KR20110033847A

KR20110033847A - 액정 매질

Info

Publication number: KR20110033847A
Application number: KR1020117002022A
Authority: KR
Inventors: 이승은; 김은영; 송동미; 박경아; 박상현; 이은규
Original assignee: 메르크 파텐트 게엠베하
Priority date: 2008-06-27
Filing date: 2009-06-23
Publication date: 2011-03-31
Also published as: US20130335653A1; TW201009053A; US8956549B2; US8551358B2; TWI503406B; EP2288672A1; US20110095229A1; EP2692826A3; CN104762092A; TWI564377B; JP2017061705A; EP2692826A2; CN104762092B; TWI531641B; JP6740113B2; EP2288672B1; EP2692827A2; US20130335652A1; TW201514284A; US8956550B2

Abstract

본 발명은, 하나 이상의 중합가능한 화합물을 함유하는 중합가능한 성분 (A), 및 하나 이상의 하기 화학식 I의 화합물을 함유하는 액정 성분 (B)을 함유하는 것을 특징으로 하는 액정 매질에 관한 것이다:
[화학식 I]

상기 식에서,
R, 고리 A¹ 및 A², Z¹, Z², Y¹, Y², X⁰ 및 r은 제 1 항에 정의된 바와 같다.

Description

액정 매질{LIQUID-CRYSTALLINE MEDIUM}

본 발명은 하나 이상의 중합가능한 화합물을 함유하는 액정 매질, 전기광학적 목적을 위한 이의 용도, 이러한 매질을 함유하는 디스플레이 디바이스에 관한 것이다.

액정은 인가된 전압에 의해 액정 물질의 광학 특성이 변형될 수 있기 때문에, 대체로 디스플레이 디바이스에서 유전체로서 사용된다. 액정을 기재로 한 전기광학적 디바이스는 당해 분야의 숙련자에게 상당히 공지되어 있고, 다양한 효과에 근거할 수 있다. 이러한 디바이스의 예는 비틀린 네마틱 구조를 갖는 TN 셀, STN(초 비틀린 네마틱(supertwisted nematic)) 셀, ECB("전기적으로 제어된 복굴절율") 셀 및 IPS("평면 내 스위칭") 셀이다.

가장 통상적인 디스플레이 디바이스는 샤트-헬프리히(Schadt-Helfrich) 효과에 근거하고, 비틀린 네마틱 구조를 가지며, 예컨대 TN 및 STN 셀이 있다. 이들은 복합체(multiplex)로서 또는 활성-매트릭스 디스플레이(AMD-TN, AMD = 구동된 활성 매트릭스)로서 작동될 수 있다.

TN 디스플레이의 경우, 셀에서 다음의 장점을 성취할 수 있는 액정 매질이 바람직하다: 확장된 네마틱 상 범위(특히 저온으로 낮춘다), 극히 낮은 온도에서의 스위칭 능력(야외 용도, 자동차, 항공 전자 공학) 및 UV 방사선에 대한 증가된 저항성(보다 긴 사용 수명). 그러나, 종래 기술로부터 입수 가능한 매질은 동시에 다른 파라미터를 유지하면서, 상기 장점들을 얻을 수 없었다.

보다 고도로 비틀린 STN 디스플레이의 경우, 보다 큰 복합성(multiplexability) 및/또는 보다 낮은 문턱 전압 및/또는 보다 넓은 네마틱 상 범위(특히, 저온에서)를 가능케 하는 매질이 바람직하다. 이를 위해, 이용가능한 파라미터 범위(등명점, 스멕틱-네마틱 전이 또는 융점, 점도, 유전 파라미터, 탄성 파라미터)를 더욱 넓히는 것이 매우 바람직하다.

재정렬을 위한 전기장이 액정 층에 본질적으로 수직으로 생성되는 공지의 액정 디스플레이(TN, STN, ECB 및 IPS) 외에, 또한 전기 신호가, 전기장이 액정 층에 평행한 중요 성분을 갖는 방식으로 생성되는 디스플레이가 또한 존재한다. IPS("평면 내 스위칭")로 공지된 이런 유형의 디스플레이는 예컨대 WO 91/10936 호에 개시되어 있다.

공지의 액정 매질을 함유하는 TN 디스플레이는 부적당하게 긴 반응 시간 및 종종 과도하게 높은 작동 전압의 특징을 갖는다. 따라서, 이러한 단점들을 갖지 않거나 또는 단지 감소된 정도만 갖는 TN 디스플레이용 액정 매질에 대한 요구가 존재한다. 이런 목적에서, 적절한 상 범위, 저온에서의 낮은 결정화 경향, 낮은 복굴절율 및 적절한 전기 저항 외에, 특히 낮은 문턱 전압(V₁₀) 및 짧은 응답 시간을 갖는 액정 물질에 대한 특정 요건이 존재한다.

TN 디스플레이는 예컨대 매트릭스 디스플레이로서 작동될 수 있다.

매트릭스 액정 디스플레이는 공지되어 있다. 개개의 화소를 각각 스위칭하기 위해 사용될 수 있는 비선형 소자는, 예컨대 능동 소자(즉, 트랜지스터)이다. 이때, 용어 "능동 매트릭스"가 사용되고, 다음의 두 가지 유형으로 구별될 수 있다:

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

2. 기판으로서 유리 플레이트 상의 박막 트랜지스터(TFT).

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

바람직하고 더욱 유망한 유형 2의 경우, 사용되는 전기광학적 효과는 일반적으로 TN 효과이다. 두 가지 기술(즉, 화합물 반도체, 예컨대 CdSe를 포함하는 TFT, 또는 다결정질 또는 비정질 규소를 기재로 한 TFT)에는 차이가 있다. 후자의 기술에 대한 집중적인 연구가 세계적으로 이루어지고 있다.

TFT 매트릭스는 디스플레이의 한 개의 유리 플레이트 내부에 적용되는 반면, 다른 유리 플레이트는 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 투과기 내의 교차된 편광기를 갖는 TN 셀(TN-TFT)로서 일반적으로 작동하고, 후면 조명된다.

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

개개의 화소를 스위칭(switching) 하기 위한 집적된 비선형 소자(element)를 갖는 매트릭스 액정 디스플레이(MLC 디스플레이)의 경우, 예컨대 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 MLC 디스플레이는 TV 제품(예를 들면, 휴대용 소형 TV), 또는 컴퓨터 제품(랩탑 컴퓨터) 및 자동차 또는 항공기 구조체에서의 고 정보 디스플레이용에 특히 적합하다. 콘트라스트의 각 의존성 및 응답 시간에 관한 문제 외에도, 부적당하게 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]; 문헌[STROMER, M., Proc. Eurodisplay 84, Sept. 1984: Design of Thin Film Transistors for Matrix Addressing of Television Liquid Crystal Display, p. 145 ff, Paris]). 저항이 감소하면서, MLC 디스플레이의 콘트라스트는 저하되고, 잔상 제거 문제가 발생할 수 있다. 액정 혼합물의 비저항은 디스플레이의 내부 표면과의 상호작용에 기인하여 MLC 디스플레이의 수명에 걸쳐 일반적으로 감소하므로, 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. 종래 기술로부터의 혼합물의 저온 특성 또한 특히 불리하다. 결정화 및/또는 스멕틱 상은 심지어 저온에서도 생기지 않아야 하고, 점도의 온도 의존성은 가능한 한 낮아야 함이 요구된다. 공지의 MLC 디스플레이는 이러한 요건을 충족시키지 않는다.

따라서, 상기 단점들을 갖지 않거나 또는 단지 감소된 정도만 갖는, 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.

후면 조명을 이용하는 액정 디스플레이, 즉 투과적으로 및 필요한 경우 투과반사적으로(transflectively) 작동되는 액정 디스플레이 외에, 반사성 액정 디스플레이가 또한 특히 주목을 끈다. 이들 반사성 액정 디스플레이는 정보 표시를 위해 주변 광을 사용한다. 따라서, 이들은 동등한 크기 및 해상도를 갖는 후면 발광 액정 디스플레이보다 상당히 적은 에너지를 소비한다. TN 효과는 매우 우수한 콘트라스트의 특징을 갖기 때문에, 이런 유형의 반사성 디스플레이는 밝은 주변 조건에서조차도 우수하게 판독될 수 있다. 이는 이미 예컨대 손목시계 및 휴대용 계산기에서 사용되는 단순한 반사성 TN 디스플레이에서 알려져 있다. 그러나, 또한 상기 원리는 예컨대 TFT 디스플레이와 같은 고 품질의 보다 높은 해상도를 갖는 능동 매트릭스-어드레싱된 디스플레이에 적용될 수도 있다. 여기서, 일반적으로 통상적인 투과성 TFT-TN 디스플레이에서와 같이, 낮은 광학 지연성(d·Δn)을 성취하기 위해 낮은 복굴절율(Δn)의 액정 디스플레이의 사용이 필요하다. 이러한 낮은 광학 지연성은 보통 허용가능하게 낮은 콘트라스트의 시야각 의존성을 제공한다(DE 30 22 818 호 참조). 반사성 디스플레이에서, 낮은 복굴절율의 액정의 사용은 투과성 디스플레이에서보다 훨씬 더 중요한데, 이는 광이 통과하는 유효 층 두께가 동일한 층 두께를 갖는 투과성 디스플레이에서보다 반사성 디스플레이에서 약 두 배 정도로 크기 때문이다.

보다 낮은 전력 소비(후면 조명이 불필요하기 때문) 외에 투과성 디스플레이에 대한 반사성 디스플레이의 장점은 공간 절약적이라는 것이며, 이는 매우 작은 물리적 깊이 및 후면 조명에 의한 상이한 가열 정도에 의해 유발된 온도 구배에 따른 문제의 감소를 제공한다.

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

또한, 이들은 일반적인 작동 온도, 즉 실온 위 또는 아래로 가능한 가장 넓은 범위에서, 전술한 셀에 대한 적합한 메조상, 예컨대 네마틱 또는 콜레스테릭 메조상을 가져야 한다. 일반적으로, 액정은 다수의 성분들의 혼합물로서 사용되기 때문에, 성분들이 서로 용이하게 혼화되는 것이 중요하다. 다른 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.

TN(샤트-헬프리히) 셀에서, 다음의 장점을 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 내성(보다 긴 사용 수명);

- 낮은 문턱 (구동) 전압;

- 신속한 반응 시간;

- 충분히 높은 복굴절율;

- 충분히 높은 전압 보전율(HR)을 제공하기에 충분히 높은 비저항; 및

- 특히 배향에서의 결함을 방지하기에 충분히 높은, 셀 및 디스플레이에서의 프리틸트(pretilt).

