KR20160023607A - 액정 매질 - Google Patents

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KR20160023607A
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liquid crystal
compound
carbon atoms
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하랄트 히르슈만
마르티나 빈드호르스트
모니카 바우어
폴커 라이펜라쓰
마티아스 브레머
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메르크 파텐트 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 하기 화학식 I의 화합물을 하나 이상 포함하는 액정 매질, 및 특히 VA, PSA, PS-VA, PA-VA, PALC, FFS, PS-FFS, IPS 또는 PS-IPS 효과에 기초한 능동-매트릭스 디스플레이를 위한 이의 용도에 관한 것이다:
Figure pat00176

상기 식에서, 개별적인 라디칼은, 각각 서로 독립적으로 및 각각의 경우 동일하거나 상이하게, 하기 의미를 가진다:
R11은 탄소수 2 내지 12의 알켄일 라디칼을 나타내고,
L1 및 L2는 F, Cl, CF3, OCF3 또는 CHF2를 나타내고,
n은 1 또는 2를 나타내고,
A는, 1개 또는 2개의 동일하거나 상이한 라디칼 L1로 또한 치환될 수 있는, 트랜스-1,4-사이클로헥실렌 라디칼 또는 1,4-페닐렌 라디칼을 나타낸다.

Description

액정 매질{LIQUID-CRYSTALLINE MEDIUM}
본 발명은, 특히 화학식 I의 화합물을 하나 이상 포함하는 극성 화합물들의 혼합물에 기초한 액정 매질, 및 특히 VA, PSA, PS-VA, PA-VA, PALC, FFS, PS-FFS, IPS 또는 PS-IPS 효과에 기초한 능동-매트릭스 디스플레이를 위한 이의 용도에 관한 것이다:
Figure pat00001
상기 식에서, 개별적인 라디칼은, 각각 서로 독립적으로 및 각각의 경우 동일하거나 상이하게, 하기 의미를 가진다:
R11은 탄소수 2 내지 12의 알켄일 라디칼을 나타내고,
L1 및 L2는 F, Cl, CF3, OCF3 또는 CHF2를 나타내고,
n은 1 또는 2를 나타내고,
A는, 1개 또는 2개의 동일하거나 상이한 라디칼 L1로 또한 치환될 수 있는, 트랜스-1,4-사이클로헥실렌 라디칼 또는 1,4-페닐렌 라디칼을 나타낸다.
이러한 유형의 매질은 특히, ECB 효과에 기초한 능동-매트릭스 어드레싱을 갖는 전기-광학 디스플레이, 및 IPS(평면내 스위칭(in-plane switching)) 디스플레이 또는 FFS(프린지 필드 스위칭(fringe field switching)) 디스플레이에 사용될 수 있다.
전기 제어식 복굴절률, ECB 효과 또는 DAP(정렬된 상의 변형) 효과의 원리는 1971년에 최초로 기재되었다(문헌[M.F. Schieckel and K. Fahrenschon, "Deformation of nematic liquid crystals with vertical orientation in electrical fields", Appl. Phys. Lett. 19(1971), 3912]). 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); J. Duchene(Displays 7(1986), 3)] 및 문헌[H. Schad(SID 82 Digest Techn. Papers(1982), 244)]은 ECB 효과에 기초한 고정보 디스플레이 소자에 사용하기에 적합하도록, 액정 상이 높은 값의 탄성 상수 K3/K1의 비, 높은 값의 광학 이방성 Δn 및 -0.5 이하 값의 유전 이방성 Δε을 가져야 한다는 것을 보여준다. ECB 효과에 기초한 전기-광학 디스플레이 소자는 호메오트로픽 엣지 정렬(homeotropic edge alignment)(VA(= v ertically a ligned) 기술)을 가진다. 유전적으로 음성인 액정 매질은 또한 소위 IPS 또는 FFS 효과를 이용하는 디스플레이에 사용될 수 있다.
ECB 효과를 이용하는 디스플레이, 예를 들면 MVA(multi-domain vertical alignment)(예컨대, 문헌[Yoshide, H. et al., paper 3.1:"MVA LCD for Notebook 또는 Mobile PCs...", SID 2004 International Symposium, Digest of Technical Papers, XXXV, Book I, pp. 6-9] 및 문헌[Liu, C.T. et al., Paper 15.1:"A 46-in TFT-LCD HDTV Technology...", SID 2004 International Symposium, Digest of Technical Papers, XXXV, Book II, pp. 750-753]), PVA(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. 760-763]), ASV(advanced super view)(예컨대, 문헌[Shigeta, Mitzuhiro and Fukuoka, Harofumi, paper 15.2:"Development of High Quality LCD TV", SID 2004 International Symposium, Digest of Technical Papers, XXXV, Book II, pp. 754-757]) 방식의 소위 VAN(vertically aligned nematic) 디스플레이는, IPS(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 오랫동안 공지된 TN(twisted nematic) 디스플레이 이외에, 특히 텔레비전 제품에서 현재 가장 중요한 액정 디스플레이의 3가지 이상의 최근 유형 중 하나로서 수립되었다. 이 기술들은 예를 들어 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 - M-7/32])에서 일반적인 형태로 비교된다. 예를 들어, 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. 106-109]의 오버드라이브(overdrive)를 사용하는 어드레싱 방법에 의해 현대 ECB 디스플레이의 응답 시간의 달성은 상당히 개선되었음에도 불구하고, 특히 그레이 쉐이드(grey shade)의 전환시 비디오-호환 응답 시간의 달성은 여전히 아직 만족스럽게 해결되지 않은 문제점이다.
전기-광학 디스플레이 소자에서의 이러한 효과의 산업적 제품은 다수의 요건을 충족시켜야 하는 LC 상을 요구한다. 습기, 공기 및 물리적 영향에 대한 화학적 내성, 예컨대 열, 적외선, 가시광선 및 자외선, 및 직류 및 교류 전계가 특히 중요하다.
또한, 산업적으로 유용한 LC 상은 적합한 온도 범위 및 낮은 점도에서의 액정 메조상(mesophase)을 가질 것이 요구된다.
액정 메조상을 갖는 공개된 일련의 화합물은 이러한 모든 요건을 충족시키는 단일 화합물을 포함하지 않는다. 따라서, 되어 LC 상으로서 사용될 수 있는 물질을 수득하기 위해, 2 내지 25종, 바람직하게는 3 내지 18종의 화합물의 혼합물이 제조되었다. 그러나, 큰 음의 유전 이방성 및 충분한 장기적 안정성을 갖는 액정 물질을 얻을 수 없기 때문에, 이러한 방법으로 최적의 상을 용이하게 제조할 수 없었다.
매트릭스 액정 디스플레이(MLC 디스플레이)가 공지되어 있다. 각각의 픽셀을 각각 전환시키기 위해 사용될 수 있는 비-선형 소자는, 예를 들어 능동 소자(즉, 트랜지스터)이다. 이후 하기와 같이 2가지 유형으로 구별될 수 있는 "능동 매트릭스"란 용어가 사용된다:
1. 실리콘(silicon) 웨이퍼 기판상의 MOS(금속 산화물 반도체) 트랜지스터
2. 유리 플레이트 기판상의 박막 트랜지스터(TFT).
제 1 유형의 경우, 사용된 전기-광학 효과는 일반적으로 동적 산란 또는 게스트-호스트 효과이다. 다양한 부분-디스플레이의 모듈식 어셈블리는 결합부에서 문제를 초래하기 때문에 기판 물질로서의 단결정질 규소의 사용은 디스플레이 크기를 제한한다.
보다 유망한 바람직한 제 2 유형의 경우, 사용되는 전기-광학 효과는 일반적으로 TN 효과이다.
이 두 가지 기술은 예를 들어 CdSe와 같은 화합물 반도체를 포함하는 TFT, 또는 다결정 또는 비결정 규소에 기초한 TFT로 구분된다. 후자의 기술은 세계적으로 집중적으로 연구되고 있다.
TFT 매트릭스는 디스플레이의 하나의 유리 플레이트의 내부에 적용되는 반면, 다른 유리 플레이트는 이의 내부에 투명한 상대 전극을 갖는다. 픽셀 전극의 크기를 비교할 때, TFT는 매우 작고 실제로 이미지에 악영향이 없다. 이러한 기술은 또한 풀-칼라(full-colour)가 구현가능한 디스플레이로 연장될 수 있고, 적색, 녹색 및 청색 필터의 모자이크는 필터 요소가 각각의 전환가능한 픽셀의 반대쪽에 있도록 배열된다.
"MLC 디스플레이"라는 용어는, 집적 비선형 소자, 즉 또한 능동 매트릭스를 가진 임의의 매트릭스 디스플레이, 또한 수동 소자 예컨대 배리스터 또는 다이오드(MIM = 금속-절연체-금속)를 갖는 디스플레이를 포함한다.
이러한 유형의 MLC 디스플레이는 특히 TV 제품(예컨대, 휴대용 TV) 또는 자동차 또는 항공기 구조체에서의 고정보 디스플레이에 특히 적합하다. 콘트라스트의 각 의존성 및 응답 시간에 관한 문제 외에도, 액정 혼합물의 불충분한 높은 비저항으로 인해 MLC 디스플레이에서 여러 문제가 발생한다(문헌[TOGASHI, S., SEKIGUCHI, K., TANABE, H., YAMAMOTO, E., SORIMACHI, K., TAJIMA, E., WATANABE, H., SHIMIZU, H., Proc. Eurodisplay 84, Sept. 1984: A 210-288 Matrix LCD Controlled by Double Stage Diode Rings, 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. 145 ff., Paris]). 저항이 감소하는 경우, MLC 디스플레이의 콘트라스트는 악화된다. 디스플레이의 내부 표면과의 상호작용으로 인해 액정 혼합물의 비저항은 일반적으로 MLC 디스플레이의 사용기간에 걸쳐 강하되기 때문에, 오랜 작동기간 동안 허용가능한 저항값을 가져야 하는 디스플레이에서는 높은 (초기) 저항이 매우 중요하다.
다양한 그레이 쉐이드가 생성될 수 있으면서, 매우 높은 비저항(specific resistance)과 동시에 큰 작동-온도 범위, 짧은 응답 시간 및 낮은 문턱 전압을 갖는 MLC 디스플레이에 대한 많은 요구가 여전히 존재한다.
빈번하게 사용되는 MLC-TN 디스플레이의 단점은, 이의 비교적 낮은 콘트라스트, 상대적으로 높은 시야각 의존성 및 이러한 디스플레이에서의 그레이 쉐이드의 생성의 곤란성에 기인한다.
VA 디스플레이는 상당히 더 좋은 시야각 의존성을 가지며, 따라서 텔레비전 및 모니터에 주로 사용된다. 그러나, 여기서도 응답 시간을 개선할 필요성이 계속되고 있다. 그러나, 이와 동시에, 예를 들어 저온 안정성 및 신뢰성과 같은 특성이 손상되어서는 안 된다.
본 발명은, ECB 효과 또는 IPS 또는 FFS 효과를 기초로 하되 상술한 단점을 갖지 않거나 또는 감소된 정도로만 갖는, 특히 모니터 및 TV 제품용의 액정 혼합물을 제공하고자 하는 목적에 기초한다. 특히, 이는, 또한 모니터 및 텔레비전이 매우 높은 온도 및 매우 낮은 온도에서 작동함과 동시에 짧은 응답 시간 및 개선된 신뢰도 거동, 특히 긴 작동 시간 후의 없거나 상당히 감소된 잔상을 나타내도록 보장되어야 한다.
놀랍게도, 화학식 I의 극성 화합물을, 바람직하게는 VN 디스플레이용 액정 혼합물(특히, 음의 유전 이방성을 갖는 LC 혼합물)에 사용하는 경우, 회전 점도, 및 회전 점도와 탄성 계수의 비, 및 이에 따른 응답 시간을 개선할 수 있다.
놀랍게도, 화학식 I의 화합물을 음의 유전 이방성을 갖는 LC 혼합물에 사용하면, 매우 낮은 회전 점도 및 회전 점도와 탄성 계수의 비의 감소가 제공된다. 이에 따라, 짧은 응답 시간 및 동시에 우수한 상 특성 및 우수한 저온 거동을 갖는 액정 혼합물, 바람직하게는 VA, PS(= 중합체 안정화된)-VA, PA(= 광 배향)-VA, IPS, PS-IPS, PS-FFS, FFS 혼합물, 특히 UB-FFS(초 휘도(ultra brightness) 프린지 필드 스위칭) 혼합물이 제조될 수 있다.
따라서, 본 발명은, 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 포함하는 액정 매질에 관한 것이다. 마찬가지로, 본 발명은 화학식 I의 화합물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 혼합물은 바람직하게는, 70℃ 이상, 바람직하게는 75℃ 이상, 특히 80℃ 이상의 등명점, 매우 유리한 용량성 문턱값, 비교적 높은 보전율 값 및 동시에 -20℃ 및 -30℃에서의 매우 우수한 저온 안정성뿐만 아니라, 매우 낮은 회전 점도 및 짧은 응답 시간을 갖는 매우 넓은 네마틱 상 범위를 나타낸다. 본 발명에 따른 혼합물은 또한, 회전 점도(γ1)의 개선에 더하여, 응답 시간을 개선하기 위한 비교적 높은 탄성 계수(K3) 값이 관찰될 수 있다는 사실을 특징으로 한다. 특히, 본 발명에 따른 혼합물은 회전 점도(γ1)와 탄성 계수(K3)의 비(γ1/K3)의 특히 낮은 값(이는 빠른 응답 시간의 지표임)을 가진다.
본 발명에 따른 혼합물의 몇몇 바람직한 실시양태는 하기 제시된다.
화학식 I의 화합물에서, R11은, 바람직하게는 탄소수 2 내지 15, 바람직하게는 탄소수 2 내지 6의 직쇄 알켄일을 나타내고, 특히 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-이다.
바람직한 화학식 I의 화합물은 하기 하위화학식 I1 내지 I4로부터 선택된다:
Figure pat00002
상기 식들에서,
알켄일은 탄소수 2 내지 6의 직쇄 알켄일 라디칼을 나타내고,
L1 및 L2는, 각각 서로 독립적으로, F 또는 Cl을 나타낸다.
화학식 I1, I3 및 I4의 화합물이 특히 바람직하다.
하위화학식 I1 내지 I4의 화합물에서 "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 I의 화합물은 하기 하위화학식 I1a, I3a 및 I4a로부터 선택된다:
Figure pat00003
상기 식에서, L1 및 L2는, 각각 서로 독립적으로, F 또는 Cl을 나타낸다.
화학식 I 및 하위화학식 I1 내지 I4, I1a, I3a 및 I4a의 화합물에서, 바람직하게는 L1 = L2 = F이다.
본 발명에 따른 매질은 바람직하게는 1종, 2종, 3종, 4종 또는 그 이상, 바람직하게는 1종, 2종, 3종, 또는 4종의 화학식 I의 화합물을 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 상기 액정 매질은 정확히 하나의 화학식 I의 화합물, 바람직하게는 화학식 I1 또는 화학식 I4의 화합물, 특히 화학식 I1a의 화합물 또는 화학식 I4a의 화합물을 포함한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시양태에서, 상기 액정 매질은 2종의 화학식 I의 화합물, 바람직하게는 화학식 I1의 화합물 및 화학식 I3의 화합물, 또는 화학식 I1의 화합물 및 화학식 I4의 화합물, 특히 화학식 I1a의 화합물 및 화학식 I3a의 화합물, 또는 화학식 I1a의 화합물 및 화학식 I4a의 화합물을 포함한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시양태에서, 상기 액정 매질은 정확히 3종의 화학식 I의 화합물, 바람직하게는 화학식 I1의 화합물, 화학식 I3의 화합물 및 화학식 I4의 화합물, 특히 화학식 I1a의 화합물, 화학식 I3a의 화합물 및 화학식 I4a의 화합물을 포함한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시양태에서, 상기 액정 매질은 정확히 3종의 화학식 I의 화합물, 바람직하게는 화학식 I1의 화합물 및 2종의 화학식 I3의 화합물, 특히 화학식 I1a의 화합물, 화학식 I3a의 화합물 및 화학식 I3b의 화합물을 포함한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시양태에서, 상기 액정 매질은 정확히 4종의 화학식 I의 화합물, 바람직하게는 화학식 I1의 화합물, 화학식 I4의 화합물 및 2종의 화학식 I3의 화합물, 특히 화학식 I1a의 화합물, 화학식 I3a의 화합물, 화학식 I3b의 화합물 및 화학식 I4a의 화합물을 포함한다.
