KR20070076447A

KR20070076447A - 액정 매질

Info

Publication number: KR20070076447A
Application number: KR1020070003368A
Authority: KR
Inventors: 히데오 이치노세; 신지 나카지마; 마사히코 오카무라; 다카노리 다케다; 마사코 나카무라
Original assignee: 메르크 파텐트 게엠베하
Priority date: 2006-01-13
Filing date: 2007-01-11
Publication date: 2007-07-24
Also published as: CN100999668B; JP5248021B2; KR101428807B1; US7553523B2; US20070170395A1; JP2007186703A; CN100999668A

Abstract

본 발명은 20℃에서 0.8 미만의 복굴절을 갖고, 하나 이상의 하기 화학식 1a의 화합물 1 내지 30중량%, 하나 이상의 하기 화학식 1b의 화합물 1 내지 10중량% 및 하나 이상의 하기 화학식 1c의 화합물 0 내지 9중량%를 포함하는 액정 매질, 전기-광학 목적을 위한 이의 용도, 및 상기 매질을 함유하는 디스플레이에 관한 것이다:

상기 식에서,

R¹, R², Y¹ 및 X는 특허청구범위 제 1 항에서 정의한 바와 같다.

Description

액정 매질{LIQUID CRYSTAL MEDIUM}

본 발명은 액정 매질, 전기-광학 목적을 위한 이들의 용도, 및 상기 매질을 함유하는 디스플레이에 관한 것이다.

액정은 가해진 전압에 의해 상기 물질의 광학 특성이 변형될 수 있기 때문에, 대체로 디스플레이 디바이스에서 유전체로서 사용된다. 액정을 기제로 한 전기-광학 디바이스는 당해 분야의 숙련자에게 매우 널리 공지되어 있고, 다양한 효과에 근거할 수 있다. 이러한 디바이스의 예는 동적 산란을 갖는 셀, DAP(정렬된 상의 변형(deformation of aligned phases)) 셀, 게스트/호스트 셀, 비틀린 네마틱 구조를 갖는 TN 셀, STN(초 비틀린 네마틱(supertwisted nematic)) 셀, SBE(초 복굴절 효과(superbirefringence effect)) 셀 및 OMI(광학 모드 간섭(optical mode interference)) 셀이다. 가장 통상적인 디스플레이 디바이스는 샤트-헬프리치(Schadt-Helfrich) 효과에 근거하고, 비틀린 네마틱 구조를 갖는다.

액정 물질은 양호한 화학 안정성, 열 안정성, 및 전기장 및 전자기 방사선에 대한 양호한 안정성을 가져야 한다. 또한, 액정 물질은 저 점도를 가져야 하고, 셀에서의 짧은 어드레싱(addressing) 시간, 낮은 문턱 전압 및 높은 콘트라스트(contrast)를 생성시켜야 한다.

또한, 이들은 일반적인 작동 온도, 즉 실온 보다 높거나 낮은 가능한 가장 넓은 범위에서, 전술한 셀에 대한 적합한 메소상, 예컨대 네마틱 또는 콜레스테릭 메소상을 가져야 한다. 일반적으로, 액정은 다수의 성분들의 혼합물로서 사용되기 때문에, 성분들이 서로 용이하게 혼화되는 것이 중요하다. 추가의 특성, 예컨대 전기 전도성, 유전 이방성 및 광학 이방성은 셀 유형 및 적용 분야에 따라 다양한 요건을 충족시켜야 한다. 예를 들어, 비틀린 네마틱 구조를 갖는 셀을 위한 물질은, 포지티브 유전 이방성 및 낮은 전기 전도성을 가져야 한다.

예를 들어, 개개의 화소를 스위칭(switching) 하기 위한 집적된 비선형 소자(element)를 갖는 매트릭스 액정 디스플레이(MLC 디스플레이)에 있어서, 큰 포지티브 유전 이방성, 넓은 네마틱 상, 비교적 낮은 복굴절, 매우 높은 비저항, 양호한 UV 및 온도 안정성, 및 낮은 증기압을 갖는 매질이 바람직하다.

이러한 유형의 매트릭스 액정 디스플레이는 공지되어 있다. 개개의 화소를 각각 스위칭하기 위해 사용될 수 있는 비선형 소자는, 예컨대 활성 소자(즉, 트랜지스터)이다. 따라서, 용어 "활성 매트릭스"를 사용하며, 다음의 두 가지 유형을 구분 지울 수 있다:

유형 1: 기판으로서 규소 웨이퍼(wafer) 상의 MOS(금속 산화물 반도체) 또는 다른 다이오드.

유형 2: 기판으로서 유리 판 상의 박막 트랜지스터(TFT).

기판 물질로서 단일 결정 규소의 사용은, 다양한 부품-디스플레이의 모듈 어셈블리(modular assembly)가 접합시 문제를 일으키기 때문에 디스플레이의 크기를 제한한다.

더욱 유망한 유형 2(이는 바람직하다)의 경우, 사용되는 전기-광학 효과는 일반적으로 TN 효과이다. 두 가지 기술(즉, 반도체 화합물, 예컨대 CdSe를 포함하는 TFT, 또는 다결정 또는 비정질 규소를 기제로 한 TFT)에는 차이가 있다.

TFT 매트릭스는 디스플레이 중 한 개의 유리 판 내부에 적용되는 반면, 다른 유리 판은 그의 내부에 투명한 상대전극을 갖는다. 화소 전극의 크기와 비교하여, TFT는 매우 작고, 실질적으로 이미지에 대해 어떠한 악영향도 미치지 않는다. 또한, 이러한 기술은, 필터 소자가 각각의 스위칭될 수 있는 화소에 대향되는 방식으로 적색, 녹색 및 청색 필터의 모자이크가 배열되어 있는 풀칼라성(fully colour-capable) 디스플레이로 확장될 수 있다.

