KR20160122074A - 액정 매질 및 이를 포함하는 액정 디스플레이 - Google Patents

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KR20160122074A
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아쓰타카 마나베
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메르크 파텐트 게엠베하
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    • G02F2001/133633—
    • G02F2001/134372—

Abstract

본 발명은,
바람직하게는, 네마틱 상 및 0.5 이상의 유전 이방성(Δε)을 갖고,
2 이상 8 이하 범위의, 방향자에 수직인 유전 상수(ε⊥), 및 동시에, 1.0 이상의, 유전 이방성(Δε)에 대한 방향자에 수직인 유전 상수(ε⊥)의 비, 즉, (ε⊥/Δε), 또는
8 이상의, 방향자에 수직인 유전 상수(ε⊥) 및 26 이하의 유전 이방성(Δε)
을 갖는다는 특정 유전 특성을 갖고,
바람직하게는, 방향자에 수직인 유전 상수(ε⊥)가 높고 평균 유전 상수(ε평균)가 높은 하나 이상의 화합물을 포함하는, 액정 매질;
IPS 또는 FFS 효과에 기초한 전광 디스플레이, 특히 능동 매트릭스 디스플레이에서의 이의 용도;
상기 유형의 액정 매질을 포함하는 상기 유형의 디스플레이; 및
하나 이상의 추가의 메소젠성 화합물을 포함하는 액정 매질의 투과율 및/또는 응답 시간을 개선하기 위한 화학식 I의 화합물의 용도
에 관한 것이다.

Description

액정 매질 및 이를 포함하는 액정 디스플레이{LIQUID-CRYSTALLINE MEDIUM AND LIQUID-CRYSTAL DISPLAY COMPRISING THE SAME}
본 발명은, 특히 액정 디스플레이에 사용하기 위한 신규한 액정 매질; 및 액정 디스플레이, 특히, 양의 유전율을 갖는 액정을 사용하는, IPS(평면 내 스위칭) 또는 바람직하게는 FFS(프린지 필드 스위칭) 효과를 사용하는 액정 디스플레이에 관한 것이다. 후자는 또한, 가끔 SG-FFS(수퍼 그립 FFS) 효과로도 불린다. 이러한 효과의 경우, 분자 방향자에 평행한 유전 상수가 높고 동시에 분자 방향자에 수직인 유전 상수가 높은 하나 이상의 화합물을 포함하여, 큰 평균 유전 상수 및 고 유전 비를 유발하고, 바람직하게는 동시에, 비교적 작은 유전 이방성을 유발하는, 양의 유전율을 갖는 액정이 사용된다. 상기 액정 매질은 임의적으로, 음의 유전율을 갖는 화합물, 중성 유전율을 갖는 화합물 또는 이들 둘 다를 추가로 포함한다. 상기 액정 매질은 평면(homogeneous or planar) 초기 배향에 사용된다. 본 발명에 따른 액정 매질은 양의 유전 이방성을 가지며, 분자 방향자에 평행한 큰 유전 상수 및 분자 방향자에 수직인 큰 유전 상수를 동시에 갖는 화합물을 포함한다.
상기 매질은, 각각의 디스플레이에서의 특히 높은 투과율 및 감소된 응답 시간으로 구별되며, 이는, 특히 이의 물리적 특성들의 독특한 조합에 의해, 특히 이의 유전 특성 및 특히 이의 높은 비(ε⊥/ε평균) 및 이의 높은 유전 비 값(ε⊥/Δε)에 의해 유발된다. 이는 또한, 본 발명에 따른 디스플레이에서 이의 탁월한 성능을 유발한다.
양의 유전율을 갖는 액정을 사용하는 IPS 및 FFS 디스플레이는 당분야에 널리 공지되어 있으며, 다양한 유형의 디스플레이, 예컨대 데스크 탑 모니터 및 TV 세트뿐만 아니라 모바일 용도에 폭넓게 채택되었다.
그러나, 최근에는, 음의 유전율을 갖는 액정을 사용하는 IPS 및 특히 FFS 디스플레이가 널리 채택되고 있다. 후자는, 종종 UB-FFS(초 휘도(ultra bright) FFS)로도 불린다. 이러한 디스플레이는, 예를 들어 미국 특허 출원 공개 제 2013/0207038 A1 호에 개시되어 있다. 이러한 디스플레이는, 이전에 사용되던, 양의 유전율을 갖는 액정을 갖는 IPS 및 FFS 디스플레이에 비해 현저히 증가된 투과율을 특징으로 한다. 그러나, 음의 유전율을 갖는 액정을 사용하는 디스플레이는, 양의 유전율을 갖는 액정을 사용하는 각각의 디스플레이에 비해 더 높은 작동 전압을 필요로 하는 심각한 단점을 가진다. UB-FFS에 사용되는 액정 매질은 -0.5 이하, 바람직하게는 -1.5 이하의 유전 이방성을 가진다.
HB-FFS(고 휘도 FFS)에 사용되는 액정 매질은 0.5 이상, 바람직하게는 1.5 이상의 유전 이방성을 가진다. 음의 유전율을 갖는 액정 화합물 및 양의 유전율을 갖는 액정 화합물을 둘 다 포함하는 액정 매질이 HB-FFS에 사용되며, 각각의 메소젠성 화합물은, 예를 들어 미국 특허 출원 공개 제 2013/0207038 A1 호에 개시되어 있다. 이러한 매질은 더 큰 ε⊥ 및 ε평균 값을 특징으로 하지만, 이들의 비(ε⊥/Δε)는 비교적 작다.
그러나, 본 발명에 따르면, 수평 배향에서는 양의 유전율을 갖는 액정 매질을 사용하는 IPS 또는 FFS 효과가 바람직하다.
전광 디스플레이 요소에서의 이러한 효과의 산업적 적용은, 다양한 요건을 만족시켜야 하는 LC 상을 필요로 한다. 여기서는, 수분, 공기 및 물리적 영향, 예컨대 열, 적외선, 가시광선 및 자외선 영역의 복사선 및 직류(DC) 및 교류(AC) 전기장에 대한 내화학성이 특히 중요하다.
또한, 산업적으로 사용될 수 있는 LC 상은 적합한 온도 범위 및 낮은 점도의 액정 상을 갖는 것이 필요하다.
현재까지 개시된 액정 상을 갖는 일련의 화합물 중, 이러한 모든 요건을 만족시키는 단일 화합물을 포함하는 것은 없었다. 따라서, LC 상으로서 사용될 수 있는 성분을 수득하기 위해 2 내지 25종, 바람직하게는 3 내지 18종의 화합물들의 혼합물이 일반적으로 제조되었다.
매트릭스 액정 디스플레이(MLC 디스플레이)가 공지되어 있다. 개별적인 픽셀의 개별적인 스위칭에 사용될 수 있는 비선형 소자는, 예를 들어 능동 소자(즉, 트랜지스터)이다. "능동 매트릭스"라는 용어는, 일반적으로 기판으로서의 유리 판 상에 배열된 박막 트랜지스터(TFT)가 사용되는 경우에 사용된다.
반도체 화합물, 예를 들면 CdSe, 또는 금속 산화물, 예컨대 ZnO을 포함하는 TFT; 또는 다결정질 및 특히 비결정질 실리콘에 기초한 TFT의 2가지 기술 간에는 차이가 있다. 현재, 후자의 기술이 전세계적으로 가장 큰 산업적 중요성을 가진다.
TFT 매트릭스는 디스플레이의 하나의 유리 판의 내측에 적용되고, 다른 유리 판은 이의 내측에 투명한 상대 전극을 수반한다. 픽셀 전극의 크기에 비해, TFT는 매우 작으며, 이미지에 실질적으로 부정적인 영향을 미치지 않는다. 이러한 기술은 또한, 총천연색이 가능한 디스플레이로 확장될 수 있으며, 이때 적색, 녹색 및 청색 필터의 모자이크가, 필터 요소가 각각의 스위칭가능한 픽셀에 대양하여 위치하는 방식으로 배열된다.
현재까지 가장 많이 사용되는 TFT 디스플레이는 일반적으로 전송시 교차 편광자를 사용하여 작동하며, 후면 발광식이다. TV 용도의 경우에는, ECB(또는 VAN) 셀 또는 FFS 셀이 사용되며, 모니터는 일반적으로 IPS 셀 또는 TN(비틀린 네마틱) 셀을 사용하고, 노트북, 랩탑 및 모바일 용도는 일반적으로 TN, VA 또는 FFS 셀을 사용한다.
"MLC 디스플레이"라는 용어는, 비선형 집적 소자를 갖는 임의의 매트릭스 디스플레이, 즉, 능동 매트릭스 외에, 수동 소자(예컨대, 배리스터 또는 다이오드(MIM = 금속-절연체-금속))도 갖는 디스플레이를 포함한다.
이러한 유형의 MLC 디스플레이는 TV 용도, 모니터 및 노트북에 특히 적합하며, 높은 정보 밀도를 갖는 디스플레이의 경우, 예를 들어 자동차 제작 또는 항공기 제조에 사용된다. 콘트라스트의 각 의존성 및 응답 시간에 관한 문제 외에도, 액정 혼합물의 불충분하게 높은 비저항 때문에 MLC 디스플레이에서도 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]; 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 감소되면, MLC 디스플레이의 콘트라스트가 열화된다. 디스플레이의 내측 표면과의 상호작용으로 인해, 액정 혼합물의 비 저항이 일반적으로 MLC 디스플레이의 수명에 걸쳐 떨어지기 때문에, 긴 조작 기간에 걸쳐 허용가능한 저항 값을 가져야 하는 디스플레이의 경우 높은 (초기) 저항이 매우 중요하다.
IPS 디스플레이(예를 들어, 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 and 759]) 및 오랫동안 공지된 TN 디스플레이 외에, 특히 TV 용도로 현재 가장 중요한 액정 디스플레이의 3가지 가장 최신 유형 중 하나로서, ECB 효과를 사용하는 디스플레이가 소위 VAN(수직 배향된 네마틱) 디스플레이로서 확립되었다.
가장 중요한 디자인은 다음과 같이 언급될 수 있다: MVA(다중-도메인 수직 배향, 예를 들어 문헌[Yoshide, H. et al., Paper 3.1: "MVA LCD for Notebook or Mobile PCs ...", SID 2004 International Symposium, Digest of Technical Papers, XXXV, Book I, pp. 6 to 9] 및 문헌[Liu, C.T. et al., Paper 15.1: "A 46-inch TFT-LCD HDTV Technology ...", SID 2004 International Symposium, Digest of Technical Papers, XXXV, Book II, pp. 750 to 753]), PVA(패턴화된 수직 배향, 예를 들어 문헌[Kim, Sang Soo, Paper 15.4: "Super PVA Sets New State-of-the-Art for LCD-TV", SID 2004 International Symposium, Digest of Technical Papers, XXXV, Book II, pp. 760 to 763]) 및 ASV(진보된 수퍼 뷰(advanced super view), 예를 들어 문헌[Shigeta, Mitzuhiro and Fukuoka, Hirofumi, Paper 15.2: "Development of High Quality LCDTV", SID 2004 International Symposium, Digest of Technical Papers, XXXV, Book II, pp. 754 내지 757]). VA 효과의 더 현대적 버전은 소위 PAVA(광-배향 VA) 및 PSVA(중합체-안정화된 VA)이다.
예를 들어, 문헌[Souk, Jun, SID Seminar 2004, Seminar M-6: "Recent Advances in LCD Technology", Seminar Lecture Notes, M-6/1 내지 M-6/26], 및 문헌[Miller, Ian, SID Seminar 2004, Seminar M-7: "LCD-Television", Seminar Lecture Notes, M-7/1 내지 M-7/32]에서 일반적인 형태로 기술들이 비교된다. 증속 구동(overdrive)을 사용하는 어드레싱 방법에 의해 현대식 ECB 디스플레이의 응답 시간이 이미 상당히 개선되었지만(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 to 109]), 특히 회색 색조의 스위칭에서, 비디오-호환성 응답 시간의 달성은 아직 만족할만한 정도로 해결되지 못한 문제이다.
ECB 디스플레이, 예컨대 ASV 디스플레이는 음의 유전 이방성(Δε)을 갖는 액정 매질을 사용하고, TN 및 지금까지의 모든 통상적인 IPS 디스플레이는 양의 유전 이방성을 갖는 액정 매질을 사용한다. 그러나, 현재 음의 유전율을 갖는 액정 매질을 이용하는 IPS 및 FFS 디스플레이에 대한 요구가 증가하고 있다.
이러한 유형의 액정 디스플레이에서, 액정은, 전압의 인가 시 광학 특성이 가역적으로 변하는 유전체로서 사용된다.
일반적으로, 디스플레이, 즉, 상기 언급된 효과에 따른 디스플레이에서는, 작동 전압이 가능한 한 낮아야 하고, 모두 동일한 부호의 유전 이방성을 갖고 가능한 가장 높은 유전 이방성을 갖는 액정 화합물로 일반적으로 주로 구성되는 액정 매질이 사용된다. 일반적으로, 중성 화합물이 최대한 비교적 적은 비율로 사용되거나, 가능한 경우, 매질의 유전 이방성의 부호와 반대되는 유전 이방성의 부호를 갖는 화합물은 사용되지 않는다. 음의 유전 이방성을 갖는 액정 매질의 경우, 예컨대 ECB 또는 UB-FFS 디스플레이 경우, 이에 따라 음의 유전 이방성을 갖는 화합물이 주로 사용된다. 사용되는 각각의 액정 매질은, 음의 유전 이방성을 갖는 액정 화합물로 일반적으로 주로 이루어지고, 일반적으로 심지어 본질적으로 이루어진다. 본 발명에 따라 사용되는 매질에서는, 상당량의, 양의 유전율을 갖는 액정 화합물, 및 일반적으로 단지 매우 소량의, 음의 유전율을 갖는 화합물이 전형적으로 사용되거나, 음의 유전율을 갖는 화합물은 심지어 전혀 사용되지 않으며, 그 이유는, 일반적으로 액정 디스플레이가 가능한 가장 낮은 어드레싱 전압을 갖도록 의도되기 때문이다. 동시에, 몇몇 경우, 소량의 중성 유전율을 갖는 화합물이 유리하게 사용될 수 있다.