화학식 I의 화합물은 바람직하게는 전체 혼합물을 기준으로 1 중량% 이상, 바람직하게는 5 중량% 이상 60 중량% 이하, 바람직하게는 40 중량% 이하의 양으로 상기 액정 매질에 사용된다. 2 내지 30 중량%, 바람직하게는 5 내지 15 중량%의 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 포함하는 액정 매질이 특히 바람직하다.
본 발명에 따른 액정 매질의 바람직한 실시양태는 하기 제시된다:
a) 화학식 IIA, IIB 및 IIC의 화합물의 군으로부터 선택되는 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 액정 매질:
Figure pat00004
상기 식에서,
R2A, R2B 및 R2C는, 각각 서로 독립적으로, H; 또는 비치환되거나, CN 또는 CF3로 일치환되거나, 또는 할로겐으로 적어도 일치환되는 탄소수 15 이하의 알킬 또는 알켄일 라디칼을 나타내고, 이때 또한, 이들 라디칼에서 하나 이상의 CH2 기는, O 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로, -O-, -S-,
Figure pat00005
, -C≡C-, -CF2O-, -OCF2-, -OC-O- 또는 -O-CO-로 대체될 수 있고,
L1 내지 L4는, 각각 서로 독립적으로, F, Cl, CF3 또는 CHF2를 나타내고,
Z2 및 Z2'은, 각각 서로 독립적으로, 단일 결합, -CH2CH2-, -CH=CH-, -CF2O-, -OCF2-, -CH2O-, -OCH2-, -COO-, -OCO-, -C2F4-, -CF=CF-, 또는 -CH=CHCH2O-를 나타내고,
p는 1 또는 2를 나타내고,
q는 0 또는 1을 나타내고,
v는 1 내지 6을 나타내되,
단, 화학식 IIA 및 IIB의 화합물은 화학식 I의 화합물과 동일하지 않다.
화학식 IIA 및 IIB의 화합물에서, Z2 및 Z2'은, 동일하거나 상이한 의미를 가질 수 있다. 화학식 IIB의 화합물에서, Z2 및 Z2'은 동일하거나 상이한 의미를 가질 수 있다.
화학식 IIA, IIB 및 IIC의 화합물에서, R2A, R2B 및 R2C는, 각각 바람직하게는, 탄소수 1 내지 6의 알킬을 나타내고, 특히 CH3, C2H5, n-C3H7, n-C4H9, n-C5H11이다.
화학식 IIA 및 IIB의 화합물에서, L1, L2, L3 및 L4는 바람직하게는 L1 = L2 = F 및 L3 = L4 = F, 또한 L1 = F 및 L2 = Cl, L1 = Cl 및 L2 = F, L3 = F 및 L4 = Cl, L3 = Cl 및 L4 = F를 나타낸다. 화학식 IIA 및 IIB에서 Z2 및 Z2'은, 바람직하게는 각각 서로 독립적으로, 단일 결합, 또한 -C2H4- 가교를 나타내다.
화학식 IIB에서 Z2가 -C2H4-인 경우, Z2'은 바람직하게는 단일 결합이거나, Z2'이 -C2H4-인 경우, Z2는 바람직하게는 단일 결합이다. 화학식 IIA 및 IIB의 화합물에서, (O)CvH2v +1은 바람직하게는 OCvH2v +1, 또한 CvH2v +1을 나타낸다. 화학식 IIC의 화합물에서, (O)CvH2v +1은 바람직하게는 CvH2v +1을 나타낸다. 화학식 IIC의 화합물에서, L3 및 L4는 바람직하게는 각각 F를 나타낸다.
화학식 IIA, IIB 및 IIC의 바람직한 화합물은 하기 제시된다:
Figure pat00006
Figure pat00007
Figure pat00008
Figure pat00009
Figure pat00010
Figure pat00011
Figure pat00012
Figure pat00013
상기 식들에서,
알킬 및 알킬*는, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 6의 직쇄 알킬 라디칼을 나타내고,
알켄일은 탄소수 2 내지 6의 직쇄 알켄일 라디칼을 나타낸다.
본 발명에 따른 특히 바람직한 혼합물은 화학식 IIA-2, IIA-8, IIA-14, IIA-29, IIA-35, IIB-2, IIB-11, IIB-16 및 IIC-1의 화합물을 하나 이상 포함한다.
전체 혼합물 중의 화학식 IIA 및/또는 IIB의 화합물의 비율은 바람직하게는 20 중량% 이상이다.
본 발명에 따른 특히 바람직한 매질은 하기 화학식 IIC-1의 화합물 하나 이상을 바람직하게는 3 중량% 초과, 특히 5 중량% 초과, 특히 바람직하게는 5 내지 25 중량%의 양으로 포함한다:
Figure pat00014
IIc-1
상기 식에서, 알킬 및 알킬*는 전술된 의미를 가진다.
b) 하기 화학식 III의 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 액정 매질:
Figure pat00015
상기 식에서,
R31 및 R32는, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 12 이하의 직쇄 알킬, 알콕시알킬 또는 알콕시 라디칼을 나타내고
Figure pat00016
Figure pat00017
를 나타내고,
Z3은 단일 결합, -CH2CH2-, -CH=CH-, -CF2O-, -OCF2-, -CH2O-, -OCH2-, -COO-, -OCO-, -C2F4-, -C4H8-, 또는 -CF=CF-를 나타낸다.
화학식 III의 바람직한 화합물은 하기 제시된다:
Figure pat00018
상기 식들에서,
알킬 및 알킬*는, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 6의 직쇄 알킬 라디칼을 나타낸다.
본 발명에 따른 매질은 바람직하게는 화학식 IIIa 및/또는 화학식 IIIb의 화합물을 하나 이상 포함한다.
전체 혼합물 중의 화학식 III의 화합물의 비율은 바람직하게는 5 중량% 이상이다.
c) 하기 화학식 A의 알켄일 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 액정 매질:
Figure pat00019
상기 식에서,
X 및 Y는, 각각 서로 독립적으로, 1개 또는 2개의 동일하거나 상이한 라디칼 L1로 또한 치환될 수 있는, 트랜스-1,4-사이클로헥실렌 라디칼 또는 1,4-페닐렌 라디칼을 나타내고,
라디칼 Rc 및 Rd 중 하나는 탄소수 2 내지 12의 알켄일 라디칼을 나타내고, 라디칼 Rc 및 Rd 중 나머지 하나는 탄소수 1 내지 12의 알킬 라디칼을 나타내고, 이때 또한, 1개 또는 2개의 비-인접 CH2 기는, O 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로, -O-, -CH=CH-, -CO-, -OCO- 또는 -COO-로 대체될 수 있고,
L1은 F, Cl, CF3, OCF3 또는 CHF2를 나타내고, 바람직하게는 F 또는 Cl이고,
a는 1 또는 2를 나타낸다.
Rc는 바람직하게는 탄소수 1 내지 8의 직쇄 알킬 또는 알콕시 또는 탄소수 2 내지 7의 직쇄 알켄일이다.
화학식 A의 화합물은 바람직하게는 하기 하위화학식 A1 내지 A9로부터 선택된다:
Figure pat00020
Figure pat00021
상기 식에서,
알킬은 탄소수 1 내지 6의 직쇄 알킬 라디칼을 나타내고,
알켄일 및 알켄일*는, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 2 내지 7의 직쇄 알켄일 라디칼을 나타낸다.
알켄일 및 알켄일*는 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 A의 특히 바람직한 화합물은 하기 하위화학식 A1a, A3a 및 A6a로부터 선택된다:
Figure pat00022
상기 식에서,
m은 1, 2, 3, 4, 5 또는 6을 나타내고,
i는 0, 1, 2 또는 3을 나타내고,
Rb1은 H, CH3 또는 C2H5를 나타낸다.
특히 바람직한 실시양태에서, 상기 액정 매질은 하기 화학식 A1a1 내지 A1a5로부터 선택되는 화합물 하나 이상을 바람직하게는 15 중량% 이상, 특히 25 중량% 이상의 총량으로 포함한다.
Figure pat00023
화학식 A1a1의 화합물이 특히 바람직하다.
화학식 A1a1의 화합물은 LC 혼합물을 기준으로 바람직하게는 20 내지 60 중량%, 특히 25 내지 60 중량%의 농도로 사용된다.
또한, 화학식 A1a1 및 A1a4의 화합물을 포함하는 액정 매질이 바람직하다.
전체 혼합물 중의 화학식 A의 화합물의 비율은 바람직하게는 5 중량% 이상, 특히 바람직하게는 10 중량% 이상, 매우 특히 바람직하게는 20 중량% 이상이다.
d) 하기 화학식 V-1 내지 V-9의 사환형 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 액정 매질:
Figure pat00024
상기 식에서,
R7 내지 R10은, 각각 서로 독립적으로, R2A에 대해 상기 제시된 의미 중 하나를 갖고,
w 및 x는, 각각 서로 독립적으로, 1 내지 6을 나타낸다.
화학식 V-9의 화합물을 하나 이상 포함하는 혼합물이 특히 바람직하다.
e) 하기 화학식 Y-1 내지 Y-6의 화합물 하나 이상을 바람직하게는 5 중량% 이상의 양으로 추가로 포함하는 액정 매질:
Figure pat00025
Figure pat00026
상기 식에서,
R14 내지 R19는, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 6의 알킬 또는 알콕시 라디칼을 나타내고;
z 및 m은, 각각 서로 독립적으로, 1 내지 6을 나타내고;
x는 0, 1, 2 또는 3을 나타낸다.
본 발명에 따른 매질은 특히 바람직하게는 화학식 Y-1 내지 Y-6의 화합물을 하나 이상 포함한다.
f) 하기 화학식 T-1 내지 T-21의 불화된 터페닐 하나 이상을 추가로 포함하는 액정 매질:
Figure pat00027
Figure pat00028
Figure pat00029
상기 식에서,
R은 탄소수 1 내지 7의 직쇄 알킬 또는 알콕시 라디칼을 나타내고,
m은 0, 1, 2, 3, 4, 또는 6이고,
n은 0, 1, 2, 3 또는 4를 나타낸다.
R은 바람직하게는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 부톡시, 또는 펜톡시를 나타낸다.
본 발명에 따른 매질은 바람직하게는 화학식 T-1 내지 T-21의 터페닐을 2 내지 30 중량%, 특히 5 내지 20 중량%의 양으로 포함한다.
화학식 T-1, T-2, T-20 및 T-21의 화합물이 특히 바람직하다. 이들 화합물에서, R은 바람직하게는, 각각 탄소수 1 내지 5의 알킬 및 알콕시를 나타낸다. 화학식 T-20의 화합물에서, R은 바람직하게는 알킬 또는 알켄일, 특히 알킬을 나타낸다. 화학식 T-21의 화합물에서, R은 바람직하게는 알킬을 나타낸다.
상기 터페닐은 바람직하게는, 본 발명에 따른 혼합물의 Δn 값이 0.1 이상인 경우 상기 혼합물에 사용된다. 바람직한 혼합물은 화합물 T-1 내지 T-21 화합물의 군으로부터 선택되는 하나 이상의 터페닐 화합물을 2 내지 20 중량% 포함한다.
g) 하기 화학식 B-1 내지 B-3의 바이페닐 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 액정 매질:
Figure pat00030
상기 식에서,
알킬 및 알킬*는, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 6의 직쇄 알킬 라디칼을 나타내고,
알켄일 및 알켄일*는, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 2 내지 6의 직쇄 알켄일 라디칼을 나타낸다.
전체 혼합물 중의 화학식 B-1 내지 B-3의 바이페닐의 비율은 바람직하게는 3 중량% 이상, 특히 5 중량% 이상이다.
화학식 B-1 내지 B-3의 화합물 중에서, 화학식 B-1 및 B-2의 화합물이 특히 바람직하다.
특히 바람직한 바이페닐은 하기와 같다:
Figure pat00031
상기 식에서, 알킬*는 탄소수 1 내지 6의 알킬 라디칼을 나타낸다.
본 발명에 따른 매질은 특히 바람직하게는 화학식 B-1a 및/또는 B-2d의 화합물을 하나 이상 포함한다.
h) 하기 화학식 Z-1 내지 Z-7의 화합물을 하나 이상 포함하는 액정 매질
Figure pat00032
상기 식에서, R 및 알킬은 상기 제시된 의미를 가진다.
i) 하기 화학식 O-1 내지 O-17의 화합물을 하나 이상 포함하는 액정 매질:
Figure pat00033
Figure pat00034
상기 식에서, R1 및 R2는 R2A에 대해 제시된 의미를 가진다.
R1 및 R2는, 바람직하게는 각각 서로 독립적으로, 직쇄 알킬을 나타낸다.
바람직한 매질은 화학식 O-1, O-3, O-4, O-5, O-9, O-13, O-14, O-15, O-16 및/또는 O-17의 화합물을 하나 이상 포함한다.
본 발명에 따른 혼합물은 매우 특히 바람직하게는 화학식 O-9, O-15, O-16 및/또는 O-17의 화합물을 특히 5 내지 30%의 양으로 포함한다.
화학식 O-15 및 O-16의 바람직한 화합물은 하기 제시된다:
Figure pat00035
.
본 발명에 따른 매질은 특히 바람직하게는 화학식 O-15a 및/또는 O-15b의 삼환형 화합물을 하나 이상의 화학식 O-16a 내지 O-16d의 이환형 화합물과 조합으로 포함한다. 화학식 O-16a 내지 O-16d의 이환형 화합물로부터 선택되는 하나 이상의 화합물과 조합된, 화학식 O-15a 및/또는 O-15b의 화합물의 총 비율은 5 내지 40%, 매우 특히 바람직하게는 15 내지 35%이다.
매우 특히 바람직한 혼합물은 하기 화학식 O-15a 및 O-16a의 화합물을 포함한다:
Figure pat00036
.
화합물 O-15a 및 O-16a는 바람직하게는 전체 혼합물을 기준으로 15 내지 35%, 특히 바람직하게는 15 내지 25%, 특히 바람직하게는 18 내지 22%의 농도로 상기 혼합물 중에 존재한다.
매우 특히 바람직한 혼합물은 화합물 O-15b 및 O-16a를 포함한다:
Figure pat00037
.
화합물 O-15b 및 O-16a는 바람직하게는 전체 혼합물을 기준으로 15 내지 35%, 특히 바람직하게는 15 내지 25% 특히 바람직하게는 18 내지 22%의 농도로 상기 혼합물 중에 존재한다.
매우 특히 바람직한 혼합물은 하기 3가지 화합물을 포함한다:
Figure pat00038
.
화합물 O-15a, O-15b 및 O-16a는 바람직하게는 전체 혼합물을 기준으로 15 내지 35%, 특히 바람직하게는 15 내지 25%, 특히 바람직하게는 18 내지 22%의 농도로 상기 혼합물 중에 존재한다.
j) 본 발명에 따른 바람직한 액정 매질은, 테트라하이드로나프틸 또는 나프틸 단위를 포함하는 하나 이상의 물질, 예를 들면 하기 화학식 N-1 내지 N-5의 화합물을 포함한다:
Figure pat00039
.
상기 식에서, R1N 및 R2N은, 각각 서로 독립적으로, R2A에 대해 제시된 의미를 갖고, 바람직하게는 직쇄 알킬, 직쇄 알콕시 또는 직쇄 알켄일을 나타내고,
Z1 및 Z2는, 각각 서로 독립적으로, -C2H4-, -CH=CH-, -(CH2)4-, -(CH2)3O-, -O(CH2)3-, -CH=CHCH2CH2-, -CH2CH2CH=CH-, -CH2O-, -OCH2-, -COO-, -OCO-, -C2F4-, -CF=CF-, -CF=CH-, -CH=CF-, -CF2O-, -OCF2-, -CH2- 또는 단일 결합을 나타낸다.
k) 바람직한 혼합물은 하기 화학식 BC, CR, PH-1, PH-2, BF-1, BF-2, BS-1 및 BS-2의 화합물의 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 포함한다:
