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KR101507158B1 - 액정 매질 - Google Patents

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KR101507158B1
KR101507158B1 KR1020080084543A KR20080084543A KR101507158B1 KR 101507158 B1 KR101507158 B1 KR 101507158B1 KR 1020080084543 A KR1020080084543 A KR 1020080084543A KR 20080084543 A KR20080084543 A KR 20080084543A KR 101507158 B1 KR101507158 B1 KR 101507158B1
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compound
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liquid crystal
mixture
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멜라니에 클라젠-멤머
악셀 얀젠
이즈미 사이토
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메르크 파텐트 게엠베하
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Abstract

본 발명은 하기 화학식 1의 화합물 하나 이상을 포함하는 극성 화합물의 혼합물을 기재로 하는 액정 매질, 및 ECB, FFS, PALC 또는 IPS 효과에 기초한 수동-매트릭스(passive-matrix) 또는 능동-매트릭스(active-matrix) 디스플레이를 위한 그들의 용도에 관한 것이다:
Figure 112008061464979-pat00001
상기 식에서,
R11, R12, 고리 A 및 B는 청구항 제1항에 기재된 의미를 갖는다.

Description

액정 매질{LIQUID-CRYSTALLINE MEDIUM}
본 발명은 하기 화학식 1의 화합물 하나 이상을 포함하는 극성 화합물의 혼합물을 기재로 하는 액정 매질에 관한 것이다:
화학식 1
Figure 112008061464979-pat00002
상기 식에서,
R11 및 R12는 각각 서로 독립적으로, 치환되지 않거나, CN 또는 CF3로 일치환되거나, 또는 할로겐으로 적어도 일치환되고, 추가로 그들 라디칼중의 하나 이상의 CH2 기가 O 원자가 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -O-, -S-,
Figure 112013077303604-pat00003
, -C≡C-, -CF2O-, -OC-O- 또는 -O-CO-에 의해 치환될 수 있는, 15개 이하의 C 원자를 갖는 알킬 또는 알케닐 라디칼을 나타내고,
Figure 112008061464979-pat00004
Figure 112008061464979-pat00005
는 각각 서로 독립적으로
Figure 112008061464979-pat00006
또는
Figure 112008061464979-pat00007
을 나타내며,
a 는 0, 1 또는 2를 나타낸다.
이러한 타입의 매질은 특히 ECB 효과에 기초한 능동-매트릭스 어드레싱(active-matrix addressing)을 갖는 전광 디스플레이, 및 IPS(in-plane switching) 및 FFS(fringe field switching) 디스플레이용으로 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 매질은 바람직하게는 음성 유전 이방성(negative dielectric anisotropy)을 갖는다.
전기적으로 제어된 복굴절의 원리인 ECB 효과 또는 또한 DAP(deformation of aligned phases) 효과는 1971년에 문헌[M. F. Schieckel 및 K. Fahrenschon, "Deformation of nematic liquid crystals with vertical orientation in electrical fields", Appl. Phys. Lett. 19(1971), 3912]에서 처음으로 기술되었다. 그 다음으로, 제이. 에프. 칸(J. F. Kahn)의 논문[Appl. Phys. Lett. 20(1972), 1193] 및 지. 라브루니 및 제이. 로버트(G. Labrunie and J. Robert)의 논문[J. Appl. Phys. 44(1973), 4869]이 이어서 발표되었다.
여러 논문[참조: 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]에서는 ECB 효과에 기초한 고성능-정보 디스플레이 소자에 사용하기에 적합하기 위해서는 액정상이 탄성 상수 K3/K1의 비에 대한 높은 값, 광학 이방성 △n에 대한 높은 값 및 -0.5 이하의 △ε의 유전 이방성에 대한 값을 가져야만 하는 것으로 기술되었다. ECB 효과에 기초한 전광 디스플레이 소자는 호메오트로픽 에지 정렬(homeotropic edge alignment)(VA 기술 = vertically aligned)을 갖는다. 유전적으로 음성인 액정 매질은 또한 소위 IPS 또는 FFS 효과를 이용하는 디스플레이에도 사용될 수 있다.
예를 들면, MVA(multi-domain vertical alignment)(예를 들면: 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 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. 750-753) 및 PVA(patterned vertical alignment)(예를 들면: Kim, Sang Soo, Paper 15.4: "Super PVA Sets New State-of-the-Art for LCD-TV", SID 2004 International Symposium, Digest of Technical Papers, XXXV, Book II, pp. 760-763), 및 ASV(advanced super view)(예를 들면: Shigeta, Mitzuhiro and Fukuoka, Hirofumi, paper 15.2: "Development of High Quality LCD TV", SID 2004 International Symposium, Digest of Technical Papers, XXXV, Book II, pp. 754-757) 방식에서 ECB 효과를 이용하는 디스플레이, 소위 VAN(vertically aligned nematic) 디스플레이는 IPS(in-plane switching) 디스플레이(예를 들면: Yeo, S.D., paper 15.3: "An LC Display for the TV Application", SID 2004 International Symposium, Digest of Technical Papers, XXXV, Book II, pp. 758 & 759) 및 오랜동안 알려져 온 TN(twisted nematic) 디스플레이 외에 그 자체로 특히 텔레비전 용도에서 현재 가장 중요한 3가지 타입의 가장 최신의 액정 디스플레이중의 하나로서 입증되어 왔다. 이러한 기술은 문헌[참조: 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 to M-7/32]에서와 같이 일반적인 형태에서 비교된다. 근대의 ECB 디스플레이의 응답시간은 이미 오버드라이브(overdrive)를 사용하는 어드레싱 방법에 의해 상당히 개선되었지만[참조: 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], 특히 그레이 색조의 스위칭에 대한 비디오-호환성 응답시간의 개선에 대해서는 아직도 만족스러운 정도까지 해결되지 않은 문제점으로 남아 있다.
ASV 디스플레이와 유사하게, ECB 디스플레이는 음성 유전 이방성(△ε)을 갖는 액정 매질을 사용하는 반면, TN 디스플레이 및 모든 종래의 IPS 디스플레이는 현재까지도 양성 유전 이방성(positive dielectric anisotropy)을 갖는 액정 매질을 사용한다.
이러한 타입의 액정 디스플레이에서, 액정은 그의 광학적 성질이 전기적 전압 인가시에 가역적으로 변하는 유전체로서 사용된다.
전광 디스플레이 소자에 있어서의 이러한 효과의 산업적인 용도에서는 다양한 욕구를 충족시키는 LC 상을 필요로 한다. 여기서 특히 중요한 것은 습기, 공기 및, 열, 적외선, 가시광선 및 자외선 및 직류 및 교류 전기장과 같은 물리적인 영향에 대한 내화학성이다.
더욱이, 산업적으로 유용한 LC 상은 적합한 온도범위 및 낮은 점도에서 액정 메조상(mesophase)을 갖는 것이 필요하다.
특히, 디스플레이내에서의 액정 매질의 응답시간이 개선, 즉 감소되어야 한다. 이는 텔레비젼 또는 멀티미디어 용도의 디스플레이의 경우에 특히 중요하다. 응답시간을 개선하기 위하여, 과거에는 액정 매질의 회전점도(rotational viscosity)(
Figure 112008061464979-pat00008
1)를 최적화려는, 즉 가능한 최저의 회전점도를 갖는 매질을 획득하려는 방법이 반복적으로 제안되었다. 그러나, 거기에서 성취된 결과는 많은 용도에 부적당하며, 따라서 다른 최적화 방법을 찾는 것이 바람직하다.
