n의 값이 큰 액정 매질이 필요하다.

또한, 습기, 공기, 및 열, 적외선, 가시광선 및 자외선 조사와 같은 물리적인 영향과, 직류 및 교류 전기장에 대한 화학적 내성이 중요하다. 또한, 산업적으로 사용가능한 LC 상은, 적당한 온도 범위에서 액정 중간상, 낮은 점도, 및 가능한 한 가장 높은 값의 전압 유지비를 가져야 한다.

본 발명의 목적은, 적어도 실질적으로 상기 요건을 만족하며, 특히 낮은 회전 점도 및/또는 비교적 높은 값의 광학 이방성 △n을 갖는 네거티브 유전 이방성 극성 화합물의 혼합물에 기초한 액정 매질을 제공하는 것이다.

이러한 목적은, 본 발명에 따른 매질을 디스플레이에 사용하면 달성될 수 있는 것으로 밝혀졌다.

따라서, 본 발명은 하나 이상의 화학식 1의 화합물:

(단, 상기 식에서,

R¹¹은 탄소수 1 내지 12의 알킬기 또는 탄소수 2 내지 12의 알케닐기이고,

R¹²는 탄소수 2 내지 12의 알케닐기이다)

을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 네거티브 유전 이방성 극성 화합물의 혼합물에 기초한 액정 매질에 관한 것이다.

포지티브의 유전 이방성 값만을 갖는 액정 혼합물의 성분으로서, R¹¹이 C_1-10-알킬이고, R¹²가 3-부테닐인 화학식 1의 화합물이 JP 09208503 A에 기재되어 있다.

예상 밖으로, 화학식 1의 화합물이 네거티브 유전 이방성 극성 화합물의 혼합물에 기초한 액정 매질의 성분으로 매우 적합하다는 것이 밝혀졌다. 따라서, 하나 이상의 화학식 1의 화합물을 사용하면, 회전 점도값을 손상시키기 않고 비교적 높은 값의 광학 이방성 △n을 얻을 수 있다. 또한, 일반적으로, 낮은 회전 점도도 얻을 수 있다.

또한, 하나 이상의 화학식 1의 화합물을 사용하면, 적당한 온도 범위에서 넓은 액정 중간상 범위, 저점도, 및 비교적 높은 값의 전압 유지비(HR)를 갖는 혼합물을 얻을 수 있다.

화학식 1의 화합물은, 그 자체가 수분, 공기, 및 열, 적외선, 가시광선 및 자외선 조사와 같은 물리적 영향과, 직류 및 교류 전기장에 안정하다.

본 발명에 따른 매질은 매우 높은 HR 값, 낮은 임계전압 및 특히 매우 우수한 저온 안정성과, 동시에 높은 클리어링 포인트를 갖는다.

본 발명에 따른 액정 매질은, 네거티브 유전 이방성(△ε<0)의 액정 혼합물을 사용하는 액정 매트릭스 디스플레이 소자에 사용하기에 매우 적합하다. 특히 VAN, VAC, MVA 및 PVA를 포함하는, ECB 및 VA 원리와 같은 처음에 언급한 원리로 작동하는 디스플레이 소자에 적합하다. 또한, 본 발명에 따른 매질은 ASM 및 PALC 디스플레이 및 IPS 효과로 작동하는 디스플레이에 유리하게 사용할 수 있다. 게스트/호스트 디스플레이에도 이를 사용할 수 있다. 이 때, 활성 어드레싱된 메트릭스를 갖는 MLC 디스플레이, 특히 TFT 디스플레이가 바람직하다.

따라서, 본 발명은 또한 유전체로서 본 발명에 따른 액정 매질을 함유하는 전기-광학 디스플레이 소자에 관한 것이다. ECB 원리, 특히 VA 원리에 따라 작동하는 것이 바람직하다. 이 때, 활성 어드레싱된 디스플레이 소자가 특히 유리하다.

