KR20040078919A

KR20040078919A - 액정 매질

Info

Publication number: KR20040078919A
Application number: KR1020040014994A
Authority: KR
Inventors: 헤크마이어미카엘; 슐러브리지테; 사이토이즈미; 쇼엔사비네; 키르쉬피어
Original assignee: 메르크 파텐트 게엠베하
Priority date: 2003-03-05
Filing date: 2004-03-05
Publication date: 2004-09-13
Also published as: KR20120022693A; KR101364940B1; EP1454975A2; DE102004008638A1; EP1454975A3; KR20130050945A; TWI354015B; DE502004001976D1; ATE345376T1; JP4948749B2; TW200424293A; JP2004285353A; US7105210B2; EP1454975B1; US20040173776A1

Abstract

본 발명은 하나 이상의 하기 화학식 1a의 화합물 및 하나 이상의 하기 화학식 1b의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 양의 유전 이방성을 갖는 극성 화합물의 혼합물을 기초로 하는 액정 매질에 관한 것이다:

상기 식에서,

R¹, R², 환 A, L¹내지 L⁸, Z¹, X¹및 X²는 후술하는 특허청구범위 제 1 항에서 정의하는 바와 같다.

Description

액정 매질{LIQUID-CRYSTALLINE MEDIUM}

본 발명은 액정 매질, 전기-광학적 목적을 위한 액정 매질의 용도, 및 액정 매질을 포함하는 디스플레이에 관한 것이다.

액정은 그 광학적 성질이 적용 전압에 따라 변화될 수 있기 때문에, 주로 디스플레이 장치에서 유전체로 사용된다. 액정에 기초한 전기-광학적 장치는 당해 기술분야의 숙련자에게 주지되어 있으며 여러 효과에 기초를 둘 수 있다. 그러한 장치의 예로는 동적 산란을 갖는 셀, DAP(정렬된 상의 변형) 셀, 게스트/호스트 셀, 트위스티드 네마틱 구조를 갖는 TN 셀, STN(수퍼트위스티드 네마틱) 셀, SBE(초복굴절 효과) 셀 및 OMI(광학적 모드 간섭) 셀이 있다. 가장 일반적인 디스플레이 장치는 샤트-헬프리히(Schadt-Helfrich) 효과에 기초한 것이고 트위스티드 네마틱 구조를 가진다.

액정 재료는 우수한 화학적 및 열적 안정성을 가져야 하고 전기장 및 전기자기적 방사에 대하여 우수한 안정성을 가져야 한다. 더욱이, 액정 재료는 낮은 점도를 가져야 하고 셀에 있어서 짧은 어드레싱 타임, 낮은 역치 전압 및 높은 콘트라스트를 생성하여야 한다.

이들은 더욱이 일상적인 작동 온도, 즉 실온 이상 및 이하의 가장 넓은 가능범위 내에서 적절한 중간상, 예컨대 상기 언급한 셀의 경우 네마틱 또는 콜레스테릭 중간상을 가져야 한다. 액정은 일반적으로 구성요소의 복수의 혼합물로서 사용되므로, 구성요소들이 서로 쉽게 혼합되는 것이 중요하다. 전기적 전도성, 유전 이방성 및 광학적 이방성과 같은 기타 성질은 셀 유형 및 적용 영역에 따라 다양한 요건을 충족하여야 한다. 예컨대, 트위스티드 네마틱 구조를 갖는 셀의 재료는 양의 유전 이방성 및 낮은 전기적 전도성을 가져야 한다.

예컨대, 개개의 픽셀을 전환하기 위한 통합된 비선형 요소를 갖는 매트릭스 액정 디스플레이(MLC 디스플레이)의 경우는, 큰 양의 유전 이방성, 넓은 네마틱 상, 비교적 낮은 복굴절율, 매우 높은 비저항, 우수한 자외선 및 온도 안정성 및 보다 낮은 증기압을 갖는 매질이 바람직하다.

이러한 유형의 매트릭스 액정 디스플레이는 공지되어 있다. 개개의 픽셀의 개별적인 전환을 위하여 사용될 수 있는 비선형 요소는, 예컨대, 활성 요소(즉, 트랜지스터)이다. 그리하여 "활성 매트릭스"라는 용어가 사용되는데, 이는 하기 두 가지 유형으로 구분될 수 있다:

1. 기판으로서의 실리콘 웨이퍼 상 MOS(금속 산화물 반도체) 또는 다른 다이오드.

2. 기판으로서의 유리판 상 박막 트랜지스터(TFT).

기판 재료로서 단결정성 규소를 사용하는 경우는, 여러 부분-디스플레이의 모듈식 조립이 그 결합에 문제를 일으킬 수 있으므로, 디스플레이 크기가 제한된다.

보다 바람직한, 좀더 전도유망한 유형 2의 경우에 있어서, 이용되는 전기-광학적 효과는 일반적으로 TN 효과이다. 두 기술 간에는 차이가 있다: 예컨대, CdSe와 같은 복합 반도체를 포함하는 TFT, 또는 다결정성 또는 비결정질의 규소에 기초한 TFT. 후자의 기술에 대해서는 전세계적으로 심도있는 연구가 행해지고 있다.

TFT 매트릭스는 디스플레이의 한 유리판의 안쪽에 적용되는데, 반면 다른 유리판은 그 안쪽에 투명한 반대전극을 갖는다. 픽셀 전극의 크기와 비교할 때, TFT는 매우 작고 실질적으로 이미지에 대해 반대 효과를 갖지 않는다. 이 기술은 또한 전색(fully colour-capable) 디스플레이에 확장될 수 있는데, 이 디스플레이에서 적색, 녹색 및 청색 필터의 모자이크는 필터 요소가 각각의 전환이 가능한 픽셀의 반대쪽에 있는 방식으로 정렬되어 있다.

TFT 디스플레이는 일반적으로 트랜스미션에 십자형의 편광자를 갖는 TN 셀로서 작동하고 배후로부터 방사된다.

본 명세서에서 MLC 디스플레이라는 용어는 통합된 비선형 요소를 갖는 임의의 매트릭스 디스플레이를 포괄하는 것으로, 즉 활성 매트릭스 외에도, 배리스터 또는 다이오드와 같은 수동적 요소를 갖는 디스플레이 또한 포함된다(MIM = 금속-절연체-금속).

이러한 유형의 MLC 디스플레이는 특히 TV 장치(예컨대 휴대용 TV) 또는, 컴퓨터 장치(노트북) 및 자동차 또는 항공기 건축에 있어서의 고-정보 디스플레이에 대하여 적당하다. 콘트라스트의 각 의존도 및 응답시간에 관한 문제 이외에도, 액정 혼합물의 부적당하게 높은 비저항으로 인하여 MLC 디스플레이에 있어서 문제점이 또한 발생한다[참조문헌: 토가시 에스(TOGASHI, S.), 세코구치 케이(SEKOGUCHI, K.), 타나베 에이치(TANABE, H.), 야마모토 이(YAMAMOTO, E.), 소리마치 케이(SORIMACHI, K.), 타지마 이(TAJIMA, E.), 와타나베 에이치(WATANABE, H.), 시미즈 에이치(SHIMIZU, H.), Proc. Eurodisplay 84, Sept. 1984: A 210-288 이중단계 다이오드 환에 의하여 조절되는 매트릭스 LCD(Matrix LCD Controlled by Double Stage Diode Rings), p.141ff, Paris; 스트로머 엠(STROMER, M.), Proc. Eurodisplay 84, Sept. 1984: 텔레비전 액정 디스플레이의 매트릭스 어드레싱을 위한 박막 트랜지스터의 디자인(Design of Thin Film Transistors for Matrix Addressing of Television Liquid Crystal Displays), p. 145ff, 파리]. 저항을 감소시키면, MLC 디스플레이의 콘트라스트가 악화되고, 잔상 제거의 문제가 발생할 수 있다. 액정 혼합물의 비저항은 일반적으로 디스플레이의 내부 표면과의 상호작용으로 MLC 디스플레이의 수명을 떨어뜨리기 때문에, 허용가능한 서비스 수명을 획득하기 위하여 높은 (초기) 저항이 매우 중요하다. 특히 낮은 전압 혼합물의 경우에 있어서, 지금까지는 매우 높은 비저항값을 얻는 것이 불가능했다. 온도의 증가 및 가열 및/또는 자외선 노출 후에 비저항이 가장 작은 증가를 나타내는 것이 더욱이 중요하다. 종래 기술의 혼합물의 저온성은 또한 특히 불리하다. 심지어 낮은 온도에서도, 결정화 및/또는 스멕틱 상이 일어나지 않고 점도의 온도 의존성이 가능한 한 낮을 것이 요구된다. 그러므로 종래 기술의 MLC 디스플레이는 오늘날의 요건을 충족시키지 못한다.