TFT 디스플레이는 투과시 교차된 편광기를 갖는 TN 셀로서 일반적으로 작동하고, 후면 조명이다.

본 발명에서 용어 "MLC 디스플레이"는 집적된 비선형 소자를 갖는 임의의 매트릭스 디스플레이, 즉 활성 매트릭스 외에도, 수동 소자, 예컨대 배리스터 또는 다이오드를 갖는 디스플레이(MIM(금속-절연체-금속)) 또한 포함한다.

이러한 유형의 MLC 디스플레이는 TV 용도(예를 들면, 포켓 TV), 또는 컴퓨터 용도(랩탑 컴퓨터) 및 자동차 또는 항공기 구조에서의 고 정보 디스플레이용에 특히 적합하다. 콘트라스트의 각 의존성 및 응답 시간에 관한 문제 외에도, 부적당 하게 높은 액정 혼합물의 비저항 때문에 MLC 디스플레이에서도 또한 문제가 발생한다(문헌[TOGASHI, S., SEKIGUCHI, K., TANABE, H., YAMAMOTO, E., SORIMACHI, K., TAJIMA, E., WATANABE, H., SHIMIZU, H., Proc. Eurodisplay 84, Sept. 1984: A 210-288 Matrix LCD Controlled by Double Stage Diode Rings, p. 141 ff, Paris; STROMER, M., Proc. Eurodisplay 84, Sept. 1984: Design of Thin Film Transistors for Matrix Addressing of Television Liquid Crystal Displays, p. 145 ff, Paris]). 저항이 감소하면서, MLC 디스플레이의 콘트라스트는 저하되고, 잔상 제거 문제가 발생할 수 있다. 액정 혼합물의 비저항은 디스플레이의 내부 표면과의 상호작용으로 인해 MLC 디스플레이의 수명을 일반적으로 감소시키기 때문에, 허용될 수 있는 사용 수명을 획득하기 위해서 높은(최초) 저항이 매우 중요하다. 특히, 저-전압 혼합물의 경우, 지금까지는 매우 높은 비저항 값을 얻는 것이 불가능하였다. 온도가 증가됨에 따라 그리고 가열 및/또는 UV 노출된 후, 비저항은 가능한 한 최소 증가치를 나타내는 것이 또한 중요하다. 저온 특성, 특히 종래 기술로부터의 혼합물의 이른바 "저온 안정성(LTS)" 또한 특히 불리하다. 결정화 및/또는 스메틱 상은 심지어 저온에서도 생기지 않아야 하고, 점도의 온도 의존성은 가능한 한 낮아야 함이 요구된다. 따라서, 종래 기술로부터의 MLC 디스플레이는 오늘날의 요건을 충족시키지 않는다.

따라서, 상기 단점들을 갖지 않거나 또는 단지 감소시킨, 매우 높은 비저항을 갖는 동시에 넓은 작동-온도 범위, 더욱 낮은 온도에서의 짧은 응답 시간 및 낮은 문턱 전압을 갖는 MLC 디스플레이에 대한 많은 요구가 계속되고 있다.

TN(샤트-헬프리치) 셀에서, 다음의 장점을 상기 셀에서 촉진시키는 매질이 바람직하다: 확장된 네마틱 상 범위(특히 저온으로 낮춘다); 극히 낮은 온도에서의 스위칭 능력(야외 용도, 자동차, 항공 전자 공학); UV 방사선에 대한 증가된 저항성(보다 긴 사용 수명).

종래 기술로부터 입수 가능한 매질은 다른 파라미터를 유지하면서, 상기 장점들을 얻을 수 없었다.

초 비틀린(STN) 셀의 경우, 보다 많은 다양성 및/또는 보다 낮은 문턱 전압 및/또는 보다 넓은 네마틱 상 범위(특히, 저온에서)를 허용하는 매질이 바람직하다. 이를 위해, 이용가능한 파라미터 범위(투명점, 스메틱-네마틱 전이 또는 융점, 점도, 유전 파라미터, 탄성 파라미터)를 더욱 넓히는 것이 매우 바람직하다.

TV 및 모니터 용도에 있어서, 빠른 응답 시간 및 낮은 문턱 전압을 갖는 매질이 바람직하며, 또한 양호한 저온 안정성이 요구된다. 또한, 스위칭될 수 있는 LC 층의 두께에 따라, 높은 복굴절이 요구될 수 있다.

따라서, 본 발명은 특히 전술한 단점을 갖지 않거나, 또는 단지 감소시키고, 바람직하게는 동시에 매우 높은 비저항 값, 낮은 문턱 전압 및 개선된 LTS 및 빠른 스위칭 시간을 갖는, 상기 유형의 MLC, TN 또는 STN 디스플레이용 매질을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이제, 이러한 목적은 본 발명에 따른 매질을 디스플레이에 사용하는 경우 달 성될 수 있는 것으로 밝혀졌다.

따라서, 본 발명은 액정 매질, 특히 극성 화합물의 혼합물을 기제로 한 매질에 관한 것이며, 이는 하나 이상의 하기 화학식 1a의 화합물 1 내지 30중량%, 하나 이상의 하기 화학식 1b의 화합물 1 내지 10중량% 및 하나 이상의 하기 화학식 1c의 화합물 0 내지 9중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다:

화학식 1a

화학식 1b

화학식 1c

상기 식에서,

R¹및 R²는 각각 서로 독립적으로 비치환되거나, CN 또는 CF₃에 의해 일치환되거나, 할로겐에 의해 적어도 일치환된, 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬 라디칼이 며, 이때 하나 이상의 CH₂ 기는 임의적으로 각각의 경우 서로 독립적으로 O 원자가 서로 직접적으로 연결되지 않는 방식으로 -O, -S-,

, -CH=CH-, -C≡C-, -CO-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-에 의해 대체되고;

Y¹은 H 또는 F이고;

X는 F, Cl, 또는 6개 이하의 탄소 원자를 갖는 할로겐화된 알킬, 알켄일, 알콕시 또는 알켄일옥시 라디칼이다.

