KR101797991B1 - 분기 알킬 또는 분기 알케닐을 갖는 화합물, 및 광학적으로 등방성인 액정매체 및 광소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 제1의 목적은, 열, 광 등에 대한 안정성, 큰 굴절율 이방성, 큰 유전율 이방성을 가지면서, 또한 융점이 낮은 액정 화합물을 제공하는 것이다. 제2의 목적은, 열, 광 등에 대한 안정성, 넓은 액정상 온도범위, 큰 굴절율 이방성, 큰 유전율 이방성을 가지며, 광학적으로 등방성인 액정상을 갖는 액정매체를 제공하는 것이다. 제3의 목적은, 이 액정매체를 함유하고, 넓은 온도범위에서 사용이 가능하며, 짧은 응답 시간, 큰 콘트라스트, 및 낮은 구동 전압을 갖는 각종 광소자를 제공하는 것이다.
본 발명은, 화학식(1)으로 나타내는 분기 알킬 또는 분기 알케닐을 갖는 액정 화합물, 그 액정 화합물을 함유하는 액정 매체(액정 조성물 또는 고분자/액정 복합체) 및 그 액정 매체를 함유하는 광소자 등을 제공한다.
Figure 112013002601670-pct00177

(화학식(1)에서, R1은 예를 들면 탄소수 3 내지 20의 분기 알킬 또는 분기 알케닐이며; 고리 A1, A2, A3, A4, 및 A5는, 예를 들면 1,4-페닐렌, 1,3-디옥산-2,5-디일이며; Z1, Z2, Z3, 및 Z4는 독립적으로, 예를 들면 단결합 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬렌이며; Y1은 예를 들면 불소이며; m, n 및 p는 독립적으로, 0 또는 1이며, 1≤m+n+p≤3이다.)

Description

분기 알킬 또는 분기 알케닐을 갖는 화합물, 및 광학적으로 등방성인 액정매체 및 광소자{COMPOUND HAVING BRANCHED ALKYL OR BRANCHED ALKENYL, OPTICALLY ISOTROPIC LIQUID CRYSTAL MEDIUM AND OPTICAL ELEMENT}
본 발명은 광소자용의 재료로서 유용한 액정 화합물, 액정매체에 관한 것이다. 상세하게는, 큰 유전율 이방성, 굴절율 이방성을 가지며, 융점이 낮은 화합물, 및 넓은 액정상(液晶相) 온도범위, 큰 유전율 이방성, 굴절율 이방성을 갖는 액정매체에 관한 것이다. 이에 더해, 이 액정매체를 사용한 광소자에게 관한 것이다. 상세하게는, 폭넓은 온도범위에서 사용이 가능하고, 저전압 구동이 가능하며, 고속의 전기광학응답을 얻을 수 있는 광소자에게 관한 것이다.
액정 조성물을 사용한 액정표시 소자는, 시계, 전자계산기, 워드프로세서 등의 디스플레이에 널리 이용되고 있다. 이 액정표시 소자는 액정 화합물의 굴절율 이방성, 유전율 이방성 등을 이용한 것이다. 액정표시 소자에 있어서의 동작 모드로서는, 주로 1장 이상의 편광판을 이용하여 표시하는 PC(phase change), TN(twisted nematic), STN(super twisted nematic), BTN(Bistable twisted nematic), ECB(electrically controlled birefringence), OCB(opticallycompensated bend), IPS(in-plane switching), VA(vertical alignment) 등이 알려져 있다. 게다가 근래에는 광학적으로 등방성인 액정상에 있어서 전기장을 인가하여, 전기 복굴절을 발현시키는 모드도 활발하게 연구되고 있다 (특허 문헌 1 내지 16, 비특허 문헌 1 내지 3).
나아가 광학적으로 등방성인 액정상 중 하나인 블루상(相)에 있어서의 전기 복굴절을 이용한 파장 가변 필터, 파면 제어 소자(wavefront control element), 액정 렌즈, 수차보정 소자, 개구 제어 소자, 광 헤드 장치 등이 제안되고 있다(특허 문헌 10 내지 12).
소자의 구동 방식에 근거한 분류는, PM(passive matrix)과 AM(active matrix)이다. PM(passive matrix)은 스태틱(static)과 멀티플렉스(multiplex) 등으로 분류되고, AM은 TFT(thin film transistor), MIM(metal insulator metal) 등으로 분류된다.
이들의 액정표시 소자는, 적절한 물성을 갖는 액정 조성물을 함유한다. 액정표시 소자의 특성을 향상시키기 위해서는, 이 액정 조성물이 적절한 물성을 갖는 것이 바람직하다. 액정 조성물의 성분인 액정 화합물에 필요한 일반적 물성은, 다음과 같다.
(1) 화학적으로 안정적인 것, 및 물리적으로 안정적인 것,
(2) 높은 투명점(액정상-등방상의 상전이 온도)을 갖는 것,
(3) 액정상(네마틱상, 콜레스테르상(cholesteric phase), 스멕틱상, 블루상 등의 광학적으로 등방성인 액정상 등)의 하한온도가 낮은 것,
(4) 기타 액정 화합물과의 상용성(相容性)이 뛰어나는 것,
(5) 적절한 크기의 유전율 이방성을 갖는 것,
(6) 적절한 크기의 굴절율 이방성을 갖는 것이다.
특히, 광학적으로 등방성인 액정상에 있어서는, 유전율 이방성과 굴절율 이방성이 큰 액정 화합물이 구동 전압 저감이라는 관점에서 바람직하다.
(1)과 같이 화학적, 물리적으로 안정적인 액정 화합물을 포함하는 액정 조성물을 액정표시 소자로 사용하면, 전압 보유율을 높일 수 있다.
또한, (2) 및 (3)과 같이, 높은 투명점, 혹은 액정상이 낮은 하한온도를 갖는 액정 화합물을 포함하는 액정 조성물에서는 네마틱상이나 광학적으로 등방성인 액정상의 온도범위를 넓히는 것이 가능해지고, 폭 넓은 온도범위에서 표시 소자로서 사용할 수 있다. 액정 화합물은, 단일의 화합물로는 발휘되기 곤란한 특성을 발현시키기 때문에, 다른 많은 액정 화합물과 혼합해서 조제한 액정 조성물로서 이용하는 것이 일반적이다. 따라서 액정표시 소자로 채용할 수 있는 액정 화합물은, (4)와 같이, 다른 액정 화합물 등과의 상용성이 양호한 것이 바람직하다. 근래에는 특히 표시 성능, 예를 들면 콘트라스트, 표시 용량, 응답 시간 특성 등의 보다 높은 액정표시 소자가 요구되고 있다. 나아가서는 사용되는 액정재료에는 구동 전압이 낮은 액정 조성물이 요구되고 있다. 또 광학적으로 등방성인 액정상으로 구동시키는 광소자를 저전압으로 구동시키기 위해서는, 유전율 이방성 및 굴절율 이방성이 큰 액정 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.
특허 문헌 14에는, 본원의 화합물과 유사한 직쇄 알킬을 갖는 화합물이 큰 유전율 이방성 및 큰 굴절율 이방성을 갖는 것에 관한 보고가 있다. 그렇지만, 특허 문헌 14에 기재된 화합물은 높은 융점을 나타낸다. 그 때문에, 특허 문헌 14에 기재된 화합물을 사용한 조성물은, 저온에 있어서의 다른 액정 화합물과의 상용성이 충분하지 않고, 그 사용량이 한정되어 있다.
한편, 본건 발명의 분기 알킬 또는 분기 알케닐을 갖는 본원 화합물은, 큰 유전율 이방성 및 큰 굴절율 이방성을 가지면서, 또한 특허 문헌 14에 기재된 화합물과 비교하여, 지극히 낮은 융점을 나타내는 것을 특징으로 한다.
예를 들면, 특허 문헌 14에 기재된 화합물(ref. 01) 및 (ref. 02)과 유사한 골격을 갖는 본원 화합물(S1)의 융점을 비교하면, 본건 발명의 화합물의 융점 쪽이 약 20℃ 낮게 되어 있다.
(비교 화합물1)
Figure 112013002601670-pct00001
(본원 화합물)
Figure 112013002601670-pct00002
특허 문헌 14에는, 분기 알킬 및 분기 알케닐을 갖는 액정 화합물의 합성 방법, 및 구체적인 화합물의 공개적인 예는 없고, 본원과 같은 융점을 저하시키는 효과에 대한 설명은 전혀 없다. 이와 같은 효과는, 본건 발명에 의해 처음으로 찾아낸 발견이다. 또, 특허 문헌 15 및 16에, 분기 알킬 및 분기 알케닐에 관한 보고가 있다.
(비교 화합물 2)
Figure 112013002601670-pct00003
특허 문헌 15에 기재된 3고리 화합물(ref. 03)은, 좌측에 위치하는 고리가 모두 1,4-페닐렌이기 때문에 충분히 큰 유전율 이방성을 갖지 않는다. 특허 문헌 16에 기재된 3고리 화합물(ref. 04)은, 큰 유전율 이방성을 나타내지만, 가장 좌측에 위치하는 고리가 1,4-시클로헥실렌이기 때문에 충분히 큰 굴절율 이방성을 갖지 않는다. 나아가 화합물(ref. 04)과 같이 2개의 이중 결합이 인접하는 알케닐을 갖는 화합물은 화학적 안정성이 낮다. 특히 UV에 대한 안정성이 낮으며, UV조사후의 전압 보유율이 현저하게 열화된다는 결점이 있다.
선행 기술 문헌
[특허 문헌]
특허 문헌 1: 일본 특허 공개 공보 제2003-327966호 공보
특허 문헌 2: 국제 공개 WO2005-090520호 팸플릿
특허 문헌 3: 일본 특허 공개 공보 제2005-336477호
특허 문헌 4: 일본 특허 공개 공보 제2006-89622호
특허 문헌 5: 일본 특허 공개 공보 제2006-299084호
특허 문헌 6: 일본 특허 공개(공표) 공보 제2006-506477호
특허 문헌 7: 일본 특허 공개(공표) 공보 제2006-506515호
특허 문헌 8:국제 공개 WO2006-063662호 팸플릿
특허 문헌 9: 일본 특허 공개 공보 제2006-225655호
특허 문헌 10: 일본 특허 공개 공보 제2005-157109호
특허 문헌 11: 국제 공개 WO2005-080529호 팸플릿
특허 문헌 12: 일본 특허 공개 공보 제2006-127707호
특허 문헌 13: 국제 공개 WO1998-023561호 팸플릿
특허 문헌 14: 일본 특허 출원 제2008-295842호 공보
특허 문헌 15: 일본 특허 출원 제2007-291046호 공보
특허 문헌 16: 독일 특허 DE10251016호
[비특허 문헌]
비특허 문헌 1: Nature Materials, 1, 64, (2002)
비특허 문헌 2: Adv. Mater., 17, 96, (2005)
비특허 문헌 3: Journal of the SID, 14, 551, (2006)
본 발명의 제1의 목적은, 열, 광 등에 대한 안정성, 큰 굴절율 이방성, 큰 유전율 이방성을 가지면서, 또한 융점이 낮은 액정 화합물을 제공하는 것이다. 제2의 목적은, 열, 광 등에 대한 안정성, 넓은 액정상 온도범위, 큰 굴절율 이방성, 큰 유전율 이방성을 가지며, 광학적으로 등방성인 액정상을 갖는 액정매체를 제공하는 것이다. 제3의 목적은, 이 액정매체를 함유하고, 넓은 온도범위에서 사용이 가능하며, 짧은 응답 시간, 큰 콘트라스트, 및 낮은 구동 전압을 갖는 각종 광소자를 제공하는 것이다.
본 발명은, 이하와 같은 액정 화합물, 액정매체(액정 조성물 또는 고분자/액정 복합체) 및 액정매체를 함유하는 광소자 등을 제공한다.
[1] 화학식(1)으로 나타내는 화합물.
Figure 112013002601670-pct00004
(화학식(1)에서, R1은 탄소수 3 내지 20의 분기 알킬 또는 분기 알케닐이며, 이 분기 알킬 또는 분기 알케닐 중 임의의 -CH2-는 -O-로 치환되어도 좋고, 이 분기 알킬 또는 분기 알케닐 중 임의의 -CH2-CH2-은 -CH=CH-, -CF=CF- 또는 -C≡C-로 치환되어도 좋고, 이 분기 알킬, 또는 분기 알케닐 중 임의의 수소는 불소로 치환되어도 좋고; 고리 A1, A2, A3, A4, 및 A5는 독립적으로, 1,4-페닐렌, 1,3-디옥산-2,5-디일, 테트라히드로피란-2,5-디일, 테트라히드로피란-3,6-디일, 피리미딘-2,5-디일, 피리딘-2,5-디일, 또는 나프탈렌-2,6-디일이며, 이 고리들 중 임의의 수소는 불소 또는 염소로 치환되어도 좋고; Z1, Z2, Z3, 및 Z4는 독립적으로, 단결합 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬렌이며, 이 알킬렌 중 임의의 -CH2-는, -O-, -COO-, -OCO-, 또는 -CF2O-로 치환되어도 좋고, 이 알킬렌 중 임의의 -CH2-CH2-는 -CH=CH-, -CF=CF- 또는 -C≡C-로 치환되어도 좋고, 임의의 수소는 할로겐으로 치환되어도 좋고; Y1은 불소, 염소, -SF5, -C≡N, -N=C=S, 또는 임의의 수소가 할로겐으로 치환된 탄소수 1 내지 3의 알킬이며, 이 알킬 중 임의의 -CH2-는 -O-로 치환되어도 좋고, 이 알킬 중 임의의 -CH2-CH2-는, -CH=CH-, 또는 -C≡C-으로 치환되어도 좋고; m, n 및 p는 독립적으로, 0 또는 1이며, 1≤m+n+p≤3이다.)