미국 특허 출원 공개 제 2013/0207038 A1 호는, 음의 유전율을 갖는 액정을 추가로 혼입함으로써, 양의 유전 이방성을 갖는 액정을 사용하는 FFS 디스플레이의 성능을 개선하기 위한, HB-FFS 디스플레이용 액정 매질을 개시하고 있다. 그러나, 이는, 결과적인 매질의 총 유전 이방성에 대한 상기 화합물의 부정적인 기여를 보상할 필요성을 야기한다. 이를 위하여, 양의 유전율을 갖는 물질의 농도를 증가시키거나(이는 다시, 혼합물 중의 희석제로서, 중성 유전율을 갖는 화합물을 사용할 여지를 남김), 다르게는, 더 강한 양의 유전 이방성을 갖는 화합물이 사용되어야 한다. 이러한 두가지 대안은 모두 디스플레이에서 액정의 응답 시간을 증가시키는 큰 단점을 가진다.
IPS 및 FFS 디스플레이를 위한, 양의 유전 이방성을 갖는 액정 매질은 이미 개시되어 있다. 이는 하기 몇몇 예에서 제시될 것이다.
중국 특허 출원 제 104232105 호는, 0.7 이하의 유전 비(ε⊥/Δε)를 갖는 양의 유전 이방성을 갖는 액정 매질을 개시하고 있다.
국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/192390 호 역시, 높은 ε∥ 값 및 단지 약 0.5의 유전 비(ε⊥/Δε)를 갖고 양의 유전 이방성을 갖는 액정 매질을 개시하고 있다.
국제 특허 출원 공개 제 WO 2015/007131 호는, 양의 유전 이방성을 갖는 액정 매질을 개시하고 있으며, 이들 중 일부는 약 0.7 및 이보다 약간 높은 0.88 이하의 유전 비(ε⊥/Δε)를 갖는다. 확실히, 상기 액정 혼합물의 네마틱 상의 범위는 디스플레이의 의도된 용도를 위해 충분히 넓을 수 있다.
또한, 디스플레이에서 액정 매질의 응답 시간이 개선(즉, 감소)되어야 한다. 이는 특히, TV 또는 멀티미디어 용도를 위한 디스플레이의 경우에 중요하다. 응답 시간을 개선하기 위해, 과거에는 액정 매질의 회전 점도(γ1)를 최적화하는 것, 즉, 가능한 가장 낮은 회전 점도를 갖는 매질을 달성하는 것이 반복적으로 제안되었다. 그러나, 달성된 결과는 다수의 용도에 부적합하였으며, 이에 따라 추가의 최적화 접근법을 찾는 것이 바람직한 것으로 보인다.
극한의 부하, 특히 UV 노출 및 가열에 대한 매질의 적절한 안정성이 매우 특히 중요하다. 이는 특히, 모바일 장치(예컨대, 핸드폰)에서의 디스플레이의 용도의 경우에 중요할 것이다.
현재까지 개시된 MLC 디스플레이는, 이의 비교적 불량한 투과율 및 비교적 긴 응답 시간 외에, 추가의 단점을 가진다. 이러한 단점은, 예를 들어, 이러한 디스플레이에서 이의 비교적 낮은 콘트라스트, 비교적 높은 시야각 의존성 및 특히 비스듬한 시야각으로 관찰 시 회색 스케일의 재생 곤란성뿐만 아니라, 부적합한 VHR 및 부적합한 수명이다. 이의 에너지 효율 및 동영상을 빨리 제공하는 능력을 개선하기 위해서는, 상기 디스플레이의 투과율 및 이의 응답 시간의 목적하는 개선이 필요하다.
따라서, 매우 높은 비저항과 동시에 넓은 작동 온도 범위, 짧은 응답 시간 및 낮은 문턱 전압을 가짐으로써, 다양한 회색 색조가 생성될 수 있고, 특히 우수하고 안정한 VHR을 갖는 MLC 디스플레이가 계속 강력히 요구되고 있다.
본 발명은, ECB, IPS 또는 FFS 효과에 기초하고, 전술된 단점을 갖지 않거나 더 감소된 정도로만 갖는 동시에, 매우 높은 비 저항 값을 갖는, 모니터 및 TV 용도뿐만 아니라 모바일 용도(예컨대, 휴대폰 및 네비게이션 시스템)를 위한 MLC 디스플레이를 제공하는 목적을 가진다. 이는 특히, 휴대폰 및 네비게이션 시스템이 극도의 고온 및 극도의 저온에서도 작동하는 것을 보장해야 한다.
놀랍게도, 특히 IPS 및 FFS 디스플레이에서, 바람직하게는 하위화학식 I-1, I-2, I-3 및 I-4의 화합물, 특히 바람직하게는 하위화학식 I-2 및/또는 I-3 및/또는 I-4의 화합물, 더욱 바람직하게는 하위화학식 I-2 및/또는 I-4의 화합물의 군으로부터 선택되는 하나 이상, 바람직하게는 2종 이상의 화학식 I의 화합물, 및 바람직하게는 추가적으로, 화학식 II(바람직하게는 화학식 II-1 및/또는 II-2) 및 III의 화합물의 군으로부터 선택되는 하나 이상, 바람직하게는 2종 이상의 화합물, 및/또는 화학식 IV 및/또는 V의 군으로부터 선택되는 하나 이상, 바람직하게는 2종 이상의 화합물, 및 바람직하게는, 화학식 VII 내지 IX의 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물(모든 화학식은 본원에서 하기 정의되는 바와 같음)을 포함하는 네마틱 액정 혼합물을 이러한 디스플레이 요소에 사용하는 경우, 낮은 문턱 전압, 짧은 응답 시간, 충분히 넓은 네마틱 상, 유리하고 비교적 낮은 복굴절률(Δn) 및 동시에, 높은 투과율, 가열 및 UV 노출에 의한 분해에 대한 우수한 안정성, 및 안정하고 높은 VHR을 갖는 액정 디스플레이를 달성하는 것이 가능한 것으로 밝혀졌다.
이러한 유형의 매질은 특히, IPS 또는 FFS 디스플레이를 위한 능동 매트릭스 어드레싱을 갖는 전광 디스플레이에 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명은,
2 이상 8 이하 범위의, 방향자에 수직인 유전 상수(ε⊥), 및 1.0 이상의, 유전 이방성(Δε)에 대한 방향자에 수직인 유전 상수(ε⊥)의 비, 즉, (ε⊥/Δε), 또는
8.0 이상, 바람직하게는 26 이하의, 방향자에 수직인 유전 상수(ε⊥), 및 바람직하게는 추가적으로, 1.0 이상의, 유전 이방성에 대한 방향자에 수직인 유전 상수의 비(ε⊥/Δε)
를 갖는 하나 이상의 화합물을 포함하는, 극성 화합물들의 혼합물에 기초한 액정 매질에 관한 것이다.
1.0 이상의, 유전 이방성에 대한 방향자에 수직인 유전 상수의 비(ε⊥/Δε)는, 2.0 이하의, 방향자에 수직인 유전 상수(ε⊥)에 대한 방향자에 평행한 유전 상수(ε∥)의 비, 즉, (ε∥/ε⊥)의 비에 대응한다.
본 발명에 따른 매질은 바람직하게는, 화학식 II 및 III의 화합물의 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물, 바람직하게는 화학식 II의 화합물 하나 이상, 더욱 바람직하게는, 또한 화학식 III의 화합물 하나 이상, 가장 바람직하게는 추가적으로, 화학식 IV 및 V의 화합물의 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물, 및 또한 바람직하게는, 화학식 VI 내지 IX의 화합물의 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물(모든 화학식은 하기 정의되는 바와 같음)을 추가적으로 포함한다.
본 발명에 따른 혼합물은 매우 넓은 네마틱 상 범위, 70℃ 이상의 등명점, 매우 유리한 용량성 문턱 값, 비교적 높은 보전율 값 및 동시에 -20℃ 및 -30℃에서의 우수한 저온 안정성뿐만 아니라, 매우 낮은 회전 점도를 나타낸다. 또한, 본 발명에 따른 혼합물은 등명점과 회전 점도의 우수한 비 및 비교적 높은 양의 유전 이방성으로 구별된다.
놀랍게도, 양의 유전 이방성을 갖는 액정을 사용하는 FFS 유형의 LC가, 특별히 선택된 액정 매질을 사용하여 실현될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이러한 매질은 물리적 특성들의 특정 조합을 특징으로 한다. 이들 중 가장 결정적인 것은, 유전 특성 및 평균 유전 상수(ε평균)의 높음, 액정 분자의 방향자에 수직인 유전 상수(ε⊥)의 높음, 유전 이방성 값(Δε)이 높음, 및 특히, 마지막 2개의 값의 비(ε⊥/Δε)가 비교적 높음이다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 액정 매질이, 한편으로는, 0.5 이상, 바람직하게는 1.0 이상, 바람직하게는 1.5 이상의 유전 이방성 값을 가진다. 다른 한편으로, 이는 바람직하게는 26 이하의 유전 이방성을 가진다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 액정 매질이, 한편으로는 2 이상, 더욱 바람직하게는 8 이상, 다른 한편으로는 바람직하게는 20 이하의, 방향자에 수직인 유전 상수 값을 가진다.
본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는 1.5 이상 20.0 이하 범위, 더욱 바람직하게는 3.0 이상 8.0 이하 범위, 가장 바람직하게는 4.0 이상 7.0 이하 범위의 양의 유전 이방성을 가진다.
본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는 5.0 이상, 더욱 바람직하게는 6.0 이상, 더욱 바람직하게는 7.0 이상, 더욱 바람직하게는 8.0 이상, 더욱 바람직하게는 9 이상, 가장 바람직하게는 10.0 이상의, 액정 분자의 방향자에 수직인 유전 상수(ε⊥)를 가진다.
