KR20140032964A - 액정 매질 및 전기 광학 디스플레이 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (a) 하나 이상의 하기 화학식 I의 화합물, (b) 하나 이상의 하기 화학식 II의 화합물 및 (c) 하기 화학식 III-1 내지 III-4의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는, 네마틱 상 및 음성 유전 이방성을 갖는 액정 매질에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 전기 광학 디스플레이, 특히 VA-, ECB-, PALC, FFS- 또는 IPS-효과에 기초한 능동 매트릭스 디스플레이내에서의 상기 언급한 매질의 용도, 이러한 유형의 액정 매질을 함유하는 이러한 유형의 디스플레이, 및 하나 이상의 하기 화학식 II의 화합물 및 하기 화학식 III-1 내지 III-4의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 함유하는 액정 매질을 안정화하기 위한 하기 화학식 I의 화합물의 용도에 관한 것이다:
Figure pct00095

Figure pct00096

Figure pct00097

Figure pct00098

상기 식에서,
파라미터는 청구범위 제 1 항에 정의된 바와 같다.

Description

액정 매질 및 전기 광학 디스플레이{LIQUID CRYSTAL MEDIUM AND ELECTROOPTIC DISPLAY}
본 발명은 액정 매질 및 액정 디스플레이에서 이의 용도에 관한 것이고, 이러한 액정 디스플레이, 특히 호메오트로픽 초기 정렬에서 유전성 음성 액정과 함께 ECB(전기적으로 제어된 복굴절, electrically controlled birefringence) 효과를 사용하는 액정 디스플레이에 관한 것이다. 본 발명에 따른 액정 매질은 특히 본 발명에 따른 디스플레이에서 짧은 응답 시간과 동시에 높은 전압 보전율(간단히 VHR)을 특징으로 한다.
전기적으로 제어된 복굴절(ECB) 효과 또는 DAP(정렬된 상의 변형, deformation of aligned phase) 효과의 원리가 1971년에 문헌[M.F. Schieckel and K. Fahrenschon, "Deformation of nematic liquid crystals with vertical orientation in electrical fields", Appl. Phys. Lett. 19(1971), 3912]에 최초로 기술되었다. 그 다음으로, 문헌[J.F. Kahn. Appl. Phys. Lett. 20(1972), 1193] 및 문헌[G. Labrunie and J. Robert, J. Appl. Phys. 44(1973), 4869]이 뒤를 이었다.
문헌[J. Robert and F. Clerc. SID 80 Digest Techn. Papers(1980), 30], 문헌[J. Duchene. Displays 7(1986), 3] 및 문헌[H. Schad. SID 82 Digest Techn. Papers(1982), 244]에는 액정 상이 ECB 효과에 기초한 고-정보 디스플레이 소자(high-information display element)에 사용하기에 적합하도록 하기 위해서는 높은 값의 탄성 상수의 비 K3/K1, 높은 값의 광학 이방성 △n 및 ≤-0.5의 유전 이방성 △ε 값을 가져야만 하는 것으로 나타나 있다. ECB 효과에 기초한 전기 광학 디스플레이 소자는 호메오트로픽 엣지 정렬(homeotropic edge alignment)(VA 기술 = vertically aligned)을 갖는다. 유전성 음성 액정 매질은 소위 IPS 효과를 이용하는 디스플레이에도 사용될 수 있다.
전기 광학 디스플레이 소자에 있어서, 이러한 효과의 산업적 용도는 다양한 요건을 충족시켜야 하는 액정 상을 필요로 한다. 이때, 습기, 공기, 및 물리적인 영향, 예컨대 열, 적외선, 가시광선 및 자외선 영역에서의 복사 및 직류 및 교류 전기장에 대한 내화학성을 갖는 것이 특히 중요하다.
또한, 산업적으로 사용될 수 있는 액정 상은 적합한 온도 범위 및 낮은 점도에서 액정 메조상(mesophase)을 가질 것이 요구된다.
현재까지 개시된 액정 메조상을 갖는 일련의 화합물중 이러한 모든 요건을 만족하는 단일 화합물을 포함하는 것은 하나도 없다. 따라서, 액정 상으로서 사용될 수 있는 물질을 제조하기 위해서는 일반적으로 2 내지 25개, 바람직하게는 3 내지 18개 화합물의 혼합물이 제조된다.
매트릭스 액정 디스플레이(MLC 디스플레이)가 공지되어 있다. 개별적인 픽셀의 개별적인 스위칭에 사용될 수 있는 비선형 소자는, 예컨대 능동 소자(active element)(즉, 트랜지스터)이다. 일반적으로, 용어 "능동 매트릭스"는 일반적으로 기판으로서의 유리 플레이트상에 배열된 박막 트랜지스터(TFT)로 만들어진 용도에서 사용된다.
예를 들어, 화합물 반도체, 예컨대 CdSe를 포함하는 TFT, 또는 다결정성 및 그 중에서도 무정형 실리콘에 기초한 TFT의 이 두 가지 기술은 서로 구별된다. 후자의 기술이 현재 전세계적으로 가장 큰 상업적인 중요성을 갖는다.
TFT 매트릭스가 디스플레이의 하나의 유리 플레이트의 내측에 적용되지만, 다른 유리 플레이트는 그의 내측상에서 투명 반대 전극을 포함한다. 픽셀 전극의 크기를 비교하면, TFT는 매우 작으며, 실제로 이미지상에 부정적인 영향을 주지 않는다. 이러한 기술은 또한 필터 소자를 각각의 스위칭가능한 픽셀에 대향시키는 방식으로 적색, 녹색 및 청색 필터의 모자이크가 정렬된 풀 컬러 디스플레이(fully colour-capable display)까지 확장될 수도 있다.
지금까지 가장 많이 사용된 TFT 디스플레이는 통상적으로 전송시에 교차된 편광판으로 작동하고 백라이트 형식이다. TV 용도에 IPS 셀 또는 ECB(또는 VAN) 셀이 사용되지만, 모니터에서는 통상적으로 IPS 셀 또는 TN 셀을 사용하고, 노트북, 랩톱 및 모바일 용도에서는 통상적으로 TN 셀을 사용한다.
MLC 디스플레이란 용어는 여기서는 집적된 비선형 소자를 갖는 임의의 매트릭스 디스플레이, 즉 능동 매트릭스 이외에 배리스터(varistor) 또는 다이오드(MIM = 금속-절연체-금속)와 같은 수동 소자를 갖는 디스플레이를 포함한다.
이러한 유형의 MLC 디스플레이는 TV 용도, 모니터 및 노트북, 또는 예컨대 자동차 또는 항공기 제작시에 고-정보 밀도를 갖는 디스플레이용으로 특히 적합하다. 콘트라스트의 각도 의존성 및 응답 시간과 관련된 문제 이외에, 또한 액정 혼합물의 불충분하게 높은 비저항으로 인한 MLC 디스플레이에서 어려움이 야기된다(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, pp. 141 ff., Paris] 및 문헌[STROMER, M., Proc. Eurodisplay 84, Sept. 1984: Design of Thin Film Transistors for Matrix Addressing of Television Liquid Crystal Displays, pp. 145ff., Paris]). 저항이 감소하면 MLC 디스플레이의 콘트라스트는 나빠진다. 일반적으로, 액정 혼합물의 비저항은 디스플레이의 내측 표면과의 상호작용으로 인하여 MLC 디스플레이의 수명을 저하시키기 때문에, 장시간의 동작 시간에 걸쳐 허용될 수 있는 저항을 가져야만 하는 디스플레이의 경우에는 높은 (초기) 저항이 매우 중요하다.
ECB 효과를 사용한 디스플레이는 소위 VAN(수직으로 정렬된 네마틱, vertically aligned nematic) 디스플레이로서, IPS(평면 정렬 스위칭, in-plane switching) 디스플레이(예컨대 문헌[Yeo, S.D., Paper 15.3:"An LC Display for the TV Application", SID 2004 International Symposium, Digest of Technical Papers, XXXV, Book II, pp. 758 & 759]) 및 오래전에 공지된 TN(비틀린 네마틱, twisted nematic)디스플레이를 제외하고는, 특히 TV 용도에서 현재 가장 중요한 3가지 유형의 보다 최근의 액정 디스플레이중 하나로서 정립되었다.
언급되어야 할 가장 중요한 디자인은 하기와 같다:
MVA(다중 도메인 수직 정렬, multi-domain vertical alignment), 예컨대 문헌[Yoshide, H. et al., Paper 3.1:"MVA LCD for Notebook or Mobile PCs...", SID 2004 International Symposium, Digest of Technical Papers, XXXV, Book I, pp. 6 to 9] 및 문헌[Liu, C.T. et al., Paper 15.1:"A 46-inch TFT-LCD HDTV Technology...", SID 2004 International Symposium, Digest of Technical Papers, XXXV, Book II, pp. 750 to 753)];
PVA(패턴된 수직 정렬, patterned vertical alignment), 예컨대 문헌[Kim, Sang Soo, Paper 15.4:"Super PVA Sets New State-of-the-Art for LCD-TV", SID 2004 International Symposium, Digest of Technical Papers, XXXV, Book II, pp. 760 to 763]); 및
ASV(진보된 슈퍼 뷰, advanced super view), 예컨대 문헌[Shigeta, Mitzuhiro and Fukuoka, Hirofumi, Paper 15.2:"Development of High Quality LCD TV", SID 2004 International Symposium, Digest of Technical Papers, XXXV, Book II, pp. 754 to 757].
일반적인 형태에서, 이러한 기술은, 예컨대 문헌[Souk, Jun, SID Seminar 2004, Seminar M-6:"Recent Advances in LCD Technology", Seminar Lecture Notes, M-6/1 to M-6/26] 및 문헌[Miller, Ian, SID Seminar 2004, Seminar M-7:"LCD-Television", Seminar Lecture Notes, M-7/1 to M-7/32]에서 비교된다. 최신의 ECB 디스플레이의 응답 시간이 오버드라이브를 갖는 어드레싱에 의해 이미 상당히 개선되어 왔지만(예컨대, 문헌[Kim, Hyeon Kyeong et al., Paper 9.1:"A 57-in. Wide UXGA TFT-LCD for HDTV Application", SID 2004 International Symposium, Digest of Technical Papers, XXXV, Book I, pp. 106 to 109]), 특히, 회색 색조의 스위칭에 있어서 비디오-호환성(video-compatible) 응답 시간의 달성은 아직도 만족스러운 정도까지 해결되지 않은 문제점으로 남아 있다.
ASV 디스플레이와 같은 ECB 디스플레이는 음성 유전 이방성(Δε)을 갖는 액정 매질을 사용하지만, TN 및 데이터용 모든 전통적인 IPS 디스플레이는 양성 유전 이방성을 갖는 액정 매질을 사용한다.
이러한 유형의 액정 디스플레이에서, 액정은 광학 특성이 전기적 전압의 인가시 역으로 변화하는 유전체로서 사용된다.
일반적으로 디스플레이에서는, 즉, 이러한 언급된 효과에 따른 디스플레이에서도, 동작 전압은 가능한한 낮아야 하고, 일반적으로 액정 화합물로 대부분 이루어진 액정 매질을 사용해야 하고, 이러한 모든 것들은 유전 이방성의 동일한 신호 및 가장 높을 수 있는 유전 이방성 값을 갖는다. 일반적으로, 최소한 상대적으로 적은 비율의 중성 화합물, 및 가능하다면 매질과 마주보고 있는 유전 이방성의 신호를 갖지 않는 화합물이 사용된다. ECB 디스플레이에서, 음성 유전 이방성을 갖는 액정 매질일 경우, 음성 유전 이방성을 갖는 대부분의 화합물이 사용된다. 일반적으로, 액정 매질은 대부분 및 통상적으로 심지어 근본적으로 음성 유전 이방성을 갖는 액정 화합물로 이루어진다.
본 출원에 따라 사용된 매질에서, 일반적으로 액정 디스플레이가 가장 낮을 수 있는 어드레싱 전압을 갖도록 의도되기 때문에, 최소한 유의한 양의 유전성 중성 액정 화합물 및 일반적으로 단지 매우 적은 양의 유전성 양성 화합물이 전형적으로 사용되거나 심지어 이러한 모든 것들이 사용되지 않는다.
하기 화학식의 화합물 템폴(TEMPOL)은 예컨대 문헌[Mieville, P. et al., Angew. Chem. 2010, 122, pages 6318-6321]에 공지되고 언급되어 있다. 이는 다양한 제조사로부터 상업적으로 입수할 수 있고, 예컨대 폴리올레핀, 폴리스티렌, 폴리아미드의 코팅 및 PVC의 전구체를 위한 제형화에서 중합 억제제로서, 및 빛 또는 자외선(UV) 안정화제로서, 특히 UV 흡수제와 조합하여 사용된다:
Figure pct00001
안정화제로서, 소량의 하기 화학식의 화합물 티뉴빈(TINUVIN, 등록상표)770을 포함하는, 음성 유전 이방성을 갖는 네마틱 액정 혼합물이 예컨대 국제특허공개 제 2009/129911 A1 호에 제안되어 있다. 그러나, 상응하는 액정 혼합물은 많은 실용적인 적용에 부적절한 특성을 갖는다. 그중에서도, 이들은 전형적인 CCFL 백라이트를 사용하는 조사에 대해 충분히 안정하지 않다:
Figure pct00002
유사한 액정 혼합물이 예컨대 유럽특허 제 2 182 046 A1 호, 국제특허공개 제 2008/009417 A1 호, 국제특허공개 제 2009/021671 A1 호 및 국제특허공개 제 2009/115186 A1 호에 또한 공지되어 있다. 그러나, 안정화제의 사용은 이들내에 명시되어 있지 않다.
이들내의 개시에 따라, 이러한 매질은 또한 선택적으로 다양한 유형의 안정화제, 예컨대 페놀 및 입체 장애 아민(장애 아민 광 안정화제, hindered amine light stabiliser, 간단히 HALS)을 포함할 수 있다. 그러나, 이러한 매질은 상대적으로 높은 임계 전압 및 기껏해야 중간정도의 안정성을 특징으로 한다. 특히, 노출 후 이들의 전압 보전율은 떨어진다. 또한, 황색 변색이 종종 발생한다.
액정 매질에서 다양한 안정화제의 사용이 예컨대 일본특허 제 (S)55-023169 (A) 호, 일본특허 제 (H)05-117324 (A) 호, 국제특허공개 제 02/18515 A1 호 및 일본특허 제 (H)09-291282 (A) 호에 기술되어 있다.
그중에서도 할로겐(F)으로 축방향으로 치환된 사이클로헥실렌 환을 함유하는 화합물이 독일특허 제 197 14 231 호, 독일특허 제 187 23 275 호, 독일특허 제 198 31 712 호 및 독일특허 제 199 45 890 호에 공지되어 있다. 또한, 문헌[Kirsch, P., Reiffenrath, V. and Bremer, M., Molecular Design and Synthesis, Synlett 1999(4), 389 ff.], 문헌[Kirsch, P. and Tarumi, K., Angew. Chem. Int. Ed., 1997(37), 484 ff.] 및 문헌[Kirsch, P., Heckmeier, M. and Tarumi, K., Liquid Crystals, 1999(26), 449　ff.]은 상응하는 화합물을 언급한다. 그러나, 이러한 유형의 화합물을 포함하는 액정 매질은 특히 많은 까다로운 용도에서 충분히 안정하지 않다. 특히, 승온에서 분해가 발생할 수 있다. 그러나, 문제점은 또한 UV 노출에서 빈번하게 발생한다. 특히, 전압 보전율(VHR 또는 간단히 HR)에서 목적하지 않은 상당한 감소가 여기서 관찰된다.
피리딘-5-일 단위를 함유하는 화합물의 첨가에 의한, 상응하는 화합물을 포함하는 액정 혼합물의 안정화가 독일특허 제 100 50 800 호에 제안되어 있다. 그러나, 하기 더욱 자세하게 언급된 바와 같이, 이는 빈번하게 적절한 안정성을 초래하지 않는다.
