액정 매질 document_id A220623055699

액정은 가해진 전압에 의해 상기 물질의 광학 특성이 변형될 수 있기 때문에, 대체로 디스플레이 디바이스에서 유전체로서 사용된다. 액정을 기제로 한 전기-광학 디바이스는 당해 분야의 숙련자에게 매우 널리 공지되어 있고, 다양한 효과에 근거할 수 있다. 이러한 디바이스의 예는 동적 산란을 갖는 셀, DAP(정렬된 상의 변형(deformation of aligned phases)) 셀, 게스트/호스트 셀, 비틀린 네마틱 구조를 갖는 TN 셀, STN(초 비틀린 네마틱(supertwisted nematic)) 셀, SBE(초 복굴절 효과(superbirefringence effect)) 셀 및 OMI(광학 모드 간섭(optical mode interference)) 셀이다. 가장 통상적인 디스플레이 디바이스는 샤트-헬프리치(Schadt-Helfrich) 효과에 근거하고, 비틀린 네마틱 구조를 갖는다. 또한, 예를 들어 인-플레인 스위칭(in-plane switching; IPS) 셀과 같은, 기판 및 액정 판에 대해 평행한 전기장을 사용하는 셀이 있다. 특히, TN, STN 및 IPS 셀이 현재 본 발명에 따른 매질을 위한 상업적 관심 분야이다. 액정 물질은 양호한 화학 안정성, 열 안정성, 및 전기장 및 전자기 방사선에 대한 양호한 안정성을 가져야 한다. 또한, 액정 물질은 저 점도를 가져야 하고, 셀에서의 짧은 어드레싱(addressing) 시간, 낮은 임계 전압 및 높은 콘트라스트(contrast)를 생성시켜야 한다. 또한, 이들은 일반적인 작동 온도, 즉 실온 보다 높거나 낮은 가능한 가장 넓은 범위에서, 전술한 셀에 대한 적합한 메소상, 예컨대 네마틱 또는 콜레스테릭 메소상을 가져야 한다. 일반적으로, 액정은 다수의 성분들의 혼합물로서 사용되기 때문에, 성분들이 서로 용이하게 혼화되는 것이 중요하다. 추가의 특성, 예컨대 전기 전도성, 유전 이방성 및 광학 이방성은 셀 유형 및 적용 분야에 따라 다양한 요건을 충족시켜야 한다. 예를 들어, 비틀린 네마틱 구조를 갖는 셀을 위한 물질은, 포지티브 유전 이방성 및 낮은 전기 전도성을 가져야 한다. 예를 들어, 개개의 화소를 스위칭(switching)하기 위한 집적된 비선형 소자(element)를 갖는 매트릭스 액정 디스플레이(MLC 디스플레이)에 있어서, 큰 포지티브 유전 이방성, 넓은 네마틱 상, 비교적 낮은 복굴절, 매우 높은 비저항, 양호한 자외선(UV) 및 온도 안정성, 및 낮은 증기압을 갖는 매질이 바람직하다. 이러한 유형의 매트릭스 액정 디스플레이는 공지되어 있다. 개개의 화소를 각각 스위칭하기 위해 사용될 수 있는 비선형 소자는, 예컨대 활성 소자(즉, 트랜지스터)이다. 따라서, 용어 "활성 매트릭스"를 사용하며, 다음의 두 가지 유형을 구분 지울 수 있다: 유형 1: 기판으로서 규소 웨이퍼(wafer) 상의 MOS(금속 산화물 반도체) 또는 다른 다이오드. 유형 2: 기판으로서 유리 판 상의 박막 트랜지스터(TFT). 기판 물질로서 단일 결정 규소의 사용은, 다양한 부품-디스플레이의 모듈 어셈블리(modular assembly)가 접합시 문제를 일으키기 때문에 디스플레이의 크기를 제한한다. 