KR20040087921A

KR20040087921A - 액정 혼합물

Info

Publication number: KR20040087921A
Application number: KR1020040023764A
Authority: KR
Inventors: 히르쉬만하랄트; 슈엡퍼스벤; 그라우리흐레나테; 바이드네르마르티나; 아들렘케빈; 굴딩마크존; 삭스톤파트리시아
Original assignee: 메르크 파텐트 게엠베하
Priority date: 2003-04-07
Filing date: 2004-04-07
Publication date: 2004-10-15
Also published as: DE102004012131B4; TW200502368A; CN1536052A; CN100457853C; US7052744B2; DE102004012131A1; US20040197494A1; JP2004307862A

Abstract

본 발명은 TN 및 STN 액정 표시장치 및 여기에 사용된 네마틱 액정 혼합물에 관한 것으로, 하기 화학식 1의 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다:

상기 식에서,

2개의 라디칼 R¹및 R²중 하나 이상은 비치환되거나 CN 또는 CF₃에 의해 일치환되거나 할로겐에 의해 적어도 일치환된 15개 이하의 탄소 원자를 갖는 알케닐 라디칼이고, 다른 하나는 추가적으로 비치환되거나 CN 또는 CF₃에 의해 일치환되거나 할로겐에 의해 적어도 일치환된 15개 이하의 탄소 원자를 갖는 알킬 라디칼일 수 있고, 여기서 이들 라디칼중 하나 이상의 CH₂기는 또한 O 원자가 서로 직접 결합하지 않는 방식으로 -O-, -S-, -C≡C-, -OC-O- 또는 -O-CO-에 의해 대체될 수 있다.

Description

액정 혼합물{LIQUID-CRYSTALLINE MIXTURES}

본 발명은, 특히 매우 짧은 반응 시간, 전자-광학 특성 선의 양호한 경사도 및 콘트라스트의 양호한 각 의존성을 갖는 비틀림 네마틱(TN) 및 초비틀림 네마틱(STN) 액정 표시장치에서의 액정 혼합물 및 이의 용도에 관한 것이다.

TN 표시 장치는, 예를 들어 문헌[M.Schadt and W. Helfrich, Appl. Phys. Lett. 18, 127 (1971)]에 공지되어 있다. STN 표시 장치는, 예를 들어 유럽 특허 제 EP 0 131 216 B1 호, 독일 특허출원 제 DE 34 23 993 A1 호, 유럽 특허출원 제 EP 0 098 070 A2 호, 문헌[M. Schadt and F. Leenhouts, 17th Freiburg Congress on Liquid Crystals(8.-10.04.87)], 문헌[K. Kawasaki et al., SID 87 Digest 391 (20.6)], 문헌[M. Schadt and F. Leenhouts, SID 87 Digest 372 (20.1)], 문헌[K. Katoh et al., Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 26, No. 11, L 1784-L 1786 (1987)], 문헌[F. Leenhouts et al., Appl. Phys. Lett. 50(21), 1468 (1987)], 문헌[H.A. van Sprang and H.G. Koopman, J. Appl. Phys. 62(5), 1734 (1987)], 문헌[T.J. Scheffer and J. Nehring, Appl. Phys. Lett. 45(10), 1021(1984)], 문헌[M. Schadt and F. Leenhouts, Appl. Phys. Lett. 50(5), 236 (1987)] 및 문헌[E.P. Raynes, Mol. Cryst. Liq. Letters, Vol. 4(1), pp. 1-8(1986)]에 공지되어 있다. 여기서 "STN"이란 용어는 160 내지 360°사이의 값의 비틀림 각을 갖는 임의의 비교적 높은 비틀림 표시장치 소자, 예를 들어 워터스(Waters) 등의 문헌[C.M. Waters et al., Proc. Soc. Inf. Disp. (New York)(1985)(3rd Intern. Display Conference, Kobe, Japan)]에 따른 표시장치 소자, STN-LCD(독일 특허출원 제 A-35 03 259 호), SBE-LCD(문헌[T.J. Scheffer and J. Nehring, Appl. Phys. Lett. 45(1984) 1021]), OMI-LCD(문헌[M. Schadt and F. Leenhouts, Appl. Phys. Lett. 50 (1987), 236]), DST-LCD(유럽 특허출원 제 EP-A 0 246 842 호), 또는 BW-STN-LCD(K. Kawasaki et al., SID 87 Digest 391 (20.6))를 포함한다.

표준 TN 표시장치와 비교시, STN 표시장치는 특히 전자-광학 특성 선의 상당히 양호한 경사도, 결과적으로는 보다 양호한 콘트라스트 값 및 콘트라스트의 상당히 낮은 각 의존성으로 특징화된다.

