KR100234828B1

KR100234828B1 - 액정조성물 및 이를 함유하는 액정표시소자

Info

Publication number: KR100234828B1
Application number: KR1019960046018A
Authority: KR
Inventors: 다카아키 시미즈; 다츠시 가네코; 츠토무 오기하라
Original assignee: 카나가와 치히로; 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
Priority date: 1995-10-16
Filing date: 1996-10-15
Publication date: 1999-12-15
Anticipated expiration: 2016-10-15
Also published as: US5980778A; EP0768361A1; KR970022403A

Abstract

본 발명은 하기 일반식 Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ 및 Ⅴ로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 그 이상의 화합물을 함유하며, 그중 적어도 1종의 화합물은 트랜스-1-실라-1,4-시클로헥실렌기 또는 트랜스-4-실라-1,4-시클로헥실렌기를 함유하는 음의 값의 유전이방성을 갖는 우수한 액정조성물을 제공한다.

(여기서, R1은 탄소수 2∼7을 갖는 알킬기, 알콕시알킬기, 모노 또는 디플루오로알킬기, 또는 알케닐기를 나타낸다. h, i, j 및 k는 0 또는 1을 나타내며, 다만 i+j=1 이다. m은 0,1 또는 2를 나타낸다. A,B 또는 C로 표시되는 6원환은 각각 트랜스-1-실라-1,4-시클로헥실렌기, 트랜스-4-실라-1,4-시클로헥실렌기, 또는 트랜스-1,4-시클로헥실렌기중 어느 하나를 나타낸다. L은 F를 나타내고, L₁및 L₂는 H 또는 F를 나타낸다. n은 0,1 또는 2를 나타낸다. R₂는 H, R₁또는 OR₁을 나타낸다).

Description

액정조성물 및 이를 함유하는 액정표시소자

본 발명은 실라시클로헥산환을 함유하는 액정화합물 단독, 또는 이 액정화합물과 종래의 규소를 함유하지 않은 액정화합물과의 혼합물로 구성된, 액정조성물에 관한 것이다.

액정표시소자는 액정물질이 갖는 광학 이방성(異方性) 및 유전 이방성을 이용한 것이다. 그 표시양식에 따라 TN형(트위스트 네마틱형), STN형(슈퍼 트위스트 네마틱형), SBE(수퍼복굴절형), DS형(동적산란형), 게스트.호스트형, DAP형(정렬상의 변형형) 및 OMI형(광학적 모드간섭형)등 각종의 방식이 있다. 가장 일반적인 디스플레이 장치는 셔트-헬프릿히 효과에 기초한 트위스트네마틱구조를 갖는 것이다.

이러한 액정표시에 이용되는 액정물질에 요구되는 성질은 그 표시방식에 따라 다르지만, 액정온도범위가 넓을 것, 수분, 공기, 빛, 열, 전계(電界) 등에 대하여 안정할 것 등은 어느 표시방식에서나 공통적으로 요구된다.

액정재료는 저점도이고, 동시에 셀중에서의 짧은 어드레스시간, 낮은 임계치전압 및 높은 콘트라스트를 부여하는 것이 바람직하다. 현재, 단일 화합물로서 이러한 요구를 완전히 만족시키는 물질은 없고, 실제로는 수종∼10수종의 액정화합물이나 잠재 액정화합물을 혼합하여 얻어지는 액정성 혼합물이 사용되고 있다. 따라서, 구성성분이 상호 용이하게 혼화될 수 있는 것도 중요하다.

특히, 최근에는 멀티미디어의 등장이나 휴대기기의 보급에 따라, 액정 디스프레이의 성력화(省力化), 저구동 전압화가 일충 요구되고 있다. 직시형 액정 디스플레이에 관한 소비전력중에 백라이트에 의한 소비전력이 5할 정도를 차지하며, 이를 대폭 감소시키는 수단으로서 반사형 액정 디스플레이의 개발이 활발히 이루어지고 있다. 이러한 반사형 액정 디스플레이의 동작모드로는, DS(다이나믹 스캐터링=광산란)모드, ECB(electrically controlled birefringence = 전계(電界) 제어복굴절)모드, GH(게스트 . 호스트)모드 등이 있고, 이중 어느 모드에서는 Δε(유전율 이방성)이 음의 값인 액정재료를 이용하여야만 한다.

종래에는 Δε가 음의 값인 액정화합물 단체(單體)로서는,

(여기서, R¹, R²는 탄소수 1∼10의 알킬, 알콕시기이다) (일본특공소 61-26898호 공보), 또는

(여기서, R¹, R²는 탄소수 1∼12의 알킬 또는 알콕시기, q+r=1 또는 2이고, z는 단결합, CH₂CH₂, OCH₂, OCO, 또는 CO₂이고, X₁, X₂는 H, F,C1, Br 또는 CN이다) (일본특개소 60-199840호 공보), 또는

(여기서, R¹, R²는 탄소수 1∼15의 비치환 또는 치환 알킬기, Q=C, O, CH₂이다) (일본 특표평 2-503436호 공보)

등의 1,4-치환페닐렌기의 2,3위치가 F, CN등으로 치환된 부분구조를 갖는 화합물이나

등의 (일본특개소 60-226835호 공보) 1,4-치환시클로헥실렌기의 1 또는 4 위치의 축방향(axial) 위치가 F, CN으로 치환된 부분구조를 갖는 화합물이 알려져 있다.

액정 디스플레이의 결점중의 하나로 시야각이 좁은 문제점이 있다. 이를 개량하기 위하여 여러종류의 신규한 모드가 제안되고 있다. 그중 하나로, 인.플래인.스위칭.모드(in-plane switching mode)가 있다. 이 모드에서는 상하좌우 모두 시야각이 ±60도까지 넓어서 우수하지만, 응답속도가 느린 문제점이 있다. 그 원인은 액정으로 점도가 높은 Nn형액정(Δε〈0)을 사용하여야만 하는 단점이 있기 때문이다.