Figure pat00040
Figure pat00041
상기 식에서,
RB1, RB2, RCR1, RCR2, R1, 및 R2는, 각각 서로 독립적으로, R2A에 대해 제시된 의미를 갖고,
c는 0, 1 또는 2를 나타내고,
d는 1 또는 2를 나타낸다.
본 발명에 따른 혼합물은 바람직하게는 화학식 BC, CR, PH-1, PH-2, BF-1, BF-2, BS-1 및/또는 BS-2의 화합물을 3 내지 20 중량%의 양으로, 특히 3 내지 15 중량%의 양으로 포함한다.
화학식 BC 및 CR의 특히 바람직한 화합물은 BC-1 내지 BC-7, CR-1 내지 CR-5, BF-1a 내지 BF-1c 및 BS-1a 내지 BS-1c이다:
Figure pat00042
Figure pat00043
Figure pat00044
상기 식에서,
알킬 및 알킬*는, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 6의 직쇄 알킬 라디칼을 나타내고,
알켄일 및 알켄일*는, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 2 내지 6의 직쇄 알켄일 라디칼을 나타낸다.
화학식 BC-2, BF-1 또는 BS-1, 특히 BF-1c의 화합물을 1종, 2종 또는 3종 포함하는 혼합물이 매우 특히 바람직하다.
l) 바람직한 혼합물은 하기 화학식 In의 인단 화합물을 하나 이상 포함한다:
Figure pat00045
상기 식에서,
R11, R12, 및 R13은, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 6의 직쇄 알킬, 알콕시, 알콕시알킬 또는 알켄일 라디칼을 나타내고,
추가적으로, R12 및 R13은 할로겐, 바람직하게는 F를 나타내고,
Figure pat00046
Figure pat00047
를 나타내고,
i는 0, 1 또는 2를 나타낸다.
화학식 In의 바람직한 화합물은 하기 제시되는 화학식 In-1 내지 In-16의 화합물이다:
Figure pat00048
Figure pat00049
Figure pat00050
.
화학식 In-1, In-2, In-3 및 In-4의 화합물이 특히 바람직하다.
화학식 In 및 하위화학식 In-1 내지 In-16의 화합물은 바람직하게는 5 중량% 이상, 특히 5 내지 30 중량%, 매우 특히 바람직하게는 5 내지 25 중량%의 농도로 본 발명에 따른 혼합물에 사용된다.
m) 바람직한 혼합물은 하기 화학식 L-1 내지 L-11의 화합물 하나 이상을 추가로 포함한다:
Figure pat00051
Figure pat00052
상기 식에서,
R, R1 및 R2는, 각각 서로 독립적으로, 상기 제시된 의미를 갖고,
알킬은 탄소수 1 내지 6의 알킬 라디칼을 나타내고,
s는 1 또는 2를 나타낸다.
화학식 L-1 및 L-4, 특히 L-4의 화합물이 특히 바람직하다.
화학식 L-1 내지 L-11의 화합물은 바람직하게는 5 내지 50 중량%, 특히 5 내지 40 중량%, 매우 특히 바람직하게는 10 내지 40 중량%의 농도로 사용된다.
n) 상기 매질은 하기 화학식 EY의 화합물 하나 이상을 추가로 포함한다:
상기 식에서,
R1, L1 및 L2는 상기 제시된 의미를 갖고,
R1 *는 R에 대해 제시된 의미 중 하나를 가진다.
화학식 EY의 화합물에서, R1 및 R1 *는 바람직하게는 탄소수 2 이상의 알콕시를 나타내고, L1 = L2 = F이다. 하기 화학식 EY-1 내지 EY-26의 화합물이 특히 바람직하다:
Figure pat00054
Figure pat00055
Figure pat00056
Figure pat00057
.
n) 상기 매질은 하기 화학식 Q-1 내지 Q-9로부터 선택되는 화합물 하나 이상을 추가로 포함한다:
Figure pat00058
Figure pat00059
.
화학식 Q-1 내지 Q-9의 화합물에서, RQ 및 XQ는, 각각 서로 독립적으로, 상기 R2A의 의미를 갖는다. 바람직하게는, RQ 및 XQ는 탄소수 1 내지 6, 특히 탄소수 2 내지 5의 직쇄 알킬 라디칼을 나타낸다.
특히 바람직한 혼합물 개념은 하기 제시된다(사용되는 두문자는 하기 표 A에서 설명된다. 이때 n 및 m은, 각각 서로 독립적으로, 1 내지 6을 나타낸다)
본 발명에 따른 혼합물은 바람직하게는 하기를 포함한다:
- L1 = L2 = F인 화학식 I의 화합물,
- 전체 혼합물을 기준으로, 바람직하게는 15% 초과, 특히 20 내지 50% 농도의 CC-n-V(m), 바람직하게는 CC-3-V, CC-4-V, CC-5-V 및/또는 CC-3-V1,
및/또는
- 전체 혼합물을 기준으로, 20 중량% 이상의 CC-3-V, 바람직하게는 30 중량% 이상의 CC-3-V,
및/또는
- 전체 혼합물을 기준으로, 5% 초과, 특히 10 내지 30% 농도의 CCY-n-Om, 바람직하게는 CCY-2-O2, CCY-3-O1, CCY-3-O2, CCY-3-O3, CCY-4-O2 및/또는 CCY-5-O2,
및/또는
- 전체 혼합물을 기준으로, 바람직하게는 5% 초과, 특히 10 내지 30% 농도의 CPY-n-Om, 특히 CPY-2-O2, CPY-3-O2 및/또는 CPY-5-O2,
및/또는
- 전체 혼합물을 기준으로, 바람직하게는 5% 초과, 특히 5 내지 20% 농도의 PY-n-Om, 바람직하게는 PY-3-O2,
및/또는
- 전체 혼합물을 기준으로, 바람직하게는 3% 초과, 특히 3 내지 15% 농도의 PYP-n-m, 바람직하게는 PYP-2-3.
본 발명은 또한, 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질을 유전체로서 포함하는 것을 특징으로 하는, ECB, VA, PS-VA, PSA, PA-VA, IPS, PS-IPS, FFS 또는 PS-FFS 효과에 기초한 능동-매트릭스 어드레싱을 갖는 전기-광학 디스플레이에 관한 것이다.
본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는, -20℃ 이하부터 70℃ 이상까지, 특히 바람직하게는 -30℃ 이하부터 80℃ 이상까지, 매우 특히 바람직하게는 -40℃ 이하부터 90℃ 이상까지의 네마틱 상을 가진다.
본원에서 "네마틱 상을 갖는"이라는 표현은, 한편으로는 스멕틱 상 및 결정화가 상응하는 저온에서 관찰되지 않고, 다른 한편으로는 가열 시에도 여전히 네마틱 상으로부터 등명화가 일어나지 않는 것을 의미한다. 저온에서의 조사는 상응하는 온도에서 유동 점도계에서 수행되고, 100 시간 이상 동안 전기-광학 용도에 상응하는 층 두께를 갖는 시험 셀에서 저장하여 확인한다. 상응하는 시험 셀에서 -20℃의 온도에서의 저장 안정성이 1000 시간 이상인 경우, 매질은 이 온도에서 안정한 것으로 간주한다. -30℃ 및 -40℃의 온도에서, 상응하는 시간은 각각 500 시간 및 250 시간이다. 고온에서, 등명점은 모세관에서 통상적인 방법에 의해 측정된다.
상기 액정 혼합물은 바람직하게는 60 K 이상의 네마틱 상 범위 및 20℃에서 30 ㎟·s-1 이하의 유동 점도(ν20)를 갖는다.
상기 액정 혼합물에서의 복굴절율(Δn)의 값은 일반적으로 0.07 내지 0.16, 바람직하게는 0.08 내지 0.12이다.
본 발명에 따른 액정 혼합물은 -0.5 내지 -8.0, 특히 -2.5 내지 -6.0의 Δε을 가지며, 이때 Δε은 유전 이방성을 나타낸다. 20℃에서의 회전 점도(γ1)는 바람직하게는 165 mPa·s 이하, 특히 140 mPa·s 이하이다.
본 발명에 따른 액정 매질은 비교적 낮은 문턱 전압 값(V0)을 갖는다. 이는 바람직하게는 1.7 V 내지 3.0 V 범위, 특히 바람직하게는 2.5 V 이하, 매우 특히 바람직하게는 2.3 V 이하이다.
본원에서 "문턱 전압"이라는 용어는, 달리 명시되지 않는 한, 프레드릭스 문턱값(Freedericks threshold)으로서 공지된 용량성 문턱값(V0)에 관한 것이다.
또한, 본 발명에 따른 액정 매질은 액정 셀에서 높은 전압 보전율 값을 갖는다.
일반적으로, 낮은 어드레싱 전압 또는 문턱 전압을 갖는 액정 매질은, 보다 높은 어드레싱 전압 또는 문턱 전압을 갖는 액정 매질보다 낮은 전압 보전율을 보이며, 그 역도 성립된다.
본원에서, "양의 유전율을 갖는 화합물"이라는 용어는, Δε > 1.5를 갖는 화합물을 의미하고, "중성 유전율을 갖는 화합물"이라는 용어는, -1.5 ≤ Δε ≤ 1.5를 갖는 화합물을 의미하고, "음의 유전율을 갖는 화합물"이라는 용어는, Δε < - 1.5를 갖는 화합물을 의미한다. 화합물의 유전 이방성은, 액정 호스트에 10%의 상기 화합물을 용해시키고, 각 경우에서 1 kHz에서 호메오트로픽 및 호모지니어스(homogeneous) 표면 정렬을 갖는 20 ㎛의 층 두께를 갖는 하나 이상의 시험 셀에서 생성된 혼합물의 전기용량을 측정함으로써 측정된다. 측정 전압은 전형적으로 0.5 V 내지 1.0 V이지만, 조사되는 개별 액정 혼합물의 용량성 문턱값보다 항상 낮다.
본원에서 제시된 모든 온도 값은 ℃ 단위이다.
본 발명에 따른 혼합물은 모든 VA-TFT 제품, 예컨대 VAN, MVA, (S)-PVA, ASV, PSA(중합체 지속된 VA) 및 PS-VA(중합체 안정화된 VA)에 적합하다. 이들은 또한, 음의 Δε를 갖는 IPS(평면내 스위칭) 및 FFS(프린지 필드 스위칭) 제품에 적합하다.
본 발명에 따른 디스플레이에서 네마틱 액정 혼합물은 일반적으로, 그 자체가 하나 이상의 개별 화합물로 이루어진 2종의 성분 A 및 B를 포함한다.
성분 A는 상당한 음의 유전 이방성을 가지며, -0.5 이하의 유전 이방성을 네마틱 상에 제공한다. 이는, 하나 이상의 화학식 I의 화합물 이외에, 바람직하게는 화학식 IIA, IIB 및/또는 IIC의 화합물, 또한 화학식 III의 화합물을 포함한다.
성분 A의 비율은 전체 혼합물을 기준으로 바람직하게는 45 내지 100 중량%, 특히 60 내지 100 중량%이다.
성분 A의 경우, 바람직하게는 -0.8 이하의 Δε 값을 갖는 하나(또는 그 이상)의 개별 화합물이 선택된다. 이 값은, 전체 혼합물 중 A의 비율이 작을수록 더 음의 값이어야 한다.
성분 B는 현저한 네마토젠성(nematogeneity)이고, 20℃에서 30 mm2·s-1 이하, 바람직하게는 25 mm2·s-1 이하의 유동 점도를 갖는다.
성분 B에서 특히 바람직한 개별 화합물은 20℃에서 18 mm2·s-1 이하, 바람직하게는 12 mm2·s-1 이하의 유동 점도를 갖는 극히 낮은 점도의 네마틱 액정이다.
성분 B는 모노트로픽(monotropic) 또는 에난시오트로픽(enantiotropic) 네마틱이고, 스멕틱 상을 갖지 않으며, 매우 저온으로 하강 시 액정 혼합물에서 스멕틱 상의 발생을 방지할 수 있다. 예를 들어, 높은 네마토젠성의 다양한 물질이 스멕틱 액정 혼합물에 첨가되면, 이들 물질의 네마토젠성은 성취되는 스멕틱 상의 억제 정도를 통해 비교될 수 있다.
상기 혼합물은 임의적으로 Δε≥ 1.5의 유전 이방성을 갖는 화합물을 포함하는 성분 C를 또한 포함할 수 있다. 이런 소위 양성 화합물은 일반적으로 전체 혼합물을 기준으로 20 중량% 이하의 양으로 음의 유전 이방성 혼합물 중에 존재한다.
다수의 적합한 화합물이 문헌으로부터 당업자에게 공지되어 있다. 화학식 III의 화합물이 특히 바람직하다.
또한, 이러한 액정 상은 18종 초과, 바람직하게는 18 내지 25종의 성분을 포함할 수 있다.
하나 이상의 화학식 I의 화합물 이외에, 상기 상은 바람직하게는 4 내지 15종, 특히 5 내지 12종, 특히 바람직하게는 10종 미만의, 화학식 IIA, IIB 및/또는 IIC 및 임의적으로 화학식 III의 화합물을 포함한다.
화학식 I의 화합물 및 화학식 IIA, IIB 및/또는 IIC 및 임의적으로 화학식 III의 화합물 이외에, 다른 성분들이 예를 들어 전체 혼합물 중에 45% 이하, 바람직하게는 35% 이하, 특히 10% 이하의 양으로 존재할 수 있다.
다른 성분들은 바람직하게는 네마틱 또는 네마토젠성 물질, 특히 아족시벤젠, 벤질리덴아닐린, 바이페닐, 터페닐, 페닐 또는 사이클로헥실 벤조에이트, 페닐 또는 사이클로헥실 사이클로헥산카복실레이트, 페닐사이클로헥산, 사이클로헥실바이페닐, 사이클로헥실사이클로헥산, 사이클로헥실나프탈렌, 1,4-비스사이클로헥실바이페닐 또는 사이클로헥실피리미딘, 페닐- 또는 사이클로헥실다이옥산, 임의적으로는 할로겐화된 스틸벤, 벤질 페닐 에터, 톨란 및 치환된 신남산 에스터 부류로부터의 공지된 물질로부터 선택된다.
이런 유형의 액정 상의 성분으로 적합한 가장 중요한 화합물은 하기 화학식 IV의 화합물인 것을 특징으로 할 수 있다:
Figure pat00060
상기 식에서,
L 및 E는 각각 1,4-이치환된 벤젠 및 사이클로헥산 고리, 4,4'-이치환된 바이페닐, 페닐사이클로헥산 및 사이클로헥실사이클로헥산 시스템, 2,5-이치환된 피리미딘 및 1,3-다이옥산 고리, 2,6-이치환된 나프탈렌, 다이- 및 테트라하이드로나프탈렌, 퀸아졸린 및 테트라하이드로퀸아졸린으로 형성된 기로부터의 탄소환형 또는 헤테로환형 고리 시스템을 나타내고,
G는 -CH=CH-, -N(O)=N-, -CH=CQ-, -CH=N(O)-, -C≡C-, -CH2-CH2-, -CO-O-, -CH2-O-, -CO-S-, -CH2-S-, -CH=N-, -COO-Phe-COO-, -CF2O-, -CF=CF-, -OCF2- -OCH2-, -(CH2)4-, -(CH2)3O- 또는 C-C 단일 결합을 나타내고,
Q는 할로겐, 바람직하게는 염소, 또는 -CN을 나타내고,
R20 및 R21은, 각각 탄소수 18 이하, 바람직하게는 탄소수 8 이하의 알킬, 알켄일, 알콕시, 알콕시알킬 또는 알콕시카보닐옥시를 나타내거나, 다르게는 이들 라디칼 중 하나가 CN, NC, NO2, NCS, CF3, SF5, OCF3, F, Cl 또는 Br을 나타낸다.
이들 화합물 중 대부분에서, R20 및 R21은 서로 상이하고, 이들 라디칼 중 하나는 보통 알킬 또는 알콕시 기이다. 제안된 치환기들의 다른 변형체가 또한 일반적이다. 많은 이러한 물질 또는 이들의 혼합물은 상업적으로 입수가능하다. 모든 이러한 물질은 문헌으로부터 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 VA, IPS 또는 FFS 혼합물은 예를 들면 H, N, O, Cl 및 F가 상응하는 동위원소로 대체된 화합물을 또한 포함할 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다.
중합가능한 화합물, 소위 반응성 메소젠(RM)(예를 들어, 미국 특허 제 6,861,107 호에 개시됨)은, 혼합물을 기준으로 바람직하게는 0.01 내지 5 중량%, 특히 바람직하게는 0.2 내지 2 중량% 농도로 본 발명에 따른 혼합물에 첨가된다. 이러한 혼합물은 또한, 예를 들어 U.S. 6,781,665에 기술된 개시제를 임의적으로 포함할 수 있다. 상기 개시제, 예컨대 시바(Ciba)로부터의 이르가녹스(Irganox-1076)는 바람직하게는 0 내지 1%의 양으로 중합가능한 화합물을 포함하는 혼합물에 첨가된다. 이러한 유형의 혼합물은, 반응성 메소젠의 중합이 액정 매질 혼합물에서 발생하도록 의도되는 소위 중합체-안정화된 VA 모드(PS-VA) 또는 PSA(중합체 지속된 VA)에 사용될 수 있다. 이를 위한 전제조건은, 액정 혼합물 자체가, RM이 중합되는 조건 하에서 똑같이 중합되는 어떠한 중합가능한 성분도 포함하지 않아야 한다는 것이다.
상기 중합은 바람직하게는 다음과 같은 조건 하에서 수행된다:
중합가능한 반응성 메소젠(RM)은, 정해진 기간 및 인가된 전압(전형적으로 10 V 내지 30 V 교류 전압, 60 Hz 내지 1 kHz 범위의 주파수)에서 정해진 강도의 UV-A 램프를 사용하여 셀 내에서 중합된다. 사용되는 UV-A 광원은 전형적으로 50 mW/㎠의 강도를 갖는 금속-할라이드 증기 램프 또는 고압 수은 램프이다.
이는 예를 들면 하기 화학식과 같은 알켄일 또는 알켄일옥시 측쇄를 함유하는 액정 화합물을 중합시키지 않는 조건이다:
Figure pat00061
.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 상기 중합가능한 화합물은 하기 화학식 M의 화합물로부터 선택된다:
Figure pat00062
상기 식에서,