그러므로 이러한 단점을 가지지 않거나, 감소된 정도로 갖는 낮은 온도 및 낮은 역치 전압에서조차도 큰 작동온도 범위, 짧은 응답시간을 가짐과 동시에 매우 높은 비저항을 가지는 MLC 디스플레이에 대한 큰 수요가 계속되고 있다.

후광을 사용하는, 즉 투과적으로 및 바람직하게는 전사적으로 작동되는 액정 디스플레이에 부가하여, 반사성 액정 디스플레이 또한 특히 흥미롭다. 이러한 반사성 액정 디스플레이는 정보 디스플레이를 위하여 주위의 빛을 사용한다. 그러므로 이들은 상응하는 크기 및 해상도를 갖는 후광 액정 디스플레이보다 상당히 낮은 에너지를 소비한다. TN 효과는 매우 우수한 콘트라스트로 특징되기 때문에, 이러한 유형의 반사성 디스플레이는 밝은 주위 환경조건에서도 잘 읽힐 수 있다. 예컨대, 시계 및 휴대용 계산기에 사용되고 있듯이, 이는 이미 단순 반사성 TN 디스플레이에 대해 알려져 있다. 그러나, 이 원리는 또한, 예컨대, TFT 디스플레이와 같은, 고 품질의 더 높은 해상도 활성 매트릭스-어드레스 디스플레이에 적용될 수도 있다. 여기서, 일반적으로 전형적인 투과성 TFT-TN 디스플레이에서와 같이, 낮은 복굴절률(Δn)을 갖는 액정의 사용은 낮은 광학적 지연도(d·Δn)를 달성하기 위하여 필요하다. 이러한 낮은 광학적 지연도는 일반적으로 허용가능한 콘트라스트의 낮은 시야각 의존도를 초래한다(참조: DE 30 22 818). 반사성 디스플레이에서는, 빛이 통과하는 유효 층 두께가 빛이 동일한 층 두께를 갖는 투과성 디스플레이에서보다 반사성 디스플레이에서 약 2배 더 크므로 낮은 복굴절률을 갖는 액정의 사용은 투과성 디스플레이에서보다 훨씬 더 중요하다.

TN(샤트-헬프리히) 셀의 경우, 셀에서 하기의 이점을 촉진하는 매질이 바람직하다:

- 확장된 네마틱 상 범위(특히 저온으로까지)

- 저장 안정성, 심지어 극저온에서조차

- 극저온에서의 개폐능력(야외에서의 사용, 자동차, 항공전자공학)

- 자외선 방사에의 증가된 저항성(더 오랜 유효 수명)

- 반사성 디스플레이에 대한 낮은 광학적 복굴절률(Δn).

종래 기술에 따른 매질은 다른 파라미터를 동시에 유지하면서 이러한 이점을 달성할 수 없다.

수퍼트위스티드(STN) 셀의 경우에, 더 큰 다중성 및/또는 더 낮은 역치 전압 및/또는 더 넓은 네마틱 상 범위(특히 저온에서)를 가능하게 하는 매질이 바람직하다. 이 목적을 위하여, 활용가능한 파라미터 범위(투명점, 스멕틱-네마틱 전이 또는 융점, 점도, 유전성 파라미터, 탄성 파라미터)의 추가적 확장이 매우 바람직하다.

본 발명의 목적은, 특히 MLC, TN 또는 STN 디스플레이에 있어서, 상기 언급한 결점을 갖지 않거나 감소된 정도로 갖는, 그리고 바람직하게는 동시에 매우 낮은 역치 전압을 갖고 동시에 높은 전압 보유비(VHR)를 갖는 매질을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 매질이 디스플레이에 사용될 경우 본 발명의 목적이 성취될수 있는 것으로 밝혀졌다.

그러므로 본 발명은, 하나 이상의 하기 화학식 1a의 화합물 및 하나 이상의 하기 화학식 1b의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 양의 유전 이방성을 갖는 극성 화합물의 혼합물에 기초한 액정 매질에 관한 것이다:

화학식 1a

화학식 1b

상기 식에서,

R¹및 R²는, 각각, 서로 독립적으로, H, 또는 1 내지 15개의 탄소원자를 갖는 할로겐화 또는 비치환된 알킬 라디칼이며, 이때 알킬 라디칼중 하나 이상의 CH₂기는 각 경우에 서로 독립적으로 O원자가 서로에게 직접 연결되지 않는 방식으로 -C≡C-, -CH=CH-, -O-,, -CO-O- 또는 -O-CO-에 의하여 치환될 수도 있고;

X¹및 X²는, 각각, 서로 독립적으로, F, Cl, CN, SF₅, SCN, NCS, OCN, 할로겐화 알킬 라디칼, 할로겐화 알케닐 라디칼, 할로겐화 알콕시 라디칼 또는 할로겐화 알케닐옥시 라디칼이며, 이때 이들 라디칼은 각각 6개 이하의 탄소원자를 갖고;

는

또는이고;

Z¹은, -CH₂CH₂-, -CH=CH-, -C≡C-, -COO-, -CH₂O-, -OCH₂-, -OOC-, -(CH₂)₄-, -CHFO-, -CH=CF-, -CF=CH-, -CF=CF-, -C₂F₄-, -CF₂O-, -OCF₂- 또는 단일결합이고;

L¹내지 L⁸은, 각각, 서로 독립적으로, H 또는 F이다.

상기 화학식 1a 및 1b의 화합물은 넓은 범위의 적용이 가능하다. 치환기의 선택에 따라, 이러한 화합물은 액정 매질의 지배적 구성성분인 기초 물질로서 사용될 수 있다: 그러나, 예컨대, 이러한 유형의 유전체의 유전 이방성 및/또는 광학적 이방성을 변화시키기 위하여 그리고/또는 그 역치 전압 및/또는 그 점도를 최적화하기 위하여 상기 화학식 1a 및 1b의 화합물을 다른 부류의 화합물로 구성되는 액정 기초 물질에 부가하는 것 또한 가능하다. 본 발명에 따른 혼합 개념은, 특히2.5V 및 3.3V 혼합물에 있어서, 매우 우수한 신뢰도 및 V_th/γ₁비율을 가진다는 점에서 종래 기술분야와는 차별화된다. 더욱이, 본 발명에 따른 혼합물은, 더 작은 복굴절률 값을 가진다는 점에서, 예컨대, EP 10 46 693 및 EP 10 46 694와 같은 종래 기술과는 구별된다. 본 발명에 따른 혼합물은 바람직하게는 0.0780 미만의 Δn값을 갖는다.

순수한 상태에서, 화학식 1a 및 1b의 화합물은 무색이고 전기-광학적 사용을 위해 선호되는 온도 범위에서 액정 중간상을 형성한다. 이들은 화학적으로, 열적으로 및 빛에 안정하다.

