KR20130073911A

KR20130073911A - 액정 매질

Info

Publication number: KR20130073911A
Application number: KR1020127031598A
Authority: KR
Inventors: 하랄트 히르슈만; 폴커 라이펜라쓰
Original assignee: 메르크 파텐트 게엠베하
Priority date: 2010-05-04
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2013-07-03
Also published as: EP2566933A1; EP2566933B1; DE102011016189A1; TW201213515A; WO2011137956A1; KR101800478B1; TWI564373B

Abstract

본 발명은 하기 화학식 I의 화합물 하나 이상을 포함하는 액정 매질, 및 전기-광학 액정 디스플레이에서의 그의 용도에 관한 것이다:

상기 식에서, A¹, Z¹, L¹, L², L³, L⁴, Q 및 m은 청구항 제 1 항에 제시된 의미를 갖는다.

Description

액정 매질{LIQUID-CRYSTALLINE MEDIUM}

본 발명은 액정 매질(LC 매질), 전기-광학 목적을 위한 그의 용도, 및 상기 매질을 함유하는 LC 디스플레이에 관한 것이다.

액정은 인가된 전압에 의해 광학 특성이 개질될 수 있기 때문에, 주로 디스플레이 디바이스에서 유전체로서 사용된다. 액정을 기제로 한 전기-광학 디바이스는 당 분야의 숙련가에게 매우 널리 공지되어 있고, 다양한 효과에 근거할 수 있다. 이러한 디바이스의 예는 동적 산란을 갖는 셀, DAP(정렬된 상의 변형) 셀, 게스트/호스트 셀, "트위스트형 네마틱" 구조를 갖는 TN 셀, STN("수퍼트위스트형 네마틱") 셀, SBE("초-복굴절 효과") 셀 및 OMI("광학 모드 간섭") 셀이다. 가장 통상적인 디스플레이 디바이스는 샤트-헬프리히(Schadt-Helfrich) 효과에 근거하고, 트위스트형 네마틱 구조를 갖는다. 또한, 기판 및 액정 평면에 평행한 전기장에 의해 작동하는 셀, 예컨대 IPS("평면 내 스위칭") 셀이 있다. 특히, TN, STN, FFS(프린지 필드(fringe field) 스위칭) 및 IPS 셀은 본 발명에 따른 매질에 대한 현재 상업적으로 주목을 받는 적용 영역이다.

액정 물질은 우수한 화학 안정성, 열 안정성, 및 전기장 및 전자기 복사선에 대한 우수한 안정성을 가져야 한다. 또한, 액정 물질은 저 점도를 가져야 하고, 셀에서의 짧은 어드레싱 시간, 낮은 문턱 전압 및 높은 콘트라스트를 생성시켜야 한다.

또한, 이들은 일반적인 작동 온도, 즉 실온 전후의 가능한 가장 넓은 범위에서, 전술한 셀에 대한 적합한 메조상, 예컨대 네마틱 또는 콜레스테릭 메조상을 가져야 한다. 일반적으로, 액정은 다수의 성분들의 혼합물로서 사용되기 때문에, 이들 성분이 서로 용이하게 혼화성인 것이 중요하다. 추가의 특성, 예컨대 전기 전도성, 유전 이방성 및 광학 이방성은 셀 유형 및 적용 분야에 따라 다양한 요건을 충족시켜야 한다. 예를 들어, 트위스트형 네마틱 구조를 갖는 셀을 위한 물질은 양의 유전 이방성 및 낮은 전기 전도성을 가져야 한다.

예를 들어, 개개의 화소를 스위칭하기 위한 집적된 비선형 소자(element)를 갖는 매트릭스 액정 디스플레이(MLC 디스플레이)의 경우, 큰 양의 유전 이방성, 넓은 네마틱 상, 비교적 낮은 복굴절률, 매우 높은 비저항, 우수한 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 능동 소자(즉, 트랜지스터)이다. 따라서, "능동 매트릭스"라는 용어를 사용하며, 이는 하기 두 가지 유형으로 구분될 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 사용하는 것은 디스플레이의 크기를 제한하며, 그 이유는, 다양한 부품-디스플레이의 모듈 어셈블리(modular assembly)가 접합부에서 문제를 일으키기 때문이다.

더욱 유망한 유형 2(바람직함)의 경우, 사용되는 전기-광학 효과는 일반적으로 TN 효과이다. 두 가지 기술(즉, 반도체 화합물(예컨대, CdSe)을 포함하는 TFT, 또는 다결정 또는 비정질 규소를 기제로 한 TFT) 간에는 차이가 있다. 전 세계적으로는 후자의 기술에 대해 많은 연구가 수행되고 있다.

TFT 매트릭스는 디스플레이의 1개의 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. 이러한 기술은 또한, 필터 소자가 각각 스위칭될 수 있는 양쪽 반대편 화소가 되는 방식으로 적색, 녹색 및 청색 필터의 모자이크가 배열되어 있는 풀칼라 구현(fully colour-capable) 디스플레이로 확장될 수 있다.

TFT 디스플레이는 일반적으로, 투과시 교차된 편광기를 갖는 TN 셀로서 작동하고, 후면 조명식(backlit)이다.

"MLC 디스플레이"라는 용어는, 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.

이러한 유형의 MLC 디스플레이는 TV 제품(예컨대, 휴대형 TV), 또는 컴퓨터 제품(랩탑 컴퓨터) 및 자동차 또는 항공기 구조에서의 고 정보 디스플레이에 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 Displays, p. 145 ff, Paris]을 참조한다. 저항이 감소하면서, MLC 디스플레이의 콘트라스트는 저하되고, 잔상 제거 문제가 발생할 수 있다. 일반적으로 액정 혼합물의 비저항은 디스플레이의 내부 표면과의 상호작용으로 인해 MLC 디스플레이의 수명을 감소시키기 때문에, 허용될 수 있는 사용 수명을 획득하기 위해서 높은 (초기) 저항이 매우 중요하다. 특히, 저-전압 혼합물의 경우, 지금까지는 매우 높은 비저항 값을 얻는 것이 불가능하였다. 또한, 온도가 증가됨에 따라 그리고 가열 및/또는 UV 노출된 후, 비저항은 가능한 한 최소 증가치를 나타내는 것이 중요하다. 또한, 종래 기술의 혼합물은 저온 특성이 특히 불리하다. 결정화 및/또는 스메틱 상이 심지어 저온에서도 생기지 않아야 하고, 점도의 온도 의존성은 가능한 한 낮아야 함이 요구된다. 따라서, 종래 기술의 MLC 디스플레이는 오늘날의 요건을 충족시키지 못한다.

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 주위 광을 사용한다. 따라서, 이들은 동등한 크기 및 해상도를 갖는 후면 발광식 액정 디스플레이보다 상당히 적은 에너지를 소비한다. TN 효과는 매우 우수한 콘트라스트의 특징을 갖기 때문에, 이런 유형의 반사성 디스플레이는 밝은 주위 조건에서조차도 우수하게 판독될 수 있다. 이는 이미, 예컨대 손목시계 및 휴대용 계산기에서 사용되는 단순한 반사성 TN 디스플레이에서 알려져 있다. 그러나, 상기 원리는 또한, 고 품질의 보다 높은 해상도를 갖는 능동 매트릭스-어드레싱된 디스플레이(예컨대, TFT 디스플레이)에 적용될 수도 있다. 여기서, 일반적으로 통상적인 투과성 TFT-TN 디스플레이에서와 같이, 낮은 광학 지연성(d·Δn)을 달성하기 위해서는 낮은 복굴절률(Δn)의 액정 디스플레이의 사용이 필요하다. 이러한 낮은 광학 지연성은 일반적으로, 허용가능하게 낮은 콘트라스트의 시야각 의존성을 제공한다(DE 30 22 818 호 참조). 반사성 디스플레이에서, 낮은 복굴절률의 액정의 사용은 투과성 디스플레이에서보다 훨씬 더 중요한데, 이는, 동일한 층 두께를 갖는 투과성 디스플레이에서보다 반사성 디스플레이에서 광이 통과하는 유효 층 두께가 약 두 배 정도로 크기 때문이다.