Ra 및 Rb는, 각각 서로 독립적으로, P, P-Sp-, H, 할로겐, SF5, NO2, 탄소 기 또는 탄화수소 기를 나타내고, 이때 라디칼 Ra 및 Rb 중 적어도 하나는 P 또는 P-Sp- 기를 나타내거나 포함하고,
P는, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, 중합가능한 기를 나타내고,
Sp는, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, 스페이서 기 또는 단일 결합을 나타내고,
A1 및 A2는, 각각 서로 독립적으로, 바람직하게는 4 내지 25개의 고리 원자를 갖는, 방향족, 헤테로방향족, 지환족 또는 헤테로환형 기를 나타내고, 이들은 또한 융합된 고리를 포함할 수 있고 또한 L로 일치환 또는 다중치환될 수 있고,
L은 P-Sp-, H, OH, CH2OH, 할로겐, SF5, NO2, 탄소 기 또는 탄화수소 기를 나타내고,
Z1은, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -OCO-, -O-CO-O-, -OCH2-, -CH2O-, -SCH2-, -CH2S-, -CF2O-, -OCF2-, -CF2S-, -SCF2-, -(CH2)n1-, -CF2CH2-, -CH2CF2-, -(CF2)n1-, -CH=CH-, -CF=CF-, -C≡C-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH-, CR0R00 또는 단일 결합을 나타내고,
R0 및 R00은, 각각 서로 독립적으로, H 또는 탄소수 1 내지 12의 알킬을 나타내고,
m은 0, 1, 2, 3 또는 4를 나타내고,
n1은 0, 1, 2, 3 또는 4를 나타낸다.
화학식 M의 특히 바람직한 화합물은,
Ra 및 Rb가, 각각 서로 독립적으로, P, P-Sp-, H, F, Cl, Br, I, -CN, -NO2, -NCO, -NCS, -OCN, -SCN, SF5 또는 탄소수 1 내지 25의 직쇄 또는 분지쇄 알킬을 나타내고, 이때 또한, 하나 이상의 비-인접 CH2 기는, 서로 독립적으로, O 및/또는 S 원자들이 서로 직접 연결되지 않도록 하는 방식으로, -C(R0)=C(R00)-, -C≡C-, -N(R00)-, -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, 또는 -O-CO-O-로 대체될 수 있고, 이때 또한, 하나 이상의 H 원자는 F, Cl, Br, I, CN, P 또는 P-Sp-로 대체될 수 있고, 라디칼 Ra 및 Rb 중 적어도 하나는 P 또는 P-Sp- 기를 나타내거나 포함하고,
A1 및 A2가, 각각 서로 독립적으로, 1,4-페닐렌, 나프탈렌-1,4-다이일, 나프탈렌-2,6-다이일, 페난트렌-2,7-다이일, 안트라센-2,7-다이일, 플루오렌-2,7-다이일, 2-옥소-2H-크로멘-3,6-다이일, 2-옥소-2H-크로멘-3,7-다이일, 4-옥소-4H-크로멘-2,6-다이일, 4-옥소-4H-크로멘-3,6-다이일, 4-옥소-4H-크로멘-3,7-다이일(통칭은 각각, 쿠마린 또는 플라본)(이때 또한, 이들 기에서 하나 이상의 CH 기는 N, 사이클로헥산-1,4-다이일로 대체될 수 있고, 이때 또한, 하나 이상의 비-인접 CH2 기는 O 및/또는 S로 대체될 수 있음), 1,4-사이클로헥센일렌, 바이사이클로-[1.1.1]-펜탄-1,3-다이일, 바이사이클로[2.2.2]옥탄-1,4-다이일, 스파이로[3.3]-헵탄-2,6-다이일, 피페리딘-1,4-다이일, 데카하이드로나프탈렌-2,6-다이일, 1,2,3,4-테트라하이드로나프탈렌-2,6-다이일, 인단-2,5-다이일 또는 옥타하이드로-4,7-메타노인단-2,5-다이일을 나타내고, 이때 이러한 모든 기는 L로 일치환 또는 다중치환될 수 있고,
L이 P, P-Sp-, OH, CH2OH, F, Cl, Br, I, -CN, -NO2, -NCO, -NCS, -OCN, -SCN, -C(=O)N(Rx)2, -C(=O)Y1, -C(=O)Rx, -N(Rx)2, 임의적으로 치환된 실릴, 탄소수 6 내지 20의 임의적으로 치환된 아릴, 또는 탄소수 1 내지 25의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 알콕시, 알킬카보닐, 알콕시카보닐, 알킬카보닐옥시 또는 알콕시카보닐옥시를 나타내고, 이때 또한, 하나 이상의 H 원자는 F, Cl, P 또는 P-Sp-로 대체될 수 있고,
P가, 중합가능한 기를 나타내고,
Y1이 할로겐을 나타내고,
Rx가 P, P-Sp-, H, 할로겐, 탄소수 1 내지 25의 직쇄, 분지쇄 또는 환형 알킬(이때 또한, 하나 이상의 비-인접 CH2 기는, O 및/또는 S 원자들이 서로 직접 연결되지 않도록 하는 방식으로, -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, 또는 -O-CO-O-로 대체될 수 있고, 이때 또한, 하나 이상의 H 원자는 F, Cl, P 또는 P-Sp-로 대체될 수 있음), 탄소수 6 내지 40의 임의적으로 치환된 아릴 또는 아릴옥시 기, 또는 탄소수 2 내지 40의 임의적으로 치환된 헤테로아릴 또는 헤테로아릴옥시 기를 나타내는,
화합물이다.
화학식 M의 다른 바람직한 화합물은 하기 하위 기 중 하나 이상으로부터 선택되는 화합물이다:
- m이 2 또는 3이거나,
- m이 2이거나,
- Ra 및 Rb가, 동일하거나 상이한 P-Sp- 기를 나타내거나,
- Ra 및 Rb가, 동일하거나 상이한 P-Sp- 기를 나타내고, 이때 하나 이상의 Sp 기가 단일 결합을 나타내거나,
- m이 2 또는 3이고, Ra 및 Rb가, 동일한 P-Sp- 기를 나타내거나,
- 라디칼 Ra 및 Rb 중 하나가 P-Sp-를 나타내고, 나머지 하나가, 중합가능하지 않은 기를 나타내고, 바람직하게는 탄소수 1 내지 25의 직쇄 또는 분지쇄 알킬이고, 이때 또한, 하나 이상의 비-인접 CH2 기가, 각각 서로 독립적으로, O 및/또는 S 원자들이 서로 직접 연결되지 않도록 하는 방식으로, -C(R00)=C(R000)-, -C≡C-, -N(R00)-, -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 대체될 수 있고, 이때 또한, 하나 이상의 H 원자가 F, Cl, Br, I 또는 CN으로 대체될 수 있거나,
- 하나 이상의 Sp 기가 단일 결합을 나타내거나,
- 하나 이상의 Sp 기가 -(CH2)p1-, -(CH2)p1-O-, -(CH2)p1-OCO- 또는 -(CH2)p1-OCOO-를 나타내고, 이때 p1은 1 내지 12의 정소를 나타내고, r1은 1 내지 8의 정수를 나타내거나,
- L이, 중합가능한 기을 나타내지 않고/않거나 포함하지 않거나,
- A1 및 A2가, 서로 독립적으로, 1,4-페닐렌 또는 나프탈렌-2,6-다이일을 나타내고, 이때 또한, 이들 기에서 하나 이상의 CH 기가 N으로 대체될 수 있고, 일불화 또는 다중불화될 수 있거나,
- Z1이, -O-, -CO-O-, -OCO-, -OCH2-, -CH2O-, -CF2O-, -OCF2-, -CH2CH2-, -CH=CH-, -CF=CF-, -CH=CF-, -CF=CH-, -C≡C- 및 단일 결합으로 이루어진 군으로부터 선택되거나,
- L이, 바람직하게는 F, Cl, -CN, 및 탄소수 1 내지 25의 직쇄 및 분지쇄 알킬(이때 또한, 하나 이상의 비-인접 CH2 기는, 서로 독립적으로, O 및/또는 S 원자들이 서로 직접 연결되지 않도록 하는 방식으로, -C(R00)=C(R000)-, -C≡C-, -N(R00)-, -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 대체될 수 있고, 이때 또한, 하나 이상의 H 원자는 F, Cl, Br, I 또는 -CN으로 대체될 수 있음)로 이루어진 군으로부터 선택되는 중합가능하지 않은 기이거나.
화학식 M의 특히 바람직한 화합물은 하기 하위화학식 M1 내지 M21로부터 선택된다:
Figure pat00063
Figure pat00064
Figure pat00065
상기 식에서,
P1 및 P2는 P에 대해 제시된 의미 중 하나를 갖고, 바람직하게는 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 플루오로아크릴레이트, 옥세탄, 비닐옥시 또는 에폭시를 나타내고,
Sp1 및 Sp2는, 각각 서로 독립적으로, Sp에 대해 제시된 의미 중 하나를 갖거나, 단일 결합을 나타내고, 이때 하나 이상의 라디칼 P1-Sp1- 및 P2-Sp2 중 적어도 하나는 또한 Raa를 나타낼 수 있고, 라디칼 P1-Sp1- 및 P2-Sp2 중 적어도 하나는 Raa가 아니고,
Raa는 F, Cl, -CN, 탄소수 1 내지 25의 직쇄 또는 분지쇄 알킬을 나타내고, 이때 또한, 하나 이상의 비-인접 CH2 기는, 서로 독립적으로, O 및/또는 S 원자들이 서로 직접 연결되지 않도록 하는 방식으로, -C(R00)=C(R000)-, -C≡C-, -N(R00)-, -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 대체될 수 있고, 이때 또한, 하나 이상의 H 원자는 F, Cl, Br, I 또는 CN으로 대체될 수 있고,
R0, 및 R00은 화학식 I*에서 제시된 의미를 갖고,
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 화학식 I에서 상기 제시된 의미를 갖고,
L' 및 L"은, 각각 서로 독립적으로, H, F 또는 Cl을 나타내고,
r은 0, 1, 2, 3 또는 4를 나타내고,
s는 0, 1, 2 또는 3을 나타내고,
t는 0, 1 또는 2를 나타내고,
x는 0 또는 1을 나타내고,
Ry 및 Rz는, 각각 서로 독립적으로, H, CH3 또는 CF3을 나타낸다.
화학식 M의 다른 바람직한 화합물은 하기 하위화학식 M22 내지 M35로부터 선택된다:
Figure pat00066
Figure pat00067
상기 식에서, 개별적인 라디칼은 화학식 M1 내지 M21에서 제시된 의미를 가진다.
본 발명의 다른 바람직한 실시양태에서, 상기 중합가능한 화합물은 하기 화학식 II*로부터 선택되는 키랄 또는 광학 활성 화합물(키랄 RM)이다:
Figure pat00068
상기 식에서, A1, Z1 및 m은, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, 화학식 I*에서 제시된 의미 중 하나를 갖고,
R*는, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, 화학식 I*에서 Ra에 대해 제시된 의미 중 하나를 갖고, 이때 R*는 키랄 또는 비키랄일 수 있고,
Q는, 임의적으로 L(화학식 I*에서 정의된 바와 같음)로 일치환 또는 다중치환되는 k-가 키랄 기를 나타내고,
k는 1, 2, 3, 4, 5 또는 6이고,
이때 상기 화합물은, 하나 이상의 라디칼 R* 또는 L(이는, 상기 정의된 바와 같은 P 또는 P-Sp- 기를 나타내거나 포함함)을 포함한다.
화학식 II*의 특히 바람직한 화합물은 하기 화학식 III*의 1가 Q 기를 포함한다:
Figure pat00069
상기 식에서, L 및 r은, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, 상기 제시된 의미를 갖고,
A* 및 B*는, 각각 서로 독립적으로, 융합된 벤젠, 사이클로헥산 또는 사이클로헥센을 나타내고,
t는, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, 0, 1 또는 2를 나타내고,
u는, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, 0, 1 또는 2를 나타낸다.
u가 1을 나타내는 화학식 III*의 기가 특히 바람직하다.
화학식 II*의 다른 바람직한 화합물은 1가 기 Q 또는 하기 화학식 IV*의 하나 이상의 R* 기를 포함한다:
Figure pat00070
상기 식에서,
Q1은 탄소수 1 내지 9의 알킬렌 또는 알킬렌옥시 또는 단일 결합을 나타내고,
Q2는, 탄소수 1 내지 10의 임의적으로 불화된 알킬 또는 알콕시를 나타내고, 이때 또한, 1개 또는 2개의 비-인접 CH2 기는, O 및/또는 S 원자들이 서로 직접 연결되지 않도록 하는 방식으로, -O-, -S-, -CH=CH-, -CO-, -OCO-, -COO-, -O-COO-, -S-CO-, -CO-S- 또는 -C≡C-로 대체될 수 있고,
Q3은 F, Cl, CN, 또는 Q2에 대해 정의된 바와 같지만 Q2와 다른 알킬 또는 알콕시를 나타낸다.
화학식 IV*의 바람직한 기는, 예를 들어 2-부틸(= 1-메틸-프로필), 2-메틸부틸, 2-메틸펜틸, 3-메틸펜틸, 2-에틸헥실, 2-프로필-펜틸, 특히 2-메틸부틸, 2-메틸부톡시, 2-메틸-펜톡시, 3-메틸-펜톡시, 2-에틸헥속시, 1-메틸헥속시, 2-옥틸옥시, 2-옥사-3-메틸-부틸, 3-옥사-4-메틸펜틸, 4-메틸헥실, 2-헥실, 2-옥틸, 2-노닐, 2-데실, 2-도데실, 6-메톡시옥톡시, 6-메틸옥톡시, 6-메틸-옥타노일-옥시, 5-메틸-헵틸옥시카보닐, 2-메틸부티릴옥시, 3-메틸-발레로일-옥시, 4-메틸헥사노일-옥시, 2-클로로프로피오닐옥시, 2-클로로-3-메틸-부티릴옥시, 2-클로로-4-메틸-발레릴옥시, 2-클로로-3-메틸발레릴옥시, 2-메틸-3-옥사-펜틸, 2-메틸-3-옥사헥실, 1-메톡시프로필-2-옥시, 1-에톡시프로필-2-옥시, 1-프로폭시프로필-2-옥시, 1-부톡시프로필-2-옥시, 2-플루오로옥틸옥시, 2-플루오로-데실옥시, 1,1,1-트라이플루오로-2-옥틸옥시, 1,1,1-트라이플루오로-2-옥틸, 2-플루오로-메틸-옥틸옥시이다.
화학식 II*의 다른 바람직한 화합물은 하기 화학식 V*의 2가 기 Q를 포함한다:
Figure pat00071
상기 식에서, L, r, t, A* 및 B*는 상기 제시된 의미를 가진다.
화학식 II*의 다른 바람직한 화합물은 하기 구조식으로부터 선택되는 2가 기 Q를 포함한다:
Figure pat00072
상기 식에서,
Phe는, 임의적으로 L로 일치환 또는 다중치환된 페닐을 나타내고,
Rx는 F 또는 탄소수 1 내지 4의 임의적으로 불화된 알킬을 나타낸다.
적합한 키랄 RM은, 예를 들어 영국 특허 제 2 314 839 A 호, 미국 특허 제 6,511,719 호, 미국 특허 제 7,223,450 호, 국제 특허 출원 공개 제 WO 02/34739 A1 호, 미국 특허 제 7,041,345 호, 미국 특허 제 7,060,331 호 또는 미국 특허 제 7,318,950 호에 기술되어 있다. 바이나프틸 기를 포함하는 적합한 RM은, 예를 들어 미국 특허 제 6,818,261 호, 미국 특허 제 6,916,940 호, 미국 특허 제 7,318,950 호 및 미국 특허 제 7,223,450 호에 기술되어 있다.
상기 및 하기 도시된 키랄 구조 요소 및 이러한 키랄 구조 요소를 포함하는 중합가능한 및 중합된 화합물은 광학 활성 형태로, 즉 순수한 거울상 이성질체로서, 2가지 거울상 이성질체들의 임의의 바람직한 혼합물로서, 또는 다르게는 라세미체로서 사용될 수 있다. 라세미체를 사용하는 것이 바람직하다. 라세미체를 사용하는 것은 순수한 거울상 이성질체를 사용하는 것에 비해 몇가지 이점, 예를 들어 상당히 덜한 합성 복잡성 및 더 낮은 재료 비용을 가진다.
화학식 II*의 화합물은 바람직하게는 라세미체 형태로 LC 매질 내에 존재한다.
화학식 II*의 특히 바람직한 화합물은 화학식 II*1 내지 II*11로부터 선택된다:
Figure pat00073
Figure pat00074
Figure pat00075
Figure pat00076
상기 식에서,
L, P, Sp, m, r 및 t는 상기 제시된 의미를 갖고,
Z 및 A는, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, Z1 및 A1 각각에 대해 제시된 의미 중 하나를 갖고,
t1은, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, 0 또는 1을 나타낸다.
"탄소 기"라는 용어는, 하나 이상의 탄소 원자를 포함하는 1가 또는 다가 유기 기를 나타내며, 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 나타낸다.