순수한 상태에서, 상기 화학식 1a 내지 1c의 화합물은 무색이고, 전기-광학 용도를 위해 유리하게 정해진 온도 범위에서 액정 메소상을 형성한다. 이들은 화학적으로, 열적으로 그리고 빛에 대해 안정하다.

화학식 1a, 1b 및 1c에서 R¹및 R²는 바람직하게는 1 내지 12개, 매우 바람직하게는 2, 3, 4, 5, 6 또는 7개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 또는 알콕시이다.

화학식 1a에서 X는 바람직하게는 F, Cl, CF₃, CHF₂, OCF₃, OCHF₂, OCFHCF₃, OCFHCHF₂, OCFHCHF₂, OCF₂CH₃, OCF₂CHF₂, OCF₂CHF₂, OCF₂CF₂CHF₂, OCF₂CF₂CHF₂, OCFHCF₂CF₃, OCFHCF₂CHF₂, OCF₂CF₂CF₃, OCF₂CF₂CClF₂, OCClFCF₂CF₃ 또는 CH=CF₂이고, 가장 바람직하게는 F 또는 OCF₃이다.

화학식 1a의 특히 바람직한 화합물은 하기 화학식 1aa 내지 1ad 중에서 선택된다:

상기 식에서,

R¹은 화학식 1a에서 정의한 바와 같다.

화학식 1aa의 화합물이 매우 바람직하다.

화학식 1b의 특히 바람직한 화합물은 R¹ 및 R²가 2, 3, 4, 5 또는 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 중에서 선택된 것들이다.

화학식 1c의 특히 바람직한 화합물은 R¹이 2, 3, 4, 5 또는 6개의 탄소 원자 를 갖는 직쇄 알킬 중에서 선택된 것들이다.

화학식 1a, 1b 및 1c의 화합물은 문헌(예를 들어, 문헌[Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie(Methods of Organic Chemistry), Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart]과 같은 표준 기술)에 기재된 바와 같이, 그 자체로 공지된 방법에 의해, 상기 반응에 적합하며 공지되어 있는 반응 조건하에서 정확해지도록 제조된다. 또한, 그 자체로 공지되었으나 더욱 상세하게 본 발명에서 언급되지 않는 변형이 본 발명에서 사용될 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 유형의 매질을 함유한 전기-광학 디스플레이(특히, 프레임(frame)과 함께, 셀을 형성하는 두 개의 평면-평행한 외판(outer plate), 외판 상에 개개의 화소를 스위칭하기 위한 집적된 비선형 소자, 및 셀에 위치하는 포지티브 유전 이방성 및 높은 비저항의 네마틱 액정 혼합물을 갖는 STN 또는 MLC 디스플레이), 및 전기-광학 목적을 위한 상기 매질의 용도에 관한 것이다. 반사 디스플레이용 외에도, 본 발명에 따른 혼합물은 IPS(평면 내 스위칭(in plane switching)) 용도, OCB(광학적으로 제어된 복굴절(optically controlled birefringence)) 용도 및 VA(수직 정렬(vertical alignment)) 용도에 또한 적합하다.

본 발명에 따른 액정 혼합물은 이용가능한 파라미터 범위를 상당히 넓힐 수 있다. 특히, 화학식 1a, 1b 및 임의적으로 1c의 화합물을 포함하는 액정 혼합물을 사용함으로써, 낮은 문턱 전압 및 개선된 LTS(특히, -20℃ 이하, 보다 특히 -40℃ 이하의 온도에서)를 갖는 혼합물을 수득할 수 있음이 밝혀졌다.

투명점, 회전 점도(γ₁) 저 Δn 및 유전 이방성의 가능한 조합은 종래 기술로부터의 선행 물질보다 훨씬 뛰어나다.

높은 투명점, 낮은 온도에서의 네마틱 상 및 높은 포지티브 Δε에 대한 요건이 지금까지는 부적당한 정도로만 달성되어 왔다. 예를 들어, 높은 포지티브 Δε을 갖는 MLC-6424와 같은 종래 기술의 혼합물이 존재할 지라도, 이는 낮은 투명점 및 회전 점도(γ₁)에 대한 높은 값을 가질 뿐이다. 다른 혼합물 시스템은 양호한 유동 점도 υ₂₀및 Δε 값을 갖지만, 단지 60℃의 범위에서 투명점을 갖는다.

본 발명에 따른 혼합물의 20℃에서의 복굴절은 바람직하게는 0.075 미만, 매우 바람직하게는 0.06 내지 0.074, 가장 바람직하게는 0.07 내지 0.073이다.

본 발명에 따른 액정 혼합물은 -20℃ 이하, 바람직하게는 -30℃ 이하, 특히 바람직하게는 -40℃ 이하로 네마틱 상을 유지하면서, 80℃ 이상, 바람직하게는 85℃ 이상의 투명점과 함께, 8 이상, 바람직하게는 10 이상의 유전 이방성 값(Δε), 및 높은 비저항 값을 달성할 수 있어, 뛰어난 STN 및 MLC 디스플레이를 얻게한다. 특히, 상기 혼합물은 낮은 작동 전압을 특징으로 한다. TN 문턱은 2.0V 이하, 바람직하게는 1.7V 이하, 특히 바람직하게는 1.5V 이하이다.