바람직한 실시형태는 하기와 같다:

화학식 1의 R¹¹은, 탄소수 1 내지 12, 바람직하게는 탄소수 1 내지 7의 직쇄 및 분지쇄 알킬이 포함된다. 알킬 라디칼은 바람직하게는 직쇄이고, 따라서 R¹¹은 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실 또는 헵틸이다. R¹¹은 또한 옥틸, 노닐, 데실, 운데실 또는 도데실이 가능하다. R¹¹은 특히 메틸, 에틸, 프로필, 부틸 또는 펜틸, 특히 메틸이 바람직하다.

화학식 1에서 R¹²및/또는 R¹¹에는 탄소수 2 내지 12, 바람직하게는 탄소수 2 내지 5의 직쇄 및 분지쇄 알케닐이 포함된다. 직쇄 알케닐기가 바람직하다. 또한, C₂-C₇-1E-알케닐, C₄-C₇-3E-알케닐, C₅-C₇-4-알케닐, C₆-C₇-5-알케닐 및 C₇-6-알케닐, 특히 C₂-C₇-1E-알케닐, C₄-C₇-3E-알케닐 및 C₅-C₇-4-알케닐이 바람직하다. R¹²로 비닐, 프로프-1- 또는 -2-에닐, 부트-1-, -2- 또는 -3-에닐, 펜트-1-, -2-, -3- 또는 -4-에닐, 헥스-1-, -2-, -3-, -4- 또는 -5-에닐, 헵트-1-, -2-, -3-, -4-, -5- 또는 -6-에닐 또는 옥트-1-, -2-, -3-, -4-, -5-, -6- 또는 -7-에닐이 특히 바람직하다. 이들 중, 3-알케닐, 특히 부트-3-에닐 및 펜트-3-에닐이 특히 바람직하다.

따라서, 본 발명에 따른 매우 바람직한 액정 혼합물은 하나 이상의 화학식 1a, 1b, 1c 및/또는 1d의 화합물을 포함하여 이루어진다.

(단, 상기 식에서,

R¹¹은 상기 정의된 바와 같고, 특히 알킬, 바람직하게는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸 또는 펜틸이고, 특히 바람직하게는 메틸이다)

또한, 바람직한 실시형태는 다음과 같다:

a) 추가적으로 하나 이상의 화학식 2의 화합물:

(단, 상기 식에서,

m은 1 또는 2이고,

Z²¹은 -COO- 또는 단일 결합이고,

A²¹은 트란스-1,4-사이클로헥실렌 또는 1,4-페닐렌이고,

R²¹및 R²²는 상호 독립적으로 탄소수 12 이하의 알킬 또는 알케닐기로, 추가적으로 하나 이상의 비-인접 CH₂기가 -O-, -S- 및/또는 -C≡C-로 치환될 수 있다)

을 포함하여 이루어지는 매질.

b) 추가적으로 하나 이상의 화학식 3의 화합물:

(단, 상기 식에서,

m은 1 또는 2이고,

A는 트란스-1,4-사이클로헥실렌 또는 1,4-페닐렌으로, 하나의 H 원자가 F로 치환될 수 있고,

R³¹및 R³²는 상호 독립적으로 탄소수 12 이하의 알킬 또는 알케닐기로, 추가적으로 하나 이상의 비-인접 CH₂기가 -O-, -S- 및/또는 -C≡C-로 치환될 수 있다)

을 포함하여 이루어지는 매질.

c) 추가적으로 하나 이상의 화학식 4의 화합물:

(단, 상기 식에서,

R⁴¹및 R⁴²는 상호 독립적으로 R²²에 정의된 바와 같다)

을 포함하여 이루어지는 매질.

d) 추가적으로 하나 이상의 화학식 6의 화합물:

(단, 상기 식에서,

R⁶¹및 R⁶²는 상호 독립적으로 R²²에 정의된 바와 같고,

및는 상호 독립적으로,이고, 바람직하게는 상호 독립적으로이고,

Z⁶¹및 Z⁶²중 하나는 OCF₂또는 CF₂O이고, 다른 하나는 단일 결합이고,

n은 0 또는 1 이다)

