KR20070016989A

KR20070016989A - 주파수 의존성이 낮은 ｔｆｔ 디스플레이용 ｌｃ 혼합물

Info

Publication number: KR20070016989A
Application number: KR1020060072900A
Authority: KR
Inventors: 헤크마이어 미카엘; 슐러 브리짓; 마나베 아츠타카; 몬테네그로 엘비라
Original assignee: 메르크 파텐트 게엠베하
Priority date: 2005-08-03
Filing date: 2006-08-02
Publication date: 2007-02-08
Also published as: JP5165869B2; TW200712180A; KR101335901B1; CN1908117B; DE102006033886A1; US7553522B2; JP2007039691A; TWI428430B; CN1908117A; US20070034829A1

Abstract

본 발명은 유전 이방성의 주파수 의존성을 작게 갖는 유전적으로 양의 네마틱 액정 매질에 관한 것이다. 상기 매질은 특히 능동 매트릭스 디스플레이에 적용하기에 매우 적합하다. 본 발명은 능동 매트릭스 디스플레이에서 본 발명의 매질의 용도뿐만 아니라 이들 능동 매트릭스 디스플레이 자체에 관한 것이다.

Description

주파수 의존성이 낮은 ＴＦＴ 디스플레이용 ＬＣ 혼합물{LC-MIXTURES WITH LOW FREQUENCY DEPENDENCE FOR TFT-DISPLAYS}

본 발명은 액정 매질 및 상기 매질을 함유하는 전기-광학 디스플레이에 관한 것이다.

액정은 그의 광학 특성이 가해진 전압에 의해 변경될 수 있기 때문에, 특히 디스플레이 디바이스에서 유전체로서 사용된다. 액정에 기반한 전기-광학 디바이스는 당분야의 숙련자들에게 매우 널리 공지되어 있고, 다양한 효과를 기초로 할 수 있다. 이러한 디바이스의 예는 동적 산란을 갖는 셀, DAP(정렬 상의 변형) 셀, 게스트/호스트 셀, 꼬인 네마틱(twisted nematic) 구조를 가진 TN 셀, STN(극도로 꼬인 네마틱) 셀, SBE(극도의 복굴절성 효과) 셀 및 OMI(광학 모드 간섭) 셀이다. 가장 통상적인 디스플레이 디바이스는 샤드트-헬프리히(Schadt-Helfrich) 효과를 기초로 하며 꼬인 네마틱 구조를 갖는다.

액정 물질은 일반적으로 양호한 화학적 안정성, 열적 안정성, 전기장에 대한 안정성 및 전자기 방사에 대한 안정성을 가져야 한다. 또한, 액정 물질은 낮은 점 도를 가져야 하고, 짧은 처리 시간, 낮은 역치 전압 및 셀 내에서 높은 컨트라스트(contrast)를 달성해야 한다.

또한, 통상적인 작동 온도에서(즉, 실온 전, 후의 가능한 가장 넓은 범위에서) 적합한 메조상, 예를 들어 상기 언급한 셀에서 네마틱 메조상을 가져야 한다. 액정은 통상 다수의 구성성분의 혼합물로서 사용되기 때문에 상기 성분이 서로 쉽게 혼화될 수 있는지가 중요하다. 전기 전도성, 유전 이방성 및 광학 이방성과 같은 추가적인 특성은, 셀 유형 및 적용 면적에 따라 좌우되는 다양한 요구사항을 만족시켜야 한다. 예를 들어, 꼬인 네마틱 구조를 가진 셀용 재료는 양(positive)의 유전 이방성 및 낮은 전기 전도성을 가져야 한다.

예를 들어, 스위칭 개별 픽셀(MLC 디스플레이)을 위한 집적된 비-선형 소자를 함유하는 매트릭스 액정 디스플레이에 있어서, 큰 양(positive)의 유전 이방성, 넓은 네마틱 상, 상대적으로 낮은 복굴절성, 매우 높은 비저항성, 양호한 빛과 온도 안정성 및 낮은 증기압을 갖는 액정 매질이 요구된다.

이 유형의 매트릭스 액정 디스플레이가 공지되어 있다. 개별 픽셀의 개별 스위칭에 사용될 수 있는 비-선형 소자는 배리스터(varistor) 또는 다이오드와 같은 수동 소자 이외에, 트랜지스터와 같은 능동 소자이다. 따라서, 상기 경우는 용어 "능동 매트릭스"로서 지칭된다.

기대되는 TFT(박막 트랜지스터, thin film transistor) 디스플레이에서, 사용된 전기-광학 효과는 통상 TN 효과이다. 화합물 반도체(예를 들어, CdSe)를 포함하는 TFT, 또는 다결정질 또는 무결정성 규소-계 TFT가 구분된다.