상기 화학식 1a 및 1b의 화합물에 대하여 바람직한 라디칼은 하기와 같다.

상기 화학식의 화합물에서 X¹및 X²는, 서로 독립적으로, 바람직하게는

R¹및/또는 R²가 알킬 라디칼 및/또는 알콕시 라디칼인 경우, 이는 직쇄 또는 측쇄일 수 있다. 바람직하게는 직쇄이고, 1, 2, 3, 4, 5, 6 또는 7개의 탄소원자를 가지며 따라서 바람직하게는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸,에톡시, 프로폭시, 부톡시, 펜톡시, 헥실옥시 또는 헵틸옥시, 더욱이 옥틸, 노닐, 데실, 운데실, 도데실, 트리데실, 테트라데실, 펜타데실, 메톡시, 옥틸옥시, 노닐옥시, 데실옥시, 운데실옥시, 도데실옥시, 트리데실옥시 또는 테트라데실옥시이다.

옥사알킬은 바람직하게는 직쇄 2-옥사프로필(=메톡시메틸), 2-(=에톡시메틸) 또는 3-옥사부틸(=2-메톡시에틸), 2-, 3- 또는 4-옥사펜틸, 2-, 3-, 4- 또는 5-옥사헥실, 2-, 3-, 4-, 5- 또는 6-옥사헵틸, 2-, 3-, 4-, 5-, 6- 또는 7-옥사옥틸, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7- 또는 8-옥사노닐, 또는 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- 또는 9-옥사데실이다.

R¹및/또는 R²가 하나의 CH₂기가 -CH=CH-로 치환된 알킬 라디칼인 경우, 이는 직쇄 또는 측쇄일 수 있다. 바람직하게는 직쇄이고 2 내지 10개의 탄소원자를 가진다. 따라서, 특히 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, 옥트-1-, -2-, -3-, -4-, -5-, -6- 또는 -7-에닐, 논-1-, -2-, -3-, -4-, -5-, -6-, -7- 또는 -8-에닐, 또는 데스-1-, -2-, -3-, -4-, -5-, -6-, -7-, -8- 또는 -9-에닐이다.

R¹및/또는 R²가 하나의 CH₂기가 -O-로 치환되고 하나는 -CO-로 치환된 알킬 라디칼인 경우, 이들은 바람직하게는 인접한다. 그러므로 이들은 아실옥시기 -CO-O- 또는 옥시카르보닐기 -O-CO-를 포함한다. 이들은 바람직하게는 직쇄이고 2 내지 6개의 탄소원자를 가진다. 따라서, 이들은 특히 아세톡시, 프로피오닐옥시, 부티릴옥시, 펜타노일옥시, 헥사노일옥시, 아세톡시메틸, 프로피오닐옥시메틸, 부티릴옥시메틸, 펜타노일옥시메틸, 2-아세톡시에틸, 2-프로피오닐옥시에틸, 2-부티릴옥시에틸, 2-아세톡시프로필, 3-프로피오닐옥시프로필, 4-아세톡시부틸, 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)부틸이다.

R¹및/또는 R²가 하나의 CH₂기가 비치환 또는 치환된 -CH=CH-로 치환되고 인접한 CH₂기가 CO 또는 CO-O 또는 O-CO로 치환된 경우, 이는 직쇄 또는 측쇄일 수 있다. 바람직하게는 직쇄이고 4 내지 12개의 탄소원자를 가진다. 따라서, 특히 아크릴로일옥시메틸, 2-아크릴로일옥시에틸, 3-아크릴로일옥시프로필, 4-아크릴로일옥시부틸, 5-아크릴로일옥시펜틸, 6-아크릴로일옥시헥실, 7-아크릴로일옥시헵틸, 8-아크릴로일옥시옥틸, 9-아크릴로일옥시노닐, 10-아크릴로일옥시데실, 메트아크릴로일옥시메틸, 2-메트아크릴로일옥시에틸, 3-메트아크릴로일옥시프로필, 4-메트아크릴로일옥시부틸, 5-메트아크릴로일옥시펜틸, 6-메트아크릴로일옥시헥실, 7-메트아크릴로일옥시헵틸, 8-메트아크릴로일옥시옥틸 또는 9-메트아크릴로일옥시노닐이다.

R¹및/또는 R²가 CN 또는 CF₃로 단일치환된 알킬 또는 알케닐 라디칼인 경우, 이 라디칼은 바람직하게는 직쇄이다. CN 또는 CF₃에 의한 치환은 어느 위치라도 바람직하다.

R¹및/또는 R²가 할로겐으로 적어도 단일치환된 알킬 또는 알케닐 라디칼인 경우, 이 라디칼은 바람직하게는 직쇄이고, 할로겐은 바람직하게는 F 또는 Cl이다. 다중치환의 경우에, 할로겐은 바람직하게는 F이다. 결과적으로 얻어지는 라디칼은 또한 과불소화된 라디칼을 포함한다. 단일치환의 경우에, 불소 또는 염소 치환체는 어느 위치라도 적당하나, 바람직하게는 ω-위치이다.

측쇄의 윙(wing) 기 R¹및/또는 R²를 포함하는 화합물은 전형적인 액정 기초 물질 중에서 더 우수한 용해도를 가지므로 때때로 중요할 수 있고, 특히 이들이 광학적으로 활성이 있을 경우 키랄 도판트로서 중요하다. 이러한 유형의 스멕틱 화합물은 강유전성 물질의 구성성분으로서 적당하다.

이러한 유형의 측쇄 기는 일반적으로 많아야 한 개의 측쇄를 포함한다. 바람직한 측쇄 라디칼 R은 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-에틸헥실옥시, 1-메틸헥실옥시 및 1-메틸헵틸옥시이다.

R¹및/또는 R²가 두 개 이상의 CH₂기가 -O- 및/또는 -CO-O-로 치환된 알킬 라디칼인 경우, 이는 직쇄 또는 측쇄일 수 있다. 바람직하게는 측쇄이고 3 내지 12개의 탄소원자를 가진다. 따라서, 특히 비스카르복시메틸, 2,2-비스카르복시에틸, 3,3-비스카르복시프로필, 4,4-비스카르복시부틸, 5,5-비스카르복시펜틸, 6,6-비스카르복시헥실, 7,7-비스카르복시헵틸, 8,8-비스카르복시옥틸, 9,9-비스카르복시노닐, 10,10-비스카르복시데실, 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 또는 5,5-비스(에톡시카르보닐)펜틸이다.

Z¹은 바람직하게는 단일결합이고, 더욱이 -C₂F₄-, -COO-, -C₂H₄- 또는 -CF₂O-이다.

환 A는 바람직하게는, 더욱이,또는이다.

상기 화학식 1a 및 1b의 화합물은, 문헌(예컨대 호우벤-베일(Houben-Weyl)의 문헌[Methoden der organischen Chemie(Methods of Organic Chemistry), Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart])에 기술된 바와 같이, 상기 반응에 대해 알려진 적당한반응조건 하에서 정확한 것으로 공지된 방법 그 자체에 의해 제조된다. 또한 그 자체로 공지된 변형 방법을 사용할 수도 있으나, 본 명세서에서는 더 자세히 언급하지 않는다. 화학식 1b의 화합물은, 예컨대, EP 1 046 693 A1 및 EP 1 046 694 A1으로부터 공지되어 있다. 화학식 1a의 화합물은, 예컨대, GB 2,229,438에 기술되어 있다.

본 발명은 또한 상기 유형의 매질을 포함하는 전기-광학적 디스플레이(특히 프레임과 함께 셀, 외판 상에 개개의 픽셀을 개폐하기 위한 통합된 비선형 요소, 및 셀 내에 위치한 양의 유전 이방성 및 높은 비저항을 갖는 네마틱 액정 혼합물을 형성하는, 두 개의 평판-평행 외판을 갖는 STN 또는 MLC 디스플레이), 및 상기 매질의 전기-광학적 목적을 위한 용도에 관한 것이다.

