KR20150022924A - 액정 매질 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 액정(LC) 매질; 특히 LC 디스플레이, 특히 PS("중합체 지속된") 또는 PSA("중합체 지속된 배향") 유형의 LC 디스플레이에서의 상기 LC 매질의 광학, 전기-광학 및 전자 용도; 및 상기 LC 매질을 포함하는 LC 디스플레이, 특히 PS 또는 PSA 디스플레이에 관한 것이다.

Description

액정 매질{LIQUID CRYSTAL MEDIUM}
본 발명은, 액정(LC) 매질; 특히 LC 디스플레이, 특히 PS("중합체 지속된 배향") 또는 PSA("중합체 지속된 배향") 유형의 LC 디스플레이에서의 상기 LC 매질의 광학, 전기-광학 및 전자 용도; 및 상기 LC 매질을 포함하는 LC 디스플레이, 특히 PS 또는 PSA 디스플레이에 관한 것이다.
현재 사용되고 있는 액정 디스플레이(LC 디스플레이)는 대개 TN("비틀린 네마틱") 유형의 디스플레이이다. 그러나, 이러한 디스플레이는 명암비(contrast)의 시야각(viewing-angle) 의존성이 강하다는 단점을 가지고 있다.
또한, 넓은 시야각을 갖는 소위 VA("수직 정렬") 디스플레이도 공지되어 있다. VA 디스플레이의 LC 셀(cell)은 2개의 투명 전극 사이에 일반적으로 음의 유전 (DC) 이방성 값을 갖는 LC 매질의 층을 포함한다. 스위치-오프(switch-off) 상태에서, LC 층의 분자는 전극 표면에 대하여 직각으로(호메오트로픽하게(homeotropically)) 정렬되거나 또는 경사진 호메오트로픽 정렬을 갖는다. 두 전극에 전압을 인가하였을 때, LC 분자는 전극 표면에 평행하게 재정렬된다.
또한, 복굴절 효과에 기초하고 소위 "벤드(bend)" 정렬 및 일반적으로 양의 (DC) 이방성을 갖는 LC 층을 갖는 OCB("광학적으로 보상된 벤드") 디스플레이가 공지되어 있다. 전압을 인가하였을 때, LC 분자는 전극 표면에 수직 방향으로 재정렬된다. 또한, OCB 디스플레이는 통상적으로는 어두운 상태에서 벤드 셀의 바람직하지 않은 투광성을 방지하기 위하여 하나 이상의 복굴절성 광학 지연 필름을 포함한다. OCB 디스플레이는 TN 디스플레이에 비해 더 넓은 시야각 및 더 짧은 응답 시간을 갖는다.
또한, 2개의 기판(이때, 2개의 전극이 이들 2개의 기판 중 한 기판에만 배치되어 있고, 바람직하게는 상호 맞물리는(intermeshed) 빗-형상 구조를 가짐) 사이에 LC 층을 포함하는 소위 IPS("평면 내 스위칭") 디스플레이도 공지되어 있다. 상기 전극에 전압을 인가하였을 때, LC 층에 평행한 유의적 성분을 갖는 전기장이 이들 전극 사이에 생성된다. 이는, 층 평면에서 LC 분자의 재정렬을 유발한다.
또한, 유사하게 동일 기판상에 2개의 전극을 포함하지만 IPS 디스플레이와는 달리 기판들 중 하나만이 빗-형상 방식으로 구조화된 전극이고 나머지 하나의 전극은 구조화되지 않은 소위 FFS("프린지 필드 스위칭") 디스플레이도 제안되었다(특히, 문헌[S.H.Jung et al., Jpn. J. Appl. Phys., Volume 43, No. 3, 2004, 1028] 참조). 이에 의해, 강한, 소위 "프린지 필드," 즉 전극의 엣지에 인접한 강한 전기장, 및 셀 전체에 걸쳐, 강한 수직 성분과 강한 수평 성분을 모두 갖는 강한 전기장이 생성된다. IPS 디스플레이뿐만 아니라 FFS 디스플레이도, 명암비의 낮은 시야각 의존성을 갖는다.
보다 최근 유형의 VA 디스플레이의 경우, LC 분자의 균일한 정렬이 LC 셀 내의 다수의 비교적 작은 도메인으로 제한된다. 또한 경사 도메인(tilt domain)으로도 알려진 이들 도메인 사이의 전경(disclination)이 존재할 수 있다. 경사 도메인을 갖는 VA 디스플레이는 종래의 VA 디스플레이에 비해 명암비 및 회색 색조의 더 큰 시야각 의존성을 갖는다. 또한, 스위치-온 상태에서 분자의 균일한 정렬을 위한 전극 표면의 추가 처리, 예컨대 러빙(rubbing)이 더 이상 필요하지 않기 때문에 이러한 유형의 디스플레이는 더 간단하게 제조될 수 있다. 대신에, 전극의 특별한 디자인에 의해 경사(tilt) 또는 선경사(pretilt) 각도의 우선적 방향이 제어된다.
소위 MVA("다중도메인 수직 정렬") 디스플레이의 경우, 이는 일반적으로 국부적인 선경사를 야기시키는 돌출부를 갖는 전극에 의해 달성된다. 그 결과, LC 분자는 전압의 인가시에 셀의 한정된 상이한 영역 내에서 상이한 방향으로 전극 표면에 평행하게 정렬된다. 이에 의해 "제어된" 스위칭이 달성되며, 간섭 전경 라인(interfering disclination line)의 형성이 억제된다. 이러한 배열은 디스플레이의 시야각을 개선시키지만, 그의 투광성은 감소시킨다. MVA의 추가적인 개발은 단지 하나의 전극 면 상에서만 돌출부를 사용하고 반대편 전극은 슬릿(slit)을 갖는 것이며, 이로써 투광성이 개선된다. 슬릿화된 전극은 전압의 인가시에 LC 셀 내에서 불균일한 전기장을 발생시키며, 이는 여전히 제어된 스위칭이 달성되고 있다는 의미이다. 투광성을 더욱 개선하기 위하여, 슬릿과 돌출부 사이의 간격을 증가시킬 수 있지만, 이는 실제로는 응답 시간을 연장시킨다. 소위 PVA(패턴화된 VA) 디스플레이의 경우, 2개의 전극 모두가 양쪽 면 상에 슬릿으로 구조화된다는 점에서 돌출부가 완전히 불필요하며, 이로써 명암비가 증가되고 투광성은 개선되지만, 이는 기술적으로 어려우며 디스플레이를 기계적인 영향("탭핑" 등)에 더 민감하게 만든다. 그러나, 예를 들어 모니터, 특히 TV 스크린과 같은 많은 용도의 경우, 디스플레이의 응답 시간의 단축 및 명암비 및 휘도(투과도)의 개선이 요구된다.
"중합체 안정화된"이라는 용어로도 또한 공지되어 있는 소위 PS 또는 PSA("중합체 지속된" 또는 "중합체 지속된 정렬") 디스플레이가 또한 개발되었다. 이 경우, 소량(예를 들면, 0.3 중량%, 전형적으로는 1 중량% 미만)의 중합가능한 화합물 하나 이상을 LC 매질에 첨가하고, LC 셀로 도입한 후에, 전극들 사이에 전압을 인가하거나 인가하지 않고 일반적으로는 UV 광중합시킴으로써 동일 반응계에서 중합시키거나 가교결합시킨다. 상기 중합은, LC 매질이 액정 상을 나타내는 온도, 일반적으로 실온에서 수행된다. 또한, "반응성 메소젠 또는 RM"으로도 알려진 중합가능한 메소젠성 또는 액정 화합물을 LC 혼합물에 첨가하는 것이 특히 적합한 것으로 입증되어 왔다.
달리 언급되지 않는 한, "PSA"라는 용어는, 이후 PS 디스플레이 또는 PSA 디스플레이를 나타내는 것으로 사용된다.
한편, PS(A) 원리는 다양한 종래의 LC 디스플레이에도 사용되고 있다. 이에 따라, 예를 들면 PSA-VA, PSA-OCB, PSA-IPS, PSA-FFS 및 PSA-TN 디스플레이가 공지되어 있다. 일반적으로, 중합가능한 화합물의 중합은 바람직하게는 PSA-VA 및 PSA-OCB 디스플레이의 경우에는 전압을 인가하여 수행되고, PSA-IPS 디스플레이의 경우에는 전압을 인가하거나 인가하지 않고, 바람직하게는 인가하지 않고 수행된다. 시험 셀에서 증명될 수 있는 바와 같이, PS(A) 방법은 셀 내에 선경사를 생성시킨다. 따라서, PSA-OCB 디스플레이의 경우, 오프셋(offset) 전압이 불필요하거나 감소될 수 있도록 벤드 구조를 안정화시킬 수 있다. PSA-VA 디스플레이의 경우, 이러한 선경사가 응답 시간에 대해 긍정적인 영향을 준다. PSA-VA 디스플레이의 경우, 표준 MVA 또는 PVA 픽셀 및 전극 설계가 사용될 수 있다. 그러나, 그 외에도, 예를 들어 단지 하나의 구조화된 전극 면만을 갖고 돌출부를 전혀 갖지 않도록 조작함으로써 제조를 상당히 단순화시키는 동시에 매우 양호한 명암비와 함께 매우 양호한 투광성을 제공할 수 있다.
또한, 소위 포지-VA("포지티브-VA") 디스플레이가 특히 적합한 모드인 것으로 입증되었다. 종래의 VA 디스플레이에서와 같이, 포지-VA 디스플레이 내의 LC 분자들의 초기 배향은 전압이 인가되지 않은 초기 상태에서 호메오트로픽, 즉 기판에 실질적으로 수직이다. 그러나, 종래의 VA 디스플레이와 달리, 포지-VA 디스플레이에서는 양의 유전 이방성을 갖는 LC 매질이 사용된다. 보통 사용되는 IPS 디스플레이에서와 같이, 포지-VA 디스플레이에서의 두 전극은 두 기판 중 단지 하나의 기판 위에만 배치되어 있고, 바람직하게는 상호 맞물리는 빗-형상(인터디지털(interdigital)) 구조를 나타낸다. LC 매질 층에 실질적으로 평행한 전기장을 생성하는 인터디지털 전극에 전압이 인가되면, LC 분자들은 기판에 실질적으로 평행한 배향으로 변한다. 또한, 포지-VA 디스플레이에서도, 중합체 안정화(PSA)가 유리한 것으로 입증되었으며, 즉 셀 내에서 중합되는 RM을 LC 매질에 첨가함으로써 스위칭 시간의 상당한 감소를 구현할 수 있다.
PSA-VA 디스플레이는, 예를 들면 일본 특허 제 10-036847 A 호, 유럽 특허 제 1 170 626 A2 호, 미국 특허 제 6,861,107 호, 미국 특허 제 7,169,449 호, 미국 특허 출원 공개 제 2004/0191428 A1 호, 미국 특허 출원 공개 제 2006/0066793 A1 호 및 미국 특허 출원 공개 제 2006/0103804 A1 호에 기술되어 있다. PSA-OCB 디스플레이는, 예를 들면 문헌[T. -J-. Chen et al., Jpn. J. Appl. Phys. 45, 2006, 2702-2704] 및 문헌[S. H. Kim, L. -C-. Chien, Jpn. J. Appl. Phys. 43, 2004, 7643-7647]에 기술되어 있다. PSA-IPS 디스플레이는, 예를 들면 미국 특허 제 6,177,972 호 및 문헌[Appl. Phys. Lett. 1999, 75(21), 3264]에 기술되어 있다. PSA-TN 디스플레이는, 예를 들면 문헌[Optics Express 2004, 12(7), 1221]에 기술되어 있다.
전술된 통상의 LC 디스플레이와 마찬가지로, PSA 디스플레이는 능동-매트릭스 또는 수동-매트릭스 디스플레이로서 구동될 수 있다. 능동-매트릭스 디스플레이의 경우, 개별 픽셀은 보통 집적화된 비-선형 능동 소자, 예컨대 트랜지스터(예컨대, 박막 트랜지스터("TFT"))에 의해 어드레싱되지만, 수동-매트릭스 디스플레이의 경우, 개별 픽셀은 보통 종래 기술로부터 공지된 멀티플렉스 방법에 의해 어드레싱된다.
특히, 모니터 및 특히 TV 용도에서, LC 디스플레이의 응답 시간뿐만 아니라 명암비 및 휘도(따라서 투과도)를 최적화하는 것이 계속 요구되고 있다. 상기 PSA 방법은 여기서 중요한 이점을 제공할 수 있다. 특히 PSA-VA, PSA-IPS, PSA-FFS 및 PSA-포지-VA 디스플레이의 경우에, 다른 변수에 대한 심각한 부정적인 영향 없이 응답 시간의 단축(이는 시험 셀에서 측정가능한 선경사와 관련됨)이 달성될 수 있다.
종래 기술에서는, 예컨대 하기 화학식의 중합가능한 화합물이 사용되었다:
Figure pct00001
상기 식에서, P는 중합가능한 기, 일반적으로 예컨대 미국 특허 제 7,169,449 호에 기재된 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 기를 나타낸다.
그러나, LC 혼합물(또한 이하에서는 "LC 호스트 혼합물"로도 지칭됨) + 중합가능한 성분(전형적으로 RM)으로 이루어진 모든 조합이 PSA 디스플레이에 적합하지는 않다는 문제가 발생하는데, 이는, 예컨대 부적절한 경사가 형성되거나 또는 전혀 형성되지 않기 때문이거나, 또는 예컨대 소위 "전압 보전율"(VHR 또는 HR)이 TFT 디스플레이 제품에서 부적절하기 때문이다. 또한, PSA 디스플레이서 사용 시, 종래 기술로부터 공지된 LC 혼합물 및 RM은 여전히 몇몇 단점을 갖는 것으로 밝혀졌다. 따라서, LC 혼합물에 가용성인 모든 공지의 RM이 PSA 디스플레이에 사용하는 데 적합한 것은 아니다. 또한, 종종 PSA 디스플레이에서 선경사의 직접적 측정 외에 RM에 대한 적합한 선택 기준을 찾기가 어렵다. 광개시제의 첨가 없이 UV 광선을 사용한 중합(이는, 특정 용도에서 유리할 수 있음)이 바람직한 경우, 적합한 RM의 선택의 여지는 더욱 줄어든다.
또한, 선택된 LC 호스트 혼합물/RM의 조합은 가능한 최소의 회전 점도 및 가능한 최대의 전기적 성질을 가져야 한다. 특히, 가능한 최대의 VHR을 가져야 한다. PSA 디스플레이에서, UV 광 조사 후 높은 VHR이 특히 필요하며, 그 이유는, UV 노출은 디스플레이 제조 공정에 필요한 부분이지만 최종 디스플레이의 구동 중에 정상적인 노출로서 또한 일어나기 때문이다.
특히, 작은 선경사 각을 생성하는, PSA 디스플레이용으로 이용가능한 신규 물질이 바람직할 것이다. 동일한 노출 시간으로 중합하는 동안 지금까지 공지된 물질보다 더 작은 선경사 각을 생성하는 물질이 바람직하고/하거나, 사용시, 공지된 물질을 사용하여 달성할 수 있는(더 큰) 선경사 각을 더 짧은 노출 시간 후에 이미 달성할 수 있는 물질이 특히 바람직할 것이다. 따라서, 상기 디스플레이의 제조 시간("택트 시간"(tact time))이 단축되고, 제조 공정의 비용이 감소될 수 있다.
PSA 디스플레이의 제조시 또 하나의 문제는, 특히 디스플레이에서 선경사 각을 생성하기 위한 중합 단계 후의 중합되지 않은 잔량의 RM의 존재 또는 제거이다. 예를 들어, 이러한 유형의 미반응된 RM은, 디스플레이 마감 후의 구동 동안에 제어되지 않은 방식으로 중합됨으로써 디스플레이의 특성에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
따라서, 종래 기술에서 공지된 PSA 디스플레이는 종종 소위 "잔상" 또는 "이미지 번(image burn)", 즉 개별적인 픽셀들에서 전기장이 스위치-오프된 후 또는 다른 픽셀들이 어드레싱된 후에도 이들 픽셀들의 일시적인 어드레싱이 여전히 가시적으로 남아있는 현상을 보인다.
이러한 "잔상"은 한편으로는 낮은 VHR을 가진 LC 호스트 혼합물이 사용되는 경우 일어날 수 있다. 일광 또는 백라이팅의 UV 요소는 내부의 LC 분자의 바람직하지 못한 분해 반응을 일으킬 수 있고, 따라서 이온성 또는 자유-라디칼 불순물을 생성시킨다. 이들은 특히 전극 또는 정렬 층에 축적될 수 있으며, 여기서 이들은 유효 인가 전압을 감소시킨다. 이러한 효과는 또한 중합체 성분을 포함하지 않는 통상의 LC 디스플레이에서 관찰될 수 있다.
또한, 미중합된 RM의 존재에 의해 유발된 추가의 "잔상" 효과가 종종 PSA 디스플레이에서 관찰된다. 잔상 RM의 비제어된 중합은 환경에 의해 또는 백라이팅에 의해 여기서 시작된다. 스위칭된 디스플레이 영역에서, 이는 많은 어드레싱 사이클 후에 경사 각을 변화시킨다. 따라서, 스위칭된 영역에서는 투과도의 변화가 일어날 수 있지만, 비스위칭된 영역에서는 변화가 없을 수 있다.
그러므로, RM의 중합이 PSA 디스플레이의 제조 동안 가능한 완전하게 진행되는 것이 바람직하고, 디스플레이 내의 미중합된 RM의 존재는 가능한 한 배제되거나 최소한도로 감소되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 고도로 효과적이고 완전한 중합을 가능케 하는 물질이 요구된다. 또한, 이들 잔량의 제어 반응이 바람직할 것이다. 이는, RM이 현재까지 공지된 물질보다 더욱 신속하고 효과적으로 중합하는 경우 더 단순해질 것이다.
PSA 디스플레이의 조작시 관찰되는 추가의 문제는 선경사 각의 안정성이다. 따라서, 전술된 바와 같은 RM을 중합시킴으로써 디스플레이를 제조하는 동안 생성되는 선경사 각은 일정하게 유지되지 않으며, 조작 동안 디스플레이가 전압 스트레스를 받은 후 악화될 수 있음이 관찰되었다. 이는, 예를 들어 흑색 상태(black state) 투과도를 증가시켜 명암비를 낮춤으로써, 디스플레이 성능에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