[2] 화학식(1)에서, 고리 A1, A2, A3 및 A4 중, 어느 1개 또는 2개의 수소가 불소로 치환된 1,4-페닐렌인, 사항 [1]에 기재의 화합물.
[3] 화학식(1)에서, 고리 A1이 1개 또는 2개의 수소가 불소로 치환된 1,4-페닐렌인, 사항 [1]에 기재된 화합물.
[4] 화학식(1)에서, R1이 2위(位)의 탄소로 분기되어 있는 탄소수 4 내지 20의 알킬인, 사항 [1]에 기재된 화합물.
[5] 화학식(1)에서, R1이 2위의 탄소로 분기되어 있는 탄소수 4 내지 20의 알케닐인, 사항 [1]에 기재된 화합물.
[6] 화학식(1)에서, R1이 3위(位)의 탄소로 분기되어 있는 탄소수 5 내지 20의 알킬인, 사항 [1]에 기재된 화합물.
[7] R1이 3위의 탄소로 분기되어 있는 탄소수 5 내지 20의 알케닐인, 사항 [1]에 기재된 화합물.
[8] 화학식(1)에서, R1이 4위의 탄소로 분기되어 있는 탄소수 6 내지 20의 알킬인, 사항 [1]에 기재된 화합물.
[9] 화학식(1)에서, R1이 4위의 탄소로 분기되어 있는 탄소수 6 내지 20의 알케닐인, 사항 [1]에 기재된 화합물.
[10] 화학식(1)에서, R1이 1위의 탄소로 분기되어 있는 탄소수 4 내지 20의 알킬인, 사항 [1]에 기재된 화합물.
[11] 화학식(1)에서, R1이 1위의 탄소로 분기되어 있는 탄소수 4 내지 20의 알케닐인, 사항 [1]에 기재된 화합물.
[12] 화학식(1)에서, m=1, n=1, 또한 p=0인, 사항 [1] 내지 사항 [11] 중 어느 하나의 사항에 기재된 화합물.
[13] 화학식(1)에서, m=1, n=1, 또한 p=1인, 사항 [1] 내지 사항 [11] 중 어느 하나의 사항에 기재된 화합물.
[14] 화학식(1)에서, m=1, n=1, 또한 p=0이며, Z1, Z2, Z3, 및 Z4 중 어느 하나는 -COO-, 또는 -CF2O-인, 사항 [1] 내지 사항 [11] 중 어느 하나의 사항에 기재된 화합물.
[15] 화학식(1)에서, m=1, n=1, 또한 p=1이며, Z1, Z2, Z3, 및 Z4 중 어느 하나는 -COO-, 또는 -CF2O-인, 사항 [1] 내지 사항 [11] 중 어느 하나의 사항에 기재된 화합물.
[16] 화학식(1-1) 내지 (1-2) 중 어느 하나로 나타내는, 사항 [1]에 기재된 화합물.
Figure 112013002601670-pct00005
(화학식(1-1) 내지 (1-2)에서, R1은 탄소수 3 내지 20의 분기 알킬 또는 분기 알케닐이며; 고리 A1은, 1,4-페닐렌, 1,3-디옥산-2,5-디일, 테트라히드로피란-2,5-디일, 테트라히드로피란-3,6-디일, 피리미딘-2,5-디일, 또는 피리딘-2, 5-디일이며, 이 고리들 중 임의의 수소는 불소로 치환되어도 좋고; Z1, Z2, Z3, 및 Z4는 독립적으로, 단결합, -CH2CH2-, -COO-, 또는 -CF2O-이지만, Z1, Z2, Z3, 및 Z4 중 어느 1개는 -COO- 또는 -CF2O-이며; Y1은 불소, 염소, -C≡N, 또는 임의의 수소가 불소로 치환된 탄소수 1 내지 3의 알킬이며, 이 알킬 중 임의의 -CH2-는 -O-로 치환되어도 좋고, 이 알킬 중 임의의 -CH2-CH2-는 -CH=CH-으로 치환되어도 좋고; X는, 불소 또는 염소이며; 또한, 하기와 같은 1,4-페닐렌과 (X)를 직쇄로 결합한 표기는, 1개 또는 2개의 수소가 X로 치환되어 있어도 좋은 1,4-페닐렌을 나타낸다.)
Figure 112013002601670-pct00006
[17] 화학식(1-1-1) 내지 (1-1-8), 및 (1-2-1) 내지 (1-2-16) 중 어느 하나로 나타내는, 사항 [16]에 기재된 화합물.
Figure 112013002601670-pct00007
Figure 112013002601670-pct00008
Figure 112013002601670-pct00009
(화학식(1-1-1) 내지 (1-1-8), 및 (1-2-1) 내지 (1-2-16)에서, R1a는 탄소수 1 내지 10의 알킬이며, 이 알킬 중 임의의 -CH2-는 -O-로 치환되어도 좋고, 이 알킬 중 임의의 -CH2-CH2-는 -CH=CH-으로 치환되어도 좋고; R1b는 수소, 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬이며, 이 알킬 중 임의의 -CH2-는 -O-로 치환되어도 좋고, 이 알킬 중 임의의 -CH2-CH2-는 -CH=CH-으로 치환되어도 좋고; M은 -CH2- 또는 -O-이며; L2, L3, L4 및 L5는 독립적으로 수소, 불소, 또는 염소이며; A1은 1,4-페닐렌, 1,3-디옥산-2,5-디일, 테트라히드로피란-2,5-디일, 테트라히드로피란-3,6-디일, 피리미딘-2,5-디일, 또는 피리딘-2, 5-디일이며, 이 고리들 중 임의의 수소는 불소로 치환되어도 좋고; Y1은 불소, 염소, -C≡N, 임의의 수소가 불소로 치환된 탄소수 1 내지 3의 알킬, 임의의 수소가 불소로 치환된 알케닐, 임의의 수소가 불소로 치환된 알콕시이다.)
[18] 화학식(1)으로 나타내는 화합물, 및 키랄(chiral)제를 함유하여, 광학적으로 등방성인 액정상을 발현하는 것을 특징으로 하는 액정 조성물.
Figure 112013002601670-pct00010
(화학식(1)에서, R1은 탄소수 3 내지 20의 분기 알킬 또는 분기 알케닐이며, 이 분기 알킬 또는 분기 알케닐 중 임의의 -CH2-는 -O-로 치환되어도 좋고, 이 분기 알킬 또는 분기 알케닐 중 임의의 -CH2-CH2-는 -CH=CH-, -CF=CF- 또는 -C≡C-로 치환되어도 좋고, 이 분기 알킬, 또는 분기 알케닐 중 임의의 수소는 불소로 치환되어도 좋고; 고리 A1, A2, A3, A4, 및 A5는 독립적으로, 1,4-페닐렌, 1,3-디옥산-2,5-디일, 테트라히드로피란-2,5-디일, 테트라히드로피란-3,6-디일, 피리미딘-2,5-디일, 피리딘-2,5-디일, 또는 나프탈렌-2,6-디일이며, 이 고리들 중 임의의 수소는 불소 또는 염소로 치환되어도 좋고; Z1, Z2, Z3 Z4 는 독립적으로, 단결합 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬렌이며, 이 알킬렌 중 임의의 -CH2-는, -O-, -COO-, -OCO-, 또는 -CF2O-로 치환되어도 좋고, 이 알킬렌 중 임의의 -CH2-CH2-는 -CH=CH-, -CF=CF- 또는 -C≡C-로 치환되어도 좋고, 임의의 수소는 할로겐으로 치환되어도 좋고; Y1은 불소, 염소, -SF5, -C≡N, -N=C=S, 또는 임의의 수소가 할로겐으로 치환된 탄소수 1 내지 3의 알킬이며, 이 알킬 중 임의의 -CH2-는 -O-로 치환되어도 좋고, 이 알킬 중 임의의 -CH2-CH2-는, -CH=CH-, 또는 -C≡C-으로 치환되어도 좋고; m, n 및 p는 독립적으로, 0 또는 1이며, 1≤m+n+p≤3이다.)
[19] 화학식(1)에서, 고리 A1, A2, A3, 및 A4 중, 임의의 1개 또는 2개의 수소가 불소로 치환된 1,4-페닐렌인, 사항 [18]에 기재된 액정 조성물.
[20] 화학식(1)에서, 고리 A1이 1개 또는 2개의 수소가 불소로 치환된 1,4-페닐렌인, 사항 [18]에 기재된 액정 조성물.
[21] 화학식(1)에서, R1이 2위의 탄소로 분기되어 있는 탄소수 4 내지 20의 알킬인 화합물, 및 키랄제를 함유하여, 광학적으로 등방성인 액정상을 발현하는, 사항 [18]에 기재된 액정 조성물.
[22] 화학식(1)에서, R1이 2위의 탄소로 분기되어 있는 탄소수 4 내지 20의 알케닐인 화합물, 및 키랄제를 함유하여, 광학적으로 등방성인 액정상을 발현하는, 사항 [18]에 기재된 액정 조성물.
[23] 화학식(1)에서, R1이 3위의 탄소로 분기되어 있는 탄소수 5 내지 20의 알킬인 화합물, 및 키랄제를 함유하여, 광학적으로 등방성인 액정상을 발현하는, 사항 [18]에 기재된 액정 조성물.
[24] 화학식(1)에서, R1이 3위의 탄소로 분기되어 있는 탄소수 5 내지 20의 알케닐인 화합물, 및 키랄제를 함유하여, 광학적으로 등방성인 액정상을 발현하는, 사항 [18]에 기재된 액정 조성물.
[25] 화학식(1)에서, R1이 4위의 탄소로 분기되어 있는 탄소수 6 내지 20의 알킬인 화합물, 및 키랄제를 함유하여, 광학적으로 등방성인 액정상을 발현하는, 사항 [18]에 기재된 액정 조성물.
[26] 화학식(1)에서, R1이 4위의 탄소로 분기되어 있는 탄소수 6 내지 20의 알케닐인 화합물, 및 키랄제를 함유하여, 광학적으로 등방성인 액정상을 발현하는, 사항 [18]에 기재된 액정 조성물.
[27] 화학식(1)에서, R1이 1위의 탄소로 분기되어 있는 탄소수 6 내지 20의 알킬인 화합물, 및 키랄제를 함유하여, 광학적으로 등방성인 액정상을 발현하는, 사항 [18]에 기재된 액정 조성물.
[28] 화학식(1)에서, R1이 1위의 탄소로 분기되어 있는 탄소수 6 내지 20의 알케닐인 화합물, 및 키랄제를 함유하여, 광학적으로 등방성인 액정상을 발현하는, 사항 [18]에 기재된 액정 조성물.
[29] 화학식(1)에서, m=1, n=1, 또한 p=0인 화합물, 및 키랄제를 함유하여, 광학적으로 등방성인 액정상을 발현하는, 사항 [18]에 기재된 액정 조성물.
[30] 화학식(1)에서, m=1, n=1, 또한 p=1인 화합물, 및 키랄제를 함유하여, 광학적으로 등방성인 액정상을 발현하는, 사항 [18]에 기재된 액정 조성물.
[31] 화학식(1)에서, m=1, n=1, 또한 p=0이며, Z1, Z2, Z3 Z4 중 어느 하나는 -COO-, 또는 -CF2O-인 사항 1에 기재된 액정 화합물, 및 키랄제를 함유하여, 광학적으로 등방성인 액정상을 발현하는, 사항 [18]에 기재된 액정 조성물.
[32] 화학식(1)에서, m=1, n=1, 또한 p=1이며, Z1, Z2, Z3 Z4 중 어느 하나는 -COO-, 또는 -CF2O-인 사항 1에 기재된 액정 화합물, 및 키랄제를 함유하여, 광학적으로 등방성인 액정상을 발현하는, 사항 [18]에 기재된 액정 조성물.
[33] 화학식(1-1) 내지 (1-2) 중 어느 하나로 나타내는 화합물, 및 키랄제를 함유하여, 광학적으로 등방성인 액정상을 발현하는, 사항 [18]에 기재된 액정 조성물.
Figure 112013002601670-pct00011
(화학식(1-1) 내지 (1-2)에 있어서, R1은 탄소수 3 내지 20의 분기 알킬 또는 분기 알케닐이며; 고리 A1은, 1,4-페닐렌, 1,3-디옥산-2,5-디일, 테트라히드로피란-2,5-디일, 테트라히드로피란-3,6-디일, 피리미딘-2,5-디일, 또는 피리딘-2, 5-디일이며, 이 고리들 중 임의의 수소는 불소로 치환되어도 좋고; Z1, Z2, Z3 Z4는 독립적으로, 단결합, -CH2CH2-, -COO-, 또는 -CF2O-이나, Z1, Z2, Z3 Z4 중 어느 하나는 -COO- 또는 -CF2O-이며; Y1은 불소, 염소, -C≡N, 또는 임의의 수소가 불소로 치환된 탄소수 1 내지 3의 알킬이며, 이 알킬 중 임의의 -CH2-는 -O-로 치환되어도 좋고, 이 알킬 중 임의의 -CH2-CH2-는 -CH=CH-로 치환되어도 좋고; X는, 불소 또는 염소이며; 또한, 하기와 같은 1,4-페닐렌과 (X)를 직쇄로 결합한 표기는, 1개 또는 2개의 수소가 X로 치환되어 있어도 좋은 1,4-페닐렌을 나타낸다.)
