KR20180106882A

KR20180106882A - 액정 매질

Info

Publication number: KR20180106882A
Application number: KR1020180025631A
Authority: KR
Inventors: 창숙 최; 창준 윤; 연정 한; 희석 진; 용국 윤
Original assignee: 메르크 파텐트 게엠베하
Priority date: 2017-03-16
Filing date: 2018-03-05
Publication date: 2018-10-01
Also published as: EP3375843A1; EP3375841A1; JP2018184591A; US20180265786A1; TW201839107A; CN108624336A

Abstract

본 발명은
(a) 하나 이상의 하기 화학식 IA의 화합물;
(b) 하나 이상의 하기 화학식 II의 화합물; 및
(c) 하기 화학식 III-1 내지 III-4의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물
을 포함하는 액정 매질, 상기 액정 매질의 전자-광학 디스플레이, 특히 VA, ECB, FFS 또는 IPS 효과를 기반으로 하는 능동-매트릭스 디스플레이에서의 용도, 본 발명에 따른 액정 매질을 함유하는 상기 유형의 디스플레이에 관한 것이다:

상기 식에서, 매개변수는 청구범위 제1항에 지시된 의미를 갖는다.

Description

액정 매질{LIQUID-CRYSTALLINE MEDIUM}

본 발명은 액정 매질 및 이의 액정 디스플레이에서의 용도, 및 상기 액정 디스플레이, 특히 유전체 음성인 액정을 갖는 ECB(전기적으로 제어된 복굴절, electrically controlled birefringence) 효과 디스플레이, IPS(평면 내 스위칭, in-plane switching) 디스플레이 또는 FFS(프린지 필드 스위칭, fringe field switching) 디스플레이에 관한 것이다.

현재 사용되는 대다수의 액정 디스플레이(LCD)들은 통상적으로 TN(비틀린 네마틱, twisted nematic) 유형의 것들이다. 그러나, 이들은 대비(contrast)가 시야각에 강하게 의존성인 단점을 갖는다.

또한, 이른바 VA(수직 정렬된) 디스플레이는 보다 넓은 시야각을 갖는 것으로 공지되어 있다. VA 디스플레이의 액정 셀은 2개의 투명 전극 사이에 음의 값의 유전체 이방성(Δε)을 갖는 액정 매질의 층을 함유한다. 스위치가 꺼진 상태에서, 액정 층의 분자들은 전극 표면들에 수직하게(수직적으로(homeorotropically)) 정렬되거나 경사진 수직적 정렬을 갖는다. 2개의 전극에 전압 인가시, 액정 분자들은 전극 표면들에 대하여 평행하게 재정렬된다.

또한, 이른바 IPS(in-plane switching) 디스플레이가 공지되어 있고, 이는 2개의 기판들 사이에서 평면형 정렬을 갖는 액정 층을 함유하되, 2개의 전극들은 2개의 기판들 중 오직 하나 상에서 정렬되고 바람직하게는 교호된 빗살형 구조를 갖는다. 전극들에 전압 인가시, 액정 층에 평행한 유의한 성분을 갖는 전기장이 그들 사이에 생성된다. 이는 상기 층 평면 내의 액정 분자들의 재정렬을 야기한다.

또한, 소위 FFS(fringe-field switching) 디스플레이가 보고되어 있고(특히, 문헌[SH Junget al., Jpn. J. Appl. Phys., Volume 43, 1028] 참조), 이는 동일한 기판 상에 하나는 빗 모양의 구조화되고 다른 하나는 구조화되지 않은 2개의 전극을 포함한다. 이에 의해 강한, 이른바 "프린지 필드(fringe field)"가 생성되고, 즉, 전극의 가장자리에 가까운 강한 전기장, 및 셀 전체에 걸쳐 전기장이 생성되고, 이는 강한 수직 성분과 강한 수평 성분을 갖는다. FFS 디스플레이는 대비의 시야각 의존성이 낮다. FFS 디스플레이는 일반적으로 양의 유전체 이방성을 갖는 액정 매질 및 일반적으로 폴리이미드로 된 정렬 층을 포함하며, 이는 액정 매질의 분자에 평면 정렬을 제공한다.

FFS 디스플레이는 능동형 매트릭스 또는 수동형 매트릭스 디스플레이로 작동 할 수 있다. 능동형-매트릭스 디스플레이의 경우, 개별 픽셀은 일반적으로, 예를 들면 트랜지스터(예를 들면, 박막 트랜지스터(TFT))와 같은 집적되고 비선형인 능동 소자에 의해 어드레싱되는 반면, 수동형-매트릭스 디스플레이에서, 개별 픽셀은 통상적으로 종래 기술로부터 알려진 바와 같이 멀티 플렉스 방법에 의해 어드레싱된다.

또한, FFS 디스플레이가 개시되어 있고(문헌[SH Lee et al., Appl. Phys. Lett. 73 (20), 1998, 2882-2883] 및 [SH Lee et al., Liquid Crystals 39 (9), 2012, 1141-1148]), 이는 FFS 디스플레이와 유사한 전극 설계 및 층 두께를 갖지만, 양의 유전체 이방성을 갖는 액정 매질 대신에 음의 유전체 이방성을 갖는 액정 매질의 층을 포함한다. 음의 유전체 이방성을 갖는 액정 매질은 양의 유전체 이방성을 갖는 액정 매질에 비하여 더 적은 경사 및 더 많은 트위스트 배향을 갖는 보다 바람직한 방향자(director) 배향을 나타내므로, 이들 디스플레이는 보다 높은 투과율을 갖는다.

그러나, FFS 디스플레이에서 음의 유전체 이방성을 갖는 액정 매질의 사용은 또한 몇 가지 결점을 갖는다. 예를 들면, 그들은 양의 유전체 이방성을 갖는 액정 매질에 비해 상당히 낮은 신뢰성을 갖는다.

이하에서 사용된 용어 "신뢰성"은, 잔상(image sticking)(영역 및 라인 잔상), 무라(mura), 요고레(yogore)과 같은 디스플레이 결함을 일으키며 액정 디스플레이 분야의 당업자에게 공지된 상이한 스트레스 부하, 예컨대 광 부하(light load), 온도, 습도, 또는 전압을 갖는 시간 동안의 디스플레이의 성능의 품질을 의미한다. 신뢰성을 분류하기 위한 표준 파라미터로서 일반적으로 전압 유지비(VHR) 값이 사용되며, 이는 시험 디스플레이에서 일정한 전압을 유지하는 척도이다. VHR 값이 높을수록 매질의 신뢰성이 높아진다.

FFS 디스플레이에서 음의 유전체 이방성을 갖는 액정 매질의 감소된 신뢰성은 액정 분자와 정렬 층의 폴리이미드의 상호 작용에 의해 설명될 수 있으며, 그 결과 이온은 폴리이미드 정렬 층으로부터 추출되며, 음의 유전체 이방성을 갖는 액정 분자는 그러한 이온을 보다 효과적으로 추출한다.

이로 인해 FFS 디스플레이에 액정 매질이 사용되는 새로운 요구 사항이 생긴다. 특히, 액정 매질은 UV 노출 후에 높은 신뢰성 및 높은 VHR 값을 나타내야한다. 추가 요구 사항은 높은 비저항, 큰 작동 온도 범위, 낮은 온도에서도 짧은 응답 시간, 낮은 역치 전압, 복수의 그레이(grey) 수준, 높은 대비 및 넓은 시야각, 및 감소된 잔상이다.

따라서, 종래 기술로부터 공지된 디스플레이에서 종종 소위 "잔상" 또는 "이미지 번(burn)"의 바람직하지 못한 효과가 관찰되며, 여기서 개별 픽셀의 일시적 어드레싱에 의해 액정 디스플레이에서 생성된 이미지는, 이러한 픽셀의 전기장이 꺼졌거나 다른 픽셀이 어드레싱된 후에도 여전히 남아 있다.

한편으로, 이러한 "잔상"은 낮은 VHR을 갖는 액정 매질이 사용되는 경우에 발생할 수 있다. 주광 또는 백라이트의 UV 성분은 그 내부의 액정 분자의 바람직하지 않은 분해 반응을 일으켜서 이온 또는 자유 라디칼 불순물의 생성을 개시할 수 있다. 이들은 특히 전극 또는 정렬 층에서 축적되어 유효 인가 전압을 감소시킬 수 있다.

