KR101025843B1

KR101025843B1 - 4'-(2,3-디플루오로페닐)-4-프로필 바이사이클로헥실유도체계 액정 화합물, 이 액정 화합물을 포함하는 액정조성물 및 이 액정 조성물을 이용한 액정 표시장치

Info

Publication number: KR101025843B1
Application number: KR1020030055362A
Authority: KR
Inventors: 천병순; 장지환; 발레리라파닉; 블라디미르베즈보로도프
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-08-11
Filing date: 2003-08-11
Publication date: 2011-03-30
Also published as: KR20050017860A

Abstract

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 액정 화합물, 이 액정 화합물을 포함하는 액정 조성물 및 이 액정 조성물을 채용한 액정표시장치를 제공한다:

<화학식 1>

상기 화학식 1에서, A 및 R은 명세서에 정의된 바와 동일하다. 본 발명이 액정 화합물을 포함하는 액정 조성물에 의하여, 높은 상전이 온도, 낮은 유전율 이방성 및 빠른 응답 속도가 제공될 수 있다.

Description

4'-(2,3-디플루오로페닐)-4-프로필 바이사이클로헥실 유도체계 액정 화합물, 이 액정 화합물을 포함하는 액정 조성물 및 이 액정 조성물을 이용한 액정 표시장치{4'-(2,3-difluorophenyl)-4- propyl-bicyclohexyl derivatives-based liquid crystalline compounds, liquid crystalline compositions comprising the same and liquid crystalline display comprising the same}

본 발명은 4'-(2,3-디플루오로페닐)-4-프로필 바이사이클로헥실 유도체계 액정 화합물, 이 액정 화합물을 포함하는 액정 조성물 및 이 액정 조성물을 이용한 액정표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상전이 온도가 높고, 유전율이방성(Δε)이 높으며, 응답 속도가 빠른 액정 화합물, 이 액정 화합물을 포함하는 액정 조성물 및 이 액정 조성물을 이용한 액정표시장치에 관한 것이다.

현대 산업 사회가 고도의 정보화 시대로 발전함에 따라 다양한 정보의 대량 전달을 위한 전자표시장치는 점점 더 중요해지고 있는 바, 이 중 액정표시장치(LCD)가 선두 주자 중의 하나로 부각되고 있다. 이 액정표시장치 중 현재 사용 중인 액정표시장치는 통상적으로 네마틱 액정 혼합물을 사용한다. 이 혼합물은 길고 가느다란 막대 모양을 갖는 유기 분자로 구성되어 있는데, 이의 액 정상은 액체와 같은 유동성을 보이지만 분자들의 방향이 일정한 방향으로 배열되어거시적으로는 이방성을 갖게 된다. 특히, 외부로부터 전기장을 가하면 액정 분자들이 전기장과 평행(또는 수직)하게 재배열하면서 유효 굴절율의 변화를 야기하여, 입사되는 빛의 경로나 편광방향을 변화시키게 된다. 따라서 두 개의 직교한 편광판 사이에 액정을 두고 여기에 전압을 가하면, 가해진 전압의 크기에 따라 액정이 회전하는 정도가 변화함으로써 투과되는 빛의 양도 조절할 수 있다. 이 투과되는 빛이 컬러 필터를 통과하면서 다양한 색을 구현할 수 있게 된다.

이러한 액정표시장치는 소형이면서 중량이 가볍고 소비전력이 작을 뿐만 아니라, 인체에 유해한 전자파가 나오지 않는다는 장점을 가지고 있다. 따라서 액정표시장치는 전자계산기의 소형 표시부에서 노트북 컴퓨터에 이르기까지 광범위하게 사용된다.

액정표시장치의 성능은 일반적으로 액정 혼합물의 물리화학적 특성 및 전기광학적 특성에 따라 매우 달라진다. 따라서, 액정 혼합물의 조성은 원하는 전기광학거동을 얻을 수 있도록 일정한 물리적 특성을 갖는 액정 화합물들을 이용하여 최적화시켜야 한다.