TV 및 비디오 제품의 경우, 거의 현실적인 품질로 멀티미디어 콘텐트, 예컨대 필름 및 비디오 게임을 재생할 수 있도록 신속한 응답 시간을 갖는 디스플레이가 요구된다. 특히, 낮은 점도(특히, 회전 점도 γ₁) 값 및 높은 광학 이방성(Δn)을 갖는 액정 매질이 사용되는 경우 이런 짧은 응답 시간이 달성될 수 있다.

셔터 안경(shutter spectacles)에 의해 3D 효과를 달성하기 위해서는, 특히, 낮은 회전 점도 및 상응하는 높은 광학 이방성(Δn)을 갖는 신속한 스위칭 혼합물을 사용한다. 높은 광학 이방성(Δn)을 갖는 혼합물을 사용하여, 디스플레이의 2차원 표현(representation)을 3차원 자동 입체(autostereoscopic) 표현으로 전환시킬 수 있는 전기-광학 렌즈 시스템이 달성될 수 있다.

따라서, 상기 단점들을 나타내지 않거나 또는 단지 적은 정도로만 나타내는, 매우 높은 비저항을 갖는 동시에 넓은 작동-온도 범위, 심지어 저온에서의 짧은 응답 시간 및 낮은 문턱 전압을 갖는 MLC 디스플레이에 대한 많은 요구가 계속되고 있다.

TN(샤트-헬프리히) 셀에서, 하기 장점을 가능하게 하는 매질이 바람직하다:

- 확장된 네마틱 상 범위(특히, 저온까지);

- 극히 낮은 온도에서의 스위칭 능력(야외 용도, 자동차, 항공 전자 공학);

- UV 복사선에 대한 증가된 내성(보다 긴 수명);

- 낮은 문턱 전압.

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

수퍼트위스트형(STN) 셀의 경우, 보다 많은 다기능성(multiplexability) 및/또는 보다 낮은 문턱 전압 및/또는 보다 넓은 네마틱 상 범위(특히, 저온에서)를 가능하게 하는 매질이 바람직하다. 이를 위해, 이용가능한 파라미터 범위(등명점, 스메틱-네마틱 전이 또는 융점, 점도, 유전 파라미터, 탄성 파라미터)를 더욱 넓히는 것이 매우 바람직하다.

특히 TV 및 비디오 제품(예컨대, LCD TV, 모니터, PDA, 노트북, 게임 콘솔)용 LC 디스플레이의 경우, 응답 시간의 상당한 감소가 바람직하다. LC 셀 내의 LC 매질의 층 두께(d)("셀 갭")의 감소는 이론적으로 보다 신속한 응답 시간을 생성하지만, 적합한 광학 지연(d·Δn)을 보장하기 위해서는 보다 높은 복굴절률(Δn)을 갖는 LC 매질이 요구된다. 그러나, 종래 기술에서 공지된 높은 복굴절률의 LC 물질은 일반적으로 높은 회전 점도를 동시에 가지며, 이는 응답 시간에 악영향을 미친다. 그러므로, 신속한 응답 시간, 낮은 회전 점도 및 높은 복굴절률을 동시에 갖는 LC 매질이 요구된다.

본 발명은 매질, 특히 전술된 바람직한 특성을 가지며 전술된 단점을 나타내지 않거나 매우 적은 정도로만 나타내는 유형의 MLC, TN, STN, OCB, HT-VA, FFS 또는 IPS 디스플레이용 매질을 제공하는 목적에 기초한다. 특히, 상기 LC 매질은 높은 복굴절률과 동시에 신속한 응답 시간 및 낮은 회전 점도를 가져야 한다. 또한, 상기 LC 매질은 높은 등명점, 높은 유전 이방성 및 낮은 문턱 전압을 가져야 한다.

이제, 이러한 목적은, 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 포함하는 LC 매질이 사용되는 경우에 달성될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 화학식 I의 화합물은 전술된 바람직한 특성을 갖는 혼합물, 특히 매우 신속한 응답 시간 및 매우 우수한 γ₁/(Δε·V₁₀ ²) 비를 갖는 LC 혼합물을 제공한다. γ₁/(Δε·V₁₀ ²) 비는 디스플레이의 스위치-오프 시간에 비례하며, 바람직하게는 3 내지 5의 값, 바람직하게는 2 내지 3 범위의 값을 가져야 한다.

본 발명은 하나 이상의 하기 화학식 I의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질에 관한 것이다:

상기 식에서,

R⁰은 탄소수 1 내지 15의 알킬 또는 알콕시 라디칼을 나타내며, 이때 또한, 이들 라디칼 중의 하나 이상의 CH₂ 기는, 각각 서로 독립적으로, O 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -C≡C-, -CF₂O-, -CH=CH-,

, -O-, -CO-O- 또는 -O-CO-로 대체될 수 있고, 또한 하나 이상의 H 원자는 할로겐으로 대체될 수 있고,

A¹은,

(a) 1개 또는 2개의 CH₂ 기가 -O- 또는 -S-로 대체될 수 있는 1,4-사이클로헥실렌 라디칼 또는 1,4-사이클로헥센일렌 라디칼,

(b) 1개 또는 2개의 CH 기가 N으로 대체될 수 있는 1,4-페닐렌 라디칼, 또는

(c) 피페리딘-1,4-다이일, 1,4-바이사이클로[2.2.2]-옥틸렌, 나프탈렌-2,6-다이일, 데카하이드로나프탈렌-2,6-다이일, 1,2,3,4-테트라하이드로나프탈렌-2,6-다이일, 펜안트렌-2,7-다이일, 및 플루오렌-2,7-다이일로 이루어진 군으로부터 선택되는 라디칼

을 나타내고, 이때 상기 라디칼 (a), (b) 및 (c)는 할로겐 원자로 일치환 또는 다중치환될 수 있고,

Z¹은 단일 결합, -CH₂CH₂-, -CH=CH-, -CH₂O-, -OCH₂-, -C≡C-, -CH₂CF₂-, -CHFCHF-, -CF₂CH₂-, -CH₂CHF-, -CHFCH₂-, -C₂F₄-, -COO-, -OCO-, -CF₂O-, -OCF₂- 또는 -O-를 나타내고,

m은 0, 1 또는 2를 나타내고,

Q는 -CH=CH- 또는 -C≡C-를 나타내고,

L¹, L², L³ 및 L⁴는, 각각 서로 독립적으로, H 또는 F를 나타낸다.

놀랍게도, 화학식 I의 화합물을 포함하는 LC 매질은 매우 우수한 회전 점도 γ₁ 및 등명점의 비, 높은 광학 이방성(Δε) 및 높은 복굴절률(Δn) 값, 뿐만 아니라 신속한 응답 시간, 낮은 문턱 전압, 높은 등명점, 높은 양의 유전 이방성 및 넓은 네마틱 상 범위를 갖는다. 또한, 화학식 I의 화합물은 액정 매질에 매우 용이하게 용해된다.

화학식 I의 화합물은 광범위한 용도를 가진다. 치환기의 선택에 따라서, 화학식 I의 화합물은 액정 매질을 주로 구성하는 기제 물질(base material)로서 작용할 수 있다. 그러나, 예컨대 이러한 유형의 유전체의 유전 이방성 및/또는 광학 이방성을 조절하고/조절하거나 문턱 전압 및/또는 점도를 최적화하기 위해서, 화학식 I의 화합물에 다른 화합물 부류로부터 선택된 액정 기제 물질을 첨가할 수도 있다.

화학식 I의 화합물 중 일부는 당분야에 공지되어 있으며, 예를 들어 독일 특허 제 42 45 018 B4 호, 독일 특허 제 DE 42 11 694 B4 호, 독일 특허 제 42 45 036 B4 호 또는 유럽 특허 제 2 123 623 A1 호와 같은 특허 또는 출원 공고에 공지되어 있다.

화학식 I의 바람직한 화합물이 하기 제시된다:

상기 식에서, R⁰은 전술된 의미를 갖는다.

화학식 I 및 그의 하위화학식 I1 내지 I20의 화합물에서 R⁰은 바람직하게는 직쇄 알킬 라디칼, 특히 CH₃, C₂H₅, C₃H₇, C₅H₁₁, 또한 C₄H₉ 및 C₆H₁₃을 나타낸다. 화학식 I에서 Z¹은 특히 바람직하게는 단일 결합을 나타낸다.