종래 기술에서 관찰된 또 다른 문제점은, FFS 디스플레이를 포함하지만 이에 한정되지 않는 디스플레이에서 사용하기 위한 액정 매질이 종종 높은 점도를 나타내며, 결과적으로 높은 스위칭 시간을 나타낸다는 것이다. 액정 매질의 점도 및 스위칭 시간을 감소시키기 위해, 종래 기술에서는 알켄일 기를 갖는 액정 화합물을 첨가하는 것이 제안되었다. 그러나, 알켄일 화합물을 함유하는 액정 매질은, 종종 UV 선, 또한 일반적으로 UV 광을 방출하지 않는 디스플레이의 백라이트로부터의 가시광에 노출된 후 VHR의 감소뿐만 아니라 신뢰성 및 안정성의 감소를 나타낸다.

신뢰성 및 안정성의 저하를 감소시키기 위해, 안정화제, 예컨대 EP 2　514　800　B1 및 WO 2009/129911 A1에 개시되어 있는 HALS(장애 아민 광 안정화제) 유형의 화합물이 제안되었다. 전형적 예는 하기 화학식의 티누빈 770이다.

그러나, 이러한 액정 혼합물은, 예컨대 전형적 CCFL-(냉 캐쏘드 형광 램프) 백라이트에 의한 복사 시에 디스플레이의 작동 동안 불충분한 신뢰성을 여전히 보일 수 있다.

액정의 안정화에 사용되는 상이한 부류의 화합물은 페놀로부터 유도된 산화방지제, 예컨대 DE 19539141 A1에 기술되어 있는 하기 화합물이다.

이러한 안정화제는, 열 또는 산소의 영향에 대해 액정 혼합물을 안정화시키기 위해 사용될 수 있지만, 전형적으로 광 스트레스 하에 장점을 보이지 않는다.

또한, 하나 이상의 안정화제를 포함하는 음의 유전체 이방성을 갖는 액정 매질은, 예컨대 WO 2016/146245 A1에 기술되어 있다.

다양한 유형의 화합물 자체의 복잡한 혼합물인 액정이 폴리이미드를 비롯한 다양한 종류의 화합물과 상호 작용하는 디스플레이에서의 다양한 종류의 안정화제와 미세한 효과의 복잡한 작용 방식 때문에, 당업자가 최적의 소재 조합을 식별할 수 있는 올바른 안정화제를 선택하는 것도 어려운 과제이다. 따라서, 적용가능한 소재의 범위를 넓히기 위해 상이한 성질을 갖는 새로운 유형의 안정제에 대한 상당한 요구가 여전히 존재한다.

따라서, 본 발명의 목적은, VA-, IPS- 또는 FFS 디스플레이에 사용하기 위해 전술한 단점을 나타내지 않거나 또는 단지 작은 정도로만 나타내고 개선된 특성을 갖는 개선된 액정 매질을 제공하는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 우수한 투과율, 높은 신뢰성, 특히 백라이트 노출 후에 높은 VHR 값, 높은 비저항, 큰 작동 온도 범위, 낮은 온도에서도 짧은 응답 시간, 낮은 역치 전압, 복수의 그레이 수준, 높은 대비 및 넓은 시야각, 및 감소된 잔상 등을 갖는 FFS 디스플레이를 제공하는 것이다.

이 목적은, 이후에 기술되고 청구되는, VA-, IPS- 또는 FFS 디스플레이에서의 사용을위한 액정 혼합물의 안정화 방법을 제공함으로써 본 발명에 따라 달성되었다. 특히, 본 발명의 발명자들은 VA-, IPS- 또는 FFS 디스플레이에서 하기에 기술되는 안정화제, 바람직하게는 하나 이상의 알켄일 화합물을 포함하는 액정 매질을 사용함으로써 상기 목적을 달성할 수 있음을 발견했다. FFS 디스플레이에 사용하기 위해 이러한 안정화제를 액정 매질에서 사용하는 경우 놀랍게도 백라이트 부하 후의 신뢰성 및 VHR 값이 본 발명에 따른 안정화제가 없는 액정 매질에 비해 더 높다는 것이 또한 밝혀졌다.

또한, 이후에 기술되는 안정화제를 포함하는 액정 매질은 알켄일-함유 액정 매질의 기지의 장점, 예컨대 감소된 점도 및 보다 빠른 스위칭 시간을 이용하는 것을 가능하게 하는 동시에, 특히 백라이트 노출 후에 향상된 신뢰성 및 높은 VHR 값을 야기한다.

특히, 놀랍게도, 적합한 안정화제가 첨가되는 경우, 하기 화학식 II 화합물의 사용을 통해 액정 혼합물의 빠른 응답 시간과 동시에 훌륭한 신뢰성을 수득하는 것이 가능하다. 여기에서 특별히 영향을 받을 수 있는 신뢰성 매개변수는 광에 대한 노출, 예를 들어 UV 광에 대한, 또는 액정 디스플레이의 백라이트에 의한 노출 후의 VHR이다. 이러한 유형의 안정화제의 사용은 광에 대한 노출 후의 VHR을 증가시킨다.

본 발명은

(a) 하나 이상의 하기 화학식 IA의 화합물;

(b) 하나 이상의 하기 화학식 II의 화합물; 및

(c) 하기 화학식 III-1 내지 III-4의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물

을 포함하는 액정 매질에 관한 것이다:

상기 식에서,

는

를 나타내고;

R^1A는 H, 15개 이하의 C 원자를 갖는 알킬, 알켄일 또는 알콕시를 나타내되, 하나 이상의 H 원자는 할로겐으로 대체될 수 있고;

R^2A는 H, 7개 이하의 C 원자를 갖는 알킬, 알켄일 또는 알콕시를 나타내되, 하나 이상의 H 원자는 할로겐으로 대체될 수 있고;

r은 0 또는 1이고;

R²¹은 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 치환되지 않은 알킬 라디칼 또는 2 내지 7개의 C 원자를 갖는 치환되지 않은 알켄일 라디칼을 나타내고;

R²²는 2 내지 7개의 C 원자를 갖는 치환되지 않은 알켄일 라디칼을 나타내고;

R³¹은 각각의 경우에 동일하거나 상이하게 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 치환되지 않은 알킬 라디칼을 나타내고;

R³²는 각각의 경우에 동일하거나 상이하게 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 치환되지 않은 알킬 라디칼 또는 1 내지 6개의 C 원자를 갖는 치환되지 않은 알콕시 라디칼을 나타내고;

m, n 및 o는 각각 동일하거나 상이하게 0 또는 1을 나타낸다.

본 발명에 따른 혼합물은 바람직하게는, 70℃ 이상, 바람직하게는 75℃ 이상, 특히 80℃ 이상의 등명점, 매우 바람직한 값의 임계 정전용량, 상대적으로 높은 VHR 값과 동시에 -20 및 -30℃에서의 매우 훌륭한 매우 훌륭한 온도 안정성, 및 매우 낮은 회전 점도값 및 짧은 응답 시간을 갖는 매우 넓은 네마틱 상 범위를 나타낸다. 본 발명에 따른 혼합물은 회전 점도 γ₁의 향상에 추가로, 응답 시간의 향상을 위한 상대적으로 높은 수치의 탄성 상수 K₃₃이 관찰되는 사실에 의해 추가로 차별화된다. 바람직하게는 음의 유전체 이방성을 갖는 액정 혼합물 중 화학식 II의 화합물을 사용함으로써, 점도 γ₁과 탄성 상수 K_i의 비가 감소된다. 동시에, 본 발명에 따른 액정 매질은 하나 이상의 화학식 IA의 화합물을 갖지 않는 액정 매질에 비해, 유리하게 높은 신뢰성, 특히 열 및/또는 광 스트레스 후의 장기적 신뢰성, 및 특히 열 및/또는 광 스트레스 후의 특히 높은 VHR과 더불어 잔상을 갖지 않거나 디스플레이의 작동을 위해 충분히 낮은 잔상을 나타낸다.

본원에서, 원소들 모두는 그들의 개별적인 동위원소들을 포함한다. 특히, 화합물 내의 하나 이상의 H는 D로 대체될 수 있고, 이는 또한 일부 양태에서 특히 바람직하다. 상응하는 화합물들의 상응하게 높은 정도의 중수소화는, 예를 들어 화합물의 검출 및 인식을 가능하게 한다. 이는 일부 경우, 특히 화학식 IA 또는 B의 화합물의 경우에서 매우 유용하다.