따라서, 전술된 단점을 갖지 않거나 단지 적은 정도로만 갖고 개선된 특성을 갖는, 특히 VA 및 OCB 유형의 PSA 디스플레이, 및 이들 디스플레이에 사용하기 위한 LC 매질 및 중합가능한 화합물이 여전히 절실히 요구되고 있다.
특히, 높은 비저항과 동시에 넓은 작동 온도 범위, 심지어 저온에서의 짧은 응답 시간, 낮은 문턱 전압, 작은 선경사 각, 다수의 회색 색조, 높은 음영비 및 넓은 시야각을 가능하게 하고, UV 노출 후 높은 전압 보유 비(VHR)를 갖는 PSA 디스플레이가 절실히 요구된다.
본 발명은, 전술된 단점을 갖지 않거나 감소된 정도로 갖고, 가능한 신속하고 완전하게 중합되고, 가능한 빨리 낮은 경사 각이 형성될 수 있게 하고, 디스플레이에서 "잔상"의 발생을 감소 또는 방지하고, 바람직하게는 동시에 매우 높은 비저항 값, 낮은 문턱 전압 및 짧은 반응 시간을 가능케 하는, PSA 디스플레이에 사용하기 위한 개선된 LC 매질을 제공하는 목적에 기초한다.
본 발명의 추가의 목적은 특히 광학, 전기-광학 및 전자 제품용 신규 LC 매질, 및 이의 제조에 적합한 제조 방법 및 중간체를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 본 발명에 따라 본원에 기술된 바와 같은 물질 및 방법에 의해 달성되었다. 놀랍게도, 특히, 이후에 개시되고 청구되는 바와 같은 LC 매질을 PSA 디스플레이(이는, 측방향 플루오로 치환을 갖는 바이페닐 화합물을 포함하지만 터페닐 화합물은 포함하지 않음)에 사용함으로써, 디스플레이 조작 동안 및 전압 스트레스 이후의 선경사 각의 안정성이 상당히 개선되는 것으로 밝혀졌다.
그러나, 지금까지 선행 기술에는 PSA 디스플레이에 사용하기 위한 이러한 LC 매질이 개시되어 있지 않다.
본 발명은,
- 바람직하게는 반응성 메소젠(RM)으로부터 선택되는 하나 이상의 중합가능한 화합물을 포함하는 중합가능한 성분 (A), 및
- 메소젠성 또는 액정 화합물로부터 선택되는 하나 이상, 바람직하게는 2종 이상의 저분자량(단량체성 및 중합가능하지 않은) 화합물을 포함하는 액정 성분 (B)(하기에서 "LC 호스트 혼합물"로도 지칭됨)
을 포함하되,
상기 성분 (B)가 하나 이상의 하기 화학식 I의 화합물을 포함하고, 상기 성분 (B)는, 하나 이상의 페닐 고리가 2- 및/또는 3-위치에서 불화된 터페닐 화합물을 포함하지 않고, 바람직하게는 터페닐 화합물을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는, LC 매질에 관한 것이다:
Figure pct00002
상기 식에서,
Figure pct00003
는
Figure pct00004
또는
Figure pct00005
를 나타내고,
R1 및 R2는, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 12의 알킬, 바람직하게는 탄소수 1 내지 6의 알킬 또는 알콕시를 나타내고, 이때 1개 또는 2개의 비인접 CH2 기는 또한, O 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -O-, -CH=CH-, -CO-, -OCO- 또는 -COO-로 대체될 수 있고,
L1 내지 L4는, 각각 서로 독립적으로, F, Cl, OCF3, CF3, CH3, CH2F 또는 CHF2를 나타내고, 이때 L1 내지 L4 중 적어도 하나는 H가 아니고, 바람직하게는 F를 나타낸다.
본 발명은 또한, LC 디스플레이, 바람직하게는 PS(중합체 안정화된) 또는 PSA(중합체 지속된 배향) 유형의 LC 디스플레이에서의, 상기 및 하기에 기술되는 바와 같은 LC 매질의 용도에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 성분 (A)의 중합가능한 화합물이 중합된 상기 및 하기에 기술되는 바와 같은 LC 매질에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 하나 이상의 저분자량 액정 화합물(이들 중 적어도 하나는 화학식 I의 화합물임)과 하나 이상의 중합가능한 화합물 및 임의적으로 추가의 액정 화합물 및/또는 첨가제를 혼합하는 단계를 포함하는 상기 및 하기에 기술되는 바와 같은 LC 매질의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 바람직하게는 전기장 또는 자기장을 인가하여, PSA 디스플레이에서 성분 (A)의 화합물을 동일-반응계 중합시킴으로써 LC 매질에서 선경사 각을 생성하기 위한, 상기 및 하기에 기술되는 바와 같은 LC 매질의 PS 및 PSA 디스플레이에서의 용도, 특히 LC 매질을 포함하는 PS 및 PSA 디스플레이에서의 용도에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 상기 및 하기에 기술되는 바와 같은 LC 매질을 포함하는 LC 디스플레이, 특히 PS 또는 PSA 디스플레이, 특히 바람직하게는 PSA-VA, PSA-OCB, PSA-IPS, PS-FFS, PSA-포지-VA 또는 PSA-TN 디스플레이에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 2개의 기판 및 2개의 전극(이때, 적어도 하나의 기판은 광에 투명하고, 적어도 하나의 기판은 1개 또는 2개의 전극을 가짐)을 갖는 LC 셀, 및 상기 기판들 사이에 배치된, 중합된 성분 및 저분자량 성분을 포함하는 상기 및 하기에 기술된 바와 같은 LC 매질의 층(이때, 상기 중합된 성분은, 바람직하게는 상기 전극에 전압을 인가하여, 상기 LC 셀의 기판들 사이에서 상기 LC 매질의 성분 (A)의 화합물을 중합함으로써 수득가능함)을 포함하는 PS 또는 PSA 유형의 LC 디스플레이에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 상기 및 하기에 기술되는 바와 같은 2개의 기판 및 2개의 전극을 갖는 LC 셀에 본 발명에 따른 LC 매질을 충전하는 단계, 및 바람직하게는 상기 전극에 전압을 인가하여, 상기 LC 매질의 성분 (A)의 중합가능한 화합물을 중합시키는 단계를 포함하는, 상기 및 하기에 기술되는 바와 같은 LC 디스플레이의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 PS 및 PSA 디스플레이는, LC 셀을 형성하는 기판들 중 하나 또는 둘 다에 적용되는, 바람직하게는 투명 층 형태의 2개의 전극을 가진다. 각각의 경우에서, 하나의 전극은, 예를 들어 상기 및 하기에 기술되는 바와 같은 PSA-VA, PSA-OCB 또는 PSA-TN 디스플레이에서와 같이 2개의 기판 각각에 적용되거나, 예를 들어 본 발명에 따른 PSA-포지-VA, PSA-IPS 또는 PSA-FFS 디스플레이에서와 같이 전극들 둘 다가 2개의 기판 중 단지 하나에 적용되고, 다른 하나의 기판은 전극을 갖지 않는다.
"경사(tilt) (각)" 및 "선경사(pretilt) (각)"이라는 용어가 본원에서 상호교환적으로 사용됨이 이해될 것이다. 따라서, 경사 각에 대한 지칭은 선경사 각을 포함하며, 그 역도 성립한다. "(선)경사" 및 "(선)경사 각"이라는 용어가 LC 디스플레이(본원에서는 바람직하게는 PS 또는 PSA 디스플레이)에서 셀의 표면에 대한 LC 매질의 LC 분자들의 경사 정렬을 의미함이 이해될 것이다. 본원에서 경사 각은, LC 분자(LC 방향자)의 종방향 분자 축과 평면-평행 외측 플레이트(이는 LC 셀을 형성함) 사이의 평균 각(90°미만)을 나타낸다. 경사 각의 작은 값(즉, 90°각으로부터의 큰 편차)은 큰 경사에 대응한다. 경사 각을 측정하기에 적합한 방법은 실시예에 제시되어 있다. 달리 기재되지 않는 한, 상기 및 하기에 기재된 경사 각 값은 이러한 측정법과 관련된다.
본원에서 "메소젠성 기"라는 용어는, 당업자에게 공지되어 있으며, 문헌에 기술되어 있고, 이의 인력 및 척력의 비등방성으로 인해 본질적으로 저분자량 또는 중합가능한 물질 중에 액정(LC) 상을 유발하는 데 기여하는 기를 의미하는 것으로 이해될 것이다. 메소젠성 기를 포함하는 화합물(메소젠성 화합물) 자체가 LC 상을 가질 필요는 없다. 또한, 메소젠성 화합물은 다른 화합물과의 혼합 후 및/또는 중합 후에만 LC 상 거동을 나타낼 수도 있다. 전형적인 메소젠성 기는, 예를 들어 강성 막대형 또는 디스크형 단위이다. 메소젠성 또는 LC 화합물과 관련하여 사용되는 용어 및 정의에 대한 개요는 문헌[Pure Appl. Chem. 73(5), 888 (2001)] 및 문헌[C. Tschierske, G. Pelzl and S. Diele, Angew. Chem. 2004, 116, 6340-6368]에 제시되어 있다.
본원에서 "스페이서 기" 또는 "Sp"라는 용어는 또한 당업자에게 공지되어 있으며, 문헌(예컨대, 문헌[Pure Appl. Chem. 73(5), 888 (2001)] 및 문헌[C. Tschierske, G. Pelzl and S. Diele, Angew. Chem. 2004, 116, 6340-6368] 참조)에 기술되어 있다. 본원에서 "스페이서 기" 또는 "스페이서"라는 용어는, 중합가능한 메소젠성 화합물에서 메소젠성 기와 중합가능한 기를 연결하는 가요성 기, 예를 들면 알킬렌 기를 의미하는 것으로 이해될 것이다.
본원에서 "반응성 메소젠" 및 "RM"이라는 용어는, 메소젠성 기 및 중합에 적합한 하나 이상의 작용 기(이는 또한 중합가능한 기 또는 P라고도 지칭됨)를 포함하는 화합물을 의미하는 것으로 이해될 것이다.
본원에서 "저분자량 화합물" 및 "중합가능하지 않은 화합물"이라는 용어는, 당업자에게 공지된 통상적 조건, 특히 RM의 중합에 사용되는 조건 하에 중합에 적합한 임의의 작용 기를 포함하지 않는 일반적으로 단량체성 화합물을 의미하는 것으로 이해될 것이다.
본원에서 "유기 기"라는 용어는 탄소 또는 탄화수소 기를 의미하는 것으로 이해될 것이다.
본원에서 "탄소 기"라는 용어는, 하나 이상의 탄소 원자를 포함하는 1가 또는 다가 유기 기를 의미하는 것으로 이해될 것이며, 이는 추가의 원자를 포함하지 않거나(예컨대, -C≡C-), 또는 임의적으로 하나 이상의 추가의 원자, 예를 들어 N, 0, S, P, Si, Se, As, Te 또는 Ge를 포함한다(예컨대, 카보닐 등). "탄화수소 기"라는 용어는, 추가적으로 하나 이상의 H 원자 및 임의적으로 하나 이상의 헤테로원자, 예컨대 N, O, S, P, Si, Se, As, Te 또는 Ge를 포함하는 탄소 기를 나타낸다.
본원에서 "할로겐"은 F, Cl, Br 또는 I를 의미하는 것으로 이해될 것이다.
탄소 또는 탄화수소 기는 포화되거나 불포화된 기일 수 있다. 불포화된 기는, 예를 들어 아릴, 알켄일 또는 알킨일 기이다. 탄소수 3 초과의 탄소 또는 탄화수소 라디칼은 직쇄, 분지쇄 및/또는 환형일 수 있고, 또한 스파이로 연결부 또는 축합된 고리를 포함할 수 있다.
본원에서 "알킬", "아릴" 또는 "헤테로아릴"이라는 용어는, 다가 기, 예컨대 알킬렌, 아릴렌, 헤테로아릴렌을 포함하는 것으로 이해될 것이다.
본원에서 "아릴"이라는 용어는, 방향족 탄소 기 또는 이로부터 유도된 기를 의미하는 것으로 이해될 것이며, "헤테로아릴"이라는 용어는, 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 상기 정의된 바와 같은 아릴을 의미하는 것으로 이해될 것이다.
바람직한 탄소 및 탄화수소 기는, 임의적으로 치환된 탄소수 1 내지 40, 바람직하게는 탄소수 1 내지 25, 특히 바람직하게는 탄소수 1 내지 18의 알킬, 알켄일, 알킨일, 알콕시, 알킬카보닐, 알콕시카보닐, 알킬카보닐옥시 및 알콕시카보닐옥시; 임의적으로 치환된 탄소수 6 내지 40, 바람직하게는 탄소수 6 내지 25의 아릴 또는 아릴옥시; 또는 임의적으로 치환된 탄소수 6 내지 40, 바람직하게는 탄소수 6 내지 25의 알킬아릴, 아릴알킬, 알킬아릴옥시, 아릴알킬옥시, 아릴카보닐, 아릴옥시카보닐, 아릴카보닐옥시 및 아릴옥시카보닐옥시이다.
또한, 바람직한 탄소 및 탄화수소 기는 C1-C40 알킬, C2-C40 알켄일, C2-C40 알킨일, C3-C40 알릴, C4-C40 알킬다이엔일, 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. C1-C22 알킬, C2-C22 알켄일, C2-C22 알킨일, C3-C22 알릴, C4-C22 알킬다이엔일, C6-C12 아릴, C6-C20 아릴알킬 및 C2-C20 헤테로아릴이 특히 바람직하다.
또한, 바람직한 탄소 및 탄화수소 기는, 비치환되거나 F, Cl, Br, I 또는 CN로 일치환 또는 다중치환된 탄소수 1 내지 40, 바람직하게는 탄소수 1 내지 25의 직쇄, 분지쇄 또는 환형 알킬 라디칼이고, 이때 하나 이상의 비인접 CH2 기는, 각각 서로 독립적으로, O 및/또는 S 원자가 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -C(Rx)=C(Rx)-, -C≡C-, -N(Rx)-, -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -O-CO-O-로 대체될 수 있다.
Rx는 바람직하게는, H, 할로겐, 탄소수 1 내지 25의 선형, 분지형 또는 환형 알킬쇄를 나타내고, 이때 하나 이상의 비인접 탄소 원자는 또한, -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 2 내지 40의 헤테로아릴 또는 헤테로아릴옥시 기로 대체될 수 있다.
바람직한 알콕시 기는, 예컨대 메톡시, 에톡시, 2-메톡시-에톡시, n-프로폭시, i-프로폭시, n-부톡시, i-부톡시, s-부톡시, t-부톡시, 2-메틸부톡시, n-펜톡시, n-헥속시, n-헵톡시, n-옥톡시, n-노녹시, n-데콕시, n-운데콕시, n-도데콕시 등이다.
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 알킨일 기는, 예컨대 에틴일, 프로핀일, 부틴일, 펜틴일, 헥신일, 옥틴일 등이다.
바람직한 알콕시 기는, 예컨대 메톡시, 에톡시, 2-메톡시-에톡시, n-프로폭시, i-프로폭시, n-부톡시, i-부톡시, s-부톡시, t-부톡시, 2-메틸부톡시, n-펜톡시, n-헥속시, n-헵톡시, n-옥톡시, n-노녹시, n-데콕시, n-운데콕시, n-도데콕시 등이다.
바람직한 아미노 기는, 예컨대 다이메틸아미노, 메틸아미노, 메틸페닐아미노, 페닐아미노 등이다.
아릴 및 헤테로아릴 기는 단일환 또는 다환일 수 있으며, 즉 1개 고리(예컨대, 페닐) 또는 2개 이상의 고리를 포함할 수 있고, 이러한 고리는 또한 융합(예컨대, 나프틸)되거나 공유 결합(예컨대, 바이페닐)될 수 있거나, 융합되고 연결된 고리들의 조합을 포함할 수 있다. 헤테로아릴 기는, 바람직하게는 O, N, S 및 Se로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로원자를 포함한다.
6 내지 25개의 탄소 원자를 갖는 일환형, 이환형 또는 삼환형 아릴 기, 및 5 내지 25개의 고리 원자를 갖는 일환형, 이환형 또는 삼환형 헤테로아릴 기가 특히 바람직하고, 이들은 임의로 융합된 고리를 포함하고, 임의로 치환된다. 5원, 6원 또는 7원 아릴 및 헤테로아릴 기가 또한 바람직하며, 여기서 하나 이상의 CH 기는 또한, O 원자 및/또는 S 원자가 서로 직접 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, 페난트렌, 피렌, 다이하이드로피렌, 크리센, 페릴렌, 테트라센, 펜타센, 벤조피렌, 플루오렌, 인덴, 인데노플루오렌, 스파이로바이플루오렌 등이다.