더욱 유망한 유형 2(이는 바람직하다)의 경우, 사용되는 전기-광학 효과는 일반적으로 TN 효과이다. 두 가지 기술(즉, 반도체 화합물, 예컨대 CdSe를 포함하는 TFT, 또는 다결정 또는 비정질 규소를 기제로 한 TFT)에는 차이가 있다. 후자의 기술에 대한 집중적인 연구가 세계적으로 이루어지고 있다. TFT 매트릭스는 디스플레이 중 한 개의 유리 판 내부에 적용되는 반면, 다른 유리 판은 그의 내부에 투명한 상대전극을 갖는다. 화소 전극의 크기와 비교하여, TFT는 매우 작고, 실질적으로 이미지에 대해 어떠한 악영향도 미치지 않는다. 또한, 이러한 기술은, 필터 소자가 각각의 스위칭될 수 있는 화소에 대향되는 방식으로 적색, 녹색 및 청색 필터의 모자이크가 배열되어 있는 풀칼라성(fully colour-capable) 디스플레이로 확장될 수 있다. TFT 디스플레이는 투과시 교차된 편광기를 갖는 TN 셀로서 일반적으로 작동하고, 후면 조명이다. 본 발명에서 용어 "MLC 디스플레이"는 집적된 비선형 소자를 갖는 임의의 매트릭스 디스플레이, 즉 활성 매트릭스 외에도, 수동 소자, 예컨대 배리스터 또는 다이오드를 갖는 디스플레이(MIM(금속-절연체-금속)) 또한 포함한다. 이러한 유형의 MLC 디스플레이는 TV 제품(예를 들면, 휴대용 소형 TV), 또는 컴퓨터 용도(랩탑 컴퓨터) 및 자동차 또는 항공기 구조에서의 고 정보 디스플레이용에 특히 적합하다. 콘트라스트의 각 의존성 및 응답 시간에 관한 문제 외에도, 부적당하게 높은 액정 혼합물의 비저항 때문에 MLC 디스플레이에서도 또한 문제가 발생한다(문헌[TOGASHI, S., SEKIGUCHI, K., TANABE, H., YAMAMOTO, E., SORIMACHI, K., TAJIMA, E., WATANABE, H., SHIMIZU, H., Proc. Eurodisplay 84, Sept. 1984: A 210-288 Matrix LCD Controlled by Double Stage Diode Rings, p. 141ff, Paris]; 문헌[STROMER, M., Proc. Eurodisplay 84, Sept. 1984: Design of Thin Film Transistors for Matrix Addressing of Television Liquid Crystal Display, p. 145ff, Paris]). 저항이 감소하면서, MLC 디스플레이의 콘트라스트는 저하되고, 잔상 제거 문제가 발생할 수 있다. 액정 혼합물의 비저항은 디스플레이의 내부 표면과의 상호작용으로 인해 MLC 디스플레이의 수명을 일반적으로 감소시키기 때문에, 허용될 수 있는 사용 수명을 획득하기 위해서 높은(최초) 저항이 매우 중요하다. 특히, 저-전압 혼합물의 경우, 지금까지는 매우 높은 비저항 값을 얻는 것이 불가능하였다. 온도가 증가됨에 따라 그리고 가열 및/또는 UV 노출된 후, 비저항은 가능한 한 최소 증가치를 나타내는 것이 또한 중요하다. 종래 기술로부터의 혼합물의 저온 특성 또한 특히 불리하다. 결정화 및/또는 스메틱 상은 심지어 저온에서도 생기지 않아야 하고, 점도의 온도 의존성은 가능한 한 낮아야 함이 요구된다. 따라서, 종래 기술로부터의 MLC 디스플레이는 오늘날의 요건을 충족시키지 않는다. 