특히 낮은 온도에서의 매우 짧은 반응 시간을 갖는 TN 및 STN 표시장치에 특히 관심이 주목되고 있다. 짧은 반응 시간을 달성하기 위해, 현재까지 액정 혼합물의 회전 점도(γ₁)는, 비교적 높은 증기압을 갖는 주로 단변성 첨가제를 사용하여 최적화되었다. 그러나, 달성된 반응 시간은 모든 용도에 적합하지는 않았다.

본 발명에 따른 표시장치에서의 가파른 전자-광학 특성 선을 달성하기 위해,액정 혼합물은 비교적 높은 값의 탄성 상수(K₃₃/K₁₁) 사이의 비 및 비교적 낮은 값의 △ε/ε_⊥(여기서, △ε는 유전성 비등방성이고, ε_⊥는 분자의 종방향 축에 수직인 유전 상수임)을 가져야 한다.

콘트라스트 및 반응 시간의 최적화 이외에, 추가로 중요한 요건은 하기 요건의 조합으로 구성된다:

1. 넓은 d/p 윈도우(window)

2. 장기간의 높은 화학 안정성

3. 높은 전기 저항성

4. 문턱 전압(threshold voltage)의 낮은 주파수 및 온도 의존성

달성된 파라미터 조합은 중급-다중 방식(medium-multiplex) 및 저급-다중 방식(low-multiplex)의 STN 표시장치(약 1/64 및 1/16의 영역의 다중도(multiplex rate)를 각각 가짐) 및 TN 표시장치에서도 적합하지 않을 뿐만 아니라, 특히 고급-다중 방식(high-multiplex) STN 표시장치(약 1/400의 영역의 다중도를 가짐)에 있어 여전히 적합하지 않다. 이는, 다양한 요건이 물질 파라미터에 의해 상반되는 방식으로 영향을 받는다는 사실에 의해 부분적으로 기인될 수 있다.

따라서, 액정 혼합물, 특히 상술한 요건을 충족시키는 매우 짧은 반응 시간, 넓은 작업 온도 범위, 전자-광학 특성 선의 큰 경사도, 콘트라스트의 양호한 각 의존성 및 낮은 문턱 전압을 동시에 갖는 TN 및 STN 에 대한 큰 요구가 계속되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 단점을 갖지 않거나, 보다 낮은 정도의 단점만을 갖는 동시에, 특히 낮은 온도에서의 짧은 반응 시간 및 전자-광학 특성 선의 매우 양호한 경사도를 갖는 TN 및 STN 표시장치를 제공하는 것이다.

놀랍게도, 현재 이러한 목적은 하기 화학식 1의 하나 이상의 화합물을 포함하는 네마틱 액정 혼합물을 제공함으로써 달성됨을 발견하였다:

화학식 1

상기 식에서,

2개의 라디칼 R¹및 R²중 하나 이상은 비치환되거나 CN 또는 CF₃에 의해 일치환되거나 할로겐에 의해 적어도 일치환된 5개 이하의 탄소 원자를 갖는 알케닐 라디칼이고, 다른 하나는 추가적으로 비치환되거나 CN 또는 CF₃에 의해 일치환되거나 할로겐에 의해 적어도 일치환된 15개 이하의 탄소 원자를 갖는 알킬 라디칼일 수 있고, 여기서 이들 라디칼중 하나 이상의 CH₂기는 또한 O 원자가 서로 직접 결합하지 않는 방식으로 -O-, -S-, -C≡C-, -OC-O- 또는 -O-CO-에 의해 대체될 수 있다.

TN 및 STN 표시장치를 위한 본 발명에 따른 혼합물중 화학식 1의 화합물을 사용하면 다음과 같은 결과가 얻어진다:

- 전자-광학 특성 선의 큰 경사도,

- 문턱 전압의 낮은 온도 의존성, 및

- 특히 낮은 온도에서의 매우 빠른 반응 시간.

화학식 1의 화합물은, 특히 TN 및 STN 혼합물의 반응 시간을 상당히 단축시키면서, 동시에 전자-광학 특성 선의 경사도를 증가시키고, 문턱 전압의 온도 의존성을 감소시킨다.

또한, 본 발명에 따른 혼합물은 하기 특성에 의해 특징화된다:

- 낮은 점도, 및

- 낮은 온도의 표시장치에서의 긴 저장 수명.