상응하게 낮은 어드레싱 전압을 갖는 선행 기술의 액정 매질은 상대적으로 낮은 전기 저항 값 또는 낮은 VHR을 갖고, 종종 디스플레이서 목적하지 않은 깜빡임 및/또는 부적절한 전송을 야기한다. 또한, 최소한 이들이 낮은 어드레싱 전압에 필요한 상응하게 높은 극성을 가질 경우, 이들은 가열 및/또는 UV 노출에 대해 충분히 안정하지 않다.
또한, 선행 기술의 디스플레이, 특히 전원 공급 네트워크에 직접 연결되지 않거나 지속적으로 연결되지 않는 디스플레이, 예컨대 모바일용 디스플레이의 어드레싱 전압은 종종 너무 높다.
또한, 목적하는 용도의 상 범위는 충분히 넓어야 한다.
디스플레이내의 액정 매질의 응답 시간은 개선되어야 한다. 즉, 감소되어야 한다. 이는 특히 텔레비젼 또는 멀티미디어용 디스플레이에서 중요하다. 응답 시간을 개선하기 위해, 액정 매질의 회전 점도(γ1)를 최적화시키는 것(즉, 가장 낮을 수 있는 회전 점도를 갖는 매질을 달성하는 것)이 과거에 반복적으로 제안되었다. 그러나, 여기서 달성된 결과는 많은 용도에 부적절하고, 따라서 추가의 최적화 접근법을 찾는 것이 바람직한 것을 분명히 하였다.
극한 부하, 특히 UV 노출 및 가열에 대한 매질의 적절한 안정성이 매우 특히 중요하다. 특히 모바일 장비용, 예컨대 이동 전화기에서의 디스플레이 용도일 경우, 이는 매우 중요할 것이다.
지금까지 개시된 MLC 디스플레이의 단점은 비교적 낮은 콘트라스트, 상대적으로 높은 가시각(viewing-angle) 의존성 및 이러한 디스플레이내에서의 회색 색조의 생산의 어려움뿐만 아니라, 이들의 부적절한 VHR 및 이들의 부적절한 수명때문이다.
따라서, 매우 높은 비저항과 동시에 광범위한 동작 온도 범위, 짧은 응답 시간 및 다양한 회색 색조를 생산할 수 있고, 특히 양호하고 안정한 VHR을 갖는 낮은 임계 전압을 갖는 MLC 디스플레이가 지속적으로 강하게 요구되어 왔다.
본 발명은 ECB 또는 IPS 효과에 기초하여 상기 지적된 단점을 갖지 않거나 단지 그러한 단점이 더욱 감소되는 동시에 매우 높은 비저항 값을 갖는 모니터 및 TV 용도뿐만 아니라 이동 전화기 및 내비게이이션 시스템 용도의 MLC 디스플레이를 제공하는데 그 목적이 있다. 특히, 이동 전화기 및 내이게이션 시스템 용도는 또한 초고온 및 초저온에서 동작될 수 있어야 한다.
놀랍게도, 이러한 디스플레이 소자내에 하나 이상의 화학식 I의 화합물 및 각각의 경우 하나 이상의 화학식 II의 화합물 및 화학식 III-1 내지 III-4의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 네마틱 액정 혼합물이 사용된 경우, 특히 ECB 디스플레이에서 짧은 응답 시간을 갖는 낮은 임계 전압을 갖는 동시에 충분히 넓은 네마틱 상, 바람직하게는, 낮은 복굴절(Δn), 열 분해에 대한 양호한 안정성 및 안정하고 높은 VHR을 갖는 액정 디스플레이를 달성할 수 있는 것으로 확인되었다.
이러한 유형의 매질이, 특히 ECB 효과에 기초한 능동 매트릭스 어드레싱을 갖는 전기 광학 디스플레이 용도 및 IPS(평면 정렬 스위칭) 디스플레이 용도에 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명은 하나 이상의 화학식 I의 화합물 및 하위 화학식 II로 이루어진 군을 함유하는 하나 이상의 화합물을 포함하는 극성 화합물의 혼합물에 기초한 액정 매질에 관한 것이다.
본 발명에 따른 혼합물은 70℃ 이상의 등명점, 용량 임계치에 대한 매우 바람직한 값, 보전율에 대한 상대적으로 높은 값 및 이와 동시에 -20℃ 및 -30℃에서의 매우 양호한 저온 안정성뿐만 아니라 매우 낮은 회전 점도를 갖는 매우 광범위한 네마틱 상 범위를 나타낸다. 본 발명에 따른 혼합물은 추가로 등명점과 회전 점도의 우수한 비율 및 높은 음성 유전 이방성으로 구별된다.
놀랍게도, 선행 기술의 물질의 단점을 갖지 않거나 최소한 그러한 단점을 상당히 감소된 정도로만 갖는, 적절하게 높은 Δε, 적절한 상 범위 및 Δn을 갖는 액정 매질을 달성할 수 있다는 것이 이제 확인되었다.
놀랍게도, 화학식 I의 화합물이 많은 경우에 적절하게, 심지어 가열에 대해서도 액정 혼합물의 상당한 안정화를 야기할 수 있다는 것이 여기서 확인되었다. 이는 사용된 화학식 I의 화합물의 파라미터 X1이
Figure pct00003
를 나타내는 대부분의 경우이다.
그러나, 이는 또한 특히, 하나 이상의 추가의 화합물, 바람직하게는 페놀계 안정화제가 존재할 경우이다. 이러한 추가의 화합물은 열 안정화제로서 적절하다. 이러한 실시양태는 사용된 화학식 I의 화합물의 파라미터 X1이 H를 나타내는 경우에 특히 바람직하다.
따라서, 본 발명은 네마틱 상, 및 (a) 바람직하게는 1ppm 내지 1000ppm, 바람직하게는 50ppm 내지 500ppm, 특히 바람직하게는 150ppm 내지 400ppm의 농도의 하나 이상의 하기 화학식 I의 화합물, (b) 하나 이상의 하기 화학식 II의 화합물, 및 (c) 하기 화학식 III-1 내지 III-4로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 음성 유전 이방성을 갖는 액정 매질에 관한 것이다:
Figure pct00004
Figure pct00005
Figure pct00006
Figure pct00007
상기 식에서,
R11 내지 R14는 각각 서로 독립적으로 1 내지 4개의 C 원자를 갖는 알킬을 나타내고, 바람직하게는 4개 모두는 CH3을 나타내고;
X1은 H 또는
Figure pct00008
(즉, 자유 라디칼 전자를 갖는 1가 O 원자), 바람직하게는
Figure pct00009
를 나타내고;
Z1은 -O-, -(CO)-O-, -O-(CO)-, -O-(CO)-O-, -NH-, -NY01- 또는 -NH-(CO)-를 나타내고;
Y1 및 Y01은 각각 서로 독립적으로 1 내지 10개의 C 원자, 바람직하게는 1 내지 7개의 C 원자, 및 특히 바람직하게는 1 내지 5개의 C 원자를 갖는 직쇄 또는 분지형 알킬을 나타내고, 또한 사이클로알킬, 사이클로알킬알킬 또는 알킬사이클로알킬을 나타내고, 이때, 모든 이러한 기내의 하나 이상의 -CH2- 기는 분자내의 2개의 O 원자가 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -O-로 치환될 수 있고;
Z1이 -O-(CO)-O-를 나타내는 경우 Y1은 또한
Figure pct00010
를 나타낼 수 있고;
R21은 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 비치환된 알킬 라디칼, 또는 2 내지 7개의 C 원자를 갖는 비치환된 알케닐 라디칼, 바람직하게는 n-알킬 라디칼, 특히 바람직하게는 3, 4 또는 5개의 C 원자를 갖는 n-알킬 라디칼을 나타내고;
R22는 2 내지 7개의 C 원자, 바람직하게는 2, 3 또는 4개의 C 원자를 갖는 비치환된 알케닐 라디칼을 나타내고, 보다 바람직하게는 비닐 라디칼 또는 1-프로페닐 라디칼, 특히 비닐 라디칼을 나타내고;
R31은 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 비치환된 알킬 라디칼, 바람직하게는 n-알킬 라디칼, 특히 바람직하게는 2 내지 5개의 C 원자를 갖는 n-알킬 라디칼을 나타내고;
R32는 1 내지 7개의 C 원자, 바람직하게는 2 내지 5개의 C 원자를 갖는 비치환된 알킬 라디칼, 또는 1 내지 6개의 C 원자, 바람직하게는 2, 3 또는 4개의 C 원자를 갖는 비치환된 알콕시 라디칼을 나타내고;
m, n 및 o는 각각 서로 독립적으로 0 또는 1을 나타낸다.
본 출원에서,
알킬은 특히 바람직하게는 직쇄 알킬, 특히 CH3-, C2H5-, n-C3H7-, n-C4H9- 또는 n-C5H11-을 나타내고;
알케닐은 특히 바람직하게는 CH2=CH-, E-CH3-CH=CH-, CH2=CH-CH2-CH2-, E-CH3-CH=CH-CH2-CH2- 또는 E-(n-C3H7)-CH=CH-을 나타낸다.
본 출원에 따른 액정 매질은 바람직하게는 총 1ppm 내지 1000ppm, 바람직하게는 50ppm 내지 500ppm, 매우 특히 바람직하게는 150ppm 내지 400ppm의 화학식 I의 화합물을 포함한다.
본 발명에 따른 매질내에서 화학식 I의 화합물의 농도는 바람직하게는 300ppm 이하, 특히 바람직하게는 200ppm 이하이다. 본 발명에 따른 매질내에서 화학식 I의 화합물의 농도는 매우 특히 바람직하게는 50ppm 이상 내지 100ppm 이하이다.
이러한 화합물은 액정 혼합물내에서 안정화제로서 매우 적절하다. 특히, 이들은 UV 노출 후에 혼합물의 전압 보전율(voltage holding ratio, VHR 또는 간단히 단지 HR)을 안정화한다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 매질은 각각의 경우 하기 화학식 I-1 내지 I-7, 바람직하게는 하기 화학식 I-1 및/또는 I-2의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 포함한다:
Figure pct00011
Figure pct00012
상기 식에서,
파라미터는 상기 화학식 I에 대해 정의된 바와 같다.
본 발명의 보다 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 매질은 각각의 경우 하기 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 포함한다:
Figure pct00013
Figure pct00014
Figure pct00015
상기 식에서,
상응하는 파라미터는 상기 화학식 I에 대해 정의된 바와 같고;
R 및 R'는 각각 서로 독립적으로 Y1에 대하여 주어진 의미를 갖고, 바람직하게는 알킬, 특히 바람직하게는 n-알킬을 나타낸다.
본 발명의 보다 더 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 매질은 각각의 경우 하기 화학식 I-1a-1, I-1a-2, I-1b-1 내지 I-1b-4, I-5a-1, I-5a-2, I-6a-1 및 I-6a-2의 화합물로 이루어진 군, 매우 특히 바람직하게는 화합물 I-1a-1, I-1a-2, I-1b-1, I-1b-2, I-6a-1 및 I-6a-2로 이루어진 군, 및 가장 바람직하게는 하기 화학식 I-1a-2, I-1b-2 및 I-6a-2의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 포함한다:
Figure pct00016
화학식 I 또는 이들의 바람직한 하위 화학식의 화합물 이외에, 본 발명에 따른 매질은 바람직하게는 하나 이상의 유전성 음성인 화학식 II의 화합물을 총 농도의 5% 이상 내지 90% 이하, 바람직하게는 10% 이상 내지 80% 이하, 특히 바람직하게는 20% 이상 내지 70% 이하로 포함한다.
본 발명에 따른 매질은 바람직하게는 화학식 III-1 내지 III-4로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 총 농도의 10% 이상 내지 80% 이하, 바람직하게는 15% 이상 내지 70% 이하, 특히 바람직하게는 20% 이상 내지 60% 이하로 포함한다.
본 발명에 따른 매질은 특히 바람직하게는 하기를 포함한다:
총 농도의 5% 이상 내지 30% 이하의 하나 이상의 화학식 III-1의 화합물;
총 농도의 3% 이상 내지 30% 이하의 하나 이상의 화학식 III-2의 화합물;
총 농도의 5% 이상 내지 30% 이하의 하나 이상의 화학식 III-3의 화합물; 및
총 농도의 1% 이상 내지 30% 이하의 하나 이상의 화학식 III-4의 화합물.
화학식 II의 바람직한 화합물은 하기 화학식 II-1 및 II-2의 화합물로 이루어진 군, 바람직하게는 하기 화학식 II-1의 화합물로부터 선택된 화합물이다:
Figure pct00017
Figure pct00018
상기 식에서,
알킬은 1 내지 7개의 C 원자, 바람직하게는 2 내지 5개의 C 원자를 갖는 알킬 라디칼을 나타내고;
알케닐은 2 내지 5개의 C 원자, 바람직하게는 2 내지 4개의 C 원자, 특히 바람직하게는 2개의 C 원자를 갖는 알케닐 라디칼을 나타내고;
알케닐'는 2 내지 5개의 C 원자, 바람직하게는 2 내지 4개의 C 원자, 특히 바람직하게는 2 내지 3개의 C 원자를 갖는 알케닐 라디칼을 나타낸다.
본 발명에 따른 매질은 바람직하게는 하나 이상의 화학식 III-1의 화합물, 바람직하게는 하기 화학식 III-1-1 및 III-1-2의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다:
Figure pct00019
상기 식에서,
파라미터는 상기 화학식 III-1에 대해 주어진 의미를 갖고,
바람직하게는,
R31은 2 내지 5개의 C 원자, 바람직하게는 3 내지 5개의 C 원자를 갖는 알킬 라디칼을 나타내고;
R32는 2 내지 5개의 C 원자를 갖는 알킬 또는 알콕시 라디칼, 바람직하게는 2 내지 4개의 C 원자를 갖는 알콕시 라디칼, 또는 2 내지 4개의 C 원자를 갖는 알케닐옥시 라디칼을 나타낸다.
본 발명에 따른 매질은 바람직하게는 하나 이상의 화학식 III-2의 화합물, 바람직하게는 하기 화학식 III-2-1 및 III-2-2의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다:
Figure pct00020
상기 식에서,
파라미터는 상기 화학식 III-2에 대해 주어진 의미를 갖고;
바람직하게는,
R31은 2 내지 5개의 C 원자, 바람직하게는 3 내지 5개의 C 원자를 갖는 알킬 라디칼을 나타내고;
R32는 2 내지 5개의 C 원자를 갖는 알킬 또는 알콕시 라디칼, 바람직하게는 2 내지 4개의 C 원자를 갖는 알콕시 라디칼, 또는 2 내지 4개의 C 원자를 갖는 알케닐옥시 라디칼을 나타낸다.
본 발명에 따른 매질은 바람직하게는 하나 이상의 화학식 III-3의 화합물, 바람직하게는 하기 화학식 III-3-1 및 III-3-2의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다:
Figure pct00021
Figure pct00022
상기 식에서,
파라미터는 상기 화학식 III-3에 대해 주어진 의미를 갖고;
바람직하게는,
R31은 2 내지 5개의 C 원자, 바람직하게는 3 내지 5개의 C 원자를 갖는 알킬 라디칼을 나타내고;
R32는 2 내지 5개의 C 원자를 갖는 알킬 또는 알콕시 라디칼, 바람직하게는 2 내지 4개의 C 원자를 갖는 알콕시 라디칼, 또는 2 내지 4개의 C 원자를 갖는 알케닐옥시 라디칼을 나타낸다.
본 발명에 따른 매질은 매우 바람직하게는 화학식 II-1a, II-1b, II-2a 및 II-2b, II-3a 내지 II-3c, II-5a, II-5b, II-6a, II-6b, II-7a 및 II-7b의 화합물로 이루어진 군, 바람직하게는 화학식 II-3a, II-3b 및 II-3c의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화학식 II의 화합물, 매우 특히 바람직하게는 하나 이상의 화학식 II-3a의 화합물, 및 선택적으로 하나 이상의 키랄 화합물을 포함한다.
본 발명에 따른 매질은 바람직하게는 하기 화합물을 총 농도중의 하기 언급된 농도로 포함한다:
10 내지 60 중량%의 하나 이상의 화학식 III의 화합물; 및/또는
30 내지 80 중량%의 하나 이상의 화학식 IV 및/또는 V의 화합물.
이때, 매질내의 모든 화합물의 총 함량은 100%이다.
본 발명에 따른 매질은 특히 바람직하게는 하기 화학식 OH-1 내지 OH-6의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다:
Figure pct00023
