KR20160146555A - 액정 매질 - Google Patents

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메르크 파텐트 게엠베하
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Abstract

본 발명은 하나 이상의 하기 화학식 I의 화합물을 포함하는 액정 매질, 및 특히 VA, PSA, PS-VA, PALC, FFS, PS-FFS, IPS 또는 PS-IPS 효과에 기초한 능동-매트릭스 디스플레이에서의 이의 용도에 관한 것이다:
Figure pat00092

상기 식에서,
R1 및 R1 *는 청구범위 제 1 항에 나타낸 의미를 갖는다.

Description

액정 매질{LIQUID-CRYSTALLINE MEDIUM}
본 발명은 하나 이상의 하기 화학식 I의 화합물을 포함하는 액정 매질에 관한 것이다:
Figure pat00001
상기 식에서,
R1 및 R1 *는 각각 서로 독립적으로 1 내지 15개의 탄소 원자를 갖는 알킬 또는 알콕시 라디칼, 또는 3 내지 5개의 탄소 원자를 갖는 사이클로알킬 라디칼을 나타내고, 이들 라디칼에서 하나 이상의 CH2 기는 또한 각각 서로 독립적으로 O 원자가 서로 직접 연결되지 않도록 -C≡C-, -CF2O-, -OCF2-, -CH=CH-,
Figure pat00002
, -O-, -CO-O- 또는 -O-CO-로 대체될 수 있고, 하나 이상의 H 원자는 또한 할로겐으로 대체될 수 있다.
이러한 유형의 매질은, 특히, ECB 효과에 기초한 능동-매트릭스 어드레싱을 갖는 전기 광학 디스플레이, 및 IPS(평면 스위칭) 디스플레이 또는 FFS(프린지 필드 스위칭) 디스플레이에 사용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 액정 혼합물은 PS(중합체 안정화된) 또는 PSA(중합체 지속된 정렬) 유형의 LC 디스플레이에서 사용하기에 적합하다.
전기 제어식 복굴절, 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 [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 [H. Schad(SID 82 Digest Techn. Papers(1982), 244)]은 ECB 효과에 기초한 정보 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(VA(수직으로 정렬된) 기술)을 갖는다. 유전적으로 음성인 액정 매질은 또한, 소위 IPS 또는 FFS 효과를 사용하는 디스플레이에서 사용될 수 있다.
ECB 효과를 사용하는 디스플레이, 예를 들면 MVA(다중-도메인 수직 정렬; 예컨대, 문헌[Yoshide, H. et al., paper 3.1: "MVA LCD for Notebook or Mobile PCs...", SID 2004 International Symposium, Digest of Technical Papers, XXXV, Book I, pp. 6-9] 및 문헌[Liu, C.T. et al., Paper 15.1: "A 46-in TFT-LCD HDTV Tech nology...", SID 2004 International Symposium, Digest of Technical Papers, XXXV, Book II, pp. 750-753]), PVA(패턴화된 수직 정렬; 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 Te chnical Papers, XXXV, Book II, pp. 760-763]), ASV(진보된 슈퍼 뷰; 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(수직으로 정렬된 네마틱) 디스플레이는, IPS(평면 스위칭) 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 & 75 9]) 및 오랫동안 공지된 TN(비틀린 네마틱) 디스플레이 이외에, 현재 가장 중요한 특히, 텔레비전 제품용 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 [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 시간이 이미 유의미하게 개선되었음에도 불구하고, 특히 회색 음영(grey shade)의 전환 시 비디오-호환 응답 시간의 달성은 여전히 아직 만족스럽게 해결되지 않은 문제점이다.
전기 광학 디스플레이 소자에서의 이러한 효과의 산업적 적용은 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 갖도록 요구된다.
액정 메조상을 갖는 공개된 일련의 화합물은 이러한 요건을 모두 충족시키는 단일 화합물을 포함하지 않는다. 따라서, 2 내지 25개, 바람직하게는 3 내지 18개의 화합물의 혼합물은, LC 상으로서 사용될 수 있는 물질을 수득하기 위해 일반적으로 제조된다. 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 전환 시키기 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 야기하기 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-컬러(full-colour) 구현가능한 디스플레이로 연장될 수 있고, 적색, 녹색 및 청색 필터의 모자이크는 필터 요소가 각각의 전환가능한 픽셀의 반대쪽에 있도록 배열된다.
용어 "MLC 디스플레이"는 집적 비선형 소자, 즉, 능동 매트릭스 이외에, 또한 수동 소자, 예컨대 배리스터 또는 다이오드(MIM: 금속-유전체-금속)를 갖는 임의의 매트릭스 디스플레이를 포함한다.
이러한 유형의 MLC 디스플레이는 특히 TV 제품(예컨대, 휴대용 TV) 또는 자동차 또는 항공기 구조체에서의 고 정보 디스플레이에 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.
VA 디스플레이는 상당히 더 좋은 시야각 의존성을 가지며, 따라서 텔레비전 및 모니터에 주로 사용된다. 그러나, 특히 60 Hz를 초과하는 프레임 속도(상 변화 주파수/반복 속도)를 갖는 텔레비전의 용도와 관련하여, 응답 시간을 개선할 필요성이 계속되고 있다. 그러나, 이와 동시에, 예를 들어 저온 안정성과 같은 특성이 손상되어서는 안 된다.
현재 사용된 액정 디스플레이(LC 디스플레이)는 통상적으로 TN(비틀린 네마틱) 유형의 것이다. 그러나, 이들은 콘트라스트의 강한 시야각 의존성의 단점을 갖는다. 또한, 소위 VA(수직 정렬) 디스플레이는 더 넓은 시야각을 갖는 것으로 공지되어 있다. VA 디스플레이의 LC 셀은 2개의 투명 전극 사이에 액정 매질 층을 함유하고, 액정 매질은 통상적으로 음의 값의 유전(DC) 이방성을 갖는다. 스위치 오프 상태에서, LC 층의 분자는 전극 표면에 수직으로 정렬되거나(호메오트로픽) 경사진 호메오트로픽 정렬을 갖는다. 전극에 전기 전압의 인가 시, 전극 표면에 평행하게 LC 분자의 재정렬이 발생한다. 또한, OCB(광학 보상 밴드) 디스플레이는 복굴절 효과에 기초하여 공지되어 있고 소위 "밴드" 및 통상적으로 양의 (DC) 이방성을 갖는 LC 층을 갖는다. 전기 전압의 인가 시, 전극 표면에 수직으로 LC 분자의 재정렬이 발생한다. 또한, OCB 디스플레이는 일반적으로 어두운 상태에서 밴드 셀의 광에 대한 목적하지 않은 투명도를 막기 위해 하나 이상의 복굴절 광학 지연 필름을 함유한다. OCB 디스플레이는 TN 디스플레이와 비교하여 더 넓은 시야각 및 더 짧은 응답 시간을 갖는다. 또한 일반적으로 빗살형(comb-shaped) 구조를 갖는 IPS(면내 스위칭) 디스플레이(이는 2개의 기판 사이에 LC 층을 함유하고, 이 중 1개에만 전극 층을 갖는다)로 공지되어 있다. 전압의 인가 시, LC 층에 평행한 유의미한 요소를 갖는 전계는 그렇게 함으로써 생성된다. 이는 층 평면에서 LC 분자의 재정렬을 야기한다. 또한, 소위 FFS(프린지-필드 스위칭) 디스플레이가 제안되었고(그 중에서도, 문헌[S.H. Jung et al., Jpn. J. Appl. Phys., Volume 43, No. 3, 2004, 1028] 참조), 이는 마찬가지로 동일한 기판에 2개의 전극을 함유하지만, IPS 디스플레이와 대조적으로, 이들 중 1개만이 구조화된(빗살형) 전극의 형태이고, 다른 전극은 비구조화된다. 강한 소위 "프린지 필드"는 그렇게 함으로써 생성되는바, 강한 전계는 셀을 통들어 전극의 가장자리에 가깝고, 전계는 강한 수직 요소 및 또한 강한 수평 요소를 둘 다 갖는다. IPS 디스플레이 및 또한 FFS 디스플레이 둘 다는 콘트라스트의 적은 시야각 의존성을 갖는다.
VA 디스플레이의 더욱 최근의 유형에서, LC 분자의 균일한 정렬은 LC 셀 내에서 다수의 비교적 작은 도메인으로 제한된다. 회위(Disclination)는 또한 경사 도메인으로서 공지된 이러한 도메인 사이에 존재할 수 있다. 경사 도메인을 갖는 VA 디스플레이는 통상의 VA 디스플레이와 비교하여, 콘트라스트 및 회색 음영의 더 큰 시야각 의존을 갖는다. 또한, 이 유형의 디스플레이는, 스위치 온 상태에서 분자의 균일한 정렬에 대한 전극 표면의 추가 처리가, 예를 들면, 러빙에 의해 더이상 필요하지 않으므로 더 간단하게 생성된다. 대신에, 경사 또는 선경사각의 우선 방향은 전극의 특이적인 디자인에 의해 제어된다. 소위 MVA(멀티도메인 수직 정렬) 디스플레이에서, 이는 일반적으로 국소 선경사를 야기하는 돌출을 갖는 전극에 의해 달성된다. 결과로서, LC 모듈은 전압의 인가 시 셀의 상이한 한정된 영역에서 상이한 방향으로 전극 표면에 평행하게 정렬된다. "제어된" 스위칭이 달성됨으로써, 간섭 회위 선의 형성이 방지된다. 이 배열이 디스플레이의 시야각을 개선할지라도, 이는 빛에 대한 이의 투명도의 감소를 야기한다. MVA의 추가 개발은 한쪽 전극 면에서만 돌출을 사용하는 반면, 반대쪽 전극은 슬릿(slit)을 갖고, 이는 빛에 대한 투명도를 개선한다. 슬릿된 전극은 전압의 인가 시 LC 셀에서 비균질한 전계를 생성하고, 이는 제어된 스위칭이 여전히 달성됨을 의미한다. 빛에 대한 투명도의 추가 개선을 위해, 슬릿과 돌출 사이의 구분이 증가될 수 있지만, 이는 응답 시간의 연장을 야기한다. 소위 PVA(패턴화된 VA)에서, 돌출은, 두 전극이 반대쪽 면에서 슬릿에 의해 구조화되므로 완전히 불필요하게 제공되어 증가된 콘트라스트 및 빛에 대한 개선된 투명도를 야기하지만, 기술적으로 어렵고 기계적 영향(탭핑 등)에 더욱 민감한 디스플레이를 제조한다. 그러나, 많은 제품, 예를 들면, 모니터 및 특히 TV 스크린의 경우, 응답 시간의 단축 및 디스플레이의 콘트라스트 및 휘도(전송)의 개선이 요구된다.
