KR100815554B1

KR100815554B1 - 네마틱 액정 매질, 및 이를 함유하는 전기-광학 디스플레이

Info

Publication number: KR100815554B1
Application number: KR1020010081008A
Authority: KR
Inventors: 클라젠-멤머멜라니; 벨러클라리사; 브레머마티아스
Original assignee: 메르크 파텐트 게엠베하
Priority date: 2000-12-20
Filing date: 2001-12-19
Publication date: 2008-03-20
Also published as: KR20020050139A; DE10158081A1; JP5497249B2; US20030017279A1; JP2002201474A; US6969542B2; JP2013147657A; JP5816210B2; DE10158081B4

Abstract

본 발명은

a) 화학식 1의 화합물:

(상기 식에서, 파라미터들은 명세서 내에서 정의된 바와 같다)

을 하나 이상 포함하는 유전적으로 네거티브인 액정 성분 A, 및

b) 유전적으로 네거티브인 액정 성분 B, 및 선택적으로

c) 유전적으로 중성인 액정 성분 C, 및 선택적으로

d) 유전적으로 포지티브인 액정 성분 D를 포함하는 네마틱 액정 매질, 및 액정 디스플레이에서 이들 매질의 사용, 및 이들 매질을 사용하는 액정 디스플레이, 특히 VAN 및 IPS 디스플레이에 관한 것이다.

Description

네마틱 액정 매질, 및 이를 함유하는 전기-광학 디스플레이{NEMATIC LIQUID-CRYSTAL MEDIUM, AND ELECTRO-OPTICAL DISPLAY CONTAINING SAME}

본 발명은 액정 디스플레이, 특히, 활성 매트릭스 어드레스된 액정 디스플레이(AMD 또는 AMLCD), 특히, 박막 트랜지스터(TFT) 또는 배리스터를 포함하는 활성 매트릭스를 사용하는 액정 디스플레이에 관한 것이다. 또한, 본 출원은 이런 형태의 디스플레이에서 사용하기 위한 액정 매질에 관한 것이다. 이런 형태의 AMD은 다양한 활성 전자 스위칭 성분을 사용할 수 있다. 가장 일반적인 것은 3극 스위칭 성분을 사용하는 디스플레이이다. 이들은 또한 본 발명에서 바람직하다. 이런 형태의 3극 스위칭 성분의 예로는 MOS(metal oxide silicon, 금속 산화물 규소) 트랜지스터 또는 상기 TFT 또는 배리스터를 들 수 있다. TFT에서는 다양한 반도체 물질, 주로 규소 또는 대체 카드뮴 셀레나이드가 사용된다. 특히, 다결정 규소 또는 비정질 규소가 사용된다. 3극 전기 스위칭 성분과는 달리, 예를 들어, MIM(metal insulator metal, 금속 절연 금속) 다이오드, 링 다이오드 또는 "백 투 백" 다이오드와 같은 2극 스위칭 성분의 매트릭스도 AMD에 사용될 수 있다. 그러나, 하기 상세히 설명하는 바와 같이, 이들은 일반적으로 AMD에 의해 얻어지는 전기-광학 특성 을 악화시키기 때문에 바람직하지 않다.

이런 형태의 액정 디스플레이에서 유전체로 사용되는 액정은 광학 특성이 전기 전압의 인가에 따라 가역적으로 변하는 것이다. 매질로서 액정을 사용하는 전기-광학 디스플레이는 당해 기술 분야의 기술자들에게 공지되어 있다. 이들 액정 디스플레이는 다양한 전기-광학 효과를 사용한다.

가장 일반적인 통상의 디스플레이는 TN 효과(약 90°로 트위스트된 네마틱 구조를 가지는 트위스트된 네마틱) 및 STN 효과(수퍼트위스트된 네마틱) 또는 SBE 효과(수퍼트위스트된 복굴절 효과)를 사용한다. 이들 효과 및 유사한 전기-광학 효과에서, 포지티브 유전이방성(△ε)의 액정 매질이 사용된다.

디스플레이에서, 즉, 이런 효과를 사용하는 디스플레이를 포함하는 디스플레이에서 작동 전압은 일반적으로 가능한 한 낮아야하기 때문에, 일반적으로 주로 유전적으로 포지티브인 액정 화합물 및 많아야 비교적 적은/낮은 비율의 유전적으로 중성인 화합물을 포함하는 유전이방성이 큰 액정 매질이 사용된다.

상기 포지티브 유전이방성의 액정 매질을 필요로 하는 상기 전기-광학 효과를 사용하는 통상의 디스플레이와는 달리, 예를 들면, ECB 효과(electrically controlled birefringence, 전기적으로 제어된 복굴절) 및 이의 하부형 DAP(deformation of aligned phases, 정렬된 상의 변형), VAN(vertically a ligned nematics, 수직 정렬된 네마틱) 및 CSH(colour super homeotropics, 컬러 수퍼 호메오트로픽스)와 같은 네거티브 유전이방성의 액정 매질을 사용하는 다른 전기-광학 효과가 있다. 이들도 본 출원의 주제이다.

최근 더욱 많이 사용되고 있는 IPS(in plane switching) 효과는 사용되는 디스플레이 모드에 따라 유전적으로 포지티브 또는 유전적으로 네거티브인 매질에서 염료를 사용할 수 있는 "게스트/호스트" 디스플레이와 유사하게, 유전적으로 포지티브 및 유전적으로 네거티브인 액정 매질을 모두 사용할 수 있다. 이 단락에서 언급한 액정 디스플레이의 경우, 유전적으로 네거티브인 액정 매질을 사용하는 것도 본 출원의 주제이다.