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

따라서, 상기 단점들을 갖지 않거나 또는 단지 감소된 정도만 갖는, 매우 높은 비저항 값, 높은 열 안정성, 높은 UV 안정성 및 UV 노출 및 가열 시에 특히 높은 전압 보전율(VHR) 값을 갖는 동시에 낮은 문턱 전압, 낮은 회전 점도, 빠른 반응 시간을 갖는 이런 유형의 MLC, TN, FFS 또는 IPS 디스플레이, 특히 TN-TFT 디스플레이용 매질을 제공하는 목적을 갖는다.

이제, 포지티브 유전 이방성을 갖는 특정 LC 매질에 첨가되고, LC 셀로 적용되는 소량의 중합가능한 화합물이 동일 반응계 내 중합 반응 후에 반응 시간 및 전기광학적 성질을 개선시키는 것이 밝혀졌다.

또한 "반응성 메조겐"(RM)으로 공지된, 소량의 하나 이상의 중합가능한 화합물을 TN 모드용 LC 혼합물에 첨가함에 의해 어떠한 RM도 포함하지 않는 LC 혼합물과 비교 시에 개선된 성질을 보이는 LC 매질이 수득된다.

본 발명에 따른 혼합물을 함유하는 디스플레이는 프리틸트 각의 고정(setting)을 가능케 하고, 바람직하게는 동시에 매우 높은 비저항 값, 낮은 문턱 전압 및 짧은 반응 시간을 갖게 할 수 있다.

본 발명은,

하나 이상의 중합가능한 화합물을 함유하는 중합가능한 성분 (A), 및

하나 이상의 하기 화학식 I의 화합물을 함유하는 액정 성분 (B)

을 함유하는 것을 특징으로 하는 액정 매질에 관한 것이다:

[화학식 I]

상기 식에서,

R⁰은 비치환되거나 CN 또는 CF₃에 의해 일치환되거나 할로겐에 의해 적어도 일치환되는 탄소수 1 내지 15의 알킬 또는 알켄일 라디칼이고, 이때 상기 라디칼들 내의 하나 이상의 CH₂ 기는, O 원자들이 서로 직접 결합되지 않는 방식으로, -O-, -S-,

, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -O-CO-O-, -CH=CH- 또는 -C≡C-에 의해 치환될 수 있으며,

는 각각 독립적으로

Y¹ 및 Y²는 각각 서로 독립적으로 H 또는 F이고,

Z¹은 -CF₂O-, -OCF₂- 또는 -COO-, 바람직하게는 -CF₂O-이고,

Z²는 -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO-, -S-CO-, -CO-S-, -OCH₂-, -CH₂O-, -SCH₂-, -CH₂S-, -CF₂O-, -OCF₂-, -CF₂S-, -SCF₂-, -CH₂CH₂-, -CF₂CH₂-, -CH₂CF₂-, -CF₂CF₂-, -CH=CH-, -CF=CH-, -CH=CF-, -CF=CF-, -C≡C- 또는 단일 결합, 바람직하게는 단일 결합이고,

X⁰은 F, Cl, 탄소수 6 이하의 할로겐화된 알킬, 할로겐화된 알켄일, 할로겐화된 알콕시, 할로겐화된 알켄일옥시, 바람직하게는 F 또는 OCF₃이고,

r은 0, 1, 2 또는 3이다.

또한, 본 발명은 전기광학적 목적을 위한 본 발명에 따른 매질의 용도에 관한 것이다.

또한, 본 발명은, 본 발명에 따른 액정 매질을 함유하는 전기광학적 액정 디스플레이에 관한 것이다.

또한, 본 발명은, 본 발명에 따른 액정 매질을 함유하는 전기광학적 액정 디스플레이에 관한 것으로서, 이는 TN, STN 또는 TN-TFT 디스플레이인 것을 특징으로 한다.

또한 "반응성 메조겐(RM)"으로 불리는 적합한 성분 (A)의 중합가능한 화합물은 종래 기술에 공지되어 있다. 이들 화합물들 중 다수는 상업적으로 입수가능하다.

바람직한 중합가능한 화합물(단량체)은 예컨대 하기 화학식 I^*1 내지 I^*20로부터 선택된다:

상기 식에서,

R¹은 화학식 I에서 R⁰에 대해 기재된 의미들 중 하나를 갖고,

P¹ 및 P²는 P에 대해 기재된 의미들 중 하나를 갖고, 바람직하게는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트를 나타내고,

P는 중합가능한 기를 나타내고,

Sp¹ 및 Sp²는 Sp에 대해 기재된 의미들 중 하나를 갖거나, 또는 단일 결합을 나타내고,

Sp는 스페이서(spacer) 기를 나타내고,

Z² 및 Z³은 각각 서로 독립적으로 -COO- 또는 -OCO-를 나타내고,

L은 P-Sp-, F, Cl, Br, I, -CN, -NO₂, -NCO, -NCS, -OCN, -SCN, -C(=O)N(R^x)₂, -C(=O)Y¹, -C(=O)R^x, -N(R^x)₂, 임의적으로 치환된 실릴, 임의적으로 치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴, 또는 탄소수 1 내지 25의 직쇄형 또는 분지형 알킬, 알콕시, 알킬카보닐, 알콕시카보닐, 알킬카보닐옥시 또는 알콕시카보닐옥시를 나타내고, 이때 하나 이상의 H 원자는 F, Cl 또는 P-Sp-로 대체될 수 있고,

L' 및 L"은 각각 서로 독립적으로 H, F 또는 Cl을 나타내고,

r은 0, 1, 2, 3 또는 4를 나타내고,

s는 0, 1, 2 또는 3을 나타내고,

t는 0, 1 또는 2를 나타내고,

x는 0 또는 1을 나타내고,

R^x는 H 또는 CH₃를 나타낸다.

바람직한 스페이서 기 Sp는, 라디칼 "P-Sp-"이 구조식 "P-Sp'-X'-"에 일치되도록 구조식 Sp'-X'로부터 선택된다:

상기 식에서,

Sp'는 탄소수 1 내지 20, 바람직하게는 1 내지 12의 알킬렌을 나타내며, 이는 임의적으로 F, Cl, Br, I 또는 CN으로 일치환 또는 다중치환되고, 이때 하나 이상의 비인접 CH₂ 기는, O 및/또는 S 원자들이 서로 직접 결합되지 않는 방식으로, 각각 서로 독립적으로 -O-, -S-, -NH-, -NR⁰-, -SiR⁰R⁰⁰-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCO-O-, -S-CO-, -CO-S-, -NR⁰-CO-O-, -O-CO-NR⁰-, -NR⁰-CO-NR⁰-, -CH=CH- 또는 -C≡C-로 대체될 수 있고,

X'은 -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO-, -O-COO-, -CO-NR⁰-, -NR⁰-CO-, -NR⁰-CO-NR⁰-, -OCH₂-, -CH₂O-, -SCH₂-, -CH₂S-, -CF₂O-, -OCF₂-, -CF₂S-, -SCF₂-, -CF₂CH₂-, -CH₂CF₂-, -CF₂CF₂-, -CH=N-, -N=CH-, -N=N-, -CH=CR⁰-, -CY²=CY³-, -C≡C-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH- 또는 단일 결합을 나타내고,

R⁰ 및 R⁰⁰는 각각 서로 독립적으로 H 또는 탄소수 1 내지 12의 알킬을 나타내고,

Y² 및 Y³은 각각 서로 독립적으로 H, F, Cl 또는 CN을 나타낸다.

X'은 바람직하게는 -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO-, -O-COO-, -CO-NR⁰-, -NR⁰-CO-, -NR⁰-CO-NR⁰- 또는 단일 결합이다.

전형적 스페이서 기 Sp'는, 예컨대 -(CH₂)_p1-, -(CH₂CH₂O)_q1-CH₂CH₂-, -CH₂CH₂-S-CH₂CH₂-, -CH₂CH₂-NH-CH₂CH₂- 또는 -(SiR⁰R⁰⁰-O)_p1-이고, 이때 p1은 1 내지 12의 정수이고, q1은 1 내지 3의 정수이고, R⁰ 및 R⁰⁰은 전술된 의미를 갖는다.

특히 바람직한 기 -X'-Sp'-는 -(CH₂)_p1-, -O-(CH₂)_p1-, -OCO-(CH₂)_p1-, 또는 -OCOO-(CH₂)_p1-이다.

특히 바람직한 기 Sp'는, 예컨대 각 경우에서 직쇄형 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 펜틸렌, 헥실렌, 헵틸렌, 옥틸렌, 노닐렌, 데실렌, 운데실렌, 도데실렌, 옥타데실렌, 에틸렌옥시에틸렌, 메틸렌옥시부틸렌, 에틸렌티오에틸렌, 에틸렌-N-메틸이미노에틸렌, 1-메틸알킬렌, 에텐일렌, 프로펜일렌 또는 부텐일렌이다.

상기 및 하기에서, 하기 의미가 적용된다.

용어 "메조겐성 기"는 당해 분야의 숙련자에게 공지되고, 문헌에 기재되어 있으며, 당김(attracting) 및 반발(repelling) 상호작용의 이방성 때문에 저분자량 또는 중합체 물질에서 액정(LC) 상을 발생시키는 데에 본질적으로 기여하는 기를 나타낸다. 메조겐성 기를 함유하는 화합물(메조겐성 화합물)은 필수적으로 LC 상 자체를 가져야만 하는 것은 아니다. 또한 메조겐성 화합물이 다른 화합물과의 혼합 후 및/또는 중합 후에만 LC 상 거동을 보일 수 있다. 전형적 메조겐성 기는 예컨대 강성의 봉형 또는 디스크형 유닛이다. 메조겐성 또는 LC 화합물과 관련하여 사용된 용어 및 정의의 개관은 문헌[Pure Appl. Chem. 73(5), 888 (2001)] 및 [C. Tschierske, G. PeIzI, S. Diele, Angew. Chem. 2004, 116, 6340-6368]에 기재되어 있다.

상기 및 하기에서 "Sp"로도 기재되는 용어 "스페이서 기"는 당해 분야의 숙련자에게 공지되어 있고, 예컨대 문헌[Pure Appl. Chem. 73(5), 888 (2001)] 및 [C. Tschierske, G. PeIzI, S. Diele, Angew. Chem. 2004, 116, 6340-6368]에 기재되어 있다. 달리 기재되지 않는 한, 상기 및 하기에서 용어 "스페이서 기" 또는 "스페이서"는 중합가능한 메조겐성 화합물("RM")에서 메조겐 기와 중합가능한 기를 서로 연결시키는 탄력적 기를 나타낸다.