본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는 1.0 이상, 더욱 바람직하게는 1.5 이상, 가장 바람직하게는 2.0 이상의 유전 비(ε⊥/Δε)를 가진다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 상기 액정 매질은 바람직하게는 하기를 포함한다:
a) 방향자에 수직인 유전 상수가 높고 또한 방향자에 평행한 유전 상수가 높은, 바람직하게는 하기 화학식 I의 화합물의 군으로부터 선택되는, 바람직하게는 1% 내지 60%, 더욱 바람직하게는 5% 내지 40% 범위, 특히 바람직하게는 8% 내지 35% 범위 농도의 화합물 하나 이상:
Figure pat00001
(상기 식에서,
Figure pat00002
은
Figure pat00003
를 나타내고,
Figure pat00004
는
Figure pat00005
를 나타내고,
n은 0 또는 1을 나타내고,
R11 및 R12는 서로 독립적으로, 바람직하게는 탄소수 1 내지 7의, 알킬, 알콕시, 불화된 알킬 또는 불화된 알콕시, 탄소수 2 내지 7의, 알켄일, 알켄일옥시, 알콕시알킬 또는 불화된 알켄일, 바람직하게는 알킬, 알콕시, 알켄일 또는 알켄일옥시, 가장 바람직하게는 알킬, 알콕시 또는 알켄일옥시를 나타내고, 달리 R11은 R1을 나타내고, 달리 R12는 X1을 나타내고,
R1은, 바람직하게는 탄소수 1 내지 7의, 알킬, 알콕시, 불화된 알킬 또는 불화된 알콕시, 탄소수 2 내지 7의, 알켄일, 알켄일옥시, 알콕시알킬 또는 불화된 알켄일, 바람직하게는 알킬 또는 알켄일을 나타내고,
X1은 F, Cl, 탄소수 1 내지 4의, 불화된 알킬, 불화된 알켄일, 불화된 알콕시 또는 불화된 알켄일옥시, 바람직하게는 F, Cl, CF3 또는 OCF3를 나타내고, 특히 화학식 I-1 및 I-2의 경우 바람직하게는 F를 나타내고, 화학식 I-4의 경우 바람직하게는 OCF3를 나타낸다),
b) 하기 화학식 II 및 III의 화합물, 바람직하게는 각각 3 초과의 유전 이방성을 갖는 화합물의 군으로부터 선택되는, 양의 유전율을 갖는 화합물 하나 이상:
Figure pat00006
(상기 식에서,
R2는, 탄소수 1 내지 7의, 알킬, 알콕시, 불화된 알킬 또는 불화된 알콕시, 탄소수 2 내지 7의, 알켄일, 알켄일옥시, 알콕시알킬 또는 불화된 알켄일, 바람직하게는 알킬 또는 알켄일을 나타내고,
Figure pat00007
는,
각각의 경우, 서로 독립적으로,
Figure pat00008
를 나타내고,
L21 및 L22는 H 또는 F를 나타내고, 바람직하게는 L21은 F를 나타내고,
X2는 할로겐, 탄소수 1 내지 3의 할로겐화된 알킬 또는 알콕시 또는 탄소수 2 또는 3의 할로겐화된 알켄일 또는 알켄일옥시, 바람직하게는 F, Cl, -OCF3, -O-CH2CF3, -O-CH=CH2, -O-CH=CF2 또는 -CF3, 매우 바람직하게는 F, Cl, -O-CH=CF2 또는 -OCF3를 나타내고,
m은 0, 1, 2 또는 3, 바람직하게는 1 또는 2, 특히 바람직하게는 1을 나타내고,
R3은, 탄소수 1 내지 7의, 알킬, 알콕시, 불화된 알킬 또는 불화된 알콕시, 탄소수 2 내지 7의 알켄일, 알켄일옥시, 알콕시알킬 또는 불화된 알켄일, 바람직하게는 알킬 또는 알켄일을 나타내고,
Figure pat00009
는,
각각의 경우, 서로 독립적으로,
Figure pat00010
Figure pat00011
를 나타내고,
L31 및 L32는, 서로 독립적으로, H 또는 F를 나타내고, 바람직하게는 L31은 F를 나타내고,
X3은 할로겐, 탄소수 1 내지 3의 할로겐화된 알킬 또는 알콕시 또는 탄소수 2 또는 3의 할로겐화된 알켄일 또는 알켄일옥시, F, Cl, -OCF3, -OCHF2, -O-CH2CF3, -O-CH=CF2, -O-CH=CH2 또는 -CF3, 매우 바람직하게는 F, Cl, -O-CH=CF2, -OCHF2 또는 -OCF3를 나타내고,
Z3은 -CH2CH2-, -CF2CF2-, -COO-, 트랜스-CH=CH-, 트랜스-CF=CF-, -CH2O- 또는 단일 결합, 바람직하게는 -CH2CH2-, -COO-, 트랜스-CH=CH- 또는 단일 결합, 매우 바람직하게는 -COO-, 트랜스-CH=CH- 또는 단일 결합을 나타내고,
n은 0, 1, 2 또는 3, 바람직하게는 1, 2 또는 3, 특히 바람직하게는 1을 나타낸다),
c) 임의적으로, 하기 화학식 IV 및 V의 군으로부터 선택되는, 중성 유전율을 갖는 화합물 하나 이상:
Figure pat00012
(상기 식에서,
R41 및 R42는, 서로 독립적으로, 화학식 II의 R2에 대해 전술된 의미를 갖고, 바람직하게는 R41은 알킬을 나타내고 R42는 알킬 또는 알콕시를 나타내거나, R41은 알켄일을 나타내고 R42는 알킬을 나타내고,
Figure pat00013
는,
서로 독립적으로, 및
Figure pat00014
가 2회 나타나는 경우, 이들 또한 서로 독립적으로,
Figure pat00015
를 나타내고,
바람직하게는
Figure pat00016
중 하나 이상이
Figure pat00017
를 나타내고,
Z41 및 Z42는, 서로 독립적으로, 및 Z41이 2회 나타나는 경우, 이들 또한 서로 독립적으로, -CH2CH2-, -COO-, 트랜스-CH=CH-, 트랜스-CF=CF-, -CH2O-, -CF2O-, -C=C- 또는 단일 결합을 나타내고, 바람직하게는 이들 중 하나 이상이 단일 결합을 나타내고,
p는 0, 1 또는 2, 바람직하게는 0 또는 1을 나타내고,
R51 및 R52는, 서로 독립적으로, R21에 대해 제시된 의미 중 하나를 갖고, R22는 바람직하게는 탄소수 1 내지 7의 알킬, 바람직하게는 n-알킬, 특히 바람직하게는 탄소수 1 내지 5의 n-알킬, 탄소수 1 내지 7의 알콕시, 바람직하게는 n-알콕시, 특히 바람직하게는 탄소수 2 내지 5의 n-알콕시, 탄소수 2 내지 7, 바람직하게는 탄소수 2 내지 4의 알콕시알킬, 알켄일 또는 알켄일옥시, 바람직하게는 알켄일옥시를 나타내고,
Figure pat00018
은, 존재하는 경우, 각각 서로 독립적으로,
Figure pat00019
, 바람직하게는
Figure pat00020
를 나타내고,
바람직하게는
Figure pat00021
는
Figure pat00022
를 나타내고,
Figure pat00023
는, 존재하는 경우, 바람직하게는
Figure pat00024
를 나타내고,
Z51 내지 Z53은, 각각 서로 독립적으로, -CH2-CH2-, -CH2-O-, -CH=CH-, -C=C-, -COO- 또는 단일 결합, 바람직하게는 -CH2-CH2-, -CH2-O- 또는 단일 결합, 특히 바람직하게는 단일 결합을 나타내고,
i 및 j는, 각각 서로 독립적으로, 0 또는 1을 나타내고,
(i + j)는 바람직하게는 0, 1 또는 2, 더욱 바람직하게는 0 또는 1, 가장 바람직하게는 1을 나타낸다),
d) 또한 임의적으로, 대안적으로 또는 추가적으로, 하기 화학식 VI 내지 IX의 군으로부터 선택되는, 음의 유전율을 갖는 화합물 하나 이상:
Figure pat00025
(상기 식에서,
R61은 비치환된 탄소수 1 내지 7의 비치환된 알킬 라디칼, 바람직하게는 직쇄 알킬 라디칼, 더욱 바람직하게는 n-알킬 라디칼, 가장 바람직하게는 프로필 또는 펜틸, 탄소수 2 내지 7, 특히 바람직하게는 탄소수 2 내지 5의 비치환된 알켄일 라디칼, 바람직하게는 직쇄 알켄일 라디칼, 탄소수 1 내지 6의 비치환된 알콕시 라디칼, 또는 탄소수 2 내지 6의 비치환된 알켄일옥시 라디칼을 나타내고,
R62는 탄소수 1 내지 7의 비치환된 알킬 라디칼, 탄소수 1 내지 6의 비치환된 알콕시 라디칼 또는 탄소수 2 내지 6의 비치환된 알켄일옥시 라디칼을 나타내고,
l은 0 또는 1을 나타내고,
R71은 탄소수 1 내지 7의 비치환된 알킬 라디칼, 바람직하게는 직쇄 알킬 라디칼, 더욱 바람직하게는 n-알킬 라디칼, 가장 바람직하게는 프로필 또는 펜틸, 또는 탄소수 2 내지 7, 특히 바람직하게는 탄소수 2 내지 5의 비치환된 알켄일 라디칼, 바람직하게는 직쇄 알켄일 라디칼을 나타내고,
R72는 탄소수 1 내지 7, 바람직하게는 탄소수 2 내지 5의 비치환된 알킬 라디칼, 탄소수 1 내지 6, 바람직하게는 탄소수 1, 2, 3 또는 4의 비치환된 알콕시 라디칼, 또는 탄소수 2 내지 6, 바람직하게는 탄소수 2, 3 또는 4의 비치환된 알켄일옥시 라디칼을 나타내고,
Figure pat00026
은
Figure pat00027
를 나타내고,
R81은 탄소수 1 내지 7의 비치환된 알킬 라디칼, 바람직하게는 직쇄 알킬 라디칼, 더욱 바람직하게는 n-알킬 라디칼, 가장 바람직하게는 프로필 또는 펜틸, 또는 탄소수 2 내지 7, 특히 바람직하게는 탄소수 2 내지 5의 비치환된 알켄일 라디칼, 바람직하게는 직쇄 알켄일 라디칼을 나타내고,
R82는 탄소수 1 내지 7, 바람직하게는 탄소수 2 내지 5의 비치환된 알킬 라디칼, 탄소수 1 내지 6, 바람직하게는 탄소수 1, 2, 3 또는 4의 비치환된 알콕시 라디칼, 또는 탄소수 2 내지 6, 바람직하게는 탄소수 2, 3 또는 4의 비치환된 알켄일옥시 라디칼을 나타내고,
Figure pat00028
은
Figure pat00029
,
바람직하게는
Figure pat00030
,
더욱 바람직하게는
Figure pat00031
를 나타내고,
Z8은 -(C=O)-O-, -CH2-O-, -CF2-O- 또는 -CH2-CH2-, 바람직하게는 -(C=O)-O- 또는 -CH2-O-를 나타내고,
o는 0 또는 1을 나타내고,
R91 및 R92는 서로 독립적으로, 상기 R72에 대해 제시된 의미를 갖고,
R91은 바람직하게는 탄소수 2 내지 5, 바람직하게는 탄소수 3 내지 5의 알킬 라디칼을 나타내고,
R92는 바람직하게는 탄소수 2 내지 5의 알킬 또는 알콕시 라디칼, 더욱 바람직하게는 탄소수 2 내지 4의 알콕시 라디칼, 또는 탄소수 2 내지 4의 알켄일옥시 라디칼을 나타내고,
Figure pat00032
는
Figure pat00033
를 나타내고,
p 및 q는 서로 독립적으로, 0 또는 1을 나타내고,
(p + q)는 바람직하게는 0 또는 1을 나타내고,
Figure pat00034
가
Figure pat00035
를 나타내는 경우, 다르게는, 바람직하게는 p = q = 1이다).
본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는 네마틱 상을 가진다.
바람직하게는, 화학식 I의 화합물이 하기 화학식 I-1 내지 I-4의 화합물의 군으로부터 선택된다:
Figure pat00036
상기 식에서,
R11 및 R12는 서로 독립적으로, 바람직하게는 탄소수 1 내지 7의, 알킬, 알콕시, 불화된 알킬 또는 불화된 알콕시, 탄소수 2 내지 7의, 알켄일, 알켄일옥시, 알콕시알킬 또는 불화된 알켄일, 바람직하게는 알킬, 알콕시, 알켄일 또는 알켄일옥시, 가장 바람직하게는 알콕시 또는 알켄일옥시를 나타내고,
R1은, 바람직하게는 탄소수 1 내지 7의, 알킬, 알콕시, 불화된 알킬 또는 불화된 알콕시, 탄소수 2 내지 7의, 알켄일, 알켄일옥시, 알콕시알킬 또는 불화된 알켄일, 바람직하게는 알킬 또는 알켄일을 나타내고,
X1은 F, Cl, CN, NCS, 바람직하게는 탄소수 1 내지 4의, 불화된 알킬, 불화된 알켄일, 불화된 알콕시 또는 불화된 알켄일옥시, 바람직하게는 F, Cl, CF3 또는 OCF3를 나타내고, 특히 화학식 I-1 및 I-2의 경우 바람직하게는 F를 나타내고, 화학식 I-4의 경우 바람직하게는 OCF3를 나타낸다.
화학식 I-3의 화합물은 국제 특허 출원 공개 제 WO 02/055463 호에 따라 제조되며, 2개의 알콕시 기를 포함하는 화학식 I-3의 화합물(R11은 R1-O이고; R12는 R2-O임)은 바람직하게는 하기 반응식(반응식 1)에 따라 염기성 다이벤조퓨란 화합물로부터 출발하여 제조된다.
반응식 1: 2개의 알콕시 말단 기를 갖는 화학식 I-3의 화합물의 합성
Figure pat00037
반응식 1(계속)
Figure pat00038
1개의 알콕시 기(R1-O) 및 1개의 알킬 기(R2)를 포함하는 화학식 I-3의 화합물(R11는 R1-O이고; R12는 R2임)은 바람직하게는 하기 반응식(반응식 2)에 따라 염기성 다이벤조퓨란 화합물로부터 출발하여 제조된다.
반응식 2: 1개의 알킬 및 1개의 알콕시 말단기를 갖는 화학식 I-3의 화합물의 합성(이때, 라디칼 R은, 하나의 탄소 원자에 의해 대응적으로 축약된 R2와 같은 라디칼에 대응함)
Figure pat00039
2개의 알킬 기(R11은 R1이고; R12는 R2임)를 포함하는 화학식 I-3의 화합물은 바람직하게는 하기 반응식(반응식 3)에 따라 염기성 다이벤조퓨란 화합물로부터 출발하여 제조된다.
반응식 3: 화학식 I-3의 화합물의 합성(이때, 사용되는 알데하이드의 라디칼 R은, 하나의 탄소 원자에 의해 대응적으로 축약된 R2와 같은 라디칼에 대응함)
Figure pat00040
화학식 I-4의 화합물은 바람직하게는, 예를 들어 하기 반응식에 따라 제조된다.
반응식 4: 화학식 I-4의 화합물의 합성
Figure pat00041
본 발명은 또한, 본 발명에 따른 액정 혼합물 및 액정 매질의 IPS 및 FFS 디스플레이에서의 용도, 특히 응답 시간 및/또는 투과율을 개선하기 위한, 액정 매질을 포함하는 SG-FFS 디스플레이에서의 용도에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 본 발명에 따른 액정 매질을 포함하는 액정 디스플레이, 특히 IPS 또는 FFS 디스플레이, 특히 바람직하게는 FFS 또는 SG-FFS 디스플레이에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 2개의 기판, 및 이들 기판 사이에 위치하는 액정 매질 층으로 이루어진 액정 셀을 포함하는 IPS 또는 FFS 유형의 액정 디스플레이에 관한 것이며, 이때 적어도 하나의 기판은 광에 투명하고, 적어도 하나의 기판은 전극 층을 갖고, 상기 액정 매질은 중합된 성분 및 저 분자량 성분을 포함하고, 상기 중합된 성분은, 바람직하게는 전압의 인가 하에, 상기 액정 셀의 기판들 사이에서 액정 매질 중의 하나 이상의 중합가능한 화합물의 중합에 의해 수득가능하며, 상기 저분자량 성분은 상기 및 하기 기술되는 바와 같은 본 발명에 따른 액정 혼합물이다.
본 발명에 따른 디스플레이는 바람직하게는 능동 매트릭스에 의해 어드레싱되며(능동 매트릭스 LCD, 축약하여 AMD), 바람직하게는 박막 트랜지스터(TFT)의 매트릭스에 의해 어드레싱된다. 그러나, 본 발명에 따른 액정은 또한, 다른 공지된 어드레싱 수단을 갖는 디스플레이에서 유리한 방식으로 사용될 수 있다.
본 발명은 또한, 바람직하게는 화학식 I-1 내지 I-4의 화합물의 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화학식 I의 화합물을, 하나 이상의 저 분자량 액정 화합물 또는 액정 혼합물 및 임의적으로 다른 액정 화합물 및/또는 첨가제와 혼합함으로써, 본 발명에 따른 액정 매질을 제조하는 방법에 관한 것이다.
하기 의미가 상기 및 하기에 적용된다.
"FFS"라는 용어는, 달리 기재되지 않는 한, FFS 및 SG-FFS 디스플레이를 나타내는데 사용된다.