추가 개발은 소위 PS(중합체-안정화된) 디스플레이(이는 용어 "PSA"(중합체-지속된 정렬)로도 공지되어 있음)이다. 여기에서, 소량(예를 들면 0.3%, 전형적으로 1% 미만)의 중합성 화합물을 액정 매질에 첨가하고, LC 셀에 도입한 후 일반적으로 UV 광중합에 의해, 전극 사이에 인가된 전기 전압을 사용하거나 사용하지 않고 동일 반응계에서 중합하거나 교차결합한다. 중합성 메소제닉 또는 액정 화합물(반응성 메소젠(RM)으로도 공지됨)을 LC 혼합물에 첨가하는 것은 특히 적합한 것으로 입증되었다. 그동안, PSA 원리는 다양한 통상의 LC 디스플레이에서 사용되고 있다. 따라서, 예를 들면, PSA-VA, PSA-OCB, PS-IPS, PS-FFS 및 PS-TN 디스플레이가 공지되어 있다. 중합성 화합물(들)의 동일 반응계 중합은 일반적으로, PSA-VA 디스플레이의 경우 인가된 전기 전압을 사용하여 수행되고, PSA-IPS 디스플레이의 경우 인가된 전기 전압을 사용하거나 사용하지 않고 수행된다. 시험 셀에서 입증될 수 있는 바와 같이, PSA 방법은 셀에서 선경사를 야기한다. 따라서, PSA-OCB 디스플레이의 경우, 오프셋 전압이 불필요하거나 감소될 수 있도록 밴드 구조를 안정화하는 것이 가능하다. PSA-VA 디스플레이의 경우, 이 선경사는 응답 시간에 긍정적인 효과를 갖는다. PSA-VA 디스플레이를 위해, 표준 MVA 또는 PVA 픽셀 및 전극 레이아웃이 사용될 수 있다. 그러나, 또한 예를 들면, 오직 하나의 구조화된 전극 면을 관리하고, 생산을 크게 간소화하면서 동시에 매우 우수한 콘트라스트 및 빛에 대한 매우 우수한 투명도를 야기하는 돌출이 없는 것이 가능하다. PSA-VA 디스플레이는 예를 들면, JP 10-036847 A, EP 1 170 626 A2, EP 1 378 557 A1, EP 1 498 468 A1, US 2004/0191428 A1, US 2006/0066793 A1 및 US 2006/0103804 A1에 기재되어 있다. PSA-OCB 디스플레이는 예를 들면, 문헌[T.-J- Chen et al., Jpn. J. Appl. Phys. 45, 2006, 2702-2704] 및 문헌[S. H. Kim, L.-C- Chien, Jpn. J. Appl. Phys. 43, 2004, 7643-7647]에 기재되어 있다. PS-IPS 디스플레이는 예를 들면, US 6,177,972 및 문헌[Appl. Phys. Lett. 1999, 75(21), 3264]에 기재되어 있다. PS-TN 디스플레이는 예를 들면 문헌[Optics Express 2004, 12(7), 1221]에 기재되어 있다.
특히 모니터 제품, 특히 TV 제품을 위해, 응답 시간의 최적화뿐만 아니라 LC 디스플레이의 콘트라스트 및 휘도(따라서 또한 전송)의 최적화가 계속해서 요구된다. PSA 방법은 여기에서 중요한 이점을 제공할 수 있다. 특히, PSA-VA의 경우, 시험 셀에서 측정가능한 선경사와 연관된 응답 시간의 단축은 다른 파라미터에서 중요한 역효과 없이 달성될 수 있다.
그러나, 선행 기술로부터 공지된 LC 혼합물은 여전히 VA 및 PSA 디스플레이에서 사용시 일부 단점을 갖는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 모든 목적한 가용성 RM이 PSA 디스플레이에서 사용하기에 훨씬 적합하지 않고, 이는 종종 선경사 측정을 사용하는 직접 PSA 실험보다 더욱 적합한 선택 기준을 찾는 것이 어렵다. 광개시제를 첨가하지 않고 UV 광에 의한 중합이 바람직한 경우, 선택도 작아지고, 이는 특정 제품에 대하여 유리할 수 있다. 또한, 액정 혼합물 또는 액정 혼합물(하기에서 "LC 호스트 혼합물"로도 지칭됨) + 선택된 중합성 성분 "물질 시스템"은 최저의 가능한 회전 점도 및 최상의 가능한 전기 특성을 가져야 하고, 여기에서 소위 "전압 보유율"(VHR 또는 HR)로 강조된다. PSA 디스플레이와 관련하여, UV 광으로 조사 후 높은 VHR이 특히 중요하므로, UV 노출은 디스플레이 생산 공정의 필수적인 부분일 뿐만 아니라, 완성된 디스플레이에서 "정상" 노출로서 자연적으로 발생한다.
또한, LC 혼합물 + 중합성 성분 조합이 훨씬 PSA 디스플레이에 적합하므로, 예를 들면 경사가 발생하지 않거나 불충분한 경사가 발생하거나, 예를 들면 VHR이 TFT 디스플레이 제품에 불충분한 문제가 발생한다.
특히 낮은 선경사각을 생성하는 PSA 디스플레이에 대하여 사용가능한 신규한 물질을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 지금까지 공지된 물질보다 동일한 노출 시간 동안 중합 중에, 및/또는 짧은 노출 시간 후 이미 달성될 수 있는 공지된 물질을 사용하여 달성될 수 있는 (더 높은) 선경사각의 사용을 통해 더 낮은 선경사각을 생성하는 물질이 특히 바람직할 수 있다. 따라서, 디스플레이의 생산 시간(지속 시간)은 단축될 수 있고 생산 공정의 비용이 감소된다.
따라서, 큰 작동 온도 범위, 짧은 응답 시간 및 낮은 역치 전압과 같은 매우 높은 비저항을 갖는 동시에 다양한 회색 음영이 생성될 수 있는 MLC 디스플레사용 액정 혼합물에 대한 더 큰 요구가 여전히 존재한다. 또한, VA, IPS 및 FFS, PALC, 및 또한 PS-VA, PSA, PS-IPS, PS-FFS 디스플레이 둘 다에서, 뿐만 아니라 언급된 방식의 다른 변형, 예컨대, SA-VA, SA-UB-FFS 또는 -IPS, SA-HB-FFS 또는 -IPS, SA-FFS 또는 -IPS, PS-UB-FFS 또는 -IPS 및 PS-HB-FFS 또는 -IPS에서 액정 혼합물을 사용하는 것이 가능하여야 하고, 이들은 상기 기술된 단점을 나타내지 않거나, 오직 적은 정도로만 나타내야 하고, 동시에 개선된 특성을 가져야 한다. PS-VA 및 PSA 디스플레이에서, 중합성 성분을 포함하는 액정 매질은 MLC 디스플레이에서 충분한 선경사를 수립할 수 있어야 하고 비교적 높은 전압 보유율(VHR 또는 HR)을 가져야 한다.
본 발명은, 상술한 단점을 갖지 않거나 감소된 정도로만 갖는, 특히 IPS, FFS, VA 및 또한 PS-VA 디스플레이 둘 다에서 사용될 수 있고, 특히 모니터 및 TV 제품용에 적합한 액정 매질을 제공하는 목적에 기초한다. 특히, 이는, 모니터 및 텔레비전이 또한 매우 높은 온도 및 매우 낮은 온도에서 작동함과 동시에 짧은 응답 시간 및 개선된 신뢰도 거동, 특히 긴 작동 시간 후 잔상이 없거나 상당히 감소된 잔상을 나타내도록 보장되어야 한다.
놀랍게도, 화학식 I의 극성 화합물이 바람직하게는 VA 디스플레사용 액정 혼합물, 특히 음성 유전 이방성을 갖는 LC 혼합물에 사용되는 경우, 회전 점도 값을 개선시킴으로써 응답 시간을 개선할 수 있다. 또한, 놀랍게도, 본 발명에 따른 액정 매질의 PS-VA 및 PSA 디스플레이에서의 사용이 특히 낮은 선경사각 및 목적한 경사각의 신속한 수립을 촉진함이 밝혀졌다. 이는 본 발명에 따른 매질의 경우 선경사 측정에 의해 입증되었다. 특히, 광개시제의 첨가 없이 선경사를 달성하는 것이 가능하였다. 또한, 본 발명에 따른 매질은 선경사각의 노출 시간-의존 측정에 의해 입증된 바와 같이, 선행 기술로부터 공지된 물질과 비교하여 선경사각의 유의미하게 더 빠른 생성을 보인다.
따라서, 본 발명은 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 포함하는 액정 매질에 관한 것이다.
