KR0169077B1 - 액정 조성물, 액정 소자 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다음 일반식(A)로 표시되는 신규한 화합물을 사용한 액저소자 상기 액정소자의 제조방법 및 그의 용도에 관한 것이다.

식중 R은 6~18의 탄소원자수를 갖는 알킬기, 6~18의 탄소원자를 갖는 알콕시기, 및 6~18의 탄소원자수를 갖는 할로겐화 알킬기로 구성된 그룹으로부터 선택한 기를 나타내며 X는 -CF₃또는 -CH₂-CH₃을 나타내며, m은 X가 -CF₃일 때 1~10의 정수이고, X가 -CH₂-CH₃일 때 2~10의 정수이며, C^*는 비대칭 탄소원자를 나타낸다.

본 발명의 액정소자는 액정물질 분자의 배향특성이 우수하고 또한 콘트라스트비가 크고, 조작온도 범위가 실온이하이고, 조작온도 폭이 넓고, 스위칭 속도가 고속이고 전력소모가 적은 특징이 있어 액정표시장치, 전기광학 표시장치에 유용하다.

Description

액정 조성물, 액정소자 및 그의 제조방법

제1도는 비대칭 탄소원자에 결합된 치환기가 트리플루오로 메틸기 (-CF₃)인 본 발명의 카르복실산 에스테르 화합물(VIII)의 NMR 챠트.

제2도는 치환기가 에틸기 (X=-CH₂-CH₃)인 본 발명의 카르복실산 에스테르화합물(VIII')의 NMR 챠트.

제3도는 본 발명에 의한 액정소자의 개략 단면도.

본 발명은 신규한 카르복실산 에스테르 화합물을 포함하는 액정조성물 및 액정소자, 상기 액정소자의 제조방법 그리고 그들의 용도에 관한 것이다.

종래에는 CRT 장치가 사무자동(OA) 장치용 표시장치로서 가장 널리 사용되었다.

최근에, 그러한 표시장치를 갖는 OA 장치분야에서는 장치의 사이즈가 소형이고, 경량이며, 표시장치의 스코프규격이 넓고 얇은 것이 크게 요망되고 있다.

각각의 용도와 요망에 부합시키기 위하여 여러가지 새로운 표시장치들이 종래에 사용된 CRT 장치를 대신하도록 개발된 바 있다.

그러한 표시장치들로는 예를 들어, 액정 표시장치, 플라즈마 표시장치, 발광다이오드 표시장치, 전자 발광표시장치 및 ECD 표시장치등이 있다.

이들 가운데, 액정표시장치는 액정화합물을 사용하는 스위칭 소자에 전기신호를 공급하여 스코프상의 전기신호를 실현시키기 위한 장치로서, 그 전기신호에 대응하여 스위칭 소자내의 액정 화합물의 상태를 변경시켜줌으로써, 광투과율을 제어해준다.

이 액정표시장치는 이미 OA 장치용 액정표시장치로서 뿐만 아니라 디지탈 시계와 포타블게임장치용 표시장치로서 실용화된 바 있으며 또한 소형테레비죤등의 활동영상용 표시장치로서 사용되고 있다.

액정화합물을 사용하는 표시장치는 트위스트네마팅(twist nematic :TN)모드로 구동될 수 있다. 이 TN 모드는 표시를 위한 액정 화합물의 네마틱상에서의 분자의 유전이방성을 이용하는 시스템이며, 표시장치는 외부전계의 자승에 비례하는 에너지 (f ∝ E²)에 의해 구동된다.

그러나, 이 시스템이 채택되면 표시화상을 변동시키기 위해 소자내의 액정화합물의 분자위치를 변경시켜야 하기 때문에, 구동시간이 길어지고, 결국 액정화합물의 분자위치를 변경시키는데 필요한 전압이 증가되므로 소비전력이 증대되는 등의 문제점이 있다.

또한 그러한 스위칭소자는 스위칭 임계특성이 그렇게 우수하지 못하기 때문에, 스위칭조작을 위해 분자위치가 고속변동될 때 비표시화상부의 범위에까지 누설전압이 걸리게되므로 종종 표시장치의 콘트라스트가 현저히 저하하게 된다.

상술한 이유 때문에, 종래의 TN모드에 의한 표시시스템은 특히 대형화면용 또는 소형 디지털 TV 등의 활동 영상용 표시장치로서 완전 무결한 표시시스템이 되지 못한다.

한편, TN모드의스위칭 임계특성이 개선된 수퍼트위스트 네마틱(STN) 모드를 사용하는 표시장치를 사용하였다.

STN모드를 사용함으로서 스위칭 임계특성이 개선되었기 때문에 표시의 콘트라스트도 개선되었다.

그러나, 이 방법은 스위칭 시간이 길기 때문에 유전 이방성의 이용에 있어 TN모드와 다르지 않으며 결국 대형화면용 표시장치 또는 소형 디지탈 TV 등의 활동영상용 표시장치로서 사용될 때 TN모드를 사용하는 표시장치와 유사한 경향이 나타난다.

이와 대조적으로, 1975년에 알. 비. 메이어등은 그들에 의해 합성된 유기화합물이 강유전 특성을 나타냄을 알았고, 또한 1980년에는 앤. 에이, 크라크등이 광스위칭 소자로서 작은 간격을 갖는 셀내에 상술한 바와 같은 강유전 액정화합물을 충전시켜서된 소자 즉, 표시장치의 사용 가능성을 제안한 바 있다 (일본 특원소 56-10727216)

상술한 강유전 액정 화합물을 사용하는 스위칭 소자는 TN 모드 또는 STN 모드를 사용하는 스위칭 소자들과는 달리 단지 액정 생성물의 분자배향을 변경시켜 주는 것만으로 스위치 소자로서 작동될 수 있으므로 스위칭 시간이 아주 짧아진다.

또한 강유전 액정화합물에 의해 소유하게 되는 자발분극(Ps)과 전계강도(E)에 의해 주어지는 Ps× E의 값이 액정화합물내의 분자의 배향을 변경시키기 위한 실효에너지 강도이기 때문에 소비전력은 극도로 감소된다.

이 강유전 액정화합물은 스위칭 임계특성이 아주 우수하고 또한 가해지는 전계의 방향에 따라 2안정상태 또는 쌍안정성을 갖기 때문에 활동영상 표시장치에 특히 사용 적합하다.

강유전 액정화합물이 광스위칭 소자에 사용되려면 실온 이하의 조작 온도범위, 넓은 폭의 조작온도, 고속스위칭, 적당 범위내의 스위칭 임계전압치 등의 여러 특성을 가져야 한다.

특히, 조작온도 범위는 강유전 액정화합물의 실용화를 위한 인자들 중 가장 중요한 인자이다.

그러나, 종래의 공지된 강유전 액정화합물은 일반적으로 높은 조작온도를 갖고 있으며, 그들이 예를들어 알. 비. 메이어 등에 의해 발표된 논문[J. de. Phys., Vol. 36, P, L-69,1975], 마사끼 다구씨와 다까마사 하라다에 의해 발표된 논문 [the Preliminary Manuscripts for the llth Liquid Crystal Discussion, P. 168, 1985]에 기재된 바와 같이 실온에서 작동할지라도 조작온도폭과 기타 특성이 충분치 못하고 강유전 액정화합물로서 만족할 만한 것들을 아직 얻을 수가 없었다.

또한, 지금까지 여러 가지 액정화합물이 공지되어 있다.

일본 특개소 62-10045, 62-135449 및 63-233932에는 본 발명과 비슷한 분자구조를 갖는 카르복실산 에스테르 화합물이 기재되어 있고 또한 이들 화합물이 액정특성을 나타냄이 기재되어 있다.

그러나, 상기 문헌내의 화합물은 메틸기에 비대칭 탄소원자가 결합된 화합물이므로, 이 화합물은 본 발명과 구별된다.

그 밖에도 이들 화합물을 액정조성물로 사용하면 콘트라스트가 약하기 때문에 좋지 않다. 예를들어 에틸기 대신 메틸기와 비대칭 탄소 원자가 결합된 다음과 같은 일반식(C)의 액정 화합물이 액정소자에 사용되면 콘크라스트가 약한 것이 얻어지는 경향이 있다.

더욱이, 에틸기 대신 프로필 또는 좀더 고급의 알킬기를 갖는 액정화합물은 그 자체를 합성하기 어려울 뿐만 아니라 액정소자로서 사용될 때 비대칭 탄소원소는 강성이 높아지게 되고 또한 액정 특성을 감소시키는 경향을 보인다.