용어 "반응성 메조겐" 또는 "RM"은 메조겐성 기 및 중합에 적합한 하나 이상의 작용 기(중합가능한 기 또는 P 기로도 알려짐)를 함유하는 화합물을 나타낸다.

용어 "저분자량 화합물" 및 "비중합가능한 화합물"은 당해 분야의 숙련자에게 공지된 통상의 조건, 특히 RM의 중합에 사용되는 조건 하에 중합에 적합한 임의의 작용 기를 함유하지 않는, 통상적으로 단량체성인 화합물을 나타낸다.

용어 "유기 기"는 탄소 또는 탄화수소 기를 나타낸다.

용어 "탄소 기"는 추가의 원자를 함유하지 않거나(예컨대, -C≡C-), 또는 임의적으로 하나 이상의 추가의 원자, 예컨대 N, O, S, P, Si, Se, As, Te 또는 Ge(예컨대 카본일, 등)를 함유하며 하나 이상의 탄소 원자를 함유하는 일가 또는 다가 유기 기를 나타낸다. 용어 "탄화수소 기"는 하나 이상의 H 원자 및 임의적으로 하나 이상의 헤테로원자, 예컨대, N, O, S, P, Si, Se, As, Te 또는 Ge를 추가로 함유하는 탄소 기를 나타낸다.

"할로겐"은 F, Cl, Br 또는 I를 나타낸다.

탄소 또는 탄화수소 기는 포화 또는 불포화 기일 수 있다. 불포화된 기는, 예컨대 아릴, 알켄일 또는 알킨일 기이다. 탄소수 3 초과의 탄소 또는 탄화수소 라디칼은 직쇄형, 분지형 및/또는 환형일 수 있고, 또한 스피로 연결기 또는 축합된 고리를 가질 수도 있다.

용어 "알킬", "아릴", "헤테로아릴" 등은 또한 다가 기, 예컨대 알킬렌, 아릴렌, 헤테로아릴렌 등을 포함한다.

용어 "아릴"은 방향족 탄소 기 또는 이로부터 유도된 기를 나타낸다. 용어 "헤테로아릴"은 하나 이상의 헤테로원자를 함유하는 상기 정의에 따른 "아릴"을 나타낸다.

바람직한 탄소 및 탄화수소 기는 임의적으로 치환된 탄소수 1 내지 40, 바람직하게는 1 내지 25, 특히 바람직하게는 1 내지 18의 알킬, 알켄일, 알킨일, 알콕시, 알킬카본일, 알콕시카본일, 알킬카본일옥시 및 알콕시카본일옥시, 임의적으로 치환된 탄소수 6 내지 40, 바람직하게는 6 내지 25의 아릴 또는 아릴옥시, 또는 임의적으로 치환된 탄소수 6 내지 40, 바람직하게는 6 내지 25의 알킬아릴, 아릴알킬, 알킬아릴옥시, 아릴알킬옥시, 아릴카본일, 아릴옥시카본일, 아릴카본일옥시 및 아릴옥시카본일옥시이다.

추가의 바람직한 탄소 및 탄화수소 기는 C₁-C₄₀ 알킬, C₂-C₄₀ 알켄일, C₂-C_4O 알킨일, C₃-C₄₀ 알릴, C₄-C₄₀ 알킬디엔일, C₄-C₄₀ 폴리엔일, C₆-C₄₀ 아릴, C₆-C₄₀ 알킬아릴, C₆-C₄₀ 아릴알킬, C₆-C₄₀ 알킬아릴옥시, C₆-C₄₀ 아릴알킬옥시, C₂-C₄₀ 헤테로아릴, C₄-C₄₀ 사이클로알킬, C₄-C₄₀ 사이클로알켄일 등이다. 특히 바람직한 것은 C₁-C₂₂ 알킬, C₂-C₂₂ 알켄일, C₂-C₂₂ 알킨일, C₃-C₂₂ 알릴, C₄-C₂₂ 알킬디엔일, C₆-C₁₂ 아릴, C₆-C₂₀ 아릴알킬 및 C₂-C₂₀ 헤테로아릴이다.

추가의 바람직한 탄소 및 탄화수소 기는 탄소수 1 내지 40, 바람직하게는 1 내지 25의 직쇄형, 분지형 또는 환형 알킬 라디칼로서, 이들은 비치환되거나 또는 F, Cl, Br, I 또는 CN로 일치환 또는 다중치환되며, 이때 하나 이상의 비인접 CH₂ 기가 각각 서로 독립적으로, O 및/또는 S 원자들이 서로 직접적으로 결합되지 않는 방식으로, -C(R^X)=C(R^X)-, -C≡C-, -N(R^X)-, -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -O-CO-O-로 대체될 수 있다.

R^x는 바람직하게는 H, 할로겐, 탄소수 1 내지 25의 직쇄형, 분지형 또는 환형 알킬 쇄를 나타내고, 이때 하나 이상의 비인접 C 원자들은 -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -O-CO-O-로 대체될 수 있고, 하나 이상의 H 원자는 불소, 임의적으로 치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴 또는 아릴옥시 기 또는 임의적으로 치환된 탄소수 5 내지 40의 헤테로아릴 또는 헤테로아릴옥시 기로 대체될 수 있다.

바람직한 알킬 기는, 예컨대 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, s-부틸, t-부틸, 2-메틸부틸, n-펜틸, s-펜틸, 사이클로펜틸, n-헥실, 사이클로헥실, 2-에틸헥실, n-헵틸, 사이클로헵틸, n-옥틸, 사이클로옥틸, n-노닐, n-데실, n-운데실, n-도데실, 도데칸일, 트라이플루오로메틸, 퍼플루오로-n-부틸, 2,2,2-트라이플루오로에틸, 퍼플루오로옥틸, 퍼플루오로헥실 등이다.

바람직한 알켄일 기는, 예컨대 에텐일, 프로펜일, 부텐일, 펜텐일, 사이클로펜텐일, 헥센일, 사이클로헥센일, 헵텐일, 사이클로헵텐일, 옥텐일, 사이클로옥텐일 등이다.

바람직한 알킨일기는, 예컨대 에틴일, 프로핀일, 부틴일, 펜틴일, 헥신일, 옥틴일 등이다.

바람직한 알콕시 기는, 예컨대 메톡시, 에톡시, 2-메톡시에톡시, n-프로폭시, i-프로폭시, n-부톡시, i-부톡시, s-부톡시, t-부톡시, 2-메틸부톡시, n-펜톡시, n-헥속시, n-헵틸옥시, n-옥틸옥시, n-노닐옥시, n-데실옥시, n-운데실옥시, n-도데실옥시 등이다.

바람직한 아미노 기는, 예컨대 다이메틸아미노, 메틸아미노, 메틸페닐아미노, 페닐아미노 등이다.

아릴 및 헤테로아릴 기가 단환형 또는 다환형일 수 있으며, 즉 이들은 하나의 고리(예컨대, 페닐) 또는 2개 이상의 고리를 가질 수 있고, 이들은 또한 융합되거나(예컨대, 나프틸) 또는 공유 결합될 수 있거나(예컨대, 바이페닐), 또는 융합 및 결합된 고리들의 조합을 함유할 수도 있다. 헤테로아릴 기는 바람직하게는 O, N, S 및 Se로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로원자를 함유한다.

특히 바람직한 것은 탄소수 6 내지 25의 일환형, 이환형 또는 삼환형 아릴 기 및 탄소수 2 내지 25의 일환형, 이환형 또는 삼환형 헤테로아릴 기이며, 이들은 임의적으로 융합 고리를 함유하며 임의적으로 치환된다. 또한 바람직한 것은 5-, 6- 또는 7원 아릴 및 헤테로아릴 기로서, 이때 하나 이상의 CH 기는, O 원자들 및/또는 S 원자들이 서로 직접적으로 연결되지 않는 방식으로, N, S 또는 O로 대체될 수 있다.

바람직한 아릴 기는, 예컨대, 페닐, 바이페닐, 터페닐, [1,1':3',1"]터페닐-2'-일, 나프틸, 안트라센, 바이나프틸, 펜안트렌, 피렌, 다이하이드로피렌, 크리센, 페릴렌, 테트라센, 펜타센, 벤조피렌, 플루오렌, 인덴, 인데노플루오렌, 스피로바이플루오렌 등이다.

바람직한 헤테로아릴 기는, 예컨대 5원 고리, 예를 들면 피롤, 피라졸, 이미다졸, 1,2,3-트라이아졸, 1,2,4-트라이아졸, 테트라졸, 푸란, 티오펜, 셀레노펜, 옥사졸, 이소옥사졸, 1,2-티아졸, 1,3-티아졸, 1,2,3-옥사다이아졸, 1,2,4-옥사다이아졸, 1,2,5-옥사다이아졸, 1,3,4-옥사다이아졸, 1,2,3-티아다이아졸, 1,2,4-티아다이아졸, 1,2,5-티아다이아졸, 1,3,4-티아다이아졸이며, 6원 고리, 예를 들면 피리딘, 피리다진, 피리미딘, 피라진, 1,3,5-트라이아진, 1,2,4-트라이아진, 1,2,3-트라이아진, 1,2,4,5-테트라진, 1,2,3,4-테트라진, 1,2,3,5-테트라진, 또는 축합 기, 예를 들면 인돌, 이소인돌, 인돌리진, 인다졸, 벤즈이미다졸, 벤조트라이아졸, 퓨린, 나프트이미다졸, 펜안트르이미다졸, 피리드이미다졸, 피라진이미다졸, 퀸옥살린이미다졸, 벤즈옥사졸, 나프트옥사졸, 안트르옥사졸, 펜안트르옥사졸, 이소옥사졸, 벤조티아졸, 벤조푸란, 이소벤조푸란, 다이벤조푸란, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 프테리딘, 벤조-5,6-퀴놀린, 벤조-6,7-퀴놀린, 벤조-7,8-퀴놀린, 벤조이소퀴놀린, 아크리딘, 페노티아진, 펜옥사진, 벤조피리다진, 벤조피리미딘, 퀸옥살린, 페나진, 나프티리딘, 아자카바졸, 벤조카볼린, 펜안트리딘, 펜안트롤린, 티에노[2,3b]티오펜, 티에노[3,2b]티오펜, 다이티에노티오펜, 이소벤조티오펜, 다이벤조티오펜, 벤조티아다이아조티오펜, 또는 이들 기들의 조합이다. 상기 헤테로아릴 기는 또한 알킬, 알콕시, 티오알킬, 불소, 플루오로알킬 또는 추가의 아릴 또는 헤테로아릴 기로 치환될 수 있다.