또한, 본 발명은

- 프레임(frame)과 함께 셀(cell)을 형성하는 2개의 외부 플레이트(outer plate),

- 셀에 위치한 포지티브 유전성 비등방성의 네마틱 액정 혼합물,

- 외부 플레이트의 내부상에 배열층을 갖는 전극 층,

- 외부 플레이트의 표면에서의 분자의 종방향 축과 외부 플레이트 사이의 0 내지 30°의 경사각, 및

- 배열층에서 배열층까지의 셀에서의 22.5와 600°사이의 값을 갖는 액정 혼합물의 비틀림 각을 갖는 액정 표시장치, 특히 TN 및 STN 액정 표시장치에 관한 것으로, 화학식 1의 하나 이상의 화합물을 포함하는 액정 혼합물을 함유하는 것을 특징으로 한다.

특히 바람직한 실시태양에서, 본 발명에 따른 혼합물은

a) +1.5 초과의 유전성 비등방성을 갖는 하나 이상의 화합물로 이루어진 액정 성분 A, 20 내지 99중량%,

b) -1.5 내지 +1.5의 유전성 비등방성을 갖는 하나 이상의 화합물로 이루어진 액정 성분 B, 1 내지 80중량%, 및

c) 필요한 경우에 층 두께(외부 플레이트의 사이의 간격)와 키랄 네마틱 액정 혼합물의 고유 피치(natural pitch) 사이의 비가 약 0.2 내지 1.3인 광학 활성 성분 C를 포함하는 네마틱 액정 혼합물로 이루어진 것으로, 성분 A가 화학식 1의 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한 TN 및 STN 표시장치, 특히 중급-다중 방식 및 저급-다중 방식의 STN 표시장치에 사용하기 위한 상응하는 액정 혼합물에 관한 것이다.

여기서, 화학식 1은 바람직하게는 하기 화학식 Ia 내지 화학식 Ic의 화합물을 포함한다:

상기 식에서,

n 및 m은 1 내지 10, 바람직하게는 1 내지 5이고,

o 및 p는 각각 서로 독립적으로 동일하거나 상이하며, 0 내지 10, 바람직하게는 0 내지 5이고, 단 o+p의 합은 바람직하게는 7 이하이다.

화학식 Ia의 하나 이상의 화합물을 포함하는 본 발명에 따른 혼합물이 특히 바람직하다.

화학식 Ia 내지 화학식 Ic에서, 알케닐 라디칼은 특히 바람직하게는 1E-알케닐 또는 3E-알케닐이며, 각각은 2 내지 7개의 탄소 원자를 갖는다.

혼합물에서 화학식 1의 화합물의 함량은 1 내지 40중량%, 바람직하게는 3 내지 30중량%, 특히 5 내지 20중량%이다.

1.5 초과의 유전성 비등방성을 갖는 화학식 1의 화합물은 상술한 성분 A으로서 사용되는 것이다.

본 발명에 따른 액정 혼합물에서 화학식 1의 화합물이 사용되면 회전 점도의값이 매우 낮아지고, TN 및 STN 표시장치에서의 전자-광학 특성 선의 경사도가 높아지고, 특히 낮은 온도에서의 반응 시간이 빨라진다.

화학식 1의 하나 이상의 화합물 이외에, 성분 A는 바람직하게는 하기 화학식 IIa 내지 화학식 IIk의 하나 이상의 시아노 화합물을 포함한다:

상기 식에서,

R³은 비치환되거나 CN 또는 CF₃에 의해 일치환되거나 할로겐에 의해 적어도 일치환된 15개 이하의 탄소 원자를 갖는 알킬 라디칼이고, 여기서 이들 라디칼중 하나 이상의 CH₂기는 또한 O 원자가 서로 직접 결합하지 않는 방식으로 -O-, -S-, -C≡C-, -CH=CH-, -OC-O- 또는 -O-CO-에 의해 대체될 수 있고,

L¹내지 L⁴는 각각 서로 독립적으로 H 또는 F이다.

이들 화합물의 R³은 특히 바람직하게는 7개 이하의 탄소 원자를 갖는 알킬, 알케닐, 알콕시 또는 알케닐옥시이다.

L¹및 L²가 F이고, R³이 7개 이하의 탄소 원자(n은 1 내지 7임)를 갖는 알킬기인 화학식 IIa(화학식 IIa1); L¹및 L³이 H이고, L²가 F이고, R³이 7개 이하의 탄소 원자(n은 1 내지 7임)를 갖는 알킬기인 화학식 IIe(화학식 IIe1); 및 L¹및 L²가 F이고, L³이 H이고, R³이 7개 이하의 탄소 원자(o가 1 내지 3이고, p가 1 내지 4임)를 갖는 알케닐기인 화학식 IIe(화학식 IIe2)의 시아노 화합물이 본원에서 특히 바람직하다.