액정 화합물은 일반적으로 화학적 안정성, 열적 안정성 및 전기장에 대한 안정성이 요구된다. 게다가 액정 화합물은 저점도이고 어드레싱 타임(addressing time)이 짧고, 문턱전압이 낮으면서 콘트라스트비가 높아야 한다. 또한 작동온도에서 적절한 중간상(mesophase) 예를 들어, 네마틱 중간상 또는 콜레스테릭 중간상을 가져야 한다. 그리고 실용적인 액정 물질로는 복수개의 액정 화합물을 함유하고 있는 혼합물을 사용하는 것이 통상적이므로 상기 액정 화합물들은 서로 용이하게 혼합되어야 한다. 그리고 전기전도도, 유전율이방성(Δε), 굴절율이방성(Δn) 등과 같은 특성도 셀 타입과 적용분야에 따라 적정 조건들을 충족시켜야 한다.

미국 특허 제6,248410호 및 제6066268호에는 다음과 같은 2,3-디플루오로페닐 유도체가 개시되어 있다:

상기 유도체 중, T₁ 및 T₂는 C_1-15의 알킬 또는 알케닐 등이고, Q ₁ 및 Q₂는 1,4-사이클로헥실렌 또는 1,4-페닐렌 등이고, Z₁ 및 Z₂는 CO-O-, -OCO-, CH ₂O-, -OCH₂-, -CH₂CH₂- 등이다. 상기 특허에는 높은 유전율 이방성을 갖는 혼합물이 개시되어 있지만, 이러한 효과는 상기 유도체 자체의 특성으로 인한 것이 아니라, 다른 복수의 성분을 혼합함으로써 얻은 효과라고만 언급되어 있다. 또한, 이 혼합물 중, 0.080 0.085라는 굴절율 이방성을 만족하는 것이 있으나, 이로부터 높은 온도 범위에서 네마틱상을 갖는 액정 혼합물을 얻을 수 없을 뿐만 아니라, 액정 혼합물의 성능 평가에 있어서 중요한 파라미터인 응답 속도에 관하여도 전혀 개시된 바 없다. 또한, 상기 화합물 중 D(중수소) 또는 F(플루오르)로 치환된 화합물의 합성 경로에 관하여도 전혀 개시된 바 없다.

따라서, 이러한 상기 종래 기술의 2,3-디플루오로페닐 유도체를 액정 화합물로 사용하는 경우, 넓은 범위의 온도에서 네마틱상을 갖는 액정 혼합물 제조가 곤 란한 점과 같은 문제점이 있어, TFT방식또는 IPS(In-Plane Switching)방식의 액정표시장치에 사용하기에 특히 부적합하다.

따라서, 본 발명의 목적은 상전이 온도가 높고, 유전율 이방성이 증가되며 응답 속도가 개선된 4'-(2,3-디플루오로페닐)-4-프로필 바이사이클로헥실 유도체계 액정 화합물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 액정 화합물을 이용하여 액정표시장치에 적합한 액정 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 액정 조성물을 이용한 액정표시장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1태양은, 하기 화학식 1의 액정 화합물을 제공한다:

화학식 1에서,

A는

,

또는

이고,

R은 수소가 중수소 및 플루오르로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나로 치환된, -C_nH_2n+1, -O-C_nH_2n+1, -CO-C_nH _2n+1, -OCO-C_nH_2n+1, -C_nH_2n-O-C_mH _2m+1, -C_nH_2n-CO-C_mH_2m+1, 또는 -C_nH_2n-OCO-C_mH_2m+1이며, n 및 m은 각각 독립적으로 1 - 5 의 정수이다.

상기 액정 화합물 중 하기 화학식 4, 5 또는 6으로 표시되는 액정 화합물이 바람직하다.

상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제2태양은,

상기 화학식1로 표시되는 액정 화합물을, 액정 조성물의 총 중량을 기준으로 3-20중량%로 포함하는 액정 조성물을 제공한다.