본 발명에 따른 액정 혼합물은 활용가능한 파라미터 범위의 상당한 확장을 가능하게 한다. 투명점, 저온에서의 점도, 열 및 자외선 안정성 및 유전 이방성의 성취가능한 조합은 종래 기술로부터 얻어지는 이전의 물질보다 훨씬 우수하다.

EP 1 046 693 A1에 개시된 혼합물과 비교할 때, 본 발명에 따른 혼합물은 낮은 γ₁값 및 상대적으로 낮은 역치 및 Δn 값을 갖는다. 본 발명에 따른 혼합물은 바람직하게는 3.3 및 2.5V 드라이버를 갖춘 노트북 PC용 TN-TFT 혼합물로서 바람직하게 적당하다.

본 발명에 따른 액정 혼합물은, 네마틱 상을 -30℃까지 낮추어, 특히 바람직하게는 -40℃까지 낮추어 유지하는 한편, 투명점을 70℃ 이상, 바람직하게는 75℃이상, 특히 바람직하게는 80℃ 이상되게 할 수 있고, 동시에 6 이상, 바람직하게는 8 이상의 유전 이방성 값 △ε 및 높은 비저항 값을 달성할 수 있으므로, 우수한 STN 및 MLC 디스플레이를 얻을 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 액정 혼합물은 낮은 작동 전압을 특징으로 한다. TN 역치는 1.5V 이하이며, 바람직하게는 1.4V 이하, 특히 바람직하게는 1.3V 미만이다.

본 발명에 따른 혼합물의 구성성분의 적절한 선택을 통하여, 다른 유리한 성질을 보유한 채 더 높은 투명점(예컨대 110℃ 초과)이 더 높은 역치 전압에서 성취되는 것 또는 더 낮은 투명점이 더 낮은 역치 전압에서 성취되는 것이 가능함은 물론이다. 마찬가지로, 단지 약간 상응하게 증가된 점도에서 더 큰 △ε 및 따라서 낮은 역치를 갖는 혼합물을 얻는 것이 가능하다. 본 발명에 따른 MLC 디스플레이는 바람직하게는 구치 및 태리(Gooch and Tarry)의 첫 번째 투과 최소값에서 작동하는데[G.H. Gooch and H.A. Tarry, Electron. Lett. 10, 2-4, 1974; G.H. Gooch and H.A. Tarry, Appl. Phys., Vol.8, 1575-1584, 1975], 이때, 예컨대, 특징 선의 높은 기울기 및 콘트라스트의 낮은 각 의존도(독일 특허 제 30 22 818 호)와 같은 특히 선호되는 전기-광학적 성질 이외에도, 두 번째 최소값에서 유사한 디스플레이에서와 동일한 역치 전압에서 더 낮은 유전 이방성이 충분하다. 이는 시아노 화합물을 포함하는 혼합물의 경우에서보다 본 발명에 따른 혼합물을 사용하여 첫 번째 최소값에서 상당히 더 높은 비저항이 성취되는 것이 가능하게 한다. 개개의 구성성분 및 그들의 중량비율의 적절한 선택을 통해서, 당해 분야의 숙련자는 단순한 일상적인 방법을 사용하여 MLC 디스플레이의 전술한 층 두께에 대하여 필요한 복굴절을 설정할 수 있다.

20℃에서 유동 점도 ν₂₀는 바람직하게는 60mm²·s^-1미만, 특히 바람직하게는 50mm²·s^-1미만이다. 본 발명에 따른 혼합물 중 20℃에서 회전 점도 ν₁는 바람직하게는 140mPa·s 미만, 특히 바람직하게는 120mPa·s 미만이다. 네마틱 상 범위는 바람직하게는 100°이상, 특히 110°이상이다. 이 범위는 바람직하게는 적어도 -40° 내지 +80°로 확장된다.

짧은 반응시간은 액정 디스플레이에서 바람직하다. 이는 특히 비디오 재생이 가능한 디스플레이에 적용된다. 이러한 유형의 디스플레이에 대하여, 많아야 16ms의 반응시간(합계: t_on+ t_off)이 요구된다. 반응시간의 상한은 상 회복도에 의하여 결정된다.

전압 보유비(HR)의 측정[S. Matsumoto et al., Liquid Crystals5, 1320 (1989); K. Niwa et al., Proc. SID Conference, San Francisco, June 1984, p.304 (1984); G. Weger et al., Liquid Crystals5, 1381 (1989)] 결과, 상기 화학식 1a 및 1b의 화합물을 포함하는 본 발명에 따른 혼합물이 상기 화학식 1b 대신 화학식의 시아노페닐시클로헥산 또는 화학식의 에스테르를 포함하는 유사 혼합물보다 증가하는 온도에서 HR의 상당히 더 작은 감소를 나타냄을 보였다.

본 발명에 따른 혼합물은 바람직하게는 니트릴을 소량(10 중량% 이하)만을포함하거나 전혀 포함하지 않는다. 본 발명에 따른 혼합물은 98% 초과, 특히 99% 초과의 보유비를 갖는다.

본 발명에 따른 혼합물의 자외선 안정성은 또한 상당히 더 우수한데, 즉 이들은 자외선에 노출시 HR의 상당히 더 작은 감소를 보인다.

상기 화학식 1a의 화합물로 바람직한 것은 하기 화학식 1x 내지 27x의 화합물이다:

상기 식에서, R¹은 청구항 1에서 정의된 바와 같다. R¹은 바람직하게는 H, CH₃, C₂H₅, n-C₃H₇, n-C₄H₉, n-C₅H₁₁, n-C₆H₁₃, CH₂=CH, CH₃CH=CH, CH₃CH=CHCH₂CH₂또는 CH₂=CHCH₂CH₂이다.

상기 화학식 10x 및/또는 19x의 화합물을 하나 이상 포함하는 본 발명에 따른 매질이 바람직하며, 특히 바람직하게는 각 경우에 상기 화학식 19x의 화합물을하나 이상 포함한다. 상기 화학식 11x 및 20x의 화합물이 더욱 바람직하다.

상기 화학식 1b 중 특히 바람직한 화합물은 하기 화학식 1c의 화합물이다.

상기 화학식 1c에서, Z¹은 바람직하게는 단일결합이다.

상기 화학식 1b에 속하는 바람직한 화합물은 하기 화학식 1y 내지 108y의 화합물이다:

상기 식에서,

R²는 상기에서 정의한 바와 같다.

이러한 바람직한 화합물 중에서, 특별히 상기 화학식 1y 내지 36y의 화합물이 바람직하고, 특히 상기 화학식 2y, 3y, 5y, 6y 및 14y, 15y 및 18y의 화합물, 특히 상기 화학식 3y 및 15y의 화합물이 바람직하다.

상기 화학식 1b 및 1y 내지 108y의 화합물에서 R²는 바람직하게는 H, 1 내지 7개의 탄소원자를 갖는 직쇄 알킬, 특히 CH₃, C₂H₅, n-C₃H₇, n-C₄H₉, n-C₅H₁₁, n-C₆H₁₃, n-C₇H₁₅, 더욱이 1E- 또는 3-알케닐, 특히 CH₂=CH, CH₃CH=CH, CH₂=CHCH₂CH₂또는 CH₃CH=CH-CH₂CH₂이다.

바람직한 양태는 하기와 같다:

- 매질은 상기 화학식 1y 내지 108y로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다.

- 매질은 바람직하게는 각 경우에 상기 화학식 10x 및/또는 19x의 화합물을 하나 이상, 바람직하게는 둘 또는 셋을 포함한다.