이러한 화합물은 매질의 열 안정화에 대해 특히 적합하다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 액정 매질을 함유하는 전기 광학 디스플레이 또는 전기 광학 부품에 관한 것이다. VA 또는 ECB 효과에 기초한 전기 광학 디스플레이 및 특히 능동 매트릭스 어드레싱 장치 방법에 의해 어드레싱되는 전기 광학 디스플레이가 바람직하다.
따라서, 또한 본 발명은 전기 광학 디스플레이 또는 전기 광학 부품에서 본 발명에 따른 액정 매질의 용도, 및 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 하나 이상의 하위 화학식 II로 이루어진 군, 바람직하게는 하나 이상의 화학식 II의 화합물, 바람직하게는 화학식 III 및 IV 및/또는 V의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 추가의 화합물과 혼합하는 것을 특징으로 하는, 본 발명에 따른 액정 매질의 제조 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 매질에 첨가하는 것을 특징으로 하는, 하나 이상의 화학식 II의 화합물 및 화학식 III-1 내지 III-4의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 액정 매질을 안정화하는 방법에 관한 것이다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 매질은 하나 이상의 하기 화학식 IV의 화합물을 포함한다:
[화학식 IV]
Figure pct00024
상기 식에서,
R41은 1 내지 7개의 C 원자, 바람직하게는 2 내지 5개의 C 원자를 갖는 알킬을 나타내고;
R42는 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 알킬 또는 1 내지 6개의 C 원자, 바람직하게는 2 내지 5개의 C 원자를 갖는 알콕시를 나타낸다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 매질은 하기 화학식 IV-1 및 IV-2의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화학식 IV의 화합물을 포함한다:
Figure pct00025
상기 식에서,
알킬 및 알킬'는 서로 독립적으로 1 내지 7개의 C 원자, 바람직하게는 2 내지 5개의 C 원자를 갖는 알킬을 나타내고;
알콕시는 1 내지 5개의 C 원자, 바람직하게는 2 내지 4개의 C 원자를 갖는 알콕시를 나타낸다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 매질은 하나 이상의 하기 화학식 V의 화합물을 포함한다:
[화학식 V]
Figure pct00026
상기 식에서,
R51 및 R52는 서로 독립적으로 R21 및 R22에 주어진 하나의 의미를 갖고, 바람직하게는 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 알킬, 바람직하게는 n-알킬, 특히 바람직하게는 1 내지 5개의 C 원자를 갖는 n-알킬, 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 알콕시, 바람직하게는 n-알콕시, 특히 바람직하게는 2 내지 5개의 C 원자를 갖는 n-알콕시, 2 내지 7개의 C 원자, 바람직하게는 2 내지 4개의 C 원자를 갖는 알콕시알킬, 알케닐 또는 알케닐옥시, 바람직하게는 알케닐옥시를 나타내고;
Figure pct00027
내지
Figure pct00028
가 존재할 경우, 각각 서로 독립적으로
Figure pct00029
을 나타내거나, 바람직하게는
Figure pct00030
를 나타내고,
바람직하게는,
Figure pct00031
는
Figure pct00032
을 나타내고;
Figure pct00033
이 존재할 경우, 바람직하게는
Figure pct00034
을 나타내고;
Z51 내지 Z53은 각각 서로 독립적으로 -CH2-CH2-, -CH2-O-, -CH=CH-, -C≡C-, -COO- 또는 단일 결합, 바람직하게는 -CH2-CH2-, -CH2-O- 또는 단일 결합, 특히 바람직하게는 단일 결합을 나타내고;
p 및 q는 각각 서로 독립적으로 0 또는 1을 나타내고;
(p + q)는 바람직하게는 0 또는 1을 나타낸다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 매질은 하기 화학식 V-1 내지 V-10의 화합물로 이루어진 군, 바람직하게는 하기 화학식 V-1 내지 V-5의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화학식 V의 화합물을 포함한다:
Figure pct00035
Figure pct00036
상기 식에서,
파라미터는 상기 화학식 V에 대해 정의된 바와 같고;
Y5는 H 또는 F를 나타내고;
바람직하게는,
R51은 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 알킬 또는 2 내지 7개의 C 원자를 갖는 알케닐을 나타내고;
R52는 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 알킬, 2 내지 7개의 C 원자를 갖는 알케닐 또는 1 내지 6개의 C 원자를 갖는 알콕시, 바람직하게는 알킬 또는 알케닐, 특히 바람직하게는 알케닐을 나타낸다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 매질은 하기 화학식 V-1a 및 V-1b의 화합물 로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화학식 V-1의 화합물, 바람직하게는 V-1b의 하나 이상의 화학식 V-1의 화합물을 포함한다:
Figure pct00037
상기 식에서,
알킬 및 알킬'는 서로 독립적으로 1 내지 7개의 C 원자, 바람직하게는 2 내지 5개의 C 원자를 갖는 알킬을 나타내고;
알콕시는 1 내지 5개의 C 원자, 바람직하게는 2 내지 4개의 C 원자를 갖는 알콕시를 나타낸다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 매질은 하기 화학식 V-3a 및 V-3b의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화학식 V-3의 화합물을 포함한다:
Figure pct00038
상기 식에서,
알킬 및 알킬'는 서로 독립적으로 1 내지 7개의 C 원자, 바람직하게는 2 내지 5개의 C 원자를 갖는 알킬을 나타내고;
알콕시는 1 내지 5개의 C 원자, 바람직하게는 2 내지 4개의 C 원자를 갖는 알콕시를 나타내고;
알케닐은 2 내지 7개의 C 원자, 바람직하게는 2 내지 5개의 C 원자를 갖는 알케닐을 나타낸다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 매질은 하기 화학식 V-4a 및 V-4b의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화학식 V-4의 화합물을 포함한다:
Figure pct00039
상기 식에서,
알킬 및 알킬'는 서로 독립적으로 1 내지 7개의 C 원자, 바람직하게는 2 내지 5개의 C 원자를 갖는 알킬을 나타내고;
알콕시는 1 내지 5개의 C 원자, 바람직하게는 2 내지 4개의 C 원자를 갖는 알콕시를 나타낸다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 매질은 하나 이상의 화학식 III-4, 바람직하게는 하기 화학식 III-4-a의 화합물을 포함한다:
Figure pct00040
상기 식에서,
알킬 및 알킬'는 서로 독립적으로 1 내지 7개의 C 원자, 바람직하게는 2 내지 5개의 C 원자를 갖는 알킬을 나타낸다.
본 발명에 따른 액정 매질은 하나 이상의 키랄 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 특히 바람직한 실시양태는 하나 이상의 하기 조건을 만족한다(이때, 두문자어(약어)는 표 A 내지 C에서 설명되고, 표 D에서 예시에 의해 설명됨):
(i) 액정 매질이 0.060 이상, 특히 바람직하게는 0.070 이상의 복굴절을 가짐;
(ii) 액정 매질이 0.130 이하, 특히 바람직하게는 0.120 이하의 복굴절을 가짐;
(iii) 액정 매질이 0.090 이상 내지 0.120 이하의 복굴절을 가짐;
(iv) 액정 매질은 2.0 이상, 특히 바람직하게는 3.0 이상의 값을 갖는 음성 유전 이방성을 가짐;
(v) 액정 매질은 5.5 이하, 특히 바람직하게는 4.0 이하의 값을 갖는 음성 유전 이방성을 가짐;
(vi) 액정 매질이 2.5 이상 내지 3.8 이하의 값을 갖는 음성 유전 이방성을 가짐;
(vii) 액정 매질이 바람직하게는 하기 하위 화학식으로부터 선택된 하나 이상의 화학식 II의 화합물을 포함함:
Figure pct00041
Figure pct00042
[상기 식에서,
알킬은 상기 주어진 의미를 갖고, 바람직하게는 각각의 경우 서로 독립적으로 1 내지 6개, 바람직하게는 2 내지 5개의 C 원자를 갖는 알킬, 특히 바람직하게는 n-알킬을 나타낸다.]
(viii) 혼합물내의 화학식 II의 화합물의 전체로서의 총 농도가 25% 이상, 바람직하게는 30% 이상, 및 바람직하게는 25% 이상 내지 49% 이하, 특히 바람직하게는 29% 이상 내지 47% 이하, 매우 특히 바람직하게는 37% 이상 내지 44% 이상임;
(ix) 액정 매질이 다음의 화학식의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화학식 II의 화합물을 포함함: 바람직하게는 50% 이하까지, 특히 바람직하게는 42% 이하까지의 농도의 CC-n-V 및/또는 CC-n-Vm, 특히 바람직하게는 CC-3-V, 및 선택적으로 추가로 바람직하게는 15% 이하까지의 농도의 CC-3-V1, 및/또는 바람직하게는 20% 이하까지의 농도, 특히 바람직하게는 10% 이하까지의 농도의 CC-4-V;
(x) 혼합물내의 화학식 CC-3-V의 화합물의 전체로서의 총 농도가 20% 이상, 바람직하게는 25% 이상임;
(xi) 혼합물내의 화학식 III-1 내지 III-4의 혼합물의 전체로서의 비율이 50% 이상 및 바람직하게는 75% 이하임;
(xii) 액정 매질이 화학식 I, II, III-1 내지 III-4, IV 및 V의 화합물, 바람직하게는 화학식 I, II 및 III-1 내지 III-4의 화합물로 근본적으로 이루어짐; 및
(xiii) 액정 매질이 하나 이상의 상기 화학식 IV의 화합물을 바람직하게는 5% 이상, 특히 10% 이상, 및 매우 특히 바람직하게는 15% 이상 내지 40% 이하의 총 농도로 포함함.
추가로, 본 발명은 유전체로서 본 발명에 따른 액정 매질을 함유하는 것을 특징으로 하는, VA 또는 ECB 효과에 기초한 능동 매트릭스 어드레싱을 갖는 전기 광학 디스플레이에 관한 것이다.
액정 혼합물은 바람직하게는 80도 이상의 폭 및 20℃에서 30mm2·s-1 이하의 흐름 점도 ν20을 갖는 네마틱 상 범위를 갖는다.
본 발명에 따른 액정 혼합물은 -0.5 내지 -0.8, 특히 -1.5 내지 -0.6, 및 매우 특히 바람직하게는 -2.0 내지 -5.0의 Δε을 갖고, 이때, Δε은 유전 이방성을 나타낸다.
회전 점도 γ1은 바람직하게는 120mPa·s 이하, 특히 100mPa·s 이하이다.
본 발명에 따른 혼합물은 모든 VA-TFT 용도, 예컨대 VAN, MVA, (S)-PVA 및 ASV에 적절하다. 또한, 이들은 IPS(평면 정렬 스위칭), FFS(프린지 필드 스위칭, fringe-field switching) 및 음성 Δε을 갖는 PALC(플라즈마 어드레스 액정, plasma addressed liquid crystal)에 적합하다.
본 발명에 따른 디스플레이내의 네마틱 액정 혼합물은 일반적으로 그들 스스로가 하나 이상의 각각의 화합물로 이루어진 2개의 성분 A 및 B를 포함한다.
본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는 4 내지 15개, 특히 5 내지 12개, 및 특히 바람직하게는 10개 이하의 화합물을 포함한다. 이들은 바람직하게는 화학식 I, II 및 III-1 내지 III-4, 및/또는 IV 및/또는 V로 이루어진 군으로부터 선택된다.
본 발명에 따른 액정 매질은 또한 선택적으로 18개 초과의 화합물을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 이들은 바람직하게는 18 내지 25개의 화합물을 포함한다.
화학식 I 내지 V의 화합물 이외에도, 다른 구성 성분이 전체로서의 혼합물의 예컨대 45%까지, 그러나 바람직하게는 35%까지, 특히 10%까지의 양으로 존재할 수 있다.
본 발명에 따른 매질은 또한 선택적으로 총 농도가 바람직하게는 전체의 매질을 기준으로 10% 이하인 유전성 양성 성분을 포함할 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 액정 매질은 전체로서의 혼합물을 기준으로 총,
10ppm 이상 내지 1000ppm 이하, 바람직하게는 50ppm 이상 내지 500ppm 이하, 특히 바람직하게는 100ppm 이상 내지 400ppm 이하, 매우 특히 바람직하게는 150ppm 이상 내지 300ppm 이하의 화학식 I의 화합물;
20% 이상 내지 60% 이하, 바람직하게는 25% 이상 내지 50% 이하, 특히 바람직하게는 30% 이상 내지 45% 이하의 화학식 II의 화합물; 및
50% 이상 내지 70% 이하의 화학식 III-1 내지 III-4의 화합물
을 포함한다.
바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 액정 매질은 화학식 I, II, III-1 내지 III-4, IV 및 V의 화합물로 이루어진 군, 바람직하게는 상기 화학식 I, II 및 III-1 내지 III-4의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물을 포함하고; 이들은 바람직하게는 화학식의 화합물로 대부분, 특히 바람직하게는 근본적으로, 및 매우 특히 바람직하게는 거의 완전히 이루어진다.
본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는 각각의 경우 -20℃ 이하 내지 70℃ 이상, 특히 바람직하게는 -30℃ 이하 내지 80℃ 이상, 매우 특히 바람직하게는 -40℃ 이하 내지 85℃ 이상, 또는 보다 가장 바람직하게는 -40℃ 이하 내지 90℃ 이상의 네마틱 상을 갖는다.
"네마틱 상을 갖는다(have a nematic phase)"라는 말은 본원에서는 한편으로는 상응하는 온도에서의 저온에서 스멕틱 상 및 결정화가 전혀 관찰되지 않는데 반하여, 다른 한편으로는 가열시에 네마틱 상으로부터 등명화가 전혀 일어나지 않는다는 것을 의미한다. 저온에서의 조사는 흐름 점도계내에서 상응하는 온도에서 실시하고, 100시간 이상 동안 전기 광학 용도에 상응하는 층 두께를 갖는 시험 셀내에 저장하여 체크한다. 상응하는 시험 셀내에서 -20℃의 온도에서의 저장 안정성이 1000시간 이상인 경우, 매질은 그 온도에서 안정한 것으로 간주된다. -30℃ 및 -40℃의 온도에서, 상응하는 시간은 각각 500시간 및 250시간이다. 고온에서, 등명점은 모세관내에서 전통적인 방법으로 측정한다.
바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 액정 매질은 적당히 낮은 범위의 광학 이방성 값을 특징으로 한다. 복굴절 값은 바람직하게는 0.065 이상 내지 0.130 이하, 특히 바람직하게는 0.080 이상 내지 0.120 이하, 매우 특히 바람직하게는 0.085 이상 내지 0.110 이하이다.
이러한 실시양태에서, 본 발명에 따른 액정 매질은 음성 유전 이방성 및 바람직하게는 2.7 이상 내지 5.3 이하, 바람직하게는 4.5 이하까지, 바람직하게는 2.9 이상 내지 4.5 이하, 특히 바람직하게는 3.0 이상 내지 4.0 이하, 매우 특히 바람직하게는 3.5 이상 내지 3.9 이하의 상대적으로 높은 유전 이방성의 절대값(│Δε│)을 갖는다.