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.
"알킬", "아릴" 또는 "헤테로아릴" 등의 용어는 또한, 다가 기, 예컨대 알킬렌, 아릴렌, 헤테로아릴렌 등을 포함한다.
"아릴"이라는 용어는, 방향족 탄소 기 또는 이로부터 유도된 기를 나타내며, "헤테로아릴"이라는 용어는, 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 상기 정의된 바와 같은 아릴을 나타낸다.
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.
다른 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.
다른 바람직한 탄소 및 탄화수소 기는, 비치환되거나 F, Cl, Br, I 또는 CN으로 일치환 또는 다중치환된 탄소수 1 내지 40, 바람직하게는 탄소수 1 내지 25의 직쇄, 분지쇄 또는 환형 알킬 라디칼이고, 이때 하나 이상의 비인접 CH2 기는, 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-, 또는 -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. 헤테로아릴 기는 또한, 알킬, 알콕시, 티오알킬, 불소, 플루오로-알킬 또는 추가의 아릴 또는 헤테로아릴 기로 치환될 수 있다.
(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.
(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.
"치환된 실릴 또는 아릴"은, 바람직하게는 할로겐, -CN, R0, -OR0, -CO-R0, -CO-O-R0, -O-CO-R0 또는 -O-CO-O-R0으로 치환됨을 의미하며, 이때 R0은 상기 제시된 의미를 갖는다.
특히 바람직한 치환기 L은, 예컨대 F, Cl, CN, NO2, CH3, C2H5, OCH3, OC2H5, COCH3, COC2H5, COOCH3, COOC2H5, CF3, OCF3, OCHF2, OC2F5, 또한 페닐이다.
Figure pat00077
은 바람직하게는
Figure pat00078
이고, 이때, L은 상기 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-COO-, CH2=CW1-CO-,
Figure pat00079
, CH2=CW2-(O)k3-, CW1=CH-CO-(O)k3-, CW1=CH-CO-NH-, CH2=CW1-CO-NH-, CH3-CH=CH-O-, (CH2=CH)2CH-OCO-, (CH2=CH-CH2)2CH-OCO-, (CH2=CH)2CH-O-, (CH2=CH-CH2)2N-, (CH2=CH-CH2)2N-CO-, HO-CW2W3-, HS-CW2W3-, HW2N-, HO-CW2W3-NH-, CH2=CW1-CO-NH-, CH2=CH-(COO)k1-Phe-(O)k2-, CH2=CH-(CO)k1-Phe-(O)k2-, Phe-CH=CH-, HOOC-, OCN- 및 W4W5W6Si-로부터 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 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-COO-, 특히 CH2=CH-COO-, CH2=C(CH3)-COO- 및 CH2=CF-COO-, 또한 CH2=CH-O-, (CH2=CH)2CH-OCO-, (CH2=CH)2CH-O-,
Figure pat00080
이다.
매우 특히 바람직한 기 P는 비닐옥시, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 플루오로아크릴레이트, 클로로아크릴레이트, 옥세탄 및 에폭사이드, 특히 아크릴레이트 및 메타크릴레이트이다.
바람직한 스페이서 기 Sp는, 라디칼 P-Sp-가 화학식 P-Sp'-X'-에 대응하도록 화학식 Sp'-X'로부터 선택되며, 이때
Sp'은, 임의적으로 F, Cl, Br, I 또는 CN으로 일치환 또는 다중치환되는 탄소수 1 내지 20, 바람직하게는 탄소수 1 내지 12이 알킬렌을 나타내고, 이때 또한, 하나 이상의 비-인접 CH2 기는, 각각 서로 독립적으로, O 및/또는 S 원자들이 서로 직접 연결되지 않도록 하는 방식으로, -O-, -S-, -NH-, -NR0-, -SiR00R000-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCO-O-, -S-CO-, -CO-S-, -NR00-CO-O-, -O-CO-NR00-, -NR00-CO-NR00-, -CH=CH- 또는 -C≡C-로 대체될 수 있고,
X'은 -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO-, -O-COO-, -CO-NR00-, -NR00-CO-, -NR00-CO-NR00-, -OCH2-, -CH2O-, -SCH2-, -CH2S-, -CF2O-, -OCF2-, -CF2S-, -SCF2-, -CF2CH2-, -CH2CF2-, -CF2CF2-, -CH=N-, -N=CH-, -N=N-, -CH=CR0-, -CY2=CY3-, -C≡C-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH- 또는 단일 결합을 나타내고,
R00 및 R000은, 각각 서로 독립적으로, H 또는 탄소수 1 내지 12의 알킬을 나타내고,
Y2 및 Y3은, 각각 서로 독립적으로, H, F, Cl 또는 CN을 나타낸다.
X'은 바람직하게는 -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO-, -O-COO-, -CO-NR0-, -NR0-CO-, -NR0-CO-NR0- 또는 단일 결합이다.
전형적인 스페이서 기 Sp'은, 예를 들어 -(CH2)p1-, -(CH2CH2O)q1-CH2CH2-, -CH2CH2-S-CH2CH2-, -CH2CH2-NH-CH2CH2- 또는 -(SiR00R000-O)p1-이고, 이때 p1은 1 내지 12의 정수이고, q1은 1 내지 3의 정수이고, R00 및 R000은 상기 제시된 의미를 가진다.
특히 바람직한 기 -X'-Sp'-은 -(CH2)p1-, -O-(CH2)p1-, -OCO-(CH2)p1-, -OCOO-(CH2)p1-이다.
특히 바람직한 Sp' 기는, 각각의 경우, 예를 들어 직쇄 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 펜틸렌, 헥실렌, 헵틸렌, 옥틸렌, 노닐렌, 데실렌, 운데실렌, 도데실렌, 옥타데실렌, 에틸렌옥시에틸렌, 메틸렌옥시부틸렌, 에틸렌티오에틸렌, 에틸렌-N-메틸이미노-에틸렌, 1-메틸알킬렌, 에텐일렌, 프로펜일렌 및 부텐일렌이다.
본 발명의 다른 바람직한 실시양태에서, P-Sp-는, 2개 이상의 중합가능한 기를 포함하는 라디칼(다작용성 중합가능한 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 라디칼 P-Sp-는 하기 화학식 M*a 내지 M*m으로부터 선택된다:
Figure pat00081
Figure pat00082
상기 식에서,
알킬은 단일 결합 또는 탄소수 1 내지 12의 직쇄 또는 분지쇄 알킬렌을 나타내고, 이때 하나 이상의 비-인접 CH2 기는, 각각 서로 독립적으로, O 및/또는 S 원자들이 서로 직접 연결되지 않도록 하는 방식으로, -C(R00)=C(R000)-, -C≡C-, -N(R00)-, -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, 또는 -O-CO-O-로 대체될 수 있고, 이때 또한, 하나 이상의 H 원자는 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 의미 중 하나를 갖고,
P1 내지 P5는, 각각 서로 독립적으로, P에 대해 제시된 의미 중 하나를 갖는다. 상기 중합가능한 화합물 및 RM은 당업자에게 공지된 방법 및 유기 화학의 표준 작업, 예를 들면 문헌[Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie(Methods of Organic Chemistry), Thieme-Verlag, Stuttgart]에 기술된 방법과 유사하게 제조할 수 있다. 추가의 합성 방법은 상기 및 하기에 인용된 문헌에 제시된다. 가장 간단한 경우, 상기 RM의 합성은, 탈수화제(예컨대, DCC(다이사이클로헥실카보다이이미드))의 존재 하에, P 기를 함유하는 대응 산, 산 유도체 또는 할로겐화된 화합물(예컨대, (메트)아크릴오일 클로라이드 또는 (메트)아크릴산)을 이용하는 2,6-다이하이드록시나프탈렌 또는 4,4'-다이하이드록시바이페닐의 에스터화 또는 에터화에 의해 수행된다.
본 발명에 따른 LC 혼합물 및 LC 매질은 원칙적으로는 임의의 유형의 PS 또는 PSA 디스플레이, 특히 음의 유전 이방성을 갖는 LC 매질에 기초한 디스플레이, 특히 바람직하게는 PSA-VA, PSA-IPS 또는 PS-FFS 디스플레이에 적합하다. 그러나, 당업자는, 진보된 발명 없이도, 그 기본 구조를 통해 또는 사용되는 요소들(예컨대, 기판, 정렬 층, 전극, 어드레싱 소자, 백라이트, 편광기, 착색된 필터, 임의적으로 존재하는 보상 필름 등)의 개별적인 성질, 배열 또는 구조를 통해, 본 발명에 따른 LC 혼합물 및 LC 매질을 상기 언급된 디스플레이와 다른 유형의 PS 또는 PSA 디스플레이에 사용할 수 있을 것이다.
매우 특히 적합한 중합가능한 화합물은 하기 표 D에 열거된다.
본 발명에 따른 액정 매질이 하나 이상의 중합가능한 화합물을 포함하는 경우, 이는 상기 매질 중에 0.1 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.2 내지 4.0 중량%, 특히 바람직하게는 0.2 내지 2.0 중량%의 양으로 존재한다.
본 발명에 따른 혼합물은 또한 통상적인 첨가제, 예를 들어 안정화제, 산화방지제, UV 흡수제, 나노입자, 마이크로입자 등을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 액정 디스플레이의 구조는, 예를 들어 유럽 특허 출원 제 0 240 379 호에 기술된 바와 같은 일반적인 기하구조에 대응한다.
하기 실시예는 본 발명을 제한하지 않으면서 설명하도록 의도된다. 상기 및 하기에서 % 데이터는 중량%를 나타내고, 모든 온도는 섭씨로 제시된다.
본원 전반에 걸쳐, 1,4-사이클로헥실렌 고리 및 1,4-페닐렌 고리는 하기와 같이 도시된다:
Figure pat00083
본원 명세서 및 작업 실시예 전반에 걸쳐, 액정 화합물의 구조는 두문자로 제시된다. 달리 제시되지 않는 한, 화학식으로의 변환은 하기 표 1 내지 3에 따라 수행된다. 모든 라디칼 CnH2n+1, CmH2m+1 및 Cm'H2m'+1, 또는 CnH2n 및 CmH2m은 각각 각 경우에서 n, m, m' 또는 z개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼 또는 알킬렌 라디칼이다. n, m, m' 및 z는 각각 서로 독립적으로 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 또는 12, 바람직하게는 1, 2, 3, 4, 5 또는 6을 나타낸다. 표 1에서, 개별 화합물의 고리 요소가 코딩되고, 표 2에서 가교 요소가 열거되고, 표 3에서 화합물들의 좌측부 쇄 또는 우측부 쇄가 제시된다.
표 1: 고리 요소
Figure pat00084
Figure pat00085
Figure pat00086
표 2: 가교 요소
Figure pat00087
표 3: 측쇄
Figure pat00088
화학식 IIA 및/또는 IIB 및/또는 IIC의 화합물 및 하나 이상의 화학식 I의 화합물 이외에, 본 발명에 따른 혼합물은 바람직하게 하기 표 A에 제시되는 하나 이상의 화합물을 포함한다.
표 A
하기 약어가 사용된다:
(n, m, m', 및 z는, 각각 서로 독립적으로, 1, 2, 3, 4, 5 또는 6이고; (O)CmH2m+1은 OCmH2m +1 또는 CmH2m +1을 의미한다)
Figure pat00089
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Figure pat00091
Figure pat00092
Figure pat00093
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Figure pat00099
Figure pat00100
Figure pat00101
Figure pat00102
Figure pat00103
Figure pat00104
Figure pat00105
Figure pat00106
본 발명에 따라 사용될 수 있는 LC 매질은 통상적인 방식 자체로 제조된다. 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.
적합한 첨가제를 사용하여, 임의의 유형의, 예컨대 현재까지 개시된 ECB, VAN, IPS, GH 또는 ASM-VA LCD 디스플레이에 사용될 수 있도록 하는 방식으로 본 발명에 따른 액정 상을 개질할 수 있다.
상기 유전체는 또한, 당업자에게 공지되고 문헌에 기술된 추가의 첨가제(예를 들어, UV 흡수제, 산화방지제, 나노입자 및 자유-라디칼 소거제)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 0 내지 15%의 다색성 염료, 안정화제, 예를 들어 페놀, HALS(입체장애 아민 광 안정화제), 예컨대 티누빈(Tinuvin) 770(=비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트), 또는 키랄 도판트가 첨가될 수 있다. 본 발명에 따른 혼합물에 적합한 안정화제는 특히 하기 표 B에 나열되어 있다.
예를 들어, 0 내지 15%의 다색성 염료가 첨가될 수 있고, 또한 전도성 염, 바람직하게는 에틸다이메틸도데실암모늄 4-헥스옥시벤조에이트, 테트라부틸암모늄 테트라페닐보로네이트 또는 크라운 에터의 착물 염(예를 들어, 문헌[Haller et al., Mol. Cryst. Liq. Cryst. Volume 24, pages 249-258 (1973)] 참조)이 전도도를 향상시키기 위해 첨가되거나 또는 유전 이방성, 점도 및/또는 네마틱 상의 정렬을 조정하기 위한 물질이 첨가될 수 있다. 이러한 유형의 물질은 예를 들어 독일 특허 출원 제 22 09 127 호, 제 22 40 864 호, 제 23 21 632 호, 제 23 38 281 호, 제 24 50 088, 26 37 430 호, 및 제 28 53 728 호에 기술되어 있다.
하기 표 B는, 본 발명에 따른 혼합물에 첨가될 수 있는 가능한 도판트를 나타낸다. 혼합물이 도판트를 포함하는 경우, 이 도판트는 0.01 내지 4 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 1.0 중량%의 양으로 사용된다.
표 B
Figure pat00107
Figure pat00108
예를 들어, 혼합물의 총량을 기준으로 10 중량% 이하, 바람직하게는 0.01 내지 6 중량%, 특히 0.1 내지 3 중량%의 양으로 본 발명에 따른 혼합물에 첨가될 수 있는 안정화제가 하기 표 C에 도시된다. 바람직한 안정화제는, 특히 BHT 유도체, 예를 들어 2,6-다이-3급-부틸-4-알킬페놀, 및 티누빈 770이다.
표 C
Figure pat00109
Figure pat00110
Figure pat00111
Figure pat00112
Figure pat00113
본 발명에 따른 혼합물, 바람직하게는 PSA 및 PS-VA 용도에 사용하기 적합한 반응성 메소젠(중합가능한 화합물)이 하기 표 D에 제시된다.
하기 표 D는, 바람직하게는 본 발명에 따른 매질에서 반응성 메소젠성 화합물(중합가능한 화합물)로서 사용될 수 있는 예시적인 화합물을 도시한다.
표 D
Figure pat00114
Figure pat00115
Figure pat00116
Figure pat00117
Figure pat00118
Figure pat00119
Figure pat00120
Figure pat00121
Figure pat00122
Figure pat00123
Figure pat00124
Figure pat00125