또한, 매우 유망한 형태의 액정 디스플레이는 일명 "축 대칭 마이크로도메인(axially symmetric microdomain)"(줄여서 ASM) 디스플레이라고 하며, 이는 플라스마 정렬(plasma addressed liquid crystal displays, 플라스마 어드레스된 액정 디스플레이, 또는 PA LCD)에 의해 어드레스되는 것이 바람직하다. 이들 디스플레이도 본 출원의 주제이다.

상기 액정 디스플레이 및 유사 효과를 사용하는 모든 액정 디스플레이에 사용되는 액정 매질은 일반적으로 주로 및 대부분의 경우에 매우 실질적으로 대응 유전이방성을 가진 액정 화합물, 즉 유전적으로 포지티브인 매질인 경우에는 포지티브 유전이방성 화합물 및 유전적으로 네거티브인 매질인 경우에는 네거티브 유전이방성 화합물로 구성된다.

본 출원에 따라 사용되는 매질에는, 유전적으로 중성인 액정 화합물이 많아야 상당량이 사용되고, 유전적으로 포지티브인 화합물이 일반적으로 매우 소량 사용되거나 전혀 사용되지 않는데, 그 이유는 일반적으로 액정 디스플레이가 최저 가능 어드레싱 전압을 가져야하기 때문이다. 이러한 이유로, 매질의 유전이방성에 대해 반대 사인의 유전이방성을 가진 액정 화합물은 일반적으로 극히 드물게 사용되거나, 전혀 사용되지 않는다.

종래 기술의 액정 매질은 비교적 낮은 저온 안정성을 가진다. 따라서, 네마틱 상은 종종 단지 -20℃ 미만 및 어떤 경우에는 단지 -10℃ 미만에 달한다. 또한, 임계 전압(V_O)은 동시에 비교적 높고, 대부분의 경우에 2V보다 크다.

대부분 종래 기술의 액정 매질은 종종 0.10 이상의 비교적 바람직하지 않은 △n 값을 가진다. 그러나, 이렇게 △n 값이 크면 VAN 디스플레이에서는 특히 유리하지 않은데, 그 이유는 VAN 디스플레이에는 일반적으로 작은 광학 지연 값이 사용되기 때문이다. 따라서, 예를 들어, 트위스트되지 않은 디렉터 배향인 경우, 약 0.30㎛의 dㆍ△n이 사용되거나, 약 0.40㎛의 dㆍ△n이 90°트위스트로 사용된다. 이러한 큰 △n 값은 매우 작은 층 두께의 실현(realisation)을 필요로 하고, 이는 관찰된 반응 시간에는 바람직하지만, 결과적으로 수득량이 적다.

대부분의 경우, 실제 디스플레이에서 가장 바람직한 △n 값은 0.07 내지 0.12의 범위에 있다. 이는 IPS 디스플레이에도 적용된다.

또한, 종래 기술 디스플레이의 반응 시간은 종종 특히 비디오-가능 디스플레이에 대해 부적절하게 길다. 따라서, 액정 매질의 점도는 개선되어야, 즉, 감소되어야 한다. 이는 특히 회전 점도 및 특히 저온에서 적용된다. 일반적으로 유동 점도가 감소하면, 특히, 호메오트로픽 에지 정렬의 액정을 가진 디스플레이의 경우(예를 들어,ECB 및 VAN 디스플레이), 디스플레이를 생산하는 동안 충전 시간(filling time)이 줄어든다.

따라서, 종래 기술의 매질의 단점을 갖지 않거나, 적어도 상당히 감소된 양으로만 가진 액정 매질에 대한 수요가 계속되어 왔다.

놀랍게도, 본 발명에 따른 액정 매질로 이를 이룰 수 있음을 알았다.

이 매질은

a) 하나 이상의 화학식 1의 유전적으로 네거티브인 화합물(들):

[화학식 1]

(상기 식에서,

및

는 상호 독립적으로

또는

이고,

바람직하게는, 상호 독립적으로

또는

이고,

특히 바람직하게는

는

이고,

R¹¹은 탄소수가 1 내지 7인 알킬, 바람직하게는 n-알킬, 특히 바람직하게는 탄소수가 1 내지 5인 n-알킬, 탄소수가 1 내지 7인 알콕시, 바람직하게는 n-알콕시, 특히 바람직하게는 탄소수가 1 내지 5인 n-알콕시, 또는 탄소수가 2 내지 7, 바람직하게는 탄수수가 2 내지 4인 알콕시알킬, 알켄일 또는 알켄일옥시, 바람직하게는 알켄일옥시이고,

R¹²는 탄소수가 1 내지 7인 알킬 또는 알콕시, 바람직하게는 알콕시, 바람직하게는 n-알콕시 및 특히 바람직하게는 탄소수가 2 내지 5인 n-알콕시, 또는 탄소수가 2 내지 7, 바람직하게는 탄소수가 2 내지 4인 알콕시알킬, 알켄일 또는 알켄일옥시, 바람직하게는 알켄일옥시이고,

Z¹¹ 및 Z¹² 중 하나는 OCF₂ 또는 CF₂O이고, 다른 하나는 단일 결합이고,

n은 0 또는 1이다)

을 포함하는 유전적으로 네거티브인 액정 성분(성분 A),

및

b) 바람직하게는 화학식 2 및 3의 화합물:

(상기 식에서,

R²¹은 탄소수가 1 내지 7인 알킬, 바람직하게는 n-알킬 및 특히 바람직하게는 탄소수가 1 내지 5인 n-알킬, 탄소수가 1 내지 7인 알콕시, 바람직하게는 n-알콕시 및 특히 바람직하게는 탄소수가 2 내지 5인 n-알콕시, 또는 탄소수가 2 내지 7, 바람직하게는 탄소수가 2 내지 4인 알콕시알킬, 알켄일 또는 알켄일옥시, 바람직하게는 알켄일옥시이고,