본 발명자들은 종래에 알려지지 않은 실라시클로헥산환율 분자구조중에 포함한 액정화합물에 대하여 기출원한 바 있다. 본 발명의 조성물은 상기 기출원한 액정화합물 단독으로 구성되거나, 또는 이를 구성성분의 일부로 함유한 음값의 Δε(유전율이방성)을 갖는 혼합물에 관한 것이다.

본 발명의 조성물은 하기 일반식 I∼V로부터 선택된 1종 또는 그 이상의 화합물을 함유하며, 그중 적어도 1종의 화합물은 트랜스-1-실라-1,4-시클로헥실렌기 또는 트랜스-4-실라-1,4-시클로헥실렌기를 갖는 화합물로 구성된다.

(여기서, R1은 탄소수 2∼7을 갖는 알킬기, 알콕시 알킬기, 모노 또는 디플투오로알킬기, 또는 알케닐기를 나타낸다. h, i, j 및 k는 0 또는 1을 나타내며, 단 i+j=1이다. m은 0, 1 또는 2를 나타낸다. A, B 및 C로 표시되는 6원환은 각각 트랜스-1-실라-1,4-시클로헥실렌기, 트랜스-4-실라-1,4-시클로헥실렌기, 또는 트랜스-1,4-시클로헥실렌기중의 어느 것을 나타낸다. L은 F를 나타내고, L₁및 L₂는 H 또는 F를 나타낸다. n은 0, 1 또는 2를 나타낸다. R₂는 H, R₁또는 OR₁을 나타낸다.)

상기 일반식 I∼V의 화합물의 합성에 관하여는, 전술한 바와 같이, 본 발명자들이 기출원한 특허출원에 개시되어 있다. 즉, 일반식 Ⅰ로 표시되는 화합물의 합성에 관하여는 일본특개평 7-070148호, 특개평 8-053469호 및 특개평 7-173176에 개시되어 있고, 일반식 Ⅱ로 표시되는 화합물의 합성에 관하여는 특개평 8-109186호, 특개평 7-215983호, 특개평 7-252273호, 특개평 7-278158호, 특개평 7-291978호, 특개평 8-048689호 및 특개평 8-245651호에 개시되어 있으며, 일반식 Ⅲ으로 표시되는 화합물의 합성에 관하여는 특개평 8-239388호 및 특원평 8-040479호에 개시되어 있다. 또한 일반식 Ⅳ로 표시되는 화합물의 합성에 관하여는 특개평 8-176161호 및 특개평 7-228585호에 개시되어 있고, 일반식 Ⅴ로 표시되는 화합물의 합성에 관하여는 특원평 7-176623호, 특개평 8-104693호 및 특개평 8-231560호에 개시되어 있다.

본 발명의 조성물은 넓은 온도범위에 걸친 네마틱 액정상과 수분, 공기, 빛, 열, 전계(電界)에 대한 안정성, 그리고 액정화합물 끼리의 양호한 상호용해성을 갖는 동시에, 성분의 분자구조중에 실라시클로헥산환을 갖는 화합물을 혼합한 효과로서 이하의 장점을 갖는다.

(1) 고속응답을 위한 저점도화

1,4-치환페닐렌기의 2,3 위치에 CN이 치환된 부분구조를 갖는 화합물이나

1,4-치환시클로헥실렌기의 1 또는 4 위치의 축방향 위치가 CN으로 치환된 부분구조

를 갖는 종래의 화합물은 점도가 70∼200cps로 높아서, 고속응답에는 부적합하였다. 분자구조중에 실라시클로헥산환을 갖는 일반식 Ⅰ∼Ⅴ의 화합물은 점도가 10∼70cps로 낮아서, 본 발명에 따라 이 화합물을 혼합함으로써 조성물의 저점도화, 즉 응답속도의 고속화가 도모된다.

(2) 저전압구동을 위한 저임계치전압화

상기의 부분구조를 갖는 화합물은 고극성인 CN기가 있기 때문에 │Δδ│이 크고, 이에 따라 저전압화에는 유리하지만, 상술한 바와 같이 점도가 높아서 고속응답에는 불리하다. 1,4-치환페닐렌기의 2,3 위치가 F로 치환된 부분구조

를 갖는 종래화합물(Si를 분자중에 함유하지 않음)은 비교적 저점도 이기는 하지만 CN기 함유 화합물에 비하여 │Δδ│가 적고 저전압화에는 불만족스러운 것이었다. 일반식 Ⅰ∼Ⅴ중에서 실라시클로헥산환과 함께 상기 1,4-치환페닐렌기의 2,3 위치가 F로 치환된 부분구조를 동시에 갖는 화합물은 규소 도입효과에 의해 │Δε│가 더욱 증대되어 이들을 함유한 본 발명의 액정조성물은 저전압구동화가 도모된다.

(3) 고전압보지율

Δε이 음의 값인 액정재료를 이용하는 반사형 액정 디스플레이의 동작모드중에는 구동방식으로서 액티브매트릭스 방식으로 행하는 것이 있다. 이 경우, 화상표시품위의 유지를 위해 신호전압보지특성을 갖는 것이 요구된다. 이 신호전압보지특성은 소정의 플레임주기내에 있는 액정을 함유하는 TFT 화소(畵素)에 인가(印加)되는 신호전압의 저하의 정도로 나타낸다. 따라서, 신호 전압의 저하가 없는 경우, 즉 전압보지율이 100%인 경우는 액정분자의 배열이 흐트러지지 않아서 콘트라스트의 저하가 발생하지 않는다. 또한, 전압보지특성은 액정패널이 사용되는 환경에서도 영향을 받아서, 프로젝션용 액정패널과 같이 고강도의 빛에 노출되는 경우 또는 차재용(車載用) 액정패널과 같이 고온에 노출되는 경우에는 그 특성을 양호하게 유지할 수 있는 기간이 단축되기 쉽다.

본 발명의 액정조성물은 100℃의 고온조건에서도 98% 이상의 높은 전압보지율을 갖는다. 특히 저임계치전압과 고전압보지율을 동시에 만족시키는 것은 지금까지의 액정재료로는 곤란하고, 두가지 특성중 어느 하나가 어느정도 희생된 것을 얻을 수 밖에 없었다.