본원에서, 광 스트레스는 자기 스펙트럼의 가시광선 또는 UV-A, 또는 둘 다의 범위 내의 광에 대한 노출을 의미한다.

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 나타내고;

알콕시는 특히 바람직하게는 1 내지 15개의 C 원자를 갖는 알콕시, 특히 바람직하게는 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, n-부톡시, n-펜틸옥시 또는 n-헥실옥시를 나타낸다.

화학식 IA의 바람직한 화합물은 하기 화학식 IA-1 및 IA-2, 특히 화학식 IA-1의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물이다:

상기 식에서,

R^1A는 상기 주어진 의미를 갖고, 바람직하게는 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 알킬, 특히 바람직하게는 에틸, n-프로필, n-부틸 또는 n-펜틸을 나타낸다.

본 발명에 따른 매질은 바람직하게는, 하나 이상의 화학식 IA-1의 화합물, 바람직하게는 하기 화학식 IA-1a 내지 IA-1e의 화합물로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다.

화학식 II의 바람직한 화합물은 하기 화학식 II-1 및 II-2, 바람직하게는 화학식 II-1의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물이다:

상기 식에서,

알킬은 1 내지 7개의 C 원자, 바람직하게는 2 내지 5개의 C 원자를 갖는 알킬 라디칼을 나타내고;

알켄일은 2 내지 5개의 C 원자, 바람직하게는 2 내지 4개의 C 원자, 특히 바람직하게는 2개의 C 원자를 갖는 알켄일 라디칼을 나타내고;

알켄일'은 2 내지 5개의 C 원자, 바람직하게는 2 내지 4개의 C 원자, 특히 바람직하게는 2 내지 3개의 C 원자를 갖는 알켄일 라디칼을 나타낸다.

본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는, 하나 이상의 화학식 III-1 화합물, 바람직하게는 하기 화학식 III-1-1 및 III-1-2의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다:

상기 식에서,

매개변수는 화학식 III-1에 대하여 상기 주어진 의미를 갖고, 바람직하게는

R³¹은 2 내지 5개의 C 원자, 바람직하게는 3 내지 5개의 C 원자를 갖는 알킬 라디칼을 나타내고;

R³²는 2 내지 5개의 C 원자를 갖는 알킬 또는 알콕시 라디칼, 바람직하게는 2 내지 4개의 C 원자를 갖는 알콕시 라디칼, 또는 2 내지 4개의 C 원자를 갖는 알켄일옥시 라디칼을 나타낸다.

본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는, 하나 이상의 화학식 III-2의 화합물, 바람직하게는 하기 화학식 III-2-1 및 III-2-2의 화합물의 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다:

상기 식에서,

본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는, 하나 이상의 화학식 III-3의 화합물, 바람직하게는 하기 화학식 III-3-1 및 III-3-2의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다:

상기 식에서,

바람직한 양태에서, 본 발명에 따른 액정 매질은 화학식 II-2 및 II-2의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화학식 II의 화합물을 포함한다.

본 발명의 바람직한 양태에서, 액정 매질은 하기 화학식 IB의 화합물로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다:

상기 식에서,

G는 단일 결합, 또는 1 내지 20개의 C 원자를 갖는 2가 지방족 또는 사이클로지방족 라디칼을 나타낸다.

기 G의 예는 메틸렌, 에틸렌 또는 20개의 C 원자를 갖는 폴리메틸렌이거나; 알켄일 라디칼은 1 또는 2개의 헤테로 원자, 예컨대 2가 라디칼 -CH₂OCH₂-, -CH₂CH₂OCH₂CH₂-, -CH₂CH₂OCH₂CH₂OCH₂CH₂-, -CH₂C(O)OCH₂CH₂O(O)CCH₂-, -CH₂CH₂C(O)OCH₂CH₂O(O)CCH₂CH₂-, -CH₂CH₂-C(O)O(CH₂)₄O(O)C-CH₂CH₂-, -CH₂CH₂O(O)C(CH₂)₄C(O)OCH₂CH₂- 또는 -CH₂CH₂O(O)C(CH₂)₈C(O)OCH₂CH₂-에 의해 중단된다. 또한, G는 아킬렌-비스-알킬렌, 예를 들어 p-자일렌, 벤젠-1,3-비스(에틸렌), 바이페닐-4,4'-비스(메틸렌) 또는 나프탈렌-1,4-비스(메틸렌)일 수 있다. 최종적으로 이는 4 내지 8개의 C 원자를 갖는 알켄일렌 또는 알킨일렌, 예컨대 2-부텐일렌-1,4, 2-부텐일렌-1,4 또는 2,4-헥사다이인일렌-1,6일 수 있다.

바람직하게는, 화학식 IB의 화합물은 하기 화학식 IB-1의 화합물로부터 선택된다:

상기 식에서,

R^IB는 H 또는 1 내지 6개의 C 원자를 갖는 알킬, 바람직하게는 H 또는 에틸을 나타내고;

t는 0 또는 1을 나타내고;

q는 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 또는 9를 나타낸다.

특히 바람직하게는, 화학식 IB-1의 화합물은 하기 화학식 IB-1a 및 IB-1b의 화합물로부터 선택된다:

상기 식에서,

q는 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 또는 9, 바람직하게는 6, 7 또는 8, 특히 바람직하게는 7이다.

바람직한 양태에서, 본 발명에 따른 액정 매질은 하나 이상의 하기 화학식 ST의 화합물을 추가로 포함한다:

상기 식에서,

R^ST는 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 알킬을 나타낸다.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 액정 매질을 함유하는 전자-광학 디스플레이 또는 전자-광학 성분에 관한 것이다. 바람직함은 VA 또는 ECB 효과를 기반으로 하는 전자-광학 디스플레이, IPS 디스플레이 및 FFS 디스플레이, 특히 능동-매트릭스 어드레싱 장치에 의해 어드레싱되는 것들에 주어진다.

따라서, 본 발명은 마찬가지로 본 발명에 따른 액정 매질의 전자-광학 디스플레이 또는 전자-광학 성분에서의 용도, 하나 이상의 화학식 IA의 화합물이 하나 이상의 화학식 II의 화합물, 바람직하게는 하나 이상의 하위-화학식 II-1의 화합물 및 하나 이상의 추가적인 화합물, 바람직하게는 화학식 III-1 내지 III-4의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 추가적인 화합물이 혼합되는, 본 발명에 따른 액정 매질의 제조 방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 하나 이상의 화학식 II의 화합물 및 화학식 III-1 내지 III-4의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하되, 하나 이상의 화학식 IA의 화합물및 임의적으로는 하나 이상의 화학식 IB의 화합물이 상기 액정 매질에 첨가되는, 매질의 안정화 방법에 관한 것이다.

추가로 바람직한 양태에서, 액정 매질은 하나 이상의 하기 화학식 IV의 화합물을 포함한다:

상기 식에서,

R⁴¹은 1 내지 7개의 C 원자, 바람직하게는 2 내지 5개의 C 원자를 갖는 알킬을 나타내고;

R⁴²는 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 알킬 또는 1 내지 6개의 C 원자, 바람직하게는 2 내지 5개의 C 원자를 갖는 알콕시를 나타낸다.

추가로 바람직한 양태에서, 액정 매질은 하기 화학식 IV-1 및 IV-2의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화학식 IV의 화합물을 포함한다:

상기 식에서,

알킬 및 알킬'은 서로 독립적으로 1 내지 7개의 C 원자, 바람직하게는 2 내지 5개의 C 원자를 갖는 알킬을 나타내고;

알콕시는 1 내지 5개의 C 원자, 바람직하게는 2 내지 4개의 C 원자를 갖는 알콕시를 나타낸다.

추가로 바람직한 양태에서, 액정 매질은 하나 이상의 하기 화학식 V의 화합물을 포함한다:

상기 식에서,

R⁵¹ 및 R⁵²는 서로 독립적으로 R²¹ 및 R²²에 대하여 주어진 의미 중 하나를 갖고, 바람직하게는 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 알킬, 바람직하게는 n-알킬, 특히 바람직하게는 1 내지 5개의 C 원자를 갖는 n-알킬, 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 알콕시, 바람직하게는 n-알콕시, 특히 바람직하게는 2 내지 5개의 C 원자를 갖는 n-알콕시, 2 내지 7개의 C 원자, 바람직하게는 2 내지 4개의 C 원자를 갖는 알콕시알킬, 알켄일 또는 알켄일옥시, 바람직하게는 알켄일 옥시를 나타내고;

내지

는 존재하는 경우 각각 서로 독립적으로

,

바람직하게는

를 나타내고, 바람직하게는

는

를 나타내고, 존재하는 경우,

는 바람직하게는

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;

p 및 q는 각각 서로 독립적으로 0 또는 1을 나타내고;

(p+q)는 바람직하게는 0 또는 1을 나타낸다.