액정 매질에서 화학식 I의 화합물은 동시에 매우 낮은 회전 점도 값 및 유전 이방성의 높은 절대 값을 갖는다. 따라서, 짧은 응답 시간을 갖고 동시에 우수한 상 특성 및 우수한 저온 거동을 갖는 액정 혼합물, 바람직하게는 VA 및 PS-VA 혼합물을 제조하는 것이 가능하다.
본 발명은 또한 상기 및 하기에 기술된 본 발명에 따른 LC 혼합물, 및 바람직하게는 반응성 메소젠으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 중합성 화합물을 포함하는 액정 매질에 관한 것이다.
본 발명은 또한 상기 및 하기에 기술된 본 발명에 따른 LC 혼합물, 및 바람직하게는 반응성 메소젠으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 중합성 화합물의 중합에 의해 수득가능한 중합체를 포함하는 액정 매질에 관한 것이다.
본 발명은 또한 하기를 포함하는 LC 매질에 관한 것이다:
- 바람직하게는 반응성 메소젠으로부터 선택된 하나 이상의 중합성 화합물을 포함하는 중합성 성분 (A), 및
- 상기 및 하기에 기술된 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 포함하는 본 발명에 따른 LC 혼합물로 이루어지고, 하기에서 "LC 호스트 혼합물"로도 지칭되는 액정 성분 (B).
본 발명은 또한 하기를 포함하는 LC 매질에 관한 것이다:
- 바람직하게는 반응성 메소젠으로부터 선택된 하나 이상의 중합성 화합물을 포함하는 중합성 성분 (A)의 중합에 의해 수득가능한 중합체, 및
- 상기 및 하기에 기술된 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 포함하는 본 발명에 따른 LC 혼합물로 이루어지고, 하기에서 "LC 호스트 혼합물"로도 지칭되는 액정 성분 (B).
본 발명은 또한 PSA 디스플레이에서 중합성 화합물의 동일 반응계 중합에 의해, 바람직하게는 전계 및/또는 자계, 바람직하게는 전계의 인가 시 액정 매질에서 경사각을 생성하기 위해 PS 및 PSA 디스플레이에서, 특히 액정 매질을 함유하는 PS 및 PSA 디스플레이에서 본 발명에 따른 LC 혼합물의 사용에 관한 것이다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 LC 매질을 함유하는 LC 디스플레이, 특히 PS 또는 PSA 디스플레이, 특히 바람직하게는 PSA-VA, PS-IPS 또는 PS-FFS 디스플레이에 관한 것이다.
본 발명은 또한 2개의 기판 및 2개의 전극으로 이루어진 LC 셀을 포함하는 PS 또는 PSA 유형의 LC 디스플레이에 관한 것이고, 이때 하나 이상의 기판은 빛에 투명하고 하나 이상의 기판은 전극, 및 중합된 성분 및 저분자량 성분을 포함하는 LC 매질의 기판 사이에 위치된 층을 갖고, 상기 중합된 성분은 LC 셀의 기판 사이의 LC 매질에서 하나 이상의 중합성 성분의 중합에 의해, 바람직하게는 전기 전압을 전극에 인가 시 수득가능하고, 상기 저분자량 성분은 상기 및 하기에 기술된 본 발명에 따른 LC 혼합물이다.
본 발명은 또한 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 추가 메소젠성 화합물 및 임의적으로 하나 이상의 중합성 화합물 및/또는 하나 이상의 첨가제 및/또는 안정화제와 혼합하는, 본 발명에 따른 액정 혼합물의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 LC 혼합물을 하나 이상의 중합성 화합물 및 임의적으로 추가 액정 화합물 및/또는 첨가제 및/또는 안정화제와 혼합하고, 이 방법으로 수득된 혼합물을 상기 및 하기에 기술된, 2개의 기판 및 2개의 전극을 갖는 LC 셀에 도입하고, 중합성 화합물을 전극에서, 바람직하게는 전기 전압의 인가 시 중합하는, LC 디스플레이의 제조 방법에 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℃ 내지 -30℃에서 매우 양호한 저온 안정성뿐만 아니라 매우 낮은 회전 점도 값 및 짧은 응답 시간을 갖는 매우 넓은 네마틱 상 범위를 나타낸다. 또한, 본 발명에 따른 혼합물은, 회전 점도(γ1 )를 개선할 뿐만 아니라, 응답 시간을 개선하기 위한 비교적 높은 값의 탄성 상수(K33)가 관찰 될 수 있다는 사실에 의해 구별된다.
본 발명에 따른 혼합물의 일부 바람직한 실시양태가 하기에 기재된다.
화학식 I의 화합물에서, R1은 바람직하게는 직쇄 알킬, 특히 C2H5, n-C3H7, n-C4H9, n-C5H11, n-C6H13, 또한 알켄일 또는 알콕시, 예를 들면, CH2=CH, CH3CH=CH, CH3CH2CH=CH, C3H7CH=CH, OC2H5, OC3H7, OC4H9, OC5H11, OC6H13 및 알켄일옥시, 예를 들면, OCH2CH=CH2, OCH2CH=CHCH3, OCH2CH=CHC2H5를 나타낸다. R1은 매우 특히 바람직하게는 C2H5, n-C3H7, n-C4H9, n-C5H11을 나타낸다.
화학식 I의 화합물에서, R1 *는 직쇄 알킬, 특히 C2H5, C3H7, C4H9, C5H11, C6H13 및 또한 알켄일, 예를 들면, CH2CH=CH2, CH2CH=CHCH3, CH2CH=CHC2H5를 나타낸다. R1 *는 매우 특히 바람직하게는 C2H5, C3H7, C4H9 또는 C5H11을 나타낸다.
바람직한 화학식 I의 화합물은 하기 화학식 I-1 내지 I-3의 화합물이다:
Figure pat00003
상기 식에서,
알킬 및 알킬*는 각각 서로 독립적으로 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼을 나타내고,
알콕시는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알콕시 라디칼을 나타내고,
알켄일은 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알켄일 라디칼을 나타낸다.
상기 화학식 I-1 내지 I-3의 화합물 중 특히 바람직한 것은 화학식 I-1의 화합물로 주어진다.
본 발명에 따른 혼합물은 매우 특히 바람직하게는 하나 이상의 하기 화학식 I-1a 내지 I-1i의 화합물을 포함한다:
Figure pat00004
Figure pat00005
상기 화학식 I-1a 내지 I-1h의 바람직한 화합물 중 매우 특히 바람직한 것은 특히 화학식 I-1b 및 I-1i의 화합물로 주어진다.
화학식 I의 화합물 및 이의 하위화학식은 혼합물을 기준으로 동족체당 바람직하게는 1 내지 15 중량%, 바람직하게는 2 내지 10 중량%의 양으로 사용된다. 화학식 I의 다수의 화합물이 본 발명에 따른 혼합물에 사용되는 경우, 화학식 I의 모든 혼합물의 총 농도는 혼합물을 기준으로 1 내지 30 중량%, 바람직하게는 2 내지 20 중량%이다.
화학식 I의 화합물은 예를 들면, WO 2015/034018 A1에 공지되고 개시되고, 문헌에 기재된 방법에 따라 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 매질은 바람직하게는 1개, 2개, 3개 또는 그 이상, 바람직하게는 1개 또는 2개, 특히 바람직하게는 1개의 화학식 I의 화합물을 포함한다.
화학식 I의 화합물은 바람직하게는 액정 매질 중에서 전체 혼합물을 기준으로 1 중량% 이상, 바람직하게는 3 중량% 이상의 양으로 사용된다. 특히 바람직한 것은 2 내지 10 중량%의 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 포함하는 액정 매질로 주어진다.
본 발명에 따른 액정 매질의 바람직한 실시양태가 하기에 기재된다:
a) 하기 화학식 IIA, IIB 및 IIC의 화합물의 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함하는 액정 매질:
Figure pat00006
상기 식에서,
R2A, R2B 및 R2C는 각각 서로 독립적으로 H, 또는 비치환되거나 CN 또는 CF3으로 일치환되거나 할로겐으로 적어도 일치환되는, 15개 이하의 탄소 원자를 갖는 알킬 라디칼을 나타내고, 상기 알킬 라디칼에서 하나 이상의 CH2 기는 또한 O 원자가 서로 직접 연결되지 않도록 -O-, -S-,
Figure pat00007
, -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-, -COO-, -OC(O)-, -C2F4-, -CF=CF-, 또는 -CH=CHCH2O-를 나타내고,
p는 1 또는 2를 나타내고,
q는 0 또는 1을 나타내고,
v는 1 내지 6을 나타낸다.
화학식 IIA 및 IIB의 화합물에서, Z2는 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 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬, 특히 CH3, C2H5, n-C3H7, n-C4H9, n-C5H11을 나타낸다.
화학식 IIA 및 IIB의 화합물에서, L1, L2, L3 및 L4는 바람직하게는 L1 = L2 = F 및 L3 = L4 = F를 나타내거나, 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 나타낸다.
화학식 IIB에서 Z2 = -C2H4-인 경우, Z2'은 바람직하게는 단일 결합이거나, Z2' = -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 화합물이 하기에 기재된다:
Figure pat00008
Figure pat00009
Figure pat00010
Figure pat00011
Figure pat00012
Figure pat00013
Figure pat00014
상기 식에서,
알킬 및 알킬*는 각각 서로 독립적으로 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼을 나타낸다.
본 발명에 따른 특히 바람직한 혼합물은 하나 이상의 화학식 IIA-2, IIA-8, IIA-14, IIA-27, IIA-33, IIB-2, IIB-11 및 IIB-16의 화합물을 포함한다.
전체 혼합물 중 화학식 IIA 및/또는 IIB의 화합물의 비율은 바람직하게는 20 중량% 이상이다.