본 발명에 따른 혼합물의 성분을 적합하게 선택함으로써, 다른 유리한 특성을 보유하면서, 보다 높은 투명점(예를 들어, 110℃ 이상)을 보다 높은 문턱 전압에서 얻게되거나 또는 보다 낮은 투명점을 보다 낮은 문턱 전압에서 얻게될 수 있음은 당연하다. 단지 약간 상응하게 증가된 점도에서, 보다 높은 Δε 및 이에 따 른 낮은 문턱 전압을 갖는 혼합물을 수득하는 것 또한 가능하다. 본 발명에 따른 MLC 디스플레이는 바람직하게는 제 1 구치 및 테리(Gooch and Tarry) 투과율 최소치에서 작동하고(문헌[C.H. Gooch and H.A. Tarry, Electron. Lett. 10, 2-4, 1974; C.H. Gooch and H.A. Tarry, Appl. Phys., Vol. 8, 1575-1584, 1975]) 사용되는데, 이때 예컨대 특성 선의 높은 경사도 및 콘트라스트의 낮은 각 의존성(독일 특허 제 30 22 818 호)과 같은 특히 유리한 전기-광학 특성 외에도, 보다 낮은 유전 이방성은 제 2 최소치에서 유사한 디스플레이에서와 동일한 문턱 전압에서 충분하다. 이는 시아노 화합물을 포함하는 혼합물의 경우보다 제 1 최소치에서 본 발명에 따른 혼합물을 사용하여 상당히 높은 비저항을 얻게한다. 개개의 성분 및 이들의 중량 비율을 적합하게 선택함으로써, 당해 분야의 숙련자는 간단한 통상적인 방법을 사용하여 MLC 디스플레이의 예비-규정된 층 두께에 필요한 복굴절을 설정할 수 있다.

20℃에서 유동 점도(υ₂₀)는 바람직하게는 60mm²·s^-1미만이고, 특히 바람직하게는 50mm²·s^-1미만이다. 본 발명에 따른 혼합물의 20℃에서의 회전 점도(γ₁)는 바람직하게는 250mPa·s 미만이고, 특히 바람직하게는 210mPa·s 미만이다. 네마틱 상 범위는 바람직하게는 90°이상, 특히 바람직하게는 100°이상이다. 이러한 범위는 바람직하게는 적어도 -20° 내지 +80°로 확장된다.

용량 보전율(HR)의 측정(문헌[S. Matsumoto et al., Liquid Crystals 5, 1320(1989); K. Niwa et al., Proc. SID Conference, San Francisco, June 1984, p. 304(1984); G. Weber et al., Liquid Crystals 5, 1381(1989)])은, 본 발명에 따른 화학식 1의 화합물 대신 예컨대 화학식

의 시아노페닐사이클로헥세인 또는 화학식

의 에스터를 포함하는 유사한 혼합물보다 화학식 1의 화합물을 포함하는 본 발명에 따른 혼합물이 온도가 증가함에 따라 HR이 상당히 더 작게 감소됨을 보여준다.

또한, 본 발명에 따른 혼합물의 UV 안정성은 상당히 양호하다, 즉 이들은 UV에 노출시, HR이 상당히 더 작게 감소됨을 보여준다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 매질은 시아노 기를 포함하는 화합물을 바람직하게는 단지 적은 양(10중량% 이하)으로 함유하거나, 매우 바람직하게는 전혀 함유하지 않는다. 본 발명에 따른 매질의 보전율 값은 바람직하게는 20℃에서 98% 초과, 매우 바람직하게는 99% 초과이다.

액정 디스플레이 디바이스에서, 짧은 스위칭 시간은 특히 비디오 및 TV 용도로 사용될 시 특히 바람직하다. 이러한 용도에서, 25ms 이하의 스위칭 시간(t_on +t_off)이 요구된다. 스위칭 시간의 상한은 영상 재생 빈도에 의해 측정된다.

본 발명에 따른 바람직한 실시양태는 하기와 같다:

-매질은 하기 화학식 2 내지 7로 이루어진 군 중에서 선택된 화합물 하나 이상을 부가적으로 포함한다:

상기 식에서,

개개의 라디칼은 다음과 같이 정의된다:

R⁰: 각각 9개 이하의 탄소 원자를 갖는 n-알킬, 알콕시, 옥사알킬, 플루오로알킬 또는 알켄일;

X⁰: F, Cl, 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 할로겐화된 알킬, 할로겐화된 알켄일, 할로겐화된 알켄일옥시 또는 할로겐화된 알콕시;

Z⁰: -C₂H₄-, -(CH₂)₄-, -CH=CH-, -CF=CF-, -C₂F₄-, -CH₂CF₂-, -CF₂CH₂-, -CH₂O-, -OCH₂-, -COO-, -OCF₂- 또는 -CF₂O-;

Y¹내지 Y⁴: 각각 서로 독립적으로 H 또는 F이지만, 단 화학식 7에서 Z⁰이 -CF₂O-인 경우 화학식 7에서 Y¹내지 Y⁴ 중 하나 이상은 H이고;

r: 0 또는 1이다.

-화학식 2의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 2a 내지 2d 중에서 선택된다:

상기 식에서,

R⁰은 화학식 2에서 정의한 바와 같다.

화학식 2a의 화합물이 특히 바람직하다.

-화학식 4의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 4a 내지 4e 중에서 선택된다:

상기 식에서,

X⁰및 R⁰은 화학식 2에서 정의한 바와 같고, X⁰은 바람직하게는 F 또는 OCF₃이다.

화학식 4a 및 4e의 화합물이 특히 바람직하다.

-화학식 6의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 6a 내지 6d 중에서 선택된다:

상기 식에서,

R⁰은 화학식 2에서 정의한 바와 같다.

화학식 6a 및 6b의 화합물이 특히 바람직하다.

-화학식 7의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 7a 내지 7c 중에서 선택된다:

상기 식에서,

-매질은 하기 화학식 8의 화합물 하나 이상을 부가적으로 포함한다:

상기 식에서,

R¹및 R²는 화학식 1b에서 정의한 바와 같고, 바람직하게는 2, 3, 4, 5 또는 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 중에서 선택된다.