TFT 매트릭스가 디스플레이의 유리판의 내부에 적용되는 반면에, 다른 유리판은 그 내부에 투명 카운터전극(counterelectrode)을 갖는다. 픽셀 전극의 크기에 비하여, TFT는 매우 작으며 실질적으로 상에 불리한 효과를 미치지 않는다. 상기 기술은 또한 완전하게 색상-상용성 디스플레이로 확장될 수 있는데, 상기 디스플레이의 적색, 녹색 및 청색 필터의 모자이크는 필터 소자가 각각 전환가능한 픽셀 반대편에 위치되는 방식으로 정렬된다. TFT 디스플레이는 통상 트랜스미션(transmission) 내에 교차된 편광기를 가진 TN 셀로서 작동되고, 백라이트로 발광한다.

이러한 유형의 MLC 디스플레이는 노트북 컴퓨터에서, TV(포켓 TV)용으로, 또는 자동차 및 항공기 구성에서 특히 적합하다. 이외에도, 이들 MLC 디스플레이에서 유전 이방성 Δε의 부적합한 주파수 의존성에 기인한 난점이 야기될 수 있다. Δε의 주파수 의존성 때문에 Δε이 이미 낮은 주파수를 이용하여 저온에서 디스플레이를 유발하는 경우, 일부 픽셀 캐패시티가 트랜지스터의 게이트의 개방 기간 동안 충전된다. 일정한 전하에서, 요구되는 높은 전압을 액정에 가한다. 그럼으로써, 액정의 광학 특성이 저하된다. 결론적으로, 액정 매질에서는 유전 상수의 주파수 의존성이 저온에서도 가능한 한 변동되지 않는 것이 매우 요구된다. 짧은 디스플레이 반응 시간을 달성하기 위해, 혼합물은 또한 작은 회전 점도를 가져야만 한다. 예를 들어, 야외, 자동차, 또는 항공용으로 저온에서도 디스플레이를 사용할 수 있게 하기 위해서는, 결정화 및/또는 스멕틱 상이 저온에서도 발생하지 않아야 한다는 것과 점도의 온도 의존성이 가능한 한 낮아야 한다는 것이 요구된다.

본 발명의 목적은 저온에서도 가능한 한 변동이 없는 주파수 의존성 유전 상수를 갖는 액정 매질 TN 디스플레이를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은, 네마틱 상을 갖는 0℃의 온도에서 바람직하게는 200㎑, 더욱 바람직하게는 300㎑ 이상, 가장 바람직하게는 400㎑ 이상의 유전 완화(relaxation) 주파수를 갖는 액정 매질에 의해 달성된다. 이와 관련하여, 상기 완화 주파수는 주파수의 함수가 최대값(즉, 극한값)을 갖는 경우 유전 이방성의 기울기에서의 주파수로 정의된다.

본 발명에 따르면, 유전 완화 주파수가 전술한 범위인 경우 액정 매질의 유전 상수의 주파수 의존성이 가능한 한 변동이 없다는 것을 밝혀냈다.

액정 매질이 70℃ 이상, 바람직하게는 75℃ 이상, 가장 바람직하게는 80℃ 이상의 청명점을 갖는 것이 바람직하다.

액정 매질은 바람직하게는 적어도 -20 내지 70℃, 더욱 바람직하게는 -30 내지 75℃, 가장 바람직하게는 -30 내지 80℃, 특히 -40 내지 100℃의 온도 범위에서 안정한 네마틱 상을 갖는다.

또한, 액정 매질이 하기 부가적인 특성 중의 하나 이상을 갖는 것이 바람직하다:

- 낮은 역치 전압(V_th)을 실현시키는 20℃ 및 4㎑ 이상, 바람직하게는 6㎑ 이상, 가장 바람직하게는 8㎑ 이상의 주파수에서 높은 양의 유전 이방성(Δε), 및

- 짧은 반응 시간을 실현하기 위한 250mPa·s 이하, 바람직하게는 225mPa·s 이하, 가장 바람직하게는 150mPa·s 이하의 회전 점도(γ₁).