상기 액정 조성물은 네마틱 액정 조성물인 것이 바람직하다.

상기 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제3태양은,

한 쌍의 전극 기판 사이에 개재되어 있는 액정층을 구비하고 있는 액정표시장치에 있어서, 상기 액정층이 상기 본 발명에 따른 액정 조성물을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.

상기 본 발명에 따른 액정 화합물을 이용하여 제조한 액정 조성물은 개선된 상전이 온도, 유전율 이방성 및 응답 속도를 가지므로, 수직배향 TFT 방식 액정표시장치와 IPS 방식 액정표시장치에 특히 적합하다.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 제1태양에 따르면, 본 발명은, 하기 화학식 1의 액정 화합물을 제공한다:

<화학식 1>

화학식 1에서,

A는

,

또는

이고,

R은 수소가 중수소 및 플루오르로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나로 치환된, -C_nH_2n+1, -O-C_nH_2n+1, -CO-C_nH _2n+1, -OCO-C_nH_2n+1, -C_nH_2n-O-C_mH _2m+1, -C_nH_2n-CO- C_mH_2m+1, 또는 -C_nH_2n-OCO-C_mH_2m+1이며, n 및 m은 각각 독립적으로 1 - 5 의 정수이다.

상기 고리 A 는

또는

인 것이 바람직하다.

상기 R은 -CD₃, -C₂D₅, -CDFCD₃, -CF₂CD ₃, -C₃D₇, -CDFCFFCD₃, -C₄D₉, ,-OCD ₃, -OC₂D₅, -OC₃D₇,-OC₄D₉, -OCDFCD ₃, -OCF₂CD₃, -COCD₃, -COC₂D₅, -COC ₃D₇, -COCDFCD₃, -COCF₂CD₃, -OCOCD₃, -OCOC₂D₅, -OCOC₃D₇, -OCOC₄D₉, -OCOCDFCD₃, 또는 -OCOCF₂CD₃인 것이 특히 바람직하다.

화학식 1로 표시되는 액정 화합물은 하기 화학식 2 또는 3으로 표시되는 중간체로부터, 이 중간체의 페닐 그룹 말단기를 치환함으로써 얻을 수 있다:

상기 화학식 2에서, 고리 A는 전술한 바와 동일하고,

상기 화학식 3에서, 고리 A는 전술한 바와 동일하다.

상기 화학식 2 또는 3으로 표시되는 중간체의 예로서, 하기와 같은 화학식 2a 또는 3a로 표시되는 중간체가 포함된다.

상기 화학식 2a 또는 3a로 표시되는 중간체의 페닐 그룹의 하이드록시 또는 수소를 전술한 바와 같은, 화학식1의 액정 화합물에서의 치환기 R로 치환하기 위하여, 수소가 중수소 및/또는 플루오르로 치환된 알코올 또는 카르복실산을 사용할 수 있으며, 이러한 알코올 또는 카르복실산의 구체적인 예에는 CD₃OD, C₂D₅OD, C₃D₇OD 또는 DOOCCD₃ 등을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 화학식 2a로 표시되는 중간체로부터 합성할 수 있는 본 발명의 화학식1로 표시되는 액정 화합물의 구체적인 예에는,

4'-(2,3-디플루오로-4-메톡시-d3-페닐)-4-프로필-바이사이클로헥산,

4'-(2,3-디플루오로-4-에톡시-d5-페닐)-4-프로필-바이사이클로헥산,

4'-(2,3-디플루오로-4-부톡시-d9-페닐)-4-프로필-바이사이클로헥산,

4'-(2,3-디플루오로-4-플루오로에톡시-d4-페닐)-4-프로필-바이사이클로헥산,

4'-(2,3-디플루오로-4-디플루오로에톡시-d3-페닐)-4-프로필-바이사이클로헥산, 또는

아세트산-d3-(2,3-디플루오로-(4-프로필-바이사이클로헥실-4-일))-페닐 에스테르 등을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 화학식 3a로 표시되는 중간체로부터 합성할 수 있는 본 발명의 화학식1로 표시되는 액정 화합물의 구체적인 예에는,