을 포함하여 이루어지는 매질.

e) 추가적으로 하나 이상의 화학식 7의 화합물:

(단, 상기 식에서,

R⁷¹및 R⁷²는 각각 상호 독립적으로 R²²에 정의된 바와 같고,

Z⁷¹은 -CH₂CH₂-, -CH=CH-, -COO- 또는 단일 결합이고,

및는 각각 상호 독립적으로,이다)

을 포함하여 이루어지는 매질.

f) 추가적으로 화학식 2a 내지 2j에서 선택되는 하나 이상의 화합물:

(단, 상기 식에서,

알킬은 각각 상호 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 직쇄 알킬기이고,

n은 0 또는 1이고,

각 알케닐은 탄소수 2 내지 6의 직쇄 알케닐기이다)

을 포함하여 이루어지는 매질. 이 때, 화학식 2a, 2b, 2c, 2g, 2i 및/또는 2j 중 하나 이상의 화합물을 갖는 매질이 특히 바람직하다. 본 발명에 따르면, 특히 화학식 2g의 화합물을 포함하여 이루어지는 매질을 사용하여 낮은 회전 점도를 얻을 수 있다. 또한, 특히 n=1인 화학식 2i의 화합물을, 특히 △n>0.11인 높은 광학 이방성을 갖는 매질에서 사용하는 것이 유리할 수 있다.

g) 화학식 3a 내지 화학식 3g에서 선택되는 하나 이상의 화합물:

(단, 상기 식에서,

알케닐은 탄소수 2 내지 6의 직쇄 알케닐기이고,

n은 0 또는 1이고,

L은 H 또는 F이다)

을 포함하여 이루어지는 매질. 이 때, 화학식 3b, 3c, 3f 및/또는 3g 중 하나 이상의 화합물을 갖는 매질이 특히 바람직하다. 본 발명에 따르면, 특히 화학식 3c의 화합물을 포함하여 이루어지는 매질을 사용하여 낮은 회전 점도를 얻을 수 있다.

h) 화학식 6a 내지 6q에서 선택되는 하나 이상의 화합물:

(단, 상기 식에서,

n은 0 또는 1이다)을 포함하여 이루어지는 매질.

i) 화학식 7a 내지 화학식 7d에서 선택되는 하나 이상의 화합물:

(단, 상기 식에서,

R⁷¹및 R⁷²는 각각 상기 화학식 7에서 정의된 바와 같다. R⁷¹은 바람직하게는 탄소수 1 내지 5, 특히 바람직하게는 탄소수 1 내지 3의 n-알킬이고, R⁷²는 바람직하게는 탄소수 1 내지 5의 n-알킬 또는 n-알콕시 또는 탄소수 2 내지 5의 알케닐이다)을 포함하여 이루어지는 매질.

k) 화학식 1의 화합물을 1, 2 또는 3개 포함하여 이루어지는 매질.

l) 하나 이상의 화학식 1의 화합물 및 화학식 2d, 2f 및/또는 3c 중 하나 이상의 화합물을 포함하여 이루어지는 매질.

m) 필수적으로 각각 화학식 1, 2 및 3 중 하나 이상의 화합물로 구성되는 매질.

n) 필수적으로 각각 화학식 1, 2 및 6 중 하나 이상의 화합물로 구성되는 매질.

o) 필수적으로 각각 화학식 1, 2 및 6 중 하나 이상의 화합물로 구성되는 매질.

p) 하나 이상의 화학식 1의 화합물 2-35 중량%, 바람직하게는 2-25 중량%,특히 바람직하게는 4-18 중량%를 포함하여 이루어지는 매질.

q) 하나 이상의 화학식 2의 화합물 20-90 중량%, 바람직하게는 30-85 중량%, 특히 바람직하게는 40-80 중량%를 포함하여 이루어지는 매질.

r) 하나 이상의 화학식 3의 화합물 5-60 중량%, 바람직하게는 10-40 중량%를 포함하여 이루어지는 매질.

s) 하나 이상의 화학식 1의 화합물 2-25 중량%,

하나 이상의 화학식 2의 화합물 30-85 중량%, 및

하나 이상의 화학식 3의 화합물 10-40 중량%를 포함하여 이루어지는 매질.