전술한 유전 완화 주파수는 한정된 분류의 제한된 중성, 약한 극성 또는 강한 극성 물질에 의해 달성된다. 본 출원에서, 용어 "유전적으로 강한 양성 화합물"은 Δε의 6.0 초과인 화합물, "유전적으로 중성인 화합물"은 Δε이 -1.5 초과 3.0 미만인 화합물, 및 유전적으로 약한 양성 화합물은 Δε이 3.0 내지 6.0인 화합물을 의미한다. 이들 3개의 카테고리의 물질 이외에, 제 4 카테고리, 즉 Δε이 -1.5 이하인 유전적으로 음성인 화합물이 존재한다. 물질에 적용된 것과 동일한 정의가 성분에도 적용된다. 상이한 유형의 메소젠성 화합물을 그들의 유전 이방성을 따른 네 개의 부류로 분류하기 위해, 의문이 되는 경우 대표 화합물이 선택된다. 이는 분자 코어(즉, 동일한 결합기에 의해 동일한 방식으로 결합되는 동일한 고리를 정확하게 포함하고, 동일한 치환 패턴을 가짐)의 각 말단에 하나, 또는 각각 두 개의 n-프로필 말단기를 보유하는 각각의 화합물이다. 이들 참고 화합물을 사용하여, 예를 들어 동일한 분자 코어 상에 하나 또는 두 개의 알켄일 말단기를 보유하고 고리에서 동일한 치환 패턴 및 동일한 결합기를 갖는 화합물을 나타낸다.

Δε은 1㎑ 및 20℃에서 측정된다. 화합물의 유전 이방성은 네마틱 호스트 혼합물 중에서 개별 화합물의 10% 용액의 결과로부터 측정된다. 이들 시험 혼합물 의 캐패시티는 수직(homeotropic) 정렬된 셀과 평면(homogeneous) 정렬된 셀 둘 다에서 측정된다. 상기 두 개의 유형의 셀의 셀 간격은 대략 10㎛이다. 가해진 전압은 1㎑의 주파수 및 전형적으로 0.5 내지 1.0V의 제곱 평균값을 가진 방형파(rectangular wave)이되, 항상 각각의 시험 혼합물의 캐패시티가 역치보다 낮도록 선택된다. 유전적으로 강한 양성 화합물 및 유전적으로 약한 양성 화합물 둘 다를 위한 혼합물 ZLI-4792와 유전적으로 중성 화합물을 위한 혼합물 ZLI-3086이 각각 호스트 혼합물로서 사용된다(둘 다 독일에 소재한 메르크 카게아아(Merck KGaA)에서 입수). 관심이 되는 화합물이 10%의 농도에서 개별적인 호스트에서 용해성이 아닌 경우, 상기 농도는 생성된 용액이 안정하게 네마틱이 될 때까지 인수 2에 의해 성공적으로 감소된다(즉, 이등분된다). 화합물의 유전율은 관심이 되는 화합물의 첨가시 호스트 혼합물의 개별적인 값의 변화로부터 측정되고, 상기 관심이 되는 화합물의 100%의 농도로 외삽된다. 혼합물의 성분이 20℃에서 네마틱인 경우, 이와 같이 조사된다. 상기 혼합물의 성분이 20℃에서 네마틱 상을 갖지 않는 경우, 단일 화합물과 같이 조사된다.

20℃의 측정 온도에서 네마틱 상을 갖는 성분은 이와 같이 측정되고, 다른 모든 것은 화합물처럼 처리된다.

본 출원에서 메소젠성 화합물은 1원, 2원, 3원, 4원 등으로 상기 화합물이 포함하고 있는 고리의 수에 따라 분류된다. 이와 관련하여, 전형적인 메소젠성 고리의 수는 화합물에 존재하고 고리를 형성하는 방식으로 결합되는 4, 5, 6, 7개의 원자(전형적으로, C 원자, 일부는 N, O 및/또는 S 원자로 치환될 수 있음)로 구성 된 고리의 수로 카운팅된다. 이와 관련하여, 화합물중의 바이사이클릭 잔기(예를 들어, [2.2.2]-바이사이클로옥테인-1,4-다이일)는 하나의 고리로서 카운팅되는 반면, 스파이로 잔기 및 2개의 고리(예를 들어, 나프탈린, 테트라하이드로나프탈린, 데카하이드로나프탈린 및 인단) 또는 3개의 고리(예를 들어, 안트라센 다이일)를 포함하는 애널레이팅(annelated) 고리는 2개의 고리로서 카운팅된다. 명백하게 언급되지 않은 구조가 하나의 고리로서 또는 2개의 고리로서 카운팅되어야 하는지 의문이 되는 경우, 개별적인 고리의 최대 폭이 고려되어야 한다. 하나의 고리로서 간주될 수 있는 시스템에서 개별적인 고리는 7Å이라는, 고리를 구성하는 원자의 최대 확장에 있어서 한계치가 존재한다.

바람직하게는, 본 발명에 따라서 우세하게 사용된 화합물은 주로 바람직하게는 5원, 6원, 또는 7원 고리, 바람직하게는 5원 및 6원 고리, 가장 바람직하게는 6원 고리를 포함한다.