또한, 트리플루오로 메틸기에 비대칭 탄소 원자가 결합된 카르복실산 에스테르 화합물이 일본 특개소 1-139551에 기재되어 있다.

그러나, 이 화합물은 본 발명과 다른 분자 주쇄를 갖고 있다.

본 발명의 목적은 신규한 카르복실산 에스테르 화합물을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 실온 이하의 조작온도 범위, 넓은 조작온도폭, 고스위칭속도, 적당범위내의 스위칭 임계전압값 및 극히 작은 소비전력에 의한 조작 특성을 갖는 표시장치를 형성할 수 있는 액정화합물과 액정조성물을 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 상기 화합물 또는 조성물의 특성들을 갖고 있으며 또한 액정물질의 배향특성이 우수하고, 콘크라스트가 큰 액정소자와, 그의 제조방법 그리고 상기 액정소자의 용도를 제공하는데 있다.

본 발명의 카르복실산 에스테르 화합물을 다음식[A]로 표시된다.

식중 R은 탄소원자수 6~18인 알킬기, 탄소원자수 6~18인 알콕시기, 그리고 탄소원자수 6~18인 할로겐화 알킬기로 구성된 그룹으로부터 선택한 기를 나타내며, X는 -CF₃, 또는 -CH₂-CH₃을 나타내며, m은 X가 -CF₃일 때 1~10의 정수, 그리고 X가 -CH₂-CH₃일 때 2~10의 양의 정수를 나타내며, C^*는 비대칭 탄소원자를 나타낸다.

본 발명의 액정화합물은 상기 일반식[A]으로 표시되는 것을 특징으로 한다.

일반식[A]로 나타낸 카르복실산 에스테르 화합물은 광활성을 갖기 때문에 강유전 액정화합물로서 사용될 수 있다.

액정화합물로서 이와같은 카르복실산 에스테르 화합물을 사용하면 실온이하의 조작온도 범위 , 고스위칭속도, 적은 소비전력 및 안정된 콘트라스트와 같은 우수한 특성을 갖는 여러 가지 장치들을 얻을 수 있다.

본 발명의 액정조성물은 일반식[A]로 나타낸 적어도 한 종류의 카르복실산 에스테르화합물로 구성된다.

본 발명의 액정소자는 2개의 기판으로 간극을 형성하여, 셀을 구성하고, 상기 셀의 간극내에 액정 물질을 충전시켜 구성하되, 적어도 한 기판의 액정물질과 대향하는 표면상에 배향조절층을 구비하고, 상기 액정물질은 일반식[A]로 나타낸 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 액정소자는 2개의 기판으로 간극을 형성하여 셀을 구성하고, 상기 셀의 간극내에 액정물질을 충전시켜 구성하되, 배향 조절층의 배향처리 방향이 서로 거의 평행하도록 2기판상에 2배향 조절층을 구비하고, 방향은 서로 반대 또는 동일하며, 다시말해, 한 배향조절층의 조정력에 의해 배향된 액정화합물 분자의 배향방향이 다른 배향 조절층의 조정력에 의한 방향과 거의 평행하도록 액정물질과 접촉상태가 된 각 기판의 표면상에 2배향조절층이 구비되며, 배향 방향은 서로 동일 또는 반대이며, 상기 액정물질은 일반식[A]로 나타낸 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 액정소자를 제조하는 방법은 2기판으로 구성된 셀, 상기 2기판에 의해 형성되는 간극 그리고 상기 셀의 간극내에 충전되는 액정물질로 액정소자를 구성하되, 상기 기판들 중 적어도 하나의 액정물질과 대향하는 표면상에 배향조절층을 갖는 셀을 사용하고, 일반식[A]로 나타낸 화합물을 포함하는 액정물질로 상기 셀의 간극을 충전시키고, 그리고 상기 셀을 상기 액정물질이 이방성 상을 나타내는 온도 또는 그 이상의 온도로부터 그것이 액정을 나타내는 온도 또는 그 이하의 온도까지 냉각시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 액정소자를 제조하는 방법에서는, 액정물질과 접촉상태가 된 기판들의 각 표면상에 2배향 조절층을 구비하되, 상기 배향조절층들의 배향처리 방향이 서로 거의 평행하며, 방향은 서로 동일 또는 반대가 되도록 구성된 셀을 사용하는 것이 좋다. 일반식[A]로 나타낸 화합물을 포함하는 액정물질로 상기 셀의 간극을 충전시킨후, 상기 셀을 액정물질이 등방성상을 나타내는 온도 또는 그 이상의 온도로부터 액정을 나타내는 온도 또는 그 이하의 온도까지 2℃/분 이하의 냉각속도로 냉각시키는 것이 좋다.

본 발명의 액정 표시장치와 전기-광학 표시장치는 상술한 액정소자를 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 액정화합물, 액정조성물 및 액정소자는 액정물질 분자의 배향특성이 우수하고, 또한 콘트라스트가 크고, 조작온도 범위가 실온 이하이고, 조작온도 폭이 넓고, 스위칭 속도가 고속이고, 전력소모가 적은 등의 액정 물성이 우수하다.

본 발명의 액정소자를 상술한 방법에 의해 제조하면, 특히 액정물질의 배향특성이 개선되므로 결국 콘트라스트비가 높고, 조작 온도범위가 실온이하이고, 조작 온도폭이 넓고, 스위칭 속도가 고속이고, 전력소모가 적은 등의 액정특성이 우수해진다.

이하 본 발명의 양호한 실시예들을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 카르복실산 에스테르 화합물, 액정화합물, 액정조성물, 액정소자, 상기 소자의 제조방법 및 기타 용도를 구체적으로 이하에 설명한다.

본 발명의 카르복실산 에스테르 화합물은 다음 일반식[A]로 표시된다.

식중 R은 탄소원자수 6~18인 알킬기, 탄소원자수 6~18인 알콕시기, 탄소원자수 6~18인 할로겐화 알킬기로 구성된 기로부터 선택한 기를 나타내며, X는 -CF₃또는 -CH₂-CH₃을 나타내며, m은 X가 -CF₃일 때 1~10의 정수이고 X가 -CH₂-CH₃일 때 2~10의 정수이며, C^*는 비대칭 탄소원자를 나타낸다.

상기식[A]에서 R이 6~18의 탄소원자수를 갖는 알킬기이면, 직쇄구조, 분기쇄구조 및 지환식 형태의 어떤 알킬기라도 좋으나, R이 직쇄구조의 알킬기인 카르복실산 에스테르가 그의 분자가 직선 연장된 강성구조를 갖고 있기 때문에 우수한 액정특성을 나타낸다. 직쇄알킬기를 구체적으로 예를 들면 n-헥실, n-헵틸, n-옥틸, n-데실, n-도데실, n-테트라데실, n-옥타데실기등이 있다.

R이 6~18의 탄소원자수를 갖는 할로겐화알킬기이면, 그러한 할로겐화 알킬기로서는 상술한 바와 같은 알킬기내의 수소원자들의 적어도 일부를 F. Cℓ. Br 또는 I 등의 할로겐원자로 치환시킨 기를 예로 들수 있다.

R이 6~18의 탄소원자수를 갖는 알콕시기이면, 그러한 알콕시기로서는 상술한 바와 같은 알킬기를 갖는 알콕시기를 예로들 수 있다. 구체적으로 알콕시기를 예로들면 n-헥속시기, n-헵톡시기, n-옥틸옥시기, n-데실옥시기, n-도데실옥시기, n-테트라데실옥시기, n-옥타데실옥시기등이 있다.

상술한 바와같은 R을 갖는 화합물 가운데, n-알콕시기를 갖는 화합물이 특히 우수한 액정 특성을 나타낸다.

일반식[A]에서, X가 -CF₃일 때 m은 1~10의 정수이며, m의 값이 4~6인 화합물이 액정 화합물로서 유용하며, 특히 m이 5인 다음과 같은 기를 갖는 화합물이 액정화합물로서 가장 유용하다.

일반식[A]에서, X가 -CH₂-CH₃일 때 m은 2~10의 정수하며, m의 값이 4~6인 화합물이 액정화합물로서 유용하며 특히, m이 4인 다음과 같은 기를 갖는 화합물이 액정 화합물로서 가장 유용하다.

본 발명의 카르복실산 에스테르 화합물에서는 m이 1~10인 알킬기와 트리플루오로메틸기 또는 m이 2~10인 알킬기와 에틸기가 비대칭 탄소원자 C^*에 결합되어 있다.

비대칭 탄소원자는 에스테르 결합에 의해 페닐렌기에 결합되어 있다.