작업 실시예
하기 실시예는 본 발명을 제한하지 않고 설명하기 위한 것이다. 실시예에서, m.p.는 융점을 나타내고, C는 액정 성분의 등명점(섭씨 온도)을 나타내고, 비점은 b.p로 나타내진다. 또한, C는 결정질 고체 상태를 나타내고, S는 스멕틱 상(지수는 상 유형을 나타냄)을 나타내고, N은 네마틱 상을 나타내고, Ch는 콜레스테릭 상을 나타내고, I는 등방성 상을 나타내고, Tg는 유리 전이 온도를 나타낸다. 2개의 부호 사이의 숫자는 전환 온도(섭씨 온도)를 나타낸다.
화학식 I의 화합물의 광학 이방성 Δn을 결정하는데 사용되는 호스트 혼합물은 상업적 혼합물 ZLI-4792(메르크 카게아아)이다. 유전 이방성 Δε은 상업적 혼합물 ZLI-2857을 사용하여 결정된다. 조사할 화합물의 물리적 데이터는, 조사할 화합물을 첨가한 후의 호스트 혼합물의 유전 상수의 변화 및 사용된 화합물의 100%로의 외삽으로부터 수득된다. 일반적으로, 용해도에 의존하여, 조사할 화합물의 10%를 호스트 혼합물에 용해시킨다.
달리 지시되지 않는 한, 부 또는 % 데이터는 중량부 또는 중량%를 나타낸다.
상기 및 하기에서,
V0은 20℃에서의 용량성(capacitive) 문턱 전압[V]이고,
Δn은 20℃ 및 589 nm에서의 광학 이방성이고,
Δε은 20℃ 및 1 kHz에서의 유전 이방성이고,
cl.p., T(N,I)는 등명점(clearing point)[℃]이고,
K1은 20℃에서 "펼침(splay)" 변형율[pN]의 탄성 상수이고,
K3은 20℃에서 "굽힘(bend)" 변형율[pN]의 탄성 상수이고,
γ1은, 자기장 내에서 회전법으로 측정되는, 20℃에서 측정된 회전 점도[mPaㆍs]이고,
LTS는 테스트 셀 내에서 측정된 저온 안정성(네마틱 상)이다.
문턱 전압의 측정에 사용된 디스플레이는 20 ㎛ 분리된 2개의 평면-평행 외부 플레이트, 및 액정의 호메오트로픽 정렬을 수행하는, 상기 외부 플레이트의 내부 상에 SE-1211(닛산 케미칼스(Nissan Chemicals))의 상부 정렬 층을 갖는 전극 층을 가진다.
본원에서의 모든 농도는, 달리 명시되지 않는 한, 상응하는 혼합물 또는 혼합물 성분에 관한 것이다. 모든 물리적 성질은, 달리 명시되지 않는 한, 문헌["Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", status November 1997, Merck KGaA, Germany]에 제시된 바와 같이 측정되며, 20℃의 온도에서 적용된다.
혼합물 실시예
비교예 V1
Figure pat00126
실시예 M1
Figure pat00127
화학식 I의 화합물 PY-V2-O2를 포함하는 본 발명에 따른 혼합물 M1은 γ1/K3 비에 대해 비교 혼합물 V1보다 상당히 더 낮은 값을 가진다.
실시예 M2
Figure pat00128
화학식 I의 화합물 CCY-V-O2를 포함하는 본 발명에 따른 혼합물 M2는 γ1/K3 비에 대해 비교 혼합물 V1보다 상당히 더 낮은 값을 가진다.
실시예 M3
Figure pat00129
화학식 I의 화합물 PY-V2-O2, CPY-V-O2 및 CPY-V-O4를 포함하는 본 발명에 따른 혼합물 M3은 γ1/K3 비에 대해 비교 혼합물 V1보다 상당히 더 낮은 값을 가진다.
실시예 M4
Figure pat00130
화학식 I의 화합물 PY-V2-O2 및 CCY-V-O2를 포함하는 본 발명에 따른 혼합물 M4는 γ1/K3 비에 대해 비교 혼합물 V1보다 상당히 더 낮은 값을 가진다.
실시예 M5
Figure pat00131
화학식 I의 화합물 PY-V2-O2, CPY-V-O2 및 CPY-V-O4를 포함하는 본 발명에 따른 혼합물 M5는 γ1/K3 비에 대해 비교 혼합물 V1보다 상당히 더 낮은 값을 가진다.
실시예 M6
Figure pat00132
화학식 I의 화합물 PY-V2-O2, CPY-V-O2, CPY-V-O4 및 CCY-V-O2를 포함하는 본 발명에 따른 혼합물 M6은 γ1/K3 비에 대해 비교 혼합물 V1보다 상당히 더 낮은 값을 가진다.
실시예 M7
Figure pat00133
화학식 I의 화합물 PY-V2-O2, CPY-V-O2, CPY-V-O4 및 CCY-V-O2를 포함하는 본 발명에 따른 혼합물 M7은 γ1/K3 비에 대해 비교 혼합물 V1보다 상당히 더 낮은 값을 가진다.
실시예 P1
PS-VA 혼합물을 제조하기 위해, 99.7%의 실시예 M1에 따른 혼합물을 하기 구조식의 중합가능한 화합물 0.3%와 혼합하였다:
.
이 PS-VA 혼합물을 호메오트로픽 배향을 갖는 셀에 도입하였다. 24 V의 전압을 인가한 후, 이 셀을 100 mW/cm2의 파워를 갖는 UV 광으로 조사하였다.
실시예 M8
Figure pat00135
실시예 M9
Figure pat00136