본 발명의 바람직한 양태에서, 액정 매질은 바람직하게는 6.0 초과, 더욱 바람직하게는 8.9 초과, 더욱 더 바람직하게는 10.0 초과, 가장 바람직하게는 12.0 초과의 유전 이방성 Δε을 갖는 강한 극성 2환 화합물을 하나 이상 포함한다. 본 출원에 따른 2환 화합물은 바람직하게는 화학식 1a 및 화학식 1b의 군의 물질로 구성된 군으로부터 선택된다:

상기 식에서,

L¹, L², L³ 및 L⁴는 각각 서로 독립적으로 수소 또는 할로겐, 바람직하게는 불소 또는 염소, 가장 바람직하게는 불소이고,

R¹은 수소; 할로겐, 바람직하게는 불소; 탄소수 1 내지 7, 바람직하게는 1 내지 5의 알킬 또는 알콕시 기; 또는 탄소수 7, 바람직하게는 1 내지 5의 알켄일, 알켄일옥시, 알카이닐 또는 알카인옥시 기를 나타내고, 모든 상기 R¹ 기는 적합하다면 2개의 산소 원자가 인접하지 않는 조건 하에서 하나 이상의 -CH₂-기가 -O-, >C=O 또는 -S-로 치환될 수 있고, 상기 R¹ 기는 할로겐, 바람직하게는 불소에 의해 치환될 수 있고,

X¹은 할로겐, 바람직하게는 불소 또는 염소, 탄소수 1 내지 5, 바람직하게는 1 내지 2의 불소화된 알킬 또는 알콕시 기, 탄소수 2 내지 4의 불소화된 알켄일, 알켄일옥시 또는 옥시알킬 기, -OCF₃, -OCHFCF₃ 또는 SF₅이고,

Z는 단일 결합, -CF₂O-, -OCF₂-, -COO-, -O-CO-, -CH₂CH₂-, -CH=CH-, -C≡C-, -CH₂O-, -(CH₂)₄-, -CF=CF-, -CH=CF- 또는 -CF=CH-, 바람직하게는 단일 결합 또는 -CF₂O-이다.

본 발명에 따른 액정 매질에서 L¹, L², L³ 및 L⁴중의 3개 이하가 동시에 F인 것이 바람직하다.

액정 매질은 바람직하게는 강한 극성 2환 물질을 5% 이상, 바람직하게는 10% 이상, 더욱 바람직하게는 20% 이상, 가장 바람직하게는 30% 이상의 양으로 갖는다.

또한, 액정 매질은 중성 2환 물질 또는 약한 극성 2환 물질로 구성된 군으로부터 선택되는 물질을 추가적으로 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 액정 매질은 하기 화학식 2의 2환 물질을 하나 이상 포함할 수 있다:

상기 식에서,

R²는 탄소수 1 내지 15의 알킬 라디칼이고,

A^a 및 A^b는 서로 독립적으로

또는

이고,

Z²는 단일 결합이고,

R³은 각각 탄소수 1 내지 15, 또는 2 내지 15의 알킬, 알콕시 또는 알켄일 라디칼(여기에서, 하나 이상의 -CH₂- 기는 산소 원자가 인접하지 않는 방식으로 -O-로, 또는 F로 치환될 수 있음)이다.

이들 중성 2환 물질의 바람직한 예는 다음과 같다:

따라서, 액정 매질중의 상기 화학식 2의 중성 2환 물질의 양은 바람직하게는 10중량% 이상, 더욱 바람직하게는 20중량% 이상, 가장 바람직하게는 30중량% 이상이다.

본 발명에 따른 액정 매질은 화학식 3의 3환 물질을 하나 이상 추가로 포함할 수 있다:

상기 식에서,

A^c, A^d 및 A^e는 서로 독립적으로

또는

(여기에서, L⁵ 및 L⁶은 서로 독립적으로 수소 또는 불소임)이고,

A^c 및 A^d는 달리

으로 추가로 나타낼 수 있고,

Z³ 및 Z⁴는 서로 독립적으로 단일 결합, -CH₂-CH₂-, -CH₂-O- 또는 -COO-이고,

R⁴ 및 Y¹은 탄소수 1 내지 7, 또는 탄소수 2 내지 7의 알킬, 알콕시 또는 알켄일 라디칼(여기에서, 하나 이상의 -CH₂-기는 산소 원자가 인접하지 않는 방식으로 -O-에 의해 치환될 수 있음)이고,

Y¹은 추가로 -F, -Cl, -OCF₃, -OCHF₂, -OCH₂F 또는 -CF₃이다.

바람직한 화학식 3의 화합물은 하기 화학식 3a 내지 3e의 화합물이다:

상기 식에서,

R⁵ 및 R⁶은 서로 독립적으로 각각 탄소수 1 내지 7, 또는 탄소수 2 내지 7의 알킬 또는 알켄일 라디칼(여기에서, 하나 이상의 -CH₂-기는 산소 원자가 인접하지 않는 방식으로 -O-에 의해 치환될 수 있음)이고,

X는 -F, -Cl, -OCF₃, -OCHF₂, -OCH₂F 또는 -CF₃이다.