일반식[A]에서, 페닐렌기를 예로들면 0-페닐렌기, m-페닐렌기 및 p-페닐렌기 등이 있다. 특히 본 발명의 카르복실산 에스테르 화합물을 액정 화합물로서 사용할 때 분자자체는 선형을 갖는 것이 좋다. 그러므로 p-페닐렌기가 페닐렌기로서 바람직하다.

페닐렌기는 -CH₂-CH₂로 나타낸 에틸렌기를 거쳐 나프틸렌기에 결합되어 있다.

나프틸렌기로는 1,4-나프틸렌, 1.6-나프틸렌, 1.7-나프틸렌, 1.8-나프틸렌, 2.5-나프틸렌, 2.6-나프틸렌, 2.7-나프틸렌등이 있다.

특히 본 발명의 카복실산염 화합물을 액정화합물로서 사용할 때, 분자자체는 선형을 갖는 것이 좋다. 그러므로 2.6-나프틸렌기가 나프틸렌기로서 바람직하다.

이 나프틸렌기는 약 1~3의 탄소원자수를 갖는 알킬기를 가질 수도 있으며, 그러한 치환기를 가지므로 카르복실산 에스테르 화합물의 액정 특성이 결코 감소되지 않는다.

이 나프틸렌기의 다른 결합기는 상술한 R에 결합된다.

상기 일반식[A]로 나타낸 본 발명의 카르복실산 에스테르 화합물의 구체적인 예로는 다음식[1]-[8]로 나타낸 화합물을 들 수 있다.

본 발명의 카르복실산 에스테르 화합물은 공지된 합성 방법으로 제조할 수 있다.

예를들어, 본 발명의 에스테르 화합물은 다음과 같은 합성 경로에 의해 합성한다.

즉, 6-데실옥시나프탈렌-2-카르복실산 등의 알콕시나프탈렌 카르복실산을 리튬알미늄 하이드라이드 등의 수소화제로 처리하여 6-데실옥시-2-하이드록시메틸 나프탈렌(I) 등의 알콕시나프탈렌의 하이드록시 화합물을 얻는다.

이 하이드록시 화합물(I)을 활성 이산화망간 등의 산화제와 반응시켜 6-데실옥시나프탈렌-2-알데히드(II) 등의 알콕시나프탈렌 알데히드를 얻는다.

다른 한편, p-토루일산(p-toluicacid)을 벤조일 포옥사이드 등의 반응 개시재의 존재하에서 N-할로석산이미드 등의 할로겐화제와 반응 시켜 4-(할로메틸)벤조인산(III) 등의 할로겐화물을 얻는다.

이 할로겐화물(III)을 메타놀 등의 알콜과 에스테르화 반응시켜 4-(할로메틸)벤조인산 알킬에스테르(IV)를 얻는다.

이 4-(할로메틸)벤조인산 알킬에스테르(IV)를 트리페닐포스핀과 반응시켜(알콕시카보닐벤질)트리페닐포스포늄 할라이드(V) 등의 할로겐화물을 얻는다.

6-데실옥시나프탈렌-2-알데히드(II) 등의 상술한 알콕시나프탈렌 알데히드를 (알콕시카보닐벤질)트리페닐포스포늄 할라이드(V) 등의 할로겐화물과 반응시켜 시스-트랜스 이성체 혼합물(VI)을 얻는다(식(VI)중 페닐기는 에텐닐렌기를 거쳐 나프틸렌기에 결합되어 있다).

이 시스-트랜스 이성체 혼합물(VI)을 팔라듐카본 등의 수첨촉매 존재하에서 수소와 반응시켜 시스-트랜스이성체 혼합물(VI)의 중심부근에 존재하는 에텐닐렌기를 수소화하여 식(VII)로 나타내는 화합물을 얻는다.

화합물(VII)을 1-트리플루오로메틸 헵타놀-1등의 비대칭 탄소원자를 갖는 α-트리플루오로메틸 알콜과 반응시켜 본 발명의 카르복실산 에스테르 화합물(VII)을 얻을 수 있다.

1-트리플루오로메틸 헵타놀 대신 1-에틸헥사놀-1등의 비대칭 탄소원자를 갖는 α-트리플루오로메틸 알콜과 화합물(VII)을 반응시켜 본 발명의 카르복실산 에스테르 화합물(VIII')을 얻을 수 있다.

상술한 바와같이 얻은 일반식[A]으로 나타낸 카르복실산 에스테르 화합물은 액정화합물로서 사용될 수 있다.

특히, 광학활성을 갖는 카르복실산 에스테르 화합물은 강유전 액정화합물로서 사용될 수 있다.

이들 카르복실산 에스테르 화합물들 가운데, 일반식[A]에서 X가 -CF₃일 때 m이 4~6 바람직하게는 5이고 R이 6~18의 탄소원자수를 갖는 알콕시기인 화합물과 일반식[A]에서 X가 -CH₂-CH₃일 때 m이 2~10, 바람직하게는 4~6, 특히 바람직하게는 4이고, R이 6~18의 탄소원자수를 갖는 알콕시기인 화합물이 유용하다. 이들 화합물 가운데, 특히 페닐렌기가 p-페닐렌기이고 또한 나프틸렌기가 2.6-나프틸렌기인 다음식(VIII)과 (VIII')으로 나타낸 화합물이 우수한 액정특성을 나타낸다.

액정화합물(VIII)의 상천이온도는 표 1에 나타낸다.

아래에 나타낸 표에서, CRY는 걸정상을 나타내며, SmC*는 취랄스메틱(chiral smetic)C상, SmA는 스메틱 A상, ISo는 등방성액을 나타낸다.

액정 화합물(VIII')의 상천이온도는 표 2에 나타낸다.

본 발명의 많은 액정화합물은 표 1과 2에 나타낸 바와같이 실온 또는 빙점보다 낮은 온도에서 스메틱상을 나타낸다.

종래에는, 이 화합물들과 같이 20℃이하의 온도에서 스메틱상을 나타내는 액정화합물은 단독으로 사용되는 경우가 알려지지 않고 있다.

본 발명의 액정화합물은 저온에서 스메틱상을 나타낼 뿐만 아니라 이들 액정화합물을 사용하여 제조되는 광학 스위칭 소자는 고속 응답성이 또한 우수한다.

본 발명의 액정화합물은 단독으로 사용될 수도 있으나, 다른 액정화합물을 혼합하여 사용하는 것이 좋다.

예를들어, 본 발명의 액정화합물을 취랄스메틱 액정조성물의 주성분으로 사용하거나 또는 액정조성물의 부성분으로 사용하고 주성분으로서 스메틱상을 나타내는 다른 화합물을 사용하여 본 발명의 액정조성물을 형성한다.

즉, 본 발명에서 사용되는 카르복실산 에스테르 화합물과 같은 강유전 특성을 나타내는 액정 화합물은 전압을 걸어주면 광학적 스위칭 현상이 나타난다. 이 현상을 이용하여 만족스러운 응답성을 갖는 표시장치를 제조할 수 있다. [예, 일본특원소 56-17216과 일본특개소 59-118744에 대응하는 USSN 110, 451 참조]

일반적으로, 상기 표시장치에서 사용되는 강유전 액정화합물은 취랄 스메틱 C상, 취랄 스메틱 F상, 취랄 스메틱 I상 및 취랄 스메틱 H상중 하나를 나타내는 화합물이다.

그러나, 취랄 스메틱 C상이 아니고 취랄 스메틱상을 나타내는 액정 화합물을 사용하는 표시장치의 응답성은 일반적으로 느리기 때문에 종래에는 고속응답성을 갖는 취랄 C상에 의한 구동을 사용하는 것이 유리하다는 것이 일반적이었다.

그런, 일본 특원소 62-157808에서와 같이 본 발명의 발명자들에 의해 제안된 취랄 스메틱 A상에 의한 구동방식이 본 발명에서 사용될 때 취랄 스메틱 C상 뿐만 아니라 취랄 스메틱 A상의 강유전 액정 화합물이 본 발명에서 사용된다.

따라서, 본 발명의 액정화합물을 포함하는 액정조성물은 액정온도폭이 넓고 전기-광학적 응답성이 고속인 특성을 갖는다.

또한 본 발명의 액정조성물을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 액정조성물은 일반식[A]로 나타낸 적어도 한 종류의 카르복실산 에스테르 화합물을 포함한다.

본 발명의 액정조성물은 적어도 하나의 카르복실산 에스테르 화합물[A]을 포함하기 때문에, 그 들은 상술한 카르복실산 에스테르 화합물[A]가 갖는 특성들을 나타낸다.

표 3은 액정조성물의 상천이온도가 상술한 바와같이 카복실산염 화합물(VIII)을 사용하여 감소되는 예를 나타낸다.