액정 혼합물은 바람직하게는 80K 이상, 특히 바람직하게는 100K 이상의 네마틱상 범위를 가지고, 20℃에서 300 mPa·s 이하, 특히 250 mPa·s 이하, 및 특히 바람직하게는 200 mPa·s 이하의 회전 점도를 갖는다.

본 발명에 따른 액정 혼합물은, -0.5 이하, 바람직하게는 -2.0 이하, 특히 바람직하게는 -3.0 이하의 유전 이방성 △ε를 갖는다. 바람직한 △ε 값 범위는, 20℃ 및 1 kHz에서 측정되는 각 경우에, 약 -0.5 내지 -8, 특히 약 -2.0 내지 -7.0, 특히 바람직하게는 약 -3.0 내지 -5.5이다. 유전 상수 ε∥는 일반적으로 3 이상, 바람직하게는 3.2 내지 4.5이다.

액정 혼합물의 복굴절 △n은 일반적으로 0.060 이상, 바람직하게는 0.075 이상, 특히 바람직하게는 0.090 이상의 값을 갖는다. 비교적 높은 광학 이방성을 갖는 이러한 타입의 매질은 일반적으로 0.14 이하의 △n값을 가지며, 0.17 이하 또는 이 이상의 값도 가능하다.

유전체는 또한, 당업자에게 공지되거나 문헌에 기재된 첨가제를 포함하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 0-15 중량%의 다색성 염료를 첨가할 수 있으며, 또한 전도성 염, 바람직하게는 에틸디메틸도데실암모늄 4-헥실옥시벤조에이트, 테트라부틸 암모늄 테트라페닐보라네이트 또는 크라운 에테르의 착염(예를 들어, Haller et al., Mol. Cryst. Liq. Cryst.24, 249-258(1973))을 첨가하여 전도성을 개선하거나, 물질을 첨가하여 유전 이방성, 점도 및/또는 네마틱 상의 정렬을 변형시킬 수 있다. 이런 타입의 물질은 예를 들어 문헌(DE-A 22 09 127, 22 40 864, 23 21 632, 23 38 281, 24 50 088, 26 37 430 및 28 53 728)에 기재되어 있다.

본 발명에 따른 상기 화학식의 액정 혼합물의 각 성분은 공지되어 있거나, 이의 제조 방법이 문헌에 기재된 표준 방법에 기초하므로, 종래 기술로부터 대응 기술분야의 당업자에 의하여 쉽게 유도될 수 있다.

화학식 2 내지 6의 "알킬"이라는 용어는 탄소수 12 이하, 바람직하게는 탄소수 1 내지 7의 직쇄 및 분지쇄 알킬을 포함하며, 따라서 특히 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실 또는 펜틸이다. 옥틸, 노닐, 데실, 운데실 및 도데실도 가능하다.

화학식 2 내지 6의 "알케닐"이라는 용어는 탄소수 12 이하, 바람직하게는 탄소수 2 내지 7의 직쇄 및 분지쇄 알케닐을 포함한다. C₂-C₇-1E-알케닐, C₄-C₇-3E-알케닐, C₅-C₇-4-알케닐, C₆-C₇-5-알케닐 및 C₇-6-알케닐, 특히 C₂-C₇-1E-알케닐, C₄-C₇-3E-알케닐 및 C₅-C₇-4-알케닐이 더 바람직하다.

이들 기 중, 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 및 6-헵테닐이 특히 바람직하다.

본 발명에 따른 디스플레이의 네마틱 액정 혼합물은 일반적으로 두 성분 A 및 B를 포함하여 이루어지며, 이들은 그 자체가 하나 이상의 개별 화합물로 구성된다.