본 발명에 따른 액정 매질은 1.7V 이상 내지 2.5V 이하, 바람직하게는 1.8V 이상 내지 2.4V 이하, 특히 바람직하게는 1.9V 이상 내지 2.3V 이하, 매우 특히 바람직하게는 1.95V 이상 내지 2.1V 이하의 상대적으로 낮은 값의 임계 전압(V0)을 갖는다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 바람직하게는 본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는 5.0 이상 내지 7.0 이하, 바람직하게는 5.5 이상 내지 6.5 이하, 보다 더 바람직하게는 5.7 이상 내지 6.4 이하, 특히 바람직하게는 5.8 이상 내지 6.2 이하, 매우 특히 바람직하게는 5.9 이상 내지 6.1 이하의 상대적으로 낮은 값의 평균 유전 이방성(εav.≡(ε∥+2ε⊥)/3)을 갖는다.
추가로, 본 발명에 따른 액정 매질은 액정 셀내의 높은 값의 VHR을 갖는다.
셀중 20℃에서 새롭게 충전된 셀에서, 이러한 보전율은 ≥95%, 바람직하게는 ≥97%, 특히 바람직하게는 ≥98%, 및 매우 특히 바람직하게는 ≥99%이며, 셀중 100℃의 오븐내에서 5분 후에, 이러한 보유비는 ≥90%, 바람직하게는 ≥93%, 특히 바람직하게는 ≥96%, 및 매우 특히 바람직하게는 ≥98%이다.
일반적으로, 낮은 어드레싱 전압 또는 임계 전압을 갖는 액정 매질은 보다 높은 어드레싱 전압 또는 임계 전압을 갖는 액정 매질에 비해 더 낮은 VHR을 갖거나 그 반대이다.
개별적인 물성에 대한 이러한 바람직한 값은 또한 바람직하게는 각각의 경우 서로 조합된 본 발명에 따른 매질에 의해 유지된다.
본 출원에서, 용어 "화합물들", 또는 "화합물"은 달리 명확하게 명시되지 않는 한, 하나 및 복수의 화합물 모두를 의미한다.
달리 명시되지 않는 한, 개별적인 화합물은 일반적으로 각각의 경우 1% 이상 내지 30% 이하, 바람직하게는 2% 이상 내지 30% 이하, 특히 바람직하게는 3% 이상 내지 16% 이하의 농도로 혼합물에 적용된다.
바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 액정 매질은 하기를 포함한다:
화학식 I의 화합물;
바람직하게는 화학식 CC-n-V 및 CC-n-Vm의 화합물로 이루어진 군, 바람직하게는 CC-3-V, CC-3-V1, CC-4-V 및 CC-5-V, 특히 바람직하게는 화합물 CC-3-V, CC-3-V1 및 CC-4-V로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화학식 II의 화합물, 매우 특히 바람직하게는 화합물 CC-3-V, 및 선택적으로 추가로 화합물 CC-4-V 및/또는 CC-3-V1;
바람직하게는 화학식 CY-3-O2, CY-3-O4, CY-5-O2 및 CY-5-O4의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 화학식 CY-n-Om의 하나 이상의 화학식 III-1-1의 화합물;
바람직하게는 화학식 CCY-n-m 및 CCY-n-Om, 바람직하게는 화학식 CCY-n-Om의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화학식 III-1-2의 화합물, 바람직하게는 화학식 CCY-3-O2, CCY-2-O2, CCY-3-O1, CCY-3-O3, CCY-4-O2, CCY-3-O2 및 CCY-5-O2의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화학식 III-1-2의 화합물;
선택적으로, 바람직하게는 근본적으로는, 바람직하게는 화학식 CLY-n-Om, 바람직하게는 화학식 CLY-2-O4, CLY-3-O2, CLY-3-O3의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화학식 III-2-2의 화합물;
바람직하게는 화학식 CPY-n-Om, 바람직하게는 화학식 CPY-2-O2 및 CPY-3-O2, CPY-4-O2 및 CPY-5-O2의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화학식 III-3-2의 화합물; 및
바람직하게는 화학식 PYP-n-m, 바람직하게는 화학식 PYP-2-3 및 PYP-2-4의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화학식 III-4의 화합물.
본 발명에서, 하기 정의를 각각의 경우에서 달리 명시되지 않는 한 명세서의 조성물의 구성 성분과 관련하여 적용한다:
- "포함한다": 조성물에서 당해 구성 성분의 농도가 바람직하게는 5% 이상, 바람직하게는 10% 이상, 매우 특히 바람직하게는 20% 이상이고;
- "대부분 구성한다": 조성물에서 당해 구성 성분의 농도가 바람직하게는 50% 이상, 특히 바람직하게는 55% 이상, 매우 특히 바람직하게는 60% 이상이고;
- "근본적으로 구성한다": 조성물에서 당해 구성 성분의 농도가 바람직하게는 80% 이상, 특히 바람직하게는 90% 이상, 매우 특히 바람직하게는 95% 이상이고;
- "거의 완전히 구성한다": 조성물에서 당해 구성 성분의 농도가 바람직하게는 98% 이상, 특히 바람직하게는 99% 이상, 매우 특히 바람직하게는 100.0% 이상이다.
상기는 성분 및 화합물이 될 수 있는 이들의 구성 성분을 갖는 조성물로서의 매질, 및 또한 이들의 구성 성분인 화합물을 갖는 성분 둘 다에 적용한다. 오직 전체로서의 매질에 상대적인 개별적인 화합물의 농도에 관한 것일 때에의 용어 "포함한다"만이 당해 화합물의 농도가 바람직하게는 1% 이상, 특히 바람직하게는 2% 이상, 매우 특히 바람직하게는 4% 이상인 것을 의미한다.
본 발명에서 "≤"는 미만 또는 동일, 바람직하게는 미만을 의미하고, "≥"는 초과 또는 동일, 바람직하게는 초과를 의미한다.
본 발명에서,
Figure pct00043
및
Figure pct00044
는 트랜스-1,4-사이클로헥실렌을 나타내고;
Figure pct00045
및
Figure pct00046
는 1,4-페닐렌을 나타낸다.
본 발명에서, 표현 “유전성 양성 화합물(dielectrically positive compound)"은 △ε＞1.5를 갖는 화합물을 의미하고, 표현 “유전성 중성 화합물(dielectrically neutral compound)"은 -1.5≤△ε≤1.5를 갖는 화합물을 의미하며, 표현 “유전성 음성 화합물(dielectrically negative compound)"은 △ε＜-1.5를 갖는 화합물을 의미한다. 화합물의 유전 이방성은 본원에서는 1KHz에서 호메오트로픽이고 균질한 표면 정렬을 갖는 20㎛의 셀 두께를 갖는 하나 이상의 시험 셀내에서의 각각의 경우에, 액정 호스트내의 화합물의 10%를 용해시킨 다음 생성된 혼합물의 캐패시턴스를 측정함으로써 측정된다. 측정 전압은 전형적으로는 0.5V 내지 1.0V이지만, 조사된 각각의 액정 혼합물의 용량성 임계치보다는 항상 더 낮다.
유전성 양성 화합물 및 유전성 중성 화합물에 대해 사용된 호스트 혼합물은 ZLI-4792이고, 유전성 음성 화합물에 대해 사용된 호스트 혼합물은 ZLI-2857로서, 이들 두 가지 화합물은 모두 독일의 메르크 카게아아(Merck KGaA)의 제품이다. 조사할 화합물을 첨가한 다음 이를 사용된 화합물의 100%에 대해 외삽한 후에 호스트 혼합물의 유전상수에 있어서의 변화로부터 조사할 각각의 화합물에 대한 값을 구한다. 조사할 화합물의 10%를 호스트 혼합물에 용해시킨다. 이를 위한 물질의 용해도가 너무 낮은 경우, 목적하는 온도에서 조사가 실시될 수 있을 때까지 농도를 단계적으로 반감시킨다.
본 발명에 따른 액정 매질은 또한 필요한 경우 추가의 첨가제, 예컨대 안정화제 및/또는 다색성 염료 및/또는 키랄 도펀트를 통상적인 양으로 포함할 수 있다. 사용되는 이러한 첨가제의 양은 바람직하게는 전체 혼합물의 양을 기준으로 총 0% 이상 내지 10% 이하, 특히 바람직하게는 0.1% 이상 내지 6% 이하이다. 첨가되는 개별적인 화합물의 농도는 바람직하게는 0.1% 이상 내지 3% 이하이다. 이러한 첨가제 및 유사한 첨가제의 농도는 일반적으로 액정 매질내의 액정 화합물의 농도 및 농도 범위를 명시할 때 고려되지 않는다.
바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 액정 매질은 하나 이상의 반응성 화합물, 바람직하게는 반응성 메소젠을 포함하는 중합체 전구체를 포함하고, 또한, 필요한 경우, 추가의 첨가제, 예컨대, 중합 개시제 및/또는 중합 조절제를 통상적인 양으로 포함한다. 사용되는 이러한 첨가제의 양은 전체 혼합물의 양을 기준으로 총 0% 이상 내지 10% 이하, 바람직하게는 0.1% 이상 내지 2% 이하이다. 이러한 첨가제 및 유사한 첨가제의 농도는 일반적으로 액정 매질내의 액정 화합물의 농도 및 농도 범위를 명시할 때 고려되지 않는다.
조성물은 전통적인 방식으로 혼합되는 복수의 화합물, 바람직하게는 3개 이상 내지 30개 이하, 특히 바람직하게는 6개 이상 내지 20개 이하, 매우 특히 바람직하게는 10개 이상 내지 16개 이하의 화합물로 이루어진다. 일반적으로, 보다 적은 양으로 사용되는 성분들의 바람직한 양의 성분은 혼합물의 주요 구성 성분을 구성하는 성분에 용해된다. 이는 승온에서 실시되기에 유리하다. 선택된 온도가 주요 구성 성분의 등명점을 초과할 경우, 용해 작용의 종결은 특히 관찰되기 쉽다. 그러나, 예컨대 예비 혼합물(pre-mix) 또는 소위 "멀티보틀(multibottle) 시스템"을 사용하여 기타 전통적인 방식으로 액정 혼합물을 제조하는 것이 또한 가능하다.
본 발명에 따른 혼합물은 65℃ 이상의 등명점, 용량 임계치에 대한 매우 바람직한 값, 보전율에 대한 상대적으로 높은 값, 및 이와 동시에 -30℃ 및 -40℃에서의 매우 양호한 저온 안정성을 갖는 매우 광범위한 네마틱 상 범위를 나타낸다. 추가로, 본 발명에 따른 혼합물은 낮은 회전 점도 γ1에 의해 구별된다.
VA, IPS, FFS 또는 PALC 디스플레이에서 사용하기 위한 본 발명에 따른 매질이 또한, 예를 들면, H, N, O, Cl 및 F가 상응하는 동위원소로 치환된 화합물을 포함할 수도 있다는 사실은 당해 분야의 숙련자에게 말할 필요도 없다.
본 발명에 따른 액정 디스플레이의 구조는, 예를 들면, 유럽특허 제 A 0 240 379 호에 기술되어 있는 바와 같은 통상적인 기하구조에 상응한다.
본 발명에 따른 액정 상은 적절한 첨가제가 임의의 유형, 예컨대 ECB, VAN, IPS, GH 또는 현재까지 개시된 ASM-AV LCD 디스플레이에 사용될 수 있는 방식에 의해 변형될 수 있다.
하기 표 E는 본 발명에 따른 혼합물에 첨가될 수 있는 가능한 도펀트를 나타낸다. 혼합물이 하나 이상의 도펀트를 포함할 경우, 이는 0.01 내지 4%, 바람직하게는 0.1 내지 1.0%의 양으로 사용된다.
예를 들어, 본 발명에 따른 혼합물에 바람직하게는 0.01 내지 6%, 특히 0.1 내지 3%의 양으로 첨가될 수 있는 안정화제가 하기 표 F에 나타나있다.
본 발명의 목적에서, 모든 농도는 달리 명확하게 명시되지 않는 한, 중량%이고, 달리 명확하게 명시되지 않는 한, 상응하는 혼합물 또는 혼합물 성분에 관한 것이다.
달리 명확하게 명시되지 않는 한, 본 출원에 명시되어 있는 모든 온도, 예컨대 융점 T(C,N), 스멕틱 상 (S)에서 네마틱 상(N)으로의 전이 T(S,N), 및 등명점 T(N,I)은 섭씨(℃)로 명시되고, 모든 온도차는 상응하게 차이 도(° 또는 도)로 명시된다.
본 발명에서, 용어 "임계 전압"은 달리 명확하게 명시되지 않는 한, 프레데릭츠(Freedericks) 임계치로도 공지된 용량 임계치(V0)에 관한 것이다.
모든 물성은 각각의 경우에서, 달리 명확하게 명시되지 않는 한, 문헌["Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", Status Nov. 1997, Merck KGaA, Germany]에 따라 측정되고 20℃의 온도에서 적용하고, Δn은 589nm에서 측정되고, Δε은 1kHz에서 측정된다.
전기 광학적 특성, 예컨대 임계 전압(V0)(용량성 측정)은 스위칭 행동과 유사하게 메르크 재팬 리미티드(Merck Japan Ltd.)에서 생산된 시험 셀에서 측정된다. 측정 셀은 소다회 유리 기판을 갖으며, 서로 직각으로 마찰되는 액정의 호메오트로픽 정렬에 영향을 미치는 폴리이미드 정렬 층(희석제**26을 함유한 SE-1211(혼합비 1:1), 이들 모두 일본에 소재한 닛산 케미칼스(Nissan Chemicals)에서 제조)을 갖는 ECB 또는 VA 배열로 제조된다. 투명하고 거의 정방형인 ITO 전극의 표면적은 1cm2이다.
달리 명시되지 않는 한, 키랄 도펀트는 사용된 액정 혼합물에 첨가되지 않지만, 이러한 유형의 도핑이 필수적인 용도에는 특히 적합하다.
VHR은 메르크 재팬 리미티드에서 생산된 시험 셀내에서 측정된다. 측정 셀은 소다회 유리 기판을 갖으며, 서로 직각으로 마찰되는, 50nm의 층 두께를 갖는 폴리이미드 정렬 층(일본의 재팬 신세틱 러버에(Japan Synthetic Rubber)에서 시판하는 AL-3046)으로 제조된다. 층 두께는 균일하게 6.0㎛이다. 투명 ITO 전극의 표면적은 1cm2이다.
VHR은 독일 소재 오트로닉 멜케스(Autronic-Melchers)로부터 상업적으로 입수할 수 있는 기구의 100℃(VHR100)의 오븐에서 5분 후 20℃(VHR20)에서 측정된다. 사용된 전압은 60Hz의 진동수를 갖는다.
정확한 VHR 측정 값은 각각의 VHR 값에 의존한다. 정확도는 값이 감소함에 따라 감소한다. 편차는 일반적으로 하기 표의 크기의 순서에 따르는 다양한 크기의 범위내의 값의 경우에서 관찰된다.
Figure pct00047
UV 조사에 대한 안정성이 독일 소재 헤라우스(Heraeus)로부터 판매되는 기구인 "선테스트(Suntest) CPS"에서 조사(investigation)되었다. 밀봉된 시험 셀은 추가의 가열 없이 2.0시간 동안 조사(irradiation)되었다. 300nm 내지 800nm의 파장에서의 조사력은 765W/m2V이다. 310nm의 가장자리 파장을 갖는 UV "컷-오프(cut-off)" 필터가 소위 창 유리(window glass) 모드를 모의 실험하기 위해 사용되었다. 각각의 일련의 실험에서, 각각의 조건에 대해 4개 이상의 시험 셀이 조사(investigation)되었으며, 각각의 결과는 상응하는 개별적인 측정의 평균으로서 명시되었다.
전압 보전율의 감소(ΔVHR)는 통상적으로 노출, 예컨대 UV 조사, LCD 백라이팅에 의해 야기되며 하기 수학식 1에 따라 측정된다:
Figure pct00048
t시간 동안 부하되는 액정 혼합물의 상대적인 안정성(Srel)은 하기 수학식 2에 따라 측정된다:
Figure pct00049
상기 식에서,
"ref"는 상응하는 비안정화된 혼합물을 나타낸다.
VHR 이외에, 액정 혼합물의 전도도를 특징으로 할 수 있는 추가의 특성 양은 이온 밀도이다. 높은 값의 이온 전도도는 종종 디스플레이의 결함, 예컨대 잔상(image sticking) 및 깜빡임(flickering)의 발생을 야기한다. 이온 밀도는 바람직하게는 메르크 재팬 리미티드에서 생산된 시험 셀내에서 측정된다. 상기 시험 셀은 소다회 유리로 만들어진 기판을 갖고, 40nm의 폴리이미드 층 두께를 갖는 폴리이미드 정렬 층(일본 소재 재팬 신세틱 러버의 AL-3046)으로 디자인되었다. 액정 혼합물의 층 두께는 5.8㎛로 균일하다. 추가로 보호 고리가 끼워진 환형의 투명 ITO 전극의 면적은 1cm2이다. 측정 방법의 정확도는 약 ±15%이다. 상기 셀은 적절한 액정 혼합물이 충전되기 전에 120℃의 오븐에서 밤새 건조되었다.