표 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 카복실산 에스테르 화합물로서 사용하면 일반식(B)로 나타낸 액정물질의 상천이온도가 감소된다.

구체적으로 Cry-SmE^*의 상천이온도가 27℃에서 -30℃로 감소되고, SmC-Iso는 53℃에서 36℃로 감소된다.

주:상기 표에서(Al)은 다음 구조식을 나타낸다.

표 4는 액정조성물의 상천이온도가 상술한 바와같은 카복실산염 화합물을 사용함으로서 감소되는 다른 예를 나타낸다.

표 4에서 볼 수 있는 바와같이 (+)6-데실옥시-2-[2-{4-(1-에틸헥실)옥시카보닐}페닐]에틸-나프탈렌(A1)이 카르복실산 에스테르 화합물로서 사용되고 또 상기 (B)로 나타낸 액정물질의 상천이온도는 상기 화합물의 사용에 의해 감소된다. 구체적으로는 Cry-SmC*의 상천이온도는 27℃에서 -30℃로 감소되고, SmA-Iso는 53℃에서 32℃로 감소된다.

주:상기 표에서 (A)는 다음 구조식을 나타낸다.

본 발명의 액정화합물을 사용하여 액정 조성물을 제조할 때 상술한 바와같이 주성분으로서 또한 부성분으로서 이들 액정화합물을 사용할 수 있다.

본 발명의 액정화합물을 포함하는 액정 조성물에서는 일반식[A]로 나타낸 액정화합물의 함량은 사용된 액정화합물의 특성, 조성물의 점도, 조작온도 및 그의 용도를 고려하여 적합하게 결정할 수 있다.

액정화합물은 액정조성물내의 액정물질의 총중량에 대하여 1~99중량%, 바람직하게는 5~75중량% 범위의 양으로 사용한다.

액정조성물은 본 발명의 액정화합물의 하나 또는 2이상의 혼합물을 포함할 수도 있다.

그러한 액정 조성물에서 일반식[A]로 나타낸 액정화합물과 함께 혼합될 수 있는 취랄스메틱 C상을 나타내는 화합물로서는 예를들면 (+)-4'-2(2-메틸부틸옥시)페닐-6-옥틸옥시나프탈렌-2-카복실레이트, 4'-데실옥시페닐-6-((+)-2-메틸부틸옥시)나프탈렌-2-카복실레이트

및

등이 있다.

일반식[A]로 나타낸 카복실레이트 화합물과 혼합됨으로서 액정조성물을 구성할 수 있는 취랄스메틱 C상을 나타내는 상기 화합물이외의 액정화합물을 예로들면와등의 쉬프(Schiff) 염기 액정화합물과,등의 아족시 액정화합물과와등의 벤조인산 에스테르 액정화합물과,와등의 사이클로헥실 카르복실산 에스테르 액정화합물과,등의 비페닐 액정 화합물과등의 터페닐 액정화합물과,과,등의 사이클로 헥실 액정화합물과등의 피리딘 액정화합물 코레스터린 클로라이드, 콜레스터린 노나노에이트 및 콜레스터린 올레에이트 등의 콜레스터린 액정화합물에 의해 대표되는 네마틱형 액정화합물과 공지된 스메틱형 액정화합물이 있다.

본 발명의 액정화합물과 액정조성물을 사용하여 표시 소자를 형성할 때, 예를 들면 도전성 부여제 또는 수명 개선제 등의 일반 액정화합물과 혼합될 수 있는 첨가제들을 상기 액정화합물에 부가적으로 혼합할 수도 있다.

본 발명의 액정화합물과 액정조성물을 백색 테이러형 칼라 표시장치, 콜레스터린 네마틱상 트랜스퍼형 표시장치 및 TN형 셀내의 리버스도메인(reverse domain) 발생방지장치 등에 사용될 수 있다.

본 발명의 액정화합물 가운데 스메틱상을 나타내는 액정화합물은 열기록형 표시소자와 레이저 기록형 표시소자 등의 메모리형 액정 표시소자들에 사용될 수 있다.

본 발명의 액정화합물 가운데 특히 강유전 특성을 갖는 액정화합물은 상술한 용도 뿐만 아니라 광학셔텨와 액정프린터용 광학스위칭소자, 압전소자 및 열전기 소자 등의 액정소자에 바람직하게 사용될 수 있다.

본 발명의 액정화합물을 사용하는 표시방법의 구체적인 예로서 다음과 같은 방법을 들 수 있다.

첫째 방법은 수 ㎛(예2~5㎛)의 간극을 갖는 박막 셀내에 본 발명의 액정화합물을 주입시키고, 기판과 평행하게 강유전 액정화합물의 분자를 각각 배향시키기 위해 기판의 조절력을 사용하고, 그 다음 배향된 액정화합물을 갖는 박막셀을 2 편광판 사이에 놓고, 박막셀에 외부전계를 가하고, 강유전 액정화합물의 배향벡터를 변경시키는 것을 포함하며, 그에 의해 표시를 위해 2 편광판과 강유전 액정화합물의 복굴절을 이용한다.

상술한 바와 같은 박막셀에서는 액정화합물 내에 취랄 스메틱상이 나타날 때, 취랄스메틱상은 쌍안정성을 갖는다.

왜냐하면 본 발명의 액정화합물이 낮은 대칭성을 갖기 때문이다.

결국 셀이 2안정상태 사이에서 전계전환 수단에 의해 광학적 스위칭될 수 있다.

본 발명의 액정화합물에서는, 취랄스메틱상을 갖는 강유전 액정화합물이 자발분극을 갖기 때문에 셀에 외부전계를 한 번 가해주었다 정지시키면, 그후 메모리 효과를 갖게 된다.

따라서, 전계를 걸어주기 위한 전압공급을 계속할 필요가 없기 때문에 이런 종류의 박막셀을 포함하는 표시장치는 소비전력을 감소시킬 수 있고, 표시장치의 콘트라스트가 안정화되고 선명하다.

취랄 스메틱상을 나타내는 액정화합물을 사용하는 스위칭소자는 분자의 배향 방향만을 변경시켜 주면 스위칭될 수 있으며 또한 구동시에 전계강도의 1차분만이 작용하기 때문에 저전압으로 구동시킬 수 있다.

이 스위칭소자를 사용하면 수십 마이크로초 이하의 고속 응답을 실현시킬 수 있으며, 각 소자의 주사시간이 상당히 단축되므로 결국 다수의 주사선을 갖는 대형화면을 갖는 표시장치를 제조할 수 있다.

이 표시장치는 실온 이하에서 작동되기 때문에, 온도조절용 보조수단을 사용하지 않고서도 쉽게 주사될 수 있다.

본 발명의 액정화합물에서는 전계가 가해질 때, 쌍안정성을 갖지 않는 스메틱A상내에서 분다를이 유도적으로 비스듬히 경사지게 된다. 따라서, 이 특성을 광학적 스위칭을 위해 이용할 수 있다.

본 발명의 액정화합물과 조성물은 2이상의 안정상태를 나타내기 때문에, 스메틱A의 경우와 마찬가지로 광학적 스위칭을 행할 수 있다.

본 발명의 액정화합물을 사용하는 둘째 표시방법은 본 발명의 액정화합물을 2색성 염료와 혼합하여, 염료의 2색성을 이용하고 또한 염료에 의해 광의 흡수파장을 변경시키고, 그에 의해 강유전 액정화합물의 배향방향을 변경시켜서 표시를 행하는 방법이다. 이 경우에 사용되는 염료는 통상적으로 2색성(dichroism)염료이며, 2색성염료를 예로 들면 아조염료, 나프토 퀴논 염료, 시아닌 염료 및 아트라퀴논 염료등이 있다.

본 발명의 액정화합물은 상술한 표시방법들 뿐만 아니라 일반적으로 사용되는 각종 표시방법들에도 적용될 수 있다.

본 발명의 액정화합물을 사용하여 제조되는 표시장치들은 전기 어드레스 디스플레이 예를들어 태틱드라이빙(static driving), 단순 매트릭스 드라이빙 및 복합 매트릭스 드라이빙 광학 어드레스 디스플레이, 서말(thermal) 어드레스 디스플레이 및 전자빔 어드레스 디스플레이 등의 드라이빙 시스템에 의해 구동될 수 있다.

본 발명의 액정소자들에 대하여 좀 더 구체적으로 설명한다.

제3도는 본 발명의 액정소자의 횡단면의 일예를 나타낸다.

본 발명의 액정소자는 제3도에 보인 바와같이 2개의 투명기판 (이후 기판으로 약칭함) (Ia, Ib)로 구성될 셀(2), 상기 2개의 기판에 의해 형성되는 간극(3), 상기 셀(2)의 간극(3)내에 충전되는 액정물질(4)로 구성된다.