4'-(2,3-디플루오로-4-메틸-d3-페닐)-4-프로필-바이사이클로헥산, 4'-(2,3-디플루오로-4-에틸-d3-페닐)-4-프로필-바이사이클로헥산, 4'-(2,3-디플루오로-4-부틸-d9-페닐)-4-프로필-바이사이클로헥산,

4'-(2,3-디플루오로-4-플루오로에틸-d4-페닐)-4-프로필-바이사이클로헥산, 4'-(2,3-디플루오로-4-디플루오로에틸-d3-페닐)-4-프로필-바이사이클로헥산, 또는 메틸-d3-(2,3-디플루오로-(4-프로필-바이사이클로헥실-4-일))-페닐 에테르 등을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 화학식 2 또는 3으로 표시되는 중간체를 이용할 경우, 바람직한 액정 화합물의 성능을 구현할 수 있는 본 발명의 액정 화합물을 용이하게 제조할 수 있다.

상기 화학식 1로 표시되는 액정 화합물 중, 하기 화학식 4, 5 또는 6으로 표시되는 액정 화합물이 바람직하다.

<화학식 4>

<화학식 5>

<화학식 6>

상기 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제2태양은 상기 화학식 1로 표시되는 액정 화합물 중 하나 이상의 액정 화합물을, 액정 조성물의 총 중량을 기준으로 1-50중량%, 바람직하게는 3-20중량%로 포함하는 액정 조성물을 제공한다. 이는, 본 발명의 액정 화합물의 함량이 1중량% 미만이면 액정 조성물로서 바람직한 성능들, 즉, 상전이 온도, 응답 속도, 전압 보전율, 굴절율 이방성, 유전율 이방성, 문턱 전압 등이 개선되기 곤란할 수 있고, 50중량% 초과하면 결정상이 형성되지 않을 수도 있기 때문이다. 이러한 본 발명의 액정 조성물은 상기 화학식 1로 표시되는 액정 화합물 이외에, 시판되고 있는 범용 액정 조성물을 포함할 수 있으며, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물로서 상기 화학식 4, 5 또는 6으로 표시되는 액정 화합물 중 하나 이상의 액정 화합물을 포함하는 것이 특히 바람직하다.

상기 범용 액정 조성물의 구체적인 예는 점성감소제, 음의 유전율 증가를 위한 2,3-디플루오르계 물질, 굴절율 이방성 감소제 등을 들 수 있다. 특히 본 발명의 화학식 1의 액정 화합물과 특히 바람직하게 혼합될 수 있는 액정 조성물로는 Merck 사로부터 상품명 MLC-6608 내지 6610 으로 시판되고 있는 2,3-디플루오르계 액정 조성물을 들 수 있다.

상기 또다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제3태양은, 한 쌍의 전극 기판 사이에 개재되어 있는 액정층이 전술한 바와 같은 본 발명의 액정 조성물을 포함하는 액정표시장치를 제공한다. 상기 액정표시장치는 능동방식의 TFT방식 또는 IPS방식의 액정표시장치로서, 특히 유용하다. 이러한 본 발명의 화학식 1의 액정 조성물을 채용하는 본 발명의 액정표시장치는, 전압 보전율, 굴절율 이방성, 유전율 이방성, 문턱전압 등과 같은 액정 조성물의 기타 성능이 저하되지 않으면서, 상전이 온도, 유전율 이방성 및 응답 속도가 개선된다.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의해 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 어떤 의미로든 본 발명의 범위가 이들에 의해 제한되는 것은 아니다.

실시예 1: 4'-(2,3-디플루오로-4-하이드록시 페닐)-4-프로필-바이사이클로 헥산(고리 A가 사이클로헥실인 화학식 2로 표시된 화합물:중간체)의 제조

상기 4'-(2,3-디플루오로-4-하이드록시 페닐)-4-프로필-바이사이클로헥산의 제조 과정을 단계별로 나타내면 하기 반응식 1과 같다.