본 발명의 한 바람직한 양태에서, 상기 중성 3환 물질의 양은 바람직하게는 20중량% 이상, 더욱 바람직하게는 30중량% 이상, 가장 바람직하게는 40중량% 이상이다.

본 발명에 따른 액정 매질은 하기 화학식 4의 4환 물질을 하나 이상 포함한다:

상기 식에서,

A^f, A^g, A^h 및 Aⁱ는 서로 독립적으로

또는

이고, 여기에서 L⁷ 및 L⁸은 서로 독립적으로 수소 또는 불소이고,

A^f 및 A^g는 추가로

이고,

Z⁵, Z⁶ 및 Z⁷은 단일 결합, -CH₂-CH₂- 또는 -COO-이고,

R⁷ 및 Y²는 탄소수 1 내지 7, 또는 탄소수 2 내지 7의 알킬, 알콕시 또는 알켄일(여기에서, 하나 이상의 -CH₂-기는 산소 원자가 인접하지 않는 방식으로 -O-에 의해 치환될 수 있음)이고,

Y²는 추가로 -F, -Cl, -OCF₃, -OCHF₂, -OCH₂F 또는 -CF₃이다.

바람직한 화학식 4의 화합물은 하기 화학식 4a 내지 4d의 화합물이다:

본 발명의 바람직한 양태에서, 상기 중성 4환 물질의 양은 바람직하게는 5중량% 이상, 더욱 바람직하게는 10중량% 이상, 가장 바람직하게는 15중량% 이상이다.

본 발명에 따르면, 전술된 중성 (2환, 3환 및 4환) 물질의 총량은 바람직하게는 20중량% 이상, 더욱 바람직하게는 30중량% 이상, 가장 바람직하게는 40중량% 이상, 및 특히 50중량% 이상이 바람직하다.

본 발명의 또다른 양태에서, 액정 매질은 약한 극성 물질을 추가로 포함할 수 있다. 이들 약한 극성 물질이 본 발명에 따른 매질중에서 사용된다면, 상기 물질은 바람직하게는 20중량% 미만, 특히 바람직하게는 10중량% 미만이다.

약한 극성 2환 화합물의 예는 하기와 같다:

상기 식에서, n은 1 내지 7이다.

약한 극성 3환 화합물은 예는 하기와 같다:

상기 식에서, R⁵는 전술된 의미를 갖는다.

유전적으로 강한 양의 3환 화합물의 예는 하기와 같다:

상기 식에서, R⁵는 전술된 의미를 갖고, X는 -F, -Cl, -OCF₃, -OCHF₂, -OCH₂F 또는 -CF₃이다.

액정 매질은 또한 첨가제를 포함할 수 있다. 예는 하기 키랄 도판트이다:

추가적인 적합한 첨가제는 하기 안정화제이다:

본 발명은 또한 전기-광학 디스플레이 소자에서 전술된 액정 매질의 용도에 관한 것이다.

본 발명은 또한 각각의 청구항에서 청구된 액정 매질을 함유하는 전기-광학 디스플레이 소자에 관한 것이다.

상기 화합물은 상기 반응을 위해 공지되고 상기 반응에 적합한 반응 조건 하에서 정확하게 문헌(예를 들어, [Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart] 표준 저작에서)에서 개시된 바와 같이 그 자체로서 공지된 방법에 의해 제조된다. 또한, 그 자체가 공지된 변형물이 사용될 수 있지만, 본원에서는 상세하게 언급하지는 않는다. 또한 화학식 1 내지 화학식 4의 화합물은 관련된 특허 문헌에서 개시된 바와 같이 제조될 수 있다.

본 발명은 또한, 프레임과 함께 셀을 형성하는 2개의 평면-평행 외부 플레이트; 상기 외부 플레이트상의 개별적인 픽셀을 스위칭하기 위한 집적된 비선형 소자; 및 본 발명에 따른 액정 매질을 함유하는 셀내에 위치된 양의 유전 이방성 네마틱 액정 혼합물을 갖는 전기-광학 디스플레이(특히, TFT 디스플레이), 및 전기-광학 디스플레이에서 이러한 매질의 용도에 관한 것이다.

본 발명에 따른 액정 혼합물은 획득가능한 파라미터 범위를 현저하게 확장시킨다.

청명점, 회전 점도, 광학 이방성 및 역치 전압의 달성가능한 조합이 종래 기술 분야의 재료에 비해 탁월하다.