R²²는 탄소수가 1 내지 7인 알킬, 바람직하게는 n-알킬, 특히 바람직하게는 탄소수가 1 내지 3인 n-알킬, 탄소수가 1 내지 7인 알콕시, 바람직하게는 n-알콕시, 특히 바람직하게는 탄소수가 2 내지 5인 n-알콕시, 또는 탄소수가 2 내지 7, 바람직하게는 탄소수가 2 내지 4인 알켄일옥시이고,

Z²¹ 및 Z²²는 상호 독립적으로 각각 -CH₂-CH₂-, -CH=CH-, -C≡C-, -COO- 또는 단일 결합, 바람직하게는 -CH₂-CH₂- 또는 단일 결합이고, 특히 바람직하게는 단일 결합이고,

및

는 상호 독립적으로 각각

,

또는

이고,

바람직하게는

는

이고,

만일 존재한다면,

는

또는

이고,

L²¹ 및 L²²은 모두 C-F이거나, 둘 중 하나는 N이고, 다른 하나는 C-F이고, 바람직하게는 둘 다 C-F이고,

m은 0 또는 1이고,

및

는 상호 독립적으로 각각 상기 화학식 2의 경우에 각각 정의된 바와 같은

및

이고,

Z³는 -CH₂-CH₂-, -CH=CH-, -C≡C-, -COO- 또는 단일 결합, 바람직하게는 -CH₂-CH₂- 또는 단일 결합이고, 특히 바람직하게는 단일 결합이고,

R³¹ 및 R³²는 상호 독립적으로 각각 탄소수가 1 내지 7인 알킬, 바람직하게는 n-알킬, 특히 바람직하게는 탄소수가 1 내지 5인 n-알킬, 탄소수가 1 내지 7인 알콕시, 바람직하게는 n-알콕시, 특히 바람직하게는 탄소수가 2 내지 5인 n-알콕시이거나, 또는 탄소수가 2 내지 7, 바람직하게는 탄소수가 2 내지 4인 알켄일옥시이고,

l은 1 내지 2이다)

로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 유전적으로 네거티브인 화합물(들)을 포함하는 유전적으로 네거티브인 액정 성분(성분 B),

및 선택적으로

c) 하나 이상의 화학식 4의 유전적으로 중성인 화합물(들):

(상기 식에서,

R⁴¹ 및 R⁴²는 상호 독립적으로 각각 상기 화학식 2의 경우 R²¹에 대해 정의된 바와 같고,

Z⁴¹, Z⁴² 및 Z⁴³은 상호 독립적으로 각각 -CH₂CH₂-, -CH=CH-, -COO- 또는 단일 결합이고,

,

및

는 상호 독립적으로 각각

또는

이고,

o 및 p는 상호 독립적으로 0 또는 1이지만,

바람직하게는 R⁴¹ 및 R⁴²는 상호 독립적으로 각각 탄소수가 1 내지 5인 알킬 또는 알콕시 또는 탄소수가 2 내지 5인 알켄일이고,

,

및

는 상호 독립적으로 각각

또는

이고,

특히 매우 바람직하게는 이들 고리 중 두 개 이상이

및/또는

이고,

여기서 두 인접 고리는 특히 바람직하게는 서로 직접 연결되고, 바람직하게는

또는

이다)

을 포함하는 유전적으로 중성인 성분(성분 C),

및 선택적으로

d) 하나 이상의 화학식 5의 유전적으로 포지티브인 화합물(들):

(상기 식에서,

R⁵는 탄소수가 1 내지 7인 알킬 또는 알콕시, 또는 탄소수가 2 내지 7인 알콕시알킬, 알켄일 또는 알켄일옥시이고,

Z⁵¹, Z⁵² 및 Z⁵³은 상호 독립적으로 각각 -CH₂-CH₂-, -CH=CH-, -C≡C-, -COO- 또는 단일 결합이고,

,

및

는 상호 독립적으로 각각

또는

이고,

X⁵는 F, OCF₂H 또는 OCF₃이고,

Y⁵는 H 또는 F, X = F 또는 OCF₂H인 경우 바람직하게는 F이고,

q 및 r은 상호 독립적으로 각각 0 또는 1이다)

을 포함한다.

다른 바람직한 실시형태에서, 매질은 하나 이상의 화학식 6의 유전적으로 네거티브인 화합물:

(상기 식에서,

R⁶¹ 및 R⁶²는 탄소수가 1 내지 7인 알킬, 바람직하게는 n-알킬, 특히 바람직하게는 탄소수가 1 내지 5인 n-알킬, 탄소수가 1 내지 7인 알콕시, 바람직하게는 n-알콕시, 특히 바람직하게는 탄소수가 2 내지 5인 n-알콕시, 또는 탄소수가 2 내지 7, 바람직하게는 탄소수가 2 내지 4인 알켄일옥시, 특히 바람직하게는 둘 다 탄 소수가 1 내지 5인 n-알콕시이고,

Z⁶은 상기 화학식 2의 경우 Z²¹에 대해 정의된 바와 같고,

L⁶¹ 및 L⁶²는 둘 다 C-F이거나, 둘 중 하나는 N이고, 다른 하나는 C-F이고,

L⁶³ 및 L⁶⁴는 둘 다 C-F이거나, 둘 중 하나는 N이고, 다른 하나는 C-F이다)

을 포함한다.

다른 바람직한 실시형태에서, 매질은 하나 이상의 화학식 7의 유전적으로 네거티브인 화합물:

(상기 식에서,

R⁷¹ 및 R⁷²는 탄소수가 1 내지 7인 알킬, 바람직하게는 n-알킬, 특히 바람직하게는 탄소수가 1 내지 5인 n-알킬, 탄소수가 1 내지 7인 알콕시, 바람직하게는 n-알콕시, 특히 바람직하게는 탄소수가 2 내지 5인 n-알콕시, 또는 탄소수가 2 내지 7, 바람직하게는 탄소수가 2 내지 4인 알켄일옥시, 특히 바람직하게는 둘 다 탄소수가 1 내지 5인 n-알콕시이고,

L⁷¹ 및 L⁷²는 둘 다 C-F이거나, 둘 중 하나는 N이고, 다른 하나는 C-F이다)

을 포함한다.