이 기판들(Ia, Ib)중 적어도 하나는 투명해야되며, 기판으로서는 폴리카보네이트 등의 투명 플라스틱이나 유리를 사용할 수 있다.

기판(Ia, Ib)의 액정물질과 접하는 표면들 상에는 일반적으로 산화인듐-주석으로 구성된 전극(5a, 5b)이 구비된다.

또한 본 발명에서는 상술한 바와같은 기판상에 일체로 형성된 투명전극을 갖는 투명전극기판을 기판으로서 사용할 수 있다.

충전된 액정물질을 배향시키기 위해 배향조절층이 전극(5a, 5b)의 적어도 하나위에 구비되는 것이 좋다.

본 발명의 액정소자에서는, 배향조절층이 기판들의 액정화합물과 접촉 상태에 있는 적어도 하나의 표면상에 구비되는 것이 좋다. 따라서, 본 발명에서는, 배향조절층이 한쪽기판에, 또는 양쪽 기판에 구비되는 것이 좋다. 제3도는 2배향 조절층(6a, 6b)이 구비된 상태를 나타낸다.

배향 조절층들은 유기 또는 무기물로 형성될 수 있다. 유기물로 형성된 배향조절층들을 예로들면 폴리비닐 알콜, 폴리이미드, 폴리아미드 이미드, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리비닐아세탈, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐 아세테이트, 폴리아미드, 폴리스티렌, 실옥산 폴리이미드, 셀루로우스 수지, 멜라민 수지, 우레아수지 및 아크릴 수지 등의 수지류로 구성된 필름들이 있다.

배향 조절층은 폴리메틸 메타그릴에이트와 에폭시화된 1,4-폴리부타디엔 등의 환화된 고무 포토레지스트, 페놀 노보락 포토레지스터 또는 전자빔 포토레지스터의 경화된 성체일 수도 있다.

배향조절층은 무기물질로 형성될 수도 있으며, 무기성 배향조절층을 형성하는 물질들을 예로 들면, SiO, GeO, Aℓ₂O₃, Y₂O₅, ZrO₂, MgO₂및 CeF₃등이 있다.

본 발명에서는 이들 수지류 가운데 특히 폴리이미드 필름을 사용하는 것이 좋다 폴리이미드라함은 주성분으로서 폴리이미드를 포함하는 수지를 뜻한다.

이미드 결합을 포함하는 중합체이면 어느 것을 사용해도 좋으며, 그러한 폴리이미드는 바람직하게 필름 형성 능력을 갖고 있다. 폴리이미드를 구체적으로 예를 들면 Ube Industries 사에 의해 제조된 YUPILEX-R, Nissan Chemical Industries사에 의해 제조된 AL-1251, Nippon Polyimide사에 의해 제조된 KERIMID 601 및 Hitachi Chemical 사에 의해 제조된 HL-1100등이 있다.

그러나, 그들은 이 구체적인 예들로 국한되지 않는다.

폴리이미드의 특성을 손상시키지 않는 범위내에서 폴리이미드 등의 다른 수지류를 포함할 수도 있으며 이미드 성분 단위 이외에도 여러 단위들을 포함하는 수지류들도 사용될 수 있다. 또한 배향 조절층의 한필름에 대해서는 폴리이미드를 사용하고 다른 필름에 대해서는 적당한 유기 또는 무기물질을 사용하여 배향조절층을 형성할 수도 있다.

상술한 바와같이 수지와 기판의 액정과 접촉 상태에 있는 표면을 예를들어 스핀코팅법에 의해 코팅하는 방법과 같이 사용되는 물질에 따라 여러 가지 방법들 즉, 코팅 표면을 열처리하는 방법, 그에 수지필름을 접착시키는 방법, 감광수지를 도포한 다음 에너지 빔을 조사하여 경화시키는 방법 및 표면상의 무기물질을 증발시키는 방법에 의해 배향조절층을 형성할 수 있다.

배향조절층의 두께는 일반적으로 0.005~0.25㎛, 바람직하게는 0.01~0.15㎛가 좋다.

본 발명에서는 기판들의 액정물질과 접촉상태에 있는 각각의 표면상에 2배향 조절층을 구비하고, 하나의 배향조절층의 조절에 의해 배향되는 액정물질의 배향방향이 다른 하나의 배향 조절층의 조절력에 의해 배향되는 액정 물질의 배향방향과 거의 평행하도록 하고,또한 각각의 배향 벡터들은 서로 반대가 되도록 하는 것이 좋다.

배향 조절층(6a,6b)들은 액정물질을 배향시키는 효과를 갖는다.

따라서, 배향조절층이 상술한 바와 같이 서로마주보고 평행하게 배치된 다음 액정물질이 배향처리되면 셀내에 주입된 액정물질의 초기배향 특성이 개선되어 콘트라스트가 우수한 액정 소자가 제공된다.

본 발명에서는 배향조절층으로서 사용된 필름을 배향처리하는 것이 좋다.

필름의 배향은 즉시 액정분자를 결정된 방향으로 방위시켜 준다. 폴리이미드 필름의 경우에, 천으로 일방향으로 문질러줌으로써 배향처리가 행해질 수 있다.

본 발명에서 사용되는 셀은 형성된 배향 조절층(6a, 6b)를 갖는 2기판(la, lb)에 의해 형성된 액정물질을 충전시키기 위한 간극(2)을 갖고 있다. 이 간극(2)는 예를들어, 간격부재(8)을 기판(la, lb)의 둘레에 배치함으로서 형성될 수 있다.

간격부재(8)의 배치는 액정물질을 충전시키기 위한 간극(2)을 유지시키는 한편 액정물질의 누설을 방지하는 것이 가능한다.

간극(2)는 상술한 바와 같이 측벽을 형성하는 간격부재를 사용하여 또한 내부간격부재로서 결정된 입자크기를 갖는 입자를 액정물질과 혼합함으로써 형성될 수 있다.

형성된 간극의 폭 즉, 기판(la)와 (lb)간의 길이는 일반적으로 1.5~7.0㎛, 바람직하게는 1.8~5.0㎛의 범위내가 좋다.

본 발명의 액정소자에서는, 소자내에 감광막, 광차폐막 및 광반사막 등의 여러 박막들을 사용할 수도 있다.

본 발명의 액정소자에서는 셀의 간극(2)내에 액정물질을 충전시킨다.

본 발명에서 사용되는 액정물질은 일반식[A]로 나타낸 액정화합물을 포함한다.

일반식[A]로 나타낸 액정화합물은 단독으로 사용될 수 있으나, 일반식[A]로 나타낸 적어도 한 종류의 액정화합물을 포함하는 액정 조성물이 좋다.

본 발명의 액정소자는 기본적으로 셀의 간극내에 상기 카르복실산 에스테르 화합물을 포함하는 액정물질을 충전시킴으로서 제조될 수 있다.

액정물질은 일반적으로 용융상태로 가열된 다음 진공내부를 갖는 셀의 간극내에 주입 충전된다. 충전후 밀봉된다.

밀봉된 셀은 셀내의 액정물질이 등방성상을 나타내는 온도 또는 그 이상의 가열된 다음 액정물질이 액정상을 나타내는 온도 또는 그 이하로 냉각된다.

냉각시 온도강하 속도로 2℃/분 이하가 좋다. 온도 강화속도는 바람직하게는 0.1~2.0℃/분의 범위, 특히 바람직하게는 0.1~0.5℃/분의 범위가 좋다.

셀을 냉각시키기 위한 냉각속도를 제한해주면 배향 결함을 갖지 않는 모노도메인(monodomain)으로 구성된 액정상을 갖는 초기배향 특성이 우수한 액정소자가 얻어진다.

초기배향 특성은 전압을 걸어서 배향 벡터를 변경시키기 이전에 액정물질의 배열상태를 뜻한다. 얻어진 액정소자는 콘트라스트가 상당히 우수하다.

본 발명의 카르복실산 에스테르 화합물은 실온 이하에서 예를 들어 빙점 이하의 온도에서 스메틱상의 나타내는 신규한 화합물이다. 따라서, 이들 화합물은 강유전 액정 화합물로서 사용된다.

본 발명의 액정화합물을 동종 및/또는 타종의 액정화합물과 혼합하면 본 발명의 액정 화합물의 강유전 특성을 저해시킴이 없이 작동온도 폭을 확장시킬 수 있다.

따라서, 이들 액정화합물 또는 액정 조성물을 사용함으로서 실온 이하에서 예를들어 빙점 이하의 온도에서 조차 고속응답성을 갖는 표시소자들을 얻을 수 있다.