(비방향족) 지환족 및 헤테로환형 기는 포화된 고리, 즉 전적으로 단일 결합들을 함유하는 것들, 및 부분적으로 불포화된 고리, 즉 다중 결합을 또한 함유하는 것들 모두를 포함한다. 헤테로환형 고리는 바람직하게는 Si, O, N, S 및 Se로부터 선택된 하나 이상의 헤테로원자를 함유한다.

(비방향족) 지환족 및 헤테로환형 기는 단환형(즉, 단지 하나의 고리만을 함유함)(예컨대, 사이클로헥산) 또는 다환형(즉, 복수 개의 고리를 함유함)(예컨대, 데카하이드로나프탈렌 또는 바이사이클로옥탄)일 수 있다. 특히 바람직한 것은 포화된 기이다. 또한 바람직한 것은 탄소수 3 내지 25의 단환형-, 이환형- 또는 삼환형 기로서, 이는 임의적으로 융합 고리를 함유하며 임의적으로 치환된다. 또한 바람직한 것은 5-, 6-, 7- 또는 8원 카보환형 기이며, 이때 하나 이상의 C 원자는 Si로 대체될 수 있고/있거나 하나 이상의 CH 기가 N으로 대체될 수 있고/있거나 하나 이상의 비인접 CH₂ 기가 -O- 및/또는 -S-로 대체될 수 있다.

바람직한 지환족 및 헤테로환형 기는, 예컨대 5원 기, 예를 들면 사이클로펜탄, 테트라하이드로푸란, 테트라하이드로티오푸란, 피롤리딘이며, 6원 기, 예를 들면 사이클로헥산, 실리난, 사이클로헥센, 테트라하이드로피란, 테트라하이드로티오피란, 1,3-다이옥산, 1,3-다이티안, 피페리딘이며, 7원 기, 예를 들면 사이클로헵탄, 및 융합 기, 예를 들면 테트라하이드로나프탈렌, 데카하이드로나프탈렌, 인단, 바이사이클로[1.1.1]펜탄-1,3-다이일, 바이사이클로[2.2.2]옥탄-1,4-다이일, 스피로[3.3]헵탄-2,6-다이일, 옥타하이드로-4,7-메타노인단-2,5-다이일이다.

아릴, 헤테로아릴, 탄소 및 탄화수소 라디칼은 임의적으로 하나 이상의 치환기를 가지며, 이들은 바람직하게는 실릴, 설포, 설폰일, 폼일, 아민, 이민, 니트릴, 머캅토, 니트로, 할로겐, C_1-12 알킬, C_6-12 아릴, C_1-12 알콕시, 하이드록시, 또는 이들 기들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다.

바람직한 치환기는, 예컨대 용해도-증진 기 예를 들면 알킬 또는 알콕시, 전자-당김(electron-withdrawing) 기, 예를 들면 불소, 니트로 또는 니트릴, 또는 중합체에서 유리 전이 온도(Tg)를 증가시키기 위한 치환기, 특히 벌크형 기 예를 들면 t-부틸 또는 임의적으로 치환된 아릴 기이다.

하기에서 "L"로도 기재되는 바람직한 치환기는 예컨대, F, Cl, Br, I, -CN, -NO₂, -NCO, -NCS, -OCN, -SCN, -C(=O)N(R^X)₂, -C(=O)Y¹, -C(=O)R^X, -N(R^X)₂이며, 이때 R^x는 전술된 의미를 갖고, Y¹는 할로겐, 임의적으로 치환된 실릴 또는 탄소수 6 내지 40, 바람직하게는 6 내지 20의 아릴, 및 탄소수 1 내지 25의 직쇄형 또는 분지형 알킬, 알콕시, 알킬카본일, 알콕시카본일, 알킬카본일옥시 또는 알콕시카본일옥시를 나타내고, 이때 하나 이상의 H 원자는 임의적으로 F 또는 Cl로 대체될 수 있다.

"치환된 실릴 또는 아릴" 바람직하게는 할로겐, -CN, R⁰, -OR⁰, -CO-R⁰, -CO-O-R⁰, -O-CO-R⁰ 또는 -O-CO-O-R⁰를 의미하고, 이때 R⁰은 전술된 의미를 갖는다.

특히 바람직한 치환기 L은, 예컨대 F, Cl, CN, NO₂, CH₃, C₂H₅, OCH₃, OC₂H₅, COCH₃, COC₂H₅, COOCH₃, COOC₂H₅, CF₃, OCF₃, OCHF₂, OC₂F₅, 또한 페닐이다.

는 바람직하게는

이며, 이때 L은 전술된 의미들 중 하나를 갖는다.

중합가능한 기 P는 중합 반응(예컨대, 유리-라디칼 또는 이온성 쇄 중합, 중첨가 또는 중축합) 또는 중합체-유사 반응(polymer-analogous reaction)(예컨대, 주 중합체 쇄로의 첨가 또는 축합)에 적합한 기이다. 특히 바람직한 것은 쇄 중합을 위한 기, 특히 C=C 이중 결합 또는 C≡C 삼중 결합을 함유하는 기, 및 고리 개방에 의한 중합에 적합한 기, 예를 들면 옥세탄 또는 에폭사이드 기이다.

바람직한 P 기는 CH₂=CW¹-COO-, CH₂=CW¹-CO-,

CH₂=CW²-(O)_k3-, CW¹=CH-CO-(O)_k3-, CW¹=CH-CO-NH-, CH₂=CW¹-CO-NH-, CH₃-CH=CH-O-, (CH₂=CH)₂CH-OCO-, (CH₂=CH-CH₂)₂CH-OCO-, (CH₂=CH)₂CH-O-, (CH₂=CH-CH₂)₂N-, (CH₂=CH-CH₂)₂N-CO-, HO-CW²W³-, HS-CW²W³-, HW²N-, HO-CW²W³-NH-, CH₂=CW¹-CO-NH-, CH₂=CH-(COO)_k1-Phe-(O)_k2-, CH₂=CH-(CO)_k1-Phe-(O)_k2-, Phe-CH=CH-, HOOC-, OCN- 및 W⁴W⁵W⁶Si-로부터 선택되며, 이때 W¹은 H, F, Cl, CN, CF₃, 페닐 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬, 특히 H, F, Cl 또는 CH₃를 나타내고, W² 및 W³은 각각 서로 독립적으로, H 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬, 특히 H, 메틸, 에틸 또는 n-프로필을 나타내고, W⁴, W⁵ 및 W⁶은 각각 서로 독립적으로 Cl, 탄소수 1 내지 5의 옥사알킬 또는 옥사카본일알킬을 나타내고, W⁷ 및 W⁸은 각각 서로 독립적으로 H, Cl 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬을 나타내고, Phe는 1,4-페닐렌을 나타내며 이는 상기 정의된 하나 이상의 라디칼 L로 임의적으로 치환되고, k₁, k₂ 및 k₃은 각각 서로 독립적으로 O 또는 1을 나타내고, k₃은 바람직하게는 1을 나타낸다.

특히 바람직한 P 기는 CH₂=CH-COO-, CH₂=C(CH₃)-COO-, CH₂=CH-, CH₂=CH-O-, (CH₂=CH)₂CH-OCO-, (CH₂=CH)₂CH-O-,

특히 비닐옥시, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 플루오로아크릴레이트, 클로로아크릴레이트, 옥세탄 및 에폭사이드이다.

특히 바람직한 중합가능한 화합물은 하기의 것이다:

가장 바람직하게 바람직한 것은 화학식 RM-2, RM-3, RM-4 또는 RM-11의 중합가능한 화합물을 함유하는 LC 혼합물이다.

상기 중합가능한 화합물은 당해 기술 분야의 숙련가에게 공지되어 있고 문헌(예를 들어 표준 작업에서 예컨대 문헌[Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie[Methods of Organic Chemistry], Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart])에 기재된 공정과 유사하게 제조된다. 화학식 I의 중합가능한 아크릴레이트 및 메타크릴레이트의 합성은 미국 특허 제 5,723,066 호에 기재된 방법과 유사하게 수행될 수 있다. 또한, 특히 바람직한 방법은 실시예에 제공된다.

가장 단순한 경우에서, 합성은 탈수제, 예컨대 DCC(다이사이클로헥실카보다이이미드)의 존재 하에 P 기를 함유하는 상응하는 산, 산 유도체 또는 할로겐화된 화합물, 예컨대 (메트)아크릴로일 클로라이드 또는 (메트)아크릴산을 사용하여 화학식 HO-A¹-Z¹-(A²-Z²)_m1-A³-OH(이때 A^1-3, Z¹, Z² 및 m1은 전술된 의미를 갖는다)의 상업적으로 입수가능한 다이올, 예컨대 1-(3-하이드록시페닐)페닐-3-올의 에스터화 또는 에터화에 의해 수행된다.

중합가능한 화합물은, 전압 인가에 의해 LC 디스플레이의 기판들 사이의 LC 매질에서의 동일 반응계 내 중합에 의해 중합 또는 가교결합된다(화합물이 2개 이상의 중합가능한 기를 함유하는 경우). 적합하고 바람직한 중합 방법은, 예컨대 열 또는 광중합, 바람직하게는 광중합, 특히 UV 광중합이다. 필요한 경우, 하나 이상의 개시제가 또한 여기에 첨가될 수 있다. 중합에 적합한 조건, 개시제의 적합한 유형 및 양은 당해 분야의 숙련가에게 공지되어 있고, 문헌에 기재되어 있다. 유리-라디칼 중합에서는 예컨대 상업적으로 입수가능한 어가큐어651(등록상표), 어가큐어184(등록상표), 어가큐어907(등록상표), 어가큐어369(등록상표) 또는 다로큐어1173(등록상표)(시바 홀딩)이 적합하다.

개시제가 사용되는 경우, 전체 혼합물 중의 그의 비율은 바람직하게는 0.001 내지 5 중량%, 특히 바람직하게는 0.001 내지 1 중량%이다. 그러나, 중합은 개시제의 첨가 없이 일어날 수도 있다. 추가의 바람직한 실시양태에서, LC 매질은 중합 개시제를 포함하지 않는다.

중합가능한 성분 (A) 및/또는 LC 매질(= 성분 (B))은 예컨대 저장 또는 수송 동안 바람직하지 않은 RM의 자발적 중합을 방지하기 위해 하나 이상의 안정화제를 또한 포함할 수도 있다. 안정화제의 적합한 유형 및 양은 당해 업계의 숙련가에게 공지되어 있고, 문헌에 기재되어 있다. 예컨대 상업적으로 입수가능한 어가녹스(등록상표) 계열(시바 홀딩) 안정화제, 예컨대 어가녹스(등록상표) 1076이 특히 적합하다. 안정화제가 사용되는 경우, 그의 비율은, RM 또는 중합가능한 성분 (A)의 총량을 기준으로, 바람직하게는 10 내지 5000 ppm, 특히 바람직하게는 50 내지 500 ppm이다.