Figure 112013002601670-pct00012
[34] 화학식(1-1-1) 내지 (1-1-8), 및 (1-2-1) 내지 (1-2-16) 중 어느 하나로 나타내는 화합물, 및 키랄제를 함유하여, 광학적으로 등방성인 액정상을 발현하는, 사항 [33]에 기재된 액정 조성물.
Figure 112013002601670-pct00013
Figure 112013002601670-pct00014
Figure 112013002601670-pct00015
(화학식(1-1-1) 내지 (1-1-8), 및 (1-2-1) 내지 (1-2-16)에서, R1a는 탄소수 1 내지 10의 알킬이며, 이 알킬 중 임의의 -CH2-는 -O-로 치환되어도 좋고, 이 알킬 중 임의의 -CH2-CH2-는 -CH=CH-로 치환되어도 좋고; R1b는 수소, 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬이며, 이 알킬 중 임의의 -CH2-는 -O-로 치환되어도 좋고, 이 알킬 중 임의의 -CH2-CH2-는 -CH=CH-; M은 -CH2- 또는 -O-이며; L2, L3, L4 및 L5는 독립적으로 수소, 불소, 또는 염소이며; A1은 1,4-페닐렌, 1,3-디옥산-2,5-디일, 테트라히드로피란-2,5-디일, 테트라히드로피란-3,6-디일, 피리미딘-2,5-디일, 또는 피리딘-2, 5-디일이며, 이 고리들 중 임의의 수소는 불소로 치환되어도 좋고; Y1은 불소, 염소, -C≡N, 임의의 수소가 불소로 치환된 탄소수 1 내지 3의 알킬, 임의의 수소가 불소로 치환된 알케닐, 임의의 수소가 불소로 치환된 알콕시이다.)
[35] 화학식(2), (3) 및 (4) 각각으로 나타내는 화합물 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 화합물을 더 함유하는, 사항 [18] 내지 사항 [34] 중 어느 하나의 사항에 기재된 액정 조성물.
Figure 112013002601670-pct00016
(이 식들에 있어서, R2는 직쇄의 탄소수 1 내지 10의 알킬 또는 탄소수 2 내지 10의 알케닐이며, 알킬 및 알케닐에 있어서 임의의 수소는 불소로 치환되어도 좋고, 임의의 -CH2-는 -O-로 치환되어도 좋고; X2는 불소, 염소, -OCF3, -OCHF2, -CF3, -CHF2, -CH2F, -OCF2CHF2, 또는 -OCF2CHFCF3이며; 고리 B1, 고리 B2, 및 고리 B3은 독립적으로, 1,4-시클로헥실렌, 1,3-디옥산-2,5-디일, 피리미딘-2,5-디일, 테트라히드로피란-2,5-디일, 1,4-페닐렌, 나프탈렌-2,6-디일, 임의의 수소가 불소로 치환된 1,4-페닐렌, 또는 임의의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 나프탈렌-2,6-디일이며; Z7 및 Z8은 독립적으로, -(CH2)2-, -(CH2)4-, -COO-, -CF2O-, -OCF2-, -CH=CH-, -C≡C-, -CH2O-, 또는 단결합이며; L6 및 L7은 독립적으로, 수소 또는 불소이다.)
[36] 화학식(5)으로 나타내는 화합물의 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 화합물을 더 함유하는, 사항 [18] 내지 사항 [34] 중 어느 하나의 사항에 기재된 액정 조성물.
Figure 112013002601670-pct00017
(이 식에 있어서, R3은 직쇄의 탄소수 1 내지 10의 알킬 또는 탄소수 2 내지 10의 알케닐이며, 알킬 및 알케닐에 있어서 임의의 수소는 불소로 치환되어도 좋고, 임의의 -CH2-는 -O-로 치환되어도 좋고; X3은 -C≡N 또는 -C≡C-C≡N이며; 고리 C1, 고리 C2 및 고리 C3은 독립적으로, 1,4-시클로헥실렌, 1,4-페닐렌, 임의의 수소가 불소로 치환된 1,4-페닐렌, 나프탈렌-2,6-디일, 임의의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 나프탈렌-2,6-디일, 1,3-디옥산-2,5-디일, 테트라히드로피란-2,5-디일, 또는 피리미딘-2, 5-디일이며; Z9는 -(CH2)2-, -COO-, -CF2O-, -OCF2-, -C≡C-, -CH2O-, 또는 단결합이며; L8 및 L9는 독립적으로, 수소 또는 불소이며; r은 1 또는 2이며, s는 0 또는 1이며, r+s=0, 1 또는 2이다.)
[37] 화학식(6)으로 나타내는 화합물의 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 화합물을 더 함유하는, 사항 [18] 내지 사항 [34] 중 어느 하나의 사항에 기재된 액정 조성물.
Figure 112013002601670-pct00018
(이 식에 있어서, R4 및 R5는 독립적으로, 직쇄의 탄소수 1 내지 10의 알킬 또는 탄소수 2 내지 10의 알케닐이며, 이 알킬 및 알케닐에 있어서 임의의 수소는 불소로 치환되어도 좋고, 임의의 -CH2-는 -O-로 치환되어도 좋고; 고리 D1, 고리 D2, 및 고리 D3은 독립적으로, 1,4-시클로헥실렌, 피리미딘-2,5-디일, 1,4-페닐렌, 2-플루오르-1,4-페닐렌, 3-플루오르-1,4-페닐렌, 또는 2,5-디플루오르-1,4-페닐렌이며; Z10은, -C≡C-, -COO-, -(CH2)2-, -CH=CH-, 또는 단결합이다.)
[38] 사항 [36]에 기재된 화학식(5)으로 나타내는 화합물의 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 화합물을 더 함유하는, 사항 [35]에 기재된 액정 조성물.
[39] 사항 [37]에 기재된 화학식(6)으로 나타내는 화합물의 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 화합물을 더 함유하는, 사항 [35]에 기재된 액정 조성물.
[40] 사항 [37]에 기재된 화학식(6)으로 나타내는 화합물의 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 화합물을 더 함유하는, 사항 [36]에 기재된 액정 조성물.
[41] 화학식(7), (8), (9) 및 (10) 각각으로 나타내는 화합물의 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 화합물을 더 함유하는, 사항 [18] 내지 사항 [40] 중 어느 하나의 사항에 기재된 액정 조성물.
Figure 112013002601670-pct00019
(이 식들에 있어서, R6은 직쇄의 탄소수 1 내지 10의 알킬, 탄소수 2 내지 10의 알케닐 또는 탄소수 2 내지 10의 알키닐이며, 알킬, 알케닐 및 알키닐에 있어서 임의의 수소는 불소로 치환되어도 좋고, 임의의 -CH2-는 -O-로 치환되어도 좋고; X4는 불소, 염소, -SF5, -OCF3, -OCHF2, -CF3, -CHF2, -CH2F, -OCF2CHF2, 또는 -OCF2CHFCF3이며; 고리 E1, 고리 E2, 고리 E3 및 고리 E4는 독립적으로, 1,4-시클로헥실렌, 1,3-디옥산-2,5-디일, 피리미딘-2,5-디일, 테트라히드로피란-2,5-디일, 1,4-페닐렌, 나프탈렌-2,6-디일, 임의의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 1,4-페닐렌, 또는 임의의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 나프탈렌-2,6-디일이며; Z11, Z12 및 Z13은 독립적으로, -(CH2)2-, -(CH2)4-, -COO-, -CF2O-, -OCF2-, -CH=CH-, -C≡C-, -CH2O-, 또는 단결합이며; L10 및 L11은 독립적으로, 수소 또는 불소이다.)
[42] 화학식(11)으로 나타내는 화합물의 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 화합물을 더 함유하는, 사항 [18] 내지 사항 [41] 중 어느 하나의 사항에 기재된 액정 조성물.
Figure 112013002601670-pct00020
(이 식들에 있어서, R7은 직쇄의 탄소수 1 내지 10의 알킬, 탄소수 2 내지 10의 알케닐 또는 탄소수 2 내지 10의 알키닐이며, 알킬, 알케닐 및 알키닐에 있어서 임의의 수소는 불소로 치환되어도 좋고, 임의의 -CH2-는 -O-로 치환되어도 좋고; X5는 -C≡N, -N=C=S, 또는 -C≡C-C≡N이며; 고리 F1, 고리 F2 및 고리 F3은 독립적으로, 1,4-시클로헥실렌, 1,4-페닐렌, 임의의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 1,4-페닐렌, 나프탈렌-2,6-디일, 임의의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 나프탈렌-2,6-디일, 1,3-디옥산-2,5-디일, 테트라히드로피란-2,5-디일, 또는 피리미딘-2, 5-디일이며; Z14는 -(CH2)2-, -COO-, -CF2O-, -OCF2-, -C≡C-, -CH2O-, 또는 단결합이며; L12 및 L13은 독립적으로, 수소 또는 불소이며; aa는 0, 1 또는 2이며, ab는 0 또는 1이며, aa+ab는 0, 1 또는 2이다.)
[43] 적어도 1개의 산화 방지제 및/또는 자외선 흡수제를 포함하는 사항 [18] 내지 사항 [42] 중 어느 하나의 사항에 기재된 액정 조성물.
[44] 광학적으로 등방성인 액정상이 2가지 색 이상의 회절광(回折光)을 나타내지 않는, 사항 [18] 내지 사항 [42] 중 어느 하나의 사항에 기재된 액정 조성물.
[45] 광학적으로 등방성인 액정상이 2가지 색 이상의 회절광을 나타내는, 사항 [18] 내지 사항 [42] 중 어느 하나의 사항에 기재된 액정 조성물.
[46] 액정 조성물이, 키랄네마틱상과 비액정 등방상이 공존하는 상한온도와 하한온도와의 차이가 3 내지 150℃인 조성물에 키랄제를 첨가하여 얻어지는 것인, 사항 [44] 또는 사항 [45]에 기재된 액정 조성물.
[47] 액정 조성물이, 키랄네마틱상과 비액정 등방상이 공존하는 상한온도와 하한온도와의 차이가 5 내지 150℃인 조성물에 키랄제를 첨가해서 얻어지는 것인, 사항 [44] 또는 사항 [45]에 기재된 액정 조성물.
[48] 액정 조성물이, 네마틱상과 비액정 등방상이 공존하는 상한온도와 하한온도와의 차이가 3 내지 150℃인 조성물에 키랄제를 첨가하여 얻어지는 것인, 사항 [44] 또는 사항 [45]에 기재된 액정 조성물.
[49] 액정 조성물의 총 중량에 대하여, 키랄제의 비율이 1 중량% 내지 40 중량%인, 사항 [44] 또는 사항 [48] 중 어느 하나의 사항에 기재된 액정 조성물.
[50] 액정 조성물의 총 중량에 대하여, 키랄제의 비율이 2 중량% 내지 10 중량%인, 사항 [44] 또는 사항 [48] 중 어느 하나의 사항에 기재된 액정 조성물.
[51] 70 내지 -20℃ 중 어느 온도에 있어서 카이랄네마틱상을 나타내며, 이 온도범위 중 적어도 일부에 있어서 나선 피치가 700nm이하인, 사항 [49] 또는 [50]에 기재된 액정 조성물.
[52] 키랄제가, 화학식(K1) 내지 (K5) 각각으로 나타내는 화합물의 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 화합물을 포함하는, 사항 [49] 내지 사항 [51] 중 어느 하나의 사항에 기재된 액정 조성물.
Figure 112013002601670-pct00021
(화학식(K1) 내지 (K5) 중, RK는 독립적으로, 수소, 할로겐, -C≡N, -N=C=O, -N=C=S 또는 탄소수 1 내지 20의 알킬이며, 이 알킬 중 임의의 -CH2-는, -O-, -S-, -COO-, 또는 -OCO-으로 치환되어도 좋고, 이 알킬 중 임의의 -CH2-CH2-는 -CH=CH-, -CF=CF- 또는 -C≡C-으로 치환되어도 좋고, 이 알킬 중 임의의 수소는 할로겐으로 치환되어도 좋고; A는 독립적으로, 방향족성 혹은 비방향족성의 3 내지 8원 고리, 또는, 탄소수 9 이상의 축합환이며, 이 고리의 임의의 수소가 할로겐, 탄소수 1 내지 3의 알킬 또는 할로알킬로 치환되어도 좋고, 고리 -CH2-는 -O-, -S- 또는 -NH-에서 치환되어도 좋고, -CH=은 -N=에서 치환되어도 좋고; B는 독립적으로, 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 3의 알킬, 탄소수 1 내지 3의 할로알킬, 방향족성 또는 비방향족성의 3 내지 8원 고리, 또는, 탄소수 9 이상의 축합환이며, 이 고리의 임의의 수소가 할로겐, 탄소수 1 내지 3의 알킬 또는 할로알킬로 치환되어도 좋고, -CH2-는 -O-, -S- 또는-NH-으로 치환되어도 좋고, -CH=은 -N=으로 치환되어도 좋고; Z는 독립적으로, 단결합, 탄소수 1 내지 8의 알킬렌이지만, 임의의 -CH2-는, -O-, -S-, -COO-, -OCO-, -CSO-, -OCS-, -N=N-, -CH=N-, 또는 -N=CH-으로 치환되어도 좋고, 이 알킬렌 중 임의의 -CH2-CH2-는 -CH=CH-, -CF=CF- 또는 -C≡C-으로 치환되어도 좋고, 임의의 수소는 할로겐으로 치환되어도 좋고; X는 단결합, -COO-, -OCO-, -CH2O-, -OCH2-, -CF2O-, -OCF2-, 또는 -CH2CH2-이며; mK는 1 내지 4의 정수이다.)