바람직한 헤테로아릴 기는, 예컨대 5원 고리, 예컨대 피롤, 피라졸, 이미다졸, 1,2,3-트라이아졸, 1,2,4-트라이아졸, 테트라졸, 퓨란, 티오펜, 셀레노펜, 옥사졸, 이속사졸, 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-티아다이아졸; 6원 고리, 예컨대 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 융합 기, 예컨대 인돌, 이소인돌, 인돌리진, 인다졸, 벤즈이미다졸, 벤조트라이아졸, 퓨린, 나프이미다졸, 페난트리미다졸, 피리디미다졸, 피라진이미다졸, 퀴녹살린이미다졸, 벤족사졸, 나프톡사졸, 안트록사졸, 페난트록사졸, 이속사졸, 벤조티아졸, 벤조퓨란, 이소벤조퓨란, 다이벤조퓨란, 퀴놀린, 이소퀴놀린, p-터리딘, 벤조-5,6-퀴놀린, 벤조-6,7-퀴놀린, 벤조-7,8-퀴놀린, 벤조이소퀴놀린, 아크리딘, 페노티아진, 페녹사진, 벤조피리다진, 벤조피리미딘, 퀴녹살린, 페나진, 나프티리딘, 아자카바졸, 벤조카볼린, 페난트리딘, 페난트롤린, 티에노[2,3b]티오펜, 티에노[3,2b]티오펜, 다이티에노티오펜, 이소벤조티오펜, 다이벤조티오펜, 벤조티아다이아조티오펜, 또는 이러한 기들의 조합이다.
또한, 전술 및 후술되는 아릴 및 헤테로아릴 기는 알킬, 알콕시, 티오알킬, 플루오린, 플루오로알킬 또는 추가로 아릴 또는 헤테로아릴 기로 치환될 수 있다.
상기 (비-방향족) 지환족 및 헤테로환형 기는 포화된 고리(즉 단일 결합만을 포함하는 고리), 또한 부분적으로 불포화된 고리(즉, 다중 결합을 포함할 수 있는 고리)를 둘 다 포함한다. 헤테로고리는, 바람직하게는 Si, O, N, S 및 Se로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로원자를 포함한다.
상기 (비-방향족) 지환족 및 헤테로환형 기는 단일환, 즉 오직 1개의 고리(예컨대, 사이클로헥산), 또는 다환, 즉 복수개의 고리(예컨대, 데카하이드로나프탈렌 또는 바이사이클로옥탄)를 포함할 수 있다. 포화된 기가 특히 바람직하다. 5 내지 25개의 고리 원자를 갖는 일환형, 이환형 또는 삼환형 기가 추가로 바람직하며, 이들은 임의로 융합된 고리를 포함하고, 임의로 치환된다. 5원, 6원, 7원 또는 8원 탄소환형 기가 또한 바람직하며, 여기서 하나 이상의 탄소 원자는 또한 Si로 치환될 수 있고/있거나 하나 이상의 CH 기는 N로 치환될 수 있고/있거나 하나 이상의 비인접 CH2 기는 -O- 및/또는 -S-로 치환될 수 있다.
바람직한 지환족 및 헤테로환형 기는, 예컨대 5원 기, 예를 들면 사이클로펜탄, 테트라하이드로퓨란, 테트라하이드로티오퓨란, 피롤리딘; 6원 기, 예를 들면 사이클로헥산, 실리난, 사이클로헥센, 테트라하이드로피란, 테트라하이드로티오피란, 1,3-다이옥산, 1,3-다이티안, 피페리딘; 7원 기, 예를 들면 사이클로헵탄; 및 융합된 기, 예를 들면 테트라하이드로나프탈렌, 데카하이드로나프탈렌, 인단, 바이사이클로[1.1.1]펜탄-1,3-다이일, 바이사이클로[2.2.2]옥탄-1,4-다이일, 스파이로[3.3]헵탄-2,6-다이일, 옥타하이드로-4,7-메타노인단-2,5-다이일이다.
바람직한 치환기는, 예컨대 가용화-촉진 기, 예컨대 알킬 또는 알콕시; 전자-끌개 기, 예컨대 불소, 니트로 또는 니트릴; 또는 중합체에서 유리 전이 온도(Tg)를 높이기 위한 치환기, 특히 벌키(bulky) 기, 예컨대 t-부틸 또는 임의로 치환된 아릴 기이다.
또한, 상기 및 하기에서 "L"로도 지칭되는 바람직한 치환기는, 예컨대 F, Cl, Br, I, -CN, -NO2, -NCO, -NCS, -OCN, -SCN, C(=O)N(Rx)2, -C(=O)Y1, -C(=O)Rx, -N(Rx)2이고, 이때 Rx는 상기에 제시된 의미를 갖고, Y1은 할로겐, 임의로 치환된 탄소수 6 내지 40, 바람직하게는 탄소수 6 내지 20의 실릴 또는 아릴, 및 탄소수 1 내지 25의 선형 또는 분지형 알킬, 알켄일, 알킨일, 알콕시, 알킬카보닐, 알콕시카보닐, 알킬카보닐옥시 또는 알콕시카보닐옥시를 나타내며, 이때 하나 이상의 H 원자는 임의로 F 또는 Cl로 치환될 수 있다.
본원에서 "치환된 실릴 또는 아릴"이라는 용어는, 바람직하게는 할로겐, -CN, R0, -OR0, -CO-R0, -CO-O-R0, -O-CO-R0 또는 -O-CO-O-R0으로 치환됨을 의미하며, 이때 R0은 상기에 제시된 의미를 갖는다.
특히 바람직한 치환기 L은, 예컨대 F, Cl, CN, NO2, CH3, C2H5, OCH3, OC2H5, COCH3, COC2H5, COOCH3, COOC2H5, CF3, OCF3, OCHF2, OC2F5, 추가로 페닐이다.
Figure pct00006
는 바람직하게는
Figure pct00007
또는
Figure pct00008
이고, 이때, L은 상기에 제시된 의미 중 하나를 갖는다.
상기 중합가능한 기 P는 중합 반응, 예컨대 유리-라디칼 또는 이온 중합, 중부가 또는 중축합에 적합하거나, 또는 중합체-유사 반응, 예컨대 주요 중합체 쇄 상의 부가 또는 축합 반응에 적합한 기이다. 쇄 중합을 위한 기, 특히 -C=C- 이중 결합 또는 -C≡C- 삼중 결합을 포함하는 기, 및 개환 중합에 적합한 기, 예컨대 옥세탄 또는 에폭사이드 기가 특히 바람직하다.
바람직한 기 P는 CH2=CW1-CO-O-, CH2=CW1-CO-,
Figure pct00009
Figure pct00010
, 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-로 이루어진 군으로부터 선택되고, 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 옥사카보닐알킬을 나타내고, W7 및 W8은, 각각 서로 독립적으로, H, Cl 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬을 나타내고, Phe은 1,4-페닐렌(이는, P-Sp-가 아닌 상기에 정의된 하나 이상의 라디칼 L로 임의로 치환됨)을 나타내고, k1, k2 및 k3은, 각각 서로 독립적으로, 0 또는 1을 나타내고, k3은 바람직하게는 1을 나타내고, k4는 1 내지 10의 정수를 나타낸다.
특히 바람직한 기 P는 CH2=CW1-CO-O-, CH2=CW1-CO-,
Figure pct00011
Figure pct00012
, CH2=CW2-O-, CH2=CW2-, CW1=CH-CO-(O)k3-, CW1=CH-CO-NH-, CH2=CW1-CO-NH-, (CH2=CH)2CH-OCO-, (CH2=CH-CH2)2CH-OCO-, (CH2=CH)2CH-O-, (CH2=CH-CH2)2N-, (CH2=CH-CH2)2N-CO-, CH2=CW1-CO-NH-, CH2=CH-(COO)k1-Phe-(O)k2-, CH2=CH-(CO)k1-Phe-(O)k2-, Phe-CH=CH- 및 W4W5W6Si-로 이루어진 군으로부터 선택되고, 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 옥사카보닐알킬을 나타내고, W7 및 W8은, 각각 서로 독립적으로, H, Cl 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬을 나타내고, Phe은 1,4-페닐렌을 나타내고, k1, k2 및 k3은, 각각 서로 독립적으로, 0 또는 1을 나타내고, k3은 바람직하게는 1을 나타내고, k4는 1 내지 10의 정수를 나타낸다.
매우 특히 바람직한 기 P는 CH2=CW1-CO-O-, 특히 CH2=CH-CO-O-, CH2=C(CH3)-CO-O- 및 CH2=CF-CO-O-, 추가로 CH2=CH-O-, (CH2=CH)2CH-O-CO-, (CH2=CH)2CH-O-,
Figure pct00013
및
Figure pct00014
로 이루어진 군으로부터 선택된다.
추가로 매우 특히 바람직한 기 P는 비닐, 비닐옥시, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 플루오로아크릴레이트, 클로로아크릴레이트, 옥세탄 및 에폭사이드 기로 이루어진 군으로부터 선택되고, 특히 바람직하게는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 기를 나타낸다.
단일 결합을 제외한 바람직한 스페이서 기 Sp는 화학식 Sp"-X"로부터 선택되어, 라디칼 "P-Sp-"는 화학식 "P-Sp"-X"-"를 따르고, 이때
Sp"는 탄소수 1 내지 20, 바람직하게는 탄소수 1 내지 12의 알킬렌을 나타내고, 이는 임의로 F, Cl, Br, I 또는 CN으로 일치환 또는 다중 치환되고, 이때 하나 이상의 비인접 CH2 기는 또한, 각각 서로 독립적으로, O 및/또는 S 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -O-, -S-, -NH-, -N(R0)-, -Si(R00R000)-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -O-CO-O-, -S-CO-, -CO-S-, -N(R00)-CO-O-, -O-CO-N(R00)-, -N(R00)-CO-N(R00)-, -CH=CH- 또는 -C≡C-로 대체될 수 있고,
X"는 -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -O-CO-O-, -CO-N(R00)-, -N(R00)-CO-, -N(R00)-CO-N(R00)-, -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-CO-O-, -O-CO-CH=CH- 또는 단일 결합을 의미하고,
R00 및 R000은, 각각 서로 독립적으로, H 또는 탄소수 1 내지 12의 알킬을 의미하고,
Y2 및 Y3은, 각각 서로 독립적으로, H, F, Cl 또는 CN을 의미한다.
X'는 바람직하게는 -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO-, -O-COO-, -CO-NR0-, -NR0-CO-, -NR0-CO-NR0- 또는 단일 결합이다.
전형적인 스페이서 기 Sp"는, 예컨대 -(CH2)p1-, -(CH2CH2O)q1-CH2CH2-, -CH2CH2-S-CH2CH2-, -CH2CH2-NH-CH2CH2- 또는 -(SiR00R000-O)p1-이고, 이때 p1은 1 내지 12개의 정수이고, q1은 1 내지 3개의 정수이고, R00 및 R000은 상기에 제시된 의미를 갖는다.
특히 바람직한 기 -Sp"-X"-는 -(CH2)p1-, -(CH2)p1-O-, -(CH2)p1-O-CO-, -(CH2)p1-O-CO-O-이고, 이때 p1 및 q1은 상기에 제시된 의미를 갖는다.
특히 바람직한 기 Sp"은, 예를 들어 각각의 경우, 직쇄 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 펜틸렌, 헥실렌, 헵틸렌, 옥틸렌, 노닐렌, 데실렌, 운데실렌, 도데실렌, 옥타데실렌, 에틸렌옥시에틸렌, 메틸렌옥시부틸렌, 에틸렌티오에틸렌, 에틸렌-N-메틸이미노에틸렌, 1-메틸알킬렌, 에텐일렌, 프로펜일렌 및 부텐일렌이다.
본 발명의 추가의 바람직한 실시양태에서, 화학식 I에서 Ra 및/또는 Rb는, 2개 이상의 중합가능한 기를 포함하는 라디칼(중합가능한 다작용성 라디칼)을 나타낸다. 이러한 유형의 적합한 라디칼, 및 이를 포함하는 중합가능한 화합물 및 이의 제조 방법은, 예를 들어 미국 특허 제 7,060,200 B1 호 또는 미국 특허 출원 공개 제 2006/0172090 A1 호에 기술되어 있다. 특히 바람직한 다작용성 중합가능한 라디칼은 하기 화학식 I*a 내지 I*m으로부터 선택된다:
Figure pct00015
상기 식에서,
알킬은, 단일 결합 또는 탄소수 1 내지 12의 직쇄 또는 분지쇄 알킬렌을 나타내고, 이때 하나 이상의 비인접 CH2 기는, 각각 서로 독립적으로, O 및/또는 S 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -C(R00)=C(R000)-, -C≡C-, -N(R00)-, -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 대체될 수 있고, 하나 이상의 H 원자는 또한 F, Cl 또는 CN으로 대체될 수 있고, R00 및 R000은 상기 제시된 의미를 갖고,
aa 및 bb는, 각각 서로 독립적으로, 0, 1, 2, 3, 4, 5 또는 6을 나타내고,
X는 X'에 대해 제시된 의미들 중 하나를 갖고,
P1 내지 P5는, 각각 서로 독립적으로, P에 대해 제시된 의미들 중 하나를 갖는다.
본 발명에 따른 LC 매질을 PSA 디스플레이(2- 및/또는 3-위치에서 불화된 페닐 고리를 갖는 화학식 I의 화합물과 같은 바이페닐 화합물은 포함하고, 측방향 불화된 터페닐 화합물은 포함하지 않음)에 사용하는 경우, 전압 스트레스 후의 선경사 각의 안정성이 상당히 개선될 수 있음이 관찰되었다. 이에 반해, 하나 이상의 페닐 고리가 2- 및/또는 3-위치에서 임의적으로 불화된 터페닐 화합물, 예컨대 화학식 PYP-n-(O)m(하기 표 B 참고)을 포함하는 LC 매질은 전압 스트레스 이후에 선경사 각의 더 큰 변화를 나타냈다. 이러한 개선은 놀라운 것이며, 선행 기술에서는 예상할 수 없던 것이다.
바람직하게, 본 발명에 따른 LC 매질의 성분 (B)는, 페닐 고리가 치환되거나 비치환된 임의의 터페닐 화합물을 포함하지 않는다.
특히, R1이 탄소수 1 내지 6의 직쇄 알킬 라디칼 또는 탄소수 2 내지 6의 직쇄 알켄일 라디칼을 나타내고, R2가 탄소수 1 내지 6의 직쇄 알콕시 라디칼을 나타내는 화학식 I의 화합물이 바람직하다.
또한, 하기 하위화학식 I1 내지 I8로 이루어진 군으로부터 선택되는 화학식 I의 화합물이 바람직하다:
Figure pct00016
Figure pct00017
상기 식에서,
알킬 및 알킬*는, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 6의 직쇄 알킬 라디칼을 나타내고,
알켄일 라디칼은 탄소수 2 내지 6의 직쇄 알켄일 라디칼을 나타내고,
(O)는 산소 원자 또는 단일 결합을 나타낸다.
알켄일은 바람직하게는 CH2=CH-, CH2=CHCH2CH2-, CH3-CH=CH-, CH3-CH2-CH=CH-, CH3-(CH2)2-CH=CH-, CH3-(CH2)3-CH=CH- 또는 CH3-CH=CH(CH2)2-를 나타낸다.
화학식 I2의 화합물이 특히 바람직하다.
PSA 디스플레이를 제조하는 경우, 2개의 평면-평행한 대향하는 기판 및 2개의 전극을 포함하는 디스플레이 셀 내로 상기 LC 매질이 충전되며, 이때 적어도 하나의 기판은 투광성이며, 적어도 하나의 기판은 1개 또는 2개의 전극을 갖는다. 상기 성분 (A)의 중합가능한 화합물은, 하나의 화합물이 2개 이상의 중합가능한 기를 포함하는 경우, 바람직하게는 전극들에 전압을 인가하는 동안 상기 LC 디스플레이 셀의 기판들 사이의 LC 매질 내에서 동일 반응계 중합에 의해 중합되거나 가교결합된다. 상기 중합은 단일 단계로 수행될 수 있다. 또한, 제 1 단계에서 선경사 각을 생성하도록 임의적으로 전압을 인가하여, 먼저 중합을 수행하고, 후속적으로 제 2 중합 단계에서는, 전압의 인가 없이, 상기 제 1 단계에서 반응하지 않은 화합물을 중합 또는 가교결합시키는 것도 가능하다("최종 경화").
적합하고 바람직한 중합 방법은, 예를 들어 열중합 또는 광중합, 바람직하게는 광중합, 특히 UV 광중합이다. 또한, 여기에 하나 이상의 개시제를 임의적으로 가할 수 있다. 이러한 중합에 적합한 조건 및 개시제의 적합한 유형 및 양은 당업자에게 공지되어 있으며, 문헌에 기술되어 있다. 자유-라디칼 중합에 적합한 것은, 예를 들어 시판되는 광개시제 이르가큐어(Irgacure)651(등록상표), 이르가큐어184(등록상표), 이르가큐어907(등록상표), 이르가큐어369(등록상표) 또는 다로큐어(Darocure)1173(등록상표)(시바 아게(Ciba AG)이다. 개시제가 사용되는 경우, 그 비율은 바람직하게는 0.001 내지 5 중량%, 특히 바람직하게는 0.001 내지 1 중량%이다.