본 발명에 따른 중합가능한 화합물은 개시제를 사용하지 않는 중합에 특히 적합하며, 이는 예컨대 보다 적은 재료 비용 및 특히 보다 적은 존재할 수 있는 잔량의 개시제 또는 그의 분해 생성물에 의한 LC 매질 오염의 감소와 같은 상당한 장점과 연관된다.

본 발명에 따른 LC 매질은 바람직하게는, LC 성분 (B)을 기준으로 5 중량% 미만, 특히 바람직하게는 2 중량% 미만, 매우 바람직하게는 1 중량% 미만, 매우 가장 바람직하게는 0.5 중량% 미만의 중합가능한 화합물을 함유한다.

액정 성분 (B)은 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 함유한다. 화합물은 예컨대 GB 22 29 438 호에 공지되어 있다.

이들 화합물은 액정 매질의 대부분을 구성하는 기재 물질로서 역할을 할 수 있거나, 예컨대 이런 유형의 유전체의 유전 및/또는 광학 이방성을 개질시키기 위해 및/또는 그의 문턱 전압 및/또는 점도 및/또는 저온 거동을 최적화시키기 위해다른 부류의 화합물로 된 액정 기재 물질에 첨가될 수 있다.

화학식 I의 화합물은 특히 본 발명에 따른 액정 혼합물의 문턱 전압 및 반응 시간을 감소시킨다. 특히 바람직한 화학식 I의 화합물은 라디칼 Y¹ 및 Y² 중 하나 이상이 F인 것들이다.

상기 화학식 I의 화합물은 바람직하게는 하기 하위-화학식들로부터 선택된다:

상기 식에서,

X⁰, Y¹ 및 Y², Z¹, Z², R⁰ 및 r은 화학식 I에 정의된 바와 같다. R⁰은 바람직하게는, 각각 탄소수 6 이하의 n-알킬, n-알콕시, n-옥사알킬, n-플루오로알킬, n-플루오로알콕시 또는 n-알켄일이다.

특히 바람직한 것은 화학식 I1의 화합물이다.

특히 바람직한 것은 화학식 I1 내지 I5에서 Z¹이 -CF₂O- 또는 -OCF₂-, 특히 -CF₂O-인 화합물이다.

또한 바람직한 것은 화학식 I1 내지 I5에서 Z²가 단일 결합인 화합물이다.

특히 바람직한 것은 하기 화합물들이다:

상기 식에서,

R⁰은 상기 정의된 바와 같다.

특히 바람직한 것은 화학식 I1a, I2n, I2w, I3a, I4a, I5a, I5b 및 I5c의 화합물들이며, 화학식 I1a의 화합물이 특히 바람직하다.

화학식 I의 화합물은 예를 들어 표준 문헌, 예컨대 문헌[Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie[Methods of Organic Chemistry], Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart]에 기술된 바와 같은 공지된 방법에 의해, 반응에 적합하고 공지된 반응 조건하에 정확하게 제조된다. 공지된 변형법이 본원에 사용될 수 있고, 이는 본원에 더욱 상세히 언급되지는 않는다.

순수 상태에서, 화학식 I의 화합물은 무색이고, 전기광학적 용도에 친향적으로 위치되는 온도 범위에서 액정 메조상을 형성한다. 이는 화학적 및 열적으로 안정하고, 광에 안정하다.

액정 성분 (B)의 바람직한 실시양태는 하기와 같다:

- 상기 매질은 화학식 III 내지 VIII로 이루어진 군으로부터 선택된 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함한다:

상기 식에서,

r, X⁰ 및 R⁰은 상기 화학식 I에 정의된 바와 같고,

Z⁰은 -C₂F₄-, -CF=CF, -CH=CF, -CF=CH-, -C₂H₄-, -(CH₂)₄-, -OCH₂- 또는 -CH₂O-이고,

Z³은 -C₂F₄-, -CF=CF-, -CH=CF-, -CF=CH-, -C₂H₄-, -(CH₂)₄-, -OCH₂- 또는 -CH₂O-이고,

Y¹ 내지Y⁴는 각각 독립적으로 H 또는 F이다.

- 상기 화학식 III의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식들로부터 선택된다:

상기 식에서,

R⁰은 화학식 I에 정의된 바와 같고, 바람직하게는 메틸, 에틸, n-프로필, n-부틸 또는 n-펜틸 또는 CH₂=CH이다.

- 상기 화학식 IV의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식들로부터 선택된다:

상기 식에서,

R⁰은 화학식 I에 정의된 바와 같다. X⁰은 바람직하게는 F 또는 OCF₃이다.

- 상기 화학식 V의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식들로부터 선택된다:

상기 식에서,

R⁰은 화학식 I에 정의된 바와 같고, 바람직하게는 메틸, 에틸, n-프로필, n-부틸 또는 n-펜틸이다.

- 상기 매질은 화학식 IX 내지 XV로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 추가로 포함한다:

상기 식에서,

R⁰, X⁰ 및 Y¹ 내지 Y⁴는 화학식 I에 정의된 바와 같다. X⁰은 바람직하게는 F, Cl, CF₃, OCF₃ 또는 OCHF₂이다. R⁰은 바람직하게는 탄소수 6 이하의 알킬, 알콕시, 옥사알킬, 플루오로알킬, 플루오로알콕시 또는 알켄일이다.

- 상기 매질은 화학식 XVI 내지 XX로 이루어진 하기의 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 추가로 포함한다:

상기 식에서,

R⁰ 및 X⁰은 화학식 I에 정의된 바와 같다. L은 H 또는 F이다.

- 상기 매질은 하나 이상의 하기 화학식 XXI의 이환형 화합물을 추가로 포함한다:

화학식 XXI

상기 식에서,

R⁵ 및 R⁶은 각각 서로 독립적으로 상기 화학식 I의 R⁰에 대해 정의된 바와 같다.

- 상기 화학식 XXI의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식들로부터 선택된다:

상기 식에서,

R⁰은 상기 화학식 I1에서 정의된 바와 같고,

R^1a 및 R^2a는 각각 서로 독립적으로 H, CH₃, C₂H₅ 또는 n-C₃H₇이고,

"알킬" 및 "알킬^*"은 각각 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 직쇄형 알킬 기이다.

특히 바람직한 것은 화학식 XXIa, XXIb, XXId 및 XXIe의 화합물이다.

특히 바람직한 화학식 XXId 및 XXIe의 화합물은 하기와 같다:

상기 식에서,

"알킬" 및 "알킬^*"은 상기 기재된 의미를 갖는다.

- 상기 매질은 하나 이상의 화학식 IIIa의 알켄일 화합물(이때, R⁰은 탄소수 2 내지 7의 알켄일이다)을 추가로 포함하고, 바람직하게는 하기 화학식 IIIa1으로부터 선택된다:

화학식 IIIa1

상기 식에서,

R^1a는 H, CH₃, C₂H₅ 또는 n-C₃H₇이다.

- 상기 매질은 하나 이상, 바람직하게는 1개, 2개 또는 3개의, 하기 화학식들로부터 선택되는 화합물을 추가로 포함한다:

상기 식에서,

"알킬" 및 "알킬^*"은 하기 정의되는 바와 같다.

- 상기 매질은 하나 이상의 화학식 XXIII의 화합물을 추가로 포함한다:

화학식 XXIII

상기 식에서,

R^0' 및 R^0"은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 직쇄형 알킬 잔기 또는 탄소수 2 내지 6의 알켄일 잔기이다.

- 상기 매질은 바람직하게는, 하나 이상, 특히 바람직하게는 1개 또는 2개의, 하기 화학식들의 다이옥산 화합물을 포함한다:

- 상기 매질은 바람직하게는 하나 이상의 하기 화학식 XXV의 데칼린 화합물을 포함한다:

화학식 XXV

상기 식에서,

R⁶ 및 R⁷은 각각 서로 독립적으로 R⁰ 또는 X⁰이고,

X⁰, A¹, Z¹ 및 R⁰은 화학식 I에 정의된 바와 같다.

- 상기 화학식 XXV의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식들로부터 선택된다:

상기 식에서,

X⁰ 및 R⁰은 화학식 I에 정의된 바와 같고,

Z는 -CH₂O-, -OCH₂-, -COO-, -C≡C-, -CH=CH-, -CF₂O-, -OCF₂-, -CF=CF-, -C₂F₄-, -CH=CH-(CH₂)₂- 또는 -(CH₂)₄-, 바람직하게는 -C₂F₄-이고,

(F)는 H 또는 F이다.

이들 바람직한 화학식들에서 R⁰은 바람직하게는 탄소수 1 내지 8의 직쇄형 알킬 또는 탄소수 2 내지 7의 직쇄형 알켄일이다.

이들 바람직한 화학식들에서 X⁰은 바람직하게는 -CF₃, -C₂F₅, -C₃F₇, -OCF₃, -CH=CHF, -(CH₂)_n-CH=CHF, -CH=CF₂, -(CH₂)_n-CH=CF₂, -CF=CF₂, -(CH₂)_n-CF=CF₂, -OCH=CHF, -OCH=CF₂ 또는 -OCF=CF₂이다.

상기 및 하기 화학식들에서의 R⁰이 알킬 라디칼 및/또는 알콕시 라디칼을 나타내는 경우, 이는 직쇄형 또는 분지형일 수 있다. 이는 바람직하게는 직쇄형이고, 2, 3, 4, 5, 6 또는 7개의 탄소 원자를 갖고, 따라서 바람직하게는 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 에톡시, 프로폭시, 부톡시, 펜톡시, 헥실옥시 또는 헵틸옥시를 나타내고, 또한 메틸, 옥틸, 노닐, 데실, 운데실, 도데실, 트라이데실, 테트라데실, 펜타데실, 메톡시, 옥틸옥시, 노닐옥시, 데실옥시, 운데실옥시, 도데실옥시, 트라이데실옥시 또는 테트라데실옥시를 나타낸다.

옥사알킬은 바람직하게는 직쇄형 2-옥사프로필(= 메톡시메틸), 2-옥사부틸(=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-옥사데실을 나타낸다.

라디칼 R⁰중 하나가, 하나의 CH₂ 기가 -CH=CH-로 대체된 알킬 라디칼을 나타내는 경우, 이는 직쇄형 또는 분지형일 수 있다. 이는 바람직하게는 직쇄형이고, 2 내지 1O개의 탄소 원자를 갖는다. 따라서, 이는 특히 바람직하게는 비닐, 프로프-1- 또는 -2-엔일, 부트-1-, -2- 또는 -3-엔일, 펜트-1-, -2-, -3- 또는 -4-엔일, 헥스-1-, -2-, -3-, -4- 또는 -5-엔일, 헵트-1-, -2-, -3-, -4-, -5- 또는 -6-엔일, 옥트-1-, -2-, -3-, -4-, -5-, -6- 또는 -7-엔일, 논-1-, -2-, -3-, -4-, -5-, -6-, -7- 또는 -8-엔일, 또는 데크-1-, -2-, -3-, -4-, -5-, -6-, -7-, -8- 또는 -9-엔일을 나타낸다.