화학식 1의 하나 이상의 화합물 이외에, 성분 A는 바람직하게는 하기 화학식 IIIa 내지 화학식 IIIj의 하나 이상의 3,4,5-트리플루오로페닐 화합물, 및 선택적으로는 극성 말단기를 함유하는 하기 화학식 IVa 내지 화학식 IVm의 하나 이상의 화합물을 포함한다.

상기 식에서,

R⁴및 R⁵각각은 비치환되거나 CN 또는 CF₃에 의해 일치환되거나 할로겐에 의해 적어도 일치환된 15개 이하의 탄소 원자를 갖는 알킬 라디칼이고, 여기서 이들 라디칼중 하나 이상의 CH₂기는 O 원자가 서로 직접 결합하지 않는 방식으로 -O-, -S-, -C≡C-, -CH=CH-, -OC-O- 또는 -O-CO-에 의해 대체될 수 있고,

L¹및 L²는 각각 서로 독립적으로 동일하거나 상이하며, H 또는 F이다.

이들 화합물중의 R⁴및 R⁵는 특히 바람직하게는 7개 이하의 탄소 원자를 갖는 알킬, 알케닐, 알콕시 또는 알케닐옥시이다. 이들 화합물중의 X¹은 바람직하게는 F 또는 Cl, 특히 바람직하게는 F이고, 이들 화합물중의 X²는 바람직하게는 CF₃, OCF₃또는 OCHF₂이다.

R⁴가 7개 이하의 탄소 원자를 갖는 알킬기인 화학식 IIIa, 화학식 IIIg 및 화학식 IIIi의 3,4,5-트리플루오로페닐 화합물(화학식 IIIa1, 화학식 IIIg1 및 화학식 IIIi1)이 본원에서 특히 바람직하다.

바람직한 실시태양에서, 본 발명에 따른 액정 혼합물은 하기 화학식 IIIa1,화학식 IIIg1 및 화학식 IIIi1의 하나 이상의 화합물을 포함한다:

상기 식에서,

n은 1 내지 7이다.

또한, L¹이 F이고 R⁵가 7개 이하의 탄소 원자를 갖는 알킬 또는 알케닐기인 화학식 IVc(화학식 IVc1), 및 R⁵가 7개 이하의 탄소 원자를 갖는 알킬기이고 X²가 CF₃, OCF₃또는 OCHF₂인 화학식 IVh(화학식 IVh1)의 극성 말단기를 함유하는 화합물이 특히 바람직하다.

본 발명에 따른 혼합물에서 사용될 수 있는 화학식 1, 화학식 IIa 내지 화학식 IIk, 화학식 IIIa 내지 화학식 IIIj 및 화학식 IVa 내지 화학식 IVm, 및 이들의 하위 화학식의 개개의 화합물 및 다르게는 기타 화합물이 공지되어 있거나, 공지된 화합물과 유사하게 제조될 수 있다.

화학식 1의 화합물은 낮은 점도, 특히 낮은 회전 점도, 및 탄성 상수(K₃₃/K₁₁) 사이의 비에 대한 낮은 값을 갖고, 따라서 본 발명에 따른 표시장치에서 반응 시간이 짧으면서, 높은 유전성 비등방성의 화학식 II, 화학식 III 및 화학식 IV의 화합물이 특히 증가된 농도로 존재하는 경우에 문턱 전압이 감소한다.

바람직한 액정 혼합물은 성분 A의 하나 이상의 화합물을 바람직하게는 20 내지 99%, 특히 바람직하게는 30 내지 90%, 특히 40 내지 80%의 비율로 포함한다. 이들 화합물은 바람직하게는 +3 이상의 유전성 비등방성(△ε), 특히 바람직하게는 +8 이상의 유전성 비등방성(△ε), 특히 +12 이상의 유전성 비등방성(△ε)을 갖는다.

추가로 바람직한 혼합물은,

- 화학식 1의 하나 이상의 화합물, 특히 화학식 Ia의 하나 이상의 화합물,

- 화학식 IIa의 하나 이상, 특히 하나 또는 2종의 화합물,

- 화학식 IIe의 하나 이상, 특히 2, 3 또는 4종의 화합물, 및

- 화학식 IVc의 하나 이상의 화합물을 포함한다.