화학식 I에서 고리 A¹은 바람직하게는 1,4-사이클로헥실렌 고리를 나타내며, 이때 또한, 1개 또는 2개의 CH₂ 기가 -O-로 대체될 수 있다. m이 2인 경우, 고리 A¹은 동일하거나 상이한 의미를 가질 수 있다.

화학식 I에서 m은 바람직하게는 0, 또한 1을 나타낸다.

화학식 I에서 L¹ 및 L²는 바람직하게는 L¹ = L² = F를 나타낸다. L³은 바람직하게는 H 또는 F를 나타낸다. L⁴는 바람직하게는 H를 나타낸다. L¹ = L² = F이고, L³ = L⁴ = H인 화합물이 특히 바람직하다.

특히 바람직한 화합물은 화학식 I2 및 I8의 화합물이다. 이러한 화합물에서, R⁰은 바람직하게는 직쇄 알킬 라디칼, 특히 C₂H₅, C₃H₇, C₅H₁₁, 매우 특히 바람직하게는 C₃H₇을 나타낸다.

순수 상태에서, 화학식 I의 화합물은 무색이고, 전기-광학 용도용으로 우호적으로 위치되는 온도 범위에서 액정 메조상을 형성한다. 이는 화학적으로, 열적으로 안정하고, 광에 대해 안정하다.

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 본질적으로 공지된 방법에 의해, 반응에 적합하고 공지된 반응 조건하에 정확하게 제조된다. 본질적으로 공지된 변형법이 본원에 사용될 수 있고, 이를 본원에서 자세히 언급하지는 않는다. 화학식 I의 화합물은 바람직하게는 하기와 같이 제조된다.

[반응식 1]

[반응식 2]

[반응식 3]

[반응식 4]

상기 및 하기 화학식에서 R⁰이 알킬 라디칼 및/또는 알콕시 라디칼을 나타내는 경우, 이는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있다. 이는 바람직하게는 직쇄이고, 2, 3, 4, 5, 6 또는 7개의 탄소 원자를 갖고, 따라서 바람직하게는 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 에톡시, 프로폭시, 부톡시, 펜톡시, 헥실옥시 또는 헵틸옥시, 또는 메틸, 옥틸, 노닐, 데실, 운데실, 도데실, 트라이데실, 테트라데실, 펜타데실, 메톡시, 옥톡시, 노녹시, 데콕시, 운데콕시, 도데콕시, 트라이데콕시 또는 테트라데콕시를 나타낸다.

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, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- 또는 9-옥사데실을 나타낸다.

R⁰이, 하나의 CH₂ 기가 -CH=CH-로 대체된 알킬 라디칼을 나타내는 경우, 이는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있다. 이는 바람직하게는 직쇄이고, 2 내지 10개의 탄소 원자를 갖는다. 따라서, 이는 특히, 비닐, 프로프-1- 또는 프로프-2-엔일, 부트-1-, 부트-2- 또는 부트-3-엔일, 펜트-1-, -2-, -3- 또는 펜트-4-엔일, 헥스-1-, -2-, -3-, -4- 또는 헥스-5-엔일, 헵트-1-, -2-, -3-, -4-, -5- 또는 헵트-6-엔일, 옥트-1-, -2-, -3-, -4-, -5-, -6- 또는 옥트-7-엔일, 노느-1-, -2-, -3-, -4-, -5-, -6-, -7- 또는 노느-8-엔일, 데크-1-, -2-, -3-, -4-, -5-, -6-, -7-, -8- 또는 데크-9-엔일을 나타낸다. 이들 라디칼은 또한 일할로겐화 또는 다중할로겐화될 수도 있다.

R⁰이, 할로겐으로 적어도 일치환된 알킬 또는 알켄일 라디칼인 경우, 이 라디칼은 바람직하게는 직쇄이고, 할로겐은 바람직하게는 F 또는 Cl이다. 다중치환의 경우, 할로겐은 바람직하게는 F이다. 생성 라디칼은 또한 과불화된 라디칼을 포함한다. 일치환의 경우, 불소 또는 염소 치환기는 목적하는 임의의 위치에 존재할 수 있지만, 바람직하게는 ω-위치에 존재한다.

추가의 바람직한 실시양태가 하기 제시된다:

- 상기 매질은 하기 화학식 II 및/또는 III의 중성 화합물 하나 이상을 추가로 포함한다:

상기 식에서,

A는 1,4-페닐렌 또는 트랜스-1,4-사이클로헥실렌을 나타내고,

a는 0 또는 1이고,

R³은 탄소수 2 내지 9의 알켄일을 나타내고,

R⁴는 화학식 I에서 R⁰에 대해 제시된 의미를 갖고, 바람직하게는 탄소수 1 내지 12의 알킬 또는 탄소수 2 내지 9의 알켄일을 나타낸다.

- 화학식 II의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 IIa 내지 IIi로부터 선택된다:

상기 식에서,

R^3a 및 R^4a는, 각각 서로 독립적으로, H, CH₃, C₂H₅ 또는 C₃H₇을 나타내고, "알킬"은 탄소수 1 내지 8의 직쇄 알킬 기를 나타낸다. 특히, R^3a가 H 또는 CH₃인 화학식 IIa 및 IIf의 화합물, 및 특히 R^3a 및 R^4a가 H, CH₃ 또는 C₂H₅인 화학식 IIc의 화합물이 바람직하다.

또한, 알켄일 측쇄에 비-말단 이중 결합을 갖는 화학식 II의 화합물이 바람직하다.

매우 특히 바람직한 화학식 II의 화합물은 하기 화학식 IIa-1 내지 IIa-19의 화합물이다.

화학식 IIa-1 내지 IIa-19의 화합물 중에서 화학식 IIa-1, IIa-2, IIa-3 및 IIa-5의 화합물이 특히 바람직하다.

하나 이상의 화학식 I의 화합물에 더하여, 본 발명에 따른 액정 매질은 특히 바람직하게는 5 내지 70 중량%, 특히 10 내지 50 중량%, 매우 특히 바람직하게는 20 내지 45 중량%의 하기 화학식 III의 화합물을 포함한다.

- 화학식 III의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 IIIa 및 IIIb의 화합물로부터 선택된다:

상기 식에서, "알킬" 및 R^3a는 전술된 의미를 갖고, R^3a는 바람직하게는 H 또는 CH₃을 나타낸다.

화학식 IIIb의 화합물이 특히 바람직하다.

하기 화학식 IIIb-1의 화합물이 특히 바람직하다:

상기 식에서, "알킬"은 전술된 의미를 갖고, 바람직하게는 CH₃, 또한 C₂H₅ 또는 n-C₃H₇을 나타낸다.

- 상기 매질은 바람직하게는 하기 화학식 IV 내지 VIII의 화합물로부터 선택되는 화합물 하나 이상을 추가로 포함한다:

상기 식에서,

R⁰은 화학식 I에서 제시된 의미를 갖고,

X⁰은 F, Cl, 각각 탄소수 1 내지 6의 일불화 또는 다중불화된 알킬 또는 알콕시 라디칼, 각각 탄소수 2 내지 6의 일불화 또는 다중불화된 알켄일 또는 알켄일옥시 라디칼을 나타내고,

Y¹ 내지 Y⁶은, 각각 서로 독립적으로, H 또는 F를 나타내고,

Z⁰은 -C₂H₄-, -(CH₂)₄-, -CH=CH-, -CF=CF-, -C₂F₄-, -CH₂CF₂-, -CF₂CH₂-, -CH₂O-, -OCH₂-, -COO-, -CF₂O- 또는 -OCF₂-를 나타내고, 화학식 V 및 화학식 VI에서는 또한 단일 결합을 나타내고,

r은 0 또는 1을 나타내되,

화학식 V의 화합물은 화학식 I의 화합물과 동일하지 않다.

상기 화학식에서, X⁰은 바람직하게는 F, Cl, 일불화 또는 다중불화된 탄소수 1, 2 또는 3의 알킬 또는 알콕시 라디칼, 또는 일불화 또는 다중불화된 탄소수 2 또는 3의 알켄일 라디칼 또는 알켄일옥시 라디칼이다. X⁰은 특히 바람직하게는 F, Cl, CF₃, CHF₂, OCF₃, OCHF₂, OCFHCF₃, OCFHCHF₂, OCFHCHF₂, OCF₂CH₃, OCF₂CHF₂, OCF₂CHF₂, OCF₂CF₂CHF₂, OCF₂CF₂CH₂F, OCFHCF₂CF₃, OCFHCF₂CHF₂, OCH=CF₂, OCF=CF₂, OCF₂CHFCF₃, OCF₂CF₂CF₃, OCF₂CF₂CClF₂, OCClFCF₂CF₃, CF=CF₂, CF=CHF, OCH=CF₂, OCF=CF₂, 또는 CH=CF₂이다.