본 발명에 따른 특히 바람직한 매질은 하나 이상의 하기 화학식 IIC-1의 화합물을 포함한다:
Figure pat00015
상기 식에서,
알킬 및 알킬*는 상기 기재된 의미를 갖고, 바람직하게는 3 중량% 초과, 특히 5 중량% 초과, 특히 바람직하게는 5 내지 25 중량%의 양으로 존재한다.
b) 하나 이상의 하기 화학식 III의 화합물을 추가로 포함하는 액정 매질:
Figure pat00016
상기 식에서,
R31 및 R32는 각각 서로 독립적으로 12개 이하의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬, 알콕시알킬 또는 알콕시 라디칼을 나타내고,
Figure pat00017
Z3은 단일 결합, -CH2CH2-, -CH=CH-, -CF2O-, -OCF2-, -CH2O-, -OCH2-, -COO-, -OCO-, -C2F4-, -C4H8- 또는 -CF=CF-를 나타낸다.
화학식 III의 바람직한 화합물은 하기에 기재된다:
Figure pat00018
상기 식에서,
알킬 및 알킬*는 각각 서로 독립적으로 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼을 나타낸다.
본 발명에 따른 매질은 바람직하게는 하나 이상의 화학식 IIIa 및/또는 화학식 IIIb의 화합물을 포함한다.
전체 혼합물 중 화학식 III의 화합물의 비율은 바람직하게는 5 중량% 이상이다.
c) 하기 화학식의 화합물을 바람직하게는 5 중량% 이상, 특히 10 중량% 이상의 총량으로 추가로 포함하는 액정 매질:
Figure pat00019
바람직한 것은 또한 하기 화합물을 포함하는 본 발명에 따른 혼합물로 주어진다:
Figure pat00020
.
d) 하나 이상의 하기 화학식 V-1 내지 V-9의 테트라사이클릭 화합물을 추가로 포함하는 액정 매질:
Figure pat00021
Figure pat00022
상기 식에서,
R7 내지 R10은 각각 서로 독립적으로 제 2 항에서 R2A에 대해 나타낸 의미 중 하나를 갖고,
w 및 x는 각각 서로 독립적으로 1 내지 6을 나타낸다.
특히 바람직한 것은 하나 이상의 화학식 V-9의 화합물을 포함하는 혼합물로 주어진다.
e) 하나 이상의 하기 화학식 Y-1 내지 Y-6의 화합물을 추가로 포함하는 액정 매질:
Figure pat00023
상기 식에서,
R14 내지 R19는 각각 서로 독립적으로 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬 또는 알콕시를 나타내고,
z 및 m은 각각 서로 독립적으로 1 내지 6을 나타내고,
x는 0, 1, 2 또는 3을 나타낸다.
본 발명에 따른 매질은 특히 바람직하게는 하나 이상의 화학식 Y-1 내지 Y-6의 화합물을 바람직하게는 5 중량% 이상의 양으로 포함한다.
f) 하나 이상의 하기 화학식 T-1 내지 T-21의 플루오르화된 터페닐을 추가로 포함하는 액정 매질:
Figure pat00024
Figure pat00025
Figure pat00026
상기 식에서,
R은 1 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 또는 알콕시를 나타내고,
m은 0, 1, 2, 3, 4, 5 또는 6을 나타내고,
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.
특히 바람직한 것은 화학식 T-1, T-2, T-20 및 T-21의 화합물로 주어진다. 이들 화합물에서, R은 바람직하게는 각각 1 내지 5개의 탄소 원자를 갖는 알킬 또는 알콕시를 나타낸다. 화학식 T-20의 화합물에서, R은 바람직하게는 알킬 또는 알콕시, 특히 알킬을 나타낸다. 화학식 T-21의 화합물에서, R은 바람직하게는 알킬을 나타낸다.
터페닐은 바람직하게는 혼합물의 Δn 값이 0.1 이상인 경우에 본 발명에 따른 혼합물에 사용된다. 바람직한 혼합물은 T-1 내지 T-21의 화합물 군으로부터 선택되는 하나 이상의 터페닐 화합물을 2 내지 20 중량% 포함한다.
g) 하나 이상의 하기 화학식 B-1 내지 B-4의 바이페닐을 추가로 포함하는 액정 매질:
Figure pat00027
상기 식에서,
알킬 및 알킬*는 각각 서로 독립적으로 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼을 나타내고,
알콕시는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알콕시 라디칼을 나타내고,
알켄일 및 알켄일*는 각각 서로 독립적으로 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알켄일 라디칼을 나타낸다.
전체 혼합물 중 화학식 B-1 내지 B-4의 바이페닐의 비율은 바람직하게는 3 중량% 이상, 특히 5 중량% 이상이다.
화학식 B-1 내지 B-4의 화합물 중에서, 화학식 B-2의 화합물이 특히 바람직하다.
특히 바람직한 바이페닐은 하기와 같다:
Figure pat00028
상기 식에서,
알킬*는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬 라디칼을 나타낸다. 본 발명에 따른 매질은 특히 바람직하게는 하나 이상의 상기 화학식 B-1a 및/또는 B-2c의 화합물을 포함한다.
h) 하나 이상의 하기 화학식 Z-1 내지 Z-7의 화합물을 포함하는 액정 매질:
Figure pat00029
상기 식에서,
R 및 알킬은 전술된 의미를 갖는다.
i) 하나 이상의 하기 화학식 O-1 내지 O-16의 화합물을 포함하는 액정 매질:
Figure pat00030
Figure pat00031
상기 식에서,
R1 및 R2는 R2A에 대하여 기재된 의미를 갖는다. R1 및 R2는 각각 서로 독립적으로 바람직하게는 직쇄 알킬을 나타낸다.
바람직한 매질은 하나 이상의 상기 화학식 O-1, O-3, O-4, O-5, O-9, O-13, O-14, O-15 및/또는 O-16의 화합물을 포함한다.
본 발명에 따른 혼합물은 매우 특히 바람직하게는 상기 화학식 O-9, O-15 및/또는 O-16의 화합물을, 특히 5 내지 30%의 양으로 포함한다.
상기 화학식 O-15 및 O-16의 바람직한 화합물은 하기와 같다:
Figure pat00032
.
본 발명에 따른 매질은 특히 바람직하게는 상기 화학식 O-15a 및/또는 화학식 O-15b의 트라이사이클릭 화합물과 하나 이상의 상기 화학식 O-16a 내지 O-16d의 바이사이클릭 화합물의 조합을 포함한다. 상기 화학식 O-15a 및/또는 O-15b의 화합물과 화학식 O-16a 내지 O-16d의 바이사이클릭 화합물로부터 선택된 하나 이상의 화합물의 조합의 총 비율은 상기 혼합물을 기준으로 5 내지 40%, 매우 특히 바람직하게는 15 내지 35%의 양이다.
매우 특히 바람직한 혼합물은 하기 화학식 O-15a 및 O-16a의 화합물을 포함한다:
Figure pat00033
.
상기 화학식 O-15a 및 O-16a의 화합물은 전체 혼합물을 기준으로 바람직하게는 15 내지 35%, 특히 바람직하게는 15 내지 25%, 특히 바람직하게는 18 내지 22%의 농도로 혼합물 중에 존재한다.
매우 특히 바람직한 혼합물은 하기 화학식 O-15b 및 O-16a의 화합물을 포함한다:
Figure pat00034
.
상기 화학식 O-15b 및 O-16a의 화합물은 전체 혼합물을 기준으로 바람직하게는 15 내지 35%, 특히 바람직하게는 15 내지 25%, 특히 바람직하게는 총 18 내지 22%의 농도로 혼합물 중에 존재한다.
매우 특히 바람직한 혼합물은 하기 3개의 화합물을 포함한다:
Figure pat00035
Figure pat00036
.
상기 화학식 O-15a, O-15b 및 O-16a의 화합물은 전체 혼합물을 기준으로 바람직하게는 15 내지 35%, 특히 바람직하게는 15 내지 25%, 특히 바람직하게는 18 내지 22%의 농도로 혼합물 중에 존재한다.
j) 본 발명에 따른 바람직한 액정 매질은, 예를 들면 하기 화학식 N-1 내지 N-5의 화합물과 같은 테트라하이드로나프틸 또는 나프틸 단위를 함유하는 하나 이상의 물질을 포함한다:
Figure pat00037
Figure pat00038
상기 식에서,
R1N 및 R2N은 각각 서로 독립적으로 R2A에 대하여 기재된 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 단일결합을 나타낸다.
k) 바람직한 혼합물은, 하기 화학식 BC의 다이플루오로다이벤조크로만 화합물, 하기 화학식 CR의 크로만, 하기 화학식 PH-1 및 PH-2의 플루오르화된 페난트렌 및 하기 화학식 BF의 플루오르화된 다이벤조푸란의 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다:
Figure pat00039
Figure pat00040
상기 식에서,
RB1, RB2, RCR1, RCR2, R1 및 R2는 각각 서로 독립적으로 R2A에 대하여 기재된 의미를 갖고,
c는 0, 1 또는 2이다.
본 발명에 따른 혼합물은 상기 화학식 BC, CR, PH-1, PH-2 및/또는 BF의 화합물을 바람직하게는 3 내지 20 중량%, 특히 3 내지 15 중량%의 양으로 포함한다.
특히 바람직한 상기 화학식 BC 및 CR의 화합물은 하기 화학식 BC-1 내지 BC-7 및 CR-1 내지 CR-5의 화합물이다:
Figure pat00041
Figure pat00042
Figure pat00043
상기 식에서,
알킬 및 알킬*는 각각 서로 독립적으로 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼을 나타내고,
알켄일 및 알켄일*는 각각 서로 독립적으로 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알켄일 라디칼을 나타낸다.