-매질은 하기 화학식 9 내지 16 중에서 선택된 화합물 하나 이상을 부가적으로 포함한다:

상기 식에서,

R⁰, X⁰ 및 Y^1-4는 각각 서로 독립적으로 화학식 2 내지 7에서 정의한 바와 같고,

X⁰은 바람직하게는 F, Cl, CF₃, OCF₃또는 OCHF₂이고,

R⁰은 바람직하게는 알킬, 옥사알킬, 플루오로알킬 또는 알켄일이고, 각각 6개 이하의 탄소 원자를 갖는다.

-매질은 하기 화학식 17의 화합물 하나 이상을 부가적으로 포함한다:

상기 식에서,

R¹ 및 R²는 화학식 1b에서 정의한 바와 같고, Y¹은 화학식 2에서 정의한 바와 같다.

Y¹이 F인 화합물이 특히 바람직하다.

-매질은 하기 화학식 18 및 19 중에서 선택된 화합물 하나 이상을 부가적으로 포함한다:

상기 식에서,

R¹ 및 R²는 화학식 1b에서 정의한 바와 같고, 바람직하게는 1, 2, 3, 4, 5 또는 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 또는 알콕시 중에서 선택된다.

-매질은 하기 화학식 20의 알켄일 화합물 하나 이상을 부가적으로 포함한다:

상기 식에서,

A는 1,4-페닐렌 또는 트랜스-1,4-사이클로헥실렌이고,

a는 0 또는 1이고,

R³은 2 내지 9개의 탄소 원자를 갖는 알켄일 기이고,

R⁴는 화학식 1a에서 R¹에 대해 정의한 바와 같다.

특히 바람직한 알켄일 화합물은 하기 화학식 20a 내지 20i 중에서 선택된다:

상기 식에서,

R^3a및 R^4a는 서로 독립적으로 H, CH₃, C₂H₅ 또는 n-C₃H₇이고, 알킬은 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이다.

특히 R^3a가 H 또는 CH₃인 화학식 20a, 20f 및 20g의 화합물이 특히 바람직하다.

-매질은 하기 화학식 21의 알켄일 화합물 하나 이상을 부가적으로 포함한다:

상기 식에서,

R³은 2 내지 7의 탄소 원자를 갖는 알켄일 기이고,

Q는 CF₂, OCF₂, CFH, OCFH 또는 단일 결합이고,

Y는 F 또는 Cl이고,

L¹및 L²는 서로 독립적으로 H 또는 F이다.

L¹ 및/또는 L²가 F이고, Q-Y가 F 또는 OCF₃인 화학식 21의 화합물이 특히 바람직하다. R³이 2 내지 7개, 바람직하게는 2, 3, 또는 4개의 탄소 원자를 갖는 1E-알켄일 또는 3E-알켄일인 화학식 11의 화합물이 보다 바람직하다.

하기 화학식 21a의 화합물이 매우 바람직하다:

상기 식에서,

R^3a는 H, CH₃, C₂H₅ 또는 n-C₃H₇이고, 특히 H 또는 CH₃이다.

-매질은 바람직하게는 하기 화학식 22 내지 25로 이루어진 군 중에서 선택된 추가의 화합물을 포함한다:

상기 식에서,

R⁰, X⁰ 및 Y^1-4는 각각 서로 독립적으로 화학식 2 내지 7에서 정의한 바와 같고, 1,4-페닐렌 고리는 CN, 염소 또는 플루오르에 의해 치환될 수 있고,

X⁰은 바람직하게는 F, Cl, CF₃, OCF₃ 또는 OCHF₂이고,

R⁰은 바람직하게는 알킬, 옥사알킬, 플루오로알킬 또는 알켄일이며, 각각 6개 이하의 탄소 원자를 갖는다.

1,4-페닐렌 고리는 바람직하게는 플루오르 원자에 의해 일- 또는 다중치환된다.

-매질은 바람직하게는 하기 화학식 26 내지 29로 이루어진 군 중에서 선택된 추가의 화합물을 포함한다:

상기 식에서,

R⁰은 화학식 2 내지 7에서 정의한 바와 같고,

d는 0, 1 또는 2이고,

'알킬' 및 '알킬^*'는 각각 서로 독립적으로 1 내지 9개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지된 알킬 라디칼이다.

R은 바람직하게는 알킬, 옥사알킬, 플루오로알킬 또는 알켄일이고, 각각 6개 이하 의 탄소 원자를 갖는다.

-

는 바람직하게는

이다.

-매질은 화학식 2, 3, 4, 5, 6 또는 7의 화합물 하나 이상을 포함한다.

-매질은 R¹ 및 R²가 2, 3, 4, 5 또는 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬인 화학식 8의 화합물 하나 이상을 포함한다.

-매질은 R¹및 R²가 1, 2, 3, 4, 5 또는 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 또는 알콕시인 화학식 19의 화합물 하나 이상을 포함한다.

-R⁰은 2 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 또는 알켄일이다.

-매질은 화학식 1a의 화합물 1 내지 6개, 바람직하게는 1, 2, 3 또는 4개, 가장 바람직하게는 화학식 1aa의 화합물을 함유한다.

-매질은 화학식 1b의 화합물 1 내지 5개, 바람직하게는 1, 2 또는 3개를 함유한다.

-매질은 화학식 1c의 화합물 1, 2 또는 3개를 함유한다.

-매질은 화학식 1a, 1b, 1c, 2a, 6a 및 8의 화합물 하나 이상, 및 임의적으로 화학식 4a, 6b 및 19의 화합물 하나 이상을 포함한다.

-매질 중 화학식 1a의 화합물의 비율은 1 내지 40중량%, 매우 바람직하게는 10 내지 35중량%이다.

-매질 중 화학식 1b의 화합물의 비율은 1 내지 15중량%, 매우 바람직하게는 1 내지 10중량%, 가장 바람직하게는 1 내지 8중량%이다.