본 발명에 따라서 사용될 수 있는 액정 혼합물은 통상적인 방식으로 제조된다. 일반적으로, 편의상 승온에서 보다 적은 양으로 사용되는 화합물의 요구량을 주요 구성성분을 이루는 성분에 용해시킨다. 유기 용매, 예를 들어 아세톤, 클로로포름 또는 메탄올 중에서 상기 성분의 용액을 혼합하고, 완전한 혼합 후에 예를 들어 증류에 의해 상기 용매를 다시 제거하는 것이 또한 가능하다. 또한 다른 통상적인 방식, 예를 들어 예비-혼합물(예: 동족체 혼합물)을 사용하거나 "멀티-용기" 시스템을 사용함으로써 혼합물을 제조하는 것이 또한 가능하다.

본 발명의 매질의 주파수 의존성은 작다. 바람직하게, 100℃ 이상의 청명점을 갖는 매질에 있어서, 20℃에서 변곡점의 주파수(ν_턴)는 바람직하게는 200㎐ 이하이고, 더욱 바람직하게 80℃ 이상의 청명점을 갖는 매질에 있어서 0℃에서 상기 주파수는 200㎐ 미만이다.

개별적인 화합물의 유전 이방성은 네마틱 호스트 혼합물 중에서 각 개별적인 화합물의 10% 용액의 생성물로부터 측정된다. 호스트 혼합물 중에서 각각의 화합물의 용해도가 10% 미만인 경우, 농도는 5%로 감소된다. 시험 혼합물의 캐패시티는 수직 정렬인 셀 및 수평 정렬인 셀 둘 다에서 측정된다. 상기 두 가지 유형의 셀의 셀 간격은 대략 20㎛이다. 가해진 전압은 1㎑의 주파수 및 0.5 내지 1.0V의 제곱 평균값을 가진 방형파이되, 항상 개별적인 시험 혼합물의 캐패시티의 역치보다 낮도록 선택된다.

유전적으로 양성 화합물을 위한 혼합물 ZLI-4792 및 유전적으로 중성뿐만 아니라 유전적으로 음성 화합물을 위한 혼합물 ZLI-3086(둘 다 독일 소재의 메르크 카게아아 제품)이 각각 호스트 혼합물로서 사용된다. 화합물의 유전율은 관심이 되는 화합물의 첨가시 호스트 혼합물의 개별적인 값의 변화로부터 측정된다. 값은 관심이 되는 화합물의 100%의 농도로 외삽된다.

20℃의 측정 온도에서 네마틱 상을 갖는 성분은 상기처럼 측정되고, 다른 모든 성분은 화합물과 같이 처리된다.

달리 명백하게 언급되지 않으면 본원에서 용어 "역치 전압"은 광학 역치를 지칭하고 10% 상대 컨트라스트(contrast)(V₁₀)에 대해 제시되며, 용어 "포화 전압"은 광학 포화를 지칭하고 90% 상대 컨트라스트(V₉₀)에 대해 제시된다. 또한, 프리데릭스-역치(V_Fr)로 지칭되는 캐패시티 역치 전압(V₀)은 명백하게 언급되는 경우에 만 사용된다.

본원에서 제시된 파라미터의 범위는, 달리 명백하게 언급하지 않는 한 모두 한계치를 포함한다.

본원에서 달리 명백하게 언급하지 않는 한, 모든 농도는 질량 퍼센트로 제시되고, 개별적이고 완전한 혼합물에 관한 것이며, 모든 온도는 섭씨도로 제시되고 모든 온도 차이도 섭씨도로 제시된다. 모든 물성은 문헌 ["Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", Status Nov. 1997, Merck KGaA, Germany]에 따라 측정되고, 달리 명백하게 언급하지 않는 한 20℃의 온도에 대해 제시된다. 광학 이방성(Δn)은 589.3nm의 파장에서 측정된다. 유전 이방성(Δε)은 1㎑의 주파수에서 측정된다. 역치 전압, 및 다른 모든 전자-광학 특성은 독일 소재의 메르크 카게아아에서 제조된 시험 셀로 측정하였다. Δε의 측정을 위한 시험 셀은 대략 20㎛의 셀 간격을 갖는다. 전극은 가드 고리를 가진 원형 1.13㎠의 면적의 ITO 전극이다. 배향층은 수직 배향(ε∥; homeotropic orientation)을 위한 레시틴 및 수평 배향(ε⊥; homogeneous orientation)을 위해 재팬 신쎄틱 러버(Japan Synthetic Rubber)로부터 입수한 폴리이미드 AL-1054이다. 캐패시티는 0.3V_rms의 전압의 사인파(sine wave)를 이용하여 주파수 반응 분석기 솔라트론(Solatron) 1260으로 측정하였다. 전자-광학 측정에서 사용된 빛은 백광이었다. 사용된 설비(set-up)는 일본 소재의 오츠카(Otsuka)에서 시판중인 장비였다. 특성 전압은 수직 관측 하에서 측정되었다. 역치(V₁₀)-미드 그레이(V₅₀)- 및 포화(V₉₀) 전압이 각각 10%, 50%, 및 90%의 상대 컨트라스트에 대해 측정되었다.