성분 A는 상당한 네거티브 유전 이방성을 가지며, 네마틱 상에 ≤-0.3의 유전 이방성을 부여한다. 이는 화학식 2 및/또는 6의 화합물을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

성분 A는 45 내지 100 중량%, 특히 60 내지 100 중량%가 바람직하다.

성분 A로, △ε 값이 ≤-0.8인 하나 이상의 개별 성분이 선택되는 것이 바람직하다. 이 값은 전체적으로 혼합물 중 성분 A의 비율이 작을수록 더 네거티브해야 한다.

성분 B의 특히 바람직한 개별 화합물은, 20℃에서 18 mm²·s^-1이하, 바람직하게는 12 mm²·s^-1이하의 점도를 갖는, 점도가 극도로 낮은 점성 네마틱 액정이다.

성분 B는 단변성(monotropically) 또는 서로바뀜(enantiotropically) 네마틱이며, 스멕틱 상을 갖지 않고, 액정 혼합물 내에서 매우 낮은 온도로 떨어져 스멕틱 상이 생성되는 것을 억제할 수 있다. 예를 들어, 네마토제너티(nematogeneity)가 높은 다양한 재료가 스멕틱 액정 혼합물에 첨가된다면, 스멕틱상 억제가 달성되는 정도를 통하여 이들 재료의 네마토제너티를 비교할 수 있다. 다수의 적당한 재료가 문헌으로부터 당업자에게 공지되어 있다. 화학식 2의 화합물이 특히 바람직하다.

본 발명에 따른 액정 혼합물은 바람직하게는 화학식 1, 2 및 3, 임의로 추가적으로 화학식 4, 6 및/또는 7의 화합물을 4 내지 25, 특히 6 내지 18개 포함하여 이루어진다.

화학식 1, 2 및 3 및 임의로 추가적으로 화학식 4, 6 및/또는 7의 화합물 외에, 다른 성분도 예를 들어 전체적으로 혼합물의 45 중량% 이하, 바람직하게는 35 중량% 이하, 특히 최대 10 중량% 이하의 양으로 존재할 수 있다.

다른 성분은 네마틱 또는 네마토제닉 물질, 특히 공지된 물질, 아족시벤젠, 벤질리덴아닐린, 비페닐, 터페닐, 페닐 또는 사이클로헥실 벤조에이트, 페닐 또는 사이클로헥실 사이클로헥산카복실레이트, 페닐사이클로헥산, 사이클로헥실비페닐, 사이클로헥실사이클로헥산, 사이클로헥실나프탈렌, 1,4-비스사이클로헥실비페닐 또는 사이클로헥실피리미딘, 페닐- 또는 사이클로헥실디옥산, 임의로 할로겐화된 스틸벤, 벤질 페닐 에테르, 톨란 및 치환된 신남산류에서 선택되는 것이 바람직하다.

이 타입의 액정 혼합물의 성분으로 적합한 가장 중요한 화합물은, 화학식 8:

R^a-L-G-E-R^b

(단, 상기 식에서,

L 및 E는 각각 1,4-이치환 벤젠 및 사이클로헥산 고리, 4,4'-이치환 비페닐, 페닐사이클로헥산 및 사이클로헥실사이클로헥산 계, 2,5-이치환 피리미딘 및 1,3-디옥산 고리, 2,6-이치환 나프탈렌, 디-및 테트라하이드로나프탈렌, 퀴나졸린 및 테트라하이드로퀴나졸린으로 형성되는 그룹으로부터의 카보사이클릭 또는 헤테로사이클릭 고리계이고,

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- 또는 C-C 단일 결합이고,

Q는 할로겐, 바람직하게는 염소 또는 -CN이고,

R^a및 R^b는 각각 탄소수 18 이하, 바람직하게는 8 이하의 알킬, 알콕시, 알카노일옥시 또는 알콕시카보닐옥시이거나, 이 라디칼 중 하나는 선택적으로 CN, NC, NO₂, CF₃, F, Cl 또는 Br이다)로 특징지을 수 있다.