바람직한 액정 혼합물은 성분 B의 하나 이상의 화합물을 바람직하게는 1 내지 80%, 특히 바람직하게는 10 내지 70%, 특히 20 내지 60%로 포함한다. 성분 B의 화합물은 특히 회전 점도(γ₁)에 대한 낮은 값에 의해 특징화된다.

성분 B는 바람직하게는 하기 화학식 V1 내지 화학식 V9의 비사이클릭 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물, 하기 화학식 V10 내지 화학식V29의 트리사이클릭 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물, 및/또는 하기 화학식 V30 내지 화학식 V36의 테트라사이클릭 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다.

상기 식에서,

R⁶및 R^6*은 서로 독립적으로 동일하거나 상이하며, 각각은 비치환되거나 CN 또는 CF₃에 의해 일치환되거나 할로겐에 의해 적어도 일치환된 15개 이하의 탄소 원자를 갖는 알킬 라디칼이고, 여기서 추가로 이들 라디칼중 하나 이상의 CH₂기는 O 원자가 서로 직접 결합하지 않는 방식으로 -O-, -S-, -C≡C-, -CH=CH-, -OC-O- 또는 -O-CO-에 의해 대치될 수 있고,

L은 H 또는 F이고,

1,4-페닐렌 고리는 각각 서로 독립적으로 불소에 의해 일치환되거나 다치환될 수도 있다.

화학식 V1 내지 화학식 V36의 화합물 중 R⁶및 R^6*은 바람직하게는 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 또는 알콕시, 또는 2 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알케닐 또는 알케닐옥시이다.

바람직한 액정 혼합물은 화학식 V6의 1, 2, 3 또는 4종의 화합물, 화학식 V16의 1, 2, 3 또는 4종의 화합물, 및/또는 화학식 V27의 1, 2, 3 또는 4종의 화합물을 포함한다. 화학식 V6에서, R⁶은 바람직하게는 직쇄 알킬이고, R^6*은 바람직하게는 직쇄 알케닐이다. 화학식 V16에서, R⁶은 바람직하게는 직쇄 알케닐이고, R^6*은 바람직하게는 직쇄 알킬이다. 화학식 V27에서, R⁶은 바람직하게는 직쇄 알케닐이고, R^6*은 바람직하게는 직쇄 알킬 또는 알콕시이다.

또한, 화학식 V32의 하나 이상의 화합물을 포함하는 본 발명에 따른 혼합물이 바람직하다. 화학식 V32의 2종, 3종 또는 그이상의 유사체를 포함하는 혼합물이 특히 바람직하다. 화학식 V32에서, R⁶및 R^6*은 바람직하게는 직쇄 알킬이다.

필요한 경우, 액정 혼합물은 키랄 네마틱 액정 혼합물의 층 두께(외부 플레이트의 사이의 간격)와 고유 피치 사이의 비가 0.2 초과가 되는 양으로 광학 활성성분 C를 포함한다. 예를 들어, 콜레스테릴 노나노에이트(CN), S-811, S-1011, S-2011(독일 다름스타트 소재의 메르크 카게아아(Merck KGaA)) 및 CB15(영국 풀 소재의 BDH)와 같은 시판되는 다수의 키랄 도판트가 당해 기술분야의 숙련자에게 성분 C로서 이용가능하다. 도판트의 선택은 그 자체로서는 중요하지 않다.

성분 C의 화합물의 비율은 바람직하게는 0 내지 10%, 특히 바람직하게는 0 내지 5%, 특히 0 내지 3%이다.

추가로 바람직한 실시태양은 본 발명에 따른 액정 혼합물에 관한 것으로,

- 하기 화학식 VIa 및/또는 화학식 VIb의 하나 이상, 특히 바람직하게는 1, 2 또는 3종의 헤테로사이클릭 화합물을 추가로 포함한다:

상기 식에서,

R⁷및 R^7*는 서로 독립적으로 1 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 알킬이고,

Y⁷은 F 또는 Cl이다.

화학식 VIa 및/또는 화학식 VIb의 화합물의 비율이 바람직하게는 0 내지 35%, 특히 바람직하게는 0 내지 20%이다.

- 하기 화학식 VIIa 내지 화학식 VIIg의 하나 이상, 특히 바람직하게는 1, 2 또는3종의 톨란 화합물을 추가로 포함한다:

상기 식에서,

R⁸및 R⁸은 서로 독립적으로 동일하거나 상이하며, 각각은 비치환되거나 CN 또는 CF₃에 의해 일치환되거나 할로겐에 의해 적어도 일치환된 15개 이하의 탄소 원자를 갖는 알킬 라디칼이고, 여기서 이들 라디칼중 하나 이상의 CH₂기는 또한 O 원자가 서로 직접 결합하지 않는 방식으로 -O-, -S-, -C≡C-, -CH=CH-, -OC-O- 또는 -O-CO-에 의해 대체될 수 있고,

x 및 y 각각은 1 내지 12이고, 단 x+y는 15이상이고,

z는 1 내지 5이다.