일반식 Ⅰ의 구체적인 화학구조는 하기와 같다.

R₁은 이하의 어느기를 나타낸다.

(a) 탄소수 2∼7의 알킬기, 즉

에틸기, n-프로필기, n-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기 또는 n-헵틸기.

(b) 탄소수 2∼7의 알콕시알킬기, 즉

메톡시메틸기, 2-메톡시에틸기, 3-메톡시프로필기, 4-메톡시부틸기, 5-메톡시펜틸기, 6-메톡시헥실기, 에톡시메틸기, 2-에톡시에틸기, 3-에톡시프로필기, 4-에톡시부틸기, 5-에톡시펜틸기, (n-프로폭시)메틸기, 2-(n-프로폭시)에틸기, 3-(n-프로폭시)프로필기, 4-(n-프로폭시)부틸기, (n-부톡시)메틸기, 2-(n-부톡시)에틸기, 3-(n-부톡시)프로필기, (n-펜톡시)메틸기, 2-(n-펜톡시)에틸기, 또는 (n-헥실록시)메틸기.

(c) 탄소수 2∼7의 모노 또는 디플루오로알킬기, 즉

1-플루오로에틸기, 1-플루오로프로필기, 1-플루오로부틸기, 1-플루오로펜틸기, 1-플루오로헥실기, 1-플루오로헵틸기, 2-플루오로에틸기, 2-플루오로프로필기, 2-플루오로부틸기, 2-플루오로펜틸기, 2-플루오로헥실기, 2-플루오로헵틸기, 3-플루오로프로필기, 3-플루오로부틸기, 3-플루오로펜틸기, 3-플루오로헥실기, 3-플루오로헵틸기, 4-플루오로부틸기, 4-플루오로펜틸기, 4-플루오로헥실기, 4-플루오로헵틸기, 5-플루오로펜틸기, 5-플루오로헥실기, 5-플루오로헵틸기, 6-플루오로헥실기, 6-플루오로헵틸기, 7-플루오로헵틸기, 1,1-디플루오로에틸기, 1,1-디플루오로프로필기, 1,1-디플루오로부틸기, 1,1-디플루오로펜틸기, 2,2-디플루오로에틸기 2,2-디플루오로프로필기, 2,2-디플루오로부틸기, 2,2-디플루오로펜틸기, 3,3-디플루오로프로필기, 3,3-디플루오로부틸기, 3,3-디플루오로펜틸기, 4,4-디플루오로부틸기, 4,4-디플루오로펜틸기, 또는 5,5-디플루오로펜틸기.

(d) 탄소수 2∼7의 알케닐기, 즉

비닐기, 1E-프로페닐기, 1E-부테닐기, 1E-펜테닐기, 1E-헥세닐기, 1E-헵테닐기, 3-부테닐기, 3E-펜테닐기, 3E-핵테닐기, 4-펜테닐기, 4E-헥세닐기, 4Z-헥세닐기, 4E-헵테닐기, 4Z-헵테닐기, 5-헥세닐기, 5E-헵테닐기, 5Z-헵테닐기 또는 6-헵테닐기.

R₂는 H, R_1,또는 OR₁을 나타낸다.

하기 부분골격의

구체적인 예는 다음과 같다.

실라시클로헥산환, 시클로헥산환의 입체배치는 모두 트랜스형이다.

다음에 일반식 Ⅱ의 구체예를 나타낸다.

다음에 일반식 Ⅲ의 구체예를 나타낸다.

다음에 일반식 Ⅳ의 구체예를 나타낸다.

다음에 일반식 Ⅴ의 구체예를 나타낸다.

일반식 Ⅱ∼Ⅴ에 대해서도, R₁및 R₂는 일반식 Ⅰ과 동일하다.

여기서, R₁에 대하여는 다음중 어느기가 바람직하다.

(e) 탄소수 2∼7의 알킬기, 즉

에틸기, n-프로필기, n-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, 또는 n-헵틸기.

(f) 탄소수 2∼7의 알콕시알킬기중에서,

메톡시메틸기, 2-메톡시에틸기, 3-메톡시프로필기, 5-메톡시펜틸기, 에톡시메틸기, 2-에톡시에틸기, (n-프로폭시)메틸기, 또는 (n-펜톡시)메틸기.

(g) 탄소수 2∼7의 모노 또는 디플루오로알킬기 중에서,

2-플루오로에틸기, 2-플루오로프로필기, 4-플루오로부틸기, 4-플루오로펜틸기, 5-플루오로펜틸기, 6-플루오로헥실기, 7-플루오로헵틸기, 1,1-디플루오로에틸기, 2,2-디플루오로에틸기, 2,2-디플루오로프로필기, 2,2-디플루오로부틸기, 4,4-디플루오로부틸기, 또는 4,4-디플루오로펜틸기.

(h) 탄소수 2∼7의 알케닐기중에서,

비닐기, 1E-프로페닐기, 1E-부테닐기, 1E-펜테닐기, 1E-헥세닐기, 1E-헵테닐기, 3-부테닐기, 3E-펜테닐기, 3E-헥세닐기, 3E-헵테닐기, 4-펜테닐기, 4E-헥세닐기, 4Z-헥세닐기, 4E-헵테닐기, 4Z-헵테닐기, 5-헥세닐기 또는 6-헵테닐기.

하기 부분골격에 대하여는

다음의 것들이 바람직하다.

즉, 저구동전압화를 위해서는 하기 부분구조가 바람직하고,

고속응답을 위해서는 하기 부분구조가 바람직하다.