이들 화합물의 대부분은, R^a및 R^b가 서로 다르고, 이들 라디칼 중 하나는 일반적으로 알킬 또는 알콕시기이다. 제안된 치환체의 다른 변형된 형태도 일반적이다. 많은 이러한 물질 또는 이의 혼합물은 또한 시판되고 있다. 이들 물질은 모두 문헌으로부터 공지된 방법으로 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 ECB 혼합물은 또한 예를 들어, H, N, O, Cl 및 F가 대응 동위원소로 치환된 화합물을 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 액정 디스플레이의 구조는, 예를 들어 EP-A 0 240 379에 개시된 바와 같은 일반적인 형태에 해당한다.

화학식 1의 화합물 외에, 본 발명에 따른 혼합물은 바람직하게는 하기된 화합물을 하나 이상 포함하여 이루어진다.

다음 약자를 사용한다(n,m=1-6;z=1-6):

하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것으로 이를 제한하고자 하는 것이 아니다. 상기 및 하기에서, 달리 언급이 없는 한 비율은 중량%이다. 모든 온도는섭씨 온도로 나타낸다.

나타낸 전압값 V₀는 20℃에서 층두께 20㎛인 통상적인 ECB 셀로 측정한다.

하기 약자를 사용한다:

T(N,I)클리어링 포인트[℃]

△n 589nm 및 20℃에서의 광학 이방성(복굴절)

n_e이상 굴절율(extraordinary refractive index)

△ε 1kHz 및 20℃에서의 유전 이방성

ε_⊥1kHz 및 20℃에서 분자 세로축에 수직인 유전 상수

k₃/k₁탄성 상수 K₃및 K₁의 비

γ₁회전 점도 [mPa·s](달리 언급이 없는 한 20℃에서)

V₀Fredericksz 임계 전압[V]

t_저장시간에서의 저온 저장 안정성(-30℃, -40℃)

실시예 1

본 액정 혼합물은 비교적 높은 △n 값과 낮은 회전 점도 γ₁를 갖는다. 또한, 이 혼합물은 장시간에 걸쳐 -40℃ 이하에서 네마틱상을 갖는다.

실시예 2

본 액정 혼합물은 비교적 높은 △n 값과 낮은 회전 점도 γ₁를 갖는다. 또한, 이 혼합물도 -40℃에서 네마틱상을 갖는다.

실시예 3

본 액정 혼합물은 비교적 높은 △n 값과 낮은 회전 점도 γ₁를 갖는다. 또한, 이 혼합물은 장시간에 걸쳐 -30℃ 이하에서 네마틱상을 갖는다.

실시예 4

본 액정 혼합물은 비교적 높은 △n 값과 낮은 회전 점도 γ₁를 갖는다. 또한, 이 혼합물은 장시간에 걸쳐 -40℃에서 네마틱상을 갖는다.

실시예 5

실시예 6

본 액정 혼합물은 비교적 높은 △n 값과 낮은 회전 점도 γ₁를 갖는다.

실시예 7

실시예 8

실시예 9

본 발명에 의하면, 습기, 공기, 및 열, 적외선, 가시광선 및 자외선 조사와 같은 물리적인 영향과, 직류 및 교류 전기장에 대한 화학적 내성이 우수하고, 적당한 온도 범위에서 액정 중간상, 낮은 점도, 및 가능한 한 가장 높은 값의 전압 유지비를 가지며, 특히 낮은 회전 점도 및/또는 비교적 높은 값의 광학 이방성 △n을 갖는 네거티브 유전 이방성 극성 화합물의 혼합물에 기초한 액정 매질을 얻을 수 있다.