현재까지 개시된 액정 메조상을 갖는 일련의 화합물중에 이러한 모든 요건들을 충족하는 단일 화합물을 포함하는 것은 하나도 없다. 따라서, LC 상으로서 사용될 수 있는 물질을 제조하기 위해서는 일반적으로는 2 내지 25 가지, 바람직하게는 3 내지 18 가지 화합물의 혼합물을 제조한다. 그러나, 지금까지 상당한 음성 유전 이방성 및 적당한 장기 안정성을 갖는 액정 물질을 입수할 수가 없었기 때문에 이러한 방식으로는 최적의 상을 쉽게 제조할 수 없었다.
일반적인 디스플레이에서, 즉 또한 이들 언급된 효과에 따른 디스플레이에서 는, 운전 전압이 가능한 한 낮아야 하기 때문에, 일반적으로는 모두 동일한 부호의 유전 이방성을 갖고 가능한 한 최고치의 유전 이방성을 갖는 액정 화합물로 주로 이루어진 액정 매질이 사용된다. 일반적으로, 중성 화합물은 많아야 비교적 소량만 사용하고, 매질에 대해 반대 부호의 유전 이방성을 갖는 화합물은 가능한 사용하지 않는다. 따라서, ECB 디스플레이용의 음성 유전 이방성을 갖는 액정 매질의 경우에는, 음성 유전 이방성을 갖는 화합물이 주로 사용된다. 사용되는 액정 매질은 일반적으로는 40중량% 이상의 음성 유전 이방성을 갖는 액정 화합물로 구성된다.
매트릭스 액정 디스플레이(MLC 디스플레이)가 알려져 있다. 개개 픽셀의 개개 스위칭(individual switching)에 사용될 수 있는 비선형 소자는, 예를 들면, 능동 소자(active element)(즉, 트랜지스터)이다. 따라서, "능동 매트릭스(active matrix)"란 용어는 하기의 2가지 타입이 서로 구별될 수 있는 경우에 사용된다:
1. 기판으로서의 실리콘 웨이퍼상의 MOS(metal oxide semiconductor, 금속 산화물 반도체) 트랜지스터
2. 기판으로서의 유리 플레이트상의 박막 트랜지스터(TFTs)(thin film transistors).
타입 1의 경우, 사용되는 전광 효과는 일반적으로 동적 산란(dynamic scattering) 또는 게스트-호스트(guest-host) 효과이다. 기판 물질로서 단결정 실리콘을 사용하면 디스플레이 크기가 제한되는데, 이는 다양한 부품-디스플레이의 보다 더 모듈화된 어셈블리가 조인트부에서 문제를 발생시키기 때문이다.
바람직한 보다 발전된 타입 2의 경우, 사용되는 전광 효과는 일반적으로 TN 효과이다.
이들 2가지 기술은 서로 다음과 같이 대비된다: 예를 들면, CdSe와 같은 화합물 반도체를 포함하는 TFTs, 또는 다결정성 또는 무정형 실리콘을 기재로 하는 TFTs. 후자의 기술이 전세계에서 집중적으로 사용되고 있다.
TFT 매트릭스는 디스플레이의 하나의 유리 플레이트의 내측에 적용되는 반면, 다른 하나의 유리 플레이트는 그의 내측상에서 투명 반대전극을 수반한다. 픽셀 전극의 크기를 비교할 때, TFT는 매우 작으며, 실질적으로 이미지상에서 부작용이 전혀 없다. 이러한 기술은 또한 필터 소자를 각각의 스위칭가능한 픽셀에 대향시키는 방식으로 적색, 녹색 및 청색 필터의 모자이크가 정렬된 전색성 디스플레이(fully colour-capable display)로 확장할 수도 있다.
지금까지 개시된 TFT 디스플레이는 일반적으로 전송시에 교차된 편광장치를 갖는 TN 셀로서 작동하는 백라이트이다.
본원에서, MLC 디스플레이란 용어는 집적된 비선형 소자를 갖는 특정의 매트릭스 디스플레이, 즉 능동 매트릭스 이외에도 또한 배리스터(varistor) 또는 다이오드(MIM = metal-insulator-metal)와 같은 수동 소자를 갖는 디스플레이를 포함한다.
이러한 타입의 MLC 디스플레이는 자동차 또는 항공기 제작시에 TV 용도(예를 들면 포켓용 TV) 또는 고성능-정보 디스플레이용으로 특히 적합하다. 콘트라스트의 각도 의존성 및 응답시간과 관련된 문제 이외에도, 또한 액정 혼합물의 불충분 하게 높은 비저항으로 인하여 MLC 디스플레이에서 많은 어려움이 야기된다[참조 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; 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 감소하면, MLC 디스플레이의 콘트라스트는 열화된다. 일반적으로, 액정 혼합물의 비저항은 디스플레이의 내측 표면과의 상호작용으로 인하여 MLC 디스플레이의 수명을 저하시키기 때문에, 장기간의 작동시간에 걸쳐 허용될 수 있는 저항값을 가져야만 하는 디스플레이에 대해서는 높은 (초기) 저항이 매우 중요하다.
지금까지 개시된 MLC-TN 디스플레이의 단점은 그들의 비교적 낮은 콘트라스트, 비교적 높은 가시각(viewing-angle) 의존성 및 그들 디스플레이내에서의 회색 색조의 생산의 어려움 등이다.
따라서, 광범위한 작동온도 범위, 짧은 응답시간 및 다양한 회색 색조를 생성시킬 수 있는 낮은 임계전압과 동시에 매우 높은 비저항을 갖는 MLC 디스플레이가 지속적으로 강하게 요구되어 왔다.
본 발명은 ECB, PALC, FFS 또는 IPS 효과에 기초한 모니터 및 TV 용도에서 뿐만 아니라 휴대전화(mobile telephone) 및 네비게이션 시스템(navigation system) 용도에서, 상기에서 기재된 단점을 갖지 않거나 또는 단지 그러한 단점이 더욱 감소되는 동시에 매우 높은 비저항 값을 갖는 MLC 디스플레이를 제공하는데 그 목적이 있다. 특히, 휴대전화 및 네비게이션 시스템의 경우에는 그들이 또한 극고온 및 극저온에서도 작동할 수 있어야만 한다.
놀랍게도, 본 발명에서 화학식 1의 화합물 하나 이상을 포함하는 네마틱 액정 혼합물이 이러한 디스플레이 소자내에 사용되는 경우 이러한 목적이 달성될 수 있음이 확인되었다. 이러한 액정 혼합물은 복굴절률(△n)에 대한 높은 값에 의해 구별되며, 따라서 많은 것들 중에서도, 특히 텔레비젼 셋트, 컴퓨터(예를 들면 노 트북 또는 데스크탑), 스위치보드(switchboard) 뿐만 아니라 도박기계(gambling machine), 전광 디스플레이(예를 들면 시계), 계산기, 포켓용 전자 게임기, 체스 컴퓨터, PDA(개인 휴대용 정보 단말기)와 같은 휴대용 데이터 저장장치, 또는 휴대전화 및 네비게이션 시스템의 스크린용으로, 특히 동영상(moving image)을 디스플레이하는 모든 디스플레이용으로 특히 적합하다.
따라서, 본 발명은 화학식 1의 화합물 하나 이상을 포함하는 극성 화합물의 혼합물을 기재로 하는 액정 매질에 관한 것이다.
본 발명에 따른 혼합물은 65℃ 이상의 등명점(clearing point), 매우 유용한 용량성 임계값(capacitive threshold value), 비교적 높은 값의 보유비(holding ratio) 및 그와 동시에 -30℃ 및 -40℃에서의 매우 우수한 저온 안정성을 갖는 매우 광범위한 네마틱 상 범위(nematic phase range)를 나타낸다. 본 발명에 따른 혼합물은 또한 낮은 회전 점도 γ1에 의해서도 구별된다.