환구조에 대해서는, Ⅰ_{1, 3, 4, 6, 7, 9, 10, 11, 12, 14, 16'}

Ⅱ_{1, 3, 4, 8, 9, 11, 13, 14, 16, 17, 21, 22, 24, 26'}Ⅲ_{1, 3, 4, 7, 8, 10, 12'}

Ⅳ_{1, 4, 5, 8, 9, 11, 12, 17, 18, 21, 23, 31, 32, 35, 36, 39, 44, 45, 47, 50, 59, 60, 62, 65, 74, 75, 78, 79, 80, 83, 85, 88'}Ⅴ_{1, 3, 5, 17, 18, 20, 35}가 액정온도범위가 넓고 다른 구조에 비하여 제조가 용이하기 때문에 바람직하다.

다음으로, 이들 각 성분의 액정조성물중에서의 혼합비율에 대하여 설명한다.

일반식 Ⅰ₁∼_3'Ⅱ₁∼_3'Ⅲ₁∼_3'및 Ⅳ₁∼₈로 표시되는 화합물로부터 선택되는 1종 또는 2종이상의 화합물로 이루어진 군A가 1∼30몰%, 일반식 Ⅰ₄∼₁₁, Ⅱ₄∼₁₆, Ⅲ₄∼₁₂및 Ⅳ₉∼₄₄로 표시되는 화합물로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 화합물로 이루어진 군B가 50∼100 몰%, 일반식 Ⅰ₁₂∼₂₆, Ⅱ₁₇∼_26'Ⅳ₄₅∼₈₈및 Ⅴ₁∼₃₅로 표시되는 화합물로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 화합물로 이루어진 군C가 1~20몰%의 비율로 혼합된다. 보다 바람직하게는, 군A가 2∼20몰%, 군B가 70∼96몰%, 군B가 2∼10몰%의 비율이다.

상기 조성물들중 실라시클로헥산화합물은 10몰%이상 사용하는 것이 바람직하고, 실라시클로헥산화합물을 많이 사용함으로써 본 발명의 효과, 즉 큰값의 │Δε│과 높은 전압보지율을 얻을 수가 있다. 군A의 비율이 과잉인 경우에는, 고속응답성의 점에서는 유리하게 되지만, 반면에 네마틱상(相)의 상한온도가 낮아지고 액정범위가 좁아진다. 반대로 군A가 과소인 경우에는 응답속도가 저하된다. 또한, 군A에 있어서, 저임계치전압화의 점에서는 L₁=L₂=F인 것이 유리하고, 고속응답성의 점에서는 L₁=L₂=H인 것이 한층 유리하다. 군B에 있어서, 저임계치 전압화의 점에서는 L₁=L₂=F인 것이 유리하고, 이들의 양이 과잉인 경우에는 │Δε│가 증대되어 저임계치 전압화가 한층 더 달성되지만, 반면에 점도가 상승하여 고속응답성에 있어서는 불리하게 된다. 고속응답성과 네마틱상의 상한온도의 상승을 위해서는, 군B에 있어 L₁=L₂=H인 것이 유리하지만, 그 양이 과잉인 경우에는 반대로 │Δε│가 감소되어 임계치전압이 상승된다.

군B 단독으로 또는 군A 및 군B의 조성비율을 최적화하여 액정조성물을 구성하는 것이 가능하지만, 고온까지 네마틱상을 더욱 확대하고자 하는 경우에는 군C를 첨가한다. 다만, 군C의 양이 과잉으로 되면 고속응답성, 저임계치전압화, 저온에서의 네마틱상의 안정화에는 불리하게 된다. 시각특성에 영향을 주는 굴절율이방성(Δn)을 제어하기 위해서는, 일반식 Ⅰ₁∼₃₁의 첨가비율을 증가시키면 Δn을 감소시킬 수 있고, 일반식 Ⅰ₄∼₆, Ⅰ₁₂∼₁₆, Ⅱ₁₄∼₂₆및 Ⅳ₇₅∼₈₈의 첨가비율을 증가시키면 Δn을 증가시킬 수 있다.

최근에, 액정패널의 용도는 점점 확대되고 있고, OA 기기용, 차재용(車載用), 휴대기기용등 각 용도에 따라 필요물성에 대한 요구도 다양화되고 있다. 이들 각각의 요구물성을 만족시키기 위하여, 일반식 Ⅰ∼Ⅳ로 표시되는 화합물중에서 종류 및 양을 선택하고, 최적치로 혼합을 조정함으로써 대응하는 것이 가능하다.

이들 성분을 혼합함에 있어서는, 소정량의 소량성분을 주성분으로 첨가하고 가열용해하거나, 또는 아세톤, 메탄올, 클로로포름 등의 유기용제에 용해한 각 성분의 용액을 혼합한 후 유기용제를 휘산시킨다.

이와같이하여 얻어진 본 발명의 액정조성물은 네마틱상의 하한온도가 -20℃ 이하이고, 상한온도가 70∼100℃로 넓은 온도범위에 걸쳐 네마틱액정상을 가지며, -20℃에서의 장기보존상태에서도 스맥틱상이나 결정성을 발생시키지 않고, 100℃에서 측정된 전압보지율도 98% 이상의 값을 나타낸다. 액정표시소자중에 이용되는 본 발명의 액정조성물에는 착색 게스트-호스트계를 형성하기 위해 아조계나 안트라퀴논계 등의 다색성 색소를 첨가할 수 있다. 구체적으로는 본 발명의 조성물에, 예를들면, 이색성 색소를 첨가한 색소함유 액정조성물을 상전이형게스트. 호스트 모드로 이용할 수 있다.

본 발명에 이용될 수 있는 이색성 색소로는 아조계, 안트라퀴논계가 바람직하지만, 더욱 바람직하기로는 하기 일반식으로 표시되는 아조계 색소,

(식중에서, R 및 R'는 치환 또는 비치환 알킬기 또는 디알킬아민기이고, 치환알킬기의 경우에는 복수개의 불소원자로 치환된 것 또는 사슬중의 인접하지 않은 -CH₂-가 O, S, NH, SO₂, O₂C,또는로 치환된 것을 나타낸다. Z₁∼₉는 수소, 메틸기, 메톡시기, 할로겐기를 나타낸다. 또 Z₁과 Z₂, Z₄와 Z₅, Z₇과 Z₈은 서로 연결되어 지방족 환, 방향족환, 또는 질소함유 방향족 환을 형성할 수 있다. Y는 플루오로알킬기를 나타낸다. n'=0, 1, 2, m'=0, 1, 2, p=0, 1을 나타내며, m'=0인 경우에는 반드시 p=0이다.)