이온 밀도는 일본 소재 토요(TOYO)로부터 상업적으로 입수가능한 기구를 사용하여 측정된다. 측정 방법은 근본적으로 문헌[M. Inoue, "Recent Measurement of Liquid Crystal Material Characteristics", Proceedings IDW 2006, LCT-7-1,647]에 기술된 바와 같은 순환 전압 전류와 유사한 측정법이다. 이 방법에서, 인가된 직접 전압은 전술된 삼각 프로파일(triangular profile)에 따라 양성과 음성 최대값 사이에서 변한다. 프로파일을 통한 완전한 작동은 따라서 하나의 측정 사이클을 형성한다. 인가된 전압이 충분히 커서 필드내의 이온이 각각의 전극으로 이동할 수 있을 경우, 이온 방전에 기인하여 이온 전류를 형성한다. 여기로 이동되는 전하량은 전형적으로는 몇몇 pC 내지 몇몇 nC이다. 이는 전술된 기구에 의해 보장되는 매우 민감한 검출 필요성을 만든다. 결과는 전류/전압 곡선으로 나타내어진다. 여기서 이온 전류는 액정 혼합물의 임계 전압보다 더 유사한 전압에서의 피크의 발생으로부터 분명해진다. 피크 면적의 적분은 조사되는 혼합물의 이온 밀도에 대한 값을 제공한다. 혼합물 1개당 4개의 시험 셀이 측정된다. 삼각 전압의 반복 주파수는 0.033Hz이고, 측정 온도는 60℃이고, 최대 전압은 관련 혼합물의 유전 이방성의 크기에 따라 ±3V 내지 ±10V이다.
회전 점도가 회전하는 영구 자석 방법(rotating permanent magnet method) 및 변형된 우베로데(Ubbelohde) 점도계내에서의 흐름 점도를 사용하여 측정된다. 모두 독일 다름스타트 소재 메르크 카게아아의 제품인 액정 혼합물 ZLI-2293, ZLI-4792 및 MLC-6608에 대하여, 20℃에서 측정된 회전 점도 값은 각각 161mPa·s, 133mPa·s 및 186mPa·s이고, 흐름 점도 값(ν)은 각각 21mm2·s-1, 14mm2·s-1 및 27mm2·s-1이다.
달리 명확하게 명시되지 않는 한, 하기 기호가 사용된다:
Vo: 20℃에서의 임계 전압, 용량성[V]
ne: 20℃ 및 589nm에서 측정된 이상(extraordinary) 굴절률
n0: 20℃ 및 589nm에서 측정된 정상(ordinary) 굴절률
△n: 20℃ 및 589nm에서 측정된 광학 이방성
ε⊥: 20℃ 및 1kHz에서의 디렉터(director)에 수직인 유전 감수율
ε∥: 20℃ 및 1kHz에서의 디렉터에 평행한 유전 감수율
△ε: 20℃ 및 1kHz에서의 유전 이방성
cl.p. 또는 T(N,I): 등명점[℃]
ν: 20℃에서 측정된 흐름 점도[mm2·s-1]
γ1: 20℃에서 측정된 회전 점도[mPa·s]
K1: 20℃에서의 "스플레이(splay)" 변형 시의 탄성 상수[pN]
K2: 20℃에서의 "비틀림(twist)" 변형 시의 탄성 상수[pN]
K3: 20℃에서의 "굴곡(bend)" 변형 시의 탄성 상수[pN]
LTS: 시험 셀내에서 측정된 상의 저온 안정성
VHR: 전압 보전율(voltage holding ratio)
ΔVHR: 전압 보전율의 감소
Srel: VHR의 상대적인 안정성
하기 실시예는 본 발명을 제한 없이 설명한다. 그러나, 이는 당해 분야의 숙련자에게 바람직게 사용되는 화합물과 함께 이들의 각각의 농도 및 이들의 서로와의 조합을 갖는 바람직한 혼합물 개념을 제시한다. 또한, 실시예는 접근가능한 특성 및 특성 조합을 설명한다.
본 발명 및 하기 실시예에서, 액정 화합물의 구조는 하기 표 A 내지 C 따라 취한 화학식으로의 변환과 함께 두문자어 방법에 의해 명시된다. 모든 라디칼 CnH2n+1, CmH2m +1 및 ClH2l +1 또는 CnH2n, CmH2m 및 ClH2l은 각각의 경우 n, m 및 l C 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼 또는 알킬렌 라디칼이다. 하기 표 A는 화합물의 핵심의 고리 성분에 대한 코드를 제시하고, 하기 표 B는 가교 단위(bridging unit)를 나열하고, 하기 표 C는 분자의 좌선성 및 우선성 말단 기에 대한 기호의 의미를 나열한다. 두문자어는 선택적 연결 기를 갖는 함께 고리 요소에 대한 코드, 뒤이어 첫 번째 하이픈 및 좌선성 말단 기에 대한 코드 및 두 번재 하이픈 및 우선성 말단 기에 대한 코드로 구성된다. 하기 표 D는 각각의 약어와 함께 화합물의 예시적인 구조를 제시한다.
[표 A]
고리 요소
Figure pct00050
Figure pct00051
Figure pct00052
[표 B]
가교 단위
Figure pct00053
[표 C]
말단 기
Figure pct00054
Figure pct00055
상기 표에서,
n 및 m은 각각 정수이고;
3개의 점("...")은 상기 표로부터의 다른 약어에 대한 플레이스홀더(placeholder)이다.
화학식 I의 화합물 이외에, 본 발명에 따른 혼합물은 바람직하게는 하나 이상의 하기 언급된 화합물의 화합물을 포함한다.
하기 약어가 사용된다(n, m 및 z는 각각 서로 독립적으로 각각 정수, 바람직하게는 1 내지 6임):
[표 D]
Figure pct00056
Figure pct00057
Figure pct00058
Figure pct00059
Figure pct00060
Figure pct00061
Figure pct00062
하기 표 E는 본 발명에 따른 혼합물에서 바람직하게 사용되는 키랄 도펀트를 제시한다.
[표 E]
Figure pct00063
Figure pct00064
Figure pct00065
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 매질은 상기 표 E로부터의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다.
하기 표 F는 화학식 I의 화합물 이외에, 본 발명에 따른 혼합물에 바람직하게 적용될 수 있는 안정화제를 제시한다. 여기서 파라미터 n은 1 내지 12의 정수를 나타낸다. 특히, 제시된 페놀 유도체는 산화 방지제로서 작용하기 때문에 추가의 안정화제로서 적용될 수 있다.
[표 F]
Figure pct00066
Figure pct00067
Figure pct00068
Figure pct00069
Figure pct00070
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 매질은 상기 표 F로부터의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물, 특히 하기 두 화학식의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다:
Figure pct00071
실시예
하기 실시예는 본 발명을 어떠한 방식으로든 제한 없이 설명하다. 그러나, 물성은 당해 분야의 숙련자에게 달성될 수 있는 특성 및 변경될 수 있는 범위를 분명하게 해준다. 특히, 당해 분야의 숙련자를 위해 바람직하게 달성될 수 있는 다양한 특성의 조합을 따라서 상세히 정의한다.
물질예
하기 물질이 본 출원에 따른 화학식 I의 바람직한 물질이다:
Figure pct00072
Figure pct00073
Figure pct00074
하기 표에 명시된 바와 같은 조성 및 특성을 갖는 액정 혼합물을 제조하였다.
실시예 1 및 비교예 1.0 내지 1.5
하기 혼합물(M-1)을 제조하고 조사하였다.
Figure pct00075
화학식 I-1a-2(템폴)의 화합물(360ppm)을 혼합물(M-1)에 첨가하였다. 혼합물(M-1) 그 자체와 같이, 생성된 혼합물(M-1-1)을 시험 셀내에서 호메오트로픽 정렬을 위한 정렬 물질 및 납작한 ITO 전극으로 냉음극(CCFL) LCD 백라이팅 방법에 의해 조사(illumination)에 대한 이의 안정성에 대해 조사하였다. 이를 위해, 시험 셀을 1000시간 초과 동안 조사에 대해 노출시켰다. 100℃에서 5분 후 고정 시간 후에, 각각의 경우에서 전압 보전율을 측정하였다.
다양한 측정의 연속에서 전압 보전율의 재생력은 약 3 내지 4%였다.
통상적으로 부하에 의해 야기되는 전압 보전율의 감소(ΔVHR)는 하기 수학식 1에 따라 측정된다:
수학식 1
Figure pct00076
t 시간 후 LCD 백라이팅에 대한 액정 혼합물의 상대적인 안정성(Srel)을 하기 수학식 2에 따라 측정할 경우, 기준 혼합물(비교예 1.0)에 비해 본 실시예(실시예1)에 대한 상대적인 안정성 Srel(1000시간)=2.8이 산출되었다. 이러한 결과는 템폴(360ppm)을 사용하여 조사한 혼합물의 안정성의 유효 배가(doubling)에 거의 상응한다:
수학식 2
Figure pct00077
상기 식에서,
"ref"는 상응하는 비안정화된 혼합물(여기서는 M-1)을 나타낸다.
비교예 1.1 내지 1.5
별법으로, 600ppm의 티뉴빈(등록상표)770(T770), 770ppm의 티뉴빈(등록상표)123(T123), 820ppm의 티뉴빈(등록상표)622　LD(T622) 또는 580ppm의 시아솔브(Cyasorb) UV-3853S(C3853)를 혼합물(M-1)에 첨가하였다. 생성된 혼합물(CM-1-1 내지 CM-1-4)을 상기된 바와 같이 조사하였다.
사용한 물질 또는 화합물은 하기 구조를 갖는다.
Figure pct00078
예컨대 자동차 산업 및 정원 가구에서 폴리프로필렌으로 제조된 플라스틱 부분을 위한 제형화에서 광 안정화제로서 사용되는 시아솔브 UV-3853S(간단히 C3853)는 미국 웨스트 패터슨 소재 사이테크(Cytec)로부터 상업적으로 입수할 수 있는 제품이다. 제조사의 데이터에 따르면, 이는 LDPE 수지내에 화학식
Figure pct00079
의 다양한 혼합물의 HALS의 50%를 포함하며, 이때 시아솔브 UV-3853S내의 알킬 라디칼 "R"은 근본적으로 "C11 내지 C20"의 알킬 및 대부분 "C16 내지 C18"의 알킬을 나타낸다. 호주 연방 정부의 NICAS NA/867(2001년 1월 9일자)에 따르면 "시아솔브 UV-3853S"는 50%의 폴리에틸렌을 포함하고, "시아솔브 UV-3853S"의 HALS 성분은 하기 산의 에스터를 포함한다:
Figure pct00080
번호 혼합물 안정화제 농도(안정화제)/ppm VHR
(1000시간)/%		 Srel
(1000시간)
1 M-1 없음 0 70.7 1.0*
2 M-1-1 I-1a-2 360 89.2 2.8
3 CM-1-1 T770 600 79.6 1.5
4 CM-1-2 T123 770 73.3 1.1
5 CM-1-3 T622 820 79.9 1.1
6 CM-1-4 C3853 580 73.9 1.2
7 CM-1-5 LC-스탭 640 73.4 1.1
주: *: 적용할수 없음
실시예 2
하기 혼합물(M-2)을 제조하고 조사하였다.
Figure pct00081
혼합물(M-2)을 실시예 1에 기술된 바와 같이 조사하였다. 이를 위해, 화학식 I-1a-2의 화합물(200ppm)을 상기 혼합물에 첨가하였다. 혼합물(M-2) 그 자체와 같이, 생성된 혼합물(M-2-1)을 시험 셀내에서 LCD 백라이팅 방법에 의해 조사에 대한 이의 안정성에 대해 조사하였다. 이를 위해, 상기 시험 셀을 1000시간 동안 조사에 노출시켰다. 이어서, 100℃에서 5분 후에 전압 보전율을 측정하였다. 이때, 전압 보전율의 상대적인 개선은 Srel(1000시간)=1.8이었다.
실시예 3 및 비교예 3.0 내지 3.2
화학식 I-1a-2의 화합물(500ppm)을 실시예 1의 혼합물(M-1)에 첨가하였다. 혼합물(M-1) 그 자체와 같이, 생성된 혼합물(M-1-2)을 시험 셀내에서 LCD 백라이팅 방법에 의해 조사에 대한 이의 안정성에 대해 조사하였다. 이를 위해, 상기 시험 셀을 1000시간 동안 조사에 노출시켰다. 이어서, 100℃에서 5분 후에 전압 보전율을 측정하였다. 이때, 전압 보전율의 상대적인 개선은 Srel(1000시간)=2.8이었다.
실시예 4.1 내지 4.3
실시예 4.1
화학식 I-1a-2의 화합물(500ppm)을 실시예 1의 혼합물(M-1)에 첨가하고(M-1-3), 상기 혼합물을 밀봉된 유리병내에서 150℃에서 4시간 동안 두었다. 이어서, VHR을 측정하고, 가열 전의 화학식 I-1a-2의 화합물(360ppm)을 포함하는 혼합물의 초기 값과 비교하였다. 가열 전의 VHR은 99%이고, 가열 후의 VHR은 98%였다.
실시예 4.2
이어서, 화학식 I-1a-2의 화합물(360ppm) 및 화합물 OH-1(200ppm)
Figure pct00082
둘 다를 혼합물(M-1)에 첨가하였다(M-1-4). 상기 혼합물(M-1-4)을 또한 150℃에서 4시간 동안 두었다. 화학식 I-1a-2의 화합물(360ppm)만 포함하고 OH-1은 포함하지 않는 혼합물과는 반대로, 전압 보전율은 가열 시험 전과 같이 가열 후의 수준과 동일했다. 가열 전의 VHR은 96%이고, 가열 후는 95%였다.
두 혼합물을 LCD 백라이팅 방법에 의해 조사에 대한 이들의 안정성에 대해 조사하였다. 결과는 두 혼합물에 대해 동등하게 우수했다. 따라서, 안정화제 I-1a-2의 사용시 페놀계 산화 방지제의 첨가가 불필요하다는 것이 확인되었다.
실시예 4.3
화학식 I-1a-1의 화합물(4-하이드록시-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘)(200ppm)을 실시예 1의 혼합물(M-1)에 첨가하고(M-1-5), 상기 혼합물을 밀봉된 유리병내에서 150℃에서 4시간 동안 두었다. 이어서, VHR을 측정하고, 가열 전의 4-하이드록시-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘(200ppm)을 포함하는 혼합물의 초기 값과 비교하였다. 가열 전의 VHR은 98%이고, 가열 후는 81%였다. 여기서도 역시, 안정성에 대해 상대적으로 바람직한 특성이 수득되었다. 그러나, 이들은 앞선 두 실시예(실시예 4.1 및 4.2)의 경우보다 다소 덜 바람직했다. 이러한 이유로 인해, 본 실시양태는 덜 바람직하다. 그러나, 화학식 I-1a-1의 화합물 이외에, 페놀 화합물을 추가적 또는 보충적 열 안정화제로서 사용할 경우 보다 좋은 결과를 또한 여기서 달성할 수 있다.
실시예 5
화학식 I-1b-2의 화합물(200ppm)을 실시예 1의 혼합물(M-1)에 첨가하고(M-1-6), 상기 혼합물을 밀봉된 유리병내에서 150℃에서 4시간 동안 두었다. 이어서, VHR을 측정하고, 가열 전의 화학식 I-1b-2의 화합물(200ppm)을 포함하는 혼합물의 초기 값과 비교하였다. 가열 전의 VHR은 98%이고, 가열 후는 93%였다.
이어서, 화학식 I-1b-2의 화합물(500ppm)을 실시예 1의 혼합물(M-1)에 첨가하였다. 혼합물(M-1) 그 자체와 같이, 생성된 혼합물(M-1-7)을 시험 셀내에서 LCD 백라이팅 방법에 의해 조사에 대한 이의 안정성에 대해 조사하였다. 이를 위해, 상기 시험 셀을 1000시간 동안 조사에 노출시켰다. 이어서, 100℃에서 5분 후에 전압 보전율을 측정하였다. 이때, 전압 보전율의 상대적인 개선은 Srel(1000시간)=2.4였다.
실시예 6
화학식 I-6a-2의 화합물(200ppm)을 실시예 1의 혼합물(M-1)에 첨가하고(M-1-8), 상기 혼합물을 밀봉된 유리병내에서 150℃에서 4시간 동안 두었다. 이어서, VHR을 측정하고, 가열 전의 화학식 I-6a-2의 화합물(200ppm)을 포함하는 혼합물의 초기 값과 비교하였다. 가열 전의 VHR은 98%이고, 가열 후는 95%였다.
이어서, 화학식 I-1b-2의 화합물(200ppm)을 실시예 1의 혼합물(M-1)에 첨가하였다. 혼합물(M-3) 그 자체와 같이, 생성된 혼합물(M-1-9)을 시험 셀내에서 LCD 백라이팅 방법에 의해 조사에 대한 이의 안정성에 대해 조사하였다. 이를 위해, 상기 시험 셀을 1000시간 동안 조사에 노출시켰다. 이어서, 100℃에서 5분 후에 전압 보전율을 측정하였다. 이때, 전압 보전율의 상대적인 개선은 Srel(1000시간)=2.2였다.
실시예 6 및 비교예 6.0 내지 6.1
하나의 알케닐 말단 기를 함유하는 화합물을 40% 포함하는 하기 혼합물(M-3)을 제조하고 조사하였다.
Figure pct00083
혼합물(M-3)을 실시예 1에 기술된 바와 같이 3개의 부분으로 나누고, 그에 기술된 바와 같이 그대로 또는 물질예 11의 화합물
Figure pct00084
또는 티뉴빈(등록상표)770과 혼합된 상태로 조사하고, 상응하는 혼합물을 시험 셀내에서 LCD 백라이팅에 의한 조사에 대한 이들의 안정성에 대해 조사하였다. 제시된 화학식의 화합물을 포함하는 혼합물에 대해, 실시예 1과 같이 여기에서도 필적할만한 우수한 결과가 달성되었다. 이러한 결과는 하기 표 2에 제시된 바와 같다.