본 발명에 따른 액정 매질은 통상적인 농도의 추가적인 첨가제 및 키랄 도판트를 함유할 수 있다. 이러한 추가적인 구성성분의 총 농도는 총 혼합물을 기준으로 0 내지 10%, 바람직하게는 0.1 내지 6%의 범위이다. 각각 사용된 개별적인 화합물의 농도는 바람직하게는 0.1 내지 3%의 범위이다. 이러한 첨가물 및 유사한 첨가물의 농도는 본원에서 액정 매질의 액정 성분 및 화합물의 농도의 값 및 범위로 간주하지 않는다.

본 발명에 따른 액정 매질은 여러 개, 바람직하게는 3 내지 30개, 더욱 바람직하게는 4 내지 20개 및 가장 바람직하게는 4 내지 16개의 화합물로 구성된다. 이들 화합물은 통상적인 방식으로 혼합된다. 일반적으로, 보다 적은 양으로 사용되는 필요량의 화합물은 보다 많은 양으로 사용되는 화합물 중에 용해된다. 온도가 보다 높은 농도로 사용되는 화합물의 청명점보다 높은 경우, 용해 과정의 완결을 관측하기 특히 쉽다. 그러나, 예를 들어 소위 예비 혼합물(예를 들어, 화합물의 균일 혼합물 또는 공융 혼합물일 수 있음)을 사용하거나, 소위 멀티-용기 시스템(혼합물 자체를 사용하기 위해 준비된 구성성분)을 사용하여 다른 통상적인 방식으로 매질을 제조하는 것도 가능하다.

본 발명에 따른 액정 매질은, 적합한 첨가제를 첨가하여 특히 PDLC, NCAP, PN LCD 및 특히 ASM-PA LCD와 같은 복합체 시스템에서 TN-, TN-AMD, ECB-AMD, VAN-AMD, IPS 및 OCB LCD와 같은 액정 매질을 사용하여, 모든 공지된 유형의 액정 디스 플레이에서 사용할 수 있도록 개질될 수 있다.

액정의 용융점 T(C,N), 스멕틱(S) 상에서 네마틱(N) 상으로 전이 온도 T(S,N) 및 청명점 T(N,I)는 섭씨도로 제시된다.

본원 및 특히 하기의 실시예에서, 액정 화합물의 구조는 두문자어(acronym)라고도 불리는 약어로 표시된다. 약어를 상응하는 구조로 변환하는 것은 하기의 표 1 및 표 2에 따르면 수월하다. 모든 C_nH_2n+1 및 C_mH_2m+1 기는 각각 탄소수 n 및 m의 직쇄 알킬기이다. 표 2의 해석은 자명하다. 표 1은 구조의 코어에 대한 약어만을 개시한다. 개별적인 화합물은 코어의 약어에 이어 하이픈으로 표시되고, 코드는 하기와 같이 치환기 R¹, R², L¹ 및 L²를 명시한다:

본 발명에 다른 액정 매질은 바람직하게,

- 표 1 및 표 2의 화합물의 그룹으로부터 선택된, 바람직하게 상이한 화학식을 가진 7개 이상, 바람직하게는 8개 이상의 화합물, 및/또는

- 표 1의 화합물의 그룹으로부터 선택된, 바람직하게 상이한 화학식을 가진 1개 이상, 바람직하게는 2개 이상, 더욱 바람직하게는 3개 이상의 화합물, 및/또는

- 표 2의 화합물의 그룹으로부터 선택된, 바람직하게는 상이한 화학식을 가진 3개 이상, 더욱 바람직하게는 4개 이상, 더욱 더 바람직하게는 5개 이상의 화합물을 함유한다.

실시예

하기 제시된 실시예는 본 발명을 예시하며, 어떠한 방식으로도 본 발명을 제한하지 않는다.

그러나, 변형될 수 있는 범위 내에서 달성될 수 있는 조성물의 물성이 숙련가에게 예시된다. 따라서, 바람직하게 달성될 수 있는 다양한 특성의 조합이 숙련가에게 특히 잘 정의된다.

비교예 1 및 실시예 1

액정 혼합물은 하기 표에 제시된 조성 및 특성을 이용하여 달성된다.

비교예 1의 혼합물 및 실시예 1의 혼합물은 -20 내지 20℃의 온도 범위에 걸쳐 1 내지 1,000㎑의 범위에서 이들 화합물의 유전 이방성의 주파수 의존성에 대해 조사되었다. 상기 결과를 하기 표에 제시한다.

비교예 2

액정 혼합물은 하기 표에 제시된 조성 및 특성에 의해 달성된다.