-매질 중 화학식 1c의 화합물의 비율은 1 내지 9중량%, 매우 바람직하게는 1 내지 6중량%이다.

-매질 중 화학식 2의 화합물의 비율은 10 내지 50중량%, 매우 바람직하게는 15 내지 40중량%이다.

-매질 중 화학식 6의 화합물의 비율은 10 내지 50중량%, 매우 바람직하게는 15 내지 40중량%이다.

-매질 중 화학식 4의 화합물의 비율은 1 내지 20중량%, 매우 바람직하게는 1 내지 10중량%이다.

-매질 중 화학식 7의 화합물의 비율은 1 내지 15중량%, 매우 바람직하게는 1 내지 10중량%이다.

-매질 중 화학식 8의 화합물의 비율은 1 내지 12중량%, 매우 바람직하게는 1 내지 8중량%이다.

-매질 중 화학식 19의 화합물의 비율은 1 내지 10중량%, 매우 바람직하게는 1 내지 5중량%이다.

-매질은 화학식 1a, 1b, 임의적으로 1c, 및 2 내지 29로 이루어진 군 중에서 선택된 화합물로 본질적으로 이루어진다.

용어 "알킬"은 1 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 및 분지된 알킬 기, 특히 직쇄형 기 메틸, 에틸, 프로필, 뷰틸, 펜틸, 헥실 및 헵틸을 포함한다. 2 내지 5개의 탄소 원자를 갖는 기가 일반적으로 바람직하다.

용어 "알켄일"은 2 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 및 분지된 알켄일 기, 특히 직쇄형 기를 포함한다. 특히 알켄일 기는 C₂-C₇-1E-알켄일, C₄-C₇-3E-알켄일, C₅-C₇-4-알켄일, C₆-C₇-5-알켄일 및 C₇-6-알켄일, 특히 C₂-C₇-1E-알켄일, C₄-C₇-3E-알켄일 및 C₅-C₇-4-알켄일이다. 바람직한 알켄일 기의 예는 비닐, 1E-프로펜일, 1E-뷰텐일, 1E-펜텐일, 1E-헥센일, 1E-헵텐일, 3-뷰텐일, 3E-펜텐일, 3E-헥센일, 3E-헵텐일, 4-펜텐일, 4Z-헥센일, 4E-헥센일, 4Z-헵텐일, 5-헥센일, 6-헵텐일 등이다. 5개 이하의 탄소 원자를 갖는 기가 일반적으로 바람직하다.

용어 "플루오로알킬"은 바람직하게는 말단 플루오르를 갖는 직쇄형 기, 즉, 플루오로메틸, 2-플루오로에틸, 3-플루오로프로필, 4-플루오로뷰틸, 5-플루오로펜틸, 6-플루오로헥실 및 7-플루오로헵틸을 포함한다. 그러나, 플루오르의 다른 위치를 배제하지 않는다.

용어 "옥사알킬"은 바람직하게는 화학식 C_nH_2n+1-O-(CH₂)_m의 직쇄형 라디칼을 포함하고, 이때 n 및 m은 각각 서로 독립적으로 1 내지 6이다. 바람직하게는 n은 1이고, 바람직하게는 m은 1 내지 6이다.

통상적인 액정 물질, 특히 하나 이상의 화학식 2, 3, 4, 5, 6 및/또는 7의 화합물과 혼합된 비교적 작은 비율의 화학식 1a, 1b, 및 임의적으로 1c의 화합물 조차도 문턱 전압을 상당히 낮추고, 낮은 복굴절 값을 생성하며, 보존 수명을 개선시키는 동시에, 낮은 스메틱-네마틱 전이 온도를 갖는 넓은 네마틱 상이 관측되는 것으로 밝혀졌다. 하나 이상의 화학식 1a, 1b 및 임의적으로 1c의 화합물 외에도, 하나 이상의 화학식 6의 화합물, 특히 화학식 6a의 화합물을 포함하는 혼합물이 특히 바람직하다. 화학식 1a, 1b 및 1c, 및 2 내지 7의 화합물은 무색이고, 안정하며, 용이하게 서로 혼화되고, 다른 액정 물질과도 용이하게 혼화된다. 또한, 본 발명에 따른 혼합물은 매우 높은 투명점(이때, 회전 점도(γ₁)에 대한 값은 비교적 낮다) 및 높은 LTS를 특징으로 한다.

R⁰ 및 X⁰ 정의를 적합하게 선택함으로써, 어드레싱 시간, 문턱 전압, 투과 특성 선의 경사도 등이 바람직한 방식으로 변형될 수 있다. 예를 들어, 1E-알켄일 라디칼, 3E-알켄일 라디칼, 2E-알켄일옥시 라디칼 등은 일반적으로 알킬 또는 알콕시 라디칼에 비해 보다 짧은 어드레싱 시간, 개선된 네마틱 경향, 및 k₃₃(벤드) 대 k₁₁(스플레이)의 보다 높은 탄성 계수 비를 생성한다. 4-알켄일 라디칼, 3-알켄일 라디칼 등은 일반적으로 알킬 및 알콕시 라디칼에 비해 보다 낮은 문턱 전압 및 보다 작은 k₃₃/k₁₁의 값을 제공한다.

일반적으로, -CH₂-CH₂-기는 단일 공유 결합에 비해 보다 높은 k₃₃/k₁₁의 값을 생성한다. 예를 들어, k₃₃/k₁₁의 값이 보다 높을수록 90° 비틀림(그레이 색조를 달성하기 위해)을 갖는 TN 셀에서 투과 특성 선이 더 평평해지고, STN, SBE 및 OMI 셀에서 투과 특성 선(보다 많은 다양성)이 더 가팔라진다(반대의 경우도 마찬가지다).