추가로 바람직한 양태에서, 액정 매질은 하기 화학식 V-1 내지 V-10의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된, 바람직하게는 화학식 V-1 내지 V-5의 화합물로부터 선택된 하나 이상의 화학식 V의 화합물을 포함한다:

상기 식에서,

매개변수는 화학식 V 하에 상기 주어진 의미를 갖고;

Y⁵는 H 또는 F를 나타내고; 바람직하게는

R⁵¹은 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 알킬 또는 2 내지 7개의 C 원자를 갖는 알킬을 나타내고;

R⁵²는 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 알킬, 2 내지 7개의 C 원자를 갖는 알켄일 또는 1 내지 6개의 C 원자를 갖는 알켄일, 바람직하게는 알켄일 또는 알킬, 특히 바람직하게는 알켄일을 나타낸다.

추가로 바람직한 양태에서, 액정 매질은 하기 화학식 V-1a 및 V-1b, 바람직하게는 화학식 V-1b의 화합물부터 선택된 하나 이상의 화학식 V-1의 화합물을 포함한다:

상기 식에서,

추가로 바람직한 양태에서, 액정 매질은 하기 화학식 V-3a 및 V-3b의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화학식 V-3의 화합물을 포함한다:

상기 식에서,

알콕시는 1 내지 5개의 C 원자, 바람직하게는 2 내지 4개의 C 원자를 갖는 알콕시를 나타내고;

알켄일은 2 내지 7개의 C 원자, 바람직하게는 2 내지 5개의 C 원자를 갖는 알켄일을 나타낸다.

추가로 바람직한 양태에서, 액정 매질은 하기 화학식 V-4a 및 V-4b의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화학식 V-4의 화합물을 포함한다:

상기 식에서,

추가로 바람직한 양태에서, 액정 매질은 화학식 III-4, 바람직하게는 하기 화학식 III-4-a의 하나 이상의 화합물을 포함한다:

상기 식에서,

알킬 및 알킬'은 서로 독립적으로 1 내지 7개의 C 원자, 바람직하게는 2 내지 5개의 C 원자를 갖는 알킬을 나타낸다.

본 발명에 따른 액정 매질은 하나 이상의 키랄 화합물을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는, 총 1 내지 2000 ppm, 바람직하게는 10 내지 1500 ppm, 보다 더 바람직하게는 100 내지 1000 ppm, 매우 특히 바람직하게는 250 내지 750 ppm의 화학식 IA의 화합물을 포함한다.

화학식 IA 또는 이의 바람직한 하위-화학식의 화합물에 추가로, 본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는, 하나 이상의 화학식 II의 유전체 중성 화합물을 5 이상 내지 90% 이하, 바람직하게는 10 이상 내지 80% 이하, 특히 바람직하게는 20 이상 내지 70% 이하의 총 농도로 포함한다.

본 발명에 따른 액정 매질 바람직하게는, 화학식 III-1 내지 III-4의 화합물로 이루어진 군으로 선택된 하나 이상의 화합물을 10 이상 내지 80% 이하, 바람직하게는 15 이상 내지 70% 이하, 특히 바람직하게는 20 이상 내지 60% 이하의 총 농도로 포함한다.

본 발명의 바람직한 양태에서, 액정 매질은 하나 이상의 화학식 IB의 화합물을 1O 내지 3000 ppm, 바람직하게는 200 내지 2000 ppm, 보다 바람직하게는 500 내지 1500 ppm, 특히 바람직하게는 800 내지 1200 ppm의 총 농도로 포함한다.

본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는 하나 이상의 화학식 IA의 화합물 및 하나 이상의 화학식 IB의 화합물을 20 내지 5000 ppm, 바람직하게는 250 내지 3000 ppm, 보다 바람직하게는 750 내지 2000 ppm, 특히 바람직하게는 1300 내지 1700 ppm의 총 농도로 포함한다.

본 발명에 따른 액정 매질은 특히 바람직하게는 하기를 포함한다:

- 5 이상 내지 30% 이하의 총 농도의 하나 이상의 화학식 III-1의 화합물;

- 3 이상 내지 30% 이하의 총 농도의 하나 이상의 화학식 III-2의 화합물;

- 5 이상 내지 30% 이하의 총 농도의 하나 이상의 화학식 III-3의 화합물; 및

- 1 이상 내지 30% 이하의 총 농도의 하나 이상의 화학식 III-4의 화합물.

본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는, 하기 화합물을 언급되는 총 농도로 포함한다(액정 매질 중 모든 화합물의 총 함량은 100 중량%이다):

10 내지 60 중량%의 하나 이상의 화학식 III의 화합물; 및/또는

30 내지 80 중량%의 하나 이상의 화학식 IV 및/또는 V의 화합물.

본 발명의 특히 바람직한 양태는 하나 이상의 하기 조건을 충족한다(두문자어(약어)는 하기 표 A 내지 C에 설명되어 있고, 하기 표 D에서 예로써 설명된다):

i. 액정 매질은 0.060 이상, 특히 바람직하게는 0.070 이상의 복굴절률을 갖는다;

ii. 액정 매질은 0.130 이하, 특히 바람직하게는 0.120 이하의 복굴절률을 갖는다;

iii. 액정 매질은 0.065 내지 0.130, 특히 바람직하게는 0.080 내지 0.120, 매우 특히 바람직하게는 0.085 내지 0.110의 복굴절률을 갖는다;

iv. 액정 매질은 2.0 이상, 특히 바람직하게는 3.0 이상의 절대값을 갖는 음의 유전체 이방성을 갖는다;

v. 액정 매질은 5.5 이하, 특히 바람직하게는 4.0 이하의 절대값을 갖는 음의 유전체 이방성을 갖는다;

vi. 본 발명에 따른 액정 매질은 -0.5 내지 -8.0, 특히 -1.5 내지 -6.0, 매우 특히 바람직하게는 -2.0 내지 -5.0의 유전체 이방성(Δε)을 갖는다;

vii. 회전 점도 γ₁은 바람직하게는, 120 mPa·s 이하, 특히 100 mPa·s 이하이다;

viii. 액정 매질은 하기 하위-화학식의 화합물로부터 선택된 하나 이상의 특히 바람직한 화학식 II의 화합물을 포함한다:

[상기 식에서,

알킬은 상기 주어진 의미를 갖고, 바람직하게는 각각의 경우 서로 독립적으로 1 내지 6개의 C 원자, 바람직하게는 2 내지 5개의 C 원자를 갖는 알킬을 나타내고, 특히 바람직하게는 n-알킬이다];

ix. 전체로서의 혼합물 중 화학식 II의 화합물의 총 농도는 25% 이상, 바람직하게는 30% 이상이고, 바람직하게는 25 이상 내지 49% 이하, 특히 바람직하게는 29 이상 내지 47% 이하, 매우 특히 바람직하게는 37 이상 내지 44% 이하이다;

x. 액정 매질이 화학식 CC-n-V 및/또는 CC-n-Vm, 특히 바람직하게는 CC-3-V의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화학식 II의 화합물을 바람직하게는, 50% 이하, 특히 바람직하게는 42% 이하의 농도로 포함하고, 임의적으로는 화학식 CC-3-V1의 화합물을 바람직하게는 15% 이하의 농도로 포함하고/거나 화학식 CC-4-V의 화합물을 바람직하게는 20% 이하, 특히 바람직하게는 10% 이하의 농도로 포함한다;

xi. 전체로서의 혼합물 중 화학식 CC-3-V의 화합물의 총 농도가 20% 이상, 바람직하게는 25% 이상이다;

xii. 전체로서의 혼합물 중 화학식 III-1 내지 III-4의 화합물의 비율이 50% 이상, 바람직하게는 75% 이상이다;

xiii. 액정 매질이 본질적으로 화학식 II, III-1 내지 III-4, IV 및 V의 화합물, 바람직하게는 화학식 IA, II, 및 III-1 내지 III-4의 화합물로 이루어진다;

xiv. 액정 매질이 하나 이상의 화학식 IV의 화합물을, 바람직하게는 5% 이상, 특히 10% 이상, 매우 특히 바람직하게는 15 이상 내지 40% 이하로 포함한다.