본 발명에 따른 중합가능한 화합물은 또한 개시제를 사용하지 않는 중합에 적합하며, 이는, 예를 들어 더 낮은 재료 비용, 및 특히 개시제의 가능한 잔량 및 이의 분해 생성물로 인한 LC 매질의 오염이 더 적은 것과 같은 상당한 이점을 수반한다. 따라서, 상기 중합은 또한 개시제의 첨가 없이 수행될 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 상기 LC 매질은 중합 개시제를 전혀 포함하지 않는다.
상기 중합가능한 성분 (A) 또는 상기 LC 매질은 또한, 예를 들어 저장 또는 수송 동안 RM의 바람직하지 않은 자발적 중합을 방지하기 위해 하나 이상의 안정화제를 포함할 수도 있다. 안정화제의 적합한 유형 및 양은 당업자에게 공지되어 있으며, 문헌에 기술되어 있다. 예를 들어, 시판되는 안정화제 이르가녹스(Irganox)(등록상표) 시리즈(시바 아게), 예컨대 이르가녹스(등록상표) 1076이 특히 적합하다. 안정화제가 사용되는 경우, RM 또는 중합성 성분 (A)의 총량을 기준으로 안정화제의 비율은 바람직하게는 10 내지 500,000 ppm, 특히 바람직하게는 50 내지 50,000 ppm이다.
PSA 디스플레이에 사용하기 위한 본 발명에 따른 LC 매질은 바람직하게는 0 초과 5 중량% 미만, 특히 바람직하게는 0 초과 1 중량% 미만, 매우 특히 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 중합가능한 화합물, 특히 전술된 화학식의 중합가능한 화합물을 포함한다.
본 발명에 따른 중합가능한 화합물을 1종, 2종 또는 3종 포함하는 LC 매질이 특히 바람직하다.
또한, 성분 (B)가 LC 화합물 또는 LC 혼합물(이는 네마틱 액정 상을 가짐)인 LC 매질이 바람직하다.
또한, 성분 (A) 및/또는 (B)의 화합물이 독점적으로 비키랄 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 본 발명에 따른 비키랄 중합가능한 화합물 및 LC 매질이 바람직하다.
또한, 상기 중합가능한 성분 또는 성분 (A)가, 하나의 중합가능한 기를 포함하는 본 발명에 따른 하나 이상의 중합가능한 화합물(일반응성); 및 2개 이상, 바람직하게는 2개의 중합가능한 기를 포함하는 본 발명에 따른 하나 이상의 중합가능한 화합물(이반응성 또는 다중반응성)을 포함하는, LC 매질이 바람직하다.
또한, 상기 중합가능한 성분 또는 성분 (A)가, 2개 또는 3개의 중합가능한 기를 포함하는 중합가능한 화합물을 독점적으로 포함하는 LC 매질 및 PSA 디스플레이가 바람직하다.
본 발명에 따른 LC 매질에서 중합가능한 성분 또는 성분 (A)의 비율은 바람직하게는 0 초과 5% 미만, 특히 바람직하게는 0 초과 1% 미만, 매우 특히 바람직하게는 0.01 내지 0.5%이다.
본 발명에 따른 LC 매질 중의 상기 액정 성분 또는 성분 (B)의 비율은 바람직하게는 95 이상 100% 미만, 특히 바람직하게는 99 내지 100% 미만이다.
성분 (A)의 중합가능한 화합물은 개별적으로 중합될 수 있지만, 2종 이상 중합가능한 화합물(이는 바람직하게는 RM으로부터 선택됨)을 포함하는 혼합물을 중합시키는 것도 가능하다. 후자의 경우, 공중합체가 형성된다.
성분 (A)에 사용하기에 적합하고 바람직한 중합가능한 화합물 또는 RM은, 예를 들어 하기 화학식 M1 내지 M42로부터 선택된다:
Figure pct00018
Figure pct00019
Figure pct00020
Figure pct00021
Figure pct00022
Figure pct00023
Figure pct00024
상기 식에서,
P1, P2 및 P3은, 각각 서로 독립적으로, 중합가능한 기, 바람직하게는 P에 대해 전술 및 후술되는 의미들 중 하나를 갖는 것을 나타내고, 특히 바람직하게는 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 플루오로아크릴레이트, 옥세탄, 비닐, 비닐옥시 또는 에폭사이드 기를 나타내고,
Sp1, Sp2 및 Sp3은, 각각 서로 독립적으로, 단일 결합, 또는 바람직하게는 Sp에 대해 전술 및 후술되는 의미들 중 하나를 갖는 스페이서 기를 나타내고, 특히 바람직하게는 -(CH2)p1-, -(CH2)p1-O-, -(CH2)p1-CO-O- 또는 -(CH2)p1-O-CO-O-을 나타내며, 이때 p1은 1 내지 12의 정수이고, 상기에서 나중에 언급된 기의 인접 고리에 대한 연결은 O 원자를 통해 일어나고,
또한, 라디칼 P1-Sp1-, P1-Sp2- 및 P3-Sp3- 중 하나 이상은 Raa를 나타낼 수 있으나, 단, 존재하는 라디칼 P1-Sp1-, P2-Sp2- 및 P3-Sp3- 중 적어도 하나는 Raa를 나타내지 않고,
Raa는 H, F, Cl, CN 또는 탄소수 1 내지 25의 직쇄 또는 분지쇄 알킬을 나타내고, 이때 하나 이상의 비인접 CH2 기는 또한, 서로 독립적으로, O 및/또는 S 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 C(R0)=C(R00)-, -C≡C-, -N(R0)-, -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 대체될 수 있고, 하나 이상의 H 원자는 또한 F, Cl, CN 또는 P1-Sp1-로 대체될 수 있고, 특히 바람직하게는 임의로 일불화되거나 다중불화된 탄소수 1 내지 12의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 알콕시, 알켄일, 알킨일, 알킬카보닐, 알콕시카보닐, 알킬카보닐옥시 또는 알콕시카보닐옥시(이때 상기 알켄일 및 알킨일 라디칼은 2개 이상의 탄소 원자를 갖고, 분지쇄 라디칼은 3개 이상의 탄소 원자를 갖는다)를 나타내고,
R0 및 R00은, 각각 서로 독립적으로, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, H, 또는 탄소수 1 내지 12의 알킬을 나타내고,
Ry 및 Rz는, 각각 서로 독립적으로, H, F, CH3 또는 CF3을 나타내고,
X1, X2 및 X3은, 각각 서로 독립적으로, -CO-O-, -O-CO- 또는 단일 결합을 나타내고,
Z1은 -O-, -CO-, -C(RyRz)- 또는 -CF2CF2-를 나타내고,
Z2 및 Z3은, 각각 서로 독립적으로, -CO-O-, -O-CO-, -CH2O-, -OCH2-, -CF2O-, -OCF2- 또는 -(CH2)n-을 나타내고, 이때 n은 2, 3 또는 4이고,
L은, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, F, Cl, CN 또는 임의로 일불화되거나 다중불화된 탄소수 1 내지 12의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 알콕시, 알켄일, 알킨일, 알킬카보닐, 알콕시카보닐, 알킬카보닐옥시 또는 알콕시카보닐옥시를 나타내고, 바람직하게는 F를 나타내고,
L' 및 L"는, 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 1이다.
화학식 M1 내지 M28의 화합물이 특히 바람직하다.
M1 내지 M42의 화합물에서,
Figure pct00025
는 바람직하게는
Figure pct00026
Figure pct00027
또는
Figure pct00028
이고, 이때
L은, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, 전술 또는 후술되는 의미들 중 하나를 갖고, 바람직하게는 F, Cl, CN, NO2, CH3, C2H5, C(CH3)3, CH(CH3)2, CH2CH(CH3)C2H5, OCH3, OC2H5, COCH3, COC2H5, COOCH3, COOC2H5, CF3, OCF3, OCHF2, OC2F5 또는 P-Sp-, 매우 바람직하게는 F, Cl, CN, CH3, C2H5, OCH3, COCH3, OCF3 또는 P-Sp-, 더 바람직하게는 F, Cl, CH3, OCH3, COCH3 또는 OCF3, 특히 F 또는 CH3이다.
중합가능한 성분(A)에 더하여, 본 발명에 따른 LC 매질은, 메소젠성 또는 액정 화합물로부터 선택되는 1종 이상, 바람직하게는 2종 이상의 저분자량의(즉, 단량체성 또는 미중합된) 화합물(이들 중 적어도 하나는 화학식 I의 화합물임)을 포함하는 LC 혼합물("호스트 혼합물")인 성분 (B)를 포함한다. 이러한 화합물은 성분 (B)의 중합가능한 화합물의 중합에 사용되는 조건 하에 안정하거나 비반응성이다.
대체로, 통상적인 VA 및 OCB 디스플레이에 사용하기 적합한 임의의 LC 혼합물이 호스트 혼합물로서 적합하다. 적합한 LC 혼합물은 당업자에게 공지되어 있고 문헌에 기술되어 있으며, 예를 들어 VA 디스플레이용 혼합물은 유럽 특허 제 1 378 557 A1 호에 기술되어 있고, OCB 디스플레이용 혼합물은 유럽 특허 제 1 306 418 A1 호 및 독일 특허 제 102 24 046 A1 호에 기술되어 있다.
바람직한 실시양태에서, 상기 LC 매질은, 음의 유전 이방성을 갖는 화합물에 기초하는 LC 호스트 혼합물을 포함한다. 이러한 LC 매질은 PSA-VA 디스플레이에 사용하기에 특히 적합하다. 이러한 LC 매질의 몇몇 특히 바람직한 실시양태가 하기에 열거된다:
a) 하나 이상의 화학식 CY 및/또는 PY의 화합물을 포함하는 LC 매질:
Figure pct00029
상기 식에서,
a는 1 또는 2를 나타내고,
b는 0 또는 1을 나타내고,
Figure pct00030
는
Figure pct00031
또는
Figure pct00032
를 나타내고,
R1 및 R2는, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 12의 알킬을 나타내고(이때 1개 또는 2개의 비인접 CH2 기는, O 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -O-, -CH=CH-, -CO-, -OCO- 또는 -COO-로 대체될 수 있음), 바람직하게는 탄소수 1 내지 6의 알킬 또는 알콕시를 나타내고,
Zx 및 Zy는, 각각 서로 독립적으로, -CH2CH2-, -CH=CH-, -CF2O-, -OCF2-, -CH2O-, -OCH2-, -CO-O-, -O-CO-, -C2F4-, -CF=CF-, -CH=CH-CH2O- 또는 단일 결합, 바람직하게는 단일 결합을 나타내고,
L1 내지 L4는, 각각 서로 독립적으로, F, Cl, OCF3, CF3, CH3, CH2F 또는 CHF2를 나타낸다.
바람직하게는, L1 및 L2는 둘 다 F를 나타내거나, L1 및 L2 중 하나는 F를 나타내고 다른 것은 Cl를 나타내거나, L3 및 L4는 둘 다 F를 나타내거나, L3 및 L4 중 하나는 F를 나타내고 다른 것은 Cl를 나타낸다.
상기 화학식 CY의 화합물은 바람직하게는 하기 하위화학식 CY1 내지 CY35로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00033
Figure pct00034
Figure pct00035
Figure pct00036
Figure pct00037
상기 식에서,
a는 1 또는 2를 나타내고,
알킬 및 알킬*는, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 6의 직쇄 알킬 라디칼을 나타내고,
알켄일은 탄소수 2 내지 6의 직쇄 알켄일 라디칼을 나타내고,
(O)는 산소 원자 또는 단일 결합을 나타낸다.
알켄일은 바람직하게는 CH2=CH-, CH2=CHCH2CH2-, CH3-CH=CH-, CH3-CH2-CH=CH-, CH3-(CH2)2-CH=CH-, CH3-(CH2)3-CH=CH- 또는 CH3-CH=CH(CH2)2-를 나타낸다.
상기 화학식 PY의 화합물은 바람직하게는 하기 하위화학식 PY1 내지 PY12로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00038
Figure pct00039
상기 식에서,
알킬 및 알킬*는, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 6의 직쇄 알킬 라디칼을 나타내고,
알켄일은 탄소수 2 내지 6의 직쇄 알켄일 라디칼을 나타내고,
(O)는 산소 원자 또는 단일 결합을 나타낸다.
알켄일은 바람직하게는 CH2=CH-, CH2=CHCH2CH2-, CH3-CH=CH-, CH3-CH2-CH=CH-, CH3-(CH2)2-CH=CH-, CH3-(CH2)3-CH=CH- 또는 CH3-CH=CH(CH2)2-를 나타낸다.
b) 하기 화학식 ZK의 화합물을 하나 이상 추가로 포함하는 LC 매질:
Figure pct00040
상기 식에서,
Figure pct00041
는
Figure pct00042
Figure pct00043
또는
Figure pct00044
를 나타내고,
Figure pct00045
는
Figure pct00046
또는
Figure pct00047
를 나타내고,
R3 및 R4는, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 12의 알킬을 나타내고, 이때 1개 또는 2개의 비인접 CH2 기는 또한, O 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -O-, -CH=CH-, -CO-, -O-CO- 또는 -CO-O-로 대체될 수 있고,
Zy는 -CH2CH2-, -CH=CH-, -CF2O-, -OCF2-, -CH2O-, -OCH2-, -CO-O-, -O-CO-, -C2F4-, -CF=CF-, -CH=CH-CH2O- 또는 단일 결합이고, 바람직하게는 단일 결합이다.
화학식 ZK의 화합물은 바람직하게는 하기 하위화학식 ZK1 내지 ZK10으로부터 선택된다:
Figure pct00048
Figure pct00049
상기 식에서,
알킬 및 알킬*는, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 6의 직쇄 알킬 라디칼을 나타내고,
알켄일은 탄소수 2 내지 6의 직쇄 알켄일 라디칼을 나타낸다.
알켄일은 바람직하게는 CH2=CH-, CH2=CHCH2CH2-, CH3-CH=CH-, CH3-CH2-CH=CH-, CH3-(CH2)2-CH=CH-, CH3-(CH2)3-CH=CH- 또는 CH3-CH=CH(CH2)2-를 나타낸다.
c) 하기 화학식 DK의 화합물을 하나 이상 추가로 포함하는 LC 매질:
Figure pct00050
상기 식에서, 개별적인 라디칼은, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, 하기의 의미를 갖는다:
R5 및 R6은, 각각 서로 독립적으로, 상기 R1에 대해 제시된 의미들 중 하나를 갖고,
Figure pct00051
는
Figure pct00052
또는
Figure pct00053
를 나타내고,
Figure pct00054
는
Figure pct00055
또는
Figure pct00056
를 나타내고,
e는 1 또는 2를 나타낸다.
상기 화학식 DK의 화합물은 바람직하게는 하기 하위화학식 DK1 내지 DK12로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00057
Figure pct00058
상기 식에서,
알킬 및 알킬*는, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 6의 직쇄 알킬 라디칼을 나타내고, 알켄일 및 알켄일*은, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 2 내지 6의 직쇄 알켄일 라디칼을 나타낸다.
알켄일 및 알켄일*은 바람직하게는 CH2=CH-, CH2=CHCH2CH2-, CH3-CH=CH-, CH3-CH2-CH=CH-, CH3-(CH2)2-CH=CH-, CH3-(CH2)3-CH=CH- 또는 CH3-CH=CH-(CH2)2-를 나타낸다.
d) 하기 화학식 LY의 화합물을 하나 이상 추가로 포함하는 LC 매질:
Figure pct00059
상기 식에서,
Figure pct00060
는
Figure pct00061
또는
Figure pct00062
를 나타내고,