"메소젠성 기"라는 용어는 당업자에게 공지되어 있으며, 문헌에 기술되어 있고, 이의 인력 및 척력의 이방성으로 인해, 저 분자량 또는 중합체성 성분에서 액정(LC) 상을 유발하는 데 본질적으로 기여하는 기를 나타낸다. 메소젠성 기를 포함하는 화합물(메소젠성 화합물)이 그 자체로 액정 상을 나타낼 필요는 없다. 또한, 메소젠성 화합물은, 다른 화합물과의 혼합 후 및/또는 중합 후 액정 상 거동을 나타낼 수 있다. 전형적인 메소젠성 기는, 예를 들어, 강성 막대형 또는 디스크형 단위이다. 메소젠성 또는 액정 화합물과 관련하여 사용되는 용어 및 정의의 개관은 문헌[Pure Appl. Chem. 73(5), 888 (2001) and C. Tschierske, G. Pelzl, S. Diele, Angew. Chem. 2004, 116, 6340-6368]에 제시되어 있다.
상기 및 하기에서 "Sp"로도 지칭되는 "스페이서 기" 또는 축약하여 "스페이서"라는 용어는 당업자에게 공지되어 있으며, 문헌에 기술되어 있고, 예를 들어, 문헌[Pure Appl. Chem. 73(5), 888 (2001) and C. Tschierske, G. Pelzl, S. Diele, Angew. Chem. 2004, 116, 6340-6368]을 참조한다. 달리 기재되지 않는 한, 상기 및 하기에서 "스페이서 기" 또는 "스페이서"라는 용어는, 중합가능한 메소젠성 화합물에서 메소젠성 기 및 중합가능한 기(들)를 서로 연결하는 가요성 기를 나타낸다.
본 발명의 목적을 위해, "액정 매질"이라는 용어는, 액정 혼합물 및 하나 이상의 중합가능한 화합물(예컨대, 반응성 메소젠)을 포함하는 매질을 나타내는 것으로 의도된다. "액정 혼합물"(또는 "호스트 혼합물")이라는 용어는, 중합가능하지 않은 저 분자량 화합물, 바람직하게는 2종 이상의 액정 화합물 및 임의적으로 추가의 첨가제, 예컨대 키랄 도판트 또는 안정화제로 독점적으로 이루어진 액정 혼합물을 나타내는 것으로 의도된다.
실온에서 네마틱 상을 갖는 액정 혼합물 및 액정 매질이 특히 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 상기 액정 매질은,
하기 화학식 II-1 및 II-2의 화합물의 군:
Figure pat00042
[상기 식에서,
변수들은 화학식 II 하에 전술된 각각의 의미를 갖고,
L23 및 L24는, 서로 독립적으로, H 또는 F를 나타내고, 바람직하게는 L23은 F를 나타내고,
Figure pat00043
는
Figure pat00044
에 대해 제시된 의미 중 하나를 갖고,
화학식 II-1 및 II-2의 경우, X2는 바람직하게는 F 또는 OCF3, 특히 바람직하게는 F를 나타내고,
화학식 II-2의 경우,
Figure pat00045
및
Figure pat00046
는, 서로 독립적으로, 바람직하게는
Figure pat00047
를 나타낸다], 및/또는
하기 화학식 III-1 및 III-2의 화합물의 군:
Figure pat00048
[상기 식에서, 변수들은 화학식 III 하에 제시된 의미를 갖는다]
으로부터 선택되는, 3 초과의 유전 이방성을 갖고 양의 유전율을 갖는 화합물을 하나 이상 포함하고,
본 발명에 따른 매질은, 화학식 III-1 및/또는 III-2의 화합물에 대안적으로 또는 더하여, 하기 화학식 III-3의 화합물을 하나 이상 포함할 수 있다:
Figure pat00049
상기 식에서, 변수들은 전술된 각각의 의미를 갖고, 변수 L31 및 L32는, 서로 및 다른 변수들과 독립적으로, H 또는 F를 나타낸다.
상기 액정 매질은 바람직하게는, L21 및 L22 및/또는 L23 및 L24가 둘 다 F를 나타내는, 화학식 II-1 및 II-2의 화합물의 군으로부터 선택되는 화합물을 포함한다.
바람직한 실시양태에서, 상기 액정 매질은, L21, L22, L23 및 L24가 모두 F를 나타내는, 화학식 II-2 및 II-3의 화합물의 군으로부터 선택되는 화합물을 포함한다.
상기 액정 매질은 바람직하게는 화학식 II-1의 화합물을 포함한다. 화학식 II-1의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 II-1a 내지 II-1e의 화합물, 바람직하게는 하기 화학식 II-1a 및/또는 II-1b 및/또는 II-1d의 화합물 하나 이상, 바람직하게는 하기 화학식 II-1a 및/또는 II-1d 또는 II-1b 및/또는 II-1d의 화합물의 군으로부터 선택되고, 가장 바람직하게는 하기 화학식 II-1d의 화합물이다:
Figure pat00050
상기 식에서,
변수들은 전술된 각각의 의미를 갖고,
L25 및 L26은 서로 및 다른 변수들과 독립적으로, H 또는 F를 나타내고, 바람직하게는
화학식 II-1a 및 II-1b에서,
L21 및 L22는 둘 다 F를 나타내고,
화학식 II-1c 및 II-1d에서,
L21 및 L22는 둘 다 F를 나타내고/내거나, L23 및 L24는 둘 다 F를 나타내고,
화학식 II-1e에서,
L21, L22 및 L23은 F를 나타낸다.
상기 액정 매질은 바람직하게는, 하기 화학식 II-2a 내지 II-2k의 화합물의 군으로부터 선택되는 화학식 II-2의 화합물 하나 이상, 바람직하게는 하기 화학식 II-2a 및/또는 II-2h 및/또는 II-2j 화합물 하나 이상을 각각 포함한다:
Figure pat00051
Figure pat00052
Figure pat00053
상기 식에서, 변수들은 전술된 각각의 의미를 갖고, L25 내지 L28은, 서로 독립적으로, H 또는 F를 나타내고, 바람직하게는 L27 및 L28은 둘 다 H를 나타내고, 특히 바람직하게는 L26은 H를 나타낸다.
상기 액정 매질은 바람직하게는, L21 및 L22가 둘 다 F를 나타내고/내거나, L23 및 L24가 둘 다 F를 나타내는, 화학식 II-1a 내지 II-1e의 화합물의 군으로부터 선택되는 화합물을 포함한다.
바람직한 실시양태에서, 상기 액정 매질은, L21, L22, L23 및 L24가 모두 F를 나타내는, 화학식 II-1a 내지 II-1i의 화합물의 군으로부터 선택되는 화합물을 포함한다.
특히 바람직한 화학식 II-2의 화합물은 하기 화학식 II-2a-1, II-2c-1, II-2d-1 내지 II-2f-1, II-2h-1 내지 II-2k-1, II-2i-2 및 II-2k-2의 화합물이며, 특히 하기 화학식 II-2a-1 및/또는 II-2h-1 및/또는 II-2k-2의 화합물이 바람직하다:
Figure pat00054
Figure pat00055
Figure pat00056
상기 식에서, R2 및 X2는 상기 제시된 의미를 갖고, X2는 바람직하게는 F를 나타낸다.
상기 액정 매질은 바람직하게는 화학식 III-1의 화합물을 하나 이상 포함한다. 화학식 III-1의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 III-1a 내지 III-1j의 화합물, 바람직하게는 하기 화학식 III-1c, III-1f, III-1g 및 III-1j의 화합물의 군으로부터 선택된다:
Figure pat00057
Figure pat00058
Figure pat00059
상기 식에서,
변수들은 상기 제시된 의미를 갖고, 바람직하게는 변수들은 전술된 각각의 의미를 갖고, 변수 L33 및 L34는, 서로 및 다른 변수들과 독립적으로, H 또는 F를 나타내고, 변수 L35 및 L36은, 서로 및 다른 변수들과 독립적으로, H 또는 F를 나타낸다.
상기 액정 매질은 바람직하게는, 하기 화학식 III-1c-1 내지 III-1c-5의 화합물, 바람직하게는 화학식 III-1c-1 및/또는 III-1c-2의 화합물의 군으로부터 선택되는 화학식 III-1c의 화합물, 가장 바람직하게는 하기 화학식 III-1c-1의 화합물을 하나 이상 포함한다:
Figure pat00060
Figure pat00061
상기 식에서, R3은 상기 제시된 의미를 가진다.
상기 액정 매질은 바람직하게는, 하기 화학식 III-1f-1 내지 III-1f-6의 화합물, 바람직하게는 하기 화학식 III-1f-1 및/또는 III-1f-2 및/또는 III-1f-3 및/또는 III-1f-6의 화합물, 더욱 바람직하게는 하기 화학식 III-1f-3 및/또는 III-1f-6의 화합물의 군으로부터 선택되는 화학식 III-1f의 화합물, 더욱 바람직하게는 하기 화학식 III-1f-6의 화합물을 하나 이상 포함한다:
Figure pat00062
Figure pat00063
상기 식에서, R3은 상기 제시된 의미를 가진다.
상기 액정 매질은 바람직하게는, 하기 화학식 III-1g-1 내지 III-1g-5의 화합물의 군으로부터 선택되는 화학식 III-1g의 화합물, 바람직하게는 하기 화학식 III-1g-3의 화합물을 하나 이상 포함한다:
Figure pat00064
Figure pat00065
상기 식에서, R3은 상기 제시된 의미를 가진다.
상기 액정 매질은 바람직하게는, 하기 화학식 III-1h-1 내지 III-1h-3의 화합물의 군으로부터 선택되는 화학식 III-1h의 화합물, 바람직하게는 하기 화학식 III-1h-3의 화합물을 하나 이상 포함한다:
Figure pat00066
상기 식에서, 변수들은 상기 제시된 의미를 갖고, X3은 바람직하게는 F를 나타낸다.
상기 액정 매질은 바람직하게는, 하기 화학식 III-1i-1 및 III-1i-2의 화합물의 군으로부터 선택되는 화학식 III-1i의 화합물, 바람직하게는 하기 화학식 III-1i-2의 화합물을 하나 이상 포함한다:
Figure pat00067
상기 식에서, 변수들은 상기 제시된 의미를 갖고, X3은 바람직하게는 F를 나타낸다.
상기 액정 매질은 바람직하게는, 하기 화학식 III-1j-1 및 III-1j-2의 화합물의 군으로부터 선택되는 화학식 III-1j의 화합물, 바람직하게는 하기 화학식 III-1j-1의 화합물을 하나 이상 포함한다:
Figure pat00068
상기 식에서, 변수들은 상기 제시된 의미를 갖는다.
상기 액정 매질은 바람직하게는 화학식 III-2의 화합물을 하나 이상 포함한다. 화학식 III-2의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 III-2a 및 III-2b의 화합물의 군으로부터 선택되고, 바람직하게는 하기 화학식 III-2b의 화합물이다:
Figure pat00069
상기 식에서, 변수들은 전술된 각각의 의미를 갖고, 변수 L33 및 L34는, 서로 및 다른 변수들과 독립적으로, H 또는 F를 나타낸다.
상기 액정 매질은 바람직하게는, 하기 화학식 III-2a-1 내지 III-2a-6의 화합물의 군으로부터 선택되는 화학식 III-2a의 화합물을 하나 이상 포함한다:
Figure pat00070
Figure pat00071
상기 식에서, R3은 상기 제시된 의미를 가진다.
상기 액정 매질은 바람직하게는, 하기 화학식 III-2b-1 내지 III-2b-4의 화합물의 군으로부터 선택되는 화학식 III-2b의 화합물 하나 이상, 바람직하게는 하기 화학식 III-2b-4의 화합물을 포함한다:
Figure pat00072
Figure pat00073
상기 식에서, R3은 상기 제시된 의미를 가진다.
화학식 III-1 및/또는 III-2의 화합물에 대안적으로 또는 더하여, 본 발명에 따른 매질은 하기 화학식 III-3의 화합물을 하나 이상 포함할 수 있다:
Figure pat00074
상기 식에서, 변수들은 화학식 III 하에 제시된 각각의 의미를 가진다.
이들 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 III-3a 및 III-3b의 군으로부터 선택된다:
Figure pat00075
상기 식에서, R3은 상기 제시된 의미를 가진다.
본 발명에 따른 액정 매질은, -1.5 내지 3 범위의 유전 이방성을 갖고 중성 유전율을 갖는 화합물 하나 이상, 바람직하게는 화학식 VI, VII, VIII 및 IX의 화합물의 군으로부터 선택되는 화합물을 포함한다.
본원에서, 모든 요소들은 이들 각각의 동위원소를 포함한다. 특히, 화합물에서 하나 이상의 H는 D로 대체될 수 있으며, 이는 또한 몇몇 경우 특히 바람직하다. 대응 화합물의 대응적으로 높은 정도의 중수소화는, 예를 들어 화합물의 검출 및 인식을 가능하게 한다. 몇몇 경우, 특히 화학식 I의 화합물의 경우, 이는 매우 도움이 된다.