Claims

하나 이상의 화학식 1의 화합물:

[화학식 1]

(단, 상기 식에서,

R¹¹은 탄소수 1 내지 12의 알킬기 또는 탄소수 2 내지 12의 알케닐기이고,

R¹²는 탄소수 2 내지 12의 알케닐기이다)

을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 네거티브 유전 이방성 극성 화합물의 혼합물에 기초한 액정 매질.
제 1항에 있어서,

추가적으로 하나 이상의 화학식 2의 화합물:

[화학식 2]

(단, 상기 식에서,

Z²¹은 -COO- 또는 단일 결합이고,

A²¹은 트란스-1,4-사이클로헥실렌 또는 1,4-페닐렌이고,

m은 1 또는 2이고,

R²¹및 R²²는 상호 독립적으로 탄소수 12 이하의 알킬 또는 알케닐기로, 추가적으로 하나 이상의 비-인접 CH₂기가 -O-, -S- 및/또는 -C≡C-로 치환될 수 있다)

을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 매질.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

추가적으로 하나 이상의 화학식 3의 화합물:

[화학식 3]

(단, 상기 식에서,

고리 A는 트란스-1,4-사이클로헥실렌 또는 1,4-페닐렌으로, 하나의 H 원자가 F로 치환될 수 있고,

R³¹및 R³²는 상호 독립적으로 R²¹에 대하여 정의된 바와 같고,

m은 1 또는 2의 값을 갖는다)

을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 매질.
제 1항 내지 제 3항 중의 어느 한 항에 있어서,

추가적으로 화학식 2a 내지 2j에서 선택되는 하나 이상의 화합물:

[화학식 2a]

[화학식 2b]

[화학식 2c]

[화학식 2d]

[화학식 2e]

[화학식 2f]

[화학식 2g]

[화학식 2h]

[화학식 2i]

[화학식 2j]

(단, 상기 식에서,

알킬은 각각 상호 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 직쇄 알킬기이고,

알케닐은 탄소수 2 내지 6의 직쇄 알케닐기이고,

n은 0 또는 1이다)

을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 매질.
제 1항 내지 제 4항 중의 어느 한 항에 있어서,

화학식 3a 내지 화학식 3g에서 선택되는 하나 이상의 화합물:

[화학식 3a]

[화학식 3b]

[화학식 3c]

[화학식 3d]

[화학식 3e]

[화학식 3f]

[화학식 3g]

(단, 상기 식에서,

알킬은 각각 상호 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 직쇄 알킬기이고,

알케닐은 탄소수 2 내지 6의 직쇄 알케닐기이고,

n은 0 또는 1이고,

L은 H 또는 F이다)

을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 매질.
제 1항 내지 제 5항 중의 어느 한 항에 있어서,

4개 이상의 화학식 1 및 2의 화합물 및 하나 이상의 화학식 3의 화합물로 필수적으로 구성되는 것을 특징으로 하는 매질.
제 1항 내지 제 6항 중의 어느 한 항에 있어서,

전체적으로 혼합물 중 화학식 1의 화합물의 비율이 10 중량% 이상인 것을 특징으로 하는 매질.
제 1항 내지 제 7항 중의 어느 한 항에 있어서,

전체적으로 혼합물 중 화학식 2의 화합물의 비율이 30 중량% 이상인 것을 특징으로 하는 매질.
제 1항 내지 제 8항 중의 어느 한 항에 있어서,

전체적으로 혼합물 중 화학식 3의 화합물의 비율이 5 중량% 이상인 것을 특징으로 하는 매질.
제 1항 내지 제 9항 중의 어느 한 항에 있어서,

하나 이상의 화학식 1의 화합물 10-45 중량%,

하나 이상의 화학식 2의 화합물 30-85 중량%, 및

하나 이상의 화학식 3의 화합물 5-35 중량%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 매질.
제 1항 내지 제 10항 중의 어느 한 항에 따른 액정 매질을 유전체로 함유하는 것을 특징으로 하는 전기-광학 디스플레이 소자.
제 11항에 있어서,

활성 어드레싱된 매트릭스인 것을 특징으로 하는 전기-광학 디스플레이 소자.
제 11항 또는 제 12항에 있어서,

ECB 및/또는 VA 원리로 작동하는 것을 특징으로 하는 전기-광학 디스플레이 소자.