화학식 IV 내지 VIII의 화합물에서, X⁰은 바람직하게는 F 또는 OCF₃, 또한 OCHF₂, CF₃, CF₂H, Cl, 또는 OCH=CF₂를 나타낸다. R⁰은 바람직하게는 탄소수 6 이하의 직쇄 알킬 또는 알켄일이다.

- 화학식 IV의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 IVa 내지 IVf의 화합물로부터 선택된다:

상기 식에서, R⁰ 및 X⁰은 전술된 의미를 갖는다.

바람직하게는, 화학식 IV에서 R⁰은 탄소수 1 내지 8의 알킬을 나타내고, X⁰은 F, Cl, OCHF₂ 또는 OCF₃, 또한 OCH=CF₂를 나타낸다. 화학식 IVb의 화합물에서, R⁰은 바람직하게는 알킬 또는 알켄일을 나타낸다. 화학식 IVd의 화합물에서, X⁰은 바람직하게는 Cl, 또는 F를 나타낸다.

- 화학식 V의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 Va 내지 Vj의 화합물로부터 선택된다:

상기 식에서, R⁰ 및 X⁰은 전술된 의미를 갖는다.

바람직하게는, 화학식 V에서 R⁰은 탄소수 1 내지 8의 알킬을 나타내고, X⁰은 F, OCF₃, 또는 OCH=CF₂를 나타낸다.

- 상기 매질은 하나 이상의 하기 화학식 VI-1의 화합물, 특히 바람직하게는 하기 화학식 VI-1a 내지 VI-1d의 화합물로부터 선택되는 화합물을 포함한다:

상기 식에서, R⁰ 및 X⁰은 전술된 의미를 갖는다.

바람직하게는, 화학식 VI에서 R⁰은 탄소수 1 내지 8의 알킬을 나타내고, X⁰은 F, CF₃ 또는 OCF₃을 나타낸다.

- 상기 매질은 하나 이상의 하기 화학식 VI-2의 화합물, 특히 바람직하게는 하기 화학식 VI-2a 내지 VI-2f의 화합물로부터 선택되는 화합물을 포함한다:

상기 식에서, R⁰ 및 X⁰은 전술된 의미를 갖는다.

바람직하게는, 화학식 VI에서 R⁰은 탄소수 1 내지 8의 알킬을 나타내고, X⁰은 F를 나타낸다.

- 상기 매질은 하나 이상의 화학식 VII의 화합물(이때, Z⁰은 -CF₂O-, -CH₂CH₂- 또는 -COO-임), 특히 바람직하게는 하기 화학식 VII-1a 내지 VII-1d로부터 선택되는 화합물을 포함한다:

상기 식에서, R⁰ 및 X⁰은 전술된 의미를 갖는다.

바람직하게는, 화학식 VII에서 R⁰은 탄소수 1 내지 8의 알킬을 나타내고, X⁰은 F, 또는 OCF₃를 나타낸다.

화학식 VIII의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 VIIIa 내지 VIIIf의 화합물로부터 선택된다:

상기 식에서, R⁰ 및 X⁰은 전술된 의미를 갖는다.

화학식 VIII에서 R⁰은 바람직하게는 탄소수 1 내지 8의 직쇄 알킬 라디칼을 나타낸다. X⁰은 바람직하게는 F를 나타낸다.

- 상기 매질은 하기 화학식 IX의 화합물 하나 이상을 추가로 포함한다:

상기 식에서, R⁰, X⁰, Y¹ 및 Y²는 전술된 의미를 갖고,

및

는, 각각 서로 독립적으로,

또는

를 나타내되,

상기 고리 A 및 B가 둘다 동시에 1,4-사이클로헥실렌을 나타내지는 않는다.

- 화학식 IX의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 IXa 내지 IXh의 화합물로부터 선택된다:

상기 식에서, R⁰ 및 X⁰은 전술된 의미를 갖는다.

바람직하게, 화학식 IX에서 R⁰은 탄소수 1 내지 8의 원자이고, X⁰은 F를 나타낸다. 화학식 IXa의 화합물이 특히 바람직하다.

- 상기 매질은 하기 화학식 X 및 XI의 화합물로부터 선택되는 화합물 하나 이상을 추가로 포함한다:

상기 식에서, R⁰, X⁰ 및 Y¹ 내지 Y⁴는 전술된 의미를 갖고,

및

는, 각각 서로 독립적으로,

또는

를 나타낸다.

- 화학식 X 및 XI의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 Xa 내지 Xf, XIa 및 Xlb의 화합물로부터 선택된다:

상기 식에서, R⁰ 및 X⁰은 전술된 의미를 갖는다.

바람직하게, R⁰은 탄소수 1 내지 8의 알킬을 나타내고, X⁰은 F를 나타낸다. 특히 바람직한 화합물은, Y¹이 F를 나타내고 Y²가 H 또는 F, 바람직하게는 F를 나타내는 화합물이다.

- 상기 매질은 하기 화학식 XII의 화합물 하나 이상을 추가로 포함한다:

상기 식에서, R¹ 및 R²는, 각각 서로 독립적으로, 각각 탄소수 9 이하의 알킬, 알켄일, 알콕시, 옥사알킬, 플루오로알킬, 또는 알켄일옥시를 나타내고, 바람직하게는, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 8의 알킬을 나타낸다.

화학식 XII의 바람직한 화합물은 하기 화학식 XII-1 내지 XII-4의 화합물이다:

상기 식에서,

알킬 및 알킬^*은, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 8의 직쇄 알킬 라디칼을 나타내고,

알켄일 및 알켄일^*은, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 2 내지 8의 직쇄 알켄일 라디칼을 나타낸다.

화학식 XII-2 및 XII-4의 화합물이 특히 바람직하다.

특히 바람직한 화학식 XII-2의 화합물은 하기 화학식 XII-2a의 화합물이다.

화학식 XII의 화합물은 바람직하게는 3 내지 30 중량%의 양으로 사용된다.

- 상기 매질은 하기 화학식 XIII 내지 XVI의 화합물로부터 선택되는 화합물 하나 이상을 추가로 포함한다:

상기 식에서, R⁰, X⁰, Y¹ 및 Y²는 전술된 의미를 갖는다.

바람직하게, R⁰은 탄소수 1 내지 8의 알킬을 나타내고, X⁰은 F 또는 Cl을 나타낸다.

- 화학식 XIII 및 XIV의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식의 XIIIa 내지 XVa의 화합물로부터 선택된다:

상기 식에서, R⁰ 및 X⁰은 전술된 의미를 갖는다.

R⁰은 바람직하게는 탄소수 1 내지 8의 알킬을 나타낸다. 화학식 XIII의 화합물에서, X⁰은 바람직하게는 F 또는 Cl을 나타낸다.

- 상기 매질은 하기 화학식 D1, D2 및/또는 D3의 화합물 하나 이상을 추가로 포함한다:

상기 식에서, Y¹, Y², R⁰ 및 X⁰은 전술된 의미를 갖는다.

바람직하게는, R⁰은 탄소수 1 내지 8의 알킬을 나타내고, X⁰은 F를 나타낸다.

하기 화학식 D1-1 내지 D3-2의 화합물이 특히 바람직하다:

상기 식에서, R⁰은 전술된 의미를 갖고, 바람직하게는 탄소수 1 내지 6의 직쇄 알킬, 특히 C₂H₅, n-C₃H₇ 또는 n-C₅H₁₁을 나타낸다.

- 상기 매질은 하기 화학식 XVII의 화합물 하나 이상을 추가로 포함한다:

상기 식에서, Y¹, R¹ 및 R²는 전술된 의미를 갖는다.

R¹ 및 R²는 바람직하게는, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 8의 알킬 또는 탄소수 2 내지 8의 알켄일을 나타내고, Y¹ 및 Y²는 바람직하게는 둘 다 F를 나타낸다. 화학식 XVII의 화합물은 바람직하게는 매질을 기준으로 3 내지 30 중량%의 양으로 사용된다.