(1) 4-(트랜스-4-프로필사이클로헥실)사이클로헥산올의 제조: (단계1)

활성화된 레이니 니켈 15g, 염화나트륨 0.2g, 4-(트랜스-4-펜틸-사이클로헥실) 페놀 50g을 에탄올 400ml에 첨가하였다. 이반응 혼합물을 600ml의 PARR 고압 반응기에서 50bar의 수소 기체를 첨가하여, 120℃에서 6시간 동안 교반하였다. 상기 반응이 종결된 후, 유기층을 에테르로 추출하고, 이 유기 추출물을 황산마그네슘으로 건조시켜, 4-(트랜스-4-프로필사이클로헥실) 사이클로헥산올 40g을 얻었다.

(2) 4-(트랜스-4-프로필사이클로헥실)사이클로헥사논의 제조: (단계 2)

상기 단계(1)에서 제조한 4-(트랜스-4-프로필사이클로헥실)사이클로헥산올 40g을 아세톤에 용해시킨 다음, 상온에서 John's 시약 80ml를 35℃ 미만을 유지하 면서 첨가하고 교반하였다. 이후, 이소프로필 알코올 20ml를 첨가하여 과량의 John's 시약을 분해하고, NaHCO₃를 첨가하여 중성이 되게 하였다. 여액을 에테르와 증류수로 추출한 후, 무수 황산마그네슘으로 건조시켜, 4-(트랜스-4-프로필 사이클로헥실)사이클로헥사논 35g을 얻었다.

(3) 4'-(2,3-디플루오로-4-에톡시페닐)-4-프로필-바이사이클로헥산-4-올의 제조: (단계 3)

질소 분위기에서 에톡시 2,3-디플루오로벤젠 20g을 에테르 100ml에 용해시킨 반응 혼합물을 아세톤-액체 질소 배스를 이용하여 -80℃까지 냉각시켰다. 상기 반응 혼합물에 n-부틸리튬 0.14mol을 -70℃ 미만을 유지하면서 첨가하여 4 시간 동안 -80℃에서 교반하였다. 이후, 상기 단계 (2)에서 제조한 4-(트랜스-4-프로필 사이클로헥실)사이클로헥사논 35g을 에테르 20ml에 용해시킨 용액을 -70℃가 넘지 않도록 첨가하였다. 이를 상온이 될 때까지 방치한 다음, 0.1N 의 염산 수용액과 에테르로 추출한 후 무수 황산마그네슘으로 건조시켜 4'-(2,3-디플루오로 -4-에톡시 페닐)-4-프로필- 바이사이클로헥산-4-올 20g을 얻었다.

(4) 4'-(2,3-디플루오로-4-에톡시페닐)-4-프로필-바이사이클로헥-3-센의 제조: (단계 4)

상기 단계 (3)에서 제조한 4'-(2,3-디플루오로-4-에톡시페닐)-4-프로필- 바이사이클로헥산-4-올 20g을 톨루엔 100ml에 용해시킨 다음, 파라-톨루엔 설폰산 0.2g을 첨가하여 3시간 동안 환류하였다. 포화 NaHCO₃용액, 톨루엔 및 증류수로 추 출한 다음 무수 황산 마그네슘으로 건조시켜, 4'-(2,3-디플루오로-4-에톡시 페닐)-4-프로필-바이사이클로헥-3-센 17g을 얻었다.

(5) 4'-(2,3-디플루오로-4-에톡시 페닐)-4-프로필-바이사이클로헥산의 제조: (단계 5)

상기 단계 (4)에서 제조한 4'-(2,3-디플루오로-4-에톡시페닐)-4-프로필- 바이사이클로헥-3-센 17g을 이소프로필 알코올 200ml에 용해시키고, 2g의 Pd/C를 첨가한 다음 3기압의 수소 압력 및 40℃에서 5시간 동안 교반하였다. 반응이 종결된 후, 용매를 감압 증류로 제거하여 4'-(2,3-디플루오로-4-에톡시 페닐)-4-프로필-바이사이클로헥산 6g을 얻었다.