본원에서 알킬은, 특히 바람직하게는, 직쇄 알킬, 특히 CH3-, C2H5-, n-C3H7-, n-C4H9- 또는 n-C5H11-을 나타내고, 알켄일은, 특히 바람직하게는, CH2=CH-, E-CH3-CH=CH-, CH2=CH-CH2-CH2-, E-CH3-CH=CH-CH2-CH2- 또는 E-(n-C3H7)-CH=CH-를 나타낸다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 각각의 경우, 본 발명에 따른 매질은 하기 화학식 VI-1 및 VI-2의 화합물의 군으로부터 선택되는 화학식 VI의 화합물 하나 이상, 바람직하게는 화학식 VI-1의 화합물 하나 이상 및 화학식 VI-2의 화합물 하나 이상을 각각 포함한다:
Figure pat00076
상기 식에서, 변수들은 화학식 VI 하에 제시된 각각의 의미를 갖고, 바람직하게는 화학식 VI-1에서,
R61 및 R62는 서로 독립적으로, 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 부톡시 또는 펜톡시, 바람직하게는 에톡시, 부톡시 또는 펜톡시, 더욱 바람직하게는 에톡시 또는 부톡시, 가장 바람직하게는 부톡시를 나타내고,
화학식 VI-2에서,
R61은 바람직하게는 비닐, 1-E-프로펜일, 부트-4-엔-1-일, 펜트-1-엔-1-일 또는 펜트-3-엔-1-일 및 n-프로필 또는 n-펜틸을 나타내고,
R62는 탄소수 1 내지 7, 바람직하게는 탄소수 2 내지 5의 비치환된 알킬 라디칼, 또는 바람직하게는 탄소수 1 내지 6, 특히 바람직하게는 탄소수 2 내지 4의 비치환된 알콕시 라디칼, 가장 바람직하게는 에톡시를 나타낸다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 각각의 경우, 본 발명에 따른 매질은, 하기 화학식 VII-1 내지 VII-3의 화합물의 군으로부터 선택되는 화학식 VII의 화합물 하나 이상, 바람직하게는 화학식 VII-1의 화합물 하나 이상 및 화학식 VII-2의 화합물 하나 이상을 각각 포함한다:
Figure pat00077
상기 식에서, 변수들은 화학식 VII 하에 제시된 각각의 의미를 갖고, 바람직하게는
R71은 비닐, 1-E-프로펜일, 부트-4-엔-1-일, 펜트-1-엔-1-일 또는 펜트-3-엔-1-일, n-프로필 또는 n-펜틸을 나타내고,
R72는 탄소수 1 내지 7, 바람직하게는 탄소수 2 내지 5의 비치환된 알킬 라디칼, 또는 바람직하게는, 탄소수 1 내지 6, 특히 바람직하게는 탄소수 2 내지 4의 비치환된 알콕시 라디칼, 가장 바람직하게는, 에톡시를 나타낸다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 각각의 경우, 본 발명에 따른 매질은, 하기 화학식 VI-1a 내지 VI-1c의 화합물의 군으로부터 선택되는 화학식 VI-1의 화합물을 하나 이상 포함한다:
Figure pat00078
.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 각각의 경우, 본 발명에 따른 매질은, 하기 화학식 VI-2a 및 VI-2b의 화합물의 군으로부터 선택되는 화학식 VI-2의 화합물을 하나 이상 포함한다:
Figure pat00079
.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 각각의 경우, 본 발명에 따른 매질은, 하기 화학식 VII-1a 내지 VII-1c의 화합물의 군으로부터 선택되는 화학식 VII-1의 화합물을 하나 이상 포함한다:
Figure pat00080
.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 각각의 경우, 본 발명에 따른 매질은, 하기 화학식 VII-2a 내지 VII-2c의 화합물의 군으로부터 선택되는 화학식 VII-2의 화합물을 하나 이상 포함한다:
Figure pat00081
.
화학식 I 또는 이의 바람직한 하위화학식의 화합물에 더하여, 본 발명에 따른 매질은 바람직하게는, 화학식 VI 및 VII의 화합물의 군으로부터 선택되고 중성 유전율을 갖는 화합물 하나 이상을, 바람직하게는 5% 이상 90% 이하, 바람직하게는 10% 이상 80% 이하, 특히 바람직하게는 20% 이상 70% 이하 범위의 총 농도로 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 각각의 경우, 본 발명에 따른 매질은, 하기 화학식 VIII-1 내지 VIII-3의 화합물의 군으로부터 선택되는 화학식 VIII의 화합물 하나 이상, 바람직하게는 화학식 VIII-1의 화합물 하나 이상 및/또는 화학식 VIII-3의 화합물 하나 이상을 각각 포함한다:
Figure pat00082
상기 식에서, 변수들은 화학식 VIII 하에 제시된 각각의 의미를 갖고, 바람직하게는
R81은 비닐, 1-E-프로펜일, 부트-4-엔-1-일, 펜트-1-엔-1-일 또는 펜트-3-엔-1-일, 에틸, n-프로필 또는 n-펜틸, 알킬, 바람직하게는 에틸, n-프로필 또는 n-펜틸을 나타내고,
R82는 탄소수 1 내지 7, 바람직하게는 탄소수 1 내지 5의 비치환된 알킬 라디칼 또는 탄소수 1 내지 6의 비치환된 알콕시 라디칼을 나타낸다.
화학식 VIII-1 및 VIII-2에서, R82는 바람직하게는 탄소수 2 내지 4의 알콕시, 가장 바람직하게는 에톡시를 나타내고, 화학식 VIII-3에서, 이는 바람직하게는 알킬, 바람직하게는 메틸, 에틸 또는 n-프로필, 가장 바람직하게는 메틸을 나타낸다.
다른 바람직한 실시양태에서, 상기 매질은 하기 화학식 IV의 화합물을 하나 이상 포함한다:
Figure pat00083
상기 식에서,
R41은 탄소수 1 내지 7의 비치환된 알킬 라디칼 또는 탄소수 2 내지 7의 비치환된 알켄일 라디칼, 특히 바람직하게는 탄소수 2, 3, 4 또는 5의 n-알킬 라디칼이고,
R42는 탄소수 1 내지 7의 비치환된 알킬 라디칼, 탄소수 2 내지 7, 바람직하게는 탄소수 2 내지 5의 비치환된 알켄일 라디칼, 또는 탄소수 1 내지 6, 바람직하게는 탄소수 2 내지 5의 비치환된 알콕시 라디칼, 바람직하게는 탄소수 2, 3 또는 4의 비치환된 알켄일 라디칼, 더욱 바람직하게는 비닐 라디칼 또는 1-프로펜일 라디칼, 특히 비닐 라디칼을 나타낸다.
특히 바람직한 실시양태에서, 상기 매질은 하기 화학식 IV-1 내지 IV-4의 화합물의 군으로부터 선택되는 화학식 IV의 화합물, 바람직하게는 화학식 IV-1의 화합물을 하나 이상 포함한다:
Figure pat00084
상기 식에서,
알킬 및 알킬'은, 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 7, 바람직하게는 탄소수 2 내지 5의 알킬을 나타내고,
알켄일 및 알켄일'은, 서로 독립적으로, 탄소수 2 내지 5, 바람직하게는 탄소수 2 내지 4, 특히 바람직하게는 탄소수 2의 알켄일 라디칼을 나타내고,
바람직하게는 알켄일'은 탄소수 2 내지 5, 바람직하게는 탄소수 2 내지 4, 특히 바람직하게는 탄소수 2 또는 3의 알켄일 라디칼을 나타내고,
알콕시는 탄소수 1 내지 5, 바람직하게는 탄소수 2 내지 4의 알콕시를 나타낸다.
특히 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 매질은 화학식 IV-1의 화합물 하나 이상 및/또는 화학식 IV-2의 화합물 하나 이상을 포함한다.
다른 바람직한 실시양태에서, 상기 매질은 화학식 V의 화합물을 하나 이상 포함한다.
본 발명에 따른 매질은 바람직하게는 하기 화합물을 제시된 총 농도로 포함하며, 상기 매질 중에 존재하는 화학식 I 내지 IX의 모든 화합물의 총 농도는 바람직하게는 95% 이상, 더욱 바람직하게는 100%이다(후자의 조건은 본 발명에 따른 모든 매질에 대해 유지된다):
1 내지 60 중량%의, 화학식 I의 화합물의 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물, 및
5 내지 60 중량%의, 바람직하게는 화학식 II-1 및 II-2의 화합물의 군으로부터 선택되는 화학식 II의 화합물 하나 이상, 및/또는
5 내지 25 중량%의 화학식 III의 화합물 하나 이상, 및/또는
5 내지 45 중량%의 화학식 IV의 화합물 하나 이상, 및/또는
5 내지 25 중량%의 화학식 V의 화합물 하나 이상, 및/또는
5 내지 25 중량%의 화학식 VI의 화합물 하나 이상, 및/또는
5 내지 20 중량%의 화학식 VII의 화합물 하나 이상, 및/또는
5 내지 30 중량%의, 바람직하게는 화학식 VIII-1 및 VIII-2의 화합물의 군으로부터 선택되는 화학식 VIII의 화합물 하나 이상, 및/또는
0 내지 60 중량%의, 화학식 IX의 화합물 하나 이상.
다른 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 매질은, 화학식 I 또는 이의 바람직한 하위화학식의 화합물 및 화학식 VI 및/또는 VII 및/또는 VIII 및/또는 IX의 화합물에 더하여, 바람직하게는 화학식 IV 및 V의 화합물의 군으로부터 선택되고 바람직하게는 중성 유전율을 갖는 화합물 하나 이상을, 5% 이상 90% 이하, 바람직하게는 10% 이상 80% 이하, 특히 바람직하게는 20% 이상 70% 이하의 총 농도로 포함한다.
본 발명에 따른 매질은, 특히 바람직한 실시양태에서,
5% 이상 50% 이하 범위, 바람직하게는 10% 이상 40% 이하 범위의 총 농도의 화학식 II의 화합물 하나 이상, 및/또는
5% 이상 30% 이하 범위의 총 농도의 화학식 VII-1의 화합물 하나 이상, 및/또는
3% 이상 30% 이하 범위의 총 농도의 화학식 VII-2의 화합물 하나 이상
을 포함한다.
바람직하게, 본 발명에 따른 매질 중의 화학식 I의 화합물의 농도는 1% 이상 60% 이하, 더욱 바람직하게는 5% 이상 40% 이하, 가장 바람직하게는 8% 이상 35% 이하 범위이다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 상기 매질 중의 화학식 II의 화합물의 농도는 3% 이상 60% 이하, 더욱 바람직하게는 5% 이상 55% 이하, 더욱 바람직하게는 10% 이상 50% 이하, 가장 바람직하게는 15% 이상 45% 이하 범위이다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 상기 매질 중의 화학식 VII의 화합물의 농도는 2% 이상 50% 이하, 더욱 바람직하게는 5% 이상 40% 이하, 더욱 바람직하게는 10% 이상 35% 이하, 가장 바람직하게는 15% 이상 30% 이하 범위이다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 상기 매질 중의 화학식 VII-1의 화합물의 농도는 1% 이상 40% 이하, 더욱 바람직하게는 2% 이상 35% 이하, 대안적으로 15% 이상 25% 이하 범위이다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 상기 매질 중의 화학식 VII-2의 화합물(존재하는 경우)의 농도는 1% 이상 40% 이하, 더욱 바람직하게는 5% 이상 35% 이하, 가장 바람직하게는 10% 이상 30% 이하 범위이다.
본 발명은 또한, 본 발명에 따른 액정 매질을 포함하는 전광 디스플레이 또는 전광 소자에 관한 것이다. VA, ECB, IPS 또는 FFS 효과, 바람직하게는 VA, IPS 또는 FFS 효과에 기초한 전광 디스플레이, 특히 능동 매트릭스 어드레싱 장치에 의해 어드레싱되는 전광 디스플레이가 바람직하다.
따라서, 본 발명은, 전광 디스플레이 또는 전광 소자에서의 본 발명에 따른 액정 매질의 용도, 및 화학식 I의 화합물 하나 이상을 화학식 II의 화합물 하나 이상, 바람직하게는 하위화학식 II-1 및/또는 II-2의 화합물 하나 이상 및/또는 화학식 VII의 화합물 하나 이상, 바람직하게는 하위화학식 VII-1 및/또는 VII-2의 화합물 하나 이상, 특히 바람직하게는 화학식 II-1, II-2, VII-1 및 VII-2의 상이한 화합물 중 하나 이상, 2종 이상, 바람직하게는 3종 이상, 매우 특히 바람직하게는 이들 4가지 화합물 모두, 및 바람직하게는 화학식 IV 및 V의 화합물의 군으로부터 선택되는 하나 이상의 추가의 화합물, 더욱 바람직하게는 화학식 IV의 화합물 및 화학식 V의 화합물 둘 다 하나 이상과 혼합하는 것을 특징으로 하는, 본 발명에 따른 액정 매질의 제조 방법에 관한 것이다.
다른 바람직한 실시양태에서, 상기 매질은, 하기 화학식 IV-2 및 IV-3의 화합물의 군으로부터 선택되는 화학식 IV의 화합물을 하나 이상 포함한다:
Figure pat00085
상기 식에서,
알킬 및 알킬'은, 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 7의, 바람직하게는 탄소수 2 내지 5의 알킬을 나타내고,
알콕시는 탄소수 1 내지 5, 바람직하게는 탄소수 2 내지 4의 알콕시를 나타낸다.
다른 바람직한 실시양태에서, 상기 매질은, 하기 화학식 V-1 및 V-2, 바람직하게는 화학식 V-1의 화합물의 군으로부터 선택되는 화학식 V의 화합물을 하나 이상 포함한다:
Figure pat00086
상기 식에서, 변수들은 화학식 V 하에 상기 제시된 의미를 갖고, 바람직하게는
R51은 탄소수 1 내지 7의 알킬 또는 탄소수 2 내지 7의 알켄일을 나타내고,
R52는 탄소수 1 내지 7의 알킬, 탄소수 2 내지 7의 알켄일 또는 탄소수 1 내지 6의 알콕시, 바람직하게는 알킬 또는 알켄일, 특히 바람직하게는 알킬을 나타낸다.
다른 바람직한 실시양태에서, 상기 매질은, 하기 화학식 V-1a 및 V-1b의 화합물의 군으로부터 선택되는 화학식 V-1의 화합물을 하나 이상 포함한다:
Figure pat00087
상기 식에서,
알킬 및 알킬'은, 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 7, 바람직하게는 탄소수 2 내지 5의 알킬을 나타내고,
알켄일은 탄소수 2 내지 7, 바람직하게는 탄소수 2 내지 5의 알켄일을 나타낸다.
본 발명은 또한, 화학식 II의 화합물 하나 이상, 임의적으로 화학식 VII-1 및 VII-2의 화합물의 군으로부터 선택되는 화합물 하나 이상 및/또는 화학식 IV의 화합물 하나 이상 및/또는 화학식 V의 화합물 하나 이상을 포함하고, 화학식 I의 화합물 하나 이상을 매질에 사용하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질의 복굴절률의 파장 분산을 감소시키는 방법에 관한 것이다.