- 매질은 바람직하게는 각 경우에 상기 화학식 3y의 화합물(동족체)을 하나 이상, 바람직하게는 둘 또는 셋을 포함한다.

- 매질은 하기 화학식 2a 내지 6a으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함한다:

상기 식에서,

R⁰는, n-알킬, 옥사알킬, 알콕시, 플루오로알킬 또는 알케닐이며, 이들은 각각 9개 이하의 탄소원자를 가지고;

X⁰는, F, Cl, 할로겐화 알킬, 할로겐화 알케닐, 할로겐화 알케닐옥시 또는 알콕시이며, 이들은 각각 6개 이하의 탄소원자를 가지고;

Z⁰는, -C₂F₄-, -CF=CF-, -CH=CF-, -CF=CH-, -C₂H₄-, -(CH₂)₄-, -OCHF-, -CHFO-, -CH=CH-, -O-CO-, -CF₂O-, -OCF₂-, -OCH₂- 또는 -CH₂O-이고;

Y¹및 Y²는, 각각, 서로 독립적으로, H 또는 F이고;

r은, O 또는 1이다.

상기 화학식 4a의 화합물로 바람직한 것은 다음과 같다:

- 매질은 하기 화학식 7a 내지 12a로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함한다:

상기 식에서,

R⁰, X⁰, Y¹및 Y²는 각각, 서로 독립적으로, 청구항 4에서 정의한 바와 같고;

Y³및 Y⁴는 각각, 서로 독립적으로, H 또는 F이다.

X⁰는 바람직하게는 F, Cl, CF₃, OCF₃또는 OCHF₂이다. R⁰는 바람직하게는 알킬, 옥사알킬, 알콕시, 플루오로알킬 또는 알케닐이고, 이들은 각각 6개 이하의 탄소원자를 갖는다.

- 매질은 하기 화학식 1ea 내지 1ef의 에스테르 화합물을 하나 이상 추가로 포함한다:

상기 식에서,

R⁰는 청구항 4에서 정의한 바와 같다.

- 매질은 디옥산 환을 포함하는 하기 화학식 1d 및/또는 2d의 화합물을 하나 이상 포함한다:

상기 식에서,

R⁰및 X⁰는 청구항 4에서 정의한 바와 같다.

X⁰는 바람직하게는 F 또는 OCF₃이고, R⁰는 바람직하게는 알킬이다.

- 상기 화학식 1ea 내지 1ef의 화합물의 비율은 바람직하게는 10 내지 30 중량%이고, 특히 15 내지 25 중량%이다.

- 전체 혼합물 중 상기 화학식 1b 및 1a 내지 6a의 화합물의 비율은 50 중량% 이상이다.

- 전체 혼합물 중 상기 화학식 1a의 화합물의 비율은 5 내지 40 중량%이고, 특히 바람직하게는 10 내지 30 중량%이다.

- 전체 혼합물 중 상기 화학식 1b의 화합물의 비율은 5 내지 40 중량%이고, 특히 바람직하게는 10 내지 30 중량%이다.

- 전체 혼합물 중 상기 화학식 2a 내지 6a의 화합물의 비율은 30 내지 80 중량%이다.

-는 바람직하게는

이다.

- 매질은 상기 화학식 2a, 3a, 4a, 5a 또는 6a의 화합물을 포함한다.

- R⁰는 2 내지 7개의 탄소원자를 가지는 직쇄의 알킬 또는 알케닐이다.

- 매질은 본질적으로 상기 화학식 1b 및 1a의 화합물 및 화합물 2a 내지 6a으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물로 구성되는데, 여기서 "본질적으로"라는 것은 60 중량% 이상을 의미한다.

- 매질은 바람직하게는 하기 화학식 13a 내지 16a으로 구성된 군으로부터 선택된 화합물을 추가로 포함한다:

상기 식에서,

R⁰및 X⁰는 상기에서 정의한 바와 같고;

1,4-페닐렌 환은 CN, 염소 또는 불소로 치환될 수 있고, 1,4-페닐렌 환은 바람직하게는 불소원자로 단일치환 또는 다중치환된다.

- 매질은 하기 화학식 17a 및/또는 18a의 화합물을 하나 이상 추가로 포함한다:

상기 식에서,

R⁰, X⁰, Y¹및 Y²는 상기에서 정의한 바와 같다.

상기 화학식 17a 및/또는 18a의 화합물의 비율은 바람직하게는 2 내지 30 중량%이다.

- 매질은 하기 화학식의 화합물을 하나 이상, 바람직하게는 둘 또는 셋을 추가로 포함한다:

상기 식에서,

"알킬" 및 "알킬^*"는 각각, 서로 독립적으로, 1 내지 9개의 탄소원자를 가지는 직쇄 또는 측쇄의 알킬 라디칼이다.

본 발명에 따른 혼합물 중 상기 화학식 1o 및/또는 2o의 화합물의 비율은 바람직하게는 5 내지 10 중량%이다.

- 매질은 바람직하게는 화학식 4aa 및/또는 4af의 화합물 5 내지 35 중량%를 포함한다.

- 매질은 바람직하게는 X⁰가 F 또는 OCF₃인 상기 화학식 4aa의 화합물을 하나, 둘 또는 셋을 포함한다.

- 매질은 바람직하게는 하기 화학식 2aa 내지 2ga의 화합물을 하나 이상 포함한다:

상기 식에서, R⁰는 상기에서 정의한 바와 같다. 상기 화학식 2aa 내지 2ga의 화합물에 있어서, R⁰는 바람직하게는 H, 메틸, 에틸, n-프로필, n-부틸 또는 n-펜틸, 더욱이 n-헥실 또는 n-헵틸이다.

- (1a + 1b) : (2a + 3a + 4a + 5a + 6a) 중량 비율은 바람직하게는 1:10 내지 10:1이다.

- 매질은 상기 화학식 1b 및 1a 내지 18a로 구성된 군으로부터 선택된 화합물 60 중량% 이상으로 구성된다.

- 전체 혼합물 중 X⁰가 불소이고 R⁰가 C₂H₅, n-C₃H₇, n-C₄H₉또는 n-C₅H₁₁인 상기 화학식 4ab 및/또는 4ac의 화합물의 비율은 2 내지 20 중량%이고, 특히 2 내지 15 중량%이다.

- 매질은 바람직하게는 하기 화학식 1h 내지 18h(n = 1 내지 12)로 구성된 군으로부터 선택된 화합물의 동족체를 하나, 둘 또는 셋, 나아가 넷을 포함한다:

- 매질은 바람직하게는 R⁰가 메틸인 화학식 2ba의 화합물을 포함한다.

- 매질은 추가적으로 화합물을 포함하는데, 바람직하게는 하기 화학식 1r 내지 9r로 구성된 군으로부터 선택된 화합물을 포함한다:

상기 식에서,

R⁰는, n-알킬, 알콕시, 옥사알킬, 플루오로알킬, 알케닐옥시 또는 알케닐이고, 이들은 각각 9개 이하의 탄소원자를 가지고;

Y¹은, H 또는 F이고;

알킬 및 알킬^*는, 각각, 서로 독립적으로, 1 내지 9개의 탄소원자를 가지는 직쇄 또는 측쇄의 알킬 라디칼이고;

알케닐 및 알케닐^*는, 각각, 서로 독립적으로, 2 내지 9개의 탄소원자를 가지는 직쇄 또는 측쇄의 알케닐 라디칼이다.

본 발명에 따른 혼합물 중 상기 화학식 1r 내지 8r의 화합물의 비율은 바람직하게는 1 내지 40 중량%이다.

- 매질은 바람직하게는 하기 화학식의 화합물을 하나 이상 포함한다:

상기 식에서,

n 및 m은 각각 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 또는 12이다. n 및 m은 바람직하게는 1, 2, 3, 4, 5 또는 6이다.