- 상기 매질은 하기 화학식 XVIII의 화합물 하나 이상을 추가로 포함한다:

상기 식에서, X⁰, Y¹ 및 Y² 전술된 의미를 갖고, "알켄일"은 C₂ _-7-알켄일을 나타낸다.

하기 화학식 XVIIIa의 화합물이 특히 바람직하다:

상기 식에서, R^3a는 전술된 의미를 갖고, 바람직하게는 H를 나타낸다.

- 상기 매질은 하기 화학식 XIX 내지 XXVII의 화합물로부터 선택되는 테트라환형 화합물 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다:

상기 식에서, Y¹ 내지 Y⁴, R⁰ 및 X⁰은, 각각 서로 독립적으로, 전술된 의미들 중 하나를 갖는다.

X⁰은 바람직하게는 F, Cl, CF₃, OCF₃ 또는 OCHF₂이다. R⁰은 바람직하게는 각각 탄소수 8 이하의 알킬, 알콕시, 옥사알킬, 플루오로알킬 또는 알켄일을 나타낸다.

화학식 XIX 내지 XXVII의 화합물에서, R⁰은 바람직하게는 직쇄 알킬을 나타낸다. X⁰은 바람직하게는 F, OCF₃ 또는 CF₃을 나타낸다. Y¹ 및 Y²는 바람직하게는 Y¹ = F 및 Y² = H, 또는 Y¹ = Y² = F를 나타낸다. 특히 바람직한 화학식 XIX 내지 XXVII의 화합물은, X⁰이 바람직하게는 F 또는 OCF₃을 나타내는 화학식 XXV의 화합물이다.

바람직한 혼합물은 하기 화학식 S-1, S-2 및 S-3의 화합물의 군으로부터 선택되는 하나 이상의 염소 화합물을 포함하며, 그 이유는 이들 화합물이 상기 혼합물의 스멕틱 상을 억제하도록 돕기 때문이다.

상기 매질은 바람직하게는 하기 화학식 N의 중성 화합물 하나 이상을 포함한다:

상기 식에서,

R^N1 및 R^N2는, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 15의 알킬 또는 알콕시를 나타내고, 이때 또한, 이들 라디칼에서 하나 이상의 CH₂ 기는, 각각 서로 독립적으로, O 원자들이 서로 직접 연결되지 않도록 하는 방식으로 -C≡C-, -CF₂O-,

-O-, -CO-O- 또는 -O-CO-로 대체될 수 있고, 또한 하나 이상의 H 원자는 할로겐으로 대체될 수 있고,

고리 A^N1, A^N2 및 A^N3은, 각각 서로 독립적으로, 1,4-페닐렌, 2-플루오로-1,4-페닐렌, 3-플루오로-1,4-페닐렌, 트랜스-1,4-사이클로헥실렌(이때 또한, 1개 또는 2개의 CH₂ 기는 -O-로 대체될 수 있음), 또는 1,4-사이클로헥센일렌을 나타내고,

Z^N1 및 Z^N2는, 각각 서로 독립적으로, 단일 결합, -CH₂CH₂-, -COO-, -OCO-, -CH₂O-, -OCH₂- 또는 -CH=CH-이고,

n은 0, 1 또는 2를 나타낸다.

화학식 N의 바람직한 화합물이 하기 제시된다:

상기 식에서, 알킬 및 알킬^*은, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 9, 바람직하게는 탄소수 2 내지 6의 직쇄 알킬 라디칼을 나타낸다.

화학식 N의 화합물 중에, N-1, N-2, N-4, N-9, N-13, N-14, N-15, N-17, N-18, N-21, N-22, N-23, N-24, N-26 및 N-28의 화합물이 특히 바람직하고, N-1, N-14, N-22, N-23, N-24 및 N-28의 화합물이 매우 특히 바람직하다.

상기 및 하기 화학식에서,

는 바람직하게는

또는

를 나타내고,

R⁰은 바람직하게는 탄소수 2 내지 7의 직쇄 알킬 또는 알켄일을 나타낸고,

X⁰은 바람직하게는 F, OCF₃, OCH=CF₂, Cl 또는 CF₃을 나타낸다.

- 상기 매질은 바람직하게는 화학식 I의 화합물 1종, 2종 또는 3종을 포함하고, 특히 화학식 I2 및/또는 I8의 화합물을 하나 이상 포함한다.

- 상기 매질은 바람직하게는 화학식 I, II, III, V, VI-1, VI-2, XII, XIII, XIV, XVII, XXIII 및 XXV의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물 하나 이상을 포함한다.

- 상기 매질은 바람직하게는 화학식 VI-1의 화합물 하나 이상을 포함한다.

- 상기 매질은 바람직하게는 화학식 VI-2의 화합물 하나 이상을 포함한다.

- 상기 매질은 바람직하게는 3 내지 40 중량, 바람직하게는 3 내지 25 중량%, 특히 바람직하게는 3 내지 20 중량%의 화학식 I의 화합물을 포함한다.

- 전체 혼합물 중의 화학식 II 내지 XXVII의 화합물의 비율은 바람직하게는 20 내지 99 중량%이다.

- 상기 매질은 바람직하게는 25 내지 80 중량%, 특히 바람직하게는 30 내지 70 중량%의 화학식 II 및/또는 III의 화합물을 포함한다.

- 상기 매질은 바람직하게는 5 내지 40 중량%, 특히 바람직하게는 10 내지 30 중량%의 화학식 V의 화합물을 포함한다.

- 상기 매질은 바람직하게는 3 내지 30 중량%, 특히 바람직하게는 6 내지 25 중량%의 화학식 VI-1의 화합물을 포함한다.

- 상기 매질은 바람직하게는 2 내지 30 중량%, 특히 바람직하게는 4 내지 25 중량%의 화학식 VI-2의 화합물을 포함한다.

- 상기 매질은 바람직하게는 5 내지 40 중량%, 특히 바람직하게는 10 내지 30 중량%의 화학식 XII의 화합물을 포함한다.

- 상기 매질은 바람직하게는 1 내지 25 중량%, 특히 바람직하게는 2 내지 15 중량%의 화학식 XIII의 화합물을 포함한다.

- 상기 매질은 바람직하게는 5 내지 45 중량%, 특히 바람직하게는 10 내지 35 중량%의 화학식 XIV의 화합물을 포함한다.

- 상기 매질은 바람직하게는 1 내지 20 중량%, 특히 바람직하게는 2 내지 15 중량%의 화학식 XVI의 화합물을 포함한다.

- 상기 매질은 바람직하게는 5 내지 30 중량%, 특히 바람직하게는 8 내지 22 중량%의 화학식 Va(이때, X⁰ = OCH = CF₂임)의 화합물을 포함한다.

- 상기 매질은 하기 화학식 St-1 내지 St-3의 화합물 하나 이상을 추가로 포함한다:

상기 식에서, R⁰, Y¹, Y² 및 X⁰은 전술된 의미를 갖는다.

바람직하게, R⁰은 직쇄, 바람직하게는 탄소수 1 내지 6의 알킬을 나타낸다. X⁰은 바람직하게는 F 또는 OCF₃이다. Y¹은 바람직하게는 F를 나타낸다. Y²는 바람직하게는 F를 나타낸다. 또한 바람직한 것은, Y¹이 F이고 Y²가 H인 화합물이다. 화학식 St-1 내지 St-3의 화합물은 바람직하게는 3 내지 30중량%, 특히 5 내지 25중량%의 농도로 본 발명에 따른 혼합물에 사용된다.

- 상기 매질은 하기 화학식 Py-1 내지 Py-5의 피리미딘 또는 피리딘 화합물 하나 이상을 추가로 포함한다:

상기 식에서, R⁰은 바람직하게는 탄소수 2 내지 5의 직쇄 알킬을 나타낸다.

x는 0 또는 1을 나타내고, 바람직하게는 x는 1이다. 바람직한 혼합물은 3 내지 30중량%, 특히 5 내지 20중량%의 상기 피리딘 및/또는 피리미딘 화합물(들)을 포함한다.