특히 바람직한 액정 혼합물은 화학식 VIIe의 1, 2, 3 또는 4종의 화합물을 포함한다. 화학식 VIIe의 화합물에서, R⁸은 바람직하게는 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알콕시이고, R^8*은 바람직하게는 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬이다.

화학식 VIIa 내지 화학식 VIIg의 화합물의 비율이 0 내지 30%, 특히 바람직하게는 0 내지 20%이다.

R¹, R², R³, R⁴, R⁵, R⁶, R^6*, R⁷, R^7*, R⁸및 R^8*의 정의에서 "알케닐"이란 용어는 직쇄 및 분지형 알케닐기를 포함하지만, 바람직하게는 직쇄 기를 포함한다. 특히 바람직한 알케닐기는 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.

바람직한 알케닐기의 예는 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-헵테닐이다. 그러나, 5개 이하의 탄소원자를 갖는 기가 특히 바람직하다.

추가의 바람직한 실시태양에서, 혼합물은 하기 화학식 VIIIa 내지 화학식 VIIIe의 하나 이상의 화합물, 특히 바람직하게는 화학식 VIIIa 및/또는 화학식 VIIIb의 하나 이상의 화합물을 포함한다:

상기 식에서,

R⁹및 R^9*는 각각 서로 독립적으로 동일하거나 상이하며, H, CH₃, C₂H₅또는 n-C₃H₇이고,

"알킬"은 1 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬기, 바람직하게는 n-프로필 또는 n-펜틸이다.

본 발명에 따른 혼합물은, 특히 높은 층 두께의 TN 및 STN 표시장치에서 사용시 매우 낮은 총 반응 시간(t_tot=t_on+t_off)에 의해 특징화된다.

본 발명에 따른 TN 및 STN 셀에서 사용되는 액정 혼합물은 바람직하게는 유전체적으로 포지티브하며, △ε이 1 이상이다. △ε이 3 이상, 특히 △ε이 5 이상인 액정 혼합물이 특히 바람직하다.

본 발명에 따른 액정 혼합물은 문턱 전압(V_10/0/20) 및 회전 점도(γ₁)에 대한 바람직한 값을 갖는다. 광로차(dㆍ△n)에 대한 값이 예정되는 경우, 층 두께(d)에 대한 값은 광학 비등방성(△n)에 의해 결정된다. 특히 dㆍ△n에 대한 비교적 높은 값에서, 광학 비등방성에 대한 비교적 높은 값을 갖는 본 발명에 따른 액정 혼합물을 사용하는 것이 일반적으로 바람직한데, 이는 d에 대한 값이 비교적 작도록 선택되고, 그 결과 반응 시간에 대한 바람직한 값이 수득되기 때문이다. 그러나, △n에 대한 보다 낮은 값을 갖는 본 발명에 따른 액정 혼합물을 함유하는 본 발명에 따른 액정 표시장치는 또한 반응 시간에 대한 유리한 값에 의해 특징지워 진다.

본 발명에 따른 액정 혼합물은 또한 전자-광학 특성 선의 경사도에 대한 유리한 값에 의해 특징지워 지고, 높은 다중도로 작동될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 액정 혼합물은 높은 안정성, 및 전기 저항성 및 문턱 전압의 주파수 의존성에 대한 바람직한 값을 갖는다. 본 발명에 따른 액정 표시장치는 큰 작업 온도 범위 및 콘트라스트의 양호한 각 의존성을 갖는다.

인접한 액정 분자의 우선적인 배열(방향자)가 전극으로부터 160 내지 720°만큼 일반적으로 비틀리도록 표면 처리한 전극, 전극 기초판, 및 편광기부터 다른 소자까지의 본 발명에 따른 액정 표시장치의 구성은 이러한 유형의 표시장치 소자용 일반 구조에 해당한다. 본원에서 "일반 구조"란 용어는 광의적으로 사용되고, 또한 TN 및 STN 셀, 특히 매트릭스 표시장치 소자 및 추가의 자석을 함유하는 표시장치 소자의 모든 유도체 및 변형체를 포함한다.