실시예
번호
혼합물
안정화제
농도(안정
화제)/ppm
VHR(t)/%
Srel(t)
t=750시간
t=0시간 t=750시간
비교예 6.0 1 M-3 없음 0 98.0±0.3 68±2 1
비교예 6.1 2 CM-3-1 T770 250 96.6±0.4 79±2 1.7
실시예 6 3 M-3-1 I* 50 97.2±0.2 79±2 1.6
주: I*: 상기 제시된 물질예 11의 화합물
T770: 티뉴빈(등록상표)770
또한, 3개의 혼합물에 대해 이온 밀도를 측정하였다. 결과는 하기 표 3에 제시된 바와 같다.
실시예 번호 혼합물 안정화제 농도(안정
화제)/ppm		 이온 밀도/pC Srel(t)
t=750시간
비교예 6.0 1 M-3 없음 0 181±25 1.0
비교예 6.1 2 CM-3-1 T770 250 1.031±58 1.7
실시예 6 3 M-3-1 I* 50 223±32 1.6
주: I*: 상기 제시된 물질예 11의 화합물
T770: 티뉴빈(등록상표)770
여기에서, 전술된 화합물이 심지어 비교적 낮은 농도로도 유의하게 안정화하는 특성을 보인다는 것을 쉽게 확인했다. 전압 보전율은 출발 혼합물의 전압 보전율보다 유의하게 우수하였으며, 비교 혼합물의 전압 보전율에 필적하였다. 또한, 이온 밀도는 도핑되지 않은 기준과 비교했을 때 거의 변하지 않았다. 이와 반대로, 티뉴빈(등록상표)770은 4배 더 높은 이온 밀도를 나타냈다. 따라서, 전술된 화합물의 행동은 전체적으로 유의하게 보다 더 바람직한 것처럼 보였다.
실시예 7 및 비교예 7.0 및 7.1
실시예 6의 혼합물(M-3)을 실시에 6에 기술된 바와 같이 3개의 부분으로 나누고, 그에 기술된 바와 같이 그대로 또는 물질예 12의 화합물
Figure pct00085
또는 티뉴빈(등록상표)770과 혼합된 상태로 조사하고, 상응하는 혼합물을 시험 셀내에서 LCD 백라이팅에 의한 조사에 대한 이들의 안정성에 대해 조사하였다. 제시된 화학식의 화합물을 포함하는 혼합물에 대해, 실시예 6과 같이 여기에서도 필적할만한 우수한 결과가 달성되었다. 이러한 결과는 하기 표 4 및 5에 제시된 바와 같다.