화학식 1a, 1b 및 1c의 화합물 대 화학식 2, 3, 4, 5, 6 및 7의 화합물의 합(2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7)의 최적 혼합 비는 목적하는 특성, 화학식 1a, 1b, 1c, 2, 3, 4, 5, 6 및/또는 7의 성분의 선택, 및 존재할 수 있는 임의의 다른 성분의 선택에 따라 실질적으로 좌우된다. 상기 주어진 범위 내에서, 적합한 혼합 비는 경우마다 용이하게 결정할 수 있다.

본 발명에 따른 혼합물 중 화학식 1a, 1b 및 1c, 및 2 내지 29의 화합물의 총량은 중요하지 않다. 따라서, 혼합물은 다양한 특성을 최적화하기 위한 목적을 위해 하나 이상의 추가의 성분을 포함할 수 있다. 그러나, 일반적으로 어드레싱 시간 및 문턱 전압에 대해 관측된 효과가 클수록, 화학식 1a, 1b, 1c, 및 2 내지 29의 화합물의 총 농도는 높아진다.

특히 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 매질은 X⁰이 F, OCF₃, OCHF₂, OCH=CF₂, OCF=CF₂ 또는 OCF₂-CF₂H인 화학식 2 내지 7(바람직하게는, 화학식 2 및/또는 6, 특히 2a 및 6a)의 화합물을 포함한다. 화학식 1a, 1b 및 1c의 화합물과의 유리한 상승 효과로 인해 특히 유리한 특성이 생긴다. 특히, 화학식 1a, 1b, 1c 및 화학식 6a의 화합물을 포함하는 혼합물은 이들의 낮은 문턱 전압을 특징으로 한다.

화학식 1a, 1b 및 1c, 및 추가로 화학식 2 내지 29의 화합물 하나 이상을 포함하는 본 발명에 따른 액정 매질은 낮은 회전 점도 값, 높은 복굴절 및 양호한 LTS를 특징으로 하며, 빠른 응답 시간을 보여준다. 이들은 특히 TV, 비디오 및 모니터 용도에 적합하다.

본 발명에 따른 매질에 사용될 수 있는 화학식 1a, 1b 및 1c, 및 2 내지 29 및 이들의 준화학식의 개개의 화합물은 공지되어 있거나 또는 공지된 화합물과 유사하게 제조될 수 있다.

편광기, 전극 기판 및 표면 처리된 전극으로부터 본 발명에 따른 MLC 디스플레이의 구조는 상기 유형의 디스플레이에 대한 통상적인 구조에 상응한다. 용어 "통상적인 구조"는 본 발명에서 광범위하게 쓰이며, 특히 폴리-Si TFT 또는 MIM을 기제로 한 매트릭스 디스플레이 소자를 비롯한, MLC 디스플레이의 모든 유도체 및 변형을 포함한다.

그러나, 본 발명에 따른 디스플레이 및 비틀린 네마틱 셀을 기제로 한 통상적인 디스플레이간의 중요한 차이점은 액정 층의 액정 파라미터의 선택에 있다.

본 발명에 따라 사용될 수 있는 액정 혼합물은 통상적인 방식 그 자체로, 예컨대, 화학식 1a, 1b 및 임의적으로 1c의 화합물 하나 이상을 화학식 2 내지 19 중에서 선택된 화합물 하나 이상, 또는 하나 이상의 추가의 액정 화합물 및/또는 첨 가제와 혼합함으로써 제조된다. 일반적으로 보다 적은 양으로 사용되는 성분들의 목적하는 양은, 유리하게는 승온에서 기본 구성물을 구성하는 성분 중에 용해된다. 또한, 유기 용매, 예컨대 아세톤, 클로로폼 또는 메탄올 중에서 성분의 용액들을 혼합하고 용매를 다시 제거(예컨대, 철저하게 혼합한 후 증류에 의해)하는 것이 가능하다.

또한, 유전체는 당해 분야의 숙련자에게 공지되고 문헌에 기재된 추가의 첨가제를 함유할 수 있다. 예를 들어, 0 내지 15%의 다색성 염료, 나노 입자, 안정화제 또는 키랄 도판트를 첨가할 수 있다. 적합한 도판트 및 안정화제가 하기 표 3 및 4에 열거되어 있다.

본 발명에서 및 하기 실시예에서의, 액정 화합물의 구조를 약어로서 나타내었고, 화학식으로의 변환은 하기 표 1 및 2에 따라 일어난다. 모든 라디칼 C_nH_2n+1 및 C_mH_2m+1은 각각 n 및 m개의 탄소 원자를 갖는 직쇄형 알킬 라디칼이고; n 및 m은 바람직하게는 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 또는 7이다. 표 2의 코드는 자명하다. 표 1에서, 단지 모구조의 약자만이 제시되어 있다. 개별적인 경우, 모구조의 약자후 선(-)으로 분리되고, 치환기 R¹, R², L¹및 L²의 코드가 뒤따른다:

본 발명에 따른 혼합물의 바람직한 혼합 성분들은 하기 표 1 및 2에 제시되어 있다.

표 3은 바람직하게는 0.1 내지 10중량%, 매우 바람직하게는 0.1 내지 6중량%의 비율로 본 발명에 따른 화합물에 일반적으로 첨가되는 가능한 도판트를 보여준다:

예를 들어, 본 발명에 따른 혼합물에 첨가될 수 있는 안정화제는 하기 표 4에 제시되어 있다:

화학식 1a, 1b 및 임의적으로 1c의 화합물 하나 이상 외에도, 특히 바람직한 혼합물은 상기 표 2의 화합물 1, 2, 3, 4, 5 또는 그 이상을 포함한다.