실시예 2

실시예 3

실시예 4

실시예 5

실시예 6

실시예 7

실시예 8

실시예 9

본 발명에 의해, 저온에서도 가능한 한 변동이 없는 주파수 의존성 유전 상 수를 갖는 액정 매질 TN 디스플레이를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims

네마틱 상을 갖고, 0℃의 온도에서 200㎑의 유전 완화(relaxation) 주파수를 갖는 액정 매질.
제 1 항에 있어서,

상기 액정 매질의 청명점이 70℃ 이상인 액정 매질.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 액정 매질의 네마틱 상 온도가 -20℃ 또는 이하로부터 70℃ 또는 그 이상까지의 온도 범위에 걸쳐 확장되는 액정 매질.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 액정 매질이 화학식 1a 및 화학식 1b의 화합물의 군으로부터 선택된 강한 극성 2핵(two-core) 물질을 하나 이상 포함하는 액정 매질:

화학식 1a

화학식 1b

상기 식에서,

L¹, L², L³ 및 L⁴는 각각 서로 독립적으로 수소 또는 할로겐이고,

R¹은 수소; 할로겐; 또는 탄소수 1 내지 7의 알킬 또는 알콕시 기; 또는 탄소수 7 이하의 알켄일, 알켄일옥시, 알카이닐 또는 알카인옥시 기를 나타내고, 모든 상기 R¹ 기는 적합한 경우 2개의 산소 원자가 인접하지 않는 조건 하에서 하나 이상의 -CH₂-기가 -O-, >C=O 또는 -S-로 치환될 수 있고, 상기 R¹ 기는 할로겐, 바람직하게는 불소에 의해 치환될 수 있고,

X¹은 할로겐, 탄소수 1 내지 5, 바람직하게는 탄소수 1 내지 2의 불소화된 알킬 또는 알콕시 기, 탄소수 2 내지 4의 불소화된 알켄일, 알켄일옥시 또는 옥시알킬 기, -OCF₃, -OCHFCF₃ 또는 SF₅이고,

Z는 단일 결합, -CF₂O-, -COO-, 또는 -OCF₂-, -CH₂CH₂-, -CH=CH-, -C≡C-, -OCO-, -CH₂O-, -(CH₂)₄-, -CF=CF-, -CH=CF- 또는 -CF=CH-이다.
제 4 항에 있어서,

L¹, L², L³ 및 L⁴중의 3개 이하가 동시에 F인 액정 매질.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,

상기 강한 극성 2환 물질의 양이 5% 이하인 액정 매질.
제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 강한 극성 2환 물질이 4.0 이상의 유전 이방성 Δε을 갖는 액정 매질.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 액정 매질이 화학식 2의 중성 2핵 물질을 하나 이상 포함하는 액정 매질:

화학식 2

상기 식에서,

R²는 탄소수 1 내지 15의 알킬 라디칼이고,

A^a 및 A^b는 서로 독립적으로
또는
이고,

Z²는 단일 결합 또는 -CH₂-CH₂-이고,

R³은 각각 탄소수 1 내지 15 또는 2 내지 15의 알킬, 알콕시 또는 알켄일 라디칼(여기에서, 하나 이상의 -CH₂- 기는 산소 원자가 인접하지 않는 방식으로 -O-로, 또는 F로 치환될 수 있음)이다.
제 8 항에 있어서,

상기 화학식 2의 중성 2환 물질의 양이 10% 이상인 액정 매질.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 액정 매질이 화학식 3의 3환 물질을 포함하는 액정 매질:

화학식 3

상기 식에서,

A^c, A^d 및 A^e는 서로 독립적으로
또는
(여기에서, L⁵ 및 L⁶은 서로 독립적으로 수소 또는 불소임)이고,

A^c 및 A^d는 추가로
일 수 있고,

Z³ 및 Z⁴는 서로 독립적으로 단일 결합, -CH₂-CH₂-, -CH₂-O- 또는 -COO-이고,

R⁴ 및 Y¹은 탄소수 1 내지 7 또는 탄소수 2 내지 7의 알킬, 알콕시 또는 알켄일 라디칼(여기에서, 하나 이상의 -CH₂-기는 산소 원자가 인접하지 않는 방식으로 -O-에 의해 치환될 수 있음)이고,

Y¹은 추가로 -F, -Cl, -OCF₃, -OCHF₂, -OCH₂F 또는 -CF₃이다.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 극성 2환 물질이 10중량% 이상, 상기 중성 물질이 20중량% 이상, 상기 약한 극성 물질이 30중량% 이하, 및 상기 3환 물질이 20중량% 이하로 포함되는 액정 매질.
전기-광학 디스플레이 소자에서 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 액정 매질의 용도.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 액정 매질을 함유하는 전기-광학 디스플레이 소자.