- 매질은 하기 화학식 1an 내지 12an의, 축합된 환을 갖는 화합물을 하나 이상 추가로 포함한다:

상기 식에서,

R⁰는 상기에서 정의한 바와 같다.

"알킬" 또는 "알킬^*"라는 용어는 1 내지 7개의 탄소원자를 갖는 직쇄 또는 측쇄의 알킬 기를 포괄하며, 특히 직쇄 기인 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실 및 헵틸이다. 2 내지 5개의 탄소원자를 갖는 기가 일반적으로 바람직하다.

"알케닐"이라는 용어는 2 내지 7개의 탄소원자를 갖는 직쇄 및 측쇄의 알케닐 기를 포괄하며, 특히 직쇄 기이다. 바람직한 알케닐 기는 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-알케닐이다. 특히 바람직한 알케닐 기의 예로는 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-헵테닐 등이다. 5개 이하의 탄소원자를 갖는 기가 일반적으로 바람직하다.

"플루오로알킬"이라는 용어는 바람직하게는 말단의 불소를 갖는 직쇄 기, 즉 플루오로메틸, 2-플루오로에틸, 3-플루오로프로필, 4-플루오로부틸, 5-플루오로펜틸, 6-플루오로헥실 및 7-플루오로헵틸이다. 그러나, 불소의 다른 위치가 배제되는 것은 아니다.

"알콕시" 또는 "옥사알킬"이라는 용어는 바람직하게는 화학식 C_nH_2n+1-O-(CH₂)_m의 직쇄 라디칼을 포괄하며, 여기서 n 및 m은 각각, 서로 독립적으로, 1 내지 6이다. 바람직하게는, n = 1이고 m은 1 내지 6이다. m은 또한 0일 수 있다.

화학식 1a 및 1b의 화합물은 비교적 소량 사용시에도 통상적인 액정 물질, 특히 상기 화학식 2a, 3a, 4a, 5a 및/또는 6a의 화합물 하나 이상과 혼합되어 사용되면 역치 전압이 현저히 하강되고 100℃에서 높은 VHR이 수득되는 동시에 스멕틱-네마틱 전이 온도가 낮고 네마틱 상이 넓고 저장 수명이 향상되는 결과가 얻어짐이 밝혀졌다. 특히, 하나 이상의 상기 화학식 1a 및 1b의 화합물 이외에 하나 이상의 상기 화학식 2a의 화합물, 특히 X⁰가 F 또는 OCF₃인 상기 화학식 2a의 화합물을 포함하는 혼합물이 바람직하다. 상기 화학식 1b 및 1a 내지 6a의 화합물은 무색이고, 안정하며 서로 및 다른 액정 물질과 쉽게 혼합된다.

R⁰및 X⁰를 적절하게 선택함으로써 어드레싱 타임, 역치 전압, 투과 특징 선의 기울기 등을 원하는 방식으로 조정할 수 있다. 예컨대, 1E-알케닐 라디칼, 3E-알케닐 라디칼, 2E-알케닐옥시 라디칼 등은 일반적으로 알킬 및 알콕시 라디칼과비교했을 때 더 짧은 어드레싱 타임, 향상된 네마틱 성향 및 더 높은 탄성계수 k₃₃(벤드) 및 k₁₁(스플레이) 간 비율을 나타낸다. 4-알케닐 라디칼, 3-알케닐 라디칼 등은 알킬 및 알콕시 라디칼과 비교했을 때 일반적으로 더 낮은 역치 전압 및 더 작은 k₃₃/k₁₁값을 나타낸다.

-CH₂CH₂- 기는 일반적으로 단일 공유결합과 비교했을 때 더 높은 k₃₃/k₁₁값을 나타낸다. 예컨대, 더 높은 k₃₃/k₁₁값은 회색 색조를 얻기 위하여 90°틀어진 상태의 TN 셀에서 더 편평한 투과 특징 선을 촉진하고 STN, SBE 및 OMI 셀(더 큰 다중성)에서 더 가파른 투과 특징 선을 촉진하며, 그 역도 마찬가지다.

상기 화학식 1a, 1b 및 2a + 3a + 4a + 5a + 6a의 화합물의 최적의 혼합비율은 실질적으로 요구되는 특성, 상기 화학식 1a, 1b, 2a, 3a, 4a, 5a 및/또는 6a의 구성성분의 선택, 및 존재할 수 있는 임의의 추가적인 구성성분의 선택에 따라 다르다. 각 경우마다 상기에서 주어진 범위 내에서 적절한 혼합비율이 쉽게 결정될 수 있다.

본 발명에 따른 혼합물 중 화학식 1b 및 1a 내지 12a의 화합물의 총량은 중요하지 않다. 그러므로, 혼합물은 여러 성질의 최적화의 목적을 위하여 하나 이상의 추가적인 구성성분을 포함할 수 있다. 그러나, 상기 화학식 1b 및 1a 내지 12a의 화합물의 총 농도가 더 높아질수록, 어드레싱 타임 및 역치 전압에 대하여 관측된 효과가 일반적으로 더 크다.

특히 바람직한 양태에서, 본 발명에 따른 매질은 X⁰가 F, OCF₃, OCHF₂, OCH=CF₂, OCF=CF₂또는 OCF₂-CF₂H인 상기 화학식 2a 내지 6a(바람직하게는 2a, 3a 및/또는 4a, 특히 4aa)의 화합물을 포함한다. 상기 화학식 1a 및 1b의 화합물로 인한 바람직한 상승 효과는 특히 유리한 성질을 초래한다. 특히, 상기 화학식 1a 및 1b의 화합물 및 상기 화학식 2a의 화합물을 포함하는 혼합물은 낮은 역치 전압을 갖는 것이 특징이다.

본 발명에 따른 매질에 사용될 수 있는 상기 화학식 1b 및 1a 내지 18a 및 이들의 하위 화합물은 각각 공지되어 있거나 공지된 화합물과 유사하게 제조될 수 있다.

편광자, 전극 기판 및 표면처리된 전극으로부터 본 발명에 따른 MLC 디스플레이의 조립은 이 유형의 디스플레이에 대한 일상적인 디자인과 일치한다. 일상적인 디자인이라는 용어는 본 명세서에서 넓게 사용되며 또한 MLC 디스플레이의 모든 유도체 및 변형물을 포괄하는데, 특히 폴리-Si TFT 또는 MIM에 기초한 매트릭스 디스플레이 요소를 포함한다.

그러나, 본 발명에 따른 디스플레이는 종래 통상적인 트위스티드 네마틱 셀에 기초한 디스플레이와 액정 층의 액정 파라미터의 선택에 있어서 현저히 다르다.

본 발명에 따라 사용될 수 있는 액정 혼합물은 통상적인 방식 그 자체로 제조된다. 일반적으로, 더 적은 양으로 사용되는 구성성분의 바람직한 양은 주요 성분을 구성하는 구성성분 중에, 유리하게는 고온에서, 용해된다. 유기 용매, 예컨대 아세톤, 클로로포름 또는 메탄올 중 구성성분의 용액을 혼합하고, 완전히 혼합시킨 후, 다시 용매를, 예컨대 증류에 의하여, 제거하는 것이 또한 가능하다.

유전체는 또한, 예컨대, 안정화제, 자외선 필터 및 항산화제와 같은 당해 기술분야에서의 숙련자에게 알려지고 문헌에서 기술된 추가적인 첨가제를 포함할 수 있다. 예컨대, 0 내지 15%의 다색성 염료 또는 키랄 도판트가 첨가될 수 있다. 적절한 안정화제, 자외선 필터, 항산화제 등이 하기 표 4에 열거되어 있다.