하기 실시예는 본 발명을 제한하지 않고 설명하고자 한다. 상기 및 하기에서, 퍼센트는 중량%이다. 모든 온도는 섭씨 온도로 주어진다. m.p.은 융점을 나타내고, cl.p.은 투명점을 나타낸다. 추가로, C는 결정질 상태, N은 네마틱 상, S는 스메틱 상 및 I는 등방성 상을 나타낸다. 이들 기호간의 데이터는 전이 온도를 나타낸다. Δn은 광학 이방성을, n₀은 굴절율(589nm, 20℃)을 나타낸다. 유동 점도 υ₂₀(mm²/초) 및 회전 점도 γ₁(mPa·s)는 각각 20℃에서 측정하였다. V₁₀은 10% 투과율(판 표면에 수직한 시야각)에 대한 전압을 나타낸다. V₁₀ 값의 2배에 해당하는 작동 전압에서 t_on은 스위치-온 시간, t_off는 스위치-오프 시간을 나타낸다. Δε는 유전 이방성(Δε는 ε∥-ε⊥, 여기서 ε∥는 종 분자축에 평행한 유전 상수를 나타내고, ε⊥은 종 분자축에 수직한 유전 상수를 나타낸다)을 나타낸다. 달리 기재하지 않는 한, 전기-광학 데이터는 20℃에서의 첫 번째 최소치(즉, 0.5㎛의 d·Δn 값)에서 TN 셀에서 측정된다. 달리 기재하지 않는 한, 광학 데이터는 20℃에서 측정된다.

실시예 1

실시예 2

실시예 3

실시예 4

실시예 5

실시예 6

실시예 7

실시예 8

실시예 9

실시예 10

실시예 11

실시예 12

본 발명은 높은 비저항, 낮은 문턱 전압, 개선된 LTS 및 빠른 스위칭 시간을 갖는 액정 매질을 제공한다.

Claims

20℃에서 0.075 미만의 복굴절을 갖고,

하나 이상의 하기 화학식 1a의 화합물 1 내지 30중량%, 하나 이상의 하기 화학식 1b의 화합물 1 내지 10중량% 및 하나 이상의 하기 화학식 1c의 화합물 0 내지 9중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

화학식 1a

화학식 1b

화학식 1c

상기 식에서,

R¹및 R²는 각각 서로 독립적으로 비치환되거나, CN 또는 CF₃에 의해 일치환되거나, 할로겐에 의해 적어도 일치환된, 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬 라디칼이 며, 이때 하나 이상의 CH₂ 기는 임의적으로 각각의 경우 서로 독립적으로 O 원자가 서로 직접적으로 연결되지 않는 방식으로 -O, -S-,
, -CH=CH-, -C≡C-, -CO-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-에 의해 대체되고;

Y¹은 H 또는 F이고;

X는 F, Cl, 또는 6개 이하의 탄소 원자를 갖는 할로겐화된 알킬, 알켄일, 알콕시 또는 알켄일옥시 라디칼이고,

r은 1 또는 2이다.
제 1 항에 있어서,

하나 이상의 하기 화학식 1aa, 1ab, 1ac 및 1ad의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

화학식 1aa

화학식 1ab

화학식 1ac

화학식 1ad

상기 식에서,

R¹은 제 1 항에서 정의한 바와 같다.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

하기 화학식 2 내지 7로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 이상의 화합물을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

화학식 2

화학식 3

화학식 4

화학식 5

화학식 6

화학식 7

상기 식에서,

개개의 라디칼은 다음과 같이 정의된다:

R⁰은 각각 9개 이하의 탄소 원자를 갖는 n-알킬, 알콕시, 옥사알킬, 플루오로알킬 또는 알켄일이고,

X⁰은 F, Cl, 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 할로겐화된 알킬, 할로겐화된 알켄일, 할로겐화된 알켄일옥시 또는 할로겐화된 알콕시이고,

Z⁰은 -C₂H₄-, -(CH₂)₄-, -CH=CH-, -CF=CF-, -C₂F₄-, -CH₂CF₂-, -CF₂CH₂-, -CH₂O-, -OCH₂-, -COO-, -OCF₂- 또는 -CF₂O-이고,

Y¹내지 Y⁴은 각각 서로 독립적으로 H 또는 F이지만, 단 화학식 7에서 Z⁰이 -CF₂O-인 경우 화학식 7에서 Y¹내지 Y⁴ 중 하나 이상은 H이고;

r은 0 또는 1이다.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

하나 이상의 하기 화학식 2a 내지 2d의 화합물을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

화학식 2a

화학식 2b

화학식 2c

화학식 2d

상기 식에서,

R⁰은 제 3 항에서 정의한 바와 같다.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

하나 이상의 하기 화학식 6a 내지 6d의 화합물을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

화학식 6a

화학식 6b

화학식 6c

화학식 6d

상기 식에서,

R⁰은 제 3 항에서 정의한 바와 같다.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

하나 이상의 하기 화학식 7a 내지 7c의 화합물을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

화학식 7a

화학식 7b

화학식 7c

상기 식에서,

X⁰및 R⁰은 화학식 2에서 정의한 바와 같고, X⁰은 바람직하게는 F 또는 OCF₃이다.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

하나 이상의 하기 화학식 8의 화합물을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

화학식 8

상기 식에서,

R¹ 및 R²는 제 1 항에서 정의한 바와 같다.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

하나 이상의 화학식 1a, 1b, 1c, 2a, 6a 및 8, 및 임의적으로 하나 이상의 화학식 4a, 6b 및 19의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

화학식 1a의 화합물 1 내지 30중량%, 화학식 1b의 화합물 1 내지 10중량%, 화학식 1c의 화합물 1 내지 9중량%, 화학식 2의 화합물 10 내지 50중량% 및 화학식 6의 화합물 10 내지 50중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질을 함유하는 전기-광학 액정 디스플레이.
제 1 항에 기재된 하나 이상의 화학식 1a 및 1b, 및 임의적으로 1c의 화합물을 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에서 기재된 하나 이상의 화합물과 혼합하거나 하나 이상의 추가의 액정 화합물 및/또는 첨가제와 혼합함으로써, 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 매질을 제조하는 방법.