또한, 본 발명은 VA 또는 ECB 효과를 기반으로 하거나, IPS 또는 FFS 효과의 능동-매트릭스 어드레싱을 갖되, 본 발명에 따른 액정 매질을 유전체로서 함유하는 전자-광학 디스플레이에 관한 것이다.

액정 혼합물은 바람직하게는 80 도 이상의 너비 및 20℃에서 30　mm²·s^-1 이하의 유동 점도 ν₂₀을 갖는 네마틱 상을 갖는다.

본 발명에 따른 혼합물은 모든 VA-TFT 적용례, 예컨대 VAN, MVA, (S)-PVA 및 ASV에 적합하다. 또한, 상기 혼합물은 음의 Δε를 갖는 IPS, FFS 및 PALC 적용례에 적합하다.

본 발명에 따른 디스플레이 중 네마틱 액정 혼합물은 일반적으로 2개의 성분들 A 및 B를 포함하되, 이들 자체는 하나 이상의 개별적인 화합물로 이루어진다.

본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는 4 내지 15개, 특히 5 내지 12개, 특히 바람직하게는 10개 이하의 화합물을 포함한다. 이는 바람직하게는 화학식 I, II, 및 III-1 내지 III-4, 및/또는 IV 및/또는 V의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.

또한, 본 발명에 따른 액정 매질은 18개 초과의 화합물을 임의적으로 포함할 수 있다. 이러한 경우, 이는 바람직하게는 18 내지 25개의 화합물을 포함한다. 화학식 I 내지 V의 화합물 이외에, 다른 구성성분 또한, 예를 들어 전체로서의 혼합물의 45% 이하, 바람직하게는 35% 이하, 특히 10%의 양으로 존재할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 액정 매질은 유전체 양성 성분을 포함하되, 이의 총 농도는 전체 매질을 기준으로 바람직하게는 10% 이하이다.

바람직한 양태에서, 본 발명에 따른 액정 매질 전체로서의 혼합물을 기준으로 총

10 이상 내지 1000 ppm 이하, 바람직하게는 50 이상 내지 500 ppm 이하, 특히 바람직하게는 100 이상 내지 400 ppm 이하, 매우 특히 바람직하게는 150 이상 내지 300 ppm 이하의 화학식 IA의 화합물;

20 이상 내지 60% 이하, 바람직하게는 25 이상 내지 50% 이하, 특히 바람직하게는 30 이상 내지 45% 이하의 화학식 II의 화합물; 및

50 이상 내지 70% 이하의 화학식 III-1 내지 III-4의 화합물

을 포함한다.

바람직한 양태에서, 본 발명에 따른 액정 매질은 화학식 IA, IB, II, III-1 내지 III-4, IV 및 V의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된, 바람직하게는 화학식 IA-1, IB-1, II, 및 III-1 내지 III-4의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물을 포함하고; 이는 바람직하게는 주로, 특히 바람직하게는 본질적으로, 매우 특히 바람직하게는 실질적으로 완전히 상기 화합물로 이루어진다. 특히 바람직하게는, 액정 매질은 하나 이상의 화학식 IA-1의 화합물 및 하나 이상의 화학식 IB-1a의 화합물, 또는 하나 이상의 화학식 IA-1의 화합물 및 하나 이상의 화학식 IB-1b의 화합물, 또는 하나 이상의 화학식 IA-1의 화합물, 하나 이상의 화학식 IB-1a의 화합물 및 하나 이상의 화학식 IB-b의 화합물을 포함한다.

본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는 각각의 경우에 적어도 -20 이하 내지 70℃ 이상, 특히 바람직하게는 -30 이하 내지 70℃ 이상, 특히 바람직하게는 -30 이하 내지 80℃ 이상, 매우 특히 바람직하게는 -40 이하 내지 85℃ 이상, 가장 바람직하게는 -40 이하 내지 90℃ 이상의 네마틱 상을 갖는다.

표현 "네마틱 상을 갖는다"는 한편으로는 스멕틱 상 및 결정화 모두가 상응하는 온도에서의 저온에서 관찰되는 않음을, 다른 한편으로는 네마틱 상을 벗어나는 가열시 등명점이 나타나지 않음을 의미한다. 저온에서의 관찰은 유동 점도계에서 상응하는 온도로 수행되고, 전자-광학 적용례에 상응하는 셀 두께를 갖는 시험 셀에서의 저장에 의해 100시간 이상 동안 검사된다. 상응하는 시험 셀에서의 저장 안정성이 -20℃의 온도에서 1000시간 이상인 경우, 매질은 상기 온도에서 안정한 것으로 간주된다. -30 및 -40℃의 온도에서, 상응하는 시간은 각각 500 및 250시간이다. 고온에서, 등명점은 모세관에서 통상적인 방법에 의해 측정된다.

또한, 본 발명에 따른 액정 매질은 액정 셀에서 높은 VHR 값을 갖는다.

셀들 중 20℃에서 새롭게 충전된 셀에서, 이는 95% 이상, 바람직하게는 97% 이상, 특히 바람직하게는 98% 이상, 매우 특히 바람직하게는 99% 이상이고, 오븐에서, 100℃에서의 5분 후의 셀에서, 이는 90% 이상, 바람직하게는 93% 이상, 특히 바람직하게는 96% 이상, 매우 특히 바람직하게는 98% 이상이다.

일반적으로 낮은 어드레싱 전압 및 임계 전압을 갖는 액정 매질은 여기에서 높은 어드레싱 전압 및 임계 전압을 갖는 것들보다 낮은 VHR을 갖고, 이의 역도 성립한다.

또한, 개별적인 물리적 특성에 대한 상기 바람직한 값들은 바람직하게는 각각의 경우에 본 발명에 따른 액정 매질에 의해 서로 조합되어 유지된다.

본원에서, 용어 "화합물"은 달리 명백히 지시되지 않는 한 1개 및 다수의 화합물 둘 다를 의미한다.

달리 지시되지 않는 한, 개별적인 화합물은 일반적으로 각각의 경우에서 혼합물 중 1 이상 내지 30% 이하, 바람직하게는 2 이상 내지 30% 이하, 특히 바람직하게는 3 이상 내지 16% 이하의 농도로 사용된다.

바람직한 양태에서, 본 발명에 따른 액정 매질은

화학식 IA의 화합물;

화학식 II, 바람직하게는 화학식 CC-n-V 및 CC-n-Vm, 바람직하게는 CC-3-V, CC-3-V1, CC-4-V 및 CC-5-V의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된, 특히 바람직하게는 화학식 CC-3-V, CC-3-V1 및 CC-4-V, 매우 특히 바람직하게는 CC-3-V의 화합물, 임의적으로 추가로 화학식 CC-4-V 및/또는 CC-3-V1의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물;

화학식 III-1-1, 바람직하게는 화학식 CY-n-Om, 바람직하게는 화학식 CY-3-O2, CY-3-O4, CY-5-O2 및 CY-5-O4의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물;

화학식 III-1-2, 바람직하게는 화학식 CCY-n-m 및 CCY-n-Om, 바람직하게는 CCY-n-Om으로 이루어진 군으로부터 선택된, 바람직하게는 화학식 CCY-3-O2, CCY-2-O2, CCY-3-O1, CCY-3-O3, CCY-4-O2, CCY-3-O2 및 CCY-5-O2의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물;

임의적으로, 바람직하게는 필수적으로, 화학식 III-2-2, 바람직하게는 화학식 CLY-n-Om, 바람직하게는 화학식 CLY-2-O4, CLY-3-O2 및 CLY-3-O3의 화합물의 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물;

화학식 III-3-2, 바람직하게는 CPY-n-Om, 바람직하게는 CPY-2-O2 및 CPY-3-O2, CPY-4-O2 및 CPY-5-O2의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물; 및

화학식 III-4, 바람직하게는 화학식 PYP-n-m, 바람직하게는 화학식 PYP-2-3 및 PYP-2-4의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물

을 포함한다.