성분 A는 바람직하게는 주로, 특히 바람직하게는 필수적으로 완전하게 및 특히 더 바람직하게는 실질적으로 완전히, 하나 이상의 화학식 1의 화합물로 구성된다. 이 화학식 1의 화합물은 화학식 1a 내지 1h의 화합물:

(상기 식에서,

R¹¹, R¹² 및 Z¹²는 각각 상기 화학식 1에서 정의된 바와 같다)

로 구성된 그룹에서 선택되는 것이 바람직하다.

화학식 1의 화합물은 하기 16개의 화학식 1aa 내지 1hb의 화합물:

(상기 식에서,

R¹¹ 및 R¹²는 상기 화학식 1에서 정의된 바와 같고, R¹¹은 바람직하게는 탄소수가 1 내지 7인 알킬 또는 탄소수가 2 내지 7인 알켄일이고, R¹²는 바람직하게는 탄소수가 1 내지 7인 알콕시 또는 탄소수가 2 내지 7인 알켄일옥시이다)

로 구성된 그룹에서 선택되는 것이 특히 바람직하다.

화합물은 화학식 1aa, 1ab, 1ba, 1ca, 1da, 1db, 1ea, 1fa, 1fb 및 1ga의 화합물로 구성된 그룹에서 선택되는 것이 특히 더 바람직하고, 특히 화학식 1ab 및 1ga의 화합물로 구성된 그룹에서 선택되는 것이 바람직하다.

본 출원에서, 조성물의 성분의 인용과 관련하여:

- 조성물 중의 관련 성분의 농도가 바람직하게는 10% 이상, 특히 바람직하게는 20% 이상인 수단을 포함하고,

- 주로 조성물 중의 관련 성분의 농도가 바람직하게는 50% 이상, 특히 바람직하게는 55% 이상이고, 특히 더 바람직하게는 60% 이상인 수단을 포함하고,

- 필수적으로 완전히 조성물 중의 관련 성분의 농도가 바람직하게는 80% 이상, 특히 바람직하게는 90% 이상이고, 특히 더 바람직하게는 95% 이상인 수단을 포함하고,

- 실질적으로 완전히 조성물 중의 관련 성분의 농도가 바람직하게는 98% 이상, 특히 바람직하게는 99% 이상이고, 특히 더 바람직하게는 100.0%인 수단을 포함한다.

이는 성분 및 화합물일 수 있는 이의 구성물을 가진 조성물로서 매질, 및 화합물의 구성물인 이의 구성물을 가진 성분에 모두 적용된다.

액정 매질은 화학식 1a, 1b 및 1d, 특히 바람직하게는 화학식 1b 및/또는 1d의 화합물로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 것이 바람직하다.

성분 B는 바람직하게는 주로, 특히 바람직하게는 필수적으로 완전히 및 특히 더 바람직하게는 실질적으로 완전히 화학식 2 및 3의 화합물로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 화합물로 구성된다.

화학식 2의 화합물은 화학식 2a 내지 2c의 화합물:

(상기 식에서,

R²¹ 및 R²²는 상기 화학식 1에서 정의된 바와 같고,

R²¹은 바람직하게는 탄소수가 1 내지 7인 n-알킬, 탄소수가 1 내지 7인 n-알콕시, 또는 탄소수가 2 내지 7인 알켄일옥시이고,

R²²는 바람직하게는 탄소수가 1 내지 7인 n-알콕시 또는 탄소수가 2 내지 7인 알켄일옥시이고,

화학식 1b 및 1c에서는 대안적으로 탄소수가 1 내지 7인 n-알킬이고, 여기서,

는

또는

이고,

바람직하게는

또는

이고,

n은 0 또는 1이다)

로 구성된 그룹에서 선택되는 것이 바람직하다.

화학식 3의 화합물은 화학식 3a 및 3b의 화합물:

(상기 식에서,

R³¹ 및 R³²는 상기 화학식 3에서 정의된 바와 같고, 바람직하게는 n-알킬이다)

로 구성된 그룹에서 선택되는 것이 바람직하다.

액정 매질은 화학식 2aa 내지 2af의 화합물:

(상기 식에서, R²¹ 및 R²²는 상기 화학식 2의 경우에 정의된 바와 같고, 바람직하게는 화학식 2a의 경우에 정의된 바와 같다)

로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 것이 특히 바람직하다.

액정 매질은 화학식 2ba 내지 2bc의 화합물:

(상기 식에서, R²¹ 및 R²²는 상기 화학식 2의 경우에 정의된 바와 같고, 바람직하게는 상기 화학식 2b의 경우에 정의된 바와 같다)

액정 매질은 화학식 2ca의 화합물:

(상기 식에서, R²¹ 및 R²²는 상기 화학식 2의 경우에 정의된 바와 같고, 바람직하게는 상기 화학식 2c의 경우에 정의된 바와 같다)

을 하나 이상 포함하는 것이 특히 바람직하다.

성분 C는 바람직하게는 주로, 특히 바람직하게는 필수적으로 완전히 및 특히 더 바람직하게는 실질적으로 완전히, 하나 이상의 화학식 4의 화합물로 구성된다. 이들 화학식 4의 화합물은 화학식 4a 내지 4c의 화합물:

(상기 식에서, R⁴¹, R⁴², Z⁴¹, Z⁴²,

및

은 각각 상기 화학식 4의 경우에 정의된 바에 상응한다)

로 구성된 그룹에서 선택되는 것이 바람직하다.