(6) 4'-(2,3-디플루오로-4-하이드록시 페닐)-4-프로필 바이사이클로헥산의 제조: (단계 6)

상기 단계 (5)에서 제조한 4'-(2,3-디플루오로-4-에톡시 페닐)-4-프로필- 바이사이클로헥산 6g 및 피리딘 하이드로클로라이드 10g을 220℃에서 24시간 동안 교반하였다. 반응 종결 후, 에테르와 증류수로 추출하고 무수 황산 마그네슘으로 건조시켜 4'-(2,3-디플루오로-4-하이드록시 페닐)-4-프로필 바이사이클로헥산 3g을 얻었다.

실시예 2: 본 발명의 액정 화합물의 합성

하기와 같이 본 발명을 따르는 액정 화합물을 제조하여, 결정상태(Cr), 스멕틱 상태(SmB), 네마틱 상태(N) 및 아이소트로픽 상태(I)일 때의 상전이 온도(℃)를 각각 측정하고, 질량 분석 스펙트럼으로 분석하였다.

(1) 4'-(2,3-디플루오로-4-메톡시-d3-페닐)-4-프로필-바이사이클로헥산 (화학식 4)의 제조

4'-(2,3-디플루오로-4-하이드록시 페닐)-4-프로필-바이사이클로헥산 0.6g, 테트라하이드로퓨란 15ml, 메탄올-d4 0.1g, 트리페닐포스핀 0.56g, 아조디카르복실산 디에틸 에스테르 0.37g을 포함하는 반응 혼합물을 상온에서 24시간 동안 반응시킨 후 실리카 겔을 이용하여 여과한 다음, 이소프로필 알코올을 이용하여 재결정하여 화학식 4의 화합물 0.3g을 얻었다.

상전이 온도: Cr=88.4, N=175.11, I

Mass : 353(M+)186, 173, 160)

(2) 아세트산 (2,3-디플루오로-4-프로필-바이사이클로헥실-4-일)페닐 에스테르(화학식 5)의 제조

4'-(2,3-디플루오로-4-하이드록시 페닐)-4-프로필-바이사이클로헥산 0.84g, 아세트산-d4 0.21g , 1,3-디사이클로헥실 카보디이미드 0.62g, 메틸렌 클로라이드 15ml 및 촉매로서의 4-디메틸아미노 피리딘 0.2g이 포함된 혼합물을 상온에서 24시간 동안 반응시켰다. 반응 종결 후 실리카 겔을 이용하여 여과한 후, 이소프로필 알코올을 이용하여 재결정하여 화학식 5의 화합물 0.78g을 얻었다.

상전이 온도: Cr=106.8, N=203.5, I

Mass :(383(+)328,287,207,149,81,67)

(3) 4-(4-에톡시-d5-2,3-디플루오로-페닐)-4-플루오로-4'-프로필- 바이사이클로헥산(화학식 6)의 제조

4'-(2,3-디플루오로-4-에톡시 페닐)-4-프로필-바이사이클로헥산-4-올 5g 및 메틸렌 클로라이드 90ml를 혼합한 용액을 -76℃까지 냉각한 다음, 디에틸 아미노 설퍼 트리플루오라이드 2g을 천천히 첨가하였다. 첨가 후, 상온이 될 때까지 방치한 다음, 0.1N의 염산 수용액과 염화나트륨 100ml를 첨가하고, 에테르로 추출하였다. 이를 무수 황산마그네슘으로 건조시켜 헥산으로 재결정하여 화학식 6의 화합물 0.8g을 얻었다.

상전이 온도: Cr=90.6, SmB=108.7, N=186.3, I

Mass :(385(M+)385, 382, 365, 362, 237, 223, 202)

실시예 3: D, F계 액정 화합물의 평가

본 발명의 액정 화합물 및 이를 포함하는 액정 조성물의 성능을 평가하였다.