f는 0 또는 1을 나타내고,
R1 및 R2는, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 12의 알킬을 나타내고, 이때 1개 또는 2개의 비인접 CH2 기는 또한, O 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -O-, -CH=CH-, -CO-, -OCO- 또는 -COO-로 대체될 수 있고,
Zx 및 Zy는, 각각 서로 독립적으로, -CH2CH2-, -CH=CH-, -CF2O-, -OCF2-, -CH2O-, -OCH2-, -CO-O-, -O-CO-, -C2F4-, -CF=CF-, -CH=CH-CH2O- 또는 단일 결합이고, 바람직하게는 단일 결합이고,
L1 및 L2는, 각각 서로 독립적으로, F, Cl, OCF3, CF3, CH3, CH2F 또는 CHF2를 나타낸다.
바람직하게는, 라디칼 L1 및 L2는 둘 다 F를 나타내거나, L1 및 L2 라디칼 중 하나는 F를 나타내고 다른 하나는 Cl를 나타낸다.
상기 화학식 LY의 화합물은 바람직하게는 하기 하위화학식 LY1 내지 LY24로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00063
Figure pct00064
Figure pct00065
Figure pct00066
상기 식에서,
R1은 상기 제시된 의미를 갖고, 알킬은 탄소수 1 내지 6의 직쇄 알킬 라디칼이고, (O)는 산소 원자 또는 단일 결합을 나타내고, v는 1 내지 6의 정수를 나타낸다.
R1은 바람직하게는 탄소수 1 내지 6의 직쇄 알킬 또는 탄소수 2 내지 6의 직쇄 알켄일, 특히 CH3, C2H5, n-C3H7, n-C4H9, n-C5H11, CH2=CH-, CH2=CHCH2CH2-, CH3-CH=CH-, CH3-CH2-CH=CH-, CH3-(CH2)2-CH=CH-, CH3-(CH2)3-CH=CH- 또는 CH3-CH=CH-(CH2)2-를 나타낸다.
e) 하기 화학식 Y1 내지 Y16으로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물을 하나 이상 추가로 포함하는 LC 매질:
Figure pct00067
Figure pct00068
Figure pct00069
상기 식에서,
R5는 상기 R1에 대해 제시된 의미들 중 하나를 갖고, 알킬은 C1-6-알킬을 나타내고, d는 0 또는 1을 나타내고, z 및 m은, 각각 서로 독립적으로, 1 내지 6의 정수를 나타낸다.
상기 화합물에서 R5는 특히 바람직하게는 C1 -6-알킬, C1 -6-알콕시 또는 C2 -6-알켄일이고, d는 바람직하게는 1이다. 본 발명에 따른 LC 매질은 바람직하게는, 전술된 화학식의 화합물 하나 이상을 5 중량% 이상의 양으로 포함한다.
f) 하기 화학식 B1 내지 B3으로 이루어진 군으로부터 선택되는 바이페닐 화합물을 하나 이상 추가로 포함하는 LC 매질:
Figure pct00070
상기 식에서,
알킬 및 알킬*는, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 6의 직쇄 알킬 라디칼을 나타내고, 알켄일 및 알켄일*은, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 2 내지 6의 직쇄 알켄일 라디칼을 나타낸다.
알켄일 및 알켄일*은 바람직하게는 CH2=CH-, CH2=CHCH2CH2-, CH3-CH=CH-, CH3-CH2-CH=CH-, CH3-(CH2)2-CH=CH-, CH3-(CH2)3-CH=CH- 또는 CH3-CH=CH(CH2)2-를 나타낸다.
상기 LC 혼합물 중의 상기 화학식 B1 내지 B3의 바이페닐의 비율은 바람직하게는 3 중량% 이상, 특히 5 중량% 이상이다.
화학식 B2의 화합물이 특히 바람직하다.
화학식 B1 내지 B3의 화합물은 바람직하게는 하기 하위화학식 B1a, B2a, B2b 및 B2c로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00071
상기 식에서, 알킬*는 탄소수 1 내지 6의 알킬 라디칼을 나타낸다.
본 발명에 따른 매질은 특히 바람직하게는 화학식 B1a 및/또는 B2c의 화합물을 하나 이상 포함한다.
g) 하기 화학식 O1 내지 O12로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 LC 매질:
Figure pct00072
Figure pct00073
상기 식에서,
R1 및 R2는 상기 제시된 의미를 갖고, 바람직하게는 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 6의 직쇄 알킬 또는 탄소수 2 내지 6의 직쇄 알켄일을 나타낸다.
바람직한 매질은 상기 화학식 O1, O3 및 O4로부터 선택되는 화합물을 하나 이상 포함한다.
h) 하기 화학식 FI의 화합물 하나 이상을 바람직하게는 3 중량% 초과, 특히 5 중량% 이상, 매우 특히 바람직하게는 5 내지 30 중량% 추가로 포함하는 LC 매질:
Figure pct00074
상기 식에서,
Figure pct00075
는
Figure pct00076
Figure pct00077
를 나타내고,
R9는 H, CH3, C2H5 또는 n-C3H7을 나타내고, (F)는 임의적인 불소 치환기를 나타내고, q는 1, 2 또는 3을 나타내고, R7은 R1에 대해 제시된 의미들 중 하나를 갖는다.
특히 바람직한 상기 화학식 FI의 화합물은 하기 하위화학식 FI1 내지 FI8로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00078
Figure pct00079
상기 식에서,
R7은 바람직하게는 직쇄 알킬을 나타내고,
R9는 CH3, C2H5 또는 n-C3H7을 나타낸다.
화학식 FI1, FI2 및 FI3의 화합물이 특히 바람직하다.
i) 하기 화학식 VK1 내지 VK4로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 LC 매질:
Figure pct00080
Figure pct00081
상기 식에서,
R8은 R1에 대해 제시된 의미를 갖고,
알킬은 탄소수 1 내지 6의 직쇄 알킬 라디칼이다.
k) 테트라하이드로나프틸 또는 나프틸 단위를 포함하는 화합물, 예를 들어 하기 화학식 N1 내지 N10으로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 LC 매질:
Figure pct00082
Figure pct00083
상기 식에서,
R10 및 R11은, 각각 서로 독립적으로, R1에 대해 제시된 의미들 중 하나를 갖고, 바람직하게는 탄소수 1 내지 6의 직쇄 알킬 또는 알콕시 또는 탄소수 2 내지 6의 직쇄 알켄일을 나타내고, Z1 및 Z2는, 각각 서로 독립적으로, -C2H4-, -CH=CH-, -(CH2)4-, -(CH2)3O-, -O(CH2)3-, -CH=CH-CH2CH2-, -CH2CH2CH=CH-, -CH2O-, -OCH2-, -CO-O-, -O-CO-, -C2F4-, -CF=CF-, -CF=CH-, -CH=CF-, -CH2- 또는 단일 결합을 나타낸다.
l) 하기 화학식 BC, CR 및 RC의 다이플루오로-다이벤조크로만 및/또는 크로만 하나 이상을 바람직하게는 3 내지 20 중량%, 특히 3 내지 15 중량%의 양으로 추가로 포함하는 LC 매질:
Figure pct00084
상기 식에서,
R11 및 R12는, 각각 서로 독립적으로, 상기 제시된 의미를 갖고,
고리 M은 트랜스-1,4-사이클로헥실렌 또는 1,4-페닐렌이고,
Zm은 -C2H4-, -CH2O-, -OCH2-, -CO-O- 또는 -O-CO-이고,
c는 0 또는 1이다.
특히 바람직한 상기 화학식 BC, CR 및 RC의 화합물은 하기 하위화학식 BC1 내지 BC7, CR1 내지 CR9 및 RC1 내지 RC3으로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00085
Figure pct00086
Figure pct00087
Figure pct00088
상기 식에서,
알킬 및 알킬*는, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 6의 직쇄 알킬 라디칼을 나타내고,
(O)는 산소 원자 또는 단일 결합을 나타내고,
c는 1 또는 2이고,
알켄일 및 알켄일*은, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 2 내지 6의 직쇄 알켄일 라디칼을 나타낸다.
알켄일 및 알켄일*은 바람직하게는 CH2=CH-, CH2=CHCH2CH2-, CH3-CH=CH-, CH3-CH2-CH=CH-, CH3-(CH2)2-CH=CH-, CH3-(CH2)3-CH=CH- 또는 CH3-CH=CH(CH2)2-를 나타낸다.
상기 화학식 BC2의 화합물 1종, 2종 또는 3종을 포함하는 혼합물이 매우 특히 바람직하다.
m) 하기 화학식 PH 및 BF의 플루오르화된 페난트렌 및/또는 다이벤조퓨란을 하나 이상 추가로 포함하는 LC 매질:
Figure pct00089
상기 식에서,
R11 및 R12는, 각각 서로 독립적으로, 상기 제시된 의미를 갖고,
b는 0 또는 1을 나타내고,
L은 F를 나타내고,
r은 1, 2 또는 3을 나타낸다.
특히 바람직한 화학식 PH 및 BF의 화합물은 하기 하위화학식 PH1, PH2, BF1 및 BF2로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00090
상기 식에서,
R 및 R'는, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 7의 직쇄 알킬 또는 알콕시 라디칼을 나타낸다.
n) 하기 화학식 Y의 일환형 화합물을 하나 이상 추가로 포함하는 LC 매질:
Figure pct00091
상기 식에서,
R1 및 R2는, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 12의 알킬을 나타내고(이때 1개 또는 2개의 비인접 CH2 기는, O 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -O-, -CH=CH-, -CO-, -OCO- 또는 -COO-로 대체될 수 있음), 바람직하게는 탄소수 1 내지 6의 알킬 또는 알콕시를 나타내고,
L1 및 L2는, 각각 서로 독립적으로, F, Cl, OCF3, CF3, CH3, CH2F 또는 CHF2를 나타낸다.
바람직하게는, L1 및 L2는 둘 다 F를 나타내거나, L1 및 L2 중 하나는 F를 나타내고 다른 것은 Cl를 나타낸다.
화학식 Y의 화합물은 바람직하게는 하기 하위화학식 Y1 내지 Y10으로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00092
Figure pct00093
상기 식에서,
알킬 및 알킬*는, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 6의 직쇄 알킬 라디칼을 나타내고,
알콕시는 탄소수 1 내지 6의 직쇄 알콕시 라디칼을 나타내고,
알켄일 및 알켄일*은, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 2 내지 6의 직쇄 알켄일 라디칼을 나타내고,
O는 산소 원자 또는 단일 결합을 나타낸다.
알켄일 및 알켄일*은 바람직하게는 CH2=CH-, CH2=CHCH2CH2-, CH3-CH=CH-, CH3-CH2-CH=CH-, CH3-(CH2)2-CH=CH-, CH3-(CH2)3-CH=CH- 또는 CH3-CH=CH(CH2)2-를 나타낸다.
특히 바람직한 화학식 Y의 화합물은 하기 하위화학식 Y6A 및 Y6B로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00094
상기 식에서, 알콕시는 탄소수 3, 4 또는 5의 직쇄 알콕시를 나타낸다.
o) 본 발명에 따른 중합가능한 화합물, 특히 화학식 I 또는 이의 하위화학식의 화합물 및 공단량체 외에, 말단 비닐옥시 기(-O-CH=CH2)를 포함하는 화합물을 포함하지 않는 LC 매질.
p) 바람직하게는 화학식 M1 내지 M18로부터 선택되는 성분 (A)의 중합가능한 화합물을 1 내지 5종, 바람직하게는 1, 2 또는 3종 포함하는 LC 매질.
q) 전체적으로 혼합물 중의, 특히 화학식 M1 내지 M18로부터 선택되는 성분 (A)의 중합가능한 화합물의 비율이 0.05 내지 5%, 바람직하게는 0.1 내지 1%인 LC 매질.
r) 매우 바람직하게는 화학식 I2로부터 선택되는 1 내지 8종, 바람직하게는 2, 3 , 4 또는 5종의 다른 화학식 I의 화합물을 포함하는 LC 매질.
s) 전체적으로 혼합물 중의 화학식 I의 화합물의 비율이 1 내지 45%, 바람직하게는 1 내지 25%인 LC 매질(이때 개별적인 화학식 I의 화합물의 함량은 바람직하게는 각각의 경우 1 내지 20%, 매우 바람직하게는 1 내지 15%이다).
t) 화학식 CY1, CY2, CY7, CY8, CY17, CY18, CY23, CY24, CY32, CY33, LY1 및 LY1로부터 선택되는 하나 이상, 바람직하게는 1 내지 10종의 다른 화합물을 포함하는 LC 매질(전체적으로 혼합물 중의 이러한 화합물의 비율은 바람직하게는 2 내지 60%, 매우 바람직하게는 5 내지 30%이다. 개별적인 화합물의 함량은 바람직하게는 각각의 경우 1 내지 25%이다).
u) 화학식 CY9, CY10, CY15, CY16, CY34, CY35, LY10, PY1, PY2, PY7 및 PY8로부터 선택되는 하나 이상, 바람직하게는 1 내지 10종의 다른 화합물을 포함하는 LC 매질(전체적으로 혼합물 중의 이러한 화합물의 비율은 바람직하게는 2 내지 80%, 매우 바람직하게는 5 내지 60%이다. 개별적인 화합물의 함량은 바람직하게는 각각의 경우 1 내지 20%이다).
v) 알켄일 기를 포함하는 화학식 ZK3 및 DK3으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 내지 10종, 바람직하게는 1 내지 8종의 다른 화합물을 포함하는 LC 매질(전체적으로 혼합물 중의 이러한 화합물의 비율은 바람직하게는 2 내지 85%, 매우 바람직하게는 5 내지 65%이다. 개별적인 화합물의 함량은 바람직하게는 각각의 경우 1 내지 60%이다).
w) 화학식 ZK1, ZK6, DK1, DK4, B1, B2, 01, O3 및 012로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상, 바람직하게는 1 내지 10종의 다른 화합물을 포함하는 LC 매질(전체적으로 혼합물 중의 이러한 화합물의 비율은 바람직하게는 2 내지 85%, 매우 바람직하게는 10 내지 70%이다. 개별적인 화합물의 함량은 바람직하게는 각각의 경우 1 내지 30%이다).
전술된 중합된 화합물을 사용하는 전술된 바와 같은 바람직한 실시양태의 화합물들의 조합은, 본 발명에 따른 LC 매질에서 낮은 문턱 전압, 낮은 회전 점도 및 매우 우수한 저온 안전성과 동시에, 일정하게 높은 등명점 및 높은 HR 값, 및 PSA 디스플레이에서 특히 낮은 선경사 각의 신속한 구축을 유발한다. 특히, 상기 LC 매질은 선행 기술의 매질에 비해 PSA 디스플레이에서 상당히 단축된 응답 시간, 특히 회색 색조 응답 시간을 나타낸다.
상기 액정 혼합물은 바람직하게는 적어도 80 K, 특히 바람직하게는 적어도 100 K 범위의 네마틱 상 범위, 및 20℃에서 250 mPa·s 초과, 바람직하게는 200 mPa·s 초과의 회전 점도를 가진다.
본 발명에 따른 VA-유형 디스플레이에서, 상기 LC 매질의 층 중의 분자는 스위치-오프 상태에서 전극 표면에 대하여 직각으로 정렬(호메오트로픽 정렬)되거나 또는 경사진 호메오트로픽 정렬을 갖는다. 전극에 전압을 인가하였을 때, LC 분자는 종방향 분자 축이 전극 표면에 평행하도록 재정렬된다.
특히 PSA-VA 유형의 디스플레이에 사용되는, 음의 유전 이방성을 갖는 화합물에 기초하는 본 발명에 따른 LC 매질은 20℃ 및 1 kHz에서 바람직하게는 -0.5 내지 -10, 특히 -2.5 내지 -7.5 범위의 음의 유전 이방성 Δε을 갖는다.