심지어 상대적으로 적은 비율의 화학식 I의 화합물이 통상적인 액정 물질, 특히 하나 이상의 화학식 II 내지 XXVII의 화합물과 혼합되는 경우 광 안정성 및 낮은 복굴절률 값에서의 상당한 증가를 제공함과 동시에, 넓은 네마틱 상과 낮은 스메틱-네마틱 전이 온도가 관찰되며, 저장 수명이 개선된다. 동시에, 상기 혼합물은 매우 낮은 문턱 전압 및 UV 노출에 대해 매우 우수한 VHR 값을 나타낸다.

본원에서 "알킬" 또는 "알킬^*"이라는 용어는, 탄소수 1 내지 7의 직쇄형 및 분지형 알킬 기, 특히 직쇄형 기인 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실 및 헵틸을 포함한다. 일반적으로, 탄소수 1 내지 6의 기가 바람직하다.

본원에서 "알켄일" 또는 "알켄일^*"이라는 용어는, 탄소수 2 내지 7의 직쇄형 및 분지형 알켄일기, 특히 직쇄형 기를 포함한다. 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. 특히 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, 6-헵텐일 등이다. 일반적으로, 탄소수 5 이하의 기가 바람직하다.

본원에서 "플루오로알킬"이라는 용어는, 하나 이상의 불소 원자, 바람직하게는 말단 불소를 갖는 직쇄형 기, 즉, 플루오로메틸, 2-플루오로에틸, 3-플루오로프로필, 4-플루오로부틸, 5-플루오로펜틸, 6-플루오로헥실 및 7-플루오로헵틸을 포함한다. 그러나, 불소의 다른 위치가 배제되는 것은 아니다.

본원에서 "옥사알킬" 또는 "알콕시"이라는 용어는, 바람직하게는 화학식 C_nH_2n+1-O-(CH₂)_m의 직쇄형 라디칼을 포함하고, 이때 n 및 m은, 각각 서로 독립적으로, 1 내지 6을 나타낸다. 또한, m은 0일 수도 있다. 바람직하게, n은 1이고, m은 1 내지 6이거나, m은 0이고, n은 1 내지 3이다.

R⁰ 및 X⁰의 정의를 적절히 선택함으로써, 어드레싱 시간, 문턱 전압, 투과 특성 선의 경사도 등이 바람직한 방식으로 변형될 수 있다. 예컨대, 1E-알켄일 라디칼, 3E-알켄일 라디칼, 2E-알켄일옥시 라디칼 등은 일반적으로 알킬 및 알콕시 라디칼에 비해 보다 짧은 어드레싱 시간, 개선된 네마틱 경향, 및 탄성 상수 k₃₃(벤드) 대 k₁₁(스플레이)의 보다 높은 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. 본 발명에 따른 혼합물은 특히, 높은 K₁ 값에 의해 구별되므로, 종래 기술로부터의 혼합물보다 상당히 신속한 응답 시간을 갖는다.

전술된 화학식의 화합물들의 최적 혼합 비는 목적하는 특성, 전술된 화학식들의 성분의 선택, 및 존재할 수 있는 임의의 다른 성분의 선택에 따라 실질적으로 좌우된다.

상기 주어진 범위 내에서, 적합한 혼합 비는 경우에 따라 용이하게 결정할 수 있다.

본 발명에 따른 혼합물 중 전술된 화학식들의 화합물의 총량은 중요하지 않다. 따라서, 상기 혼합물은 다양한 특성을 최적화하기 위한 목적을 위해 하나 이상의 추가의 성분을 포함할 수 있다. 그러나, 일반적으로 상기 혼합물의 특성에서의 바람직한 개선에 대한 관찰된 효과가 클수록, 전술된 화학식들의 화합물의 총 농도는 높아진다.

특히 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 매질은, X⁰이 F, OCF₃, OCHF₂, OCH=CF₂, OCF=CF₂, 또는 OCF₂-CF₂H인 화학식 IV 내지 VIII의 화합물을 포함한다. 화학식 I의 화합물과의 유리한 상승 효과로 인해 특히 유리한 특성이 제공된다. 특히, 화학식 I 및 VI, 또는 I 및 XI, 또는 I, VI 및 XI의 화합물을 포함하는 혼합물은 이들의 낮은 문턱 전압에 의해 구별된다.

본 발명에 따른 매질에서 사용될 수 있는 전술된 화학식 및 이의 하위화학식들의 개별 화합물들은 공지되어 있거나 공지 화합물과 유사하게 제조될 수 있다.

본 발명은 또한, 프레임(frame)과 함께 셀을 형성하는 두 개의 평면-평행형 외측 플레이트, 상기 외측 플레이트 상의 개개의 화소를 스위칭하기 위한 집적된 비선형 소자, 및 상기 셀 내에 위치하고 양의 유전 이방성 및 높은 비저항을 갖는 네마틱 액정 혼합물(본 발명 유형의 매질을 함유함)을 갖는 전기-광학 디스플레이, 예컨대 TN, STN, TFT, OCB, IPS, PS-IPS, FFS, HT-VA 또는 MLC 디스플레이, 및 전기-광학 목적을 위한 본 발명의 매질의 용도에 관한 것다.

더욱이, 본 발명에 따른 혼합물은 또한 양의 VA 제품(또한 HT-VA 제품으로도 불림)에 적합하다. 이는, 평면 내 작동 전극 구조, 및 양의 이방성을 갖는 액정 매질의 호메오트로픽 배열을 갖는 전기-광학 디스플레이를 의미한다.

본 발명에 따른 혼합물은 낮은 작동 전압을 갖는 TN-TFT 디스플레이 제품, 즉, 특히 바람직하게는 노트북 제품에 특히 적합하다.

본 발명에 따른 액정 혼합물은 이용가능한 파라미터 범위의 상당한 확장을 가능케 한다. 등명점, 저온에서의 점도, 열 및 UV 안정성 및 높은 광학 이방성의 달성가능한 조합은 종래 기술의 기존 물질들에 비해 매우 우수하다.

본 발명에 따른 혼합물은 휴대용 제품 및 고-Δn TFT 제품, 예컨대, PDA, 노트북, LCD TV 및 모니터에 특히 적합하다.

본 발명에 따른 액정 혼합물은, 네마틱 상을 -20℃, 바람직하게는 -30℃, 특히 바람직하게는 -40℃로 낮게 유지하고, 등명점을 70℃ 이상, 바람직하게는 75℃ 이상으로 유지하면서, 동시에 120 mPa·s 이하, 특히 바람직하게는 100 mPa·s의 회전 점도(γ₁)를 달성하며, 신속한 응답 시간을 갖는 우수한 MLC 디스플레이가 달성되도록 한다.

본 발명에 따른 액정 혼합물의 유전 이방성(Δε)은 바람직하게는 +8 이상, 특히 바람직하게는 +12 이상이다. 또한, 상기 혼합물은 낮은 작동 전압을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 액정 혼합물의 문턱 전압은 바람직하게는 2.5 V 이하, 특히 2.2 V 이하이다.

본 발명에 따른 액정 혼합물의 복굴절률(Δn)은 바람직하게는 0.08 이상, 특히 0.10 이상, 특히 바람직하게는 0.12 이상이다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 액정 혼합물의 네마틱 상 범위는 적어도 90°, 특히 적어도 100°의 폭을 갖는다. 이 범위는 바람직하게는 적어도 -25℃로부터 +70℃로 확장된다.

본 발명에 따른 혼합물이 FFS 제품에 사용되는 경우, 상기 혼합물은 바람직하게는 3 내지 12의 유전 이방성 값 및 0.07 내지 0.13의 광학 이방성 값을 갖는다.

당연히, 본 발명에 따른 혼합물의 성분들의 적절한 선택을 통해, 다른 유리한 특성을 유지하면서도, 보다 높은 문턱 전압에서 보다 높은 등명점(예컨대, 100℃ 초과) 또는 보다 낮은 문턱 전압에서 보다 낮은 등명점이 달성될 수 있다. 상응하게 약간만 증가된 점도에서, 마찬가지로 보다 높은 Δε 및 이에 따른 낮은 문턱값을 갖는 혼합물을 수득할 수 있다. 본 발명에 따른 MLC 디스플레이는 바람직하게는 제 1 구치 앤 테리(Gooch and Tarry) 투과도 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] 참조), 제 2 최소치에서, 예컨대 특성 선의 높은 기울기 및 콘트라스트의 낮은 각 의존성(독일 특허 제 30 22 818 호)과 같은 특히 유리한 전기-광학 특성 외에도, 유사한 디스플레이와 동일한 문턱 전압에서 보다 낮은 유전 이방성으로도 충분하다. 이는 시아노 화합물을 포함하는 혼합물의 경우보다 제 1 최소치에서 본 발명에 따른 혼합물을 사용하여 상당히 높은 비저항 값을 가능케 한다. 당업자는 단순 반복적인 방법을 이용하여 개별 성분들 및 이들의 중량 기준 비율을 적절히 선택하여 MLC 디스플레이의 미리 지정된 층 두께에 필수적인 복굴절률을 설정할 수 있다.