화학식 I 내지 V의 화합물 외에 다른 구성요소가, 예를 들어 전체 혼합물의 45% 이하, 바람직하게는 35% 이하, 특히 10% 이하로 존재할 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 매질은 임의적으로, 양의 유전율을 갖는 성분을 전체 매질을 기준으로 바람직하게는 20% 이하, 더욱 바람직하게는 10% 이하의 총 농도로 포함할 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 액정 매질은 전체 혼합물을 기준으로,
1% 이상 20% 이하, 바람직하게는 2% 이상 15% 이하, 특히 바람직하게는 3% 이상 12% 이하의 화학식 I의 화합물,
20% 이상 50% 이하, 바람직하게는 25% 이상 45% 이하, 특히 바람직하게는 30% 이상 40% 이하의 화학식 II 및/또는 III의 화합물,
0% 이상 35% 이하, 바람직하게는 2% 이상 30% 이하, 특히 바람직하게는 3% 이상 25% 이하의 화학식 IV 및/또는 V의 화합물, 및
5% 이상 50% 이하 10% 이상 45% 이하, 바람직하게는 15% 이상 40% 이하의 화학식 VI 및/또는 VII 및/또는 VIII 및/또는 IX의 화합물
을 포함한다.
본 발명에 따른 액정 매질은 하나 이상의 키랄 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 특히 바람직한 실시양태는 하기 조건 중 하나 이상을 만족시키며, 이때 두문자어(약어)는 하기 표 A 내지 C에서 설명되고, 하기 표 D에서 예시된다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 매질은 하기 조건 중 하나 이상을 만족시킨다:
i. 상기 액정 매질은 0.060 이상, 특히 바람직하게는 0.070 이상의 복굴절률을 가진다.
ii. 상기 액정 매질은 0.200 이하, 특히 바람직하게는 0.180 이하의 복굴절률을 가진다.
iii. 상기 액정 매질은 0.090 이상 0.120 이하 범위의 복굴절률을 가진다.
iv. 상기 액정 매질은 화학식 I-1의 특히 바람직한 화합물을 하나 이상 포함한다.
v. 전체 혼합물 중의 화학식 II의 화합물의 총 농도는 25% 이상, 바람직하게는 30% 이상, 바람직하게는 25% 이상 49% 이하 범위, 특히 바람직하게는 29% 이상 47% 이하 범위, 매우 특히 바람직하게는 37% 이상 44% 이하 범위이다.
vi. 상기 액정 매질은, 바람직하게는 60% 이하, 특히 바람직하게는 50% 이하의 농도의, 화학식 CC-n-V 및/또는 CC-n-Vm 및/또는 CC-V-V 및/또는 CC-V-Vn 및/또는 CC-nV-Vn, 특히 바람직하게는 CC-3-V의 화합물, 및 임의적으로 추가적으로, 바람직하게는 15% 이하의 농도의 화학식 CC-3-V1의 화합물, 및/또는 바람직하게는 24% 이하, 특히 바람직하게는 30% 이하의 농도의 화학식 CC-4-V의 화합물의 군으로부터 선택되는 화학식 II의 화합물을 하나 이상 포함한다.
vii. 상기 매질은, 바람직하게는 1% 이상 60% 이하의 농도, 더욱 바람직하게는 3% 이상 35% 이하의 농도의 화학식 CC-n-V의 화합물, 바람직하게는 화학식 CC-3-V의 화합물을 포함한다.
viii. 전체 혼합물 중의 화학식 CC-3-V의 화합물의 총 농도는 바람직하게는 15% 이하, 바람직하게는 10% 이하 또는 20% 이상, 바람직하게는 25% 이상이다.
ix. 전체 혼합물 중의 화학식 Y-nO-Om의 화합물의 총 농도는 2% 이상 30% 이하, 바람직하게는 5% 이상 15% 이하이다.
x. 전체 혼합물 중의 화학식 CY-n-Om의 화합물의 총 농도는 5% 이상 60% 이하, 바람직하게는 15% 이상 45% 이하이다.
xi. 전체 혼합물 중의 화학식 CCY-n-Om 및/또는 CCY-n-m의 화합물, 바람직하게는 화학식 CCY-n-Om의 화합물의 총 농도는 5% 이상 40% 이하, 바람직하게는 1% 이상 25% 이하이다.
xii. 전체 혼합물 중의 화학식 CLY-n-Om의 화합물의 총 농도는 5% 이상 40% 이하, 바람직하게는 10% 이상 30% 이하이다.
xiii. 상기 액정 매질은 화학식 IV의 화합물 하나 이상, 바람직하게는 화학식 IV-1 및/또는 IV-2의 화합물을, 바람직하게는 1% 이상, 특히 2% 이상, 매우 특히 바람직하게는 3% 이상 50% 이하, 바람직하게는 35% 이하의 총 농도로 포함한다.
xiv. 상기 액정 매질은 화학식 V의 화합물 하나 이상, 바람직하게는 화학식 V-1 및/또는 V-2의 화합물을, 바람직하게는 1% 이상, 특히 2% 이상, 매우 특히 바람직하게는 15% 이상 35% 이하, 바람직하게는 30% 이하의 총 농도로 포함한다.
xv. 전체 혼합물 중의 화학식 CCP-V-n의 화합물, 바람직하게는 화학식 CCP-V-1의 화합물의 총 농도는 바람직하게는 5% 이상 30% 이하, 바람직하게는 15% 이상 25% 이하이다.
xvi. 전체 혼합물 중의 화학식 CCP-V2-n의 화합물, 바람직하게는 CCP-V2-1의 화합물의 총 농도는 바람직하게는 1% 이상 15% 이하, 바람직하게는 2% 이상 10% 이하이다.
본 발명은 또한, 유전체로서 본 발명에 따른 액정 매질을 포함하는 것을 특징으로 하는, VA, ECB, IPS, FFS 또는 UB-FFS 효과에 기초한 능동 매트릭스 어드레싱을 갖는 전광 디스플레이에 관한 것이다.
상기 액정 혼합물은 바람직하게는, 70℃ 이상의 폭을 갖는 네마틱 상 범위를 가진다.
회전 점도(γ1)는 바람직하게는 350 mPa·s 이하, 바람직하게는 250 mPa·s 이하, 특히 150 mPa·s 이하이다
본 발명에 따른 혼합물은, 양의 유전율을 갖는 액정 매질을 사용하는 모든 IPS 및 FFS-TFT 용도, 예컨대 SG-FFS 용도에 적합하다.
본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는 4 내지 15종, 특히 5 내지 12종, 특히 바람직하게는 10종 이하의 화합물로 실질적으로 완전히 이루어진다. 이는 바람직하게는 화학식 I, II III,IV, V, VI, VII, VIII 및 IX의 화합물의 군으로부터 선택된다.
또한, 본 발명에 따른 액정 매질은 임의적으로 18종 초과의 화합물을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 매질은 바람직하게는 18 내지 25종의 화합물을 포함한다.
바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 액정 매질은, 시아노 기를 포함하지 않는 화합물을 주로 포함하고, 바람직하게는 이로 본질적으로 이루어지고, 가장 바람직하게는 이로 실질적으로 완전히 이루어진다.
바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 액정 매질은 화학식 I, II, III, IV, V 및 VI 내지 IX의 화합물의 군으로부터 선택되는 화합물, 바람직하게는 화학식 I-1, I-2, I-3, I-4, II-1, II-2, III-1, III-2, IV, V, VII-1, VII-2, VIII 및 IX의 화합물의 군으로부터 선택되는 화합물을 포함하고, 바람직하게는 상기 화학식의 화합물로 주로 이루어지고, 특히 바람직하게는 본질적으로 이루어지고, 매우 특히 바람직하게는 실질적으로 완전히 이루어진다.
본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는 각각의 경우 적어도 -10℃ 이하 내지 70℃ 이상, 특히 바람직하게는 -20℃ 이하 내지 80℃ 이상, 매우 특히 바람직하게는 -30℃ 이하 내지 85℃ 이상, 가장 바람직하게는 -40℃ 이하 내지 90℃ 이상의 네마틱 상을 가진다.
본원에서 "네마틱 상을 갖는"이란 표현은, 한편으로는, 저온의 대응하는 온도에서 스멕틱 상 및 결정화가 관찰되지 않음을 의미하고, 다른 한편으로는, 가열 시 네마틱 상으로부터 등명점이 나타나지 않음을 의미한다. 저온에서의 조사는, 대응 온도에서 유동 점도계에서 수행하고, 전광 용도에 대응하는 셀 두께를 갖는 시험 셀 내에 100시간 이상 저장하여 확인한다. 대응 시험 셀 내에서 -20℃의 온도에서의 저장 안정성이 1000 h 이상인 경우, 매질은 이러한 온도에서 안정한 것으로 간주된다. -30℃ 및 -40℃의 온도에서, 대응 시간은 각각 500 h 및 250 h이다. 고온에서, 등명점은 통상적인 방법에 의해 모세관 내에서 측정된다.
바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 액정 매질은, 중간 내지 낮은 범위의 광학 이방성 값을 특징으로 한다. 이의 복굴절률 값은 바람직하게는 0.075 이상 0.130 이하 범위, 특히 바람직하게는 0.085 이상 0.120 이하 범위, 매우 특히 바람직하게는 0.090 이상 0.115 이하 범위이다.
이러한 실시양태에서, 본 발명에 따른 액정 매질은 양의 유전 이방성 및 유전 이방성(Δε)의 비교적 높은 절대 값(이는 바람직하게는 0.5 이상, 바람직하게는 1.0 이상, 더욱 바람직하게는 2.0 이상 20 이하, 더욱 바람직하게는 15 이하, 더욱 바람직하게는 3.0 이상 10 이하, 특히 바람직하게는 4.0 이상 9.0 이하 매우 특히 바람직하게는 4.5 이상 8.0 이하 범위임)을 가진다.
본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는 1.0 V 이상 2.5 V 이하, 바람직하게는 1.2 V 이상 2.2 V 이하, 특히 바람직하게는 1.3 V 이상 2.0 V 이하 범위의 비교적 낮은 문턱 전압(V0) 값을 가진다.
다른 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는 비교적 높은 평균 유전 상수 값(ε평균 = (ε∥+ 2ε⊥)/3)을 가지며, 이는 바람직하게는 8.0 이상 25.0 이하, 바람직하게는 8.5 이상 20.0 이하, 더더욱 바람직하게는 9.0 이상 19.07 이하, 특히 바람직하게는 10.0 이상 18.0 이하 매우 특히 바람직하게는 11.0 이상 16.5 이하 범위이다.
20℃에서 새로 충전된 셀에서, 상기 매질의 VHR 값은 95% 이상, 바람직하게는 97% 이상, 특히 바람직하게는 98% 이상, 매우 특히 바람직하게는 99% 이상이며, 100℃의 오븐에서 5분 후 상기 셀에서 상기 매질의 VHR 값은 90% 이상, 바람직하게는 93% 이상, 특히 바람직하게는 96% 이상, 매우 특히 바람직하게는 98% 이상이다.
일반적으로, 낮은 어드레싱 전압 또는 문턱 전압을 갖는 액정 매질은, 더 높은 어드레싱 전압 또는 문턱 전압을 갖는 액정 매질보다 더 낮은 VHR을 가지며, 그 반대도 마찬가지다.
또한, 개별적인 물리적 특성의 이러한 바람직한 값들은 바람직하게는 각각의 경우, 서로 조합된 본 발명에 따른 매질들에 의해 유지된다.
본원에서 "화합물(들)"이라는 용어는, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 하나의 화합물 및 또한 복수개의 화합물을 둘 다 의미한다.
바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 액정 매질은,
화학식 I의 화합물 하나 이상, 및
화학식 II의 화합물, 바람직하게는 화학식 PUQU-n-F, CDUQU-n-F, APUQU-n-F 및 PGUQU-n-의 화합물 하나 이상, 및/또는
화학식 III의 화합물, 바람직하게는 화학식 CCP-n-OT, CGG-n-F, 및 CGG-n-OD의 화합물 하나 이상, 및/또는
화학식 V의 화합물, 바람직하게는 화학식 CC-n-V, CCP-n-m, CCP-V-n, CCP-V2-n 및 CGP-n-n의 화합물 하나 이상, 및/또는
화학식 VI의 화합물, 바람직하게는 화학식 Y-3-O1, Y-4O-O4, CY-3-O2, CY-3-O4, CY-5-O2 및 CY-5-O4의 화합물의 군으로부터 선택되는, 화학식 Y-n-Om, Y-nO-Om 및/또는 CY-n-Om의 화합물 하나 이상, 및/또는
임의적으로, 바람직하게는 의무적으로, 바람직하게는 화학식 CCY-n-m 및 CCY-n-Om의 화합물의 군으로부터 선택되는 화학식 VII-1의 화합물, 바람직하게는 화학식 CCY-3-O2, CCY-2-O2, CCY-3-O1, CCY-3-O3, CCY-4-O2, CCY-3-O2 및 CCY-5-O2의 화합물의 군으로부터 선택되는 화학식 CCY-n-Om의 화합물 하나 이상, 및/또는
임의적으로, 바람직하게는 의무적으로, 바람직하게는 화학식 CLY-2-O4, CLY-3-O2, CLY-3-O3의 화합물의 군으로부터 선택되는 화학식 VII-2의 화합물, 바람직하게는 화학식 CLY-n-Om의 화합물 하나 이상, 및/또는
화학식 VIII의 화합물, 바람직하게는 화학식 CZY-n-On 및 CCOY-n-m의 화합물 하나 이상, 및/또는
화학식 IX의 화합물, 바람직하게는 화학식 PYP-n-m의 화합물 하나 이상, 및/또는
임의적으로, 바람직하게는 의무적으로, 바람직하게는 하기 화학식 CC-n-V, CC-n-Vm 및 CC-nV-Vm의 화합물의 군으로부터 선택되는 화학식 IV의 화합물, 바람직하게는 CC-3-V, CC-3-V1, CC-4-V, CC-5-V 및 CC-V-V의 화합물, 특히 바람직하게는 CC-3-V, CC-3-V1, CC-4-V 및 CC-V-V의 군으로부터 선택되는 화합물, 매우 특히 바람직하게는 화학식 CC-3-V의 화합물 하나 이상, 및 임의적으로 추가적으로 화학식 CC-4-V 및/또는 CC-3-V1 및/또는 CC-V-V의 화합물, 및/또는
임의적으로, 바람직하게는 의무적으로, 화학식 V의 화합물, 바람직하게는 화학식 CCP-V-1 및/또는 CCP-V2-1의 화합물 하나 이상
을 포함한다.