[53] 키랄제가, 화학식(K2-1) 내지 (K2-8), 화학식(K4-1) 내지 (K4-6) 및 화학식(K5-1) 내지 (K5-3) 각각으로 나타내는 화합물의 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 화합물을 포함하는, 사항 [49] 내지 사항 [51] 중 어느 하나의 사항에 기재된 액정 조성물.
Figure 112013002601670-pct00022
Figure 112013002601670-pct00023
Figure 112013002601670-pct00024
Figure 112013002601670-pct00025
(이 식들 중에서, RK는 독립적으로, 탄소수 3 내지 10의 알킬이며, 이 알킬 중 고리에 인접하는 -CH2-는 -O-로 치환되어도 좋고, 임의의 -CH2-CH2-는, -CH=CH-로 치환되어도 좋다.)
[54] 사항 [18] 내지 사항 [53] 중 어느 하나의 사항에 기재된 액정 조성물과, 중합성 모노머를 포함하는 혼합물.
[55] 중합성 모노머가 광중합성 모노머 또는 열중합성 모노머인, 사항 [54]에 기재된 혼합물.
[56] 사항 [54] 또는 사항 [55]에 기재된 혼합물을 중합해서 얻어지는, 광학적으로 등방성인 액정상으로 구동되는 소자에 사용되는 고분자/액정 복합 재료.
[57] 사항 [54] 또는 사항 [55]에 기재된 혼합물을 비액정 등방상 또는 광학적으로 등방성인 액정상으로 중합시켜서 얻어지는, 사항 [56]에 기재된 고분자/액정 복합 재료.
[58] 고분자/액정 복합 재료에 포함되는 고분자가 메소겐 부위를 갖는, 사항 [56] 또는 사항 [57]에 기재된 고분자/액정 복합 재료.
[59] 고분자/액정 복합 재료에 포함되는 고분자가 가교 구조를 갖는, 사항 [56] 또는 사항 [58] 중 어느 하나의 사항에 기재된 고분자/액정 복합 재료.
[60] 액정 조성물의 비율이 70 중량% 내지 99 중량%이며, 고분자의 비율이 1 중량% 내지 30 중량%인, 사항 [56] 또는 [58] 중 어느 하나의 사항에 기재된 고분자/액정 복합 재료.
[61] 한쪽 또는 양쪽의 면에 전극이 배치되어, 기판 간에 배치된 액정매체, 및 전극을 통해서 액정매체에 전계를 인가하는 전계 인가(印加) 수단을 구비한 광소자에 있어, 액정매체가, 사항 [49] 내지 사항 [53] 중 어느 하나의 사항에 기재된 액정 조성물 또는 사항 [56] 내지 사항 [60] 중 어느 하나의 사항에 기재된 고분자/액정 복합 재료인, 광소자.
[62] 한쪽 또는 양쪽의 면에 전극이 배치되어, 적어도 한쪽이 투명한 1조의 기판, 기판 간에 배치된 액정매체, 및 기판의 외측에 배치된 편광판을 가지며, 전극을 통해 액정매체에 전계를 인가하는 전계 인가(印加) 수단을 구비한 광소자로서, 액정매체가, 사항 [49] 내지 사항 [53] 중 어느 하나의 사항에 기재된 액정 조성물 또는 사항 [56] 내지 사항 [60] 중 어느 하나의 사항에 기재된 고분자/액정 복합 재료인, 광소자.
[63] 1조의 기판 중 적어도 한쪽의 기판 상에 있어서, 적어도 2방향에 전계를 인가할 수 있도록 전극이 구성되어 있는 사항 [62]에 기재된 광소자.
[64] 서로 평행하게 배치된 1조의 기판의 한쪽 또는 양쪽에, 적어도 2방향에 전계를 인가할 수 있도록 전극이 구성되어 있는 사항 [62]에 기재된 광소자.
[65] 전극이 매트릭스 형상으로 배치되어, 화소전극을 구성하고, 각 화소가 액티브 소자를 구비하고, 이 액티브 소자가 박막 트랜지스터(TFT)인 사항 [61] 내지 사항 [64] 중 어느 하나의 사항에 기재된 광소자.
본 발명에 있어서, 액정 화합물이라는 것은 메소겐을 갖는 화합물을 나타내는 것으로, 액정상을 갖는 화합물에 한정되지는 않는다. 액정매체라는 것은, 액정 조성물 및 고분자/액정 복합체의 총칭이다. 또한, 광소자라는 것은, 전기 광학 효과를 이용하여, 광변조나 광스위칭 등의 기능을 갖는 각종 소자를 가리키며, 예를 들면, 표시 소자(액정표시 소자), 광통신 시스템, 광정보처리나 여러 센서 시스템에 이용할 수 있는 광변조 소자를 들 수 있다. 광학적으로 등방성인 액정매체로의 전압 인가에 의한 굴절율의 변화를 이용한 광변조에 대해서는, 커(kerr) 효과가 알려져 있다. 커 효과라는 것은 전기 복굴절값 Δn (E)이 전기장(E)의 자승에 비례하는 현상이며, 커 효과를 나타내는 재료에서는 Δn (E)=KλE2가 성립한다 (K:커 계수(커 상수), λ:파장). 여기서, 전기 복굴절값이라는 것은, 등방성 매체에 전계를 인가했을 때에 유기되는 굴절율 이방성값이다.
본 명세서에 있어서의 용어의 사용 방법은 다음과 같다. 액정 화합물은, 네마틱상, 스멕틱상 등의 액정상을 갖는 화합물 및 액정상을 갖지는 않으나 액정 조성물의 성분으로서 유용한 화합물의 총칭이다. 키랄제는, 광학 활성 화합물이며, 액정 조성물에 원하는 배향된 분자배열을 부여하기 위해서 첨가된다. 액정표시 소자는 액정표시패널 및 액정표시모듈의 총칭이다. 액정 화합물, 액정 조성물, 액정표시 소자를 각각 화합물, 조성물, 소자로 약칭할 수도 있다. 또한, 예를 들면 액정상의 상한 온도는 액정상-등방상의 상전이 온도이며, 그리고 단지 투명점 또는 상한온도로 약기할 수 있다. 액정상의 하한온도를 단지 하한온도로 약기 할 수 있다. 화학식(1)으로 나타내는 화합물을 화합물(1)로 약기할 수 있다. 이 약기는 화학식(2) 등으로 나타내는 화합물에도 적용할 수도 있다. 화학식(1) 내지 화학식(11)에 있어서, 6각형으로 둘러싼 B, D, E 등의 기호는 각각 고리 B, 고리 D, 고리 E 등으로 대응한다. 백분률로 나타낸 화합물의 양은 조성물의 총 중량에 근거한 중량 백분률(중량%)이다. 고리 A1, Y1, B 등 복수의 같은 기호를 동일한 식 또는 다른 식에 기재하였으나, 이들은 각각 동일해도 좋고, 또는 상이해도 좋다.
"임의의"는, 위치뿐만 아니라 개수에 대해서도 임의의 것을 나타내지만, 개수가 0일 경우는 포함하지 않는다. 임의의 A가 B, C 또는 D로 치환되어도 좋다고 하는 표현은, 임의의 A가 B로 치환될 경우, 임의의 A가 C로 치환될 경우 및 임의의 A가 D로 치환될 경우에 더해, 복수의 A가 B 내지 D 중 적어도 2개로 치환될 경우를 포함하는 것을 의미한다. 예를 들면, "임의의 -CH2-가 -O-로 치환되어도 좋고, 이 알킬 중 임의의 -CH2-CH2-는 -CH=CH-로 치환되어도 좋은 알킬"에는, 알킬, 알케닐, 알콕시, 알콕시알킬, 알콕시알케닐, 알케닐옥시알킬 등이 포함된다. 한편, 본 발명에 있어서는, 연속하는 2개의 -CH2-가 -O-로 치환되어, -O-O-와 같이 되는 것은 바람직하지 못하다. 그리고 알킬에 있어서의 말단의 -CH2-가 -O-으로 치환되는 것도 바람직하지 못하다. 이하에 본 발명을 더 자세히 설명한다. 화학식(1)으로 나타내는 화합물에 있어서의 말단기, 고리 및 결합기 등에 관하여 바람직한 예도 서술한다.
본 발명의 액정 화합물은, 열, 광 등에 대한 안정성, 큰 굴절율 이방성, 큰 유전율 이방성을 가지면서, 또한 융점이 낮은 액정 화합물이며, 융점이 낮음으로써, 액정 조성물 중에 있어서 해당 화합물의 높은 함유율이 가능해진다. 액정 조성물은 열, 광 등에 대한 안정성, 광학적으로 등방성인 액정상이 높은 상한온도, 낮은 하한온도를 나타내며, 광학적으로 등방성인 액정상으로 구동시키는 소자에 있어서 낮은 구동 전압을 갖는다. 본 발명의 고분자/액정 복합 재료로 광학적으로 등방성인 액정상을 갖는 것은, 광학적으로 등방성인 액정상이 높은 상한온도, 낮은 하한온도를 나타내고, 광학적으로 등방성인 액정상으로 구동시키는 소자에 있어서 낮은 구동 전압을 갖는다.
본 발명의 광학적으로 등방성인 액정상으로 구동되는 광소자는, 사용할 수 있는 넓은 온도범위, 짧은 응답 시간, 큰 콘트라스트비, 및 낮은 구동 전압을 갖는다.
도 1은 실시예에서 사용한 빗살형 전극기판을 나타낸다.
도 2는 실시예로 사용한 광학계를 나타낸다.
1-1 화합물(1)
본 발명의 액정 화합물은 상기 화학식(1)으로 나타내는 화합물이며, 본 발명의 광학적으로 등방성인 액정상을 갖는 액정 조성물은, 상기 화학식(1)으로 나타내는 화합물을 성분A로서 포함한다. 본 발명의 액정 조성물의 제1의 태양은, 이 성분A만의 조성물, 또는 성분A와 본 명세서 중에서 특별히 성분명을 나타내지 않은 다른 기타 성분을 함유하는 조성물이다. 우선, 화학식(1)으로 나타내는 화합물에 대해서 설명한다.
Figure 112013002601670-pct00026
화학식(1)에서, R1은 탄소수 3 내지 20의 분기 알킬 또는 분기 알케닐이며, 이 분기 알킬 또는 분기 알케닐 중 임의의 -CH2-는 -O-로 치환되어도 좋고, 이 분기 알킬 또는 분기 알케닐 중 임의의 -CH2-CH2-는 -CH=CH-, -CF=CF- 또는 -C≡C-로 치환되어도 좋고, 이 분기 알킬, 또는 분기 알케닐 중 임의의 수소는 불소로 치환되어도 좋다.
분기 알킬이 구체적인 예는, 이하의 화학식(CHN1-1) 내지 (CHN1-9)에 나타내는 대로이다.
(식에서, R1a는 탄소수 1 내지 10의 알킬이며, 이 알킬 중 임의의 -CH2-는 -O-로 치환되어도 좋고, 이 알킬 중 임의의 -CH2-CH2-는 -CH=CH-로 치환되어도 좋고; R1b는 수소, 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬이며, 이 알킬 중 임의의 -CH2-는 -O-로 치환되어도 좋고, 이 알킬 중 임의의 -CH2-CH2-는 -CH=CH-로 치환되어 있어도 좋다.)
Figure 112017075001274-pct00027
분기 알킬을 갖는 화합물의 특징은, 분기 위치에 의존한다. 화학식(CHN1-1) 내지 (CHN-9)와 같이 2위, 3위, 4위 또는 1위의 탄소로 분기된 알킬 화합물은, 직쇄 화합물과 비교하여, 대단히 낮은 융점을 나타낸다.
분기 알케닐의 구체적인 예는, 이하의 화학식(CHN2-1) 내지 화학식(CHN2-32)에 나타내는 대로이다.
(식에서 R1a 및 R1b는 상술한 바와 같은 구조를 나타낸다.)
Figure 112013002601670-pct00028
Figure 112013002601670-pct00029
Figure 112013002601670-pct00030
분기 알케닐을 갖는 화합물의 특징은, 분기 위치에 의존한다. 화학식(CHN2-1) 내지 (CHN2-32)와 같이 2위, 3위, 4위 또는 1위의 탄소로 분기된 알킬 화합물은, 직쇄 화합물과 비교하여, 대단히 낮은 융점을 나타낸다.