편광판, 전극 기제 플레이트 및 표면-처리된 전극으로 구성된 본 발명에 따른 MLC 디스플레이의 구조는 이러한 유형의 디스플레이를 위한 통상적인 설계에 상응한다. "통상적인 설계"라는 용어는, 본원에서 광범위하게 사용되고, 이는 또한 MLC 디스플레이, 예를 들어 특히 폴리-Si TFT 또는 MIM을 기제로 하는 매트릭스 디스플레이 소자의 모든 유도체 및 변형물을 포함한다.

그러나, 본 발명에 따른 디스플레이와 트위스트형 네마틱 셀을 기제로 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, 예컨대 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 하나 이상의 화학식 II 내지 XXVII의 화합물 또는 추가의 액정 화합물 및/또는 첨가제와 혼합하여 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 중의 성분들의 용액을 혼합하고, 철저하게 혼합한 후, 예컨대 증류에 의해 용매를 다시 제거하는 것이 가능하다.

유전체는 또한, 당업자에게 공지되고 문헌에 기재되어 있는 추가의 첨가제, 예를 들어 UV 안정화제(예컨대, 시바 케미칼스(Ciba Chemicals)의 티누빈(Tinuvin, 등록상표), 특히 티누빈(등록상표) 770), 산화방지제, 유리-라디칼 소거제, 나노입자 등을 포함할 수도 있다. 예컨대, 0 내지 15%의 다색성 염료 또는 키랄 도판트가 첨가될 수 있다. 적합한 안정화제 및 도판트는 하기 표 C 및 D에 제시된다.

또한, 목적하는 경사각을 설정하기 위해, 중합성 화합물이 본 발명에 따른 혼합물에 첨가될 수 있다. 바람직한 중합성 화합물은 하기 표 E에 열거되어 있다.

본원 및 하기 실시예에서, 액정 화합물의 구조를 약어로서 나타내었고, 화학식으로의 변환은 하기 표 A에 따라 수행된다. 모든 라디칼 C_nH_2n ₊₁ 및 C_mH_2m ₊₁은 각각 n 및 m개의 탄소 원자를 갖는 직쇄형 알킬 라디칼이고; n, m 및 k는 정수이고, 바람직하게는 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 또는 12를 나타낸다. 하기 표 B의 코드는 자명하다. 하기 표 A에는, 단지 모구조의 약자만이 제시되어 있다. 개별적인 경우, 모구조의 약자는 대쉬(dash)로 분리되고, 이어서 치환기 R¹ ^*, R² ^*, L^1*및 L² ^*의 코드가 뒤따른다.

바람직한 혼합물 성분을 하기 표 A 및 B에 제시한다.

[표 A]

[표 B]

화학식 I의 화합물 외에 상기 표 B로부터의 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%, 특히 바람직하게는 0.01 내지 3 중량%의 도판트를 포함한다.

[표 C]

예를 들어, 본 발명에 따른 혼합물에 0 내지 10 중량%의 양으로 첨가될 수 있는 안정화제가 하기에 기재된다.

[표 D]

예를 들어, 본 발명에 따른 혼합물에 0.5 내지 5 중량%의 양으로 첨가될 수 있는 중합성 화합물이 후술된다. 또한, 필요한 경우, 중합을 위해 개시제가 바람직하게는 0 내지 1 중량%의 양으로 첨가되어야 한다.

[표 E]

본원 명세서 전반에서, 1,4-사이클로헥실렌 고리 및 1,4-페닐렌 고리는 하기를 나타낸다.

또는

[실시예]

하기 실시예는 본 발명을 제한하지 않으면서 본 발명을 설명하기 위한 것이다.

상기 및 하기에서, % 데이터는 중량%를 나타낸다. 모든 온도는 섭씨로 제시된다. m.p.는 융점을 나타내고, cl.p는 등명점을 나타낸다. 또한, C는 결정질 상태, N은 네마틱 상, S는 스멕틱 상, I는 아이소트로픽 상을 나타내다. 이들 기호들 사이의 데이터는 전이 온도를 나타낸다. 또한,

- Δn은 589 nm 및 20℃에서의 광학 이방성을 나타낸다.

- γ₁은 20℃에서의 회전 점도(mPa·s)를 나타낸다.

- V₁₀은 10% 투과도(플레이트 표면에 수직인 시야각)에 대한 전압(V)을 나타낸다(문턱 전압).

- Δε은 20℃ 및 1 kHz에서의 유전 이방성을 나타낸다(Δε = ε_∥ - ε_⊥, 이때 ε_∥은 분자의 종방향 축에 평행한 유전 상수를 나타내고, ε_⊥은 분자의 종방향 축에 수직인 유전 상수를 나타냄).

"통상적인 후처리(work-up)"는 하기의 의미를 갖는다: 필요한 경우, 물을 첨가하고, 이 혼합물을 메틸렌 클로라이드, 다이에틸 에터, 메틸 3급-부틸 에터 또는 톨루엔으로 추출하고, 상들을 분리하고, 유기 상을 건조시키고, 증발시키고, 생성물을 감압 하의 증류 또는 결정화 및/또는 크로마토그래피로 정제한다.

실시예 1

단계 1.1

455 ml의 THF 및 115 ml의 다이에틸 에터를 혼합하였다. 340 ml의 이 용매 혼합물을 먼저 도입하고, -110℃로 냉각시키고, 냉각 동안 18.9 g (295 mmol)의 1,1-다이플루오로에탄을 응축시켰다(부분적으로 현탁시켰다).

이어서, -110℃에서, 교반 하에 200 ml(295 mmol)의 3급-BuLi을 적가하였다. 추가로 10분 동안 계속 교반하였다. 후속적으로, 마찬가지로 -110℃에서, 230 ml의 용매 혼합물(THF + 다이에틸 에터) 중의 101 g(295 mmol)의 화합물 A를 적가하였다(청색이 됨). 이어서, 이 혼합물을 실온으로 가온하였다.

먼저, 포화된 NH₄Cl 용액을 이용하여 상기 혼합물을 가수분해시키고, 이어서 물을 가하고(침전물이 형성됨), 최종적으로 이 혼합물을 묽은 HCl을 이용하여 중화시켰다. 이 혼합물을 메틸 3급-부틸 에터로 추출하고, 합친 유기 상을 물로 세척하고, Na₂SO₄ 상에서 건조하고, 여과하고, 증발시켰다. 조 생성물은 점성 오렌지색 액체였으며, 이를 실리카 겔/헵탄/에틸 아세테이트(4:1)로 용리하여, 황색 결정질 잔사를 수득하였다.

단계 1.2

먼저, 다이플루오로프로펜일 알코올을 다이클로로메탄에 도입하고, -65℃로(-72℃로) 냉각시켰다(황색을 띠는 오렌지색 현탁액). 이 온도에서, 교반 하에 19.5 ml(150 mmol)의 DAST를 적가하였다. 이 반응 혼합물을 실온으로 가온하고, 추가로 1시간 동안 실온에서 교반하였다.

후속적으로, 이 반응 혼합물을 200 ml의 다이클로로메탄으로 희석시키고, -30℃로 냉각시키고, 이를 조심스럽게 얼음/물에 가하고, 다이클로로메탄으로 추출하고, 물, NaHC0₃ 및 포화된 NaCl로 세척하고, Na₂S0₄ 상에서 건조하였다. 황색을 띠는 오렌지색 현탁액을 수득하였다. 결정을 헵탄/실리카 겔로 용리시켜, 백색 결정질 잔사를 수득하였다. C 92 N 145.6 I; Δn = 0.2070; Δε = 19.9; γ₁ = 344

유사하게 하기 구조식의 화합물을 제조하였다.