화학식 1의 화합물은, 예를 들면, 중국 특허 제 CN 18 44 310 A 호로부터 알려져 있으며, 독일 특허 제 DE 39 06 058 C2 호에 의해 커버된다.
본 발명에 따른 혼합물의 몇 가지 바람직한 실시태양이 하기에 나타나 있다:
(a) 화학식 1의 화합물에서, R11 및 R12는 바람직하게는 6개 이하의 C 원자를 갖는 알킬 및/또는 알케닐, 특히 직쇄 알킬, 바이닐, 1E-알케닐 또는 3-알케닐, 특히 바람직하게는 1 내지 6개의 C 원자, 바람직하게는 2 내지 5개의 C 원자를 갖는 직쇄 비치환 알킬 라디칼을 나타낸다.
R11 및/또는 R12가 알킬을 나타내는 경우, 알킬 라디칼은 같거나 다를 수 있다. R11 및/또는 R12가 알킬 라디칼을 나타내는 경우, 이는 바람직하게는 CH3, C2H5, n-C3H7, n-C4H9, n-C5H11 또는 n-C6H13이다.
R11 및/또는 R12가 알케닐을 나타내는 경우, 알케닐 라디칼은 같거나 다를 수 있다. R11 및/또는 R12가 알케닐 라디칼을 나타내는 경우, 이는 바람직하게는 CH2=CH, CH3-CH=CH, C3H7-CH=CH, CH2=CH-C2H4 또는 CH3-CH=CH-C2H4이다.
(b) 화학식 1에서, 고리 A 및 B는 바람직하게는
Figure 112008061464979-pat00009
,
Figure 112008061464979-pat00010
또는
Figure 112008061464979-pat00011
, 특히
Figure 112008061464979-pat00012
을 나타낸다. a 는 바람직하게는 0 또는 1을 나타낸다. a = 1인 경우, 고리 A 및 B는 같거나 다를 수 있다. a = 0인 경우, 고리 A는 바람직하게는
Figure 112008061464979-pat00013
을 나타낸다. a = 1인 경우, 고리 A 및 B는 바람직하게는 모두
Figure 112008061464979-pat00014
을 나타낸다.
(c) 화학식 1의 화합물 1종, 2종, 3종, 4종 또는 그 이상, 바람직하게는 1종, 2종 또는 3종을 포함하는 액정 매질.
(d) 전체 혼합물중에서의 화학식 1의 화합물의 비율이 2중량% 이상, 바람직하게는 10중량% 이상, 특히 바람직하게는 2 내지 60중량%인 액정 매질.
(e) 하기 화학식 1a 내지 1x중에서 선택된 화합물 하나 이상을 포함하는 액정 매질:
Figure 112008061464979-pat00015
Figure 112008061464979-pat00016
Figure 112008061464979-pat00017
상기 식들에서,
알킬 및 알킬*은 각각 서로 독립적으로 1 내지 6개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼을 나타내며,
알케닐은 2 내지 6개의 C 원자를 갖는 직쇄 알케닐 라디칼을 나타낸다.
이들 중 특히 바람직한 것은 화학식 1b, 1d 및 1n의 화합물이다.
(f) 하기 화학식 2a 및/또는 2b의 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 액정 매질:
Figure 112008061464979-pat00018
Figure 112008061464979-pat00019
상기 식들에서,
Figure 112008061464979-pat00020
Figure 112008061464979-pat00021
,
Figure 112008061464979-pat00022
또는
Figure 112008061464979-pat00023
, 바람직하게는
Figure 112008061464979-pat00024
를 나타내고,
R2 는 R11의 의미를 갖고,
Z2는 단일 결합, -CH=CH-, -CH2O-, -OCH2-, -CF2O-, -OCF2-, -O-, -CH2- 또는 -CH2CH2-, 바람직하게는 단일 결합을 나타내고,
p는 1 또는 2를 나타내고,
L1 내지 L4는 각각 서로 독립적으로 F, Cl, OCF3, CF3, CH3, CH2F, CHF2를 나타내거나, 바람직하게는 L1 = L2 = F 또는 L3 = L4 = F이며,
v는 1 내지 6을 나타낸다.
화학식 2a 및 2b의 화합물에서, R2, Z2 및 v의 의미는 같거나 다를 수 있다.
특히 바람직한 화학식 2a의 화합물은 하기 화학식 2aa 내지 2aw의 화합물이다:
Figure 112008061464979-pat00025
Figure 112008061464979-pat00026
Figure 112008061464979-pat00027
Figure 112008061464979-pat00028
상기 식들에서,
R2 및 v는 상기에서 기재된 의미를 가지며,
(O)CvH2v + 1는 CvH2v +1 또는 OCvH2v + 1를 나타낸다.
화학식 2aa 및 2ab, 및 화학식 2ac 및 2ad의 화합물이 특히 바람직하다. 화학식 2a의 화합물에서, R2는 바람직하게는 직쇄 알킬 또는 알케닐, 특히 CH2=CH, CH3CH=CH, CH2=CHCH2CH2, CH3CH=CHC2H4, C3H7CH=CH, CH3, C2H5, n-C3H7, n-C4H9, 또는 n-C5H11을 나타낸다.
특히 바람직한 화학식 2b의 화합물은 하기 화학식 2ba 내지 2bg의 화합물이다:
Figure 112008061464979-pat00029
상기 식들에서,
R2 및 v는 상기에서 기재된 의미를 갖는다.
화학식 2ba의 화합물이 특히 바람직하다. 화학식 2ba의 화합물에서, R2는 바람직하게는 직쇄 알킬 또는 알케닐, 특히 CH2=CH, CH3CH=CH, CH2=CHCH2CH2, CH3CH=CHC2H4, C3H7CH=CH, CH3, C2H5, n-C3H7, n-C4H9, 또는 n-C5H11을 나타낸다.
상기 화학식 2a 및 2b의 화합물에서, Z2는 바람직하게는 단일결합, 또는 -CH2CH2-를 나타낸다.
(g) 하기 화학식 3의 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 액정 매질:
Figure 112008061464979-pat00030
상기 식에서,
R31 및 R32 는 각각 서로 독립적으로, 1 내지 12개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼을 나타내고, 여기서 하나 이상의 CH2 기는 각각 서로 독립적으로, 치환되지 않거나, CN 또는 CF3로 일치환되거나, 또는 할로겐으로 적어도 일치환되고, 추가로 그들 라디칼중의 하나 이상의 CH2 기가 O 원자가 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -O-, -S-,
Figure 112013077303604-pat00031
, -C≡C-, -OC-O- 또는 -O-CO-에 의해 치환될 수 있는, 15개 이하의 C 원자를 갖는 알킬 또는 알케닐 라디칼로 각각 치환될 수 있고,
Figure 112008061464979-pat00032
Figure 112008061464979-pat00033
는 각각 서로 독립적으로
Figure 112008061464979-pat00034
를 나타내고,
r은 0, 1 또는 2를 나타내며,
Z31 및 Z32는 각각 서로 독립적으로 단일결합, -CH2CH2-, -C≡C-, -CH=CH-, -CF2O-, -OCF2-, -CF=CF-, -CF=CH-, -CH=CF-, -CH2CF2-, -CF2CH2-, -COO-, -OCO-, -CH2O-, -OCH2-, 또는 -(CH2)4-를 나타낸다.