실시예
번호
혼합물
안정화제
농도(안정
화제)/ppm
VHR(t)/%
Srel(t)
t=750시간
t=0시간 t=750시간
비교예 7.0 1 M-3 없음 0 98.0±0.3 68±2 1
비교예 7.1 2 CM-3-1 T770 250 96.6±0.4 79±2 1.7
실시예 7 3 M-3-2 I* 50 97.3±0.3 78±2 1.6
주: I*: 상기 제시된 물질예 12의 화합물
T770: 티뉴빈(등록상표)770
실시예 번호 혼합물 안정화제 농도(안정
화제)/ppm		 이온 밀도/pC Srel(t)
t=750시간
비교예 7.0 1 M-3 없음 0 181±25 1.0
비교예 7.1 2 CM-3-1 T770 250 1.031±58 1.7
실시예 7 3 M-3-2 I* 50 250±43 1.5
주: I*: 상기 제시된 물질예 12의 화합물
T770: 티뉴빈(등록상표)770
여기에서, 전술된 화합물이 심지어 비교적 낮은 농도로도 유의하게 안정화하는 특성을 보인다는 것을 쉽게 확인하였다. 전압 보전율은 출발 혼합물의 전압 보전율보다 유의하게 우수하였으며, 최소한 비교 혼합물의 전압 보전율에 필적하였다. 또한, 이온 밀도는 도핑되지 않은 기준과 비교했을 때 거의 변하지 않았다. 이와 반대로, 티뉴빈(등록상표)770은 4배 더 높은 이온 밀도를 보였다. 따라서, 전술된 화합물의 행동은 전체적으로 유의하게 보다 더 바람직한 것처럼 보였다.