C는 결정 상을, S는 스멕틱 상을, Sc는 스멕틱 C 상을, N은 네마틱 상을, I는 등방성 상을 의미한다.

V₁₀은 10% 투과를 위한 전압을 의미한다(판 표면에 수직인 시야각). t_on은 V₁₀의 2.0배 값에 상응하는 작동 전압에서의 스위치-온 시간을, T_off는 스위치-오프 시간을 의미한다. △n은 광학적 이방성을 의미한다. △ε는 유전 이방성(△ε= ε_∥- ε_⊥, 여기서 ε_∥는 분자의 종축에 평행한 유전 상수를 의미하고 ε_⊥는 그에 수직인 유전 상수를 의미한다). 다르게 명백히 언급되고 있지 않다면, 전기-광학적 데이터는 20℃에서 첫 번째 최소값에서의(즉 0.5㎛의 d·△n 값에서의) TN 셀에서 측정된다. 다르게 명백히 언급되고 있지 않다면, 광학적 데이터는 20℃에서 측정된다.

본 명세서 및 하기 실시예에서, 액정 화합물의 구조는 두문자로 표시되고, 하기 표 1 및 2에 따른 화학식으로 전환된다. 모든 라디칼 C_nH_2n+1및 C_mH_2m+1은 각각 n 및 m개의 탄소원자를 갖는 직쇄의 알킬 라디칼이고, n 및 m은 정수이고 바람직하게는 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 또는 12이다. 표 2에서의 코딩은 자명하다. 표 1에서는, 모 구조에 대한 두문자만이 표기되어 있다. 개개의 경우에, 모 구조에 대한 두문자 다음에는, 대시에 의하여 분리되어, 치환체 R^1*, R^2*, L^1*및 L^2*에 대한 코드가 뒤따른다:

바람직한 혼합물 구성성분이 하기 표 1 및 2에 제시되어 있다:

상기 화학식 1a 및 1b의 화합물 이외에도, 표 2의 화합물을 적어도 하나, 둘, 셋 또는 넷을 포함하는 액정 혼합물이 특히 바람직하다.

하기 표 3은 본 발명에 따른 혼합물에 첨가될 수 있는 도판트를 제시한다. 본 발명에 따른 혼합물은 바람직하게는 도판트 또는 도판트 혼합물 0.01 내지 10 중량%를 포함한다. 언급한 도판트 중, CN, CM 44, R/S-2011, R/S-4011, R/S-5011, 더욱이 C15 또는 CB15가 특히 바람직하다.

예컨대, 본 발명에 따른 혼합물에 첨가될 수 있는 안정화제가 하기 표 4에 언급되어 있다. 본 발명에 따른 혼합물이 안정화제를 포함하는 경우, 0.01 내지 10 중량%의 양으로 첨가된다.

다음의 실시예에서 제한없이 본 발명을 설명하고자 한다. 상기 및 하기에서, %는 중량%이다. 모든 온도를 섭씨로 나타낸다. m.p.는 융점을, cl.p.는 투명점을 나타낸다. 더욱이, C = 결정상, N = 네마틱 상, S = 스멕틱 상 및 I = 등방성 상을 나타낸다. 이 기호들 간 데이터는 전이 온도를 나타낸다. △n은 광학적 이방성(589nm, 20℃)를 나타태고, △ε는 유전 이방성(1kHz, 20℃)을 나타낸다. 유동 점도 ν₂₀(mm²/sec)는 20℃에서 측정된다. 회전 점도 γ₁(mPa·s)도 마찬가지로 20℃에서 측정된다.

실시예 1

단계 1.1

THF 300ml 중 화합물(1) 0.2몰의 용액을 -40℃에서 0.21몰의 리튬 디이소프로필아미드(LDA; THF중 1M)로 처리한다. 30분 후, CO₂의 강력한 증기를 통과시킨다. 반응 혼합물을 빙냉 1N HCl 1.5ℓ에 붓는다. 용액을 CH₂Cl₂로 추출하고, 합한 유기 추출물을 Na₂SO₄상에서 건조시키고 증발 건조시킨다. 정제를 위하여, 조질 생성물을 톨루엔으로부터 재결정화시킨다. 이러한 방식으로 얻어진 카복실산을 SOCl₂200ml에 용해시키고, DMF 0.1ml를 가한 후, 3시간동안 비등 가열한다. 과잉의 SOCl₂를 증류 제거한다.

단계 1.2

먼저 프로판-1,3-디티올 0.11몰을, 그 후 트리플루오로메탄술폰산 0.25몰을 0℃에서 화합물(2) 0.1몰에 가한다. 혼합물을 빙냉하에 1시간동안 교반하고, 그 후 무수 아세트산 0.4몰을 천천히 가한다. 추가적인 1시간 경과 후, 디에틸 에테르 500ml를 가하고, 침천된 디티아닐륨염(3)을 흡입 여과하고 감압하에 건조시킨다.

단계 1.3

CH₂Cl₂300ml 중 화합물(3) 0.1몰의 현탁액을 -70℃로 냉각시키고, 3,4,5-트리플루오로페놀 0.15몰, NEt₃0.17몰 및 CH₂Cl₂100ml의 혼합물을 적가한다. 5분 후, 먼저 NEt₃·3HF 0.5몰, 및 추가적인 5분 경과 후, Br₂0.5몰을 적가한다. 혼합물을 1시간동안 -70℃에서 교반하고, 그 후 실온으로 하고, 오렌지-황색 용액을 빙냉 0.1N NaOH에 붓는다. 혼합물을 CH₂Cl₂로 추출하고, 합한 유기 추출물을 Na₂SO₄상에서 건조시키고, 회전식 증발기에서 증발 건조시킨다. 추가적인 정제를 위하여, 조질 생성물을 n-헵탄에 용해시키고 실리카겔 프릿을 통해 여과시킨다. 후속적으로, 생성물(4)을 -20℃에서 n-헵탄으로부터 재결정화시킨다.

단계 1.4

CH₂Cl₂300ml 중 화합물(3) 0.1몰의 현탁액을 -70℃로 냉각시키고, 3,5-디플루오로-4-트리플루오로메톡시페놀 0.15몰, NEt₃0.17몰 및 CH₂Cl₂100ml의 혼합물을 적가한다. 5분 후, 먼저 NEt₃·3HF 0.5몰, 및 추가적인 5분 경과 후, Br₂0.5몰을 적가한다. 혼합물을 1시간동안 -70℃에서 교반하고, 그 후 실온으로 하고, 오렌지-황색 용액을 빙냉 0.1N NaOH에 붓는다. 혼합물을 CH₂Cl₂로 추출하고, 합한 유기 추출물을 Na₂SO₄상에서 건조시키고, 회전식 증발기에서 증발 건조시킨다. 추가적인 정제를 위하여, 조질 생성물을 n-헵탄에 용해시키고 실리카겔 프릿을 통해여과시킨다. 후속적으로, 생성물(5)을 -20℃에서 n-헵탄으로부터 재결정화시킨다.

화합물(7a-f)의 일반 제조과정: 화합물(6a-c) 50mmol, 화합물(4 또는 5) 50mmol, Pd(PPh₃)₄2.5mmol, 톨루엔 300ml 및 Na 붕산염 완충용액(pH 9) 300ml의 혼합물을 80℃에서 18시간동안 교반한다. 혼합물을 0.1N HCl 500ml에 붓고, 생성물을 CH₂Cl₂로 추출하고, Na₂SO₄상에서 건조시키고, 회전식 증발기에서 증발 건조시킨다. 조질 생성물을 n-헵탄 중 실리카겔을 통해 크로마토그래피한 후, -20℃에서 n-헵탄으로부터 재결정화시킨다.