(h) 전체 혼합물중에서의 화학식 2a 및/또는 2b의 화합물의 비율이 20중량% 이상인 액정 매질.
(i) 전체 혼합물중에서의 화학식 3의 화합물의 비율이 5중량% 이상인 액정 매질.
(j) 하기 화학식 3a 내지 3p중에서 선택된 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 액정 매질:
Figure 112008061464979-pat00035
Figure 112008061464979-pat00036
Figure 112008061464979-pat00037
상기 식들에서,
알킬 및 알킬*은 각각 서로 독립적으로 1 내지 6개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼을 나타내고,
알콕시는 1 내지 6개의 C 원자를 갖는 직쇄 알콕시 라디칼을 나타내며,
알케닐 및 알케닐*은 각각 서로 독립적으로 2 내지 6개의 C 원자를 갖는 직쇄 알케닐 라디칼을 나타낸다.
전체 혼합물중에서의 화학식 3의 화합물의 비율은 바람직하게는 5중량% 이상이다.
본 발명에 따른 매질은 특히 바람직하게는 화학식 3e의 화합물, 특히 하기 화학식의 화합물중에서 선택된 화합물을 바람직하게는 20중량% 초과, 특히 바람직하게는 25중량% 초과, 매우 특히 바람직하게는 30중량 이상의 양으로 포함한다:
Figure 112008061464979-pat00038
상기 식에서,
n은 3, 4 또는 5이며,
Re는 H 또는 CH3를 나타낸다.
본 발명에 따른 매질은 바람직하게는 화학식 3a, 3b, 3e, 3f, 3i, 3j, 3k, 3l, 3m, 3n 및/또는 3o의 화합물 중 하나 이상을 포함한다.
특히 바람직한 화학식 3e 및 3f의 화합물이 하기에 열거되어 있다:
Figure 112008061464979-pat00039
Figure 112008061464979-pat00040
화학식 3의 화합물에서, R31 및 R32는 각각 서로 독립적으로 바람직하게는 각각 6개 이하의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬, 알콕시 또는 알케닐을 나타낸다. Z31 및 Z32는 바람직하게는 서로 독립적으로 단일 결합, -COO- 또는 -CH2O-를 나타낸다. 고리 A31, A32 및 A33은 바람직하게는 각각 서로 독립적으로
Figure 112008061464979-pat00041
,
Figure 112008061464979-pat00042
또는
Figure 112008061464979-pat00043
을 나타낸다.
(k) 2 내지 20중량%의 하나 이상의 화학식 1의 화합물 및 20 내지 80중량%의 하나 이상의 화학식 2a 및/또는 2b의 화합물을 포함하거나 또는 그들로 이루어진 액정 매질(이때, 총 농도는 혼합물을 기준으로 최대 100%이다).
(l) 하기 화학식의 테트라사이클릭 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 액정 매질:
Figure 112008061464979-pat00044
상기 식들에서,
R7 내지 R10은 각각 서로 독립적으로 특허청구범위 제 1항에서 R11에 대해 기재된 의미중 하나를 가지며,
w 및 x는 각각 서로 독립적으로 1 내지 6을 나타낸다.
(m) 하기 화학식 Y-1 내지 Y-14의 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 액정 매질:
Figure 112008061464979-pat00045
Figure 112008061464979-pat00046
Figure 112008061464979-pat00047
상기 식들에서,
R13 내지 R26 은 각각 서로 독립적으로 R11에 대해 기재된 의미를 갖고,
z 및 m은 각각 서로 독립적으로 1 내지 6을 나타내며,
(O) CmH2m+1은 CmH2m+1 또는 OCmH2m+1을 나타낸다.
(n) 하기 화학식 B-1의 화합물 하나 이상을 바람직하게는 3중량% 초과, 특히 바람직하게는 5중량% 이상, 매우 특히 바람직하게는 5 내지 25중량%의 양으로 추가로 포함하는 액정 매질:
Figure 112008061464979-pat00048
상기 식에서,
R29는 R11에 대해 기재된 의미를 가지며;
m은 1 내지 6을 나타낸다.
(o) 하기 화학식 T-1 내지 T-21의 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 액정 매질:
Figure 112008061464979-pat00049
Figure 112008061464979-pat00050
Figure 112008061464979-pat00051
상기 식들에서,
R 은 각각 1개 또는 2 내지 6개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬, 알케닐, 알콕시, 알킬알콕시 또는 알케닐옥시를 나타내며,
m은 1 내지 6이다.
R은 바람직하게는 메틸, 에틸, 프로필, 뷰틸, 펜틸, 헥실, 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 뷰톡시 또는 펜톡시를 나타낸다.
본 발명에 따른 매질은 바람직하게는 상기 화학식 T-1 내지 T-21의 터페닐을 2 내지 30중량%, 특히는 5 내지 20중량%의 양으로 포함한다.
상기 화합물중에서 T-1, T-2, T-3, T-4 또는 T-21의 화합물이 특히 바람직하다. 이들 화합물에서, R은 바람직하게는 각각 1 내지 5개의 C 원자를 갖는 알킬 또는 알콕시이다.
본 발명에 따른 특히 바람직한 매질은 하기 화학식의 화합물을 포함한다:
Figure 112008061464979-pat00052
상기 식에서,
알킬 및 O-알킬*은 상기에서 기재된 의미를 갖는다.
터페닐은 바람직하게는 혼합물의 △n 값이 0.1 이상으로 추정되는 경우에 본 발명에 따른 혼합물에 사용된다. 바람직한 혼합물은 화합물 7a 내지 7u의 화합물의 군중에서 선택된 터페닐 화합물 하나 이상을 2 내지 20중량% 포함한다.
(p) 하기 화학식 B-1 내지 B-3의 바이페닐 중 하나 이상을 추가로 포함하는 액정 매질:
Figure 112008061464979-pat00053
상기 식들에서,
알킬 및 알킬*은 각각 서로 독립적으로 1 내지 6개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼을 나타내며,
알케닐 및 알케닐*은 각각 서로 독립적으로 2 내지 6개의 C 원자를 갖는 직쇄 알케닐 라디칼을 나타낸다.
전체 혼합물중에서의 상기 화학식 B-1 내지 B-3의 바이페닐의 비율은 바람직하게는 3중량% 이상, 특히 5중량% 이상이다.
화학식 B-1 내지 B-3의 화합물들 중에서, 화학식 B-2의 화합물이 특히 바람직하다.
특히 바람직한 바이페닐은 하기 화학식 B-1a 내지 B-2c의 화합물이다:
Figure 112008061464979-pat00054
상기 식들에서, 알킬*은 1 내지 6개의 C 원자를 갖는 알킬 라디칼을 나타낸다. 본 발명에 따른 매질은 특히 바람직하게는 화학식 B-1a 및/또는 B-2c의 화합물 하나 이상을 포함한다.
(q) 하기 화학식 Z-1 내지 Z-15의 화합물 중 하나 이상을 추가로 포함하는 액정 매질:
Figure 112008061464979-pat00055
Figure 112008061464979-pat00056
상기 식들에서,
알킬은 상기에서 기재된 의미를 가지며,
R은 각각 1개 또는 2 내지 7개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬, 알콕시 또는 알케닐 라디칼을 나타낸다.
(r) 하기 화학식 O-1 내지 O-14의 화합물 중 하나 이상을 포함하는 액정 매 질:
Figure 112008061464979-pat00057
Figure 112008061464979-pat00058
상기 식들에서,
R1 및 R2는 R11에 대해 기재된 의미를 갖고, R1 및 R2는 바람직하게는 각각 서로 독립적으로 직쇄 알킬, 및 알케닐을 나타낸다.