Claims (14)

  1. (a) 하나 이상의 하기 화학식 I의 화합물;
    (b) 하나 이상의 하기 화학식 II의 화합물; 및
    (c) 하기 화학식 III-1 내지 III-4의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물
    을 포함하는, 네마틱 상 및 음성 유전 이방성을 갖는 액정 매질:
    Figure pct00086

    Figure pct00087

    Figure pct00088

    Figure pct00089

    상기 식에서,
    R11 및 R14는 각각 서로 독립적으로 1 내지 4개의 C 원자를 갖는 알킬을 나타내고;
    X1은 H 또는
    Figure pct00090
    (즉, 자유 라디칼 전자를 갖는 1가 O 원자)를 나타내고;
    Y1 및 Y01은 각각 서로 독립적으로 1 내지 10개의 C 원자를 갖는 직쇄 또는 분지형 알킬을 나타내고, 또한 사이클로알킬, 사이클로알킬알킬 또는 알킬사이클로알킬을 나타내고, 이때, 모든 이러한 기내의 하나 이상의 -CH2- 기는 분자내의 2개의 O 원자가 서로 직접적으로 연결되지 않는 방식으로 -O-로 치환될 수 있고;
    Z1은 -O-, -(CO)-0-, -O-(CO)-, -O-(CO)-O-, -NH-, -NY01- 또는 -NH-(CO)-를 나타내고;
    Z1이 -O-(CO)-O-를 나타내는 경우 Y1은 또한
    Figure pct00091
    를 나타낼 수 있고;
    R21은 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 비치환된 알킬 라디칼 또는 2 내지 7개의 C 원자를 갖는 비치환된 알케닐 라디칼을 나타내고;
    R22는 2 내지 7개의 C 원자를 갖는 비치환된 알케닐 라디칼을 나타내고;
    R31은 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 비치환된 알킬 라디칼을 나타내고;
    R32는 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 비치환된 알킬 라디칼 또는 1 내지 6개의 C 원자를 갖는 비치환된 알콕시 라디칼을 나타내고;
    m, n 및 o는 각각 서로 독립적으로 0 또는 1을 나타낸다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    R22가 비닐을 나타내는, 하나 이상의 제 1 항에 명시된 화학식 II의 화합물을 포함하는 매질.
  3. 제 2 항에 있어서,
    R21이 n-프로필을 나타내고 R22가 비닐을 나타내는, 하나의 제 2 항에 명시된 화학식 II의 화합물을 포함하는 매질.
  4. 제 3 항에 있어서,
    전체로서의 매질내에 제 3 항에 명시된 화학식 II의 화합물의 총 농도가 25% 이상 내지 45% 이하인 매질.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 하기 화학식 III-2-2의 화합물을 포함하는 매질:
    화학식 III-2-2
    Figure pct00092

    상기 식에서,
    R31 및 R32는 제 1 항에서 화학식 III-2에 대해 주어진 각각의 의미를 갖는다.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 하기 화학식 III-3-2의 화합물을 포함하는 매질:
    화학식 III-3-2
    Figure pct00093

    상기 식에서,
    R31 및 R32는 제 1 항에서 화학식 III-2에 대해 주어진 각각의 의미를 갖는다.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 제 1 항에 명시된 화학식 III-4의 화합물을 포함하는 매질.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 키랄 화합물을 추가로 포함하는 매질.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 따른 액정 매질을 함유하는 전기 광학 디스플레이 또는 전기 광학 부품.
  10. 제 9 항에 있어서,
    VA 또는 ECB 효과에 기초한 디스플레이.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    능동 매트릭스 어드레싱 장치를 포함하는 디스플레이.
  12. 전기 광학 디스플레이 또는 전기 광학 부품에서의 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 따른 액정 매질의 용도.
  13. 제 1 항에 따른 화학식 I의 화합물을 하나 이상의 제 1 항에 따른 화학식 II의 화합물 및 화학식 III-1 내지 III-4의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물과 혼합하는, 액정 매질의 제조 방법.
  14. 화학식 I의 화합물 및 선택적으로 하기 화학식 OH-1 내지 OH-6의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 매질에 첨가하는, 하나 이상의 제 1 항에 따른 화학식 II의 화합물 및 제 1 항에 따른 화학식 III-1 내지 III-4의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 액정 매질을 안정화하는 방법:
    Figure pct00094
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