실시예 2

12 g(31 mmol)의 트라이플루오로프로펜일 화합물 C를 100 ml의 에틸 아세테이트에 용해시키고, 교반 하에 5℃로 냉각시켰다. 이 온도에서, 1.6 ml(31 mmol)의 브롬을 적가하였다. 후속적으로, 이 혼합물을 실온으로 밤새도록(18시간) 가온하였다. 물을 가하고, 이 혼합물을 메틸 3급-부틸 에터로 추출하고, 물로 세척하고, 나트륨 설페이트를 이용하여 건조하고, 증발 건조시켰다. 점성 황색을 띤 액체를 수득하고, 이를 150 ml의 톨루엔에 용해시켰다. 실온에서 7 g(62 mmol)의 칼륨 3급-부톡사이드를 첨가한 후, 이 혼합물을 실온에서 추가로 2시간 동안 교반하였다.

이 반응 혼합물을 얼음/물에 가하고, 헵탄으로 추출하고, 물로 세척하고, 건조하고, 증발 건조시켰다. 잔사를 펜탄/실리카 겔로 용리시키고, 후속적으로 O℃에서 펜탄으로부터 재결정화시켜, 백색 결정을 수득하였다. C 90 N 127 I; Δn = 0.2180; Δε = 24.0; γ₁ = 157

유사하게 하기 구조식의 화합물을 제조하였다.

혼합물 실시예

명시적으로 달리 언급하지 않는 한, 전기-광학 데이터는 20℃ 및 1차 최소값(즉, 0.5 μm의 d·Δn)에서 TN 셀에서 측정하였다. 달리 언급하지 않는 한, 광학 데이터는 20℃에서 측정하였다. 달리 언급하지 않는 한, 모든 물리적 특성은 문헌["Merck Liquid Crystals, Physical Properties of liquid Crystals", Status Nov. 1997, Merck KGaA, Germany]에 따라 결정되며, 20℃의 온도에 대하여 적용된다.

실시예 M1

실시예 M2

실시예 M3

실시예 M4

Claims

하기 화학식 I의 화합물을 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질:

상기 식에서,
R⁰은 탄소수 1 내지 15의 알킬 또는 알콕시 라디칼을 나타내며, 이때 또한, 이들 라디칼 중의 하나 이상의 CH₂ 기는, 각각 서로 독립적으로, O 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -C≡C-, -CF₂O-, -CH=CH-,
, -O-, -CO-O- 또는 -O-CO-로 대체될 수 있고, 또한 하나 이상의 H 원자는 할로겐으로 대체될 수 있고,
A¹은,
(a) 1,4-사이클로헥실렌 라디칼 또는 1,4-사이클로헥센일렌 라디칼,
(b) 1개 또는 2개의 CH 기가 N으로 대체될 수 있는 1,4-페닐렌 라디칼, 또는
(c) 피페리딘-1,4-다이일, 1,4-바이사이클로[2.2.2]-옥틸렌, 나프탈렌-2,6-다이일, 데카하이드로나프탈렌-2,6-다이일, 1,2,3,4-테트라하이드로나프탈렌-2,6-다이일, 펜안트렌-2,7-다이일, 및 플루오렌-2,7-다이일로 이루어진 군으로부터 선택되는 라디칼
을 나타내고, 이때 상기 라디칼 (a), (b) 및 (c)는 할로겐 원자로 일치환 또는 다중치환될 수 있고,
Z¹은 단일 결합, -CH₂CH₂-, -CH=CH-, -CH₂O-, -OCH₂-, -C≡C-, -CH₂CF₂-, -CHFCHF-, -CF₂CH₂-, -CH₂CHF-, -CHFCH₂-, -C₂F₄-, -COO-, -OCO-, -CF₂O-, -OCF₂- 또는 -O-를 나타내고,
Q는 -CH=CH- 또는 -C≡C-를 나타내고,
m은 0, 1 또는 2를 나타내고,
L¹, L², L³ 및 L⁴는, 각각 서로 독립적으로, H 또는 F를 나타낸다.
제 1 항에 있어서,
하기 화학식 I1 내지 I20의 화합물을 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

상기 식에서, R⁰은 제 1 항에서 제시된 의미를 갖는다.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
하기 화학식 II 및/또는 III의 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

상기 식에서,
A는 1,4-페닐렌 또는 트랜스-1,4-사이클로헥실렌을 나타내고,
a는 0 또는 1을 나타내고,
R³은 탄소수 2 내지 9의 알켄일을 나타내고,
R⁴는 제 1 항에서 R⁰에 대해 제시된 의미를 갖는다.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
하기 화학식 IIa 내지 IIp, IIIa 및 IIIb의 화합물로부터 선택되는 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

상기 식에서,
R^3a 및 R^4a는, 각각 서로 독립적으로, H, CH₃, C₂H₅ 또는 C₃H₇을 나타내고,
"알킬"은 탄소수 1 내지 8의 직쇄 알킬 기를 나타낸다.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
하기 화학식 IV 내지 VIII의 화합물로부터 선택되는 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

상기 식에서,
R⁰은 탄소수 1 내지 15의 알킬 또는 알콕시 라디칼을 나타내며, 이때 또한, 이들 라디칼 중의 하나 이상의 CH₂ 기는, 각각 서로 독립적으로, O 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -C≡C-, -CF₂O-, -CH=CH-,
, -O-, -CO-O- 또는 -O-CO-로 대체될 수 있고, 또한 하나 이상의 H 원자는 할로겐으로 대체될 수 있고,
X⁰은 F, Cl, 탄소수 1 내지 6의 일불화 또는 다중불화된 알킬 또는 알콕시 라디칼, 또는 탄소수 2 내지 6의 일불화 또는 다중불화된 알켄일 또는 알켄일옥시를 나타내고,
Y¹ 내지 Y⁶은, 각각 서로 독립적으로, H 또는 F를 나타내고,
Z⁰은 -C₂H₄-, -(CH₂)₄-, -CH=CH-, -CF=CF-, -C₂F₄-, -CH₂CF₂-, -CF₂CH₂-, -CH₂O-, -OCH₂-, -COO-, -CF₂O- 또는 -OCF₂-를 나타내고, 화학식 V 및 VI에서는 또한 단일 결합을 나타내고,
r은 0 또는 1을 나타내되,
화학식 V의 화합물은 화학식 I의 화합물과 동일하지 않다.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
하기 화학식 Va 내지 Vj의 화합물로부터 선택되는 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

상기 식에서, R⁰ 및 X⁰은 제 5 항에서 제시된 의미를 갖는다.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
하기 화학식 VI-1a 내지 VI-1d의 화합물로부터 선택되는 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

상기 식에서, R⁰ 및 X⁰은 제 5 항에서 제시된 의미를 갖는다.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
하기 화학식 VI-2a 내지 VI-2f의 화합물로부터 선택되는 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

상기 식에서, R⁰ 및 X⁰은 제 5 항에서 제시된 의미를 갖는다.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
하기 화학식 X 및/또는 XI의 화합물로부터 선택되는 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

상기 식에서,
R⁰ 및 X⁰은 제 5 항에서 제시된 의미를 갖고,
Y¹ 내지 Y⁴는, 각각 서로 독립적으로, H 또는 F를 나타내고,

및
는, 각각 서로 독립적으로,
또는
를 나타낸다.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
하기 화학식 XII의 화합물로부터 선택되는 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

상기 식에서,
R¹ 및 R²는, 각각 서로 독립적으로, 각각 탄소수 9 이하의 알킬, 알켄일, 알콕시, 옥사알킬, 플루오로알킬 또는 알켄일옥시를 나타내고,
Y¹은 H 또는 F를 나타낸다.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
하기 화학식 XIII 내지 XVI의 화합물로부터 선택되는 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:

상기 식에서, R⁰, X⁰, Y¹ 및 Y²는 제 5 항에서 제시된 의미를 갖는다.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
화학식 I의 화합물을 3 내지 40 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
추가적으로 하나 이상의 UV 안정화제 및/또는 산화방지제를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질의 제조 방법으로서,
하나 이상의 화학식 I의 화합물을 하나 이상의 추가적인 메소젠성 화합물 및 임의적으로 첨가제와 혼합하는 것을 특징으로 하는 방법.
전기-광학 목적을 위한, 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질의 용도.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질을 함유하는 전기-광학 액정 디스플레이.