테스트 셀의 조건은 하기 표 1에 기재되어 있는 바와 같고, 액정 화합물 등의 성능 평가를 위한 측정 파라미터와 측정 조건은 하기 표 2에 기재된 바와 같다.

테스트 셀의 조건

유니트	방식
모드	VA
셀 갭(μm)	3.79-3.98
배향제	레시틴

측정 파라미터 및 측정 조건

약어	명칭 및 측정 조건	단위
trp	5V에서의 응답 속도	Ms
V(10.0)	관찰 각도 0°에서의 문턱 전압	V
Δn	20℃ , 589nm 에서의 광학 이방성	-
Δε	20℃, 0.1Hz 에서의 유전율 이방성	-
TNI	상전이 온도	℃
γ	20℃에서의 회전 점도	MPas
VHR	20℃에서의 전압 유지비	%

상기 실시예에서 제조한 바와 같은, 화학식 4로 표시되는 4'-(2,3-디플루오로-4-메톡시-d3-페닐)-4- 프로필-바이사이클로헥산 (화합물 A), 화학식 5로 표시되는 아세트산 (2,3-디플루오로-4-프로필- 바이사이클로헥실-4-일)-페닐 에스테르 (화합물 B), 화학식 6으로 표시되는 4-(4-에톡시-2,3-디플루오로 -페닐)-4-플루오로-4'-프로필-바이사이클로헥산 (화합물 C) 및 MKCC0010 (Merck 사 제품) 로부터 입수 가능한 4'-(2,3-디플루오로-4-에톡시- 페닐)-4-프로필-바이사이클로헥산(비교 화합물) 각각에 대하여, 상전이 온도, 유전율 이방성, 굴절율 이방성 및 회전 점도를 측정하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

화합물 A, B, C 및 비교 화합물의 성능 평가 결과

화합물	구조	TNI	유전율 이방성	굴절율 이방성	회전 점도
화합물 A		175.1	-6.20	0.0935	238
화합물 B		203.5	-6.43	0.0921	335
화합물 C		177.0	-6.74	0.0927	314
비교 화합물		186	-6.00	0.095	413

상기 표 3에 기재된 바와 같이, 본 발명을 따르는 화합물들의 유전율 이방성은 비교 화합물에 비하여 -0.74 내지 -0.2 가량 낮았으며, 굴절율 이방성은 0.074 내지 0.060 정도 낮으며, 회전 점도의 경우 175 mPas 내지 78mPas 가량 높은 것으로 나타났다.

한편, 액정 조성물에 있어서 본 발명에 따른 화합물의 효과를 확인하기 위하여, 종래의 4'-(2,3-디플루오로페닐)-4-프로필바이사이클로헥실계 시판 액정 조성물 MLC-6609(Merck 사 제품)를 이용하여, 100중량%의 MLC-6609로 이루어진 비교 액정 조성물, 90중량%의 MLC-6609와 10중량%의 화합물 A를 포함하는 액정 조성물 A 및 90중량%의 MLC-6609 와 10중량%의 화합물 B를 포함하는 액정 조성물 B를 제조하여 이들의 성능을 각각 평가하였다. 그 결과는 하기 표 4에 기재된 바와 같다.

액정 조성물 A, B 및 비교 조성물의 성능 평가 결과

	비교 액정 조성물	액정 조성물 A	액정 조성물 B
T_rp (ms)	18.54	16.6	14.09
T_NI (℃)	72.0	80.7	81.5
Δε	-3.7	-4.04	-4.06
Δn	0.082	0.084	0.083
V_th (V)	2.6	2.6	2.7
VHR	98.96	98.55	98.97
γ(mPas)	144	145	155

상기 표 4에 기재된 바와 같이, 본 발명의 액정 조성물 A 및 B는 비교 조성물에 비하여 네마틱상에서 등방성 액체로 변하는 전이온도가 높으며, 유전율 이방성의 값도 -0.3 정도 낮아진 것으로 나타났다. 아울러 높은 전압 유지비로부터 구동 전압이 같거나 유사하며, 응답 속도가 2 - 3 정도 빨라진 것으로 나타났다.