라디칼 R⁰중 하나가, 하나의 CH₂ 기가 -O-에 의해 대체되고, 하나가 -CO-에 의해 대체된 알킬 라디칼을 나타내는 경우, 이들은 바람직하게는 인접한다. 따라서, 이들은 아실옥시 기 -CO-O- 또는 옥시카보닐 기 -O-CO-를 함유한다. 이들은 바람직하게는 직쇄형이고 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는다. 따라서, 이는 특히 아세톡시, 프로피오닐옥시, 부티릴옥시, 펜타노일옥시, 헥사노일옥시, 아세톡시메틸, 프로피오닐옥시메틸, 부티릴옥시메틸, 펜타노일옥시메틸, 2-아세톡시에틸, 2-프로피오닐옥시에틸, 2-부티릴옥시에틸, 3-아세톡시프로필, 3-프로피오닐옥시프로필, 4-아세톡시부틸, 메톡시카보닐, 에톡시카보닐, 프로폭시카보닐, 부톡시카보닐, 펜톡시카보닐, 메톡시카보닐메틸, 에톡시카보닐메틸, 프로폭시카보닐메틸, 부톡시카보닐메틸, 2-(메톡시카보닐)에틸, 2-(에톡시카보닐)에틸, 2-(프로폭시카보닐)에틸, 3-(메톡시카보닐)프로필, 3-(에톡시카보닐)프로필 또는 4-(메톡시카보닐)부틸을 나타낸다.

라디칼 R⁰중 하나가, 2개 이상의 CH₂ 기가 -O- 및/또는 -CO-O-에 의해 대체된 알킬 라디칼인 경우, 이는 직쇄형 또는 분지형일 수 있다. 바람직하게는 분지형이고 3 내지 12개의 탄소 원자를 갖는다. 따라서, 이는 특히 바람직하게는 특히 바람직하게는 비스카복시메틸, 2,2-비스카복시에틸, 3,3-비스카복시프로필, 4,4-비스카복시부틸, 5,5-비스카복시펜틸, 6,6-비스카복시헥실, 7,7-비스카복시헵틸, 8,8-비스카복시옥틸, 9,9-비스카복시노닐, 10,10-비스카복시데실, 비스(메톡시카본일)메틸, 2,2-비스(메톡시카본일)에틸, 3,3-비스(메톡시카본일)프로필, 4,4-비스(메톡시카본일)부틸, 5,5-비스(메톡시카본일)펜틸, 6,6-비스(메톡시카본일)헥실, 7,7-비스(메톡시카본일)헵틸, 8,8-비스(메톡시카본일)옥틸, 비스(에톡시카본일)메틸, 2,2-비스(에톡시카본일)에틸, 3,3-비스(에톡시카본일)프로필, 4,4-비스(에톡시카본일)부틸 또는 5,5-비스(에톡시카본일)펜틸이다.

라디칼 R⁰ 중 하나가, 하나의 CH₂ 기가 비치환되거나 치환된 -CH=CH-에 의해 대체되고, 인접한 CH₂ 기가 CO, CO-O 또는 O-CO에 의해 대체된 알킬 라디칼을 나타내는 경우, 이는 직쇄형 또는 분지형일 수 있다. 바람직하게는 직쇄형이고 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는다. 따라서, 이는 특히 아크릴로일옥시메틸, 2-아크릴로일옥시에틸, 3-아크릴로일옥시프로필, 4-아크릴로일옥시부틸, 5-아크릴로일옥시펜틸, 6-아크릴로일옥시헥실, 7-아크릴로일옥시헵틸, 8-아크릴로일옥시옥틸, 9-아크릴로일옥시노닐, 10-아크릴로일옥시데실, 메타크릴로일옥시메틸, 2-메타크릴로일옥시에틸, 3-메타크릴로일옥시프로필, 4-메타크릴로일옥시부틸, 5-메타크릴로일옥시펜틸, 6-메타크릴로일옥시헥실, 7-메타크릴로일옥시헵틸, 8-메타크릴로일옥시옥틸 또는 9-메타크릴로일옥시노닐을 나타낸다.

라디칼 R⁰중 하나가, CN 또는 CF₃에 의해 일치환된 알킬 또는 알켄일 라디칼을 나타내는 경우, 이 라디칼은 바람직하게는 직쇄형이다. CN 또는 CF₃에 의한 치환은 임의의 목적하는 위치에 있다.

라디칼 R⁰중 하나가, 할로겐에 의해 적어도 일치환된 알킬 또는 알켄일 라디칼을 나타내는 경우, 이 라디칼은 바람직하게는 직쇄형이고, 할로겐은 바람직하게는 F 또는 Cl이다. 다중치환인 경우, 할로겐은 바람직하게는 F이다. 또한, 생성된 라디칼은 퍼플루오르화된 라디칼을 포함한다. 일치환일 경우, 플루오르 또는 염소 치환기는 임의의 목적하는 위치에 있을 수 있지만, 바람직하게는 ω-위치에 있다.

분지된 측쇄 기 R⁰을 함유하는 화합물은 통상적인 액정 기재 물질에서 보다 우수한 용해도로 인하여 때로는 중요할 수도 있지만, 특히 이들이 광학적으로 활성인 경우 키랄 도판트로서 중요하다. 이러한 유형의 스메틱 화합물은 강유전체 물질의 성분으로서 적합하다.

이러한 유형의 분지형 기는 일반적으로 하나보다 많지 않은 쇄 분지를 함유한다. 바람직한 분지형 라디칼 R⁰은 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-메틸헵틸옥시가 있다.

또한, 본 발명은 전기광학적 목적을 위한 본 발명에 따른 액정 매질의 용도, 및 본 발명에 따른 액정 매질을 함유하는 전기광학적 디스플레이, 특히 STN 및 MLC 디스플레이에 관한 것으로서, 상기 전기광학적 디스플레이는 프레임(frame)과 함께, 셀을 형성하는 두 개의 평면-평행형 외부 플레이트, 상기 외부 플레이트 상에 개개의 화소를 스위칭하기 위한 집적된 비선형 소자, 및 셀 내에 위치하는 포지티브 유전 이방성 및 높은 비저항의 네마틱 액정 혼합물을 갖는다.

본 발명에 따른 액정 매질은 이용가능한 파라미터 범위를 상당히 넓힐 수 있다. 특히, 등명점, 낮은 온도에서의 점도, 열 및 UV 안정성, 광학 이방성 및 문턱 전압의 성취가능한 조합은 종래 기술로부터의 선행 물질보다 훨씬 뛰어나다.

본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는, -20℃ 이하까지, 바람직하게는 -30℃ 이하까지, 특히 -40℃ 이하까지 네마틱 상을 가지며, 70℃ 초과, 바람직하게는 75℃ 초과, 특히 80℃ 초과의 등명점을 갖는다. 이의 네마틱 상 범위는 바람직하게는 90℃ 이상, 특히 바람직하게는 100℃ 이상을 포함한다. 이 범위는 바람직하게는 적어도 -30℃ 내지 +80℃로 연장된다.

본 발명에 따른 액정 매질의 유전 이방성(Δε)은 바람직하게는 5 이상, 특히 바람직하게는 8 이상, 특히 10 이상이다.

TN 및 STN 디스플레이를 위한 본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는, 0.07 초과, 특히 바람직하게는 0.08 이상이며 바람직하게는 0.2 이하, 특히 바람직하게는 0.16 이하, 특히 0.085 내지 0.15의 복굴절율(Δn) 값을 갖는다. 반사 및 투과반사성 디스플레이를 위한 본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는, 0.08 이하, 특히 바람직하게는 0.07 이하, 특히 0.065 이하의 복굴절율 값을 갖는다.

본 발명에 따른 액정 매질의 TN 문턱 전압은 일반적으로는 1.7V, 바람직하게는 1.5V 미만이다.

20℃에서 본 발명에 따른 액정 매질의 회전 점도(γ¹)는 바람직하게는 150 mPas 미만, 특히 바람직하게는 100 mPas 미만이다.

본 발명에 따른 혼합물의 성분을 적합하게 선택함으로써, 다른 유리한 특성을 보유하면서, 보다 높은 등명점(예를 들어, 110℃ 초과)을 보다 낮은 유전 이방성 값에서 얻게 되고, 따라서 보다 낮은 등명점을 보다 높은 유전 이방성 값(예컨대 12 초과)에서 얻게 되고, 따라서 보다 낮은 문턱 전압(예컨대 1.5V 미만)을 얻게 될 수 있음은 당연하다. 단지 약간 상응하게 증가된 점도에서, 보다 높은 Δε 및 이에 따른 낮은 문턱 전압을 갖는 혼합물을 수득하는 것 또한 가능하다.

전기용량(capacity) 보전율로도 공지된 전압 보전율(VHR)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)]; [T. Jacob and U. Finkenzeller in "Merck Liquid Crystals - Physical Properties of Liquid Crystals", 1997])에 의해, 화학식 I의 화합물 및 UV 안정화제, 특히 화학식 II의 화합물을 포함하는 본 발명에 따른 액정 매질이 MLC 디스플레이에서 적합한 VHR을 가지는 것으로 나타났다.

특히, 본 발명의 화학식 I의 화합물 대신 예컨대 화학식

의 시아노페닐사이클로헥산 또는 화학식

의 에스터와 같은 시아노 기 또는 4-시아노페닐 기를 함유하는 화합물을 포함하는 유사한 매질보다 화학식 I의 화합물을 포함하는 본 발명에 따른 액정 매질이 온도 증가와 함께 VHR이 상당히 더 작게 감소됨을 보여준다.

본 발명에 따른 액정 매질의 UV 안정성은 또한 상당히 양호하다. 즉, 이들은 UV에 노출시 상당히 적은 VHR 감소를 나타낸다.

100℃/5분으로 가열 후 본 발명에 따른 액정 매질의 전압 보전율(VHR)은 바람직하게는 90%보다 크고, 특히 바람직하게는 94%보다 크고, 매우 특히 바람직하게는 96%보다 크고, 특히 98%보다 크다.