본 발명에 있어서, 하기 정의는 개별적인 경우에서 달리 지시되지 않는 한 조성물의 구성성분의 명세 사항과 연관되어 적용된다:

- "포함한다": 조성물 중 논의되는 구성성분의 농도가 바람직하게는 5% 이상, 특히 바람직하게는 10% 이상, 매우 특히 바람직하게는 20% 이상이다.

- "주로 이루어진다": 조성물 중 논의되는 구성성분의 농도가 바람직하게는 50% 이상, 특히 바람직하게는 55% 이상, 매우 특히 바람직하게는 60% 이상이다.

- "본질적으로 이루어진다": 조성물 중 논의되는 구성성분의 농도가 바람직하게는 80% 이상, 특히 바람직하게는 90% 이상, 매우 특히 바람직하게는 95% 이상이다.

- "실질적으로 완전히 이루어진다": 조성물 중 논의되는 구성성분의 농도가 바람직하게는 98% 이상, 특히 바람직하게는 99% 이상, 매우 특히 바람직하게는 100.0% 이상이다.

이는 구성성분 및 화합물일 수 있는 성분을 갖는 조성물로서의 매질, 및 구성성분 및 화합물을 갖는 성분 둘 다에 적용된다. 전체로서의 액정 매질에 비한 개별적인 화합물의 농도에 대해서만 용어 "포함하다"는 하기를 의미한다: 논의되는 화합물의 농도가 1% 이상, 특히 바람직하게는 2% 이상, 매우 특히 바람직하게는 4% 이상이다.

본 발명에 있어서, "이하"는 보다 적거나 같음, 바람직하게는 보다 적음을 의미하고, "이상"은 보다 많거나 같음, 바람직하게는 보다 많음을 의미한다.

본 발명에 있어서,

는 트랜스-1,4-사이클로헥실렌을 나타내고,

는 1,4-페닐렌을 나타낸다.

본 발명에 있어서, 표현 "유전체 양성 화합물"은 1.5 초과의 Δε을 갖는 화합물을 의미하고, 표현 "유전체 중성 화합물"은 Δε가 -1.5 내지 1.5인, 것을의미하고, 표현 "유전체 음성 화합물"은 Δε가 -1.5 미만인 것을 의미한다. 여기에서, 화합물의 유전체 이방성은 10%의 화합물을 액정 호스트 중에 용해시키고 생성되는 혼합물의 정전용량을 각각의 경우에서 20 ㎛의 셀 두께를 갖는 하나 이상의 시험 셀에서 1kHz에서의 수직적 및 수평적 표면 정렬에 의해 측정함으로써 측정된다. 측정 전압은 전형적으로 0.5 내지 1.0 V이되, 시험되는 개별적인 액정 혼합물의 임계 정전용량보다 항상 낮다.

유전체 양성 및 유전체 중성 화합물에 사용되는 호스트 혼합물은 ZLI-4792이고, 유전체 음성 화합물에 사용되는 혼합물은 ZLI-2857이며, 둘 다 독일 소재의 메르크 카게아아(Merck KGaA)로부터 입수가능하다. 시험되어야 할 개별적인 화합물에 대한 값은 시험되어야 할 화합물의 첨가 후 호스트 혼합물의 유전체 상수의 변화 및 사용되는 화합물의 100%로의 외삽으로부터 수득된다. 시험되어야 할 화합물은 약 10%의 양으로 호스트 혼합물 중에 용해된다. 물질의 용해도가 이러한 목적에 있어서 지나치게 낮은 경우, 농도는 시험이 목적되는 온도에서 수행될 수 있을 때까지 단계적으로 반감된다.

또한, 본 발명에 따른 액정 매질은 필요에 따라 통상적인 양의 추가적인 첨가제, 예컨대 안정화제 및/또는 다색성 염료 및/또는 키랄 도판트를 포함할 수 있다. 사용되는 이러한 첨가제의 양은 전체 혼합물의 양을 기준으로 바람직하게는 총 0 이상 내지 10% 이하, 특히 바람직하게는 0.1 이상 내지 6% 이하이다. 사용되는 개별적인 화합물의 농도는 바람직하게는 0.1 이상 내지 3% 이하이다. 일반적으로, 이러한 첨가제 및 유사 첨가제의 농도는 액정 매질 중 액정 화합물의 농도 및 농도 범위를 특정지을 때 고려되지 않는다.

바람직한 양태에서, 본 발명에 따른 액정 매질은 통상적인 양의 하나 이상의 반응성 화합물, 바람직하게는 반응성 메소젠, 및 필요에 따라 또한 추가적인 첨가제, 예컨대 중합 개시제 및/또는 중합 조절제를 포함하는 중합체 전구체를 포함한다. 사용되는 이러한 첨가제의 양은 전체 혼합물을 기준으로 총 0 이상 내지 10% 이하, 바람직하게는 0.1 이상 내지 2% 이하이다. 이러한 첨가제 및 유사 첨가제의 농도는 액정 매질 중 액정 화합물의 농도 및 농도 범위를 특정지을 때 고려되지 않는다.

본 발명에 따른 액정 매질은 통상적인 방법으로 혼합된, 다수, 바람직하게는 3 이상 내지 30개 이하, 특히 바람직하게는 6 이상 내지 20개 이하, 매우 특히 바람직하게는 10 이상 내지 16개 이하의 화합물로 이루어진다. 일반적으로, 보다 적은 양으로 사용되는 목적량의 화합물은 혼합물의 주 구성성분을 이루는 성분에 용해된다. 이는 유리하게는 상승된 온도에서 수행된다. 선택된 온도가 주 구성성분의 등명점 이상인 경우, 용해 과정의 완료를 관찰하는 것이 특히 용이하다. 그러나, 매질을 다른 통상적인 방법으로, 예를 들어 이른바 예비-믹스(pre-mix)를 사용하거나, 이른바 멀티보틀(multi bottle) 시스템을 사용하여 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 혼합물은 65℃ 이상의 등명점을 갖는 매우 넓은 네마틱 상 범위, 매우 바람직한 값의 임계 정전용량, 상대적으로 높은 VHR 값, 및 -30 및 -40℃에서의 매우 훌륭한 저온 안정성을 나타낸다. 또한, 본 발명에 따른 액정 매질은 낮은 회전 점도 γ₁에 의해 차별화된다.

VA, IPS, FFS 또는 PALC 디스플레이에 사용되는 본 발명에 따른 액정 매질이, 예를 들어 H, N, O, Cl 또는 F가 상응하는 동위원소에 의해 대체되어 있는 화합물을 포함할 수 있음은 당업자에게 자명하다.

본 발명에 따른 액정 디스플레이의 구조는, 예를 들어 EP-A　0　240　379에 기술되어 있는 통상적인 기하구조에 상응한다.

본 발명에 따른 액정 상은 임의의 유형, 예를 들어 최근까지 개시되어 있는 ECB, VAN, IPS, FFS, GH 또는 ASM-VA 액정 디스플레이에 사용될 수 있도록 적합한 첨가제에 의해 개질될 수 있다.

하기 표 E는 본 발명에 따른 혼합물에 첨가될 수 있는 가능한 도판트를 나타낸다. 혼합물이 하나 이상의 도판트를 포함하는 경우, 이는 0.01 내지 4%, 바람직하게는 0.1 내지 1.0%의 양으로 사용된다.

예를 들어, 본 발명에 따른 혼합물에 바람직하게는 0.01 내지 6%, 특히 0.1 내지 3%의 양으로 첨가될 수 있는 안정화제를 하기 표 F에 나타내었다.

본 발명의 목적에 있어서, 모든 농도는 달리 명백히 언급하지 않는 한 중량%로 지시되고 달리 명백히 지시되지 않는 한 상응하는 혼합물 또는 혼합물 성분에 관한 것이다.

달리 명백히 지시되지 않는 한, 본원에서 지시되는 모든 온도값, 예컨대 융점 T₍ _C,N ₎, 스멕틱 상(S)에서 네마틱 상(N)으로의 전이점 T₍ _S,N ₎ 및 등명점 T₍ _N,I ₎는 섭씨 온도(℃)로 언급되고 모든 온도차는 차등도(° 또는 도)로 상응하게 지시된다.

본 발명에 있어서, 용어 "임계 전압"은 달리 명백히 지시되지 않는 한 임계 프리데릭 전압으로로 공지되어 있는 임계 정전용량(V₀)에 관한 것이다.