하기 화학식의 화합물을 유사하게 제조한다:

본 발명에 따른 액정 매질을 사용함으로써 역치 전압이 낮고 전압 보유비가 높으면서도 스멕틱-네마틱 전이 온도가 낮고 네마틱 상이 넓고 저장 수명이 향상되는 효과를 달성할 수 있다.

Claims

하나 이상의 하기 화학식 1a의 화합물 및 하나 이상의 하기 화학식 1b의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 양의 유전 이방성을 갖는 극성 화합물의 혼합물을 기초로 하는 액정 매질:

화학식 1a

화학식 1b

상기 식에서,

R¹및 R²는, 각각, 서로 독립적으로, H, 또는 1 내지 15개의 탄소원자를 갖는 할로겐화 또는 비치환된 알킬 라디칼이며, 이때 알킬 라디칼중 하나 이상의 CH₂기는 각 경우에 서로 독립적으로 O원자가 서로에게 직접 연결되지 않는 방식으로 -C≡C-, -CH=CH-, -O-,, -CO-O- 또는 -O-CO-에 의하여 치환될 수도 있고;

X¹및 X²는, 각각, 서로 독립적으로, F, Cl, CN, SF₅, SCN, OCN, NCS, 할로겐화 알킬 라디칼, 할로겐화 알케닐 라디칼, 할로겐화 알콕시 라디칼 또는 할로겐화 알케닐옥시 라디칼이며, 이때 이들 라디칼은 각각 6개 이하의 탄소원자를 갖고;

는

또는이고;

Z¹은, -CH₂CH₂-, -CH=CH-, -C≡C-, -COO-, -CH₂O-, -OCH₂-, -OOC-, -(CH₂)₄-, -CHFO-, -CH=CF-, -CF=CH-, -CF=CF-, -C₂F₄-, -CF₂O-, -OCF₂- 또는 단일결합이고;

L¹내지 L⁸은, 각각, 서로 독립적으로, H 또는 F이다.
제 1 항에 있어서,

하기 화학식 1y 내지 108y로 구성된 군에서 선택된 화합물을 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질:

화학식 1y

화학식 2y

화학식 3y

화학식 4y

화학식 5y

화학식 6y

화학식 7y

화학식 8y

화학식 9y

화학식 10y

화학식 11y

화학식 12y

화학식 13y

화학식 14y

화학식 15y

화학식 16y

화학식 17y

화학식 18y

화학식 19y

화학식 20y

화학식 21y

화학식 22y

화학식 23y

화학식 24y

화학식 25y

화학식 26y

화학식 27y

화학식 28y

화학식 29y

화학식 30y

화학식 31y

화학식 32y

화학식 33y

화학식 34y

화학식 35y

화학식 36y

화학식 37y

화학식 38y

화학식 39y

화학식 40y

화학식 41y

화학식 42y

화학식 43y

화학식 44y

화학식 45y

화학식 46y

화학식 47y

화학식 48y

화학식 49y

화학식 50y

화학식 51y

화학식 52y

화학식 53y

화학식 54y

화학식 55y

화학식 56y

화학식 57y

화학식 58y

화학식 59y

화학식 60y

화학식 61y

화학식 62y

화학식 63y

화학식 64y

화학식 65y

화학식 66y

화학식 67y

화학식 68y

화학식 69y

화학식 70y

화학식 71y

화학식 72y

화학식 73y

화학식 74y

화학식 75y

화학식 76y

화학식 77y

화학식 78y

화학식 79y

화학식 80y

화학식 81y

화학식 82y

화학식 83y

화학식 84y

화학식 85y

화학식 86y

화학식 87y

화학식 88y

화학식 89y

화학식 90y

화학식 91y

화학식 92y

화학식 93y

화학식 94y

화학식 95y

화학식 96y

화학식 97y

화학식 98y

화학식 99y

화학식 100y

화학식 101y

화학식 102y

화학식 103y

화학식 104y

화학식 105y

화학식 106y

화학식 107y

화학식 108y

상기 식에서,

R²는 제 1 항에서 정의한 바와 같다.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

하기 화학식 1x 내지 27x로 구성된 군에서 선택된 화합물을 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질:

화학식 1x

화학식 2x

화학식 3x

화학식 4x

화학식 5x

화학식 6x

화학식 7x

화학식 8x

화학식 9x

화학식 10x

화학식 11x

화학식 12x

화학식 13x

화학식 14x

화학식 15x

화학식 16x

화학식 17x

화학식 18x

화학식 19x

화학식 20x

화학식 21x

화학식 22x

화학식 23x

화학식 24x

화학식 25x

화학식 26x

화학식 27x

상기 식에서,

R¹은 제 1 항에서 정의한 바와 같다.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

하기 화학식 2a, 3a, 4a, 5a 및 6a으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질:

화학식 2a

화학식 3a

화학식 4a

화학식 5a

화학식 6a

상기 식에서,

R⁰는, H, n-알킬, 옥사알킬, 알콕시, 플루오로알킬 또는 알케닐이며, 이들은 각각 9개 이하의 탄소원자를 가지고;

X⁰는, F, Cl, 할로겐화 알킬, 할로겐화 알케닐, 할로겐화 알케닐옥시 또는 알콕시이며, 이들은 각각 6개 이하의 탄소원자를 가지고;

Z⁰는, -C₂F₄-, -CF=CF-, -CH=CF-, -CF=CH-, -C₂H₄-, -(CH₂)₄-, -OCHF-, -CHFO-, -CH=CH-, -COO-, -OCO-, -CF₂O-, -OCF₂-, -OCH₂- 또는 -CH₂O-이고;

Y¹및 Y²는, 각각, 서로 독립적으로, H 또는 F이고;

r은, O 또는 1이고,

상기 화학식 6a의 화합물은 제 1 항에 정의된 화학식 1a의 화합물과 동일하지 않다.
제 4 항에 있어서,

전체 혼합물 중 화학식 6a의 화합물에 대한 화학식 1b 및 1a의 화합물의 비율이 50 중량% 이상인 것을 특징으로 하는, 액정 매질.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

하기 화학식 1ea 내지 1ef로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질:

화학식 1ea

화학식 1eb

화학식 1ec

화학식 1ed

화학식 1ee

화학식 1ef

상기 식에서,

R⁰는 제 4 항에서 정의한 바와 같다.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

하기 화학식 2aa 내지 2ga로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질:

화학식 2aa

화학식 2ba

화학식 2ca

화학식 2da

화학식 2ea

화학식 2fa

화학식 2ga

상기 식에서,

R⁰는 제 4 항에서 정의한 바와 같다.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

하기 화학식 1r 내지 9r로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질:

화학식 1r

화학식 2r

화학식 3r

화학식 4r

화학식 5r

화학식 6r

화학식 7r

화학식 8r

화학식 9r

상기 식에서,

R⁰는, n-알킬, 알콕시, 옥사알킬, 플루오로알킬, 알케닐옥시 또는 알케닐이고, 이들은 각각 9개 이하의 탄소원자를 가지고;

Y¹은, H 또는 F이고;

알킬 및 알킬^*는, 각각, 서로 독립적으로, 1 내지 9개의 탄소원자를 가지는 직쇄 또는 측쇄의 알킬 라디칼이고;

알케닐 및 알케닐^*는, 각각, 서로 독립적으로, 2 내지 9개의 탄소원자를 가지는 직쇄 또는 측쇄의 알케닐 라디칼이다.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

전체 혼합물 중 화학식 1b의 화합물의 비율이 5 내지 40 중량%인 것을 특징으로 하는, 액정 매질.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

전체 혼합물 중 화학식 1a의 화합물의 비율이 5 내지 40 중량%인 것을 특징으로 하는, 액정 매질.
전기-광학적 목적을 위한 제 1 항에 따른 액정 매질의 용도.
제 1 항에 따른 액정 매질을 포함하는 전기-광학적 액정 디스플레이.