특히 PSA-VA 유형의 디스플레이에 사용되는 본 발명에 따른 LC 매질의 복굴절률 Δn은 바람직하게는 0.16 미만, 특히 바람직하게는 0.06 내지 0.14, 매우 특히 0.07 내지 0.12이다.
본 발명에 따른 OCB-유형 디스플레이에서, LC 매질의 층 중의 분자는 "벤드(bend)" 정렬 상태이다. 전압을 인가하였을 때, LC 분자는 종방향 분자 축이 전극 표면에 수직이 되도록 재정렬된다.
PSA-OCB 유형의 디스플레이에 사용되는 본 발명에 따른 LC 매질은 본 발명의 제 2의 바람직한 실시양태에 따른 양의 유전 이방성을 갖는 화합물에 기초한 매질이고, 바람직하게는 20℃ 및 1 kHz에서 +4 내지 +17 범위의 양의 유전 이방성 Δε을 갖는다.
PSA-OCB 유형의 디스플레이에 사용되는 본 발명에 따른 LC 매질의 복굴절률 Δn은 바람직하게는 0.14 내지 0.22, 특히 바람직하게는 0.16 내지 0.22이다.
PSA-TN, PSA-포지-VA-, PSA-IPS 또는 PSA-FFS 유형의 디스플레이에 사용되는 본 발명에 따른 LC 매질의 복굴절률 Δn은 바람직하게는 0.07 내지 0.15, 특히 바람직하게는 0.08 내지 0.13이다.
본 발명에 따른 LC 매질은 또한 당업자에게 공지되고 문헌에 기술된 추가의 첨가제, 예를 들어 중합 개시제, 저해제, 안정화제, 표면-활성 물질 또는 키랄 도판트를 포함할 수 있다. 이들은 중합가능하거나 중합가능하지 않은 것일 수 있다. 따라서, 중합가능한 첨가제는 중합가능한 성분 또는 성분 (A)로 분류된다. 따라서, 중합가능하지 않은 첨가제는 중합가능하지 않은 성분 또는 성분 (B)로 분류된다.
바람직한 실시양태에서, 상기 LC 매질은 하나 이상의 키랄 도판트를, 바람직하게는 0.01 내지 1%, 매우 바람직하게는 0.05 내지 0.5%의 농도로 포함한다. 키랄 도판트는 바람직하게는 하기 표 B로부터의 화합물들로 이루어진 군으로부터, 매우 바람직하게는 R- 또는 S-1011, R- 또는 S-2011, R- 또는 S-3011, R- 또는 S-4011, 및 R- 또는 S-5011로 이루어진 군으로부터 선택된다.
또 다른 바람직한 실시양태에서, 상기 LC 매질은 바람직하게는 앞선 단락에서 언급된 키랄 도판트로부터 선택되는 하나 이상의 키랄 도판트의 라세미체를 포함한다.
또한, 네마틱 상의 유전 이방성, 점도 및/또는 정렬을 개질하기 위해, 상기 LC 매질에, 0 내지 15 중량%의 다색성 염료, 나노입자, 전도성 염, 바람직하게는 에틸다이메틸도데실암모늄 4-헥속시벤조에이트, 테트라부틸암모늄 테트라페닐보레이트 또는 크라운 에터의 착체 염(예를 들면, 문헌[Haller et al., Mol. Cryst. Liq. Cryst. 24, 249-258(1973)] 참조)을 가할 수 있다. 이러한 유형의 물질은, 예를 들어 독일 특허 제 22 09 127 호, 제 22 40 864 호, 제 23 21 632 호, 제 23 38 281 호, 제 24 50 088 호, 제 26 37 430 호 및 제 28 53 728 호에 기술되어 있다.
본 발명에 따른 LC 매질의 바람직한 실시양태의 개별적인 성분들은 공지되어 있거나, 또는 관련 분야의 숙련자들은 종래 기술로부터 표준 방법에 기초한 종래 기술로부터 이러한 성분들을 제조할 수 있는 방법을 쉽게 유도할 수 있다. 상기 화학식 CY의 상응하는 화합물은, 예를 들면 유럽 특허 제 0 364 538 호에 기술되어 있다. 화학식 ZK에 상응하는 화합물은, 예를 들면 독일 특허 제 26 36 684 호 및 제 33 21 373 호에 기술되어 있다.
본 발명에 따라 사용될 수 있는 LC 매질은 통상적인 방식 자체, 예를 들면 하나 이상의 상기 언급된 화합물을 상기 정의된 바와 같은 하나 이상의 중합가능한 화합물 및 임의로는 추가의 액정 화합물 및/또는 첨가제와 혼합하여 제조한다. 일반적으로, 더 적은 양으로 사용되는 성분의 목적하는 양을 유리하게는 승온에서 주성분 내에 용해시킨다. 또한, 유기 용매, 예를 들면 아세톤, 클로로폼 또는 메탄올 중의 성분들의 용액을 혼합한 다음, 완전히 혼합된 후에 용매를 예를 들면 증류에 의해 다시 제거할 수도 있다. 본 발명은 또한 본 발명에 따른 LC 매질의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 LC 매질이, 예를 들면 H, N, O, Cl, F가 대응하는 동위원소로 대체된 화합물을 포함할 수 있음은 당해 분야 숙련자들에게는 두말할 나위도 없다.
본 발명에 따른 LC 디스플레이의 구조는, 상기 인용된 종래 기술에 기술되어 있는 바와 같은 PSA 디스플레이의 통상적인 기하구조에 상응한다. 특히, 칼라 필터 면 상의 전극은 또한, 구조화되지 않고 단지 TFT 면 상의 전극만이 슬롯을 갖고 돌출부가 없는 기하구조가 바람직하다. PSA-VA 디스플레이에 특히 적합하고 바람직한 전극 구조는, 예를 들면 미국 특허 출원 공개 제 2006/0066793 A1 호에 기술되어 있다.
하기 약어가 사용된다(n, m 및 z는, 각각의 경우 서로 독립적으로, 1, 2, 3, 4, 5 또는 6임).
[표 A]
Figure pct00095
Figure pct00096
Figure pct00097
Figure pct00098
Figure pct00099
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 LC 매질은, 상기 표 A로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 포함한다.
하기 표 B는, 본 발명에 따른 LC 매질에 첨가될 수 있는 가능한 키릴 도판트를 나타낸다.
[표 B]
Figure pct00100
Figure pct00101
상기 LC 매질은 바람직하게는 0 내지 10 중량%, 특히 0.01 내지 5 중량%, 특히 바람직하게는 0.1 내지 3 중량%의 도판트를 포함한다. 상기 LC 매질은 바람직하게는, 상기 표 B의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 도판트를 포함한다.
하기 표 C는 본 발명에 따른 LC 매질에 첨가될 수 있는 가능한 안정화제를 나타낸다(이때, n은 1 내지 12, 바람직하게는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 또는 8의 정수를 나타내고, 말단 메틸 기는 도시되지 않음).
[표 C]
Figure pct00102
Figure pct00103
Figure pct00104
Figure pct00105
Figure pct00106
상기 LC 매질은 바람직하게는 0 내지 10 중량%, 특히 1 ppm 내지 5 중량%, 특히 바람직하게는 1 ppm 내지 1 중량%의 안정화제를 포함한다. 상기 LC 매질은 바람직하게는, 상기 표 C의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 안정화제를 포함한다.
하기 표 D는, 바람직하게는 반응성 메소젠성 화합물로서 본 발명에 따른 LC 매질에 사용될 수 있는 예시적인 화합물을 도시한다.
[표 D]
Figure pct00107
Figure pct00108
Figure pct00109
Figure pct00110
Figure pct00111
Figure pct00112
Figure pct00113
Figure pct00114
Figure pct00115
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 상기 메소젠성 매질은 상기 표 D의 화합물의 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 포함한다.
또한, 하기 약어 및 기호가 사용된다:
V0은 20℃에서의 용량성 문턱 전압[V]을 나타낸다.
ne는 20℃ 및 589 nm에서의 이상(extraordinary) 굴절률을 나타낸다.
n0은 20℃ 및 589 nm에서의 정상(ordinary) 굴절률을 나타낸다.
Δn은 20℃ 및 589 nm에서의 광학 이방성을 나타낸다.
ε⊥은 20℃ 및 1 kHz에서 방향자(director)에 수직인 유전율(dielectric permittivity)을 나타낸다.
ε∥은 20℃ 및 1 kHz에서 방향자에 평행인 유전율을 나타낸다.
Δε은 20℃ 및 1 kHz에서의 유전 이방성을 나타낸다.
cl.p., T(N,I)는 등명점[℃]을 나타낸다.
γ1은 20℃에서의 회전 점도[mPa.s]를 나타낸다.
K1은 20℃에서의 탄성 상수, "스플레이(splay)" 변형률[pN]을 나타내다.
K2는 20℃에서의 탄성 상수, "비틀림(twist)" 변형률[pN]을 나타낸다.
K3은 20℃에서의 탄성 상수, "벤드" 변형률[pN]을 나타낸다.
달리 명백하게 기재되지 않는 한, 본원에서의 모든 농도는 중량%로 표시되며, 즉 용매 없이 전부 고체 또는 액정 성분을 전체로 포함하는 상응하는 혼합물에 관한 것이다.
달리 명백하게 기재되지 않는 한, 본원에서의 모든 온도 값, 예를 들면, 융점 T(C,N), 스멕틱(S) 상에서 네마틱(N) 상으로의 전이온도 T(S,N) 및 등명점 T(N,I)은 섭씨 온도(℃)로 표시된다. m.p.는 융점을 나타내고, cl.p.는 등명점을 나타낸다. 또한, C는 결정질 상태이고, N은 네마틱 상이고, S는 스멕틱 상이고, I는 등방성 상이다. 상기 기호들 사이의 데이터는 전이 온도를 나타낸다.
각각의 경우에 달리 명백하게 기재되지 않는 한, 모든 물성은 문헌["Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", Status Nov. 1997, Merck KGaA, Germany]에 따라 측정되고, 20℃의 온도를 적용하고, Δn은 589 nm에서 측정되며, Δε은 1 kHz에서 측정된다.
본 발명에 있어서, "문턱 전압"이라는 용어는 달리 명백하게 기재되지 않는 한 프레데릭츠(Freedericksz) 문턱값으로도 알려져 있는 용량성 문턱값(V0)에 관한 것이다. 실시예에서, 일반적인 일이지만, 10% 상대 명암비에 대한 광학 문턱값(V10)이 표시될 수도 있다.
달리 기재되지 않는 한, 전술 및 후술되는 PSA 디스플레이에서 중합가능한 화합물을 중합시키는 방법은 LC 매질이 액정 상, 바람직하게는 네마틱 상인 온도에서 수행되며, 가장 바람직하게는 실온에서 수행된다.
달리 기재되지 않는 한, 시험 셀을 제조하고, 이의 전기광학 및 다른 특성들을 측정하는 방법은 이후 기술되는 방법 또는 이들과 유사한 방법에 의해 수행된다.
용량성 문턱 전압을 측정하는 데 사용되는 시험 셀은, 25 ㎛ 분리된 2개의 평면-평행 유리 외측 플레이트들로 이루어지며, 이들 각각은 내측에, 전극 층 및 상부의 러빙되지 않은 폴리이미드 정렬 층(이는 액정 분자의 호메오트로픽 엣지 정렬을 유발시킴)을 갖는다.
경사 각을 측정하는 데 사용되는 디스플레이 또는 시험 셀은, 4 ㎛ 분리된 2개의 평면-평행 유리 외측 플레이트들로 이루어지며, 이들 각각은 내측에, 전극 층 및 상부의 러빙되지 않은 폴리이미드 정렬 층을 가지며, 이때 2개의 폴리이미드 층들은 서로 평형하지 않게 러빙되어 액정 분자의 호메오트로픽 엣지 정렬을 유발시킨다.
상기 중합가능한 화합물은, 디스플레이에 전압(일반적으로는 10V 내지 30V 교류, 1 kHz)을 동시에 인가하면서, 예정된 시간 동안, 정의된 강도의 UV 광을 조사함으로써 디스플레이 또는 시험 셀 내에서 중합된다. 실시예에서는, 달리 기재되지 않는 한, 금속 할로겐 램프 및 100 mW/㎠의 강도가 중합체 사용된다. 강도는 표준 UVA 미터(UVA 센서를 단 첨단 횐레(Hoenle) UV-미터)를 사용하여 측정한다.
결정 회전 실험(오트로닉-멜쳐스(Autronic-Melchers) TBA-105)에 의해 경사 각을 측정하였다. 작은 값(즉, 90°로부터 큰 편차)은 큰 경사를 나타낸다.
VHR 값은 다음과 같이 측정된다: 0.3%의 중합가능한 단량체성 화합물을 LC 호스트 혼합물에 가하고, 생성 혼합물을 VA-VHR 시험 셀(러빙되지 않은, VA-폴리이미드 정렬 층, LC-층 두께 d는 약 6 μm)에 도입한다. HR 값은, 1V, 60 Hz, 64 μs 펄스로 UV 노출 전후로 100℃에서 5분 후에 결정된다(측정 장치: 오트로닉-멜쳐스 VHRM-105).
하기 실시예는 본 발명을 제한하지 않고 설명하는 것으로 의도된다.
혼합물 실시예
비교예 1
네마틱 LC 호스트 혼합물 C1을 다음과 같이 배합하였다:
Figure pct00116
혼합물 C1은 터페닐 화합물 PYP-2-3 및 PYP-2-4를 포함한다.
실시예 1
네마틱 LC 호스트 혼합물 N1을 다음과 같이 배합하였다:
Figure pct00117
혼합물 N1은 혼합물 C1와 유사한 성분을 포함하며, 유사한 특성을 갖지만, 터페닐 화합물 PYP-2-3 및 PYP-2-4 대신 화합물 PY-3-O2를 포함한다.
비교예 2
네마틱 LC 호스트 혼합물 C2를 다음과 같이 배합하였다:
Figure pct00118
혼합물 C2는 터페닐 화합물 PYP-2-3을 포함한다.
실시예 2
네마틱 LC 호스트 혼합물 N2를 다음과 같이 배합하였다:
Figure pct00119
혼합물 N2는 혼합물 C2와 유사한 성분을 포함하고, 유사한 특성을 갖지만, 터페닐 화합물 PYP-2-3 대신 화합물 PY-3-O2를 포함한다.
비교예 3
네마틱 LC 호스트 혼합물 C3을 다음과 같이 배합하였다:
Figure pct00120
혼합물 C3은 터페닐 화합물 PYP-2-3을 포함한다.
실시예 3
네마틱 LC 호스트 혼합물 N3을 다음과 같이 배합하였다:
Figure pct00121
혼합물 N3은 터페닐 화합물 PYP-2-3 대신 화합물 PY-3-O2를 포함하는 것을 제외하고는 혼합물 C3과 유사하다.
장치 실시예
실시예 A
상기 LC 호스트 혼합물 C1 내지 C3 및 N1 내지 N3 각각에 하기 RM을 0.3 중량%의 농도로 각각 첨가함으로써 중합가능한 LC 매질을 제조하였다.
Figure pct00122
각각의 생성된 중합가능한 LC 매질을 VA e/o 시험 셀(역평행하게 러빙됨, VA-폴리이미드 정렬층, LC 층 두께 d ≒ 4 μm) 내에 삽입하였다.
24 Vrms의 전압(교류)를 인가하면서, 상기 셀에 100 mW/cm2의 강도를 갖는 UV 광을 20분 동안 조사하였다. UV 조사 후 상기 LC 매질에 유도된 선경사 각은 결정 회전 실험(오트로닉-멜쳐스(Autronic-Melchers) TBA-105)으로 결정하였다.
이어서, 상기 디스플레이를 30 Vrms의 전압 스트레스로 3일 동안 처리한 후, 다시 선경사 각을 측정하였다.
개별적인 시료의 선경사 각 값 및 전압 스트레스 이후의 선경사 각 변화를 하기 표 1에 요약한다.
[표 1]
Figure pct00123
상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, LC 호스트 혼합물 N1, N2 또는 N3이 화학식 I의 화합물 PY를 포함하는 본 발명에 따른 LC 매질에 기초한 디스플레이는 더 작은 선경사 각 변화를 나타냈다. 이에 비해, LC 호스트 혼합물 C1, C2 또는 C3이 화학식 I의 화합물 PY를 포함하지 않고 대신 터페닐 화합물 PYP를 포함하는 LC 매질에 기초한 디스플레이는 상당히 더 큰 선경사 각 변화를 나타냈다.
UV 노출 이전 및 이후에, 호스트 혼합물 C1, C2, C3, N1, N2 또는 N3 각각 및 RM-1을 포함하는 중합가능한 LC 혼합물의 VHR 값은 전술된 바와 같이 측정하였다.
개별적인 시료의 UV 부하 이전 및 이후의 VHR 값을 하기 표 2에 요약한다.
[표 2]
Figure pct00124
상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, UV 부하(이는, RM의 중합을 위해 필요함) 이후의, 터페닐 화합물 PYP를 갖는 혼합물 C1, C2 및 C3의 VHR 값은, 터페닐 화합물 PYP가 없는 대응 혼합물 N1, N2 및 N3에 비해 더 낮았다.