그러한 소자를 사용하여 제조되는 액정표시에서는, 주사시간을 대폭 단축시킬 수 있다.

본 발명에서 사용되는 카르복실산 에스테르 화합물은 자발분극을 갖고 있기 때문에 이 화합물로 충전된 셀을 사용하면, 전계 제거후조차 메모리 효과를 갖는 액정소자를 얻을수 있다.

이 액정소자는 사용함으로서, 소비전력이 작고 또한 콘트라스트가 안정된 액정 표시 장치 또는 전기-광학표시장치를 얻을 수 있다.

그 장치들은 또한 저전압으로 구동될 수 있다. 이 액정소자들은 카르복실산 에스테르 화합물의 스메틱상에서의 쌍안정성을 사용하기 때문에 실온이하의 온도에서 사용되는 스위칭 소자, 액정표시장치 또는 전기-광학 표시장치에 바람직하게 사용할 수 있다.

본 발명에서는 액정 소자들이 상술한 바와같은 방법들에 의해 제조되기 때문에, 콘트라스트가 특히 우수한 액정소자가 쉽게 제조할 수 있다.

본 발명을 양호한 실시예를 들어 이하에 설명하지만 본 발명은 결코 이들 실시예들에 의해 제한되지 않는다.

[실시예 1]

다음 구조식으로 표시되는 6-데실옥시-2-[2-{4-((1-트리플루오로메틸)헵틸)-옥시카보닐}페닐]에틸-나프탈렌(VII)의 합성

[제 1 단계]

6-데실옥시-2-히드록시메틸나프탈렌(I)의 합성

1.0g의 리튬 알미늄 하이드라이드를 50㎖의 무수 THF내에 현탁시켰다.

이 현택액에 1.348g(4mmoℓ)의 6-데실옥시나프탈렌-2-카르복실산이 녹아있는 100㎖의 무수 THF용액을 점적으로 첨가했다. 점직 첨가완료후, 온도를 실온까지 상승시키고 2시간 동안 교반한 다음 그 혼합물을 1시간동안 환류하에서 연속적으로 가열 반응시켰다. 상술한 바와같이 1시간동안 반응을 행한후 반응혼합물을 냉각되도록 방치한 다음 150㎖의 에테르로 희석하고, 황산나트륨의 포화 수성용액을 첨가하여 과잉 LiAℓH₄분해한 다음 반응을 정지시켰다.

LiAℓH₄의 분해완료후, 백색 고형물질이 석출했다. 이 고형 물질을 유리필터로 여과 후 여액을 무수황산나트륨으로 건조시켜서 저비등물질을 제거하여 조생성물을 얻었다.

이 조생성물을 헥산/에틸 아세테이트 혼합용액(혼합용적비 = 5 : 1)로부터 재결정화하여 1.08g의 6-데실옥시-2-히드록시메틸나프탈렌(I)을 얻었다. 수율은 85.8%이었다.

[제 2 단계]

6-데실옥시나프탈렌-2-알데히드(II)의 합성

10㎖의 클로로포름내에 제1단계에서 얻은 6-데실옥시-2-히드록시메틸나프탈렌 84㎎(0.43mmoℓ)을 용해시킨 다음 235㎎(2.57mmoℓ)의 활성이산화망간 분말을 첨가했다.

그 다음 12시간 동안 실온에서 강력히 교반하여 산화반응을 행했다.

그 반응 혼합물을 여과조제로서 실라이트를 사용하여 여과하고 분리된 여과물을 농축하여 조생성물을 얻었다.

이 조생성물은 실리카겔(용제 ; 헥산/에테르 = 3/1(용적비))의 박층 크로마토그라피로 정제하여 6-데실옥시나프탈렌-2-알데히드(II)의 백색결정 72.2㎎을 얻었다.

수율은 87%이었다.

[제 3 단계]

4-(브로모메틸)벤조인산(III)의 합성

13.6g(100mmol)의 p-톨루엔일산, 17.8g(100mmol)의 N-브로모 석시노이미드및 1g(4.1mmoℓ)의 디벤조일 퍼옥사이드를 125㎖의 4염화탄소에 현탁시킨다음 그 혼합물을 강교반하에서 가열하고 2시간 동안 환류(오일조 93℃, 내부온도 74℃)하에서 반응시켜 우유상 황색의 액상 반응 혼합물을 얻었다.

반응혼합물은 얼음조내에서 냉각시키고 석출된 결정생성물을 여과한 다음 헥산으로 세척했다.

결정생성물을 물로 더 세척한 다음 에탄올로부터 재결정화하여 4-(브로모메틸)벤조인산(III)의 백색 침상 결정을 14.6g 얻었다.

수율은 67.7%이었다.

[제 4 단계]

메틸 4-(브로모메틸)벤조에이트(IV)의 합성

4-(브로모메틸)벤조인산(III)을 산성촉매의 존재하에서 환류하에 메탄올과 함께 가열하여 에스테르화시켜 메틸 4-(브로모메틸)벤조에이트(IV)를 얻었다.

[제 5 단계]

(메틸옥시카보닐벤질)트리페닐포스포늄 브로마이드(V)의 합성

4단계에서 합성한 메틸 4-(브로모메틸)벤조에이트(IV) 2.61g(11.4mmoℓ)과 트리페닐포스핀 3.0g(11.45mmoℓ)을 100㎎의 벤젠에 용해시킨 다음 교반하에서 환류 온도까지 온도를 상승시키고, 그 온도에서, 2시간동안 반응을 행했다.

그 후, 반응혼합물응 어름 물로 냉각시켜 석출된 결정을 흡입 여과시켰다.

얻은 결정을 벤젠으로 재결정화하하여 포스포늄염(v)의 백색결정 2.43g을 얻었다.

수율은 43%이었다.

[제 6 단계]

(VI)의 합성

제2단계에서 얻은 6-데실옥시나프탈렌-2-알데히드 475㎎(2.47mmoℓ)과 포스포늄염(V) 1215㎎(2.74mmoℓ)을 10㎖의 메틸렌 클로라이드에 용해시킨 다음 140㎎(2.5mmoℓ)의 수산화칼륨 수성용액 0.5㎎를 실온하에서 점적으로 첨가했다.

수산화칼륨의 점적 첨가에 의해 트리페닐 포스핀 옥사이드가 형성되었으며 그 반응 혼합물은 유백색내의 현탁이었다.

첨가 완료후, 2시간동안 반응을 계속했다.

반응완료후, 반응혼합물을 여과하여 분리된 여액을 농축시켰다. 잔유물은 실리카겔로 채워진 칼럼 크로마토그라피에 의해 정제하여 518㎎의 시스-트란스 이성체 혼합물을 얻었다. 수율은 52%이었다. 얻은 반응생성물의 일부를 취하여 겔퍼미에이션 크로마토그라피(GPC)로 분석한 결과 시스-형에 트랜스-형의 이성체 구성비는 4:1이었다.

[제 7 단계]

(VII)의 합성

제6단계에서 합성한 시스-트란스 화합물(VI)을 실온과 상압하에서 수소를 불어넣으면서 촉매로서 5%의 팔라륨-탄소 촉매를 사용하고 또한 용제로서 에탄올을 사용하여 반응시켜 화합물(VI)의 중심부와 올레핀성 이중결합을 수소화 했다.

여과조제로 시라이트(celite)를 사용하여 Pd-C 촉매를 제거한 후 여과물을 농축하여 소망하는 생성물(VII)을 거의 정량적으로 얻었다. 수율은 100%이었다.

[제 8 단계]

(VIII)의 합성

제7단계에서 얻은 에스테르 화합물(VII) 446㎎(1mmoℓ), R-1-트리플루오로메틸 헵탄올 368㎎(2mmoℓ) 및 t-부톡시칼륨 11㎎(0.1mmoℓ)을 20㎖의 벤젠에 첨가한 다음 그 혼합물을 25시간 동안 환류하에서 반응시켰다.

냉각후, 불용성 물질을 여과제거하고 벤젠층을 수세하고 농축시켰다.

얻은 농축물을 칼럼 크로마토그라피를 사용하여 분리하여 360㎎의 백색고형물(융점 37~39℃)을 얻었다. 수율은 60mmoℓ% 이었다.

이 고형물(VIII)은 M/3=599의 FD-메스스펙트럼 값을 나타냈다.

그렇게 얻은 카르복실산 에스테르 화합물(VIII)의 NMR챠트를 제1도에 나타냈다.

[실시예 2]

실시예1에서 합성한 (+)-6-데실옥시-2-[2-{4-((1-트리플루오로메틸)헵틸)옥시카보닐}페닐]에틸-나프탈렌(VIII) 액정화합물의 상천이온도를 측정했다.