달리 언급되지 않는 한 VHR 값은 문헌[T. Jacob and U. Finkenzeller in "Merck Liquid Crystals - Physical Properties of Liquid Crystals", 1997]의 측정 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는, 25 중량% 미만, 특히 바람직하게는 15 중량% 미만, 특히 5 중량% 미만의, 하나 이상의 시아노 기를 함유하는 화합물, 특히 이런 유형의 메조겐성 또는 액정 화합물을 포함한다. 매우 특히 바람직한 것은 하나 이상의 시아노 기를 함유하는 화합물을 포함하지 않는 액정 매질이다.

본 발명에 따른 투과성 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]), 이때 예컨대 특성 선의 높은 경사도 및 콘트라스트의 낮은 각 의존성(독일 특허 제 30 22 818 호)과 같은 특히 유리한 전기광학적 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 비저항 값을 가능케 한다.

본 발명에 따른 반사 또는 투과반사성 MLC 디스플레이는, 생성물 d·Δn의 값, 액정의 비틀린 각(twist angle)(Φ), 기판 마찰 방향과 편광기 투과 방향에 대한 지연 필름의 패스트(fast) 축의 방향으로 이루어진, 콘트라스트 비 및 광학적 분산에 대해 최적화된 파라미터 범위에서 작동한다. 반사성 MLC의 요건은 예컨대 문헌[Digest of Technical Papers, SID Symposium 1998]에 기재되어 있다. 당해 업계의 숙련가는 단순한 일상적인 방법을 이용하여 개별 성분들 및 이들의 중량 기준 비율을 적합하게 선택하여 MLC 디스플레이의 사전-특정된 층 두께에 필수적인 복굴절율을 설정할 수 있다.

바람직한 실시양태는 하기와 같다:

- 상기 매질은 1 내지 4, 특히 1, 2 또는 3종의 화학식 I의 화합물을 포함한다.

- 상기 매질은 하나 이상의 화학식 I1a의 화합물을 포함한다.

- 전체 혼합물 중의 화학식 I 화합물의 비율은 2 내지 30 중량%, 특히 바람직하게는 3 내지 25 중량%, 특히 4 내지 20 중량%의 범위 내에 있다.

-

는 바람직하게는

- R⁰은 직쇄형의 탄소수 1 내지 8의 알킬 또는 탄소수 2 내지 7의 알켄일이다.

- 상기 매질은 화학식 III, IV, V, VI, VII 및/또는 VIII의 화합물을 포함한다.

- 상기 매질은 화학식 I 내지 VIII 및 XXI 내지 XXIII의 화합물로 본질적으로 이루어진다.

- 전체 혼합물 중의 화학식 I 내지 VIII의 화합물의 총 비율이 50 중량% 이상이다.

- 상기 매질은 화학식 I 내지 XXV로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물로 본질적으로 이루어진다.

화학식 I 내지 XXV의 화합물은 무색이고, 안정하며, 서로 그리고 다른 액정 물질과 용이하게 혼화가능하다.

본 발명에 따른 매질에서 사용될 수 있는 화학식 I 내지 XXV 및 이들의 하위-화학식의 개별 화합물은 공지되어 있거나, 공지의 화합물과 유사하게 제조될 수 있다.

용어 "알킬" 또는 "알킬^*"은 1 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 직쇄형 및 분지형 알킬 기, 특히 직쇄형 기 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실 및 헵틸을 포함한다. 그러나, 2 내지 5개의 탄소 원자를 갖는 기가 특히 바람직하다.

용어 "알켄일" 또는 "알켄일^*"은 2 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 직쇄형 및 분지형 알켄일 기, 바람직하게는 직쇄형 기를 포함한다. 특히 바람직한 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-부텐일, 1E-펜텐일, 1E-헥센일, 1E-헵텐일, 3-부텐일, 3E-펜텐일, 3E-헥센일, 3E-헵텐일, 4-펜텐일, 4Z-헥센일, 4E-헥센일, 4Z-헵텐일, 5-헥센일 및 6-헵텐일이다. 그러나, 특히 5개 이하의 탄소 원자를 갖는 기가 바람직하다.

용어 "플루오로알킬"은 바람직하게는 말단 플루오르를 갖는 직쇄형 기, 즉, 플루오로메틸, 2-플루오로에틸, 3-플루오로프로필, 4-플루오로부틸, 5-플루오로펜틸, 6-플루오로헥실 및 7-플루오로헵틸을 포함한다. 그러나, 불소의 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 m은 1 내지 6이다.

전술 및 후술되는 화학식들 중 하나에서 라디칼 "(F)"는 F 또는 H이다.

는

를 나타내고, 여기서

X⁰은 화학식 I에서 주어진 의미들 중 하나를 갖고,

X⁰은 바람직하게는 F 또는 OCF₃이다.

R⁰ 및 X⁰의 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 및 2E-알켄일옥시 라디칼은 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 및 3-알켄일 라디칼은 일반적으로 알킬 및 알콕시 라디칼에 비해 보다 낮은 문턱 전압 및 보다 작은 k₃₃/k₁₁의 값을 제공한다.

-CH₂-CH₂- 기는 일반적으로 단일 공유 결합을 갖는 것과 비교하여 보다 높은 값의 k₃₃/k₁₁을 생성한다. 보다 높은 값의 k₃₃/k₁₁은, 예를 들면 90°비틀린 TN 셀에서 평평한 투과 특성 선(그레이 색조를 달성하기 위해), 및 STN, SBE 및 OMI 셀에서 보다 경사진 투과 특성 선(보다 큰 복합성)을 촉진하며, 그 반대도 성립한다.

화학식 I 내지 XXV의 화합물의 최적 혼합 비율은 실질적으로 목적하는 비율, 개별적인 이들 화학식들의 화합물의 선택, 및 존재할 수 있는 임의의 다른 성분의 선택에 좌우된다. 상기 주어진 범위 내에서, 적합한 혼합 비율은 경우마다 용이하게 결정될 수 있다.

본 발명에 따른 혼합물 중 화학식 I 내지 XXV의 화합물의 총량은 중요하지 않다. 따라서, 혼합물은 다양한 특성을 최적화하기 위한 목적을 위해 하나 이상의 추가의 성분을 포함할 수 있다. 그러나, 어드레싱 시간 및 문턱 전압에 대해 관찰가능한 효과는 일반적으로 화학식 I 내지 XXV의 화합물의 총 농도가 높아질 수록 더욱 커진다.

특히 하나 이상의 화학식 III, IV, V, VI, VII 및/또는 VIII의 화합물과 함께, 통상의 액정 물질과 혼합된 화학식 I 및 II의 화합물은 비교적 적은 비율일지라도 문턱 전압의 상당한 저하를 달성하고, 낮은 복굴절율 값, 낮은 스멕틱-네마틱 전이 온도를 갖는 넓은 네마틱 상과 함께 개선된 수명을 가짐이 밝혀졌다.

특히 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 매질은 X⁰이 F, OCF₃, OCHF₂, OCH=CF_2, OCF=CF₂ 또는 OCF₂-CF₂H인 화학식 II 내지 XVIII(바람직하게는, 화학식 II, III 및/또는 IV)의 화합물을 포함한다. 화학식 I의 화합물과의 유리한 상승 효과로 인해 특히 유리한 특성이 생긴다.

편광판, 전극 기재 플레이트 및 표면-처리된 전극으로 구성된 본 발명에 따른 STN 및 MLC 디스플레이의 구조는 이러한 유형의 디스플레이를 위한 통상적인 구조에 상응한다. 용어 "통상적인 구조(conventional construction)"은 본원에서 광범위하게 사용되고, 이는 또한 MLC 디스플레이, 특히 폴리-Si TFT 또는 MIM을 기재로 하는 매트릭스 디스플레이 소자, 매우 바람직하게는 투과반사 및 반사성 디스플레이를 비롯한 모든 유도체 및 변형을 포괄한다.

그러나, 본 발명에 따른 디스플레이와 비틀린 네마틱 셀을 기재로 한 지금까지의 통상적인 디스플레이 간의 중요한 차이점은 액정 층의 액정 파라미터의 선택에 있다.

본 발명에 따라 사용될 수 있는 액정 혼합물은 통상적인 방식 그 자체로 제조된다. 일반적으로, 보다 적은 양으로 사용되는 성분들의 목적하는 양은, 유리하게는 승온에서 기본 구성물을 구성하는 성분 중에 용해된다. 또한, 유기 용매, 예컨대 아세톤, 클로로포름 또는 메탄올 중에서 성분의 용액들을 혼합하고 철저하게 혼합한 후 예컨대 증류에 의해 용매를 다시 제거하는 것이 가능하다. 또한, 다른 통상적인 방식으로, 예컨대 프리믹스 예를 들면 균질 혼합물을 사용하여 또는 소위 "멀티보틀(multibottle)" 시스템을 사용하여 혼합물을 제조할 수 있다.

중합가능한 화합물은 액정 매질에 개별적으로 첨가될 수 있지만, 또한 2종 이상의 중합가능한 화합물들을 포함하는 혼합물을 사용할 수도 있다. 중합가능한 화합물은 전압 인가에 의해 LC 디스플레이의 기판들 사이의 LC 매질 내에서의 동일 반응계 내 중합에 의해 중합 또는 가교결합된다(화합물이 2개 이상의 중합가능한 기들을 함유하는 경우). 적합하고 바람직한 중합 방법은, 예컨대 열 또는 광중합, 바람직하게는 광중합, 특히 UV 광중합이다. 필요한 경우, 또한 하나 이상의 개시제가 여기에 첨가될 수 있다. 중합에 적합한 조건, 개시제의 적합한 유형 및 양은 당해 분야의 숙련가에게 공지되어 있고, 문헌에 기재되어 있다.

유리-라디칼 중합에는 예컨대 상업적으로 입수가능한 어가큐어651(등록상표), 어가큐어184(등록상표), 어가큐어907(등록상표), 어가큐어369(등록상표) 또는 다로큐어1173(등록상표)(시바 홀딩)이 적합하다. 개시제가 사용되는 경우, 전체 혼합물 중의 그의 비율은 바람직하게는 0.001 내지 5 중량%, 특히 바람직하게는 0.001 내지 1 중량%이다. 그러나, 중합은 개시제의 첨가 없이 일어날 수도 있다. 추가의 바람직한 실시양태에서, LC 매질은 중합 개시제를 포함하지 않는다.

LC 매질에서의 중합가능한 성분(= RM의 총량)은 예컨대 저장 또는 수송 동안 바람직하지 않은 RM의 자발적 중합을 방지하기 위해 하나 이상의 안정화제를 또한 포함할 수도 있다. 안정화제의 적합한 유형 및 양은 당해 업계의 숙련가에게 공지되어 있고, 문헌에 기재되어 있다. 예컨대 상업적으로 입수가능한 어가녹스(등록상표) 계열(시바 홀딩) 안정화제가 특히 적합하다. 안정화제가 사용되는 경우, 그의 비율은 RM 또는 중합가능한 성분 A의 총량을 기준으로 바람직하게는 10 내지 5000 ppm, 특히 바람직하게는 50 내지 500 ppm이다.