Claims (16)

  1. - 바람직하게는 반응성 메소젠(RM)으로부터 선택되는 하나 이상의 중합가능한 화합물을 포함하는 중합가능한 성분 (A), 및
    - 메소젠성 또는 액정 화합물로부터 선택되는 하나 이상, 바람직하게는 2종 이상의 저분자량(단량체성 및 중합가능하지 않은) 화합물을 포함하는 액정 성분 (B)(하기에서 "LC 호스트 혼합물"로도 지칭됨)
    을 포함하되,
    상기 성분 (B)가 하나 이상의 하기 화학식 I의 화합물을 포함하고,
    상기 성분 (B)는, 하나 이상의 페닐 고리가 2- 및/또는 3-위치에서 불화된 터페닐 화합물을 포함하지 않는, LC 매질:
    Figure pct00125

    상기 식에서,
    Figure pct00126
    는
    Figure pct00127
    또는
    Figure pct00128
    를 나타내고,
    R1 및 R2는, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 12의 알킬, 바람직하게는 탄소수 1 내지 6의 알킬 또는 알콕시를 나타내고, 이때 1개 또는 2개의 비인접 CH2 기는 또한, O 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -O-, -CH=CH-, -CO-, -OCO- 또는 -COO-로 대체될 수 있고,
    L1 내지 L4는, 각각 서로 독립적으로, F, Cl, OCF3, CF3, CH3, CH2F, CHF2를 나타내고, 이때 L1 내지 L4 중 적어도 하나는 H가 아니고, 바람직하게는 F를 나타낸다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    화학식 I의 화합물이 하기 화학식으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, LC 매질:
    Figure pct00129