또는 하기 일반식으로 표시되는 안트라퀴논계 색소

(식중에서, X₁∼X₅는 H, OH, 할로겐, CN, 비치환 또는 치환기 함유 아미노기, 비치환 또는 치환기 함유 카르본산에스테르, 비치환 또는 치환기 함유 페녹시기, 비치환 또는 치환기 함유 벤질기, 비치환 또는 치환기 함유 폐닐기, 비치환 또는 치환기 함유 시클로헥실기, 비치환 또는 치환기 함유 시클로헥실옥시카르보닐기, 또는 비치환 또는 치환기 함유 피리딜이나 피리미딜기를 나타낸다.)

와 같은 이생서 색소를 이용하여, 액정조성물에 첨가하는 것이 좋다. 이들 이색성 색소는 액정조성물에 대하여 0.2∼3중량% 첨가하는 것이 바람직하다.

또한, 비틀린 방향에 강도를 부여하기 위한 카이랄 도핑제 등의 기타 첨가제를 함유할 수 있다. 이러한 첨가물을 함유한 액정조성물은 TET 또는 MIN 등의 액티브소자 또는 단순 매트릭스 전극이 형성된 투명기판 사이에 봉입되어 액정표시소자로서 사용된다. 이 소자는 필요에 따라 각종 언더코트, 배향제어용 오버코트, 편광판, 필터, 방사층 등을 갖는 것이어도 좋다. 또한, 다층셀로 하거나, 다른 표시소자와 조합하거나, 반도체 기판을 이용하거나, 또는 광원을 이용하는 등의 여러 종류의 것을 사용할 수 있다.

본 발명의 액정조성물은 유전율 이방성(Δε)이 음의 값을 유지하고, 동시에 그 절대치 │Δε│가 종래의 액정화합물만으로 구성된 조성물보다 크며, 높은 전압보지율과 비교적 낮은 점도의 장점을 갖는다.

따라서, 본 발명의 액정조성물은 백라이트를 갖지 않는 반사형 액정 디스플레이, 특히 아조계, 안트라퀴논계 다색성 색소를 첨가한 GH(게스트 . 호스트)모드 패널, ECB(전계제어복굴절)모드 패턴에 적합한 액정재료이다.

이하, 구체적인 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 실시예에서 혼합물의 특성측정은 이하의 조건에서 행하였다. 기호의 정의도 함께 나타낸다.

T_NI= 네마틱 - 아이소트로픽 전이온도

Δε = 유전율 이방성

측정온도 25℃, 측정전압 0~20Vrms, 1kHz에서 호메오트로픽 배향시켜 측정한 유전율(ε_Ⅱ)과 호모지니어스 배향시켜 측정한 유전율(ε┴)의 차이를 나타낸다.

Δn = 굴절율 이방성

측정온도 25℃, 사용파장 589.3nm에서 Abbe 굴절율계를 이용하여 호메오트로픽배향된 플리즈마상에 샘플을 놓고 측정한 이상광굴절율 n_Ⅱ와 정상광굴절율 n┴의 차이를 나타낸다. 혼합조성물에 있어서 %는 몰%를 나타낸다.

[실시예 1]

4-(트랜스-4-(트랜스-4-n-프로필-4-실라시클로헥실)시클로헥실)-2,3-디플루오르-1-에톡시벤젠 36.8%와, 트랜스-4-(트랜스-4-(2,3-디플루오르-4-에톡시페녹시 메틸)시클로헥실)-1-n-프로필-1-실라시클로헥산 30.8% 및, 트랜스-4-(트랜스)-4-(2,3-디플루오르-4-에톡시페녹시메틸)시클로헥실)-1-n-펜틸-1-실라시클로헥산 32.4%로 이루어진 액정혼합물은 다음과 같은 성질을 나타낸다.

T_NI= 124.7℃, Δε = -8.9, Δn = 0.101

상기 화합물의 화학구조중 규소원자를 탄소원자로 바꾼 화합물은 단체(單體)로서는 다음의 성질(Δε)을 나타낸다.

4-(트랜스-4-(트랜스-4-n-프로필시클로헥실)시클로헥실)-2,3-디플루오로-1-에톡시벤젠은 Δε = -4.4 이다.

트랜스-4-(트랜스-4-(2,3-디플루오로-4-에톡시페녹시메틸)시클로헥실)-1-n-프로필시클로헥산은 Δε = -0.6 이다.

상기와 같이, 앞의 3가지 화합물의 혼합조성물은 후의 2가지 화합물 단체의 각각보다도 절대치가 큰 음값의 유전율이방성(Δε)을 갖는 본 발명의 효과를 나타내고 있다.

[실시예 2]

트랜스-4-(2-P-에톡시페닐)에틸)-1-n-펜틸시클로핵산 5.0%와, 트랜스-4-(2-P-에톡시페닐)에틸)-1-n-프로필시클로핵산 5.0%와, 트랜스-4-(2,3-디플루오로-4-에톡시페녹시메틸)-1-n-펜틸-1-실라시클로헥산 10.0%와, 트랜스-4-(2,3-디플루오로-4-에톡시페녹시메틸)-1-n-헵틸-1-실라시클로헥산 10.0%와, 트랜스-4-(트랜스-4(2,3-디플루오로-4-에톡시페녹시메틸)시클로헥실)-1-n-프로필-1-실라시클로헥산 18.0%와, 트랜스-4-(트랜스-4-(2,3-디플루오로-4-에톡시페녹시메틸)시클로헥실)-1-n-펜틸-1-실라시클로헥산 18.0%와, 4-(트랜스-4-(트랜스-4-n-프로필-4-실라시클로헥실)시클로헥실)2,3-디플루오로-1-에톡시 벤젠 14.0%와, 4-(트랜스-4-(트랜스-4-n-펜틸-4-실라시클로헥실)시클로헥실)2,3-디플루오로-1-에톡시 벤젠 14.0%와, 트랜스, 트랜스-2-플루오로-4,4'-디(4-n-프로필시클로헥실) 비페닐 2.0%와, 트랜스, 트랜스-2-플루오로-4-(4-n-펜틸시클로헥실)-4'-(n-프로필시클로헥실)비페닐 2.0% 및, 트랜스, 트랜스-2-플루오로-4,4'-디(4-n-펜틸시클로헥실)비페닐2.0%로 이루어진 액정조성물은 다음과 같은 성질을 나타낸다.