매우 특히 바람직한 것은 1, 2 또는 3개의 상기 화학식 BC-2의 화합물을 포함하는 혼합물로 주어진다.
l) 바람직한 혼합물은 하나 이상의 하기 화학식 In의 인단 화합물을 포함한다:
Figure pat00044
상기 식에서,
R11, R12 및 R13은 각각 서로 독립적으로 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬, 알콕시, 알콕시알킬 또는 알켄일 라디칼을 나타내고,
R12 및 R13은 추가로 할로겐, 바람직하게는 F를 나타내고,
Figure pat00045
i는 0, 1 또는 2를 나타낸다.
바람직한 상기 화학식 In의 화합물은 하기 기재된 화학식 In-1 내지 In-16의 화합물이다:
Figure pat00046
Figure pat00047
Figure pat00048
특히 바람직한 것은 상기 화학식 In-1, In-2, In-3 및 In-4의 화합물이다.
화학식 In 및 하위화학식 In-1 내지 In-16의 화합물은 바람직하게는 본 발명에 따른 혼합물 중에서 5 중량% 이상, 특히 5 내지 30 중량%, 매우 특히 바람직하게는 5 내지 25 중량%의 농도로 사용된다.
m) 바람직한 혼합물은 하나 이상의 하기 화학식 L-1 내지 L-11의 화합물을 추가로 포함한다:
Figure pat00049
Figure pat00050
상기 식에서,
R, R1 및 R2는 각각 서로 독립적으로 제 2 항에서 R2A에 대하여 기재된 의미를 갖고,
알킬은 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬 라디칼을 나타내고,
s는 1 또는 2를 나타낸다.
특히 바람직한 것은 상기 화학식 L-1 및 L-4, 특히 L-4의 화합물로 주어진다.
상기 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) 매질은 하나 이상의 하기 화학식 EY의 화합물을 추가로 포함한다:
Figure pat00051
상기 식에서,
R1, R1 *, L1 및 L2는 화학식 I에 기재된 의미를 갖는다.
상기 화학식 EY의 화합물에서, R1 및 R1 *는 바람직하게는 2개 이상의 탄소 원자를 갖는 알콕시를 나타내고, L1=L2=F이다. 특히 바람직한 것은 하기 화학식 EY-1 내지 EY-26의 화합물로 주어진다:
Figure pat00052
Figure pat00053
Figure pat00054
Figure pat00055
특히 바람직한 것은 상기 화학식 EY-1 내지 EY-12, 특히 화학식 EY-2, EY-9 및 EY-10의 화합물로 주어진다.
o) 매질은 하나 이상의 하기 화학식 To-1 내지 To-12의 톨란 화합물을 추가로 포함한다:
Figure pat00056
Figure pat00057
상기 식에서,
R1 및 R2는 각각 서로 독립적으로 제 1 항에서 R1에 대하여 기재된 의미를 갖고, 바람직하게는 직쇄 알킬, 알콕시 또는 알켄일, 특히 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬을 나타내고,
알킬 및 알킬*는 각각 서로 독립적으로 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼을 나타내고,
알콕시는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알콕시 라디칼을 나타내고,
알켄일은 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알켄일 라디칼을 나타낸다.
특히 바람직한 톨란은 상기 화학식 To-1, To-2, To-4, To-9, To-10 및 To-11의 화합물이다.
매우 특히 바람직한 혼합물 개념이 하기에 기재된다(사용된 두문자는 하기 표 A에서 설명된다. 여기서, n 및 m은 각각 서로 독립적으로 1 내지 6을 나타낸다).
바람직한 혼합물 개념은 바람직하게는 하기를 포함한다:
- 하나 이상의 화학식 I-1의 화합물(약어: PPOY-n-Om);
- 하나 이상의 화학식 PPOY-n-Om의 화합물 및 하나 이상의 화학식 PY-n-Om의 화합물, 바람직하게는 PPOY-3-O2 및 PY-3-O2;
- 하나 이상의 화학식 PPOY-n-Om의 화합물 및 하나 이상의 화학식 CY-n-Om의 화합물; 바람직하게는 PPOY-3-O2 및 CY-3-O2;
- 하나 이상의 화학식 PPOY-n-Om의 화합물 및 하나 이상의 화학식 CCY-n-Om의 화합물, 바람직하게는 PPOY-3-O2와 화학식 CCY-3-O2, CCY-3-O1, CCY-3-O3 및 CCY-4-O2의 화합물의 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물의 조합;
- 하나 이상의 화학식 PPOY-n-Om의 화합물 및 하나 이상의 화학식 CPY-n-Om의 화합물, 바람직하게는 PPOY-3-O2, 및 화학식 CPY-2-O2, CPY-3-O2, CPY-3-O3, CPY-3-O4, CPY-4-O3 및 CPY-5-O3의 화합물의 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물;
- PPOY-3-O2와 CPY-2-O2 및/또는 CPY-3-O2의 조합;
- PPOY-3-O2와 CCY-3-1 및/또는 CCY-2-1의 조합;
- 하나 이상의 화학식 PPOY-n-Om의 화합물 및 하나 이상의 화학식 CCH-nm의 화합물, 바람직하게는 PPOY-3-O2와 화학식 CCH-12, CCH-13, CCH-22, CCH 23, CCH-34 및 CCH-35의 화합물의 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물의 조합;
- 하나 이상의 화학식 PPOY-n-Om의 화합물 및 화학식 PP-n-m 및/또는 PP-n-Vm의 화합물, 바람직하게는 PP-1-2V1, 가장 바람직하게는 PPOY-3-O2와 PP-1-2V1과 조합;
- 각각의 경우 하나 이상의 화학식 CPY-n-Om + CCY-n-Om + PPOY-n-Om의 화합물;
- 하나 이상의 화학식 PPOY-n-Om의 화합물과 CC-n-V1, 바람직하게는 CC-3-V1의 조합;
바람직한 것은 또한 하기 혼합물 성분을 포함하는 혼합물로 주어진다:
- 전체 혼합물에 기초하여 바람직하게는 5% 초과, 특히 10 내지 30% 농도의 CPY-n-Om, 특히 CPY-2-O2, CPY-3-O2 및/또는 CPY-5-O2,
- 전체 혼합물에 기초하여 바람직하게는 3% 초과, 특히 5 내지 20% 농도의 CY-n-Om, 바람직하게는 CY-3-O2, CY-3-O4, CY-5-O2 및/또는 CY-5-O4,
- 전체 혼합물에 기초하여 바람직하게는 5% 초과, 특히 7 내지 20% 농도의 CCY-n-Om, 바람직하게는 CCY-4-O2, CCY-3-O2, CCY-3-O3, CCY-3-O1 및/또는 CCY-5-O2,
- 전체 혼합물에 기초하여 바람직하게는 5% 초과, 특히 7 내지 20% 농도의 PY-n-Om, 바람직하게는 PY-3-O2 및/또는 PY-3-O4, 및/또는,
- 전체 혼합물에 기초하여 바람직하게는 1% 초과, 특히 2 내지 10% 농도의 PP-1-2V1.
본 발명은 또한, 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질을 유전체로서 함유하는 것을 특징으로 하는, ECB, VA, PS-VA, PALC, 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℃ 이하 내지 70℃ 이상, 특히 바람직하게는 -30℃ 이하 내지 80℃ 이상, 매우 특히 바람직하게는 -40℃ 이하 내지 90℃ 이상의 네마틱 상을 갖는다.
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.
액정 혼합물은 바람직하게는 60 K 이상의 네마틱 상 범위 및 20℃에서 최대 30 ㎟ㆍs-1의 유동 점도(ν20)를 갖는다.
액정 혼합물에서의 복굴절(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, 여기서 Δε은 유전 이방성을 나타낸다. 20℃에서 회전 점도(γ1)는 바람직하게는 165 mPaㆍs 이하, 특히 140 mPaㆍs 이하이다.
본 발명에 따른 액정 매질은 비교적 낮은 값의 역치 전압(V0)을 갖는다. 이는 바람직하게는 1.7 V 내지 3.0 V의 범위, 특히 바람직하게는 2.5 V 이하, 매우 특히 바람직하게는 2.3 V 이하이다.
본원에서 "역치 전압"이라는 용어는, 달리 명시되지 않는 한, 프리데릭스 역치(Freedericks threshold)로서 공지된 용량성 역치(V0)에 관한 것이다.
또한, 본 발명에 따른 액정 매질은 액정 셀에서 상대적으로 높은 전압 보전율 값을 갖는다.
일반적으로, 낮은 어드레싱 전압 또는 역치 전압을 갖는 액정 매질은, 보다 높은 어드레싱 전압 또는 역치 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 역치보다 항상 더 낮다.
본원에서 제시된 모든 온도 값은 ℃이다.
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 Δε을 갖는 IPS(평면 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 바람직하게는 45 내지 100%, 특히 60 내지 100%이다.
성분 A의 경우, Δε≤ -0.8의 값을 갖는 하나(또는 그 이상)의 개별 화합물이 바람직하게는 선택된다. 이 값은, 전체 혼합물 중 A의 비율이 작을수록 더 음의 값이어야 한다.
성분 B는 현저한 네마토젠성(nematogeneity)이고, 20℃에서 30 mm2ㆍs-1 이하, 바람직하게는 25 mm2ㆍs-1 이하의 유동 점도를 갖는다.
성분 B에서 특히 바람직한 개별 화합물은 20℃에서 18 mm2ㆍs-1 이하, 바람직하게는 12 mm2ㆍs-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 첨가되는 경우, 이들 물질의 네마토젠성은 달성되는 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 양의 화합물은 일반적으로 전체 혼합물을 기준으로 20 중량% 이하의 양으로 음의 유전 이방성의 혼합물 중에 존재한다.