알케닐에 있어서의 -CH=CH-의 바람직한 입체배치는, 이중 결합의 위치에 의존한다. 예를 들면, 화학식(CHN2-1)과 같은 홀수 위(位)에 이중 결합을 갖는 알케닐에 있어서는, 일반적으로 엇갈린 배열이 바람직하고, 화학식(CHN2-5)과 같은 짝수 위에 이중 결합을 갖는 알케닐에 있어서는, 일반적으로 수평 배열이 바람직하다. 바람직한 입체배치를 갖는 알케닐 화합물은, 액정상(液晶相)이 넓은 온도범위를 갖는다. 문헌(Mol. Cryst. Liq. Cryst., 1985, 131, 109 및 Mol. Cryst. Liq. Cryst., 1985, 131, 327)에 상세한 설명이 있다. 또한 이중 결합의 위치는, 다른 이중 결합 및 1,4-페닐렌 등의 고리과 공역을 만들지 않는 위치가 바람직하다.
분기 알콕시, 및 분기 알콕시알케닐의 구체적인 예는, 이하의 화학식 (CHN3-1) 내지 (CHN3-15)에 나타내는 바와 같다.
(식에서 R1a 및 R1b는, 상술한 것과 같은 구조를 나타낸다.)
Figure 112013002601670-pct00031
분기 알콕시 및 분기 알콕시알케닐을 갖는 화합물의 특징은, 분기 위치에 의존한다. 화학식(CHN3-1) 내지 (CHN3-15)와 같이 2위, 3위 또는 4위의 탄소로 분기된 알킬 화합물은, 직쇄화합물에 비해 아주 낮은 융점을 나타낸다. 또한 분기 알콕시알케닐에 있어서의 이중 결합의 위치는, 다른 이중 결합 및 1,4-페닐렌 등의 고리와 공역을 만들지 않는 위치가 바람직하다.
R1a 및 R1b의 바람직한 예는, 수소, -CH3, -C2H5, -C3H7, -C4H9, -C5H11, -C6H13, -C7H15, -C8H17, -C9H19, 및 -C10H21이다. 보다 바람직하게는, R1a 및 R1b 중 어느 하나가, -CH3, -C2H5 또는 -C3H7이다.
R1a 및 R1b에 있어서 임의의 -CH2-를 -O-에서 치환하거나, 또는 임의의 -CH2-CH2-를 -CH=CH-로 치환한 기(基)의 예는, CH3(CH2)2O-, CH3-O-(CH2)2-, CH3-O-CH2-O-, CH2=CH-(CH2)3-, CH3-CH=CH-(CH2)2-, CH3-CH=CH-CH2O- 등이다.
또한, R1a 중 임의의 -CH2-를 -O-로 치환하거나, 또는 임의의 -CH2-CH2-를 -C≡C- 또는 -CH=CH-로 치환한 기(基) 중 임의의 수소가 할로겐으로 치환된 기(基)의 예로서는, CF2=CH-, CH2F(CH2)2O-, CH2FCH2C≡C-를 들 수 있다.
화학식(1)에서, 고리 A1, A2, A3, A4, 및 A5는 독립적으로, 1,4-페닐렌, 1,3-디옥산-2,5-디일, 테트라히드로피란-2,5-디일, 테트라히드로피란-3,6-디일, 피리미딘-2,5-디일, 피리딘-2,5-디일, 또는 나프탈렌-2,6-디일이며, 이 고리 중 임의의 수소는 불소 또는 염소로 치환되어도 좋다.
고리 A1, A2, A3, A4, 및 A5의 바람직한 예는, 화학식(RG-1) 내지 (RG-16)이다.
 
Figure 112013002601670-pct00032
고리 A1, A2, A3, A4, 및 A5의 보다 바람직한 예는, 화학식(RG-1) 내지 (RG-3), 화학식(RG-5) 내지 (RG-7), 화학식(RG-12) 내지 (RG-16)로 나타내는 구조다. 특히, 1개 또는 2개의 수소가 불소로 치환된 1,4-페닐렌인 화학식(RG-2) 또는 (RG-3)을 갖는 화합물은, 유전율 이방성이 크다. 또한 화학식(RG-2) 또는 (RG-3)으로 나타내는 고리를 2개 이상 갖는 화합물은 특히 유전율 이방성이 크다.
또한, 고리 A1이 화학식(RG-2) 또는 (RG-3)인 화합물은, 융점이 낮다.
식(1)에 있어서 Z1, Z2, Z3 Z4는 독립적으로, 단결합 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬렌이며, 이 알킬렌 중 임의의 -CH2-는, -O-, -COO-, -OCO-, 또는 -CF2O-로 치환되어도 좋고, 이 알킬렌 중 임의의 -CH2-CH2-는 -CH=CH-, -CF=CF- 또는 -C≡C-으로 치환되어도 좋다.
Z1, Z2, Z3 Z4의 바람직한 예는, 단결합, -CH2-, -(CH2)2-, -COO-, -CF2O-, 또는 -CH=CH-이다. 보다 바람직하게는, Z1, Z2, Z3 Z4 중, 어느 하나가 -COO-, 또는 -CF2O-이다.
화학식(1)에서 Y1은 불소, 염소, -SF5, -C≡N, -N=C=S, 또는 임의의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1 내지 3의 알킬이며, 이 알킬에 있어서 임의의 -CH2-는, -O-로 치환되어도 좋고, 이 알킬 중 임의의 -CH2-CH2-는 -CH=CH-, 또는 -C≡C-으로 치환되어도 좋다.
임의의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 알킬의 구체적인 예는, -CHF2, -CF3, -CF2CH2F, -CF2CHF2, -CH2CF3, -CF2CF3, -(CH2)3-F, -(CF2)3-F, -CF2CHFCF3, 및-CHFCF2CF3이다.
임의의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 알콕시의 구체적인 예는, -OCHF2, -OCF3, -OCF2CH2F, -OCF2CHF2, -OCH2CF3, -O-(CF2)3-F, -OCF2CHFCF3, 및 -OCHFCF2CF3이다.
임의의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 알케닐의 구체적인 예는, -CH=CF2, -CF=CHF, -CH=CHCH2F, -CH=CHCF3, -(CH2)2-CH=CF2, -CH2CH=CHCF3, 및 -CH=CHCF2CF3이다.
바람직한 Y1이 구체적인 예는, 불소, 염소, -C≡N, -CF3, -CHF2, -OCF3 및 -OCHF2이다. 보다 바람직한 Y1의 예는, 불소, 염소, -C≡N, -CF3 및 -OCF3이다. Y1이 염소, 불소인 경우는 융점이 낮아, 다른 액정 화합물과의 상용성이 특히 좋다. Y1이 -C≡N, -CF3, -CHF2, -OCF3 및 -OCHF2인 경우는, 특히 큰 유전율 이방성을 나타낸다.
화학식(1)에 있어서 m, n, 및 p는 독립적으로, 0 또는 1이며, 1≤m+n+p≤3이다.
화학식(1)에 있어서 바람직한 것은, 화학식(1-1) 및 (1-2)으로 나타내는 구조다.
Figure 112013002601670-pct00033
(화학식(1-1) 내지 (1-2)에 있어서, R1은 탄소수 3 내지 20의 분기 알킬 또는 분기 알케닐이며; A1은, 1,4-페닐렌, 1,3-디옥산-2,5-디일, 테트라히드로피란-2,5-디일, 테트라히드로피란-3,6-디일, 피리미딘-2,5-디일, 또는 피리딘-2, 5-디일이며, 이 고리 중 임의의 수소는 불소로 치환되어도 좋고; Z1, Z2, Z3 Z4은 독립적으로, 단결합, -CH2CH2-, -COO-, 또는 -CF2O-이지만, Z1, Z2, Z3 Z4 중 어느 1개는 -COO-, 또는 -CF2O-이며; Y1은 불소, 염소, -C≡N, 또는 임의의 수소가 불소로 치환된 탄소수 1 내지 3의 알킬이며, 이 알킬 중 임의의 -CH2-는 -O-로 치환되어도 좋고, 이 알킬 중 임의의 -CH2-CH2-는 -CH=CH-으로 치환되어도 좋고; X는, 불소 또는 염소이며; 또한, 아래와 같은 1,4-페닐렌과 (X)를 직선으로 결합한 표기는, 1개 또는 2개의 수소가 X로 치환되어도 좋은 1,4-페닐렌을 나타낸다.)
Figure 112013002601670-pct00034
이들 중에서도, R1이 화학식(CHN1-1) 내지 (CHN1-9) 중 어느 1개로 나타내는 구조이며; Z1, Z2, Z3 Z4는 독립적으로, 단결합, -(CH2)2-, -COO- 또는 -CF2O-이지만, 적어도 하나는 -COO- 또는 -CF2O-이며; X는 불소 또는 염소이며, Y1은 불소, 염소, -C≡N, -CF3, 또는 -OCF3인 화합물이 특히 바람직하다.
화학식(1-1) 내지 (1-2)로 나타내는 화합물에 있어서, 보다 바람직하게는, 하기의 화학식(1-1-1) 내지 (1-1-8), 및 화학식(1-2-1) 내지 (1-2-16)이다. 이 중에서, 보다 바람직하게는, 화학식(1-1-1) 내지 (1-1-2), 화학식(1-2-1) 내지 (1-2-6)이다.
Figure 112013002601670-pct00035
Figure 112013002601670-pct00036
Figure 112013002601670-pct00037
이들 식에 있어서, R1a는 탄소수 1 내지 10의 알킬, 또는 탄소수 1 내지 10의 알케닐이며; R1b는 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬이며; M은 -CH2- 또는 -O-이며; A1은, 1,4-페닐렌, 1,3-디옥산-2,5-디일, 테트라히드로피란-2,5-디일, 테트라히드로피란-3,6-디일, 피리미딘-2,5-디일, 또는 피리딘-2,5-디일이며, 이 고리들 중 임의의 수소는 불소로 치환되어도 좋고; L2, L3, L4 및 L5는 독립적으로, 수소, 불소 또는 염소이며; Y1은 불소, 염소, -C≡N, 임의의 수소가 불소로 치환된 탄소수 1 내지 3의 알킬, 임의의 수소가 불소로 치환된 알케닐, 또는 임의의 수소가 불소로 치환된 알콕시이다.
화학식(1-1-1) 내지 (1-1-8), 및 화학식(1-2-1) 내지 (1-2-16)에 있어서, L1, L2, L3, L4 및 L5는 독립적으로, 수소, 불소, 또는 염소이다. L1이 불소인 경우는 융점이 낮아, 다른 액정 화합물과의 상용성이 뛰어나다. L2, L3, L4 및 L5 중 적어도 하나가 염소 또는 불소인 경우는, 큰 유전율 이방성을 가지며, 화합물의 융점이 낮아, 다른 액정 화합물과의 상용성이 좋다. 어느 1개가 수소 또는 불소인 것이 바람직하다.
1-2 화합물(1)의 성질
본 발명으로 사용되는 화합물(1)을 더욱 상세하게 설명한다. 화합물(1)은 분기 알킬기 또는 분기 알케닐기를 갖는 액정 화합물이다. 이 화합물은, 소자가 통상적으로 사용되는 조건하에 있어서 물리적 및 화학적으로 지극히 안정적이며, 그리고 다른 액정 화합물과의 상용성이 좋다. 게다가 스멕틱상이 발현되기 어렵다. 이 화합물을 함유하는 조성물은 소자가 통상적으로 사용되는 조건하에서 안정적이다. 따라서 조성물에 있어서 광학적으로 등방성인 액정상의 온도범위를 넓히는 것이 가능해지고, 폭넓은 온도범위에서 표시 소자로서 사용할 수 있다. 게다가 이 화합물은 유전율 이방성과 굴절율 이방성이 크기 때문에, 광학적으로 등방성인 액정상에서 구동되는 조성물의 구동 전압을 내리기 위한 성분으로서 유용하다. 또한, 화합물(1)과 키랄제로 조제된 조성물에서 블루상을 발현시키면, N*상이나 등방상과의 공존이 없는 균일한 블루상이 되기 쉽다. 다시 말해, 화합물(1)은 균일한 블루상을 발현시키기 쉬운 화합물이다.
화합물(1)의 m, n, 및 p의 조합과, 좌말단기 R1, 우말단기 Y1, 혹은 결합기 Z1 내지 Z4를 적절하게 선택함으로써, 투명점, 굴절율 이방성, 유전율 이방성 등의 물성을 임의로 조정하는 것이 가능하다. m, n, 및 p의 조합, 좌말단기 R1, 우말단기 Y1, 결합기 Z1 내지 Z4, 및 1,4-페닐렌 중 L2 내지 L5의 종류가, 화합물(1)의 물성에 주는 효과를 이하에 설명한다.
일반적으로, m+n+p=3인 화합물은 투명점이 높고, 큰 굴절율 이방성을 나타낸다. m+n+p=2인 화합물은 융점이 낮아, 다른 액정 화합물과의 상용성이 좋다. m+n+p=1인 화합물은 융점이 아주 낮다.
R1이 광학 활성기인 화합물은, 키랄 도펀트로서 유용하다. R1이 광학 활성기가 아닌 화합물은 조성물의 성분으로서 유용하다. R1이 알케닐일 때, 바람직한 입체배치는 이중 결합의 위치에 의존한다. 바람직한 입체배치를 갖는 알케닐 화합물은 액정상이 넓은 온도범위를 갖는다.