T_NI=109.3℃, Δε=-5.3, Δn = 0.107.

[실시예 3]

트랜스, 트랜스-4-(4-n-프로폭시시클로헥실)-1-n-프로필-1-실라시클로헥산 20.0%와, 트랜스, 트랜스-4-(4-에톡시시클로헥실)-1-n-펜틸-1-실라시클로헥산 5.0%와, 4-(트랜스-4--(트랜스-4-n-프로필-4-실라시클로헥실)시클로헥실)-2,3-디플루오로-1-에톡시벤젠 12.5%와, 4-(트랜스-4--(트랜스-4-n-펜틸-4-실라시클로헥실)시클로헥실)-2,3-디플루오로-1-에톡시벤젠 12.5%와, 트랜스-4-(트랜스-4-(2,3-디플루오로-4-에톡시페녹시메틸)시클로헥실)-1-n-프로필-1-실라시클로헥산 25.0% 및,트랜스-4-(트랜스-4-(2,3-디플루오로-4-에톡시페녹시메틸)시클로헥실)-1-n-펜틸-1-실라시클로헥산 25.0%로 이루어진 액정조성물은 다음과 같은 성질을 나타낸다.

T_NI=94.9℃, Δε=-6.9, Δn = 0.093.

[실시예 4]

트랜스, 트랜스-4-(4-n-프로폭시시클로헥실)-1-n-프로핀-1-실라시클로헥산 12.0%와, 트랜스, 트랜스-4-(4-에톡시시클로헥실)-1-n-펜틸-1-실라시클로헥산 3.0%와, 4-(트랜스-4-n-펜틸-4-실라시클로헥실)-2,3-디플루오로-1-에톡시벤젠 7.5%와, 4-(트랜스-4-n-헵틸-4-실라시클로헥실)-2,3-디플루오로-1-에톡시벤젠 7.5%와, 트랜스-4-(2-(트랜스-4-(2,3-디플루오로-4-에톡시페닐)시클로헥실)에틸)-1-n-프로필-1-실라시클로헥산 23.3%와, 트랜스-4-(2-(트랜스-4-(2,3-디플루오로-4-에톡시페닐)시클로헥실)에틸)-1-n-펜틸-1-실라시클로헥산 23.3%와, 4'-(트랜스-4-n-프로필-4-실라시클로헥실)-2,3-디플루오로-4-에톡시비폐닐 11.7% 및, 4'-(트랜스-4-n-펜틸-4-실라시클로헥실)-2,3-디플루오로-4-에톡시비폐닐 11.7%로 이루어진 액정 조성물은 다음과 같은 성질을 나타낸다.

T_NI=87.0℃, Δε=-6.2, Δn = 0.105.

[실시예 5]

트랜스, 트랜스-4-(4-n-프로필시클로헥실)-1-n-프로필시클로헥산 8.0%와, 트랜스, 트랜스-4-(4-n-프로필시클로헥실)-1-n-프로필시클로헥산 8.0%와, 트랜스, 트랜스-4-(4-메톡시시클로헥실)-1-n-펜틸시클로헥산 8.0%와, 4-(트랜스-4-(트랜스-4-n-프로필-4-실라시클로헥실)시클로헥실)-2,3-디플루오로-1-에톡시 벤젠 20.0%와, 4-(트랜스-4-(트랜스-4-n-펜틸-4-실라시클로헥실)시클로헥실)-2,3-디플루오로-1-에톡시 벤젠 20.0%와, 트랜스-4-(트랜스-4-(2,3-디플루오로-4-에톡시페닐옥시메틸)시클로헥실)-1-n-프로필시클로 헥산 18.0% 및, 트랜스-4-(트랜스-4-(2,3-디플루오로-4-에톡시페닐옥시메틸)시클로헥실)-1-n-프로필시클로 헥산 18.0%로 이루어진 액정조성물은 다음과 같은 성질을 나타낸다.

T_NI= 114.7℃, Δε=-4.9, Δn = 0.095.

[실시예 6]

트랜스-4-(2-(4-에톡시페닐)에틸)-1-n-펜틸-1-실라시클로헥산 7.5%와, 트랜스-4-(2-(4-에톡시페닐)에틸)-1-n-헵틸-1-실라시클로헥산 7.5%와, 트랜스-4-(2,3-디플루오로-4-에톡시페녹시메틸)-1-n-펜틸-1-실라시클로헥산 7.5%와, 트랜스-4-(2,3-디플루오로-4-에톡시페녹시메틸)-1-n-헵틸-1-실라시클로헥산 7.5%와, 4-(트랜스-4-(트랜스-4-n-프로필-4-실라시클로헥실)시클로헥실)-2,3-디플루오로-1-에톡시벤젠 10.7%와, 4-(트랜스-4-(트랜스-4-n-펜틸-4-실라시클로헥실)시클로헥실)-2,3-디플루오로-1-에톡시벤젠 10.7%와, 트랜스-4-(트랜스-4-(2,3-디플루오로-4-에톡시페녹시메틸)시클로헥실)-1-n-프로필-1-실라시클로헥산 21.3%와, 트랜스-4-(트랜스-4-(2,3-디플루오로-4-에톡시페녹시메틸)시클로헥실)-1-n-펜틸-1-실라시클로헥산 21.3%와, 트랜스, 트랜스-2-플루오로-4-(4-n-프로필-4-실라시클로헥실)-4'-(4-n-프로필시클로헥실)비페닐 2.0%와, 트랜스, 트랜스-2-플루오로-4-(4-n-펜틸-4-실라시클로헥실)-4'-(4-n-프로필시클로헥실)비페닐 2.0%와, 트랜스, 트랜스-2-플루오로-4-(4-n-프로필-4-실라시클로헥실)-4'-(4-n-프로필시클로헥실)비페닐 2.0%로 이루어진 액정조성물은 다음과 같은 성질을 나타낸다.