적합한 물질의 다양성은 문헌으로부터 당업자에게 공지되어 있다. 화학식 III의 화합물이 특히 바람직하다.
또한, 이러한 액정 상은 18개 초과, 바람직하게는 18 내지 25개의 성분을 포함할 수 있다.
하나 이상의 화학식 I의 화합물 이외에, 상기 상은 바람직하게는 4 내지 15개, 특히 5 내지 12개, 및 특히 바람직하게는 10개 미만의, 화학식 IIA, IIB 및/또는 IIC의 화합물 및 임의적으로 화학식 III의 화합물을 포함한다.
화학식 I의 화합물 및 화학식 IIA, IIB 및/또는 IIC의 화합물 및 임의적으로 화학식 III의 화합물 이외에, 다른 성분들이 예를 들어 전체 혼합물의 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 에스터의 부류로부터의 공지된 물질로부터 선택된다.
이 유형의 액정 상의 성분으로 적합한 가장 중요한 화합물은 하기 화학식 IV의 화합물인 것으로 특징될 수 있다:
R20-L-G-E-R21 IV
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, 퀴나졸린 및 테트라하이드로퀴나졸린으로 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 18개 이하의 탄소 원자, 바람직하게는 8개 이하의 탄소 원자를 갖는 알킬, 알켄일, 알콕시, 알콕시알킬 또는 알콕시카본일옥시를 나타내거나, 다르게는 이들 라디칼 중 하나는 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 통상적으로 알킬 또는 알콕시 기이다. 제안된 치환기들의 다른 변형이 또한 일반적이다. 많은 이러한 물질 또는 이들의 혼합물은 시판중이다. 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 것이 당업자에게 자명하다.
본 발명에 따라 사용될 수 있는 LC 매질은 통상적으로 그 차제인 방식으로, 예를 들면 상기 정의된 바와 같이 하나 이상의 상기 언급된 화합물을 하나 이상의 중합성 화합물, 및 임의적으로 추가 액정 화합물 및/또는 첨가제와 혼합하여 제조된다. 일반적으로, 적은 양으로 사용된 성분의 목적한 양은 주성분을 이루는 성분 중에 유리하게는 고온에서 용해된다. 유기 용매, 예를 들면, 아세톤, 클로로포름 또는 메탄올에서 성분의 용액을 혼합하고, 완전히 혼합한 후 예를 들면 증류에 의해 상기 용매를 다시 제거하는 것이 또한 가능하다. 본 발명은 또한 본 발명에 따른 LC 매질의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 혼합물은 또한 통상적인 첨가제, 예를 들면, 안정화제, 산화방지제, UV 흡수제, 나노입자, 미소입자 등을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 액정 디스플레이의 구조는 예를 들면, EP A 0 240 379에 기재된 바와 같이 통상의 기하학적 구조에 상응한다.
본 발명에 따른 LC 디스플레이의 구조는 도입부에 인용된 선행 기술에 기재된 바와 같이, PSA 디스플레이에 대한 통상의 기하학적 구조에 상응한다. 돌출이 없는 기하학적 구조가 바람직하고, 특히 또한 착색 필터 면에서 전극은 비구조화되고 TFT 면에서의 전극 만이 슬롯을 갖는다. PS-VA 디스플레이의 특히 적합하고 바람직한 전극 구조는 예를 들면, US 2006/0066793 A1에 기재되어 있다.
본 발명에 따른 액정 혼합물과 상기 및 하기에 언급된 중합된 화합물의 조합은 높은 등명점 및 높은 HR 값을 보유하는 본 발명에 따른 LC 매질에서 낮은 역치 전압, 낮은 회전 점도 값 및 매우 우수한 저온 안정성에 영향을 미치고, PSA 디스플레이에서 특히 낮은 선경사각의 신속한 수립을 허용한다. 특히, LC 매질은 PSA 디스플레이에서 선행 기술로부터의 매질과 비교하여, 유의미하게 감소된 응답 시간, 특히 또한 회색 음영 응답 시간을 보인다.
중합성 화합물, 소위 반응성 메소젠(RM)(예를 들어 US 6,861,107에 개시됨)은, 혼합물을 기준으로 바람직하게는 0.01 내지 5 중량%, 특히 0.01 내지 1 중량%, 특히 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 농도로 본 발명에 따른 혼합물에 첨가된다. 이러한 혼합물은 또한 임의적으로, 예를 들어, US 6,781,665에 기재된 개시제를 포함할 수 있다. 상기 개시제, 예컨대 시바 케미칼스(Ciba Chemicals)로부터의 이르가녹스(Irganox)-1076은 바람직하게는 0 내지 1%의 양으로 중합성 화합물을 포함하는 혼합물에 첨가된다. 이러한 유형의 혼합물은, 반응성 메소젠의 중합이 액정 혼합물에서 발생하도록 의도되는 소위 중합체-안정화된 VA 모드(PS-VA) 또는 PSA(중합체 지속된 VA)를 위해 사용될 수 있다. 이를 위한 전제조건은, 액정 혼합물 자체가 어떠한 중합성 성분도 포함하지 않아야 한다는 것이다.
본 발명에 따른 IPS 및 PSA 디스플레이는 2개의 전극, 바람직하게는 LC 셀을 형성하는 1개 또는 2개의 기판에 적용된 투명 층의 형태를 갖는다. 각각의 경우, 하나의 전극은 예를 들면, 본 발명에 따른 PSA-VA, PSA-OCB 또는 PSA-TN 디스플레이에서 2개의 기판에 각각 인가되거나, 2개의 전극은 예를 들면, 본 발명에 따른 PSA-IPS 또는 PSA-FFS 디스플레이에서 2개의 기판 중 1개에만 인가되고, 다른 기판은 전극이 없다.
하기 의미가 상기 및 하기에 적용된다:
용어 "PSA"는 달리 나타내지 않는 한, PS 디스플레이 및 PSA 디스플레이를 나타내기 위해 사용된다.
용어 "활성 층" 및 "스위칭가능한 층"은 구조적 및 광학적 이방성을 갖는 하나 이상의 분자, 예를 들면 LC 분자를 포함하는 전기 광학 디스플레이, 예를 들면 LC 디스플레이에서의 층을 의미하고, 이는 전계 또는 자계와 같은 외부 자극 시 이들의 배향을 변화시켜 편광 또는 비편광에 대한 층의 투과를 변화한다.
본원에 사용된 용어 "경사" 및 "경사각"은 LC 디스플레이(여기서 바람직하게는 PSA 디스플레이)에서 셀의 표면에 대하여 LC 매질의 LC 분자의 경사진 정렬을 의미하는 것으로 이해될 것이다. 경사각은 여기서 LC 분자의 세로 분자 축(LC 방향자)과 LC 셀을 형성하는 평면 평형 외부 플레이트의 표면 사이의 평균 각(90°미만)을 나타낸다. 낮은 값의 경사각(즉, 90° 각으로부터 큰 편차)은 여기서 큰 경사에 상응한다. 경사각의 측정에 적합한 방법은 실시예에 주어진다. 달리 나타내지 않는 한, 상기 및 하기에 기재된 경사각 값은 이 측정 방법과 관련된다.
본원에 사용된 용어 "반응성 메소젠" 및 "RM"은 메소젠성 또는 액정 골격, 및 중합에 적합하고 또한 "중합성 기" 또는 "P"로도 지칭되는 이에 부착된 하나 이상의 작용기를 함유하는 화합물을 의미하는 것으로 이해될 것이다.
달리 나타내지 않는 한, 본원에 사용된 용어 "중합성 화합물"은 중합성 단량체 화합물을 의미하는 것으로 이해될 것이다.
본원에 사용된 용어 "저분자량 화합물"은 "중합성 화합물" 또는 "중합체"와는 반대로, 단량체이고/이거나 중합 반응에 의해 제조되지 않은 화합물을 의미하는 것으로 이해될 것이다.
본원에 사용된 용어 "비중합성 화합물"은 통상적으로 RM의 중합에 적용된 조건하에 중합에 적합한 작용기를 함유하지 않는 화합물을 의미하는 것으로 이해될 것이다.
본원에 사용된 용어 "메소젠 기"는 당업자에게 공지되고 문헌에 기술되어 있고, 이의 유인 및 반발 상호작용의 이방성으로 인해 저분자량 또는 중합성 물질에서 액정(LC) 상의 유발에 본질적으로 기여하는 기를 의미한다. 메소젠 기를 함유하는 화합물(메소젠성 화합물)은 그들 자체가 LC 상을 가질 필요는 없다. 메소젠성 화합물이 다른 화합물과 혼합한 후 및/또는 중합한 후에만 LC 상 거동을 보이는 것이 또한 가능하다. 전형적인 메소젠 기는 예를 들면 경질 막대형 유닛 또는 디스크형 유닛이다. 메소젠성 또는 LC 화합물과 관련하여 사용된 용어 및 정의의 개요는 문헌[Pure Appl. Chem. 2001, 73(5), 888] 및 문헌[C. Tschierske, G. Pelzl, S. Diele, Angew. Chem. 2004, 116, 6340-6368]에 주어진다.
본원에 사용된 용어 "이격기"(이하에서, "Sp"로도 지칭됨)는 당업자에게 공지되고 문헌에 기재되어 있고, 예를 들면, 문헌[Pure Appl. Chem. 2001, 73(5), 888] 및 문헌[C. Tschierske, G. Pelzl, S. Diele, Angew. Chem. 2004, 116, 6340-6368]을 참조한다. 본원에 사용된 용어 "이격기" 또는 "스페이서"는 중합성 메소젠성 화합물에서 메소젠 기와 중합성 기를 연결하는 가요성 기, 예를 들면 알킬렌 기를 의미한다.