그 결과는 표 1에 나타낸 바와 같다.

[실시예 3]

(VII)을 실시예의 제1단계로부터 제7단계까지 에서와 동일한 단계를 통해 합성했다.(VII)의 합성

제7단계에서 얻은 에스테르 화합물(VII) 466㎎(1mmoℓ), 1-에틸헥산올 260㎎(2mmoℓ), 및 t-부톡시칼륨 11㎎(0.1moℓ), 을 20㎖의 벤젠에 첨가한 다음 그 혼합물을 25시간동안 환류하여서 반응시켰다.

냉각후, 불용성 물질을 여과 제거한 다음 벤젠층을 수세한후 농축했다.

얻은 농축물을 칼럼 크로마토그라피를 사용하여 분리하여, 305㎎의 백색 고형물을 얻었다.

이 고형무의 FD-매스 스팩트럼은 M/e = 544이었다.

¹H-NMR 스펙트럼의 챠트는 제2도에 나타냈다. 이 분석 결과로부터 이 화합물은 소망하는 6-데실옥시-2-[2-{4-(1-에틸헥실)옥시카보닐}페닐]에틸-나프탈렌(VIII')인 것으로 확인되었다. 수율은 56.1몰%이었다.

[실시예 4]

상기 실시예 3에서 합성한 6-데실옥시-2-[2-{4-(1-에틸헥실)옥시카보닐}페닐]에틸-나프탈렌(VIII')액정 화합물의 상천이온도를 측정했다. 그 결과는 표 2에 나타낸 바와 같다.

[실시예 5]

실시예 1에서 얻은 구조식(VIII)으로 나타낸 카르복실산 에스테르 화합물(A1)을 다음 구조식(B)로 나타낸 화합물과 43 : 57의 중량비로 혼합하여 본 발명의 액정 조성물을 얻었다.

이 조성물의 상천이온도를 측정한 결과는 표 3에 나타낸 바와 같다.

화합물(B)의 상천이온도 역시 표 3에 나타낸 바와 같다.

[실시예 6]

실시예 5에서 얻은 액정조성물을 제3도에 보인 셀내에 충전시켜서 액정소자를 제조했단.

제조된 액정소자는 36~30℃의 조작온도 범위를 갖고 있었으며 콘트라스트는 이 온도 범위에서 안정화되었다.

[실시예 7]

실시예 3에서 얻은 구조식(VIII')으로 나타낸 카르복실산 에스테르 화합물(A2)을 다음 구조식(B)로 나타낸 화합물과 50 : 50의 중량비로 혼합하여 액정 조성물을 제조했다.

이 조성물의 상천이온도를 측정한 결과는 표 4에 나타낸 바와 같다.

상기 구조식(B)로 나타낸 화합물의 상천이온도도 역시 표 4에 나타낸 바와 같다.

[실시예 8]

실시예 7에서 얻은 액정조성물을 제3도에 보인 셀내에 충전시켜 액정소자를 제조했다.

제조된 액정소자는 32°~-30℃의 사용온도 범위를 갖고 있었으며 이 온도에서 콘트라스트는 안정화되었다.

[실시예 9]

제 3도에 보인 바와같이, 150Å의 두께를 갖는 천으로 문지른 2장이 폴리이미드 필름 (히다찌 케미칼사에 의해 제조된 PIQ-5400)으로 구성된 배향 조절층을 투명전극 기판의 내면 상에 형성하여 배향조절 방향이 동일 방향으로 배치시킨 셀내에, 실시예 1에서 제조한 카르복실산 에스테르 화합물(A1)을 용융시킨 다음 감압상태에 놓인 셀의 간극내로 주입시켰다.

액정물질로 충전된 셀을 60℃까지 가열한 다음 그 온도에서 5분동안 유지시킨후 1℃/분의 속도로 -10℃까지 냉각시켜서 액정소자를 제조했다.

제조된 액정소자를 측정한 결과 콘트라스트가 5이었다.

셀조건

(a) 외부규격 ; 길이 2.5cm ×폭 2.2cm × 두께 1.5mm

(b) 기판, 두께 0.7mm, 기판재(유리)

(c) 기판간의 거리 : 2㎛

(d) 측벽규격 : 길이 1.8cm × 폭 0.1cm ×두께 2㎛

액정평가용으로 사용된 셀을 다음 방법에 따라 제조했다.

ITO 투명 전극 필름을 갖는 유리기판을 폴리이미드로 코팅된 ITO 투명전극 필름으로 코팅했다. 즉, 폴리이미드 (히다찌 케미칼사에 의해 제조된 PIO-5400)를 스핀코트법으로 ITO투명전극에 도포했다.

폴리이미드를 용제로서 N-메틸피로리돈을 사용하여 1.2%까지 희석하여 2000rpm으로 스핀코팅했다. 코팅된 기판을 30분동안 325℃에서 가열 경화한 다음 150~200Å의 두께를 갖는 폴리이미드 필름을 제조했다.

폴리이미드 필름을 한 방향으로 나일론 천으로 문질러서 액정 배향특성을 부여했다.

그렇게 형성된 폴리이미드 필름으로 코팅된 2장의 유리기판을 겹쳐서 평가셀을 제조했다.

실크인쇄에 의해 폴리이미드 필름으로 코팅된 유리기부들상에 에폭시형 접착제를 도포하여 2기부들을 서로 접착시키는 한편 셀 간극을 조절하였다.

에폭시형 접착제로서는 접착주제(EHC에 의해 제조된 LCB-3048), 경화제(EHC에 의해 제조된 LCB-310B) 및 셀간극 조절용 비트(bead)(EHC에 의해 제조된 GP-20)를 138 : 3의 중량비로 혼합 사용했다.

한 장의 유리판을 에폭시형 접착제로 피복하여 폴리이미드 필름들이 서로 대향되도록 판들을 접착했다.

이를 다음과 같은 경화조건 50℃-15분, 60℃-15분, 70℃-15분, 80℃-15분, 125℃-30분, 170℃-60분에 따라 경화시켰다.

액정소자를 회전시키고 또한 I(명)/I(암)의 비를 계산하여 암을 구했다.

[실시예 10]

실시예 9에서의 냉각속도를 0.1℃/분으로 변경시킨 것을 제외하고 실시예 9에서와 동일한 방식으로 액정소자를 제조했다.

제조된 액정소자의 콘트라스트는 9이었다.

[실시예 11]

실시예 9에서의 냉각속도 10℃/분으로 변경시킨 것을 제외하고 실시예 9에서와 동일한 방식으로 액정소자를 제조했다.

제조된 액정소자의 콘트라스트는 1이었으며 고온하강 속도 때문에 콘트라스트를 약간 감소시키는 경향을 나타냈다.

[실시예 12]

제3도에 보인 바와 같이, 150Å의 두께를 갖는 천으로 문지른 2장의 폴리이미드 필름(히다찌 케미칼사에 의해 제조된 PIQ-5400)으로 구성된 배향 조절층의 투명전극 기판의 내면 상에 형성하여 배향조절 방향이 동일방향으로 배치시킨 셀내에, 실시예 3에서 제조한 카르복실한 에스테르 화합물(A2)을 용융시킨 다음 감압상태에 놓인 셀의 간극내로 주입시켰다.

액정물질로 충전된 셀을 60℃까지 가열한 다음 그 온도에서 5분동안 유지시킨 후 1℃/분의 속도로 -10℃까지 냉각시켜서 액정소자를 제조했다.

다른 조건과 평가방법은 실시예 9에서와 동일한다.

제조된 액정소자를 측정한 결과 콘트라스트가 8이었다.

[실시예 13]

실시예 12에서의 냉각속도를 0.1℃/분으로 변경시킨 것을 제외하고 실시예 12에서와 동일한 방식으로 액정소자를 제조했다.

제조된 액정소자의 콘트라스트는 9이었다.

[실시예 14]

실시예 12에서의 냉각속도를 0.1℃/분으로 변경시킨 것을 제외하고 실시예 12에서와 동일한 방식으로 액정소자를 제조했다.

제조된 액정소자의 콘트라스트는 2이었으며 고온하강 속도 때문에 콘트라스트를 약간 감소시키는 경향을 나타냈다.

[실시예 15]

제3도에 보인 바와 같이, 배향 조절층을 투명전극 기판의 내면상에 형성하여 배향조절방향이 반대 방향으로 배치시킨 셀내에, 실시예 1에서 제조한 카르복실산 에스테르 화합물(Al)을 용융시킨다음 감압상태에 놓인 셀의 간극내로 주입시켰다.