결합기 Z1, Z2, Z3 Z4가 단결합, -CH2CH2-, -CH=CH-, -CF2O-, -OCF2-, -CH2O-, -OCH2-, -CF=CF-, -(CH2)3-O-, -O-(CH2)3-, -(CH2)2-CF2O-, -OCF2-(CH2)2-, 또는 -(CH2)4-일 때는 점도가 작다. 결합기가 단결합, -(CH2)2-, -CF2O-, -OCF2-, 또는 -CH=CH-일 때는 점도가 보다 작다. 결합기가 -CH=CH-일 때는 액정상의 온도범위가 넓고, 그리고 탄성 정수비 K33/K11(K33: 벤드 탄성 정수, K11: 스프레이 탄성정수)가 크다. 결합기가 -C≡C-일 때는 굴절율 이방성이 크다. 결합기가 -COO-, -CF2O-일 때는 유전율 이방성이 크다. Z1, Z2, Z3 Z4가 단결합, -(CH2)2-, -CH2O-, -CF2O-, -OCF2-, -(CH2)4-일 때는 화학적으로 안정적이며 열화를 일으키기 어렵다.
우말단기 Y1이 불소, 염소, -C≡N, -SF5, -CF3, -OCF3, 또는 -CH=CH-CF3일 때는 유전율 이방성이 크다. Y1이 불소, -CF3, 또는 -OCF3일 때는, 화학적으로 안정적이다.
L2, L3, L4 및 L5가, 수소 또는 염소일 때는 융점이 낮고, 불소일 때는 유전율 이방성이 크다. L1 내지 L5 중 적어도 2개 이상이 불소일 때는 유전율 이방성이 대단히 크다. 또한 L1 내지 L5 중, 적어도 1개가 염소일 때는 다른 액정 화합물과의 상용성이 좋다.
이상과 같이, 고리 구조, 말단기, 결합기 등의 종류를 적당히 선택하는 것에 의해 목적하는 물성을 갖는 화합물을 얻을 수 있다.
1-3 화합물(1)의 구체적인 예
화합물(1)의 바람직한 예는, 화학식(1-1) 내지 (1-2)이다. 보다 바람직한 예는, 화학식(1-1-1) 내지 (1-1-8) 및 화학식(1-2-1) 내지 (1-2-16)이다. 이 중에서, 화학식(1-1-1) 내지 (1-1-8), 및 화학식(1-2-1) 내지 (1-2-6)가 더욱 바람직하다.
구체적 화합물로서, 하기 화학식(1-1-1a) 내지 (1-2-16j)의 화합물을 들 수 있다.
(식에서, R1a 및 R1b는 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬이며; L1, L2, L3, 및 L4는 수소, 불소 또는 염소이며; Y1은 불소, 염소, -SF5, -C≡N, -N=C=S, -CF3, -CF2H, -OCF3, 또는 -OCF2H이다.)
Figure 112013002601670-pct00038
Figure 112013002601670-pct00039
Figure 112013002601670-pct00040
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Figure 112013002601670-pct00068

1-4 화합물(1)의 합성
다음은, 화합물(1)의 합성에 대해서 설명한다. 화합물(1)은 유기합성화학에 있어서의 수법을 적절하게 조합시키는 것으로 합성할 수 있다. 출발물에 목적하는 말단기, 고리 및 결합기를 도입하는 방법은, 문헌(Organic Syntheses, John Wiley & Sons, Inc, Organic Reactions, John Wiley & Sons, Inc, Comprehensive Organic Synthesis, Pergamon Press, 신실험화학강좌(마루젠(丸善)) 등)에 기재되어 있다.
1-4-1 분기 알킬의 합성
분기 알킬을 좌말단기에 도입하는 방법은 몇 가지 존재하지만, 기본적으로는, 하기의 방법으로 분기 알킬의 할로겐 유도체(93)를 준비하고, 이어서 팔라듐 촉매의 존재하에서, 이 할로겐 유도체의 그리냐르 시약(Grignard reagent)과, 방향족 등의 할로겐 유도체(94)와의 크로스 커플링 반응에 의해 분기 알킬기를 도입한다.
(식에서, Alkyl은 분기 알킬; X1은 할로겐, 트리플레이트기(triflate group), 메실기(mesyl group), 또는 토실기(tosyl group); Core는, 고리 구조를 갖는 유기기, 보호기(Pro)를 도입한 알코올 유도체, 또는 에스테르 유도체를 나타낸다.)
Figure 112013002601670-pct00069
분기 알킬의 할로겐 유도체(93)는 시판되고 있는 것을 사용할 것인가, 혹은, 대응하는 분기 알킬의 카복실산 유도체(91), 또는 분기 알킬의 알코올 유도체(92) 등에서 공지의 방법에 의해 할로겐 유도체(93)로 변환할 수 있다.
또한, 일반 합성 시약으로 여러 가지 방법에 의해 분기 알킬을 구축할 수 있다. 아래에 그 일례를 나타낸다.
(식에서, X1은 할로겐, 트리플레이트기, 메실기, 및 토실기를 나타내며; X2는 MgBr, MgCl, 및 Li를 나타낸다.)
Figure 112013002601670-pct00070
대응하는 할로겐 유도체(100)에, 예를 들면 마그네슘을 작용시켜서 그리냐르 시약을 조제하여, 포르밀화제(formylating agent)를 가하는 것으로 알데히드 유도체(101)로 유도할 수 있다. 화합물(101)은, (메톡시메틸)트리페닐포스핀 브롬화물(triphenylphosphine bromide)과 염기를 사용한 위티그(Wittig) 반응과, 여기에 이어지는 가수분해반응의 조작((a))을 반복하는 것으로, 필요한 사슬형상의 알데히드 유도체((102), (103), (104), 및 (10m))를 준비한다.
2위에서 분기된 알킬 또는 알케닐을 합성할 경우에는, 화합물(102)을 대응하는 알킬 그리냐르 시약 등과 반응시킨 후에, 산화 반응을 실시하여 화합물(102-1)로 유도하여, 대응하는 알킬 그리냐르 시약 등을 더 작용시키는 것으로, 분기 알킬의 알코올 유도체(102-2)를 얻는다.
분기 알케닐(102-3)은, 알코올 유도체(102-2)를 산(酸) 등으로 탈수 반응을 실시하는 것에 의해 얻을 수 있고, 또한 분기 알킬(102-4)은, 화합물(102-3)을 수소환원을 실시하는 것으로 얻을 수 있다.
3위의 분기 알케닐(103-3) 및 분기 알킬(103-4), 4위의 분기 알케닐(104-3) 및 분기 알킬(104-4), 1위의 분기 알케닐(101-3) 및 분기 알킬(101-4)도, 같은 방법에 의해 합성할 수 있다.
또한, 상술한 유도체, 예를 들면 화합물(103-1)로부터, 아래와 같이 Tebbe반응, Wittig반응, 또는 올레핀 메타세시스 반응을 이용하여, 분기 알케닐((103-5, 및 (103-6))을 합성하는 방법도 있다.
Figure 112013002601670-pct00071
나아가, 분기 알킬 및 분기 알케닐에, 산소를 도입하는 방법의 일례를 하기에 나타낸다.
Figure 112013002601670-pct00072
대응하는 유도체, 예를 들면 화합물(10m)에서, 환원 반응에 의해 알코올 유도체(10m-1)로 유도한 후에, 할로겐의 유도체와 염기를 작용시켜서 에테르화를 실시하는 것으로, 분기 알킬에 에테르 결합을 도입할 수 있다. 분기 알케닐에 대해서도, 같은 방법으로 에테르 결합을 도입할 수 있다.
그 외, 분기 알킬 및 분기 알케닐에, 알킨(alkyne)을 도입하는 방법의 일 에를 하기에 나타낸다.
Figure 112013002601670-pct00073
대응하는 할로겐 유도체(100)로부터, 팔라듐(Palladium) 촉매와 Cu를 사용한 소노가시라(Sonogashira) 반응에 의해 알킨 유도체와 반응시켜서 화합물(105-1)을 얻고, 이어서 산화 반응, 그리냐르 반응을 실시하는 것에 의해 화합물(105-3)로 변환할 수 있다. 이 화합물(105-3)에 트리에틸실란과 할로겐화 붕소를 작용시켜서, 분기 화합물(105-4)을 얻을 수 있다.
1-4-2 결합기 Z 1 내지 Z 4 를 생성하는 방법
화합물(1)에 있어서의 결합기 Z1 내지 Z4를 생성하는 방법의 일례는, 하기의 스킴(scheme)과 같다. 이 스킴(scheme)에 있어서, MSG1 또는 MSG2는 적어도 하나의 고리를 갖는 1가의 유기기이다. 스킴에서 사용한 복수의 MSG1(또는 MSG2)은, 동일해도 좋고, 또는 달라도 좋다. 화합물(1A) 내지 (1J)는, 화합물(1)에 상당한다.
Figure 112013002601670-pct00074
Figure 112013002601670-pct00075

다음에, 화합물(1)에 있어서의 결합기 Z1 내지 Z4에 대해서, 각종 결합의 생성 방법을 이하의 사항 (I) 내지 (X)에서 설명한다.
(I) 단결합의 생성
아릴붕산(20)과 공지의 방법으로 합성되는 화합물(21)을, 탄산염수용액과 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐과 같은 촉매의 존재하에서 반응시켜서 화합물(1A)을 합성한다. 이 화합물(1A)은, 공지의 방법으로 합성되는 화합물(22)에 n-부틸리튬을, 이어서 염화아연을 반응시켜서, 디클로로비스(트리페닐포스핀)팔라듐과 같은 촉매의 존재하에서 화합물(21)을 반응시키는 것에 의해서도 합성된다.
(II) -COO-과-OCO-의 생성
화합물(22)에 n-부틸리튬을, 계속해서 이산화탄소를 반응시켜서 카복실산(23)을 얻는다. 화합물(23)과, 공지의 방법으로 합성되는 페놀(24)을 DCC(1,3-디시클로헥실카르보디이미드)와 DMAP(4-디메틸아미노피리딘)의 존재하에서 탈수시켜서 -COO-를 갖는 화합물(1B)을 합성한다. 이 방법에 의해 -OCO-를 갖는 화합물도 합성한다.
(III) -CF2O-과 -OCF2-의 생성
화합물(1B)을 로손시약(Lawesson's Reagent)과 같은 유황화제로 처리해서 화합물(25)을 얻는다. 화합물(25)을 불화수소 피리딘착체(pyridine complex)와 NBS(N-브로모숙신이미드(Bromosuccinimide))로 불소화하고, -CF2O-를 갖는 화합물(1C)을 합성한다. 문헌(M. Kuroboshi et al., Chem. Lett., 1992, 827.) 참조. 화합물(1C)은 화합물(25)을 (디에틸아미노)삼불화황(sulfur trifluoride)(DAST)으로 불소화해도 합성된다. 문헌(W. H. Bunnelle et al., J. Org. Chem. 1990, 55, 768.) 참조. 이 방법으로 -OCF2-를 갖는 화합물도 합성한다. 문헌(Peer. Kirsch et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 1480.)에 기재된 방법으로 이 결합기를 생성시키는 것도 가능하다.
(IV) -CH=CH-의 생성
화합물(22)을 n-부틸리튬으로 처리한 후, N, N-디메틸포름아미드(DMF) 등의 포름아미드와 반응시켜서 알데히드(27)를 얻는다. 공지의 방법으로 합성되는 포스포늄 염(26)을 칼륨 tert-부톡시드와 같은 염기로 처리하여 발생시킨 린 일리드(phosphorus ylide)를, 알데히드(27)에 반응시켜서 화합물(1D)을 합성한다. 반응 조건에 따라서는 시스(CIS)체가 생성되므로, 필요에 따라 공지의 방법에 의해 시스(CIS)체를 트랜스(trans)체로 이성화한다.
(V) -(CH2)2-의 생성
화합물(1D)을 팔라듐 탄소와 같은 촉매의 존재하에서 수소화하는 것에 의해, 화합물(1E)을 합성한다.
(VI) -(CH2)4-의 생성
포스포늄 염(26) 대신 포스포늄 염(28)을 사용하여, 사항 (IV)의 방법에 따라 -(CH2)2-CH=CH-를 갖는 화합물을 얻는다. 이를 접촉 수소화하여 화합물(1F)을 합성한다.
(VII) -C≡C-의 생성
디클로로팔라듐과 할로겐화 구리와의 촉매 존재하에서, 화합물(22)에 2-메틸-3-부틴-2-올(ol)을 반응시킨 뒤, 염기성 조건하에서 탈(脫)보호하여 화합물(29)을 얻는다. 디클로로비스트리페닐포스핀팔라듐과 할로겐화 구리와의 촉매 존재하에서, 화합물(29)을 화합물(21)과 반응시켜서, 화합물(1G)을 합성한다.
(VIII) -CF=CF-의 생성
화합물(22)을 n-부틸리튬으로 처리한 뒤, 테트라플루오로에틸렌(tetrafluoroethylene)을 반응시켜서 화합물(30)을 얻는다. 화합물(21)을 n-부틸리튬으로 처리한 뒤 화합물(30)과 반응시켜서 화합물(1H)을 합성한다.