2개의 외부 플레이트에서의 표면 경사각은 동일하거나 상이할 수 있다. 동일한 경사각이 바람직하다. 바람직한 TN 표시장치는 0 내지 7°, 바람직하게는 0.01 내지 5°, 특히 바람직하게는 0.1 내지 2°의 외부 플레이트의 표면에서의 분자의 종방향 축과 외부 플레이트 사이의 예비 경사각을 갖는다. STN 표시장치에서, 예비 경사각은 1 내지 30°, 바람직하게는 1 내지 12°, 특히 바람직하게는 3 내지 10°이다.

셀에서의 TN 혼합물의 비틀림 각은 22.5 내지 170°, 바람직하게는 45 내지 130°, 특히 바람직하게는 80 내지 115°의 값을 갖는다. 배열층에서 배열층까지의 셀에서의 TN 혼합물의 비틀림 각은 100 내지 600°, 바람직하게는 170 내지 300°, 특히 바람직하게는 180 내지 270°의 값을 갖는다.

본 발명에 따른 액정 혼합물은 그 자체로 통상적인 방식으로 제조된다. 일반적으로, 보다 적은 양으로 사용되는 목적하는 양의 성분은 주요 구성성분을 이루는 성분에서 유리하게는 승온된 상태에서 용해된다. 유기 용매, 예를 들어 아세톤, 클로로포름 또는 메탄올중의 상기 성분의 용액을 혼합하고, 완전하게 혼합한 후에, 예를 들어 증류에 의해 용매를 다시 제거할 수도 있다.

유전체는 또한 당해 기술분야의 숙련자에게 공지되고 문헌에 기술되어 있는 추가의 첨가제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다색성 염료 0 내지 15%가 첨가될 수 있다.

본 명세서 및 하기 실시예에서, 액정 화합물의 구조는 두문자어로 나타내며, 상기 두문자어로 표시된 액정 혼합물의 구조는 하기 표 1a 및 표 1b 및 표 2a 내지 표 2c에 제시되어 있다. 모든 라디칼 C_nH_2n+1및 C_mH_2m+1은 n 및 m개의 탄소 원자를 각각 갖는 직쇄 알킬 라디칼이다. 알케닐 라디칼은 트랜스 구조를 갖는다. 표 2a 내지 표 2c에서 코드는 자명한 것이다. 표 1a 및 표 1b에는 모 구조에 대한 두문자어만이 나타나 있다. 개개의 경우에서, 하기 표에서 모 구조에 대한 두문자어는 대시(-)에 의해 분리되어 치환기 R¹, R², L¹, L²및 L³에 대한 코드 앞에 기재된다:

TN 및 STN 표시장치는 바람직하게는 하기 표 1a 및 표 1b, 및 표 2a 내지 표 2c의 하나 이상의 화합물로 구성된 액정 혼합물을 함유한다:

하기 표 3a 및 표 3b는 본 발명에 따른 혼합물에 바람직하게 첨가된 가능한 도판트를 나타낸다:

하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위해 의도된 것으로, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 하기 약어가 사용된다:

cl.p.: 투명점(네마틱-등방성 상전이 온도),

S-N: 스멕틱-네마틱 상전이 온도,

visc.: 유동 점도(달리 언급하지 않는 한, 20℃에서 측정, ㎟/초),

△n: 광학 비등방성(589㎚, 20℃),

△ε: 유전성 비등방성(1kHz, 20℃),

경사도: 특성 선의 경사도 = V₉₀/V₁₀,

V₁₀: 문턱 전압 = 10%의 상대 콘트라스트에서의 특성 전압,

V₉₀: 90%의 상대 콘트라스트에서의 특성 전압,

t_ave:(평균 반응 시간),

t_on: 전원을 켠 후 최대 콘트라스트의 90%에 도달할 때까지의 시간,

t_off: 전원을 끈 후 최대 콘트라스트의 10%에 도달할 때까지의 시간,

mux: 다중도

상기 및 하기에서, 모든 온도는 ℃로 나타낸다. 백분율은 중량%이다. 달리 언급하지 않는 한, 모든 값은 20℃에서 측정된다. 달리 언급하지 않는 한, 표시장치는 다중방식 없이 어드레싱(addressing)된다. 달리 언급하지 않는 한, 비틀림은 240°이다. 반응 시간은 1/64의 다중도 및 1/9의 바이어스에서 측정하였다.

실시예

비교예 1

실시예 1

비교예 2

실시예 2

본 발명에 따른 TN 및 STN 액정 표시장치는 매우 낮은 회전 점도, 매우 짧은 반응 시간, 넓은 작업 온도 범위, 전자-광학 특성 선의 높은 경사도, 콘트라스트의 양호한 각 의존성 및 낮은 문턱 전압을 제공한다.