실시예 P2
PS-VA 혼합물을 제조하기 위해, 99.7%의 실시예 M9에 따른 혼합물을 하기 구조식의 중합가능한 화합물 0.3%와 혼합하였다:
Figure pat00137
.
이 PS-VA 혼합물을 호메오트로픽 배향을 갖는 셀에 도입하였다. 24 V의 전압을 인가한 후, 이 셀을 100 mW/cm2의 파워를 갖는 UV 광으로 조사하였다.
실시예 M10
Figure pat00138
실시예 M11
Figure pat00139
실시예 P3
PS-VA 혼합물을 제조하기 위해, 99.7%의 실시예 M11에 따른 혼합물을 하기 구조식의 중합가능한 화합물 0.3%와 혼합하였다:
Figure pat00140
.
이 PS-VA 혼합물을 호메오트로픽 배향을 갖는 셀에 도입하였다. 24 V의 전압을 인가한 후, 이 셀을 100 mW/cm2의 파워를 갖는 UV 광으로 조사하였다.
실시예 M12
Figure pat00141
실시예 M13
LC 혼합물 M12를 추가적으로 0.02%의
Figure pat00142
로 안정화시켰다.
실시예 M14
Figure pat00143
실시예 M15
LC 혼합물 M14를 추가적으로 0.01%의
Figure pat00144
로 안정화시켰다.
실시예 M16
Figure pat00145
실시예 M17
LC 혼합물 M16을 추가적으로 0.01%의
Figure pat00146
로 안정화시켰다.
실시예 M18
LC 혼합물 M11을 추가적으로 0.02%의
Figure pat00147
로 안정화시켰다.
실시예 M19
LC 혼합물 M12를 추가적으로 0.01%의
Figure pat00148
및 0.03%의
Figure pat00149
로 안정화시켰다.