T_NI= 86.1℃, Δε=-6.8, Δn = 0.103.

[실시예 7]

트랜스-4-(2-(2,3-디플루오로-4-에톡시페닐)에틸)-1-n-펜틸시클로헥산10.0%와, 트랜스-4-(2-(2,3-디플루오로-4-에톡시페닐)에틸)-1-n-헵틸시클로헥산 10.0%와, 트랜스-4-(트랜스-4-(2,3-디플루오로-4-에톡시페녹시메틸)시클로헥실)-1-n-프로필-1-실라시클로헥산 23.0%와, 트랜스-4-(트랜스-4-(2,3-디플루오로-4-에톡시페녹시메틸)시클로헥실)-1-n-펜틸-1-실라시클로헥산 23.0% 및 4-(트랜스-4-(트랜스-4-n-프로필시클로헥실)시클로헥실-2,3-디플루오로-1-에톡시벤젠 17.0%와, 4-(트랜스-4-(트랜스-4-n-펜틸시클로헥실)시클로헥실)-2,3-디플루오로-1-에톡시벤젠17.0%로 이루어진 액정조성물은 다음과 같은 성질을 나타낸다.

T_NI= 121.3℃, Δε=-6.6, Δn = 0.109.

[실시예 8]

4-(트랜스-4-n-펜틸-4-실라시클로헥실)-1-메톡시벤젠 7.5%와, 4-(트랜스-4-n-헵틸-4-실라시클로헥실)-1-메톡시벤젠 7.5%와, 4-(트랜스-4-n-펜틸-4-실라시클로헥실)-2,3-디플루오로-1-에톡시벤젠 7.5%와, 4-(트랜스-4-n-헵틸-4-실라시클로헥실)-2,3-디플루오로-1-에톡시벤젠 7.5%와, 11.7%와, 4-(트랜스-4-(트랜스-4-n-프로필-4-실라시클로헥실)시클로헥실)-2,3-디플루오로-1-에톡시벤젠 11.7%와, 4-(트랜스-4-(트랜스-4-n-펜틸-4-실라시클로헥실)시클로헥실)-2,3-디플루오로-1-에톡시벤젠 11.7%와, 트랜스-4-(트랜스-4-(2,3-디플루오로-4-에톡시페녹시메틸)시클로헥실)-1-n-프로필-1-실라시클로헥산 23.3% 및, 트랜스-4-(트랜스-4-(2,3-디플루오로-4-에톡시페녹시메틸)시클로헥실)-1-n-펜틸-1-실라시클로헥산 23.3%로 이루어진 액정혼합물은 다음과 같은 성질을 나타낸다.

T_NI= 85.4℃, Δε=-7.0, Δn = 0.100.

[실시예 9]

트랜스-4-(2-(2,3-디플루오로-4-에톡시페닐)에틸)-1-n-펜틸-1-실라시클로헥산 10.0%와, 트랜스-4-(2-(2,3-디플루오로-4-에톡시페닐)에틸)-1-n-헵틸-1-실라시클로헥산 10.0%와, 4-(트랜스-4-(트랜스-4-n-프로필-4-실라시클로헥실)시클로헥실)-2,3-디플루오로-1-에톡시벤젠 13.3%와, 4-(트랜스-4-(트랜스-4-n-펜틸-4-실라시클로헥실)시클로헥실)-2,3-디플루오로-1-에톡시벤젠 13.3%와, 트랜스-4-(트랜스-4-(2,3-디플루오로-4-에톡시페녹시메틸)시클로헥실)-1-n-프로필-1-실라시클로헥산 26.7% 및, 트랜스-4-(트랜스-4-(2,3-디플루오로-4-에톡시페녹시메틸)시클로헥실)-1-n-펜틸-1-실라시클로헥산 26.7%로 이루어진 액정조성물은 다음과 같은 성질을 나타낸다.

T_NI= 94.5℃, Δε=-8.0, Δn = 0.097.

[실시예 10]

4-(트랜스-4-n-프로필시클로헥실)-1-에톡시벤젠 5.0%와, 4-(트랜스-4-n-프로필시클로헥실)-1-메톡시벤젠 5.0%와, 4-(트랜스-4-n-펜틸-4-실라시클로헥실)-2,3-디플루오로-1-에톡시베젠 10.0%와, 4-(트랜스-4-n-헵틸-4-실라시클로헥실)-2,3-디플루오로-1-에톡시베젠 10.0%와, 4-(트랜스-4-(트랜스-4-n-프로필-4-실라시클로헥실)시클로헥실)-2,3-디플루오로-1-에톡시 벤젠 20.0%와, 4-(트랜스-4-(트랜스-4-n-펜틸-4-실라시클로헥실)시클로헥실)-2,3-디플루오로-1-에톡시 벤젠 20.0%와, 트랜스-4-(트랜스-4-(2,3-디플루오로-4-에톡시페녹시메틸)시클로헥실)-1-n-프로필시클로헥산 15.0% 및, 트랜스-4-(트랜스-4-(2,3-디플루오로-4-펜틸페녹시메틸)시클로헥실)-1-n-프로필시클로헥산 15.0%로 이루어진 액정조성물은 다음과 같은 성질을 나타낸다.

T_NI= 98.7℃, Δε=-5.5, Δn = 0.101.