바람직한 매질은 화학식 O-1, O-3, O-4, O-9, O-13 및/또는 O-14의 화합물 하나 이상을 포함한다.
혼합물내에서의 화합물 O-1 내지 O-14의 비율은 바람직하게는 5 내지 40중량%이다.
화학식 O-9의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 O-9a 및/또는 O-9b의 화합물이다:
Figure 112008061464979-pat00059
상기 식들에서,
n 및 m은 각각 서로 독립적으로 1, 2, 3, 4 또는 5를 나타낸다.
화학식 O-9b에서, n은 바람직하게는 2를 나타내며, m은 바람직하게는 1을 나타낸다.
바람직한 혼합물은 화학식 O-9의 화합물, 특히 화학식 O-9a의 화합물을 2 내지 30중량%, 특히 5 내지 20중량% 포함한다.
(s) 본 발명에 따른 바람직한 액정 매질은, 예를 들면, 하기 화학식 N-1 내지 N-6의 화합물과 같은, 테트라하이드로나프틸 또는 나프틸 단위를 함유하는 물질 하나 이상을 포함한다:
Figure 112008061464979-pat00060
상기 식들에서,
R1N 및 R2N는 각각 서로 독립적으로 R11에 대해 기재된 의미를 갖고, 바람직하게는 직쇄 알킬, 직쇄 알콕시 또는 직쇄 알케닐을 나타내며,
Z1 및 Z2는 각각 서로 독립적으로 -C2H4-, -CH=CH-, -(CH2)4-, -(CH2)3O-, -O(CH2)3-, -CH=CHCH2CH2-, -CH2CH2CH=CH-, -CH2O-, -OCH2-, -COO-, -OCO-, -C2F4-, -CF=CF-, -CF=CH-, -CH=CF-, -CF2O-, -OCF2-, -CH2- 또는 단일 결합을 나타낸다.
(t) 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 다이벤조퓨란으로 이루어진 군중에서 선택된 화합물 하나 이상을 바람직하게는 3 내지 20중량%, 특히 3 내지 15중량%의 양으로 포함한다:
Figure 112008061464979-pat00061
상기 식들에서,
RB1, RB2, RCR1 및 RCR2는 각각 서로 독립적으로 R11의 의미를 갖는다.
특히 바람직한 화학식 BC 및 CR의 화합물은 하기의 화합물 BC-1 내지 BC-7 또는 CR-1 내지 CR-5이다:
Figure 112008061464979-pat00062
Figure 112008061464979-pat00063
Figure 112008061464979-pat00064
상기 식들에서,
알킬 및 알킬*은 각각 서로 독립적으로 1 내지 6개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼을 나타내며,
알케닐 및 알케닐*은 각각 서로 독립적으로 2 내지 6개의 C 원자를 갖는 직쇄 알케닐 라디칼을 나타낸다.
1종, 2종 또는 3종의 화학식 BC-2의 화합물을 포함하는 혼합물이 특히 바람직하다.
(u) 하기 화학식 In의 화합물 하나 이상을 추가로 포함하는 액정 매질:
Figure 112008061464979-pat00065
상기 식에서,
R1In, R2In 및 R3In은 각각 서로 독립적으로 1 내지 5개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬, 알콕시, 알콕시알킬 또는 알케닐 라디칼을 나타내고,
R2In 및 R3In은 추가적으로 H 또는 할로겐, 바람직하게는 F를 나타내고,
Figure 112008061464979-pat00066
를 나타내며,
i 는 0, 1 또는 2를 나타낸다.
바람직한 화학식 In의 화합물은 하기에 나타낸 화학식 In-1 내지 In-24의 화합물이다:
Figure 112008061464979-pat00067
Figure 112008061464979-pat00068
Figure 112008061464979-pat00069
Figure 112008061464979-pat00070
화학식 In-1, In-3, In-6, In-7 및 In-9의 화합물이 특히 바람직하다.
화학식 In 및 종속식 In-1 내지 In-24의 화합물은 바람직하게는 본 발명에 따른 혼합물중에서 5중량% 초과, 특히 바람직하게는 5 내지 30중량%, 매우 특히 바람직하게는 10 내지 15중량%의 농도로 사용된다.
(r) 바람직한 혼합물은 하기 화학식 L-1 내지 L-10의 화합물 중 하나 이상을 포함한다:
Figure 112008061464979-pat00071
Figure 112008061464979-pat00072
상기 식들에서,
R, R1 및 R2는 각각 서로 독립적으로 특허청구범위 제1항의 R2A에 대해 기재된 의미를 갖고, 알킬은 1 내지 6개의 C 원자를 갖는 알킬 라디칼을 나타낸다.
화학식 L-1 및 L-7의 화합물이 특히 바람직하다.
화학식 L-1 내지 L-10의 화합물은 바람직하게는 10 내지 60중량%, 특히 바람직하게는 10 내지 40중량%의 농도로 사용된다.
또한, 본 발명은 유전체로서 특허청구의 범위 제 1항 내지 제 10항중 어느 한 항에 따른 액정 매질을 함유함을 특징으로 하는, ECB, IPS 또는 FFS 효과에 기초한 능동-매트릭스 어드레싱을 갖는 전광 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 네마틱상을 갖는다.
본원에서 사용되는 표현 "네마틱상을 갖는다(have a nematic phase)"는, 한편으로는 상응하는 온도의 저온에서는 스멕틱상이나 결정화가 전혀 관찰되지 않는 반면, 다른 한편으로는 네마틱상으로부터 가열시에 등명점이 나타나지 않는다는 것을 의미한다. 저온에서의 검사는 상응하는 온도에서 흐름 점도계내에서 수행되며, 전광 용도에 상응하는 층 두께를 갖는 테스트 셀내에서 적어도 100시간 동안 저장한 후에 점검한다. 상응하는 테스트 셀내에서의 -20℃의 온도에서의 저장 안정성이 1000시간 이상인 경우, 매질은 그 온도에서 안정한 것으로 간주한다. -30℃ 및 -40℃의 온도에서, 상응하는 시간은 각각 500시간 및 250시간이다. 고온에서, 등명점은 모세관내에서 통상의 방법을 이용하여 측정한다.
액정 혼합물은 바람직하게는 60K 이상의 네마틱상 범위 및 20℃에서 30mm2 s-1 이하의 흐름 점도 ν20 을 갖는다.
액정 혼합물내에서의 복굴절률 △n의 값은 일반적으로는 0.07 내지 0.16 사이, 바람직하게는 0.08 내지 0.12 사이이다.
본 발명에 따른 액정 혼합물은 약 -0.5 내지 -8.0, 특히 약 -3.0 내지 -6.0의 △ε(여기서, △ε은 유전 이방성을 나타낸다)을 갖는다. 20℃에서의 회전 점도 γ1은 바람직하게는 165mPa.s 미만, 특히 140mPa.s 미만이다.
본 발명에 따른 액정 매질은 비교적 낮은 값의 임계전압(V0)을 갖는다. 임계전압은 바람직하게는 1.7V 내지 3.0V의 범위, 보다 바람직하게는 2.75V 이하, 매우 바람직하게는 2.4V 이하이다.
본 발명의 경우, 용어 "임계전압(threshold voltage)"은 달리 분명하게 지시되지 않는 한, 또한 프레데릭츠 임계값으로도 알려진 용량성 임계전압(V0)에 관한 것이다.
또한, 본 발명에 따른 액정 매질은 액정 셀내에서 높은 값의 전압 보유비(voltage holding ratio)를 갖는다.