역광 조명을 사용하는 액정 디스플레이(즉, 투과형(transmissively)으로 작동되고 필요에 따라 반투과형(transflectively)으로 작동되는 것) 외에도, 반사 액정 디스플레이도 특히 관심사이다. 이들 반사 액정 디스플레이는 정보 디스플레이에 대한 주위 광을 사용한다. 따라서, 이들은 상응하는 크기 및 해상도를 갖는 후면 조명 액정 디스플레이보다 현저하게 낮은 에너지를 소비한다. TN 효과는 매우 양호한 콘트라스트를 특징으로 하기 때문에, 이러한 유형의 반사 디스플레이는 심지어 밝은 주위 상태에서도 매우 잘 판독된다. 이는 단순한 반사 TN 디스플레이로 이미 공지되어 있고, 예를 들어 시계 및 휴대용 소형 계산기에서 사용된다. 그러나, 상기 원리는 또한 고화질, 고해상도 활성 매트릭스-어드레싱 디스플레이, 예컨대 TFT 디스플레이에 적용될 수 있다. 이때, 일반적으로 통상적인 투과 TFT-TN 디스플레이에서 이미 보여지듯이, 낮은 복굴절(Δn) 액정의 사용은 낮은 광학 감속도(d·Δn)를 달성하기 위해 필요하다. 이러한 낮은 광학 감속도는 통상적으로 허용가능한 콘트라스트의 시야각 의존도를 초래한다(DE 30 22 818 참조). 반사 디스플레이에서, 낮은 복굴절의 액정의 사용은 투과 디스플레이에서보다 훨씬 중요한데, 이는 효과 층 두께가 이를 통과하는 빛이 동일한 층 두께를 갖는 투과 디스플레이에서보다 반사 디스플레이에서 약 2배 크기 때문이다. TV 및 비디오 제품에서, 짧은 응답 시간을 갖는 디스플레이가 요구된다. 특히, 그러한 짧은 응답 시간은 점도, 특히 회전 점도 γ1에 대한 낮은 값을 갖는 액정 매질이 사용되는 경우 달성될 수 있다. 그러나, 일반적으로 희석 첨가제는 청명점을 낮추고 따라서 매질의 작동 온도 범위를 감소시킨다. 따라서, 상기 단점들을 갖지 않거나 단지 감소시킨, 매우 높은 비저항을 갖는 동시에 넓은 작동-온도 범위, 더욱 낮은 온도에서의 짧은 응답 시간 및 낮은 임계 전압을 갖는 MLC 디스플레이에 대한 많은 요구가 계속되고 있다. TN(샤트-헬프리치) 셀에서, 다음의 장점을 상기 셀에서 촉진시키는 매질이 바람직하다: -확장된 네마틱 상 범위(특히 저온으로 낮춘다); -극히 낮은 온도에서의 스위칭 능력(야외 용도, 자동차, 항공 전자 공학); -UV 방사선에 대한 증가된 저항성(보다 긴 사용 수명); -낮은 임계 전압. 종래 기술로부터 입수 가능한 매질은 다른 파라미터를 유지하면서, 상기 장점들을 얻을 수 없었다. 초 비틀린(STN) 셀의 경우, 보다 많은 다양성 및/또는 보다 낮은 임계 전압 및/또는 보다 넓은 네마틱 상 범위(특히, 저온에서)를 허용하는 매질이 바람직하다. 이를 위해, 이용가능한 파라미터 범위(청명점, 스메틱-네마틱 전이 또는 융점, 점도, 유전 파라미터, 탄성 파라미터)를 더욱 넓히는 것이 매우 바람직하다. 특히, TV 및 비디오 제품(예를 들어, LCD TV, 모니터, PDA, 노트북, 게임 콘솔)용의 LC 디스플레이의 경우, 응답 시간에서 현저한 감소가 요구된다. 그러므로, 응답 시간을 감소를 촉진하는 동시에 LC 매질의 다른 특성, 예컨대 청명점, 유전 이방성 Δε 또는 복굴절 Δn을 손상시키지 않는 LC 매질을 위한 화합물이 요구된다. 특히, 낮은 회전 점도가 이러한 목적에 바람직하다.