[실시예 11]

4-(트랜스-4-n-펜틸-실라시클로헥실)-1-메톡시벤젠 7.5%와, 2-(트랜스-4-n-헵틸-실라시클로헥실)-1-메톡시벤젠 7.5%와, 트랜스-4-(2,3-디플루오로-4-에톡시페녹시메틸)-1-n-펜틸-1-실라시클로헥산 5.5%와, 트랜스-4-(2,3-디플루오로-4-에톡시페녹시메틸)-1-n-헵틸-실라시클로헥산 5.5%와, 트랜스-4-(2-트랜스-4-(2,3-디플루오로-4-에톡시페닐)시클로헥실)에틸)-1-n-프로필-1-실라시클로헥산 17.5%와, 트랜스-4-(2-트랜스-4-(2,3-디플루오로-4-에톡시페닐)시클로헥실)에틸)-1-n-펜틸-1-실라시클로헥산 17.5%와, 트랜스-4-(트랜스-4-(2,3-디플루오로-4-에톡시페녹시메틸)시클로헥실)-1-n-프로필-1-실라시클로헥산 17.5%와, 트랜스-4-(트랜스-4-(2,3-디플루오로-4-에톡시페녹시메틸)시클로헥실)-1-n-펜틸-1-실라시클로헥산 17.5%와, 트랜스, 트랜스-4-(4-n-프로필-4-실라시클로헥실)시클로헥실)-2',3'-디플루오로-4'-에톡시비페닐 2.0% 및, 트랜스, 트랜스-4-(4-n-펜틸-4-실라시클로헥실)시클로헥실)-2',3'-디플루오로-4'-에톡시비페닐 2.0%로 이루어진 액정조성물을 얻었다.

[실시예 12]

트랜스, 트랜스-4-(4-n-프로폭시시클로헥실)-1-n-프로필-1-실라시클로헥산 12.0%와, 트랜스, 트랜스-4-(4-에톡시시클로헥실)-1-n-펜틸-1-실라시클로헥산 3.0%와, 4-(트랜스-4-n-펜틸시클로헥실)-2,3-디플루우로-1-에톡시벤젠 7.5%와, 4-(트랜스-4-n-헵틸시클로헥실)-2,3-디플루우로-1-에톡시벤젠 7.5%와, 트랜스-4-(2-트랜스-4-(2,3-디플루오로-4-에톡시페닐)시클로헥실)에틸)-1-n-프로필-1-실라시클로헥산 13.0%와, 트랜스-4-(2-트랜스-4-(2,3-디플루오로-4-에톡시페닐)시클로헥실)에틸)-1-n-펜틸-1-실라시클로헥산 12.0%와, 트랜스-4-(트랜스-4-(2-(2,3-디플루오로-4-에톡시페닐)에틸)시클로헥실-1-n-프로필시클로헥산 13.0%와, 트랜스-4-(트랜스-4-(2-(2,3-디플루오로-4-에톡시페닐)에틸)시클로헥실-1-n-펜틸시클로헥산12.0%와, 4'-(트랜스-4-n-프로필시클로헥실)-2,3-디플루오로-4-에톡시비페닐 10.0%와,4'-(트랜스-4-n-펜틸시클로헥실)-2,3-디플루오로-4-에톡시비페닐 10.0%로 이루어진 액정조성물을 얻었다.

[응용예 1]

상기 실시예 8의 액정조성물에 아조계 이색성 색소인 미쓰이 도오아쓰 화인(주) 제 SI-426을 1중량% 혼합하여 이색성 색소 액정조성물을 얻었다. 이 혼합조성물은 실시예 8의 액정조성물이 원래 보유하는 높은 전압보지율과 저임계치전압특성을 가지며, 동시에 높은 이색성비를 나타내었다.

[응용예 2]

상기 실시예 8의 액정조성물에 안트라퀴논계 이색성 색소인 미쓰이도오아쓰 화인(주)제 M-483을 1중량% 혼합하여 이색성 색소 액정조성물을 얻었다. 이 혼합조성물은 실시예 8의 액정조성물이 원래 보유하는 높은 전압보지율과 저임계치전압특성을 가지며, 동시에 높은 이색성비를 나타내었다.

[응용예 3]

상기 실시예 8의 액정조성물에 아조계와 안트라퀴논계의 혼합 이색성 색소인 미쓰이도오아스 화인(주)제 S-344를 1중량% 혼합하여 이색성 색소 액정혼합조성물을 얻었다. 이 혼합조성물은 실시예 8의 액정조성물이 원래 보유하는 높은 전압보지율과 저임계치전압특성을 가지며, 동시에 높은 이색성비를 나타내었다.

Claims

하기 일반식 Ⅰ,Ⅲ,Ⅳ 및 Ⅴ로 이루어진 군으로부터 선택되는 2종 이상의 화합물을 함유하며, 그중 적어도 2종의 화합물은 트랜스-1-실라-1,4-시클로헥실렌기 또는 트랜스-4-실라-1,4-시클로헥실렌기를 함유하는 것을 특징으로 하는 액정조성물.

(여기서, R¹은 탄소수 2∼7을 갖는 알킬기, 알콕시알킬기, 모노 또는 디플루오로알킬기, 또는 알케닐기를 나타낸다. j,i,j 및 k는 0 또는 1을 나타내며, 다만 i+j=1 이다. m은 0,1 또는 2를 나타낸다. A,B 또는 C로 표시되는 6원환은 각각 트랜스-1-실라-1, 4-시클로헥실렌기, 트랜스-4-실라-1,4-시클로헥실렌기, 또는 트랜스-1,4-시클로헥실렌기중 어느 하나를 나타낸다. L은 F를 나타내고, L¹및 L²는 H 또는 F를 나타낸다. n은 0, 1 또는 2를 나타낸다. R²는 H, R¹또는 OR¹을 나타낸다).
제1항에 따른 액정조성물을 함유하는 액정표시소자.
제1항에 있어서, 상기 2종 이상의 화합물이 일반식 Ⅰ의 화합물의 적어도 1종과 일반식 Ⅲ, Ⅳ 및 Ⅴ로 이루어진 군에서 선택되는 화합물의 적어도 1종인 것을 특징으로하는 액정조성물.
제3항에 따른 액정조성물을 함유하는 액정표시소자.