본 발명의 액정 화합물을 포함하는 액정 조성물은 액정 조성물로서 바람직한 성능들, 즉, 상전이 온도, 응답 속도, 전압 보전율, 굴절율 이방성, 유전율 이방성, 문턱 전압 등이 서로 균형을 이루면서 개선된다는 장점이 있다. 앞서 살펴본 종래 기술에서와 같이, 액정 조성물의 경우, 상기 성능 파라미터 중 어느 한 가지 특성의 개선은 다른 특성의 저하를 초래하는 경우가 종종 있다. 그러나 본 발명의 액정 화합물 및 액정 조성물에 따르면, 전술한 바와 같은 부작용없이 전체적으로 고르게 성능 개선을 달성할 수 있으므로, 이를 채용한 액정표시장치는 실제 사용, 구체적으로는 능동방식의 TFT방식 또는 IPS방식 액정표시장치에 특히 적합하다.

Claims

하기 화학식 1로 표시되는 액정 화합물:

<화학식 1>

화학식 1에서,

A는
,
또는
이고,

R은 수소가 중수소 및 플루오르로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나로 치환된, -C_nH_2n+1, -O-C_nH_2n+1, -CO-C_nH_2n+1, -O-(C=O)-C_nH_2n+1, -C_nH_2n-O-C_mH_2m+1, -C_nH_2n-CO-C_mH_2m+1, 또는 -C_nH_2n-O-(C=O)-C_mH_2m+1이며, n 및 m은 각각 독립적으로 1 - 5 의 정수이되,

단, 이 때 상기 A가 1,4-사이클로헥실렌기이면 중수소로 치환되지 않은 탄소 수 1 내지 5의 플루오로알킬기와 중수소로 치환되지 않은 탄소 수 1 내지 5의 플루오로알콕시기는 R에서 제외한다.
제1항에 있어서, A는
또는
인 것을 특징으로 하는 액정 화합물.
제1항에 있어서, 상기 R은 -CD₃, -C₂D₅, -CDFCD₃, -CF ₂CD₃, -C₃D₇, -CDFCFFCD₃, -C₄D₉, -OCD₃, -OC₂D₅, -OC₃D ₇,-OC₄D₉, -OCDFCD₃, -OCF₂CD₃, -COCD ₃, -COC₂D₅, -COC₃D₇, -COCDFCD₃, -COCF₂CD₃, -OCOCD₃, -OCOC₂D ₅, -OCOC₃D₇, -OCOC₄D₉, -OCOCDFCD₃, 또는 - OCOCF₂CD₃인 것을 특징으로 하는 액정 화합물.
제1항에 있어서, 하기 화학식 4, 5 또는 6으로 표시되는 것을 특징으로 하는 액정 화합물:

<화학식 4>

<화학식 5>

<화학식 6>

.
액정 조성물의 총 중량을 기준으로,

제1항의 액정 화합물 중 하나 이상으로 이루어지는 제1 성분 1~50중량%; 및

상기 제1성분이 아닌 (2,3-디플루오로페닐)-4-프로필바이사이클로헥실계 액정 화합물인 제2성분 50~99중량%를 포함하는 액정 조성물.
제5항에 있어서, 하기 화학식 4, 5 또는 6으로 표시되는 액정 화합물 중 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 조성물:

<화학식 4>

<화학식 5>

<화학식 6>

.
제5항에 있어서, 상기 액정 조성물이 네마틱 액정 조성물인 것을 특징으로 하는 액정 조성물.
한 쌍의 전극 기판 사이에 개재되어 있는 액정층을 구비하고 있는 액정표시장치에 있어서, 상기 액정층이 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 액정 조성물을 포함하는 액정표시장치.
제8항에 있어서, 상기 액정표시장치는 능동방식의 TFT방식 액정표시장치인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제8항에 있어서, 상기 액정표시장치는 능동방식의 IPS방식 액정표시장치인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.