본 발명의 목적을 위해, 용어 "액정 매질"은 LC 혼합물 및 하나 이상의 중합성 화합물(예를 들면, 반응성 메소젠)을 포함하는 매질을 나타내는 것으로 의도된다. 용어 "LC 혼합물"(또는 "호스트 혼합물")은 비중합성 저분자량 화합물로만, 바람직하게는 2개 이상의 액정 화합물 및 임의적으로 추가 첨가제, 예를 들면, 키랄 도판트 또는 안정화제로만 이루어진 액정 혼합물을 나타내는 것으로 의도된다. "비중합성"은 화합물이, 적어도 중합성 화합물의 중합에 사용된 조건하에 중합 반응에 안정하거나 비반응성임을 의미한다.
특히 바람직한 것은 네마틱 상, 특히 실온에서 네마틱 상을 갖는 액정 혼합물로 주어진다.
하나 이상의 화학식 I의 화합물을 포함하는 바람직한 PS 혼합물은 특히 하기와 같이 구별된다:
- 중합성 성분의 농도는 전체 혼합물에 기초하여 0.01 내지 5 중량%, 특히 0.01 내지 1 중량%, 특히 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%이다.
- 액정 매질은 말단 비닐옥시 기(-O-CH=CH2)를 함유하는 화합물을 포함하지 않는다.
- 본 발명에 따른 PS 혼합물을 함유하는 PS-VA 또는 PSA 디스플레이는 바람직하게는 85 내지 89°, 특히 바람직하게는 87 내지 89°의 선경사각을 갖는다.
본 발명에 따른 VA-유형 디스플레이에서, 스위치 오프 상태의 액정 매질의 층에서 분자는 전극 표면에 수직으로 정렬(호메오트로픽)되거나 경사진 호메오트로픽 정렬을 갖는다. 전기 전압이 전극에 인가되면, 전극 표면에 평행한 세로 분자 축을 갖는 LC 분자의 재정렬이 발생한다.
VA 유형의 디스플레이에 사용하기 위한 본 발명에 따른 LC 혼합물은 20℃ 및 1 kHz에서 바람직하게는 -0.5 내지 -10, 특히 -2.5 내지 -7.5의 음의 유전 이방성 Δε을 갖는다.
VA 유형의 디스플레이에 사용하기 위한 본 발명에 따른 LC 혼합물에서 복굴절 Δn은 바람직하게는 0.16 미만, 특히 바람직하게는 0.06 내지 0.14, 특히 0.07 내지 0.12이다.
본 발명에 따른 LC 혼합물 및 LC 매질은 또한 당업자에게 공지되고 문헌에 기재된 추가 첨가제, 예를 들면, 중합 개시제, 억제제, 안정화제, 표면-활성 물질 또는 키랄 도판트를 포함할 수 있다. 이들은 중합성이거나 비중합성일 수 있다. 따라서, 중합성 첨가제는 중합성 성분 또는 성분 (A)에서 분류된다. 따라서, 비중합성 첨가제는 LC 혼합물(호스트 혼합물), 또는 비중합성 성분 또는 성분 (B)에서 분류된다.
LC 혼합물 및 LC 매질은 예를 들면, 바람직하게는 하기 표 B로부터의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 키랄 도판트를 포함할 수 있다.
또한, 0 내지 15%, 바람직하게는 0 내지 10%의, 다색성 염료, 나노입자, 전도성 염, 착체 염 및 네마틱 상의 유전 이방성, 점도 및/또는 정렬을 변형시키기는 물질을 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상의 첨가제가 LC 매질에 첨가될 수 있다. 적합하고 바람직한 전도성 염은 예를 들면, 에틸다이메틸도데실암모늄-4-헥속시벤조에이트, 테트라부틸암모늄 테트라페닐보레이트 또는 크라운 에테르의 착체 염이다(예를 들면, 문헌[Haller et al., Mol. Cryst. Liq. Cryst. 24, 249-258, 1973] 참조). 이 유형의 물질은 예를 들면, DE A 22 09 127, DE A 22 40 864, DE A 23 21 632, DE A 23 38 281, DE A 24 50 088, DE A 26 37 430 및 DE A 28 53 728에 기재되어 있다.
PSA 디스플레이의 제조를 위해, 중합성 화합물은 전압의 인가 시 LC 디스플레이의 기판 사이의 액정 매질에서 동일 반응계 중합에 의해 (화합물이 2개 이상의 중합성 기를 함유하는 경우) 중합되거나 교차결합된다. 중합은 1 단계로 수행될 수 있다. 먼저 제 1 단계에서 선경사각을 생성하기 위해 전압을 인가하면서 중합을 수행하고, 이후 제 2 중합 단계에서 인가된 전압 없이(경화 종료) 제 1 단계에서 반응되지 않은 화합물을 중합하거나 교차결합하는 것이 또한 가능하다.
적합하고 바라직한 중합 방법은, 예를 들면 열중합 또는 광중합, 바람직하게는 광중합, 특히 UV 광중합이다. 필요한 경우, 하나 이상의 개시제가 또한 여기에 첨가될 수 있다. 중합에 적합한 조건, 및 개시제의 적합한 유형 및 양은 당업자에게 공지되어 있고 문헌에 기재되어 있다. 예를 들면, 시판중인 광개시제인 이르가큐어(Irgacure)651(등록상표), 이르가큐어184(등록상표), 이르가큐어907(등록상표), 이르가큐어369(등록상표) 또는 다로큐어(Darocure)1173(등록상표)[시바 아게(Ciba AG)]이 자유 라디칼 중합에 적합하다. 개시제가 사용되는 경우, 이의 비율은 바람직하게는 0.001 내지 5%, 특히 바람직하게는 0.001 내지 1%이다. 그러나, 중합은 또한 개시제의 첨가 없이 수행될 수 있다. 추가 바람직한 실시양태에서, 액정 매질은 중합 개시제를 포함하지 않는다.
중합성 성분 (A) 또는 액정 매질은 또한 예를 들면 저장 또는 수송 동안 RM의 바람직하지 않은 자발적인 중합을 막기 위해 하나 이상의 안정화제를 포함할 수 있다. 적합한 유형 및 양의 안정화제는 당업자에게 공지되어 있고 문헌에 기재되어 있다. 예를 들면, 이르가녹스(Irganox: 등록상표) 시리즈(시바 아게)로 시판중인 안정화제, 예를 들면, 이르가녹스(등록상표) 1076이 특히 적합하다. 안정화제가 사용되는 경우, 이의 비율은 RM 또는 중합성 성분 (A)의 총 양에 기초하여 바람직하게는 10 내지 10,000 ppm, 특히 바람직하게는 50 내지 500 ppm이다.
중합성 화합물은 또한 개시제 없이 중합에 적합하고, 이는 적은 재료 비용 및 특히 개시제 또는 이의 분해 산물의 가능한 잔여량에 의한 액정 매질의 적은 오염과 같은 상당한 장점을 수반한다.
특히 바람직한 것은 1, 2 또는 3개의 중합성 화합물을 포함하는 LC 매질로 주어진다.
바람직한 것은 또한 아키랄 중합성 화합물, 및 성분 (A) 및/또는 (B)의 화합물이 아키랄 화합물로 이루어진 군으로부터만 선택되는 LC 매질로 주어진다.
바람직한 것은 또한 중합성 성분 또는 성분 (A)가 1개의 중합성 기(일반응성)를 함유하는 하나 이상의 중합성 화합물 및 2개 이상, 바람직하게는 2개의 중합성 기(이반응성 또는 다중반응성)를 함유하는 하나 이상의 중합성 화합물을 포함하는 LC 매질로 주어진다.
바람직한 것은 또한 PSA 디스플레이, 및 중합성 성분 또는 성분 (A)가 2개의 중합성 기(이반응성)를 함유하는 중합성 화합물만 포함하는 LC 매질로 주어진다.
중합성 화합물은 LC 매질에 개별적으로 첨가될 수 있지만, 본 발명에 따른 2개 이상의 중합성 화합물을 포함하는 혼합물을 사용하는 것이 또한 가능하다. 상기 혼합물의 중합의 경우, 공중합체가 형성된다. 본 발명은 또한 상기 및 하기에 언급된 중합성 혼합물에 관한 것이다. 중합성 화합물은 메소젠성 또는 비메소젠성일 수 있다. 특히 바람직한 것은 반응성 메소젠(RM)으로도 공지된 중합성 메소젠성 화합물로 주어진다.
본 발명에 따른 LC 매질 및 PSA 디스플레이에 사용하기에 적합하고 바람직한 RM은 당업자에게 공지되어 있다.
화학식 IIA, IIB 및/또는 IIC의 화합물 이외에, 하나 이상의 화학식 I의 화합물인 본 발명에 따른 혼합물은 바람직하게는 하기 표 A에 나타낸 화합물을 하나 이상 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 pat00058
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Figure pat00075
본 발명에 따라 사용될 수 있는 액정 혼합물은 그 자체가 통상적인 방법으로 제조된다. 일반적으로, 유리하게는 고온에서, 더 적은 양으로 사용되는 성분의 목적한 양을 주성분을 구성하는 성분에 용해한다. 또한, 유기 용매, 예컨대 아세톤, 클로로포름 또는 메탄올 중의 성분들의 용액을 혼합하고, 철저히 혼합한 후 용매를 예를 들면 증류에 의해 다시 제거하는 것도 가능하다.
적합한 첨가제를 사용하여, 본 발명에 따른 액정 상은 예를 들어, 지금까지 기술되어 왔던 임의의 유형의 ECB, VAN, IPS, GH 또는 ASM-VA LCD 디스플레이에서 사용될 수 있는 방법으로 변형될 수 있다.