각각의 경우에 달리 명백히 지시되지 않는 한, 모든 물리적 특성은 문헌["Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", status Nov. 1997, Merck KGaA, Germany]에 따라 측정되고, 되어 있으며 20℃의 온도에 대하여 적용되고, Δn은 589 nm에서, Δε는 1kHz에서 측정된다.

전자-광학 특성, 예를 들어 임계 전압(V₀)(정전용량 측정값)은 스위칭 거동과 같은 바 메르크 재팬(Merck Japan)에서 제조된 시험 셀에서 측정된다. 측정 셀은 소다석회 유리 기판을 갖고 폴리이미드 정렬 층(SE-1211 및 희석액(혼합비 1:1), 둘 다 일본 소재 닛싼 케미칼스(Nissan Chemicals)로부터 입수가능)을 갖는 ECB 또는 VA 배열로 구조화되고, 이는 서로에 수직으로 문지름(rubbing)되고 액정의 수직적 정렬에 영향을 준다. 투명하고 실질적으로 정방형인 ITO 전극의 표면적은 1 cm²이다.

달리 지시되지 않는 한, 키랄 도판트는 사용되는 액정 혼합물에 첨가되지 않되, 이는 또한 이러한 유형의 도핑이 필요한 적용례에 특히 적합하다.

VHR은 메르크 재팬에서 제조된 시험 셀에서 측정된다. 측정 셀은 소다석회 유리 층을 갖고, 50 nm의 층 두께를 갖는 폴리이미드 정렬 층(일본 소재 재판 신테틱 러버(Japan Syn-thetic Rubber)로부터의 AL-3046)(서로에 수직으로 문지름됨)에 의해 구조화된다. 층 두께는 균일하게 6.0 ㎛이다. 투명한 ITO 전극의 표면적은 1 cm²이다. 이어서, VHR은 20℃(VHR₂₀), 5분 후 오븐 내 100℃(VHR₁₀₀)로 일본 소재 토요 코포레이션(Toyo Corporation, Japan)으로부터 시판되어 이용가능한 측정 시스템 모델 6254에서 측정된다. 사용되는 전압은 60 Hz의 진동수를 갖는다.

유사한 시험 셀은 AL16301 폴리이미드(일본 소재 재팬 신테틱 러버)를 사용하는 이온 밀도 측정에 사용된다.

이온 밀도는 일본 소재 토요 코포레이션으로부터 시판되어 이용 가능한 액정 소재 특성 측정 시스템 모델 6254를 사용하여 측정된다. 이온 밀도로부터, 전도성이 계산된다.

VHR 측정값의 정확성은 개별적인 VHR 값에 의존한다. 정확성은 감소하는 값에 의해 감소한다. 일반적으로 다양한 크기 범위의 값의 경우에서 측정되는 편차는 하기 표에 그의 크기 순으로 나열된다.

UV 복사에 대한 안정성은 독일 소재 헤래우스로부터 시판되는 기기 선테스트 CPS(SuntestCPS)에서 시험된다. 밀폐된 시험 셀에 추가적인 가열 없이 2.0시간 동안 복사를 가하였다. 300 내지 800 nm에서의 복사력은 W/m² V이다. 이른바 창문 유리 방식을 구현하기 위해 310 nm의 가장자리 파장을 갖는 UV 컷-오프(cut-off) 필터가 사용된다. 각각 일련의 실험에서, 4개 이상의 시험셀이 각각의 조건에 대하여 시험되고, 개별적인 결과는 상응하는 개별 측정의 평균값으로서 지시된다.

노출, 예를 들어 액정 디스플레이 백라이팅에 의한 UV 복사에 의해 야기되는 VHR의 감소는 하기 수학식 1에 따라 측정된다.

[수학식 1]

ΔVHR (t) = VHR (t) - VHR (t=0)

액정 혼합물의 시간 t 동안의 부하에 대한 상대적 안정성(S_rel)은 하기 수학식 2에 따라 측정된다.

[수학식 2]

상기 식에서 "ref"는 안정화되지 않은 상응하는 혼합물을 나타낸다.

회전 점도는 회전 영구 자석법 및 개조된 우베로데 점도계(Ubbelohde viscometer)에서의 유동 점도를 사용하여 측정된다. 액정 혼합물 ZLI-2293, ZLI-4792 및 MLC-6608에 있어서, 모든 제품은 독일 다름스타트 소재 메르크 카게아아로부터의 것이고, 20℃에서 측정되는 회전 점도값은 각각 161　mPa·s, 133　mPa·s 및 186　mPa·s이고, 유동 점도값(ν)은 각각 21　mm²·s^-1, 14　mm²·s^-1 and 27　mm²·s^-1이다.

달리 명백히 지시되지 않는 한 하기 기호가 사용된다:

V₀은 20℃에서 임계 전압, 정전용량[V]이고;

n_e는 20℃ 및 589 nm에서 측정된 이상 굴절률이고;

n_o은 20℃ 및 589 nm에서 측정된 정상 굴절률이고;

Δn은 20℃ 및 589 nm에서 측정된 광학 이방성이고;

ε_⊥은 20℃ 및 1kHz에서 방향자에 수직한 유전체 감수율이고;

ε_∥은 20℃ 및 1kHz에서 방향자에 평행한 유전체 감수율이고;

Δε은 20℃ 및 1kHz에서의 유전체 이방성이고;

cl.p. 또는 T₍ _N,I ₎은 등명점[℃]이고;

ν는 20℃에서 측정된 유동점도[mm²·s^-1]이고;

γ₁은 20℃에서 측정된 회전 점도[mPa·s]이고;

K₁은 20℃에서 "펼침(splay)" 변형에서의 탄성 상수[pN]이고;

K₂는 20℃에서 "비틀림(twist)" 변형에서의 탄성 상수[pN]이고;

K₃은 20℃에서 "굽힘(bend)" 변형에서의 탄성 상수[pN]이고;

LTS는 시험 셀에 의해 측정된 상의 저온 안정성이고;

VHR은 전압 유지비이고;

ΔVHR은 전압 유지비의 감소이고;

S_rel은 VHR의 상대적 안정성이다.

하기 실시예는 본 발명을 제한 없이 설명한다. 그러나, 이는 당업자에게 바람직하게는, 사용되는 화합물, 이의 개별적인 농도 및 이의 서로 간의 조합에 의한 바람직한 혼합물 개념을 나타낸다. 또한, 실시예는 접근가능한 특성 및 특성의 조합을 설명한다.

본 발명 및 특히 하기 실시예에 있어서, 액정 화합물의 구조는 하기 표 A 내지 C에 따라 생성되는 화학식으로의 변환에 의해서, 두문자어에 의해 약어화된다. 모든 기 C_nH_2n ₊₁, C_mH_2m ₊₁ 및 C_lH_2l ₊₁, 또는 C_nH_2n, C_mH_2m 및 C_lH_2l은 각각 n, m 및 l개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼 또는 알켄일 라디칼을 나타낸다. 하기 표 A는 화합물의 중심 구조의 고리 원소에 사용되는 코드를 나열하고, 하기 표 B는 가교 단위를 나열하고, 표 C는 분자의 좌측 또는 우측 말단 기에 대한 기호의 의미를 나타낸다. 두문자어는 임의적인 연결기를 갖는 고리 원소에 대한 코드로 구성되고, 이어서 제1 하이픈(-) 및 좌측 말단 기에 대한 코드에 이어 제2 하이픈 및 우측 말단 기에 대한 코드가 뒤이어 표기된다. 하기 표 D는 화합물의 예시적인 구조와 함께 그의 개별적인 약어를 나타낸다.

[표 A]

고리 원소

[표 B]

가교 기

[표 C]

말단 기

상기 표에서, n 및 m은 각각 정수이고, 3개의 점(...)은 상기 표로부터의 다른 약어를 위한 자리(place-holder)이다.

화학식 IA, II 및 III의 화합물 이외에, 본 발명에 따른 혼합물은 바람직하게는 하기 언급되는 화합물 중 하나 이상의 화합물을 포함한다.

하기 약어가 사용된다(m, n 및 z는 서로 독립적으로 각각의 정수이고, 바람직하게는 1 내지 6의 정수이다).

[표 D]

하기 표 E는 본 발명에 따른 혼합물에 바람직하게는 사용되는 키랄 도판트를 나타낸다.

[표 E]

본 발명의 바람직한 양태에서, 본 발명에 따른 액정 매질은 표 E로부터의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다.