액정 매질은 화학식 4aa 내지 4ad, 4ae, 4ba 내지 4bg 및 4ca 내지 4cd의 화합물:

(상기 식에서, n 및 m은 상호 독립적으로 각각 1 내지 5이고, o 및 p는 상호 독립적으로 각각 0 내지 3이다)

(상기 식에서,

R⁴¹ 및 R⁴²는 각각 상기 화학식 4a에서 정의된 바와 같고, 페닐 고리는 화합물이 화학식 2 및 이의 하부식의 화합물과 동일하지 않은 방식으로 선택적으로 플루오르화될 수 있다. R⁴¹은 바람직하게는 탄소수가 1 내지 5, 특히 바람직하게는 탄소수가 1 내지 3인 n-알킬이고, R⁴²는 바람직하게는 탄소수가 1 내지 5인 n-알킬 또는 n-알콕시 또는 탄소수가 2 내지 5인 알켄일이다. 이들 중 화학식 4aa 내지 4ad의 화합물이 특히 바람직하다)

성분 D는 바람직하게는 주로, 특히 바람직하게는 필수적으로 완전히 및 특히 더 바람직하게는 실질적으로 완전히 하나 이상의 화학식 5의 화합물로 구성된다. 이들 화학식 5 화합물은 화학식 5a 내지 5d의 화합물:

(상기 식에서, R⁵, Z⁵², Z⁵³ 및

은 상기 화학식 5에 대해 정의된 바와 같지만, 바람직하게는

R⁵는 탄소수가 1 내지 7인 알킬 또는 탄소수가 2 내지 7인 알켄일, 바람직하게는 비닐 또는 1E-알켄일이고,

Z⁵² 및 Z⁵³ 중 하나는 단일 결합이고, 다른 하나는 -CH₂CH₂-, -COO- 또는 단일 결합이고,

은

또는

이다)

로 구성된 그룹에서 선택되는 것이 바람직하다.

바람직한 실시형태에서, 매질은 하나 이상의 화학식 6의 화합물, 바람직하게는 화학식 6a 내지 6d의 화합물:

(상기 식에서, R⁶¹ 및 R⁶²는 상기 화학식 6의 경우에 정의된 바와 같다)

로 구성된 그룹에서 선택된 화합물을 포함한다.

바람직한 실시형태에서, 매질은 하나 이상의 화학식 7의 화합물, 바람직하게는 화학식 7a:

(상기 식에서, R⁷¹ 및 R⁷²는 상기 화학식 7의 경우에 정의된 바와 같다)

로 구성된 그룹에서 선택된 화합물을 포함한다.

바람직한 실시형태에서, 본 발명에 따른 액정 매질은 전체 혼합물을 기준으로 총,

5% 내지 85%, 바람직하게는 10% 내지 55% 및 특히 바람직하게는 15% 내지 40%의 성분 A, 바람직하게는 화학식 1의 화합물,

5% 내지 85%, 바람직하게는 10% 내지 85%, 특히 바람직하게는 20% 내지 80% 및 특히 더 바람직하게는 40% 내지 75%의 성분 B, 바람직하게는 화학식 2 및 3의 화합물, 여기서 화학식 2 및 3의 화합물의 농도 비율은 바람직하게는 2:1 이상, 특히 바람직하게는 3:1 이상, 특히 더 바람직하게는 4:1 이상이고,

0% 내지 50%, 바람직하게는 0% 내지 40%, 특히 바람직하게는 0% 내지 30% 및 특히 더 바람직하게는 5% 내지 25%의 성분 C, 바람직하게는 화학식 4의 화합물, 및

0% 내지 40%, 바람직하게는 0% 내지 30%, 특히 바람직하게는 0% 내지 20%, 및 특히 더 바람직하게는 1% 내지 15%의 성분 D, 바람직하게는 화학식 4의 화합물을 포함한다.

본 출원 전체에서 화합물(들)이라고 쓰이기도 하는 화합물이라는 용어는 달리 설명하지 않는 한 하나의 화합물 및 다수의 화합물 모두를 의미한다.

본 명세서에서 개별 화합물들은 각 경우에 1% 내지 30%, 바람직하게는 2% 내지 30% 및 특히 바람직하게는 4% 내지 16%의 농도로 사용된다. 여기서 페닐고리가 3개인 화합물 및 6-원 고리가 4개인 화합물은 예외이다. 이들 화합물은 각 경우에 개별 화합물 당 0.5% 내지 15%, 바람직하게는 1% 내지 10% 및 특히 바람직하게는 1% 내지 8%의 농도로 사용된다. n=0인 화학식 1의 화합물의 경우에, 매질 중의 개별 화합물의 비율에 대한 농도가 1% 내지 20%, 바람직하게는 2% 내지 15% 및 특히 바람직하게는 5% 내지 8%로 제한되는 것이 바람직하다. n=1인 화학식 1의 화합물의 경우, 매질 중의 개별 화합물의 비율에 대한 농도는 1% 내지 30%, 바람직하게는 2% 내지 20% 및 특히 바람직하게는 8% 내지 12%으로 제한되는 것이 바람직하다.

바람직한 실시형태에서, 액정 매질은 총

화학식 1의 화합물 10% 내지 40%,

화학식 2 및 3의 화합물 50% 내지 90%,

화학식 4의 화합물 0% 내지 40%, 및

화학식 5의 화합물 0% 내지 20%

를 포함하는 것이 특히 바람직하다.

이 실시형태에서, 액정 매질은 총

화학식 1의 화합물 15% 내지 35%,

화학식 2 및 3의 화합물 60% 내지 80%,

화학식 4의 화합물 0% 내지 20%, 및

화학식 5의 화합물 0% 내지 5%

를 포함하는 것이 특히 바람직하다.