    Figure pct00130

    상기 식에서,
    알킬 및 알킬*는 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 6의 직쇄 알킬 라디칼을 나타내고,
    알켄일은 탄소수 2 내지 6의 직쇄 알켄일 라디칼을 나타내고,
    (O)는 산소 원자 또는 단일 결합을 나타내고,
    알켄일은 바람직하게는 CH2=CH-, CH2=CHCH2CH2-, CH3-CH=CH-, CH3-CH2-CH=CH-, CH3-(CH2)2-CH=CH-, CH3-(CH2)3-CH=CH- 또는 CH3-CH=CH2-(CH2)2-를 나타낸다.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    2, 3, 4 또는 5종의 다른 화학식 I의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 LC 매질.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    전체적으로 혼합물 중의 화학식 I의 화합물의 비율이 1 내지 45%이고, 개별적인 화학식 I의 화합물의 함량이 각각의 경우 1 내지 20%인 것을 특징으로 하는, LC 매질.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성분 (B)가 하기 화학식 CY 및/또는 PY의 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, LC 매질:
    Figure pct00131

    상기 식에서,
    a는 1 또는 2를 나타내고,
    Figure pct00132
    는
    Figure pct00133
    또는
    Figure pct00134
    를 나타내고,
    R1 및 R2는, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 12의 알킬을 나타내고, 이때 1개 또는 2개의 비인접 CH2 기는 또한, O 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -O-, -CH=CH2-, -CO-, -O-CO- 또는 -CO-O-로 대체될 수 있고,
    Zx는 -CH=CH-, -CH2O-, -OCH2-, -CF2O-, -OCF2-, -O-, -CH2-, -CH2CH2- 또는 단일 결합, 바람직하게는 단일 결합을 나타내고,
    L1 내지 L4는, 각각 서로 독립적으로, F, Cl, OCF3, CF3, CH3, CH2F 또는 CHF2를 나타낸다.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성분 (B)가 하나 이상의 하기 화학식의 화합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, LC 매질:
    Figure pct00135

    상기 식에서,
    Figure pct00136
    는
    Figure pct00137
    Figure pct00138
    또는
    Figure pct00139
    를 나타내고,
    Figure pct00140
    는
    Figure pct00141
    또는
    Figure pct00142
    를 나타내고,
    R3 및 R4는, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 12의 알킬을 나타내고, 이때 1개 또는 2개의 비인접 CH2 기는 또한, O 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -O-, -CH=CH2-, -CO-, -O-CO- 또는 -CO-O-로 대체될 수 있고,
    Zy는 -CH2CH2-, -CH=CH-, -CF2O-, -OCF2-, -CH2O-, -OCH2-, -COO-, -OCO-, -C2F4-, -CF=CF2- 또는 단일 결합을 나타낸다.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성분 (A)가, 하기 화학식으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, LC 매질:
    Figure pct00143

    Figure pct00144

    Figure pct00145

    Figure pct00146

    Figure pct00147

    Figure pct00148

    상기 식에서,
    P1, P2 및 P3은, 각각 서로 독립적으로, 바람직하게는 상기 및 하기에서 P에 대해 제시된 의미를 갖는 중합가능한 기를 나타내고, 특히 바람직하게는 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 플루오로아크릴레이트, 옥세탄, 비닐, 비닐옥시 또는 에폭사이드 기이고,
    Sp1, Sp2 및 Sp3은, 각각 서로 독립적으로, 단일 결합, 또는 상기 및 하기에서 Sp에 대해 제시된 의미를 갖는 스페이서 기를 나타내고, 특히 바람직하게는 -(CH2)p1-, -(CH2)p1-O-, -(CH2)p1-CO-O- 또는 -(CH2)p1-O-CO-O-를 나타내고, 이때 p1은 1 내지 12의 정수이고, 나중에 언급된 기들에서 인접한 고리에 대한 연결은 O 원자를 통해 일어나고, 또한 라디칼 P1-Sp1-, P1-Sp2- 및 P3-Sp3- 중 하나 이상은 Raa를 나타낼 수 있되, 단, 라디칼 P1-Sp1-, P2-Sp2- 및 P3-Sp3- 중 적어도 하나는 Raa를 나타내지 않고,
    Raa는 H, F, Cl, CN 또는 탄소수 1 내지 25의 직쇄 또는 분지쇄 알킬을 나타내고(이때 하나 이상의 비인접 CH2 기는 또한, 서로 각각 독립적으로, O 및/또는 S 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 C(R0)=C(R00)-, -C≡C-, -N(R0)-, -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 대체될 수 있고, 하나 이상의 H 원자는 또한 F, Cl, CN 또는 P1-Sp1-로 대체될 수 있음), 특히 바람직하게는 임의적으로 일불화되거나 다중불화된 탄소수 1 내지 12의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 알콕시, 알켄일, 알킨일, 알킬카보닐, 알콕시카보닐, 알킬카보닐옥시 또는 알콕시카보닐옥시를 나타내고(이때, 알켄일 및 알킨일 라디칼은 2개 이상의 C 원자를 갖고, 분지쇄 라디칼은 3개 이상의 C 원자를 가짐),
    R0 및 R00은, 각각 서로 독립적으로 및 각각의 경우 동일하거나 상이하게, H 또는 탄소수 1 내지 12의 알킬을 나타내고,
    Ry 및 Rz는, 각각 서로 독립적으로, H, F, CH3 또는 CF3을 나타내고,
    X1, X2 및 X3은, 각각 서로 독립적으로, -CO-O-, -O-CO- 또는 단일 결합을 나타내고,
    Z1은 -O-, -CO-, -C(RyRz)- 또는 -CF2CF2-를 나타내고,
    Z2 및 Z3은, 각각 서로 독립적으로, -CO-O-, -O-CO-, -CH2O-, -OCH2-, -CF2O-, -OCF2- 또는 -(CH2)n-을 나타내고, 이때 n은 2, 3 또는 4이고,
    L은, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, F, Cl, CN 또는 임의적으로 일불화되거나 다중불화된 탄소수 1 내지 12의 직쇄 또는 분지쇄, 알킬, 알콕시, 알켄일, 알킨일, 알킬카보닐, 알콕시카보닐, 알킬카보닐옥시 또는 알콕시카보닐옥시, 바람직하게는 F를 나타내고,
    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 나타낸다.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    전체적으로 혼합물 중의 성분 (A)의 중합가능한 화합물의 비율이 0.05 내지 5%인 것을 특징으로 하는, LC 매질.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    성분 (A)의 중합가능한 화합물이 중합된 것인, LC 매질.
  10. PS(중합체 안정화된) 또는 PSA(중합체 지속된 배향) 유형의 LC 디스플레이에서의 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 LC 매질의 용도.
  11. 바람직하게는 전기장 또는 자기장을 인가하여, PS 또는 PSA 디스플레이에서 성분 (A)의 화합물을 동일-반응계 중합시킴으로써 LC 매질에서 선경사 각을 생성하기 위한, PS 또는 PSA 디스플레이에서의 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 LC 매질의 용도.
  12. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 LC 매질을 포함하는 PS 또는 PSA 유형의 LC 디스플레이.
  13. 제 12 항에 있어서,
    PSA-VA, PSA-OCB, PSA-IPS, PS-FFS, PSA-포지(posi)-VA 또는 PSA-TN 디스플레이인 것을 특징으로 하는 LC 디스플레이.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 디스플레이가,
    2개의 기판 및 2개의 전극(이때, 적어도 하나의 기판은 광에 투명하고, 적어도 하나의 기판은 1개 또는 2개의 전극을 가짐)을 갖는 LC 셀, 및
    상기 기판들 사이에 배치된, 중합된 성분 및 저분자량 성분을 포함하는 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 LC 매질의 층(이때, 상기 중합된 성분은, 바람직하게는 상기 전극에 전압을 인가하여, 상기 LC 셀의 기판들 사이에서 상기 LC 매질의 성분 (A)의 화합물을 중합함으로써 수득가능함)
    을 포함하는, LC 디스플레이.
  15. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 LC 디스플레이의 제조 방법으로서,
    2개의 기판 및 2개의 전극(이때, 적어도 하나의 기판은 광에 투명하고, 적어도 하나의 기판은 1개 또는 2개의 전극을 가짐)을 갖는 LC 셀에 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 LC 매질을 충전하는 단계, 및
    바람직하게는 상기 전극에 전압을 인가하여, 상기 LC 매질의 성분 (A)의 중합가능한 화합물을 중합시키는 단계
    를 포함하는, LC 디스플레이의 제조 방법.
  16. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 LC 매질의 제조 방법으로서,
    하나 이상의 저분자량 액정 화합물(이들 중 적어도 하나는 제 1 항 또는 제 2 항에 정의된 바와 같은 화학식 I의 화합물임)과 하나 이상의 중합가능한 화합물 및 임의적으로 추가의 액정 화합물 및/또는 첨가제를 혼합하는 단계를 포함하는, LC 매질의 제조 방법.
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