표 F는 화학식 IA 및 IB의 화합물 이외에도 본 발명에 따른 혼합물에 바람직하게는 사용될 수 있는 안정화제를 나타낸다. 여기에서, 매개변수 n은 1 내지 12의 정수를 나타낸다. 특히, 페놀 유도체는 항산화제로서 작용하기 때문에 추가적인 안정화제로서 사용될 수 있다.

[표 F]

상기 식에서,

q는 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10이다.

실시예

하기 실시예는 본 발명을 어떠한 방식으로든 제한함 없이 설명한다. 그러나, 물리적 특성은 성취될 수 있는 특성 및 이것이 개질될 수 있는 범위를 당업자에게 있어서 확연하게 한다. 특히, 바람직하게는 성취될 수 있는 다양한 특성은 이에 따라 당업자에게 주지되어 있다.

네마틱 호스트 혼합물 N1은 하기와 같이 제조한다.

호스트 혼합물 N1

하기 안정화제 ST, IA-1c, IB-1a-1 및 IB-1b-1을 사용한다.

비교 실시예 혼합물 C1 및 실시예 혼합물 M1 내지 M7을 하기와 같이 제조한다.

혼합물 C1, 및 M1 내지 M4를 열 또는 UV 스트레스에 노출시키고, 그의 VHR 및 정전용량을 전술된 하기 절차에 따라 측정한다.

결과를 하기 표 1 내지 3에 요약한다.

[표 1]

열 부하 후 VHR(60 Hz, 100℃에서 측정됨)

[표 2]

UV 부하 후 VHR(3 Hz, 60℃에서 측정됨)

[표 3]

UV 부하 후 저항(±10 V,1 Hz, 60℃에서 측정됨)

표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 혼합물 C1에서 최신의 안정화제 ST의 안정화제 IA-1a-1(혼합물 M1)에 의한 대체, 또는 안정화제 IA-1a-1와 ST의 조합의 사용은 매우 유사하거나 약간 증가된 열 부하 후 VHR을 야기한다. 마찬가지로 혼합물 M1 및 M2의 UV 부하 전 및 후 VHR은 비교 실시예 혼합물 C1과 유사하게 높은 수준에 있다(표 2).

혼합물 M1 및 M2는 UV 부하 전 및 후의 저항을 비교 실시예 혼합물 C1보다 상당히 감소시킨다(표 3).

뜻밖에, 혼합물 M1의 열 부하 후 VHR(표 1) 및 UV 부하 후 VHR(표 2)은 둘 다 안정화제 IB-1a-1(혼합물 M3) 또는 IB-1b-1(혼합물 M4)에 의해 상당히 향상된다. 놀랍게도, 또한 UV 부하 전 및 후 둘 다의 저항(표 3)은 혼합물 M3 및 M4의 저항이 비교 실시예 혼합물 C1보다 50% 초과로 감소함을 야기하여 혼합물 C1, 심지어는 M1보다 상당히 감소된다.

혼합물 M1 내지 M4, 특히 M3 및 M4의 저항이 혼합물 C1의 저항보다 감소함에도 불구하고, 모든 저항값은 여전히 극도로 높은 수준에 있으며 혼합물이 실시적 용도, 예를 들어 액정 디스플레이에 매우 적합함이 이해된다.

결과는 화학식 IA의 안정화제가 단독으로, 또는 화학식 IB의 안정화제와의 조합으로 사용되어 호스트 혼합물 N1의 안정성에 유익한 효과를 가짐을 나타낸다.

또한, 모든 혼합물이 매우 높은 장기적 신뢰성을 패널 시험에서 나타냄을 알 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 액정 매질을 사용한 패널 시험에서 잔상이 매우 적거나 없음이 관찰된다.

이론에 얽매이는 것은 아니되, 이는 아직 완벽하게 평가되지 않았고,

(1) 본 발명에 따른 안정화제를 갖지 않는 상응하는 액정 매질의 VHR과 유사하게 높은 수준이거나 보다 높은 VHR; 및

(2) 본 발명에 따른 안정화제를 갖지 않는 상응하는 액정 매질의 저항값보다 낮은 저항값

이, 잔상의 (보다 적은 정도로의) 향상이나, 심지어는 잔상의 총체적 부재를 야기하는 것으로 추정된다.

Claims

(a) 하나 이상의 하기 화학식 IA의 화합물;
(b) 하나 이상의 하기 화학식 II의 화합물; 및
(c) 하기 화학식 III-1 내지 III-4의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물
을 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,

는

를 나타내고;
R^1A는 H, 15개 이하의 C 원자를 갖는 알킬, 알켄일 또는 알콕시를 나타내되, 하나 이상의 H 원자는 할로겐으로 대체될 수 있고;
R^2A는 H, 7개 이하의 C 원자를 갖는 알킬, 알켄일 또는 알콕시를 나타내되, 하나 이상의 H 원자는 할로겐으로 대체될 수 있고;
r은 0 또는 1이고;
R²¹은 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 치환되지 않은 알킬 라디칼 또는 2 내지 7개의 C 원자를 갖는 치환되지 않은 알켄일 라디칼을 나타내고;
R²²는 2 내지 7개의 C 원자를 갖는 치환되지 않은 알켄일 라디칼을 나타내고;
R³¹은 각각의 경우에 동일하거나 상이하게 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 치환되지 않은 알킬 라디칼을 나타내고;
R³²는 각각의 경우에 동일하거나 상이하게 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 치환되지 않은 알킬 라디칼 또는 1 내지 6개의 C 원자를 갖는 치환되지 않은 알콕시 라디칼을 나타내고;
m, n 및 o는 각각 동일하거나 상이하게 0 또는 1을 나타낸다.
제1항에 있어서,
하나 이상의 화학식 IA의 화합물이 하기 화학식 IA-1 및 IA-2의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된, 액정 매질:

상기 식에서,
R^1A는 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 알킬을 나타낸다.
제1항 또는 제2항에 있어서,
하나 이상의 하기 화학식 IB의 화합물을 추가로 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,
G는 1 내지 20개의 C 원자를 갖는 2가 지방족 또는 사이클로지방족 라디칼을 나타낸다.
제3항에 있어서,
화학식 IB의 화합물이 하기 화학식 IB-1의 화합물로부터 선택된, 액정 매질:

상기 식에서,
R^1B는 H 또는 1 내지 6개의 C 원자를 갖는 알킬을 나타내고;
t는 0 또는 1을 나타내고;
q는 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 또는 9를 나타낸다.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
하나 이상의 하기 화학식 IA-1 화합물 및 하나 이상의 하기 화학식 IB-1의 화합물을 포함하는 액정 매질:

상기 식에서,
R^1A는 메틸, 에틸, n-프로필, n-부틸 또는 n-펜틸을 나타내고;
R^1B는 에틸을 나타내고;
t는 1을 나타내고;
q는 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 또는 9를 나타낸다.
제1항 내지 제5항 중 어느 항에 있어서,
액정 매질 중 화학식 IA의 화합물의 총 농도가 1 내지 2000 ppm인, 액정 매질.
제2항 내지 제5항 중 어느 항에 있어서,
액정 매질 중 화학식 IB의 화합물의 총 농도가 10 내지 3000 ppm인, 액정 매질.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
제1항에 지시된 화학식 II의 화합물을 포함하되, R²¹이 n-프로필을 나타내고 R²²가 비닐을 나타내는, 액정 매질.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
전체로서의 액정 매질 중 화학식 II의 화합물의 총 농도가 20 내지 60%인, 액정 매질.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
하나 이상의 하기 화학식 III-2-2의 화합물을 포함하는, 액정 매질:

상기 식에서,
R³¹ 및 R³²는 제1항에 지시된 개별적인 의미를 갖는다.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질을 함유하는, 전자-광학 디스플레이 또는 전자-광학 성분.
제11항에 있어서,
IPS 또는 FFS 디스플레이인 전자-광학 디스플레이.
제11항 또는 제12항에 있어서,
능동-매트릭스 어드레싱 장치를 함유하는 전자-광학 디스플레이.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질의 전자-광학 디스플레이 또는 전자-광학 성분에서의 용도.
하나 이상의 화학식 IA의 화합물 및 임의적으로는 하나 이상의 화학식 IB의 화합물을 하나 이상의 화학식 II의 화합물 및/또는 화학식 III-1 내지 III-4의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물 및/또는 하나 이상의 화학식 IV의 화합물과 혼합하는 단계를 포함하는, 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질의 제조 방법.