바람직한 농도 범위에 대해 상기 바람직한 실시형태와 동일할 수 있고, 바람직하게는 동일한 특히 바람직한 실시형태에서, 액정 매질은:

ㆍ바람직하게는 화학식 1ab 및 1ga의 화합물로 구성된 그룹에서 선택된, 바람직하게는 R¹¹은 n-알킬이고, R¹²는 알콕시인 하나 이상의 화학식 1의 화합물, 및

ㆍ하나 이상의 화학식 2a의 화합물, 바람직하게는

- 하나 이상의 화학식 2aa의 화합물, 및/또는, 바람직하게는 및,

- 하나 이상의 화학식 2ac의 화합물, 및/또는, 바람직하게는 및,

ㆍ하나 이상의 화학식 3a의 화합물, 및/또는, 바람직하게는 및,

ㆍ화학식 4a 내지 4d의 화합물로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 화합물, 바람직하게는

- 화학식 4aa 내지 4ad의 화합물로 구성된 그룹에서 선택된, 특히 더 바람직하게는 화학식 4ac 및 4ad 및 특히 화학식 4ac로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 화학식 4a의 화합물, 및/또는, 바람직하게는 및,

- 하나 이상의 화학식 4bc 및/또는 4be의 화합물, 및/또는, 바람직하게는 및,

- 하나 이상의 화학식 4cc 및/또는 4cd의 화합물, 및/또는, 바람직하게는 및,

-하나 이상의 화학식 4d의 화합물, 및/또는

ㆍ하나 이상의 화학식 5 내지 7의 화합물로 구성된 그룹에서 선택된 화합물

을 포함한다.

여기서,

- 바람직하게는 화학식 1ab 및 1ga의 화합물로 구성된 그룹에서 선택된, 바람직하게는 R¹¹은 n-알킬이고, R¹²는 알콕시인, 특히 각 경우에 화합물 당 6% 내지 20%의 농도인 하나 이상의 화학식 1의 화합물, 및/또는

- 특히, 각 경우에 화합물 당 4% 내지 18%의 농도인 하나 이상의 화학식 2aa 의 화합물, 및/또는

- 특히, 각 경우에 화합물 당 3% 내지 15%의 농도인 하나 이상의 화학식 2ac의 화합물, 바람직하게는 각 경우에 R²¹은 탄소수가 1 내지 3인 알킬이고, R²²는 탄소수가 1 내지 3인 알콕시이고, R²¹은 탄소수가 1 내지 3인 알킬이고, R²²는 탄소수가 1 내지 3인 알킬인 하나 이상의 화합물, 및/또는

- 하나 이상의 화학식 4a, 바람직하게는 화학식 4ab 및/또는 4ac의 화합물

을 포함하는 액정 매질이 특히 바람직하다.

이들 매질은 필요시 화학식 5a 내지 5d의 화합물로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는 각 경우에 -20℃ 내지 70℃, 특히 바람직하게는 -30℃ 내지 80℃ 및 특히 더 바람직하게는 -40℃ 내지 90℃ 및 가장 바람직하게는 -40℃ 내지 105℃의 네마틱상을 가진다.

여기서 "네마틱상을 가진다"는 말은 우선 저온의 대응 온도에서 스메틱상 및 결정화가 없고, 두번째로 가열시 네마틱상으로부터 클리어링이 발생하지 않는다는 것을 의미한다. 저온에서의 조사는 대응 온도에서 유동 점도계로 수행하고, 전기-광학 적용에 대응하는 층두께를 가진 시험셀에서 100 시간 이상 동안 저장하여 검사한다. 고온에서 클리어링 포인트는 통상의 방법을 사용하여 모세관에서 측정한다.

또한, 본 발명에 따른 액정 매질은 비교적 낮은 광학이방성 값을 가지는 것 이 특징이다. 복굴절값은 바람직하게는 0.060 내지 0.150의 범위, 특히 바람직하게는 0.070 내지 0.120의 범위, 특히 더 바람직하게는 0.070 내지 0.110의 범위에 있다.

또한, 본 발명에 따른 액정 매질은 2.2V 이하, 바람직하게는 2.0V 이하, 특히 바람직하게는 1.9V 이하 및 특히 더 바람직하게는 1.85V 이하의 비교적 낮은 임계 전압(V_O) 값을 가진다. 특히 바람직한 실시형태에서, 본 발명에 따른 액정 매질의 임계 전압 값은 1.5V 이하이다.

개별 물리적 특성에 대해 바람직한 값들은 또한 각 경우에 서로 조합되어 관찰된다.

상기 화학식 1, 2 및 3의 화합물에 대한 상기 크기 한계와는 독립적으로, 화학식 1 및 2의 화합물은 개별 물질 당 약 25% 이하의 농도로 본 발명에 따른 액정 매질에 사용되고, 화학식 3의 화합물은 개별 물질 당 약 20% 이하, 바람직하게는 16% 이하의 농도로 사용된다. 화학식 1a의 화합물은 개별 물질 당 약 20% 이하, 바람직하게는 15% 이하의 농도로 사용되는 것이 바람직하다.

본 출원에서, "≤"는 적거나 동일한, 바람직하게는 적은 것을 의미하고, "≥"는 많거나 동일한, 바람직하게는 많은 것을 의미한다.

본 출원에서,

및

은 트랜스-1,4-사이클로헥실렌을 나타낸다.

본 출원에서, 유전적으로 포지티브인 화합물이란 △ε이 > 1.5인 화합물을 가리키고, 유전적으로 중성인 화합물이란 -1.5 ≤△ε≤1.5인 화합물을 가리키고, 유전적으로 네거티브인 화합물이란 △ε< -1.5인 화합물을 가리킨다. 여기서 화합물의 유전이방성은 화합물의 10%를 액정 호스트에 용해시키고, 1kHz에서 호메오트로픽(homeotropic) 표면 정렬을 가진 두께가 20㎛인 하나 이상의 시험 셀에서 및 동질 표면 정렬을 가진 두께가 20㎛인 하나 이상의 시험 셀에서 이 혼합물의 전기용량을 측정함으로써 결정된다. 측정 전압은 일반적으로 0.5V 내지 1.0V이지만, 항상 각각의 액정 혼합물의 용량 임계보다 작다.