(IX) -CH2O- 또는 -OCH2-의 생성
화합물(27)을 수소화 붕소 나트륨 등의 환원제로 환원해서 화합물(31)을 얻는다. 이를 브로민화 수소산 등으로 할로겐화하여 화합물(32)을 얻는다. 탄산칼륨등의 존재하에서, 화합물(32)을 화합물(24)과 반응시켜서 화합물(1I)을 합성한다.
(X) -(CH2)3O- 또는 -O(CH2)3-의 생성
화합물(27) 대신 화합물(33)을 사용하여, 상기 사항(IX)과 같은 방법으로 화합물(1J)을 합성한다.
1-4-3 고리 A 1 내지 A 5 를 합성하는 방법
1,4-페닐렌, 1,3-디옥산-2,5-디일, 2-플루오르-1,4-페닐렌, 2, 3-디플루오르-1,4-페닐렌, 2,5-디플루오르-1,4-페닐렌, 2,6-디플루오르-1,4-페닐렌, 2,3,5,6-테트라플루오르-1,4-페닐렌, 피리미딘-2,5-디일, 피리딘-2,5-디일, 등의 고리에 관해서는 출발물이 시판되고 있거나, 또는 합성법이 잘 알려져져 있다.
1-4-4 화합물(1)을 합성하는 방법
화학식 (1)로 나타내는 화합물을 합성하는 방법은 복수 있으며, 시판되고 있는 시약으로 적절히, 본 명세서의 실시예나 문헌, 서적을 참고로 하여 합성하는 것이 가능하다. 아래에 그 일례를 나타낸다. 화합물(1)의 합성 방법은, 여기서 나타낸 합성예에 한정하는 것은 아니다.
Figure 112013002601670-pct00076
Figure 112013002601670-pct00077

먼저, 1-4-1에 나타낸 방법으로 분기 알킬의 할로겐 유도체(110)를 준비하여, 화합물(110)에 마그네슘 등을 작용시킨 것과, 대응하는 할로겐 유도체(111)와의 크로스 커플링 반응을 실시하는 것으로, 화합물(112)을 얻을 수 있다. 화합물(112)을 할로겐 유도체 등으로 변환한 후에, 팔라듐 촉매를 사용한 커플링 반응을 필요한 회수만큼 되풀이하는 것에 의해, 중간체(114)를 얻을 수 있다.
중간체(114)를 출발 원료로 하여, 여러 종류의 화합물(1)을 얻을 수 있다.
예를 들면, 붕소산 유도체(115)와의 커플링 반응을 더 실시하는 것으로, 단결합을 갖는 화합물(1)을 얻을 수 있다.
또한, 알킬 리튬과 디브로모디플루오르메탄(Dibromodifluoromethane)을 작용시킨 후에, 페놀 유도체(116)와 에테르화 반응을 실시하는 것에 의해, CF2O결합을 갖는 화합물(1)을 얻을 수 있다.
또한, 알킬 리튬과 드라이아이스(dry ice)를 사용해서 카복실산 유도체로 변환한 후에, DCC(디시클로헥실카르보디이미드)와 DMAP(디메틸아미노피리딘)을 사용해서 에스테르화 반응을 실시하는 것에 의해, 에스테르 결합을 갖는 화합물(1)을 얻을 수 있다.
2 화합물(2) 내지 (11)
본 발명의 제2의 태양은, 상기 화학식(1)으로 나타내는 화합물인 성분A에 이하에 나타내는 성분B, C, D 및 E에서 선택된 성분을 더하는 것으로 얻을 수 있는 액정 조성물이며, 성분A만의 조성물에 비해, 구동 전압, 액정상 온도범위, 굴절율 이방성값, 유전율 이방성값 및 점도 등을 자유롭게 조정할 수 있다.
성분A에 더하는 성분으로서, 상기 화학식(2), (3) 및 (4)으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 화합물로 이루어지는 성분B, 또는 상기 화학식(5)으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 화합물로 이루어지는 성분C, 또는 상기 화학식(6)으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 화합물로 되는 성분D, 또는 상기 화학식(7) 내지 (10)으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 화합물로 되는 성분E, 또는 상기 화학식(11)으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 화합물로 되는 성분F를 혼합한 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 사용되는 액정 조성물의 각 성분에 있어서는, 각 원소의 동위체 원소로 이루어지는 유연체(類緣體)와 그 물리적 특성에 있어 큰 차이가 없으므로, 사용할 수 있다.
상기 성분B 중, 화학식(2)으로 나타내는 화합물의 적절한 예로서 화학식(2-1) 내지 (2-16), 화학식(3)으로 나타내는 화합물의 적절한 예로서 화학식(3-1) 내지 (3-112), 화학식(4)으로 나타내는 화합물의 적절한 예로서 화학식(4-1) 내지 (4-52)를 각각 들 수 있다.
Figure 112013002601670-pct00078
Figure 112013002601670-pct00079
Figure 112013002601670-pct00080
Figure 112013002601670-pct00081
Figure 112013002601670-pct00082
Figure 112013002601670-pct00083
Figure 112013002601670-pct00084
Figure 112013002601670-pct00085
(식에서, R2, X2는 상기와 같은 정의를 나타낸다)
이들 화학식(2) 내지 (4)로 나타내는 화합물 즉, 성분B는, 유전율 이방성값이 플러스이고, 열 안정성이나 화학적 안정성이 대단히 좋으므로, TFT용 액정 조성물을 조제할 경우에 사용된다. 본 발명의 액정 조성물에 있어서의 성분B의 함유량은, 액정 조성물의 총 중량에 대하여 1 내지 99 중량%의 범위가 적절하지만, 바람직하게는 10 내지 97 중량%, 보다 바람직하게는 40 내지 95 중량%이다.
상기 화학식(5)으로 나타내는 화합물 즉, 성분C 중 적절한 예로서, 화학식(5-1) 내지 (5-62)를 들 수 있다.
Figure 112013002601670-pct00086
Figure 112013002601670-pct00087
Figure 112013002601670-pct00088
(이 식에 있어서, R3 및 X3은 상기와 같은 정의다)
이들의 화학식(5)으로 나타내는 화합물 즉, 성분C는, 유전율 이방성 값이 플러스로 그 값이 대단히 크다. 이 성분C를 함유시키는 것에 의해, 조성물 구동 전압을 작게 할 수 있다. 또한, 점도의 조정, 굴절율 이방성값의 조정 및 액정상 온도범위를 넓힐 수 있다.
성분C의 함유량은, 조성물 전량에 대하여 바람직하게는 0.1 내지 99.9 중량%의 범위, 보다 바람직하게는 10 내지 97 중량%의 범위, 더욱 더 바람직하게는 40 내지 95 중량%의 범위다. 또한, 후술하는 성분을 혼합하는 것으로 임계값 전압, 액정상 온도범위, 굴절율 이방성값, 유전율 이방성값 및 점도 등을 조정할 수 있다.
화학식(6)으로 나타내는 화합물(성분D)의 적절한 예로서, 각각 화학식(6-1) 내지 (6-6)를 들 수 있다.
Figure 112013002601670-pct00089
(식에서, R4 및 R5는 상기와 같은 정의를 나타낸다)
화학식(6)으로 나타내는 화합물(성분D)은, 유전율 이방성 값의 절대치가 작고, 중성에 가까운 화합물이다. 화학식(6)으로 나타내는 화합물은 투명점을 높게 하는 등의 광학적으로 등방성인 액정상의 온도범위를 넓히는 효과, 또는 굴절율 이방성 값의 조정의 효과가 있다.
성분D로 나타내는 화합물의 함유량을 증가시키면 액정 조성물의 구동 전압이 높아져, 점도가 낮아지므로, 액정 조성물의 구동 전압의 요구 값을 만족시키는 한, 함유량은 많은 쪽이 바람직하다. TFT용 액정 조성물을 조제할 경우, 성분D의 함유량은, 조성물 전량에 대하여 바람직하게는 60 중량% 이하, 보다 바람직하게는 40 중량% 이하이다.
본 발명의 액정 조성물은, 본 발명의 화학식(1)으로 나타내는 화합물의 적어도 1종류를 0.1 내지 99 중량%의 비율로 함유하는 것이, 우량한 특성을 발현시키기 위해서 바람직하다.
본 발명의 액정 조성물의 조제는, 공지의 방법, 예를 들면 필요한 성분을 고온도 하에서 용해시키는 방법 등으로 일반적으로 조제된다.
3 화합물(7) 내지 (11)
본 발명의 제3의 태양은, 성분A에, 이하에 나타내는 성분E 및 F에서 선택된 성분을 더하는 것으로 얻을 수 있는 액정 조성물이다.
성분A에 더하는 성분으로서, 상기 화학식(7), (8), (9) 및 (10)으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 화합물로 이루어지는 성분E, 또는 상기 화학식(11)으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 화합물로 이루어지는 성분F를 혼합한 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 사용되는 액정 조성물의 각 성분은, 각 원소의 동위체 원소로 이루어지는 유연체라도 그 물리적 특성에 있어서 큰 차이는 없다.
상기 성분F 중, 화학식(7)으로 나타내는 화합물의 적절한 예로서 화학식(7-1) 내지 (7-8), 화학식(8)으로 나타내는 화합물의 적절한 예로서 화학식(8-1) 내지 (8-26), 화학식(9)으로 나타내는 화합물의 적절한 예로서 화학식(9-1) 내지 (9-22), 화학식(10)으로 나타내는 화합물의 적절한 예로서 화학식(10-1) 내지 (10-5)를 각각 들 수 있다.
Figure 112013002601670-pct00090
Figure 112013002601670-pct00091
Figure 112013002601670-pct00092
Figure 112013002601670-pct00093
(식에서, R6, X4는 상기와 같은 정의를 나타내고, (F)는 수소 또는 불소를 나타내고, (F, Cl)는 수소, 불소 또는 염소를 나타낸다.)
이들 화학식(7) 내지 (10)로 나타내는 화합물 즉, 성분E는, 유전율 이방성값이 플러스이면서 동시에 대단히 크고, 열 안정성이나 화학적 안정성이 대단히 좋으므로, TFT구동 등의 액티브 구동용 액정 조성물을 조제할 경우에 적합하다. 본 발명의 액정 조성물에 있어서의 성분F의 함유량은, 액정 조성물의 총 중량에 대하여 1 내지 99 중량%의 범위가 알맞지만, 바람직하게는 10 내지 97 중량%, 보다 바람직하게는 40 내지 95 중량%이다. 또한 화학식(6)으로 나타내는 화합물(성분D)을 더 함유시키는 것으로 투명점 및 점도조정을 할 수 있다.
상기 화학식(11)으로 나타내는 화합물 즉, 성분F 중의 적절한 예로서, 화학식(11-1) 내지 (11-37)를 들 수 있다.
Figure 112013002601670-pct00094
Figure 112013002601670-pct00095
(이들 식에 있어서, R7, X5, (F) 및 (F, Cl)은 상기와 같은 정의다)
이들 화학식(11)으로 나타내는 화합물 즉, 성분F는, 유전율 이방성값이 플러스로 그 값이 대단히 크므로 광학적으로 등방성인 액정상으로 구동되는 소자, PDLCD, PNLCD, PSCLCD 등의 소자를 저구동 전압화할 경우에 주로 이용할 수 있다. 이 성분G를 함유시키는 것으로, 조성물의 구동 전압을 작게 할 수 있다. 또한, 점도의 조정, 굴절율 이방성 값의 조정 및 액정상 온도범위를 넓힐 수 있다. 나아가 급준성의 개량에도 이용할 수 있다.
성분F의 함유량은, 조성물 전량에 대하여 바람직하게는 0.1 내지 99.9 중량%의 범위, 보다 바람직하게는 10 내지 97 중량%의 범위, 더욱 더 바람직하게는 40 내지 95 중량%의 범위다.
4 광학적으로 등방성인 액정상을 갖는 조성물
4.1 광학적으로 등방성인 액정상을 갖는 조성물의 조성
본 발명의 제4의 태양은, 화학식(1)으로 나타내는 화합물 및 키랄제를 포함하는 조성물이며, 광학적으로 등방성인 액정상으로 구동되는 광소자에 사용할 수 있는 액정 조성물이다. 액정 조성물은, 광학적 등방성인 액정상을 발현하는 조성물이다.
화학식(1)으로 나타내는 화합물은, 투명점이 낮고, 큰 유전율 이방성과 큰 굴절율 이방성을 갖기 때문에, 그 함유량은, 키랄제가 첨가되어 있지 않은 아키랄(achiral)한 액정 조성물의 총 중량에 대하여, 5 내지 100 중량%라도 좋고, 바람직하게는 5 내지 80 중량%, 보다 바람직하게는 10 내지 70 중량%이다.
액정 조성물의 총 중량에 대하여, 키랄제를 1 내지 40 중량% 포함하는 것이 바람직하고, 3 내지 25 중량% 포함하는 것이 더욱 바람직하고, 5 내지 15 중량% 포함하는 것이 가장 바람직하다. 이 범위에서 키랄제를 함유하는 액정 조성물은, 광학적으로 등방성인 액정상을 갖게 되기 쉬워서, 바람직하다.
액정 조성물에 함유되는 키랄제는 1종이어도 2종 이상이어도 좋다.