액정물질로 충전된 셀을 60℃까지 가열한 다음 그 온도에서 5분동안 유지시킨후 1℃/분의 속도로 -10℃까지 냉각시켜서 액정소자를 제조했다.

다른 조건과 평가방법은 실시예 9에서와 동일하다.

제조된 액정소자를 측정한 결과 콘트라스트가 7이었다.

[실시예 16]

실시예 15에서의 냉각속도를 0.1℃/분으로 변경시킨 것을 제외하고 실시예 15에서와 동일한 방식으로 액정소자를 제조했다.

제조된 액정소자의 콘트라스트는 12이었다.

[실시예 17]

카르복실산 에스테르 화합물 대신 실시예 9에서 얻은 조성물을 사용하고 또한 실시예 15에서 냉각속도를 0.1℃/분으로 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 15에서와 동일한 방식으로 액정소자를 제조했다.

제조된 액정소자의 콘트라스트는 13이었다.

[비교예 1]

2배향 조절층이 상호 평행하고 또한 배향방향이 동일 방향으로 방위되도록 그들의 문지르는 방향(배향 방향)을 변경시키고 또한 냉각속도를 10℃/분으로 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 15에서와 동일한 방법으로 액정소자를 제조했다.

제조된 액정소자의 콘트라스트는 1이었다.

[실시예 18]

제3도에서와 같이 배향조절방향이 서로 반대가 되도록 투명 전극기판의 내면상에 배향조절층을 형성한 셀내에 카르복실산 에스테르 화합물(A2)를 사용했다.

다른 조건과 평가 방법은 실시예 12에서와 동일한다.

측정결과 콘트라스트는 9이었다.

[실시예 19]

실시예 18에서의 냉각속도를 0.1℃/분으로 변경시킨 것을 제외하고 실시예 18에서와 동일한 방법으로 액정소자를 제조했다.

콘트라스트는 16이었다.

[실시예 20]

카르복실산 에스테르 화합물(A2)대신 실시예 7에서 얻은 조성물을 사용하고 또한 냉각속도를 0.1℃/분으로 변경시킨 것을 제외하고는 실시예 18에서와 동일한 방식으로 액정소자를 제조했다. 콘트라스트는 14이었다.

[비교예 2]

2배향 조절층이 상호 평행하고 또한 배향 방향이 동일 방향으로 방위되도록 그들의 문지르는 방향(배향방향)을 변경시키고 또한 냉각속도를 10℃/분으로 변경시킨 것을 제외하고 실시예 18에서와 동일한 방식으로 액정소자를 제조했다. 콘트라스트는 1이었다.

[비교예 3]

구조식(VIII')으로 나타낸 카르복실산 에스테르 화합물 대신 다음 구조식(A3)으로 나타낸 카르복실산 에스테르 화합물을 사용하는 것을 제외하고 실시예12에서와 동일한 방식으로 액정소자를 제조했다.

제조된 액정소자의 큰트라스트는 1.3으로 약하였다.

Claims (25)

1. 다음 일반식[A]로 나타낸 적어도 한종류의 카르복실산 에스테르 화합물과 다른 액정화합물을 포함하는 액정조성물.

   식중 R은 6~18의 탄소원자수를 갖는 알킬기, 6~18의 탄소원자를 갖는 알콕시기, 및 6~18의 탄소원자수를 갖는 할로겐화 알킬기로 구성된 그룹으로부터 선택한 기를 나타내며 X는 -CF₃또는 -CH₂-CH₃을 나타내며, m은 X가 -CH₃일 때 1~10의 정수이고, X가 -CH₂-CH₃일 때 2~10의 정수이며, C^*는 비대칭 탄소원자를 나타낸다.
2. 제1항에 있어서, 상기 카르복실산 에스테르 화합물[A]의 함량은 조성물내의 액정물질의 총중량에 대하여 1~99중량% 범위인 것이 특징인 액정조성물.
3. 셀과 상기 셀내에 충전된 액정물질을 포함하는 액정 소자에 있어서, 상기 액정 물질은 다음 일반식[A]로 나타난 카르복실산 에스테르 화합물의 적어도 한 종류로 구성된 것이 특징인 액정소자.

   식중 R은 6~18의 탄소원자수를 갖는 알킬기, 6~18의 탄소원자를 갖는 알콕시기, 및 6~18의 탄소원자수를 갖는 할로겐화 알킬기로 구성된 그룹으로부터 선택한 기를 나타내며 X는 -CF₃또는 -CH₂-CH₃을 나타내며, m은 X가 -CH₃일 때 1~10의 정수이고, X가 -CH₂-CH₃일 때 2~10의 정수이며, C^*는 비대칭 탄소원자를 나타낸다.
4. 제3항에 있어서, 상기 셀은 2기판과 상기 2기판에 의해 형성된 간극을 갖고, 상기 액정물질이 상기 간극내에 충전되고 적어도 한 기판의 액정 물질과 대면하는 면에 배향조절층이 구비되는 것이 특징인 액정 소자.
5. 제4항에 있어서, 상기 배향조절층은 배향처리된 것이 특징인 액정소자.
6. 제4항에 있어서, 배향조절층의 배향처리 방향이 거의 평행하고 서로 반대 방향이 되도록 기판상에 배향조절층이 설비된 것이 특징인 액정소자.
7. 제4항에 있어서, 적어도 하나의 배향 조절층은 폴리이미드 필름인 것이 특징인 액정소자.
8. 제4 또는 5항에 있어서, 배향조절층의 배향처리방법은 문지르는 처리 방법인 것이 특징인 액정소자
9. 2기판과 상기 2기판에 의해 형성되는 간극으로 셀을 구성하고, 상기 셀의 간극내에 액정물질을 충전시키는 액정소자 제조방법에서, 적어도 한 기판의 액정물질과 대면하는 면에 배향조절층이 설비된 셀을 사용하여, 상기 셀의 간극을 다음 일반식[A]으로 나타낸 화합물을 포함하는 액정물질로 충전시키고 상기 충전된 셀을 액정물질이 등방성상을 나타내는 온도 또는 그 이상의 온도로부터 액정물질이 액정을 나타내는 온도 또는 그 이하의 온도까지 냉각시키는 것이 특징인 액정소자 제조방법.

   식중 R은 6~18의 탄소원자수를 갖는 알킬기, 6~18의 탄소원자를 갖는 알콕시기, 및 6~18의 탄소원자수를 갖는 할로겐화 알킬기로 구성된 그룹으로부터 선택한 기를 나타내며 X는 -CF₃또는 -CH₂-CH₃을 나타내며, m은 X가 -CH₃일 때 1~10의 정수이고, X가 -CH₂-CH₃일 때 2~10의 정수이며, C^*는 비대칭 탄소원자를 나타낸다.
10. 제9항에 있어서, 상기 냉각속도는 2℃/분이하의 온도 강화속도인 것이 특징인 액정소자 제조방법.
11. 제9 또는 제10항에 있어서, 배향조절 필름의 배향처리방향이 거의 평행하고 또한 서로 반대가 되도록 마련된 2배향조절 필름을 갖는 셀이 사용되는 것이 특징인 액정소자 제조방법.
12. 제9 또는 10항에 있어서, 적어도 하나의 배향 조절필름은 폴리이미드 필름인 것이 특징인 액정소자 제조방법.
13. 제9 또는 10항에 있어서, 배향 조절 필름의 배향 처리방법은 문지르는 처리법인 것이 특징인 액정소자 제조방법.
14. 제3항에 기재된 액정소자를 사용하는 것이 특징인 액정표시장치.
15. 제4항에 기재된 액정소자를 사용하는 것이 특징인 액정표시장치.
16. 제5항에 기재된 액정소자를 사용하는 것이 특징인 액정표시장치.
17. 제6항에 기재된 액정소자를 사용하는 것이 특징인 액정표시장치.
18. 제7항에 기재된 액정소자를 사용하는 것이 특징인 액정표시장치.
19. 제8항에 기재된 액정소자를 사용하는 것이 특징인 액정표시장치.
20. 제3항에 기재된 액정소자를 사용하는 것이 특징인 전기-광학 표시장치.
21. 제4항에 기재된 액정소자를 사용하는 것이 특징인 전기-광학 표시장치.
22. 제5항에 기재된 액정소자를 사용하는 것이 특징인 전기-광학 표시장치.
23. 제6항에 기재된 액정소자를 사용하는 것이 특징인 전기-광학 표시장치.
24. 제7항에 기재된 액정소자를 사용하는 것이 특징인 전기-광학 표시장치.
25. 제8항에 기재된 액정소자를 사용하는 것이 특징인 전기-광학 표시장치.