유전적으로 포지티브 및 유전적으로 중성인 화합물에 사용되는 호스트 혼합물은 ZLI-4792이고, 유전적으로 네거티브인 화합물에 사용되는 호스트 혼합물은 ZLI-2857이고, 둘 다 독일 Merck KGaA사 제품이다. 조사될 각각의 화합물에 대한 값은 조사될 화합물을 첨가하고, 사용된 화합물을 100% 외삽한 후 호스트 혼합물의 유전상수의 변화로부터 얻는다.

임계 전압이란 일반적으로 달리 언급하지 않는 한 10% 상대 콘트라스트(V₁₀)에 대한 광학 임계를 말한다.

그러나, 네거티브 유전이방성의 액정 혼합물과 관련하여, 본 출원에서 임계 전압이란 말은 달리 언급하지 않는 한 프레데릭츠 임계(Freedericksz threshold)로도 알려진 용량성 임계 전압(V_O)으로 사용된다.

본 출원에서 모든 농도는 달리 언급하지 않는 한 중량%이고, 대응 혼합물 또 는 혼합물 성분에 관련된다. 모든 물리적 특성은 달리 명백히 언급하지 않는 한 문헌("Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", status Nov. 1997, Merck KGaA, Germany)에 따라 측정되고, 20℃의 온도에 대해 적용된다. △n는 589nm에서, △ε은 1kHz에서 측정된다.

네거티브 유전이방성의 액정 매질인 경우, 임계 전압은 레시틴으로 호메오트로픽하게 정렬된 액정을 가진 독일 Merck KgaA사제 시험 셀에서 용량성 임계 V_O(프레데릭츠 임계로도 알려짐)으로서 측정된다.

본 발명에 따른 액정 매질은 필요시 첨가제 및 키랄 도펀트를 통상의 양으로 더 포함할 수 있다. 사용된 이들 첨가제의 양은 전체 혼합물의 양을 기준으로 총 0% 내지 10%, 바람직하게는 0.1% 내지 6%이다. 사용된 개별 화합물의 농도는 바람직하게는 0.1% 내지 3%이다. 이들 및 유사한 첨가제의 농도는 액정 매질 중의 액정 화합물의 농도 및 농도 범위를 나타낼 때 고려되지 않는다.

조성물은 통상의 방법으로 혼합된 다수의 화합물, 바람직하게는 3 내지 30개, 특히 바람직하게는 6 내지 20개, 특히 더 바람직하게는 10 내지 16개의 화합물로 구성된다. 일반적으로, 더 적은 양으로 사용되는 성분의 바람직한 양은 유리하게는 승온에서 주요 성분을 구성하는 성분에 용해된다. 특히, 선택된 온도가 주요성분의 클리어링 포인트보다 높으면, 용해과정의 완료를 관찰하기 쉽다. 그러나, 예를 들면, 예비 혼합물을 사용하거나, 또는 일명 "다중-병 시스템(multi-bottle system)"을 사용하여 다른 통상의 방법으로 액정 혼합물을 제조할 수도 있다.

적당한 첨가제를 사용하여, 본 발명에 따른 액정상을 본 명세서에 개시된 ECB, VAN, IPS, GH 또는 ASM-PA LCD 디스플레이에 사용될 수 있는 방식으로 변형할 수 있다.

하기 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 것이고, 제한하려는 것이 아니다. 실시예에서, 액정 물질의 융점 T (C,N), 스메틱(S) 상에서 네마틱(N) 상으로의 전이 T(S,N) 및 클리어링 포인트 T(N,I)는 ℃로 나타낸다.

달리 명백히 언급하지 않는 한, %는 상기 및 하기에서 중량%이고, 물리적 특성은 달리 명백히 언급하지 않는 한 20℃에서의 값이다.

달리 특징짓지 않는 한, 상기 및 하기에서 모든 %는 중량%이고, 모든 물리적 특성은 달리 명백히 언급하지 않는 한 20℃에서의 값이다.

본 출원에서 나타낸 모든 온도 수치는 ℃이고, 모든 온도차는 달리 명백히 언급하지 않는 한 대응 차도이다.

본 출원서 및 하기 실시예에서, 액정 화합물의 구조는 하기 표 1a 내지 1b 및 2a 내지 2i에 따라 화학식으로 변환되는 머릿글자를 사용하여 나타낸다. 모든 라디칼 C_nH_2n+1 및 C_mH_2m+1은 각각 n 및 m개의 탄소 원자를 가진 직쇄 알킬 라디칼이다. 표 2a 내지 2i에서의 코딩은 자명하다. 표 1a 내지 1b에서, 모구조의 머릿글자만을 나타낸다. 각 경우에, 모구조의 머릿글자 다음에 하이픈으로 분리되어 치환체 R¹, R², L¹ 및 L²에 대한 코드가 표시된다.

실시예

하기 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 것이고, 제한하려는 것이 아니다. 상기 및 하기에서, %는 중량%이다. 모든 온도는 ℃를 나타낸다. △n은 광학이방성(589nm, 20℃)을 나타내고, △ε는 유전이방성(1kHz, 20℃)을 나타내고, H.R.은 전압보유비(100℃, 오븐에서 5분 후, 1V)를 나타내고, 임계전압 V_O는 20℃에서 측정하였다.

실시예 1

액정 매질을 TFT 어드레싱을 가진 VA 디스플레이로 도입하였다. 이 디스플레이는 특히 소위 광범위 적용, 예를 들어, 휴대폰 및 항해 시스템에 필요한 매우 넓은 온도 범위에서 사용할 수 있다는 사실이 특징적이다.