Claims (24)

  1. 하기 화학식 I의 화합물을 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:
    Figure pat00150

    상기 식에서, 개별적인 라디칼은, 각각 서로 독립적으로 및 각각의 경우 동일하거나 상이하게, 하기 의미를 가진다:
    R11은 탄소수 2 내지 12의 알켄일 라디칼을 나타내고,
    L1 및 L2는 F, Cl, CF3, OCF3 또는 CHF2를 나타내고,
    n은 1 또는 2를 나타내고,
    A는, 1개 또는 2개의 동일하거나 상이한 라디칼 L1로 또한 치환될 수 있는, 트랜스-1,4-사이클로헥실렌 라디칼 또는 1,4-페닐렌 라디칼을 나타낸다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    화학식 I의 화합물이 하기 화학식 I1 내지 I4로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 액정 매질:
    Figure pat00151

    상기 식에서,
    알켄일은 탄소수 2 내지 6의 직쇄 알켄일 라디칼을 나타내고,
    L1 및 L2는, 각각 서로 독립적으로, F 또는 Cl을 나타낸다.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    하기 화학식 A의 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:
    Figure pat00152

    상기 식에서,
    X 및 Y는, 각각 서로 독립적으로, 1개 또는 2개의 동일하거나 상이한 라디칼 L1로 또한 치환될 수 있는, 트랜스-1,4-사이클로헥실렌 라디칼 또는 1,4-페닐렌 라디칼을 나타내고,
    라디칼 Rc 및 Rd 중 하나는 탄소수 2 내지 12의 알켄일 라디칼을 나타내고, 라디칼 Rc 및 Rd 중 나머지 하나는 탄소수 1 내지 12의 알킬 라디칼을 나타내고, 이때 또한, 1개 또는 2개의 비-인접 CH2 기는, O 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로, -O-, -CH=CH-, -CO-, -OCO- 또는 -COO-로 대체될 수 있고,
    L1은 F, Cl, CF3, OCF3 또는 CHF2를 나타내고,
    a는 1 또는 2를 나타낸다.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하기 화학식 A1a, A3a 및 A6a로부터 선택되는 화합물을 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:
    Figure pat00153

    상기 식에서,
    m은 1, 2, 3, 4, 5 또는 6을 나타내고,
    i는 0, 1, 2 또는 3을 나타내고,
    Rb1은 H, CH3 또는 C2H5를 나타낸다.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하기 화학식 IIA, IIB 및 IIC의 화합물의 군으로부터 선택되는 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:
    Figure pat00154

    상기 식에서,
    R2A, R2B 및 R2C는, 각각 서로 독립적으로, H; 또는 비치환되거나, CN 또는 CF3로 일치환되거나, 또는 할로겐으로 적어도 일치환되는 탄소수 15 이하의 알킬 또는 알켄일 라디칼을 나타내고, 이때 또한, 이들 라디칼에서 하나 이상의 CH2 기는, O 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로, -O-, -S-,
    Figure pat00155
    , -C≡C-, -CF2O-, -OCF2-, -OC-O- 또는 -O-CO-로 대체될 수 있고,
    L1 내지 L4는, 각각 서로 독립적으로, F 또는 Cl을 나타내고,
    Z2 및 Z2'은, 각각 서로 독립적으로, 단일 결합, -CH2CH2-, -CH=CH-, -CF2O-, -OCF2-, -CH2O-, -OCH2-, -COO-, -OCO-, -C2F4-, -CF=CF-, 또는 -CH=CHCH2O-를 나타내고,
    p는 1 또는 2를 나타내고,
    q는 0 또는 1을 나타내고,
    v는 1 내지 6을 나타내되,
    단, 화학식 IIA 및 IIB의 화합물은 화학식 I의 화합물과 동일하지 않다.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하기 화학식 III의 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:
    Figure pat00156

    상기 식에서,
    R31 및 R32는, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 12 이하의 직쇄 알킬, 알콕시알킬 또는 알콕시 라디칼을 나타내고,
    Figure pat00157

    Figure pat00158

    를 나타내고,
    Z3은 단일 결합, -CH2CH2-, -CH=CH-, -CF2O-, -OCF2-, -CH2O-, -OCH2-, -COO-, -OCO-, -C2F4-, -C4H9-, 또는 -CF=CF-를 나타낸다.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하기 화학식 L-1 내지 L-11의 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:
    Figure pat00159

    Figure pat00160

    상기 식에서,
    R1 및 R2는, 각각 서로 독립적으로, 제 5 항에서 R2A에 대해 제시된 의미를 갖고,
    R은 탄소수 1 내지 7의 직쇄 알킬 또는 알콕시 라디칼을 나타내고,
    알킬은 탄소수 1 내지 6의 알킬 라디칼을 나타내고,
    s는 1 또는 2를 나타낸다.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하기 화학식 T-1 내지 T-21의 터페닐 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:
    Figure pat00161

    Figure pat00162

    Figure pat00163

    상기 식에서,
    R은 탄소수 1 내지 7의 직쇄 알킬 또는 알콕시 라디칼을 나타내고,
    m은 1 내지 6을 나타낸다.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하기 화학식 O-1 내지 O-17의 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:
    Figure pat00164

    Figure pat00165

    상기 식에서, R1 및 R2는, 각각 서로 독립적으로, 제 5 항에서 R2A에 대해 제시된 의미를 갖는다.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하기 화학식 In의 인단 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:
    Figure pat00166

    상기 식에서,
    R11, R12, 및 R13은 탄소수 1 내지 5의 직쇄 알킬, 알콕시, 알콕시알킬 또는 알켄일 라디칼을 나타내고,
    추가적으로, R12 및 R13은 또한 할로겐을 나타내고,
    Figure pat00167

    Figure pat00168

    를 나타내고,
    i는 0, 1 또는 2를 나타낸다.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    전체 혼합물 중의 화학식 I의 화합물의 비율이 1 중량% 이상인 것을 특징으로 하는, 액정 매질.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    중합가능한 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중합가능한 화합물의 농도가 액정 매질을 기준으로 0.01 내지 5 중량%인 것을 특징으로 하는, 액정 매질.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중합가능한 화합물이 하기 화학식 I*의 화합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 액정 매질:
    Figure pat00169

    상기 식에서,
    Ra 및 Rb는, 각각 서로 독립적으로, P, P-Sp-, H, 할로겐, SF5, NO2, 탄소 기 또는 탄화수소 기를 나타내고, 이때 라디칼 Ra 및 Rb 중 적어도 하나는 P 또는 P-Sp- 기를 나타내거나 포함하고,
    P는, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, 중합가능한 기를 나타내고,
    Sp는, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, 스페이서 기 또는 단일 결합을 나타내고,
    A1 및 A2는, 각각 서로 독립적으로, 바람직하게는 4 내지 25개의 고리 원자를 갖는, 방향족, 헤테로방향족, 지환족 또는 헤테로환형 기를 나타내고, 이들은 또한 융합된 고리를 함유할 수 있고 또한 L로 일치환 또는 다중치환될 수 있고,
    L은 P-Sp-, H, OH, CH2OH, 할로겐, SF5, NO2, 탄소 기 또는 탄화수소 기를 나타내고,
    Z1은, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -OCO-, -O-CO-O-, -OCH2-, -CH2O-, -SCH2-, -CH2S-, -CF2O-, -OCF2-, -CF2S-, -SCF2-, -(CH2)n1-, -CF2CH2-, -CH2CF2-, -(CF2)n1-, -CH=CH-, -CF=CF-, -C≡C-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH-, CR0R00 또는 단일 결합을 나타내고,
    R0 및 R00은, 각각 서로 독립적으로, H 또는 탄소수 1 내지 12의 알킬을 나타내고,
    m은 0, 1, 2, 3 또는 4를 나타내고,
    n1은 0, 1, 2, 3 또는 4를 나타낸다.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 첨가제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 첨가제가 자유-라디칼 소거제, 산화방지제 및/또는 안정화제의 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 액정 매질.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하기 그룹으로부터 선택되는 안정화제를 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:
    Figure pat00170

    Figure pat00171

    Figure pat00172

    Figure pat00173

    Figure pat00174

    Figure pat00175
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 안정화제를 액정 매질을 기준으로 0.001 내지 10 중량%의 양으로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질의 제조 방법으로서,
    하나 이상의 화학식 I의 화합물을 하나 이상의 추가의 액정 화합물과 혼합하고 하나 이상의 첨가제를 임의적으로 추가하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    하나 이상의 화학식 I의 화합물을 하나 이상의 추가의 메소젠성 화합물 및 하나 이상의 중합가능한 화합물과 혼합하고 하나 이상의 첨가제를 임의적으로 추가하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  21. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질의 전기-광학(electro-optical) 디스플레이에서의 용도.
  22. 제 21 항에 있어서,
    VA, PSA, PS-VA, PA-VA, IPS, PS-IPS, FFS, PS-FFS 또는 PALC 디스플레이에서의 용도.
  23. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질을 유전체로서 포함하는 것을 특징으로 하는, 능동-매트릭스 어드레싱을 갖는 전기-광학 디스플레이.
  24. 제 23 항에 있어서,
    VA, PSA, PS-VA, PA-VA, IPS, PS-IPS, FFS, UB-FFS, PS-FFS 또는 PALC 디스플레이인 것을 특징으로 하는 전기-광학 디스플레이.
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