본 발명의 특정 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 매질은 화학식 IX의 화합물을 하나 이상 포함한다.
화학식 IX의 화합물은 또한, 특히 p = q = 1이고 고리 A9가 1,4-페닐렌인 경우, 액정 혼합물에서 안정화제로서 매우 적합하다. 이는 특히, UV 노출에 대해 혼합물의 VHR을 안정화시킨다.
바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 매질은, 하기 화학식 IX-1 내지 IX-4의 화합물 하나 이상, 매우 특히 바람직하게는 하기 화학식 IX-1 내지 IX-3의 화합물의 군으로부터 선택되는 화학식 IX의 화합물 하나 이상을 포함한다:
Figure pat00088
상기 식에서, 변수들은 화학식 IX 하에 제시된 의미를 갖는다.
다른 바람직한 실시양태에서, 상기 매질은 화학식 IX-3의 화합물, 바람직하게는 하기 화학식 IX-3-a의 화합물을 하나 이상 포함한다:
Figure pat00089
상기 식에서, 알킬 및 알킬'은, 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 7, 바람직하게는 탄소수 2 내지 5의 알킬을 나타낸다.
화학식 IX의 화합물이 본 발명에 따른 액정 매질에 사용되는 경우, 이는 바람직하게는 20% 이하, 더욱 바람직하게는 10% 이하, 가장 바람직하게는 5% 이하의 농도로 존재하며, 개별적인(즉, 동종) 화합물의 경우, 바람직하게는 10% 이하의 농도, 더욱 바람직하게는 5% 이하의 농도로 존재한다.
본 발명의 경우, 개별적인 경우에서 달리 기재되지 않는 한, 하기 정의가 조성물의 구성성분들의 설명과 관련하여 적용된다.
"포함하다": 조성물 중의 해당 구성요소의 농도가 바람직하게는 5% 이상, 특히 바람직하게는 10% 이상, 매우 특히 바람직하게는 20% 이상이다.
"~로 주로 이루어지다": 조성물 중의 해당 구성요소의 농도가 바람직하게는 50% 이상, 특히 바람직하게는 55% 이상, 매우 특히 바람직하게는 60% 이상이다.
"~로 본질적으로 이루어지다": 조성물 중의 해당 구성요소의 농도가 바람직하게는 80% 이상, 특히 바람직하게는 90% 이상, 매우 특히 바람직하게는 95% 이상이다.
"~로 실질적으로 완전히 이루어진다": 조성물 중의 해당 구성요소의 농도가 바람직하게는 98% 이상, 특히 바람직하게는 99% 이상, 매우 특히 바람직하게는 100.0%이다.
이는, 성분 및 화합물일 수 있는 구성요소를 갖는 조성물로서의 매질, 및 또한, 구성요소인 화합물을 갖는 성분 둘 다에 적용된다. 전체 매질에 대한 개별적인 화합물의 농도와 관련된 경우에만, 해당 화합물의 농도는 바람직하게는 1% 이상, 특히 바람직하게는 2% 이상, 매우 특히 바람직하게는 4% 이상이다.
본 발명의 경우, "≤"는 이하, 바람직하게는 미만을 의미하고, "≥"는 이상, 바람직하게는 초과를 의미한다.
본원에서
Figure pat00090
는 트랜스-1,4-사이클로헥실렌을 나타내고,
Figure pat00091
는 1,4-페닐렌을 나타낸다.
본원에서 "양의 유전율을 갖는(dielectrically positive) 화합물"이란 표현은, 1.5 초과의 Δε을 갖는 화합물을 의미하고, "중성 유전율을 갖는(dielectrically neutral) 화합물"이란 표현은, Δε이 -1.5 이상 1.5 이하인 화합물을 의미하며, "음의 유전율을 갖는(dielectrically negative) 화합물"이란 표현은, Δε이 -1.5 미만인 화합물을 의미한다. 이들 화합물의 유전 이방성은, 액정 호스트에 10%의 화합물을 용해시키고, 각각의 경우, 20 ㎛의 셀 두께 및 수직(homeotropic) 및 수평(homogeneous) 표면 배향을 갖는 하나 이상의 시험 셀 내에서, 1 kHz에서, 결과적인 혼합물의 전기용량(capacitance)을 결정함으로써 측정된다. 측정 전압은 전형적으로 0.5V 내지 1.0V이지만, 이는 항상, 조사할 각각의 액정 혼합물의 용량성 문턱값보다 낮다.
양의 유전율을 갖는 화합물 및 중성 유전율을 갖는 화합물에 사용되는 호스트 혼합물은 ZLI-4792이고, 음의 유전율을 갖는 화합물에 사용되는 호스트 혼합물은 ZLI-2857이며, 이들 둘 다 독일의 메르크 카게아아(Merck KGaA)로부터 입수된다. 조사할 각각의 화합물의 값은, 조사할 화합물을 첨가한 후 호스트 혼합물의 유전 상수의 변화, 및 사용되는 화합물의 100%로의 외삽으로부터 수득된다. 조사할 화합물을 10%의 양으로 호스트 혼합물에 용해시킨다. 이러한 목적을 위해 성분의 용해도가 너무 낮은 경우, 목적하는 온도에서 조사가 수행될 수 있을 때까지, 농도를 단계적으로 이등분한다.
또한, 본 발명에 따른 액정 매질은, 필요한 경우, 추가의 첨가제, 예컨대 안정화제 및/또는 다색성(예컨대, 이색성) 염료 및/또는 키랄 도판트를 통상적인 양으로 포함할 수 있다. 사용되는 첨가제의 양은 바람직하게는 전체 혼합물의 양을 기준으로, 총 0% 이상 10% 이하, 특히 바람직하게는 0.1% 이상 6% 이하이다. 사용되는 개별적인 화합물의 농도는 바람직하게는 0.1% 이상 3% 이하이다. 이러한 첨가제 및 유사한 첨가제의 농도는 일반적으로, 상기 액정 매질 중의 액정 화합물의 농도 및 농도 범위를 명시하는 경우 고려되지 않는다.
바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 액정 매질은, 하나 이상의 반응성 화합물, 바람직하게는 반응성 메소젠, 및 필요한 경우, 추가의 첨가제, 예컨대 중합 개시제 및/또는 중합 조절제를 통상의 양으로 포함하는 중합체 전구체를 포함한다. 사용되는 첨가제의 양은, 전체 혼합물의 양을 기준으로, 총 0% 이상 10% 이하, 바람직하게는 0.1% 이상 2% 이하이다. 이러한 첨가제 및 유사한 첨가제의 농도는 일반적으로, 상기 액정 매질 중의 액정 화합물의 농도 및 농도 범위를 명시하는 경우 고려되지 않는다.
상기 조성물은, 통상적인 방식으로 혼합된 복수개의 화합물, 바람직하게는 3종 이상 30종 이하, 특히 바람직하게는 6종 이상 20종 이하, 매우 특히 바람직하게는 10종 이상 16종 이하의 화합물로 이루어진다. 일반적으로, 보다 소량으로 사용되는 화합물의 목적하는 양이, 혼합물의 주요 구성성분 구성하는 성분에 용해된다. 이는 유리하게는 승온에서 수행된다. 선택된 온도가 주요 구성성분의 등명점보다 높은 경우, 용해 작업의 완료를 관찰하기가 특히 용이하다. 그러나, 다른 통상적인 방식, 예를 들어 예비-혼합물(pre-mixture)을 사용하거나, 또는 소위 "멀티용기 시스템(multi-bottle system)"으로부터 액정 혼합물을 제조하는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 혼합물은, 65℃ 이상의 등명점을 갖는 매우 넓은 네마틱 상, 매우 유리한 용량성 문턱 값, 비교적 높은 보전율 값, 및 동시에, -30℃ 및 -40℃에서 매우 우수한 저온 안정성을 나타낸다. 또한, 본 발명에 따른 혼합물은 낮은 회전 점도(γ1)로 구별된다.
VA, IPS, FFS 또는 PALC 디스플레이에 사용하기 위한 본 발명에 따른 매질이, 예를 들어 대응 동위원소로 H, N, O, Cl, F가 대체된 화합물을 포함할 수도 있음은 당업자에게 말할 필요도 없다.
본 발명에 따른 액정 디스플레이의 구조는, 예를 들어 유럽 특허 출원 제 0 240 379 호에 기술된 바와 같은 통상적인 기하구조에 대응한다.
본 발명에 따른 액정 상은, 예를 들어 현재까지 개시된 임의의 유형의 IPS 및 FFS LCD 디스플레이에 사용될 수 있는 방식으로, 적합한 첨가제로 개질될 수 있다.
하기 표 E는, 본 발명에 따른 혼합물에 첨가될 수 있는 가능한 도판트를 나타낸다. 상기 혼합물이 하나 이상의 도판트를 포함하는 경우, 이는 0.01% 내지 4%, 바람직하게는 0.1% 내지 1.0%의 양으로 사용된다.
바람직하게는 0.01% 내지 6%, 특히 0.1% 내지 3%의 양으로 본 발명에 따른 혼합물에 첨가될 수 있는 안정화제는, 예를 들어 하기 표 F에 도시된다.
본 발명의 목적을 위해, 모든 농도는, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 중량%로 제시되며, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 대응하는 전체 혼합물 또는 전체 혼합물 성분에 관한 것이다. 이러한 맥락에서, "혼합물"이라는 용어는 액정 매질을 기술하는 것이다.
달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 본원에서 제시된 모든 온도 값, 예컨대 융점 T(C,N), 스멕틱(S)에서 네마틱(N) 상으로의 전이 T(S,N) 및 등명점 T(N,I)은 섭씨(℃)로 제시되며, 모든 온도 차이는 차등(differential) 도(°)로 대응적으로 제시된다.
달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 본 발명에서 "문턱 전압"이라는 용어는, 프레데릭스(Freedericks) 문턱값으로도 공지된 용량성 문턱값(V0)과 관련된다.
모든 물리적 특성은 문헌["Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", status Nov. 1997, Merck KGaA, Germany]에 따라 결정되며, 20℃의 온도에 대해 적용되며, 각각의 경우 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, Δn은 436 nm, 589 nm 및 633 nm에서 결정되며, Δε는 1 kHz에서 결정된다.
전광 특성, 예를 들어 문턱 전압(V0)(용량 측정)은, 메르크 제펜(Merck Japan)에서 제조된 시험 샐 내에서 결정된 스위칭 거동이다. 측정 셀은 소다-석회 유리 기판을 가지며, 서로 수직으로 러빙되어 액정의 수직(homeotropic) 배향에 영향을 주는 폴리이미드 배향 층들(SE-1211 및 희석제 **26; 1:1 혼합 비)(둘 다 일본의 닛산 케미칼스(Nissan Chemicals)로부터 입수됨)을 갖는 ECB 또는 VA 구조 내에 구성된다. 투명하고 실질적으로 정사각형인 ITO 전극의 표면적은 1 cm2이다.
달리 기재되지 않는 한, 키랄 도판트는, 사용되는 액정 혼합물에 첨가되지 않지만, 후자는 또한, 이러한 유형의 도핑이 필요한 용도에도 특히 적합하다.
회전 점도는 회전 영구 자석 방법을 사용하여 결정되고, 유동 점도는 변형된 우베로데(Ubbelohde) 점도계 내에서 결정된다. 액정 혼합물 ZLI-2293, ZLI-4792 및 MLC-6608의 경우, 모든 제품은 독일의 메르크 카게아아(Merck KGaA)로부터 입수되며, 20℃에서 결정된 이들의 회전 점도 값은 각각 161 mPa·s, 133 mPa·s 및 186 mPa·s이고, 유동 점도 값(ν)은 각각 21 mm2·s-1, 14 mm2·s-1 및 27 mm2·s-1이다.
실용적 목적을 위해, 물질의 분산은 하기 방법으로 편리하게 특성지어질 수 있으며, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 이것이 본원 전반에 걸쳐 사용된다. 복굴절률 값은, 20℃의 온도 및 몇몇 고정된 파장에서, 물질과 접촉하는 면 상에 수직 배향을 갖는 변형된 아베(Abbe) 굴절계를 사용하여 결정된다. 복굴절률 값은 436 nm(저압 수은 램프의 각각의 선택된 스펙트럼 선), 589 nm(나트륨 "D" 선) 및 633 nm(관찰자의 눈에 대한 손상을 방지하기 위해 감쇠기/확산기와 조합으로 사용되는 HE-Ne 레이저의 파장)의 특정 파장 값에서 결정된다. 하기 표에서, Δn은 589 nm에서 제시되며, Δ(Δn)은 Δ(Δn) = Δn(436 nm) - Δn(633 nm)으로 제시된다.