실시예 2

실시예 1에서와 같이, 액정 매질을 TFT 어드레싱을 가진 디스플레이로 도입시키지만, 여기서는 IPS로 도입하였다. 이 디스플레이는 특히 매우 낮은 어드레싱 전압이 특징적이다.

실시예 3

실시예 1에서와 같이, 액정 매질을 TFT 어드레싱을 가진 VA 디스플레이로 도입하였다.

실시예 4

실시예 1에서와 같이, 액정 매질을 TFT 어드레싱을 가진 VA 디스플레이로 도입하였다. 이 디스플레이는 특히 소위 광범위 적용, 예를 들어, 휴대폰 및 항해 시스템에 필요한 매우 넓은 온도 범위에서 사용될 수 있다는 사실이 특징적이다.

실시예 5

실시예 6

실시예 1에서와 같이, 액정 매질을 TFT 어드레싱을 가진 VA 디스플레이로 도입하였다. 이 디스플레이는 특히 반응 시간이 매우 짧은 것이 특징적이다.

실시예 7

실시예 1에서와 같이, 액정 매질을 TFT 어드레싱을 가진 VA 디스플레이로 도입하였다. 이 디스플레이는 특히 반응 시간이 매우 짧은 것이 특징이다.

실시예 8

실시예 1에서와 같이, 액정 매질을 TFT 어드레싱을 가진 VA 디스플레이로 도입하였다. 이 디스플레이는 특히 넓은 온도 범위 및 낮은 어드레싱 전압이 필요한 경우에 사용될 수 있다는 사실이 특징적이다.

실시예 9

실시예 1에서와 같이, 액정 매질을 TFT 어드레싱을 가진 VA 디스플레이로 도입하였다. 이 디스플레이는 특히 넓은 온도 범위에서 사용될 수 있다는 사실이 특징적이다.

실시예 10

실시예 11

실시예 1 및 3 내지 11의 액정 혼합물을 사용하여 우수한 IPS 디스플레이를 얻을 수 있다.

본 발명에 따르면, 점도가 낮아 반응시간이 짧은 액정 매질을 얻을 수 있다.

Claims

다음을 포함하는 네마틱 액정 매질:

a) 하나 이상의 화학식 1의 유전적으로 네거티브인 화합물(들)을 포함하는 유전적으로 네거티브인 액정 성분(성분 A),

[화학식 1]

(상기 식에서,

및

는 상호 독립적으로

또는
이고,

R¹¹은 탄소수가 1 내지 7인 알킬, 탄소수가 1 내지 7인 알콕시 또는 탄소수가 2 내지 7, 바람직하게는 2 내지 4인 알켄일옥시이고,

R¹²는 탄소수가 1 내지 7인 알킬 또는 알콕시 또는 탄소수가 2 내지 7인 알켄일, 알켄일옥시 또는 알콕시알킬이고,

Z¹¹ 및 Z¹² 중 하나는 OCF₂또는 CF₂O, 바람직하게는 OCF₂이고, 다른 하나는 단일 결합이고,

n은 0 또는 1이다), 및

b) 유전적으로 네거티브인 액정 성분(성분 B), 및 선택적으로

c) 유전적으로 중성인 액정 성분(성분 C), 및 선택적으로

d) 유전적으로 포지티브인 액정 성분(성분 D)
제 1항에 있어서,

화학식 2 및 3의 화합물로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 성분 B를 포함하는 것을 특징으로 하는 네마틱 액정 매질:

[화학식 2]

[화학식 3]

(상기 식에서,

R²¹은 탄소수가 1 내지 7인 알킬 또는 알콕시 또는 탄소수가 2 내지 7인 알콕시알킬, 알켄일 또는 알켄일옥시이고,

R²²는 탄소수가 1 내지 7인 알킬 또는 알콕시 또는 탄소수가 2 내지 7인 알콕시알킬, 알켄일 또는 알켄일옥시이고,

Z²¹ 및 Z²²는 상호 독립적으로 각각 -CH₂-CH₂-, -CH=CH-, -C≡C-, -COO- 또는 단일 결합이고,

및

및

및

은 상호 독립적으로 각각
,

또는
이고,

L²¹ 및 L²²은 모두 C-F이거나, 둘 중 하나는 N이고, 다른 하나는 C-F이고, 바람직하게는 둘 다 C-F이고,

m은 0 또는 1이고,

Z³는 -CH₂-CH₂-, -CH=CH-, -C≡C-, -COO- 또는 단일 결합이고,

R³¹ 및 R³²은 상호 독립적으로 각각 탄소수가 1 내지 7인 알킬 또는 알콕시 또는 탄소수가 2 내지 7인 알콕시알킬, 알켄일 또는 알켄일옥시이고,

l은 1 또는 2이다)
제 2항에 있어서,

화학식 2의 화합물을 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 네마틱 액정 매질.
제 2항에 있어서,

화학식 3의 화합물을 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 네마틱 액정 매질.
제 1항에 있어서,

제 1항에 따른 성분 C를 포함하는 것을 특징으로 하는 네마틱 액정 매질.
제 1항에 있어서,

제 1항에 따른 성분 D를 포함하는 것을 특징으로 하는 네마틱 액정 매질.
제 1항 내지 제 6항 중의 어느 한 항에 따른 네마틱 액정 매질을 포함하는 전기-광학 디스플레이.
제 7항에 있어서,

상기 디스플레이가 활성 매트릭스 디스플레이인 것을 특징으로 하는 전기-광학 디스플레이.
제 7항에 있어서,

상기 디스플레이가 ECB 또는 IPS 디스플레이인 것을 특징으로 하는 전기-광학 디스플레이.
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