일반적으로, 낮은 어드레싱 전압 또는 임계전압을 갖는 액정 매질은, 더 큰 어드레싱 전압 또는 임계전압을 갖는 액정 매질보다 더 낮은 전압 보유비를 나타내며, 그 역도 성립한다.
본 발명에서, "유전적으로 양성 화합물(dielectrically positive compound)"이란 용어는 1.5를 초과하는 △ε를 갖는 화합물을 나타내고, "유전적으로 중성 화합물(dielectrically neutral compound)"이란 용어는 -1.5 이상, 1.5 이하의 △ε를 갖는 화합물을 나타내며, "유전적으로 음성 화합물(dielectrically negative compound)"이란 용어는 -1.5 미만의 △ε를 갖는 화합물을 나타낸다. 본원에서, 화합물의 유전 이방성은, 화합물의 10%를 액정 호스트중에 용해시킨 다음, 생성된 혼합물의 전기 용량(capacitance)을 각각 1kHz에서 호메오트로픽 및 동질(homogeneous) 표면 정렬로 20㎛의 층 두께를 갖는 하나 이상의 테스트 셀내에서의 측정함으로써 측정된다. 측정 전압은 전형적으로 0.5 V 내지 1.0 V이지만, 조사된 개개 액정 혼합물의 용량성 임계전압보다 항상 더 낮다.
유전적으로 양성 및 유전적으로 중성 화합물에 사용되는 호스트 혼합물은 ZLI-4792이며, 유전적으로 음성 화합물에 사용되는 호스트 혼합물은 ZLI-2857로서, 이들 두가지 모두 독일에 소재한 메르크 카게아아(Merck KGaA)사 제품이다. 조사할 각각의 화합물에 대한 값은 조사할 화합물을 첨가하고 사용된 화합물의 100%까지 외삽한 후의 호스트 혼합물의 유전 상수의 변화로부터 수득된다. 조사할 화합물의 10%를 호스트 혼합물중에 용해시킨다. 이 경우, 물질의 용해도가 너무 낮은 경우에는, 목적하는 온도에서 조사가 실시될 수 있을 때까지 농도를 여러 단계로 반분한다.
본 발명을 위해 기재된 모든 온도 값은 ℃ 단위이다.
전압 보유비는 메르크 카게아아사에서 생산된 테스트 셀내에서 측정한다. 측정 셀은 소다회 유리 기판을 갖고 있으며, 폴리이미드 정렬층(일본의 일본 합성고무(Japan Synthetic Rubber)사의 AL-3046)을 사용하여 제조한다. 층 두께는 일정하게 6.0㎛이다. 투명 ITO 전극의 면적은 1㎠이다.
본 발명에 따른 혼합물은, 예를 들면, VAN, MVA, (S)-PVA 및 ASV와 같은 모든 VA-TFT 용도에 적합하다. 그들은 또한 음성(-)의 △ε을 갖는 IPS(in-plane switching), FFS(fringe field switching) 및 PALC 용도에도 적합하다.
본 발명에 따른 디스플레이내의 네마틱 액정 혼합물은 일반적으로, 그들 스스로가 하나 이상의 개개의 화합물로 이루어진 2개의 성분 A 및 B를 포함한다.
성분 A는 상당히 음성인 유전 이방성을 가지며, -0.5 이하의 유전 이방성을 갖는 네마틱상을 제공한다. 화학식 1A, IB 및/또는 1C의 화합물 하나 이상뿐만 아니라, 이것은 바람직하게는 화학식 2a 및/또는 2b의 화합물, 및 화학식 3의 화합물을 포함한다.
성분 A의 비율은 바람직하게는 45 내지 100%, 특히는 60 내지 100% 사이이다.
성분 A의 경우, 바람직하게는 -0.8 이하의 △ε 값을 갖는 하나(또는 그 이상)의 개개 화합물(들)이 선택된다. 이러한 값은 전체 혼합물내에서 성분 A의 비율이 작아질수록 더 음성이어야 한다.
성분 B는 현저한 네마토성(nematogeneity) 및 20℃에서 30mm2·s-1 이하, 바람직하게는 25mm2·s-1 이하의 흐름 점도를 갖는다.
성분 B의 특히 바람직한 개개의 화합물은 20℃에서 18mm2·s-1 이하, 바람직하게는 12mm2·s-1 이하의 흐름 점도를 갖는 극저점도 네마틱 액정이다.
성분 B는 모노트로프적으로 또는 에난티오트로프적으로 네마틱이고, 스멕틱상을 전혀 갖지 않으며, 액정 혼합물내에서 매우 낮은 온도까지 스멕틱상의 발생을 억제할 수 있다. 예를 들면, 높은 네마토성을 갖는 다양한 물질이 스멕틱 액정 혼합물에 첨가된 경우, 이러한 물질의 네마토성은 달성되는 스멕틱상의 억제의 정도를 통하여 비교될 수 있다.
다수의 적합한 물질이 문헌을 통하여 당업자들에게 알려져 있다. 특히 바람직한 것은 화학식 3의 화합물이다.
그 외에도, 이러한 액정상은 또한 18 가지 이상의 성분, 바람직하게는 18 내지 25 가지의 성분을 포함할 수도 있다.
이들 상은 바람직하게는 4 내지 15종, 특히는 5 내지 12종, 특히 바람직하게는 10종 미만의 화학식 1a, 1b 및/또는 1c의 화합물, 및 화학식 2a 및/또는 2b, 및 임의적으로는 화학식 3의 화합물을 포함한다.
화학식 1a, 1b, 1c의 화합물, 및 화학식 2a 및/또는 2b, 및 임의적으로는 화학식 3의 화합물 이외에도, 또한 다른 성분들이, 예를 들면 전체 혼합물의 45% 이 하, 바람직하게는 35% 이하, 특히 10% 이하의 양으로 존재할 수도 있다.
다른 성분들은 바람직하게는 아족시벤젠, 벤질리덴아닐린, 바이페닐, 터페닐, 페닐 또는 사이클로헥실 벤조에이트, 페닐 또는 사이클로헥실 사이클로헥세인카복실레이트, 페닐사이클로헥세인, 사이클로헥실바이페닐, 사이클로헥실사이클로헥세인, 사이클로헥실나프탈렌, 1,4-비스사이클로헥실바이페닐 또는 사이클로헥실피리미딘, 페닐- 또는 사이클로헥실다이옥세인, 임의로 할로겐화된 스틸벤, 벤질 페닐 에터, 톨란 및 치환된 신남산 에스터 류로부터의 네마틱 또는 네마토성 물질, 특히 공지된 물질중에서 선택된다.
이러한 타입의 액정상의 성분으로서 적합한 가장 중요한 화합물은 하기 화학식 4를 특징으로 할 수 있다:
R9-L-G-E-R10
상기 식에서,
L 및 E는 각각 1,4-이치환된 벤젠 및 사이클로헥세인 고리, 4,4'-이치환된 바이페닐, 페닐사이클로헥세인 및 사이클로헥실사이클로헥세인 시스템, 2,5-이치환된 피리미딘 및 1,3-다이옥세인 고리, 2,6-이치환된 니프탈렌, 다이- 및 테트라하이드로나프탈렌, 퀴나졸린 및 테트라하이드로퀴나졸린으로 형성된 군중에서 선택된 카보사이클릭 또는 헤테로사이클릭 고리 시스템을 나타내고,
Figure 112008061464979-pat00073
또는 C-C 단일결합을 나타내고,
Q는 할로겐, 바람직하게는 염소, 또는 -CN을 나타내며,
R9 및 R10은 각각 18개 이하, 바람직하게는 8개 이하의 탄소원자를 갖는 알킬, 알케닐, 알콕시, 알콕시알킬 또는 알콕시카보닐옥시를 나타내거나, 다르게는 이들 라디칼중의 하나가 CN, NC, NO2, NCS, CF3, SF5, OCF3, F, Cl 또는 Br을 나타낸다.