달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 하기 기호가 사용된다:
V0: V0는 20℃에서의 용량성 문턱 전압[V],
ne: 20℃ 및 589 nm에서 측정된 이상(extraordinary) 굴절률,
no: 20℃ 및 589 nm에서 측정된 정상 굴절률,
Δn: 20℃ 및 589 nm에서 측정된 광학 이방성,
λ: 파장(λ)[nm],
Δn(λ): 20℃ 및 파장(λ)에서 측정된 광학 이방성,
Δ(Δn): Δn(20℃, 436 nm) - Δn(20℃, 633 nm)로 정의되는 광학 이방성 변화,
Δ(Δn*): Δ(Δn)/Δn(20℃,589 nm)로 정의되는 "광학 이방성의 상대적 변화",
ε⊥: 20℃ 및 1 kHz에서의, 방향자에 수직인 유전 감수율,
ε∥: 20℃ 및 1 kHz에서의, 방향자에 평행한 유전 감수율,
Δε: 20℃ 및 1 kHz에서의 유전 이방성,
T(N,I) 또는 cl.p.: 등명점[℃],
ν: 20℃에서 측정된 유동 점도[mm2·s-1],
γ1: 20℃에서 측정된 회전 점도[mPa·s],
k11: 탄성 계수, 20℃에서의 "펼침(splay)" 변형률[pN],
k22: 탄성 계수, 20℃에서의 "비틀림" 변형률[pN],
k33: 탄성 계수, 20℃에서의 "굴곡(bend)" 변형률[pN],
LTS: 시험 셀 내에서 결정된, 상의 저온 안정성,
VHR: 전압 보전율,
ΔVHR: 전압 보전율의 감소, 및
S상대적: VHR의 상대적 안정성.
하기 실시예는 본 발명을 제한하지 않으면서 본 발명을 설명하기 위한 것이다. 그러나, 하기 실시예는, 바람직하게 사용되는 화합물들을 사용하는 바람직한 혼합물 개념 및 이들 각각의 농도 및 이들 서로의 조합을 당업자에게 보여준다. 또한, 하기 실시예는 접근가능한 특성 및 특성들의 조합을 예시한다.
본 발명 및 하기 실시예에서, 액정 화합물의 구조는 두문자어(acronym)로 제시되며, 화학식으로의 전환은 하기 표 A 내지 C에 따라 수행된다. 모든 라디칼 CnH2n+1, CmH2m +1 및 ClH2l +1 또는 CnH2n, CmH2m 및 ClH2l은, 각각의 경우 각각 n, m 및 l개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼 또는 알킬렌 라디칼이다. 바람직하게는, n, m 및 l이 서로 독립적으로, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 또는 7이다. 하기 표 A는 화합물의 핵의 고리 요소에 대한 코드를 나타내고, 하기 표 B는 가교(bridging) 단위를 열거하고, 하기 표 C는 분자의 좌측 및 우측 말단 기의 의미를 열거한다. 이러한 두문자어는, 임의적인 연결 기를 갖는 고리 요소에 대한 코드, 및 이어서 첫 번째 하이픈 및 좌측 말단 기에 대한 코드, 및 두 번째 하이픈 및 우측 말단 기에 대한 코드로 구성된다. 하기 표 D는, 각각의 약어와 함께 화합물의 예시적 구조를 나타낸다.
표 A: 고리 요소
Figure pat00092
Figure pat00093
표 B: 가교 단위
Figure pat00094
표 C: 말단 기
Figure pat00095
상기 식에서, n 및 m은 각각 정수이고, 3개의 점 "..."은 상기 표로부터의 다른 약어를 위한 플레이스 홀더(place-holder)이다.
화학식 I의 화합물 외에, 본 발명에 따른 혼합물은 바람직하게는 하기 언급되는 화합물 중 하나 이상의 화합물을 포함한다.
하기 약어가 사용된다:
n, m 및 l은, 서로 독립적으로, 각각 정수, 바람직하게는 1 내지 6이고, l은 가능하게는 또한 0이고, 바람직하게는 0 또는 2이다.
표 D
예시적인 바람직한, 높은 ε⊥를 갖는 화학식 I의 화합물:
Figure pat00096
Figure pat00097
Figure pat00098
예시적인 바람직한, 양의 유전율을 갖는 화합물:
Figure pat00099
Figure pat00100
Figure pat00101
Figure pat00102
Figure pat00103
Figure pat00104
Figure pat00105
Figure pat00106
예시적인 바람직한, 중성 유전율을 갖는 화합물:
Figure pat00107
Figure pat00108
Figure pat00109
Figure pat00110
Figure pat00111
예시적인 바람직한, 음의 유전율을 갖는 화합물:
Figure pat00112
Figure pat00113
Figure pat00114
Figure pat00115
Figure pat00116
Figure pat00117
Figure pat00118
하기 표 E는, 본 발명에 따른 혼합물에 바람직하게 사용되는 키랄 도판트를 나타낸다.
표 E
Figure pat00119
Figure pat00120
Figure pat00121
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 매질은, 상기 표 E로부터의 화합물의 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 포함한다.
하기 표 F는, 화학식 I의 화합물에 더하여, 본 발명에 따른 혼합물에 바람직하게 사용될 수 있는 안정화제를 나타낸다. 이때, 변수 n은, 1 내지 12 범위의 정수를 나타낸다. 특히, 도시된 페놀 유도체는, 산화방지제로서 작용할 수 있기 때문에, 추가적인 안정화제로서 사용될 수 있다.
표 F
Figure pat00122
Figure pat00123
Figure pat00124
Figure pat00125
Figure pat00126
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 매질은, 상기 표 F로부터의 화합물의 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물, 특히 하기 2개의 화학식의 화합물의 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 포함한다:
Figure pat00127
.
실시예
하기 실시예는 어떤 방식으로도 본 발명을 제한하지 않고 본 발명을 예시하는 것이다. 그러나, 당업자에게는 물리적 특성으로부터 어떤 특성이 달성될 수 있고 어떤 범위에서 개질될 수 있는지 자명할 것이다. 특히, 바람직하게 달성될 수 있는 다양한 특성들의 조합은 당업자에게 잘 정의되어 있다.
화합물 실시예
방향자에 수직인 유전 상수(ε⊥)가 높고 평균 유전 상수(ε평균)가 높은 예시적인 화합물이 하기 화합물 실시예에서 예시된다.
화합물 실시예 1.1 및 1.2
화학식 I-1의 화합물은, 예를 들어 하기와 같다.
Figure pat00128
상기 화합물(CK-3-F)은 85℃의 융점, -8.4의 Δε 및 13.4의 ε평균을 가진다.
Figure pat00129
상기 화합물(CK-5-F)은 K 74℃ N (63.7℃) I의 상 순서, -7.8의 Δε 및 12.2의 ε평균을 가진다.
화합물 실시예 2
화학식 I-2의 화합물은, 예를 들어 하기와 같다.
Figure pat00130
상기 화합물(YG-2O-F)은 69℃의 융점, 단지 +1.0의 Δε 및 이미 13.4의 ε평균을 가진다.
화합물 실시예 3 및 4
화학식 I-3의 화합물은, 예를 들어 하기와 같다.
Figure pat00131
상기 화합물(B-2O-O5)은 57℃의 융점, -13.7의 Δε 및 심지어 17.9의 ε평균을 가진다.
Figure pat00132
상기 화합물(B-4O-O5)은 유사한 바람직한 특성을 가진다.
화합물 실시예 5
화학식 I-4의 화합물은, 예를 들어 하기와 같다.
Figure pat00133
상기 화합물(B-5O-OT)은 64℃의 융점, 단지 -3.7의 Δε 및 심지어 18.6의 ε평균을 가진다.
혼합물 실시예
하기에서는 예시적인 혼합물이 개시된다.
실시예 1
하기 혼합물 M-1을 제조하고, 조사하였다.
Figure pat00134
상기 혼합물 M-1은 2.2의 유전 비(ε⊥/Δε)를 가지며, FFS 디스플레이에서의 매우 우수한 투과율을 특징으로 하고, 매우 짧은 응답 시간을 나타낸다.
실시예 2
하기 혼합물 M-2를 제조하고, 조사하였다.
Figure pat00135
상기 혼합물 M-2는 1.7의 유전 비(ε⊥/Δε)를 갖고, FFS 디스플레이에서의 우수한 투과율을 특징으로 하고, 짧은 응답 시간을 나타낸다.
실시예 3
하기 혼합물 M-3을 제조하고, 조사하였다.
Figure pat00136
상기 혼합물 M-3은 1.7의 유전 비(ε⊥/Δε)를 갖고, FFS 디스플레이에서의 우수한 투과율을 특징으로 하고, 짧은 응답 시간을 나타낸다.
실시예 4
하기 혼합물 M-4를 제조하고, 조사하였다.
Figure pat00137
상기 혼합물 M-4는 1.5의 유전 비(ε⊥/Δε)를 갖고, FFS 디스플레이에서의 우수한 투과율을 특징으로 하고, 짧은 응답 시간을 나타낸다.
실시예 5
하기 혼합물 M-5를 제조하고, 조사하였다.
Figure pat00138
상기 혼합물 M-5는 1.8의 유전 비(ε⊥/Δε)를 갖고, FFS 디스플레이에서의 우수한 투과율을 특징으로 하고, 짧은 응답 시간을 나타낸다.
실시예 6
하기 혼합물 M-6을 제조하고, 조사하였다.
Figure pat00139
상기 혼합물 M-6은 1.3의 유전 비(ε⊥/Δε)를 갖고, FFS 디스플레이에서의 우수한 투과율을 특징으로 하고, 짧은 응답 시간을 나타낸다.
실시예 7
하기 혼합물 M-7을 제조하고, 조사하였다.
Figure pat00140
상기 혼합물 M-7은 1.5의 유전 비(ε⊥/Δε)를 갖고, FFS 디스플레이에서의 우수한 투과율을 특징으로 하고, 짧은 응답 시간을 나타낸다.
실시예 8
하기 혼합물 M-8을 제조하고, 조사하였다.
Figure pat00141
상기 혼합물 M-8은 2.1의 유전 비(ε⊥/Δε)를 갖고, FFS 디스플레이에서의 매우 우수한 투과율을 특징으로 하고, 매우 짧은 응답 시간을 나타낸다.
실시예 9
하기 혼합물 M-9를 제조하고, 조사하였다.
Figure pat00142
상기 혼합물 M-9는 2.0의 유전 비(ε⊥/Δε)를 갖고, FFS 디스플레이에서의 우수한 투과율을 특징으로 하고, 매우 짧은 응답 시간을 나타낸다.
실시예 10
하기 혼합물 M-10을 제조하고, 조사하였다.
Figure pat00143
상기 혼합물 M-10은 1.5의 유전 비(ε⊥/Δε)를 갖고, FFS 디스플레이에서의 우수한 투과율을 특징으로 하고, 짧은 응답 시간을 나타낸다.

Claims (15)

  1. 네마틱 상 및 0.5 이상의 유전 이방성(Δε)을 갖는 액정 매질로서,
    2 이상 8 이하 범위의, 방향자에 수직인 유전 상수(ε⊥), 및 동시에, 1.0 이상의, 유전 이방성(Δε)에 대한 방향자에 수직인 유전 상수(ε⊥)의 비, 즉, (ε⊥/Δε), 또는
    8 이상의, 방향자에 수직인 유전 상수(ε⊥) 및 26 이하의 유전 이방성(Δε)
    을 갖는 것을 특징으로 하는, 액정 매질.
  2. 제 1 항에 있어서,
    2 이상 8 이하 범위의, 방향자에 수직인 유전 상수(ε⊥), 및 동시에, 1.0 이상의, 유전 이방성(Δε)에 대한 방향자에 수직인 유전 상수(ε⊥)의 비, 즉, (ε⊥/Δε)를 갖는 것을 특징으로 하는, 액정 매질.
  3. 제 1 항에 있어서,
    8 이상의, 방향자에 수직인 유전 상수(ε⊥) 및 26 이하의 유전 이방성(Δε)을 갖는 것을 특징으로 하는, 액정 매질.
  4. 제 3 항에 있어서,
    1.0 이상의, 유전 이방성(Δε)에 대한 방향자에 수직인 유전 상수(ε⊥)의 비, 즉, (ε⊥/Δε)를 갖는 것을 특징으로 하는, 액정 매질.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    20 이하의, 방향자에 수직인 유전 상수(ε⊥)를 갖는 것을 특징으로 하는, 액정 매질.
  6. 제 5 항에 있어서,
    방향자에 수직인 유전 상수(ε⊥)가 높고 평균 유전 상수(ε평균)가 높은 화합물을 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    방향자에 수직인 유전 상수(ε⊥)가 높고 평균 유전 상수(ε평균)가 높은 하기 화학식 I의 화합물을 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:
    Figure pat00144

    상기 식에서,
    Figure pat00145
    은
    Figure pat00146
    를 나타내고,
    는
    Figure pat00148
    를 나타내고,
    n은 0 또는 1을 나타내고,
    R11 및 R12는 서로 독립적으로, 알킬, 알콕시, 불화된 알킬 또는 불화된 알콕시를 나타내고, 달리 R11은 R1을 나타내고, 달리 R12는 X1을 나타내고,
    R1은, 바람직하게는 탄소수 1 내지 7의, 알킬, 알콕시, 불화된 알킬 또는 불화된 알콕시, 또는 탄소수 2 내지 7의, 알켄일, 알켄일옥시, 알콕시알킬 또는 불화된 알켄일을 나타내고,
    X1은 F, Cl, 불화된 알킬, 불화된 알켄일, 불화된 알콕시 또는 불화된 알켄일옥시를 나타낸다.
  8. 제 7 항에 있어서,
    전체 매질 중의 화학식 I의 화합물의 총 농도가 1% 이상 60% 이하인 것을 특징으로 하는, 액정 매질.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 키랄 화합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질을 포함하는 것을 특징으로 하는 전광 디스플레이 또는 전광 소자.
  11. 제 10 항에 있어서,
    IPS 또는 FFS 모드에 기초한 것을 특징으로 하는 디스플레이.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    능동 매트릭스 어드레싱 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
  13. 전광 디스플레이 또는 전광 소자에서의 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질의 용도.
  14. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    모바일(mobile) 디스플레이인 것을 특징으로 하는 디스플레이.
  15. 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 하나 이상의 추가적인 메소젠성 화합물과 혼합하는 것을 특징으로 하는, 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질의 제조 방법.
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