유전체는 당해 업계의 숙련가에게 공지되어 있으며 문헌에 기재되어 있는 추가의 첨가제를 또한 포함할 수도 있다. 예컨대, 0 내지 15%, 바람직하게는 0 내지 10%의 다색성 염료 및/또는 키랄 도판트, 또는 UV 안정화제(예컨대 표 D에 열거된 것들)가 첨가될 수 있다. 시바 홀딩의 UV 안정화제 티누빈 770이 특히 바람직하다. 첨가되는 개별 화합물은 0.01 내지 6%, 바람직하게는 0.1 내지 3%의 농도로 사용된다. 그러나, 액정 혼합물의 다른 성분들, 즉 액정 또는 메조겐성 화합물의 농도 데이터는 이들 첨가제의 농도를 고려함이 없이 제공된다.

따라서, 본 발명은 2개 이상의 기판으로 이루어진 LC 셀을 함유하는 PS(중합체 안정화(polymer stabilised)) 또는 PSA(중합체 지지된 정렬(polymer sustained alignment)) 유형의 액정(LC) 디스플레이에 관한 것으로서, 하나 이상의 기판이 광 투명성을 가지며 하나 이상의 기판이 전극층, 및 상기 기판들 사이에 위치된, 중합된 성분 및 저분자량 성분을 포함하는 LC 매질 층을 갖고, 이때 상기 중합된 성분은, LC 매질 내의 LC 셀의 기판들 사이의 하나 이상의 중합가능한 화합물을 전압 인가에 의해 중합함으로써 수득가능하다.

본원 및 하기 실시예에서, 액정 화합물의 구조를 약어로서 나타내었고, 화학식으로의 변환은 하기 표 A 및 B에 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 각각 서로 독립적으로 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10의 정수이다. 표 B의 코드는 자명하다. 표 A에서, 단지 모구조의 약자만이 제시되어 있다. 개별적인 경우, 모구조의 약자 뒤에서 대쉬(dash)로 분리되고, 치환기 R¹ ^*, R² ^*, L¹ ^*및 L² ^*의 코드가 뒤따른다.

성분 (B)의 바람직한 혼합물은 하나 이상의 화학식 I의 화합물 및 하기 표 A 및 B에 열거된 화합물들로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 함유한다.

[표 A]

[표 B]

화학식 I의 화합물 외에, 표 A 또는 B로부터 적어도 1, 2, 3, 또는 4개 이상의 화합물을 포함하는 액정 혼합물이 특히 바람직하다.

하기 표 C는 일반적으로 본 발명에 따른 혼합물에 첨가되는 사용가능한 도판트를 나타낸다. 상기 혼합물은 바람직하게는 0 내지 10 중량%, 특히 0.01 내지 5 중량% 및 특히 바람직하게는 0.01 내지 3 중량%의 도판트를 포함한다.

[표 C]

예컨대 본 발명에 따른 혼합물에 0 내지 10 중량%의 양으로 첨가될 수 있는 안정화제가 후술된다.

[표 D]

하기 혼합물 실시예들은 본 발명을 비-제한적으로 설명하기 위한 것이다.

상기 및 하기에서, % 데이터는 중량%를 나타낸다. 모든 온도는 ℃로 주어진다. m.p.는 융점을 나타내고, cl.p.는 등명점(clearing point)을 나타낸다. 또한, C는 결정질 상태이고, S는 스메틱 상이고, N은 네마틱 상이고, Ch는 콜레스테릭 상이고, I는 등방성 상이다. 상기 기호 사이의 데이터는 전이 온도를 나타낸다.

또한, 하기의 약어가 사용된다:

Δn: 589 nm 및 20℃에서의 광학 이방성,

n_θ: 589 nm 및 20℃에서의 특수(extraordinary) 굴절율,

Δε: 20℃에서의 유전 이방성,

ε_∥: 종 분자축에 평행한 유전 상수,

γ₁: 달리 언급되지 않는 한, 20℃에서의 회전 점도(mPa·s),

V₁₀: 문턱 전압(V) = 10% 상대 콘트라스트에서의 특징 전압,

V₉₀: 90%의 상대 콘트라스트에서의 특징 전압(V),

VHR: 전압 보전율(%),

SR: 실온에서 UV에 X 시간 노출 후 비저항(Ω·cm),

cl.p.: 등명점.

SR은 문헌[G. Weber et al., Liquid Crystals 5, 1381 (1989)]에 기재된 바와 같이 측정된다.

VHR은 문헌[T. Jacob and U. Finkenzeller in "Merck Liquid Crystals - Physical Properties of Liquid Crystals", 1997]에 기재된 바와 같이 측정된다.

용도 실시예

실시예 M1

상기 주어진 혼합물에 하기 구조의 중합체 0.2 중량%를 첨가하였다:

비교 실시예 CE1

E1: 실시예 M1: 0.2% RM을 갖는 혼합물(가공됨)

E2: 실시예 M1: RM을 갖지 않는 혼합물

실시예 M2

상기 주어진 혼합물에 하기 구조의 중합체 0.4 중량%를 첨가하였다:

이 LC 혼합물의 전기광학적 성질 및 반응 시간은 실시예 M1에서 제공된 것과 유사하다.

실시예 M3

상기 주어진 혼합물에, 하기 구조의 중합가능한 화합물 0.4 중량% 및 0.002%의 개시제, 예컨대 광개시제 어가큐어 651을 첨가하였다:

실시예 M4

Claims

하나 이상의 중합가능한 화합물을 함유하는 중합가능한 성분 (A), 및
하나 이상의 하기 화학식 I의 화합물을 함유하는 액정 성분 (B)
을 함유하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:
[화학식 I]

상기 식에서,
R⁰은 비치환되거나 CN 또는 CF₃에 의해 일치환되거나 할로겐에 의해 적어도 일치환되는 탄소수 1 내지 15의 알킬 또는 알켄일 라디칼이고, 이때 상기 라디칼들 내의 하나 이상의 CH₂ 기는, O 원자들이 서로 직접 결합되지 않는 방식으로, -O-, -S-,
, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -O-CO-O-, -CH=CH- 또는 -C≡C-에 의해 치환될 수 있으며,

는 각각 독립적으로

Y¹ 및 Y²는 각각 서로 독립적으로 H 또는 F이고,
Z¹은 -CF₂O-, -OCF₂- 또는 -COO-이고,
Z²는 -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO-, -S-CO-, -CO-S-, -OCH₂-, -CH₂O-, -SCH₂-, -CH₂S-, -CF₂O-, -OCF₂-, -CF₂S-, -SCF₂-, -CH₂CH₂-, -CF₂CH₂-, -CH₂CF₂-, -CF₂CF₂-, -CH=CH-, -CF=CH-, -CH=CF-, -CF=CF-, -C≡C- 또는 단일 결합이고,
X⁰은 F, Cl, 탄소수 6 이하의 할로겐화된 알킬, 할로겐화된 알켄일, 할로겐화된 알콕시, 할로겐화된 알켄일옥시이고,
r은 0, 1, 2 또는 3이다.
제 1 항에 있어서,
상기 액정 성분 (B)이 하기 화학식 I1 내지 I5로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질:

상기 식에서,
X⁰, Y¹ 및 Y², Z¹, Z², R⁰ 및 r은 제 1 항에 주어진 의미를 갖는다.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 중합가능한 성분 (A)이 하기 화학식 I^*1 내지 I^*20의 화합물들의 군으로부터 선택된 하나 이상의 중합가능한 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질:

상기 식에서,
R¹은 제 1 항의 화학식 I에서 R⁰에 대해 기재된 의미들 중 하나를 갖고,
P¹ 및 P²는 P에 대해 기재된 의미들 중 하나를 갖고,
P는 중합가능한 기를 나타내고,
Sp¹ 및 Sp²는 Sp에 대해 기재된 의미들 중 하나를 갖거나, 또는 단일 결합을 나타내고,
Sp는 스페이서(spacer) 기를 나타내고,
Z² 및 Z³은 각각 서로 독립적으로 -COO- 또는 -OCO-를 나타내고,
L은 P-Sp-, F, Cl, Br, I, -CN, -NO₂, -NCO, -NCS, -OCN, -SCN, -C(=O)N(R^x)₂, -C(=O)Y¹, -C(=O)R^x, -N(R^x)₂, 임의적으로 치환된 실릴, 임의적으로 치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴, 또는 탄소수 1 내지 25의 직쇄형 또는 분지형 알킬, 알콕시, 알킬카보닐, 알콕시카보닐, 알킬카보닐옥시 또는 알콕시카보닐옥시를 나타내고, 이때 하나 이상의 H 원자는 F, Cl 또는 P-Sp-로 대체될 수 있고,
L' 및 L"은 각각 서로 독립적으로 H, F 또는 Cl을 나타내고,
r은 0, 1, 2, 3 또는 4를 나타내고,
s는 0, 1, 2 또는 3을 나타내고,
t는 0, 1 또는 2를 나타내고,
x는 0 또는 1을 나타내고,
R^x는 H 또는 CH₃를 나타낸다.
제 3 항에 있어서,
상기 중합가능한 성분 (A)이 하기 RM1 내지 RM12 기로부터 선택된 하나 이상의 중합가능한 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질:

.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액정 성분 (B)이 하기 화학식 III 내지 VIII의 화합물들로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질:

상기 식에서,
r, X⁰ 및 R⁰은 제 1 항에 정의된 바와 같고,
Z⁰은 -C₂F₄-, -CF=CF, -CH=CF, -CF=CH-, -C₂H₄-, -(CH₂)₄-, -OCH₂- 또는 -CH₂O-이고,
Z³은 -C₂F₄-, -CF=CF-, -CH=CF-, -CF=CH-, -C₂H₄-, -(CH₂)₄-, -OCH₂- 또는 -CH₂O-이고,
Y^1-4는 각각 독립적으로 H 또는 F이다.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
전체 혼합물 중의 화학식 I 화합물의 비율이 전체 혼합물을 기준으로 2 내지 30 중량% 범위인 것을 특징으로 하는, 액정 매질.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액정 매질이 액정 혼합물을 기준으로 5 중량% 미만의 중합가능한 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질.
전기광학적 목적을 위한, 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질의 용도.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질을 함유하는 전기광학적 액정 디스플레이.
제 9 항에 있어서,
상기 전기광학적 액정 디스플레이가 TN, TN-TFT, FFS 또는 IPS 디스플레이인 것을 특징으로 하는, 전기광학적 액정 디스플레이.