Claims

하기 화학식 1의 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 네마틱 액정 혼합물:

화학식 1

상기 식에서,

2개의 라디칼 R¹및 R²중 하나 이상은 비치환되거나 CN 또는 CF₃에 의해 일치환되거나 할로겐에 의해 적어도 일치환된 15개 이하의 탄소 원자를 갖는 알케닐 라디칼이고, 다른 하나는 추가적으로 비치환되거나 CN 또는 CF₃에 의해 일치환되거나 할로겐에 의해 적어도 일치환된 15개 이하의 탄소 원자를 갖는 알킬 라디칼일 수 있고, 여기서 이들 라디칼중 하나 이상의 CH₂기는 또한 O 원자가 서로 직접 결합하지 않는 방식으로 -O-, -S-, -C≡C-, -OC-O- 또는 -O-CO-에 의해 대체될 수 있다.
제 1 항에 있어서,

하기 화학식 Ia의 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 네마틱 액정혼합물:

상기 식에서,

n은 1 내지 10이고,

o 및 p는 각각 서로 독립적으로 동일하거나 상이하며, 0 내지 10이다.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

하기 화학식 IIa1의 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 네마틱 액정 혼합물:

상기 식에서,

n은 1 내지 7이다.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

하기 화학식 IIe1 및 화학식 IIe2의 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로하는 네마틱 액정 혼합물:

상기 식에서,

n은 1 내지 7이고,

o는 1 내지 3이고,

p는 1 내지 4이다.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

하기 화학식 IIIa1, 화학식 IIIg1 및 화학식 IIIi1의 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 네마틱 액정 혼합물:

상기 식에서,

n은 1 내지 7이다.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

하기 화학식 IVc1의 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 네마틱 액정 혼합물:

상기 식에서,

R⁵는 7개 이하의 탄소 원자를 갖는 알킬 또는 알케닐기이다.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

하기 화학식 IVh1의 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 네마틱 액정 혼합물:

상기 식에서,

R⁵는 7개 이하의 탄소 원자를 갖는 알킬기이고,

X²는 CF₃, OCF₃또는 OCHF₂이다.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

하기 화학식 V6의 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 네마틱 액정 혼합물:

상기 식에서,

R⁶은 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬이고,

R^6*은 2 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알케닐이다.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

하기 화학식 V16의 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 네마틱 액정 혼합물:

상기 식에서,

R⁶은 2 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알케닐이고,

R^6*은 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬이다.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

하기 화학식 V27의 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 네마틱 액정 혼합물:

상기 식에서,

R⁶은 2 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알케닐이고,

R^6*은 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 또는 알콕시이다.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

하기 화학식 V32의 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 네마틱 액정 혼합물:

상기 식에서,

R⁶및 R^6*은 서로 독립적으로 동일하거나 상이하며, 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬이다.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

하기 화학식 VIIa의 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 네마틱 액정 혼합물:

상기 식에서,

x 및 y는 각각 서로 독립적으로 동일하거나 상이하며, 1 내지 12이다.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,

하기 화학식 VIIe의 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 네마틱 액정 혼합물:

상기 식에서,

R⁸은 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알콕시이고,

R^8*은 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬이다.
- 프레임(frame)과 함께 셀(cell)을 형성하는 2개의 외부 플레이트(outer plate),

- 셀에 위치한 포지티브 유전성 비등방성의 네마틱 액정 혼합물,

- 외부 플레이트의 내부상에 배열층을 갖는 전극 층,

- 외부 플레이트의 표면에서의 분자의 종방향 축과 외부 플레이트 사이의 0 내지 30°의 경사각,

- 22.5 내지 600°사이의 값을 갖는 배열층에서 배열층까지의 셀내 액정 혼합물의 비틀림 각, 및

- (a) +15 초과의 유전성 비등방성을 갖는 하나 이상의 화합물로 이루어진 액정 성분 A, 20 내지 99중량%, (b) -1.5 내지 +1.5의 유전성 비등방성을 갖는 하나 이상의 화합물로 이루어진 액정 성분 B, 1 내지 80중량%, 및 (c) 필요한 경우에 층 두께(외부 플레이트의 사이의 간격)와 키랄 네마틱 액정 혼합물의 고유 피치(natural pitch) 사이의 비가 약 0.2 내지 1.3의 양이 되도록 하는 광학 활성성분 C로 이루어진 네마틱 액정 혼합물을 갖는 TN 또는 STN 액정 표시장치로서,

액정 혼합물이 성분 A로서 제 1 항에 따른 화학식 1의 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 TN 또는 STN 액정 표시장치.