유전체는 또한, 당업자에게 공지되고 문헌에 기술된 추가 첨가제, 예를 들면, UV 흡수제, 산화방지제, 나노입자 및 자유-라디칼 소거제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 0 내지 15%의 다색성 염료, 안정화제 또는 키랄 도판트가 첨가될 수 있다. 본 발명에 따른 혼합물에 적합한 안정화제는 특히 표 B에 열거되어 있다.
예를 들어, 0 내지 15%의 다색성 염료가 첨가될 수 있고, 또한 전도성 염, 바람직하게는 에틸다이메틸도데실암모늄 4-헥스옥시벤조에이트, 테트라부틸암모늄 테트라페닐보로네이트 또는 크라운 에테르의 착체 염(예를 들어 문헌[Haller et al., Mol. Cryst. Liq. Cryst. Volume 24, pages　249-258 (1973)] 참조)이 전도성을 개선하기 위해 첨가되거나 네마틱 상의 유전 이방성, 점도 및/또는 정렬을 변형하기 위한 물질이 첨가될 수 있다. 이러한 유형의 물질은 예를 들어 DE 22 09 127, DE 22 40 864, DE 23 21 632, DE 23 38 281, DE 24 50 088, DE 26 37 430 및 DE 28 53 728에 기술되어 있다.
표 B는 본 발명에 따른 혼합물에 첨가될 수 있는 가능한 도판트를 나타낸다. 혼합물이 도판트를 포함하는 경우, 이는 0.01 내지 4 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 1.0 중량%의 양으로 사용된다.
[표 B]
Figure pat00076
Figure pat00077
예를 들면, 혼합물의 총 양에 기초하여 10 중량% 이하, 바람직하게는 0.01 내지 6 중량%, 특히 0.1 내지 3 중량%의 양으로 본 발명에 따른 혼합물에 첨가될 수 있는 안정화제를 하기 표 C에 나타낸다. 바람직한 안정화제는 특히 BHT 유도체, 예를 들면 2,6-다이-t-부틸-4-알킬페놀, 및 티누빈(Tinuvin) 770, 뿐만 아니라 투니빈(Tunivin P) 및 템폴(Tempol)이다.
하기 표 C는 본 발명에 따른 LC 매질에 첨가될 수 있는 가능한 안정화제를 나타낸다.
[표 C]
(여기서, n은 1 내지 12의 정수, 바람직하게는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 또는 8을 나타내고, 말단 메틸 기는 나타내지 않는다).
Figure pat00078
Figure pat00079
Figure pat00080
Figure pat00081
Figure pat00082
LC 매질은 바람직하게는 0 내지 10 중량%, 특히 1 ppm 내지 5 중량%, 특히 바람직하게는 1 ppm 내지 1 중량%의 안정화제를 포함한다. LC 매질은 바람직하게는 상기 표 C로부터의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 안정화제를 포함한다.
실시예
하기 실시예는 본 발명을 제한하지 않고 설명하기 위함이다.
달리 명백하게 나타내지 않는 한, 본원에 나타낸 모든 온도 값, 예를 들면 융점 T(C,N), 스메틱(S) 상으로부터 네마틱(N) 상으로의 전이 T(S,N) 및 등명점 T(N,I)은 섭씨 온도(℃)를 나타낸다. M.p.는 융점을 나타내고, cl.p.는 등명점을 나타낸다. 또한, C = 결정 상태, N = 네마틱 상, S = 스메틱 상 및 I = 등방성 상을 나타낸다. 이러한 기호 사이의 숫자는 전이 온도를 나타낸다.
화학식 I의 화합물의 광학 이방성 Δn을 결정하는데 사용되는 호스트 혼합물은 상업적 혼합물 ZLI-4792(메르크 카게아아(Merck KGaA))이다. 유전 이방성 Δε은 상업적 혼합물 ZLI-2857을 사용하여 결정된다. 조사할 화합물의 물리적 데이터는, 조사할 화합물의 첨가 후 호스트 혼합물의 유전 상수의 변화 및 사용된 화합물의 100%까지의 외삽으로부터 수득된다. 일반적으로, 용해도에 따라, 조사할 화합물의 10%를 호스트 혼합물에 용해한다.
달리 지시되지 않는 한, 부 또는 % 데이터는 중량부 또는 중량%를 나타낸다.
상기 및 하기에서, 하기의 약어 및 기호가 사용된다:
V0은 20℃에서의 용량성(capacitive) 역치 전압[V]을 나타내고,
ne는 20℃ 및 589 nm에서의 이상(extraordinary) 굴절률을 나타내고,
no는 20℃ 및 589 nm에서의 정상(ordinary) 굴절률을 나타내고,
Δn은 20℃ 및 589 nm에서의 광학 이방성을 나타내고,
ε⊥은 20℃ 및 1 kHz에서 방향자에 수직인 유전 감수율을 나타내고,
ε∥은 20℃ 및 1 kHz에서 방향자에 평행한 유전 감수율을 나타내고,
Δε은 20℃ 및 1 kHz에서의 유전 이방성을 나타내고,
cl.p., T(N,I)는 등명점(clearing point)[℃]을 나타내고,
γ1은, 자계에서 회전법으로 측정된, 20℃에서 측정된 회전 점도[mPaㆍs]를 나타내고,
K1은 20℃에서 "펼침(splay)" 변형율[pN]의 탄성 상수를 나타내고,
K3은 20℃에서 "굽힘(bend)" 변형율[pN]의 탄성 상수를 나타내고,
LTS는 테스트 셀 내에서 측정된 저온 안정성(네마틱 상)을 나타내고,
HR20은 20℃에서 전압 보유 비[%]를 나타내고,
HR100은 100℃에서 전압 보유 비[%]를 나타낸다.
본원에서 모든 농도는 달리 명확하게 나타내지 않는 한 상응하는 혼합물 또는 혼합물 성분과 관련된다. 모든 물리적 특성은 달리 명확하게 나타내지 않는 한, 문헌["Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", status November 1997, Merck KGaA, Germany]에 기재된 바와 같이 측정되고 20℃의 온도를 적용한다.
달리 명확하게 나타내지 않는 한, 본원에서 모든 농도 및 % 값(HR, 콘트라스트 및 전송에 대한 값을 제외하고)은 중량%를 나타내고 용매 없이 모든 고체 또는 액정 성분을 포함하는 전체 상응하는 혼합물과 관련된다.
혼합물 실시예
실시예 M1
Figure pat00083
실시예 M2
Figure pat00084

Claims (12)

  1. 하나 이상의 하기 화학식 I의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 극성 화합물의 혼합물에 기초하는 액정 매질:
    Figure pat00085

    상기 식에서,
    R1 및 R1*는 각각 서로 독립적으로 1 내지 15개의 탄소 원자를 갖는 알킬 또는 알콕시 라디칼, 또는 3 내지 5개의 탄소 원자를 갖는 사이클로알킬 라디칼을 나타내고, 이들 라디칼에서 하나 이상의 CH2 기는 또한 각각 서로 독립적으로 O 원자가 서로 직접 연결되지 않도록 -C≡C-, -CF2O-, -CH=CH-,
    Figure pat00086
    , -O-, -CO-O-, 또는 -O-CO-로 대체될 수 있고, 하나 이상의 H 원자는 또한 할로겐으로 대체될 수 있다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    하기 화학식 IIA, IIB 및 IIC의 화합물의 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질:
    Figure pat00087

    Figure pat00088

    상기 식에서,
    R2A, R2B 및 R2C는 각각 서로 독립적으로 H, 또는 비치환되거나 CN 또는 CF3으로 일치환되거나 할로겐으로 적어도 일치환되는, 15개 이하의 탄소 원자를 갖는 알킬 라디칼을 나타내고, 이때, 상기 알킬 라디칼에서 하나 이상의 CH2 기는 또한 O 원자가 서로 직접 연결되지 않도록 -O-, -S-,
    Figure pat00089
    , -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-, -CO-O-, -O-CO-, -C2F4-, -CF=CF- 또는 -CH=CHCH2O-를 나타내고,
    p는 1 또는 2를 나타내고,
    q는 0 또는 1을 나타내고,
    v는 1 내지 6을 나타낸다.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    하나 이상의 하기 화학식 I-1의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질:
    Figure pat00090

    상기 식에서,
    알킬 및 알킬*는 각각 서로 독립적으로 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼을 나타낸다.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 하기 화학식 IIB-11의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질:
    Figure pat00091

    상기 식에서,
    알킬 및 알킬*는 각각 서로 독립적으로 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼을 나타낸다.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 중합성 화합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질.
  6. 제 5 항에 있어서,
    중합성 화합물의 농도가 매질을 기준으로 0.01 내지 5 중량%인 것을 특징으로 하는, 액정 매질.
  7. 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 하나 이상의 추가 메소제닉 화합물과 혼합하고, 하나 이상의 중합성 화합물을 임의적으로 첨가하는 것을 특징으로 하는, 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질의 제조 방법.
  8. 전기 광학 디스플레이에서의, 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질의 용도.
  9. VA, PVA 및 PS-VA, IPS, PS-IPS, FFS, PS-FFS 또는 PALC 디스플레이에서의, 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질의 용도.
  10. 전계 또는 자계의 인가 시 PSA 디스플레이에서 중합성 화합물의 동일 반응계 중합에 의해 액정 매질에서 경사각을 생성하는 PS 및 PSA 디스플레이에서의, 제 5 항 또는 제 6 항에 따른 액정 매질의 용도.
  11. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질을 유전체로서 함유하는 것을 특징으로 하는, 능동-매트릭스 어드레싱을 갖는 전기 광학 디스플레이.
  12. 제 11 항에 있어서,
    VA, PSA, PS-VA, PALC, FFS, PS-FFS 또는 PS-IPS 디스플레이인 것을 특징으로 하는, 전기 광학 디스플레이.
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