대부분의 이들 화합물에서, R9 및 R10은 서로 다르며, 이들 라디칼중의 하나는 일반적으로는 알킬기 또는 알콕시기이다. 제안된 치환체의 다른 변형체들도 또한 통상적이다. 많은 이러한 물질 또는 그들의 혼합물은 상업적으로 입수가 가능하다. 이러한 물질은 모두 문헌에 알려진 방법으로 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 VA, IPS, FFS 또는 PALC 혼합물이 또한, 예를 들면, H, N, O, Cl 및 F가 상응하는 동위원소로 치환된 화합물을 포함할 수도 있다는 사실은 당업자들에게 말할 필요도 없다.
예를 들면, 미국 특허 제 6,861,107 호에 개시된 바와 같은 중합가능한 화합물, 소위 반응성 메조젠(reactive mesogens)(RMs)도 또한 혼합물의 중량을 기준으 로 바람직하게는 0.12 내지 5중량%, 특히 바람직하게는 0.2 내지 2중량%의 농도로 본 발명에 따른 혼합물에 첨가될 수 있다. 이러한 타입의 혼합물은, 액정 혼합물내에서 반응성 메조젠의 중합이 일어나는 것으로 생각되는 소위 중합체-안정화된 VA 방식에 사용될 수 있다. 이 경우에 필수적인 전제 조건은 액정 혼합물 자체가 임의의 중합가능한 성분을 포함하지 않아야 한다는 점이다.
본 발명에 따른 액정 디스플레이의 구조는, 예를 들면, 유럽특허 제 EP-A 0 240 379 호에 기술되어 있는 바와 같은 통상적인 구조에 상응한다.
하기 실시예는 본 발명을 비제한적으로 설명하려는 것이다. 상기 및 이하에서, 백분율은 중량%를 나타내며; 모든 온도는 섭씨(℃)를 나타낸다.
화학식 2a 및/또는 2b의 화합물, 및 화학식 1b, 1c 및 1d의 화합물 군중에서 선택된 화합물 하나 이상 외에도, 본 발명에 따른 혼합물은 바람직하게는 하기에 언급된 화합물 하나 이상을 포함한다:
(다음의 약어들이 사용된다: n, m 및 z는 각각 서로 독립적으로 1, 2, 3, 4, 5 또는 6이다)
Figure 112008061464979-pat00074
Figure 112008061464979-pat00075
Figure 112008061464979-pat00076
Figure 112008061464979-pat00077
Figure 112008061464979-pat00078
Figure 112008061464979-pat00079
Figure 112008061464979-pat00080
Figure 112008061464979-pat00081
Figure 112008061464979-pat00082
Figure 112008061464979-pat00083
Figure 112008061464979-pat00084
Figure 112008061464979-pat00085
Figure 112008061464979-pat00086
Figure 112008061464979-pat00087
본 발명에 따라 사용될 수 있는 액정 혼합물은 본질적으로 통상적인 방식으로 제조된다. 일반적으로, 더 적은 양으로 사용되는 성분들의 목적하는 양을, 유리하게는 고온에서, 주요 성분을 구성하는 성분들중에 용해시킨다. 또한, 유기 용매, 예를 들면 아세톤, 클로로포름 또는 메탄올중의 성분의 용액들을 혼합한 다음, 혼합이 완결된 후에 예를 들면 증류하여 용매를 다시 제거할 수도 있다.
적절한 첨가제를 사용함으로써, 본 발명에 따른 액정상을, 예를 들면, 근래에 개시된 ECB, VAN, IPS, GH 또는 ASM-VA LCD 디스플레이중의 임의의 타입에 사용될 수 있는 방식으로 개량할 수 있다.
유전체는 또한, 예를 들면, UV 흡수제, 산화방지제, 나노입자 및 유리-라디칼 소거제와 같은, 당업자들에게 알려지고 문헌에 기술되어 있는 첨가제를 더 포함할 수도 있다. 예를 들면, 0 내지 15%의 다색성 염료, 안정화제 또는 키랄성 도펀트가 첨가될 수 있다.
예를 들면, 0 내지 15%의 다색성 염료가 첨가될 수 있으며, 또한 전도성을 개선하기 위하여 전도성 염, 바람직하게는 에틸다이메틸도데실암모늄 4-헥스옥시벤조에이트, 테트라뷰틸암모늄 테트라페닐보라네이트 또는 크라운 에터의 복합 염[문헌 참조: 예를 들면, Haller et al., Mol. Cryst. Liq. Cryst. Volume 24, pages 249-258(1973)]이 첨가될 수 있거나, 또는 유전 이방성, 점도 및/또는 네마틱상의 정렬을 개질하기 위하여 다른 물질이 첨가될 수 있다. 이러한 타입의 물질이, 예를 들면, 독일 특허 제 DE-A 22 09 127 호, 제 DE-A 22 40 864 호, 제 DE-A 23 21 632 호, 제 DE-A 23 38 281 호, 제 DE-A 24 50 088 호, 제 DE-A 26 37 430 호 및 제 DE-A 28 53 728 호에 기술되어 있다.
하기 표 1는 본 발명에 따른 혼합물에 첨가될 수 있는 가능한 도펀트를 나타낸 것이다. 혼합물이 도펀트를 포함하는 경우, 이들 도펀트는 0.01 내지 4중량%, 바람직하게는 0.1 내지 1.0중량%의 양으로 사용된다.
Figure 112008061464979-pat00088
Figure 112008061464979-pat00089
예를 들면, 본 발명에 따른 혼합물에 혼합물의 총량을 기준으로 10중량% 이하, 바람직하게는 0.01 내지 6중량%, 특히 0.1 내지 3중량%의 양으로 첨가될 수 있는 안정화제가 하기 표 2에 나타나 있다:
Figure 112008061464979-pat00090
Figure 112008061464979-pat00091
Figure 112008061464979-pat00092
Figure 112008061464979-pat00093
Figure 112008061464979-pat00094
하기 실시예는 본 발명을 비제한적으로 설명하려는 것이다. 상기 및 하기에서, 다음의 약어들이 사용된다:
Vo는 20℃에서의 용량성 임계전압[V]을 나타낸다.
△n은 20℃ 및 589nm에서 측정된 광학 이방성을 나타낸다.
△ε은 20℃ 및 1 kHz에서의 유전 이방성을 나타낸다.
cl.p. 는 등명점(clearing point)[℃]을 나타낸다.
K1은 탄성 상수인, 20℃에서의 "스플레이(splay)" 변형율[pN]을 나타낸다.
K3은 탄성 상수인, 20℃에서의 "굴곡(bend)" 변형율[pN]을 나타낸다.
γ1은 자기장내에서 회전법(rotation method)으로 측정한, 20℃에서 측정된 회전 점도[mPa.s]를 나타낸다.
LTS는 테스트 셀내에서 측정된 저온 안정성(네마틱상)을 나타낸다.
HR(20)은 20℃에서의 전압 보유비[%]를 나타낸다.
HR(100)은 5분 후 100℃에서의 전압 보유비[%]를 나타낸다.
HR(UV)은 UV 노출 후의 전압 보유비[%]를 나타낸다.
임계전압의 측정에 사용되는 디스플레이는, 20㎛ 분리되어 있는 2개의 평면-평행 외측 플레이트(two plane-parallel outer plate), 및 액정을 호메오트로픽으로 정렬시키는 외측 플레이트의 내측상에 SE-1211(니산 케미칼스(Nissan Chemicals) 제품)의 상부 정렬층을 갖는 전극 층을 갖고 있다.
본 출원에서 모든 농도는 달리 명백하게 지시되지 않는 한, 상응하는 혼합물 또는 혼합물 성분에 관한 것이다. 모든 물성은 달리 명백하게 지시되지 않는 한, 문헌[참조: "Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", status Nov. 1997, Merck KGaA, Germany]에 기술되어 있는 바와 같이 측정하며, 20℃의 온도를 적용한다.
본 출원에서 모든 % 데이터는 달리 지시되지 않는 한, 중량%이다. 본 출원에서 모든 농도는 달리 명백하게 지시되지 않는 한, 상응하는 혼합물 또는 혼합물 성분에 관한 것이다.
혼합물 실시예
실시예 1
Figure 112008061464979-pat00095
실시예 2
Figure 112008061464979-pat00096
실시예 3
Figure 112008061464979-pat00097
실시예 4
Figure 112008061464979-pat00098
실시예 5
Figure 112008061464979-pat00099

Claims (13)

  1. 하나 이상의 하기 화학식 1의 화합물 및 하나 이상의 하기 화학식 2a 및/또는 2b의 화합물을 포함함을 특징으로 하는, 극성 화합물의 혼합물을 기재로 하는 액정 매질:
    (화학식 1)
    Figure 112014106701060-pat00100
    [상기 식에서,
    R11 및 R12는 각각 서로 독립적으로, 치환되지 않거나, CN 또는 CF3로 일치환되거나, 또는 할로겐으로 적어도 일치환되고, 추가로 그들 라디칼중의 하나 이상의 CH2 기가 O 원자가 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -O-, -S-,
    Figure 112014106701060-pat00101
    , -C≡C-, -CF2O-, -OC-O- 또는 -O-CO-에 의해 치환될 수 있는, 15개 이하의 C 원자를 갖는 알킬 또는 알케닐 라디칼을 나타내고,
    Figure 112014106701060-pat00102
    Figure 112014106701060-pat00103
    는 각각 서로 독립적으로
    Figure 112014106701060-pat00104
    또는
    Figure 112014106701060-pat00105
    을 나타내고,
    a 는 0, 1 또는 2를 나타낸다.]
    (화학식 2a)
    Figure 112014106701060-pat00106
    (화학식 2b)
    Figure 112014106701060-pat00107
    [상기 식들에서,
    Figure 112014106701060-pat00108
    Figure 112014106701060-pat00109
    ,
    Figure 112014106701060-pat00110
    또는
    Figure 112014106701060-pat00111
    를 나타내고,
    R2는 치환되지 않거나, CN 또는 CF3으로 일치환되거나, 또는 할로겐으로 적어도 일치환되고, 추가로 그들 라디칼중의 하나 이상의 CH2 기가 O 원자가 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -O-, -S-,
    Figure 112014106701060-pat00112
    , -C≡C-, -CF2O-, -OC-O- 또는 -O-CO-에 의해 치환될 수 있는, 15개 이하의 C 원자를 갖는 알킬 또는 알케닐 라디칼을 나타내고,
    Z2는 단일 결합, -CH=CH-, -CH2O-, -OCH2-, -CF2O-, -OCF2-, -O-, -CH2- 또는 -CH2CH2-를 나타내고,
    p는 1 또는 2를 나타내고,
    L1 내지 L4는 각각 서로 독립적으로 F, Cl, OCF3, CF3, CH3, CH2F 또는 CHF2를 나타내고,
    v는 1 내지 6을 나타낸다.]
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    하나 이상의 하기 화학식 3의 화합물을 추가로 포함함을 특징으로 하는 액정 매질:
    (화학식 3)
    Figure 112014106701060-pat00113
    상기 식에서,
    R31 및 R32 는 각각 서로 독립적으로, 치환되지 않거나, CN 또는 CF3으로 일치환되거나, 또는 할로겐으로 적어도 일치환되고, 추가로 그들 라디칼중의 하나 이상의 CH2 기가 O 원자가 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -O-, -S-,
    Figure 112014106701060-pat00114
    , -C≡C-, -OC-O- 또는 -O-CO-에 의해 치환될 수 있는, 15개 이하의 C 원자를 갖는 알킬 또는 알케닐 라디칼을 나타내고,
    Figure 112014106701060-pat00115
    Figure 112014106701060-pat00116
    은 각각 서로 독립적으로
    Figure 112014106701060-pat00117
    를 나타내고,
    r은 0, 1 또는 2를 나타내고,
    Z31 및 Z32는 각각 서로 독립적으로 단일결합, -CH2CH2-, -C≡C-, -CH=CH-, -CF2O-, -OCF2-, -CF=CF-, -CF=CH-, -CH=CF-, -CH2CF2-, -CF2CH2-, -COO-, -OCO-, -CH2O-, -OCH2- 또는 -(CH2)4-를 나타낸다.
  4. 제 1 항에 있어서,
    화학식 1의 화합물을 1개, 2개, 3개, 4개 또는 그 이상 포함함을 특징으로 하는 액정 매질.
  5. 제 1 항에 있어서,
    전체 혼합물중에서의 화학식 1의 화합물의 비율이 2중량% 이상임을 특징으로 하는 액정 매질.
  6. 제 1 항에 있어서,
    전체 혼합물중에서의 화학식 2a 및/또는 2b의 화합물의 비율이 20중량% 이상임을 특징으로 하는 액정 매질.
  7. 제 3 항에 있어서,
    전체 혼합물중에서의 화학식 3의 화합물의 비율이 5중량% 이상임을 특징으로 하는 액정 매질.
  8. 제 1 항에 있어서,
    하기 화학식 1a 내지 1x의 화합물로 이루어진 군중에서 선택되는 화합물 하나 이상을 포함함을 특징으로 하는 액정 매질:
    Figure 112014106701060-pat00118
    Figure 112014106701060-pat00119
    Figure 112014106701060-pat00120
    상기 식들에서,
    알킬 및 알킬*은 각각 서로 독립적으로 1 내지 6개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼을 나타내고,
    알케닐은 2 내지 6개의 C 원자를 갖는 직쇄 알케닐 라디칼을 나타낸다.
  9. 제 1 항에 있어서,
    화학식 2a 및/또는 2b의 화합물에서, L1, L2, L3 및 L4가 각각 불소를 나타냄을 특징으로 하는 액정 매질.
  10. 제 1 항에 있어서,
    2 내지 60중량%의 하나 이상의 화학식 1의 화합물, 및
    20 내지 80중량%의 하나 이상의 화학식 2a 및/또는 2b의 화합물
    을 포함하거나 또는 그들로 이루어짐을 특징으로 하는 액정 매질(이때, 총 농도는 혼합물을 기준으로 최대 100%이다).
  11. 하나 이상의 화학식 1의 화합물을 하나 이상의 메조상 화합물과 혼합하고, 통상의 첨가제 및/또는 안정화제를 임의적으로 첨가하는 것을 특징으로 하는, 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 따른 액정 매질의 제조 방법.
  12. 삭제
  13. 유전체로서 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 따른 액정 매질을 함유함을 특징으로 하는, ECB, PALC, FFS 또는 IPS 효과에 기초한 수동-매트릭스 어드레싱(passive-matrix addressing) 또는 능동-매트릭스 어드레싱(active-matrix addressing)을 갖는 전광 디스플레이.
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