4.2 키랄제
광학적으로 등방성인 액정 조성물이 함유하는 키랄제는 광학 활성 화합물이며, 키랄제로서는, 나선 형성력(Helical Twisting Power)이 큰 화합물이 바람직하다. 헬리컬 트위스팅 파워가 큰 화합물은 원하는 피치를 얻기 위해서 필요한 첨가량을 적게 할 수 있으므로, 구동 전압의 상승을 억제할 수 있어, 실용상 유리하다. 구체적으로는, 하기 화학식(K1) 내지 (K5)으로 나타내는 화합물이 바람직하다.
Figure 112013002601670-pct00096
화학식(K1) 내지 (K5)에서, RK는 독립적으로, 수소, 할로겐, -C≡N, -N=C=O, -N=C=S 또는 탄소수 1 내지 20의 알킬이며, 이 알킬 중 임의의 -CH2-는, -O-, -S-, -COO-, 또는 -OCO-로 치환되어도 좋고, 이 알킬 중 임의의 -CH2-CH2-는-CH=CH-, -CF=CF- 또는 -C≡C-로 치환되어도 좋고, 이 알킬 중 임의의 수소는 할로겐으로 치환되어도 좋고; A는 독립적으로, 방향족성 혹은 비방향족성의 3 내지 8원환, 또는, 탄소수 9 이상의 축합환이며, 이들 고리의 임의의 수소가 할로겐, 탄소수 1 내지 3의 알킬 또는 할로알킬로 치환되어도 좋고, -CH2-는 -O-, -S- 또는 -NH-으로 치환되어도 좋고, -CH=은 -N=으로 치환되어도 좋고; B는 독립적으로, 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 3의 알킬, 탄소수 1 내지 3의 할로알킬, 방향족성 또는 비방향족성의 3 내지 8원환, 또는, 탄소수 9 이상의 축합환이며, 이들 고리의 임의의 수소가 할로겐, 탄소수 1 내지 3의 알킬 또는 할로알킬로 치환되어도 좋고, -CH2-는 -O-, -S- 또는 -NH-로 치환되어도 좋고, -CH=은 -N=으로 치환되어도 좋고; Z는 독립적으로, 단결합, 탄소수 1 내지 8의 알킬렌이지만, 임의의 -CH2-는, -O-, -S-, -COO-, -OCO-, -CSO-, -OCS-, -N=N-, -CH=N-, 또는 -N=CH-로 치환되어도 좋고, 이 알킬렌 중 임의의 -CH2-CH2-는 -CH=CH-, -CF=CF- 또는 -C≡C-로 치환되어도 좋고, 임의의 수소는 할로겐으로 치환되어도 좋고; X는 단결합, -COO-, -OCO-, -CH2O-, -OCH2-, -CF2O-, -OCF2-, 또는 -CH2CH2-이며; mK는 1 내지 4이다.
이들 중에서도, 액정 조성물에 첨가되는 키랄제로서는, 화학식(K2)에 포함되는 화학식(K2-1) 내지 화학식(K2-8), 화학식(K4)에 포함되는 화학식(K4-1) 내지 화학식(K4-6) 및, 화학식(K5)에 포함되는 화학식(K5-1) 내지 화학식(K5-3)이 바람직하다.
Figure 112013002601670-pct00097
Figure 112013002601670-pct00098
Figure 112013002601670-pct00099
Figure 112013002601670-pct00100
(식에서, RK는 독립적으로, 탄소수 3 내지 10의 알킬이며, 이 알킬 중 고리에 인접하는 -CH2-는 -O-로 치환되어도 좋고, 임의의 -CH2-CH2-는, -CH=CH-으로 치환되어도 좋다.)
4.3 광학적으로 등방성인 액정상
액정 조성물이 광학적으로 등방성을 갖는다는 것은, 거시적으로는 액정분자배열은 등방적이기 때문에 광학적으로 등방성을 나타내지만, 미시적으로는 액정질서가 존재하는 것을 말한다. "액정 조성물이 미시적으로 갖는 액정질서에 근거한 피치(이하에서는, 피치라고 부르는 경우가 있다)"는 700nm이하인 것이 바람직하고, 500nm이하인 것이 더욱 바람직하고, 350nm이하인 것이 가장 바람직하다.
여기에서, "비액정 등방상"이라는 것은 일반적으로 정의되는 등방상, 즉, 무질서상이며, 국소적인 질서 파라미터(parameter)가 0이 아닌 영역이 생성될지라도, 그 원인이 변동에 의한 것인 등방상이다. 예를 들면 네마틱상의 고온측에 발현되는 등방상은, 본 명세서에서는 비액정 등방상에 해당한다. 본 명세서에 있어서의 키랄(chiral)한 액정에 대해서도, 동일한 정의가 적용된다. 그리고 본 명세서에 있어서 "광학적으로 등방성인 액정상"이란, 변동이 아닌 광학적으로 등방성인 액정상을 발현하는 상을 나타내고, 예를 들어 플레이트렛(platelet) 조직을 발현하는 상(협의의 블루상(blue phase))은 그 일례이다.
본 발명의 광학적으로 등방성인 액정 조성물에 있어서, 광학적으로 등방성인 액정상이지만, 편광 현미경 관찰하에서, 블루상에 전형적인 플레이트렛 조직이 관측되지 않을 수 있다. 따라서 본 명세서에 있어서, 플레이트렛 조직을 발현하는 상을 블루상이라고 지칭하고, 블루상을 포함하는 광학적으로 등방성인 액정상을 광학적으로 등방성인 액정상이라고 지칭한다. 다시 말해 블루상은 광학적으로 등방성인 액정상에 포함된다.
일반적으로, 블루상은 3종류로 분류되며(블루상 I, 블루상 II, 블루상 III), 이들 3종류의 블루상은 모두 광학 활성이며, 동시에, 등방성이다. 블루상 I이나 블루상 II의 블루상에는 다른 격자면(格子面)으로부터의 브래그(bragg) 반사에 기인하는 2종 이상의 회절광이 관측된다. 블루상은 일반적으로 비액정 등방상과 키랄네마틱상 사이에서 관측된다.
광학적으로 등방성인 액정상이 2색 이상의 회절광을 나타내지 않는 상태라는 것은, 블루상 I, 블루상 II에 관측되는 플레이트렛 조직이 관측되지 않고, 대략 일면 단색인 것을 의미한다. 2색 이상의 회절광을 나타내지 않는 광학적으로 등방성인 액정상에서는, 색의 명암이 면내에서 균일할 필요까지는 없다.
2색 이상의 회절광을 나타내지 않는 광학적으로 등방성인 액정상은, 브래그 반사에 의한 반사광 강도를 억제할 수 있으며, 또는 저파장측으로 시프트한다는 장점이 있다.
또한, 가시광의 광을 반사하는 액정 재료에서는, 표시 소자로서 이용할 경우에 색체가 문제가 될 수 있지만, 2색 이상의 회절광을 나타내지 않는 액정에서는, 반사 파장이 저파장 시프트하므로, 협의의 블루상(플레이트렛 조직을 발현하는 상)보다 긴 피치로 가시빛의 반사를 소실시킬 수 있다.
본 발명의 광학적으로 등방성인 액정 조성물은, 네마틱상을 갖는 조성물에 키랄제를 첨가하여 얻을 수 있다. 이 때, 키랄제는 바람직하게는 피치가 700nm이하의 농도가 되도록 첨가된다. 또한, 네마틱상을 갖는 조성물은, 화학식(1)으로 나타내는 화합물 및 필요에 따라 기타의 성분을 포함한다. 또한, 본 발명의 광학적으로 등방성인 액정 조성물은, 키랄네마틱상을 가지며, 광학적으로 등방성인 액정상을 갖지 않는 조성물에 키랄제를 첨가하여 얻을 수도 있다. 한편, 키랄네마틱상을 가지고 광학적으로 등방성인 액정을 갖지 않는 조성물은, 화학식(1)으로 나타내는 화합물, 광학 활성 화합물 및 필요에 따라 기타의 성분을 포함한다. 이 때에, 광학 활성 화합물은 광학적으로 등방성인 액정상을 발현시키지 않기 위해서, 바람직하게는 피치가 700nm이상의 농도가 되도록 첨가된다. 여기에서, 첨가되는 광학 활성 화합물은, 상술한 나선 형성력이 큰 화합물인 화학식(K1) 내지 (K5), 화학식(K2-1) 내지 (K2-8), 화학식(K4-1) 내지 (K4-6) 또는 화학식(K5-1) 내지 (K5-3)로 나타내는 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 첨가되는 광학 활성 화합물은, 나선 형성력이 그다지 크지 않은 화합물이어도 좋다. 그와 같은 광학 활성 화합물로서는, 네마틱상으로 구동되는 소자(TN방식, STN방식 등)용 액정 조성물에 첨가되는 화합물을 들 수 있다.
나선 형성력이 그다지 크지 않은 광학 활성 화합물의 예로서, 이하의 광학 활성 화합물(Op-1) 내지 (Op-13)를 들 수 있다.
Figure 112013002601670-pct00101
또한 본 발명의 광학적으로 등방성인 액정 조성물의 온도범위는, 네마틱상 또는 키랄네마틱상과 등방상의 공존 온도범위가 넓은 액정 조성물에, 키랄제를 첨가하여, 광학적으로 등방성인 액정상을 발현시킴으로써, 넓게 할 수 있다. 예를 들면, 투명점이 높은 액정 화합물과 투명점이 낮은 액정 화합물을 혼합하여, 넓은 온도범위에서 네마틱상과 등방상의 공존 온도범위가 넓은 액정 조성물을 조제하고, 이에 키랄제를 첨가하는 것으로, 넓은 온도범위에서 광학적으로 등방성인 액정상을 발현하는 조성물을 조제할 수 있다.
네마틱상 또는 키랄네마틱상과 등방상의 공존 온도범위가 넓은 액정 조성물로서는, 키랄네마틱상과 비액정 등방상이 공존하는 상한온도와 하한온도와의 차이가 3 내지 150℃인 액정 조성물이 바람직하고, 차이가 5 내지 150℃인 액정 조성물이 더욱 바람직하다. 또한, 네마틱상과 비액정 등방상이 공존하는 상한온도와 하한온도와의 차이가 3 내지 150℃인 액정 조성물이 바람직하다.
광학적으로 등방성인 액정상에 있어서 본 발명의 액정매체에 전계를 인가하면, 전기 복굴절이 생기지만, 반드시 커 효과일 필요는 없다.
광학적으로 등방성인 액정상에 있어서의 전기 복굴절은 피치가 길수록 커지므로, 기타의 광학특성(투과율, 회절 파장 등)의 요구를 충족시키는 한, 키랄제의 종류와 함유량을 조정하여, 피치를 길게 설정하는 것으로, 전기 복굴절을 크게 할 수 있다.
4.4 기타 성분
본 발명의 광학적으로 등방성인 액정 조성물은, 그 조성물의 특성에 영향을 주지 않는 범위에서, 고분자 물질 등의 다른 화합물이 더 첨가될 수도 있다. 본 발명의 액정 조성물은, 고분자물질의 이외에도, 예를 들면 2색성 색소, 포토그로믹 화합을 함유할 수도 있다. 2색성 색소의 예로서는, 멜로시아닌계, 스티릴계, 아조계, 아조메틴계, 아족시계, 키노프탈론계, 안트라퀴논계, 테트라진계 등을 들 수 있다.
5. 광학적으로 등방성인 고분자/액정 복합 재료
본 발명의 제5의 태양은, 화학식(1)으로 나타내는 화합물 및 키랄제를 포함하는 액정 조성물과 고분자의 복합 재료이며, 광학적으로 등방성을 나타내는 것이다. 광학적으로 등방성인 액정상으로 구동되는 광소자에 사용할 수 있는 광학적으로 등방성인 고분자/액정 복합 재료이다. 이러한 고분자/액정 복합 재료는 예를 들면, 사항 [1] 내지 [30]에 기재된 액정 조성물(액정 조성물(CLC))과 고분자로 구성된다.
본 발명의, "고분자/액정 복합 재료"라는 것은, 액정재료와 고분자의 화합물 양자를 포함하는 복합 재료라면 특별히 한정되지 않지만, 고분자의 일부 또는 전부가 액정재료에 용해되지 않은 상태에서 고분자가 액정재료와 상분리되어 있는 상태라도 좋다. 한편, 본 명세서에서, 특별히 언급하지 없으면, 네마틱상은 키랄네마틱상을 포함하지 않는, 협의의 네마틱상을 의미한다.
본 발명이 바람직한 태양에 따른 광학적으로 등방성인 고분자/액정 복합 재료는, 광학적으로 등방성인 액정상을 넓은 온도범위에서 발현시키는 것이 가능하다. 또한, 본 발명이 바람직한 태양에 따른 고분자/액정 복합 재료는, 응답 속도가 지극히 빠르다. 또한, 본 발명이 바람직한 태양에 따른 고분자/액정 복합 재료는, 이 효과에 근거하여 표시 소자 등의 광소자 등에 적절하게 사용할 수 있다.
5.2 고분자
본 발명의 복합 재료는, 광학적으로 등방성인 액정 조성물과, 미리 중합되어서 얻어진 고분자를 혼합하여 제조할 수도 있지만, 고분자의 재료가 되는 저분자량의 모노머, 매크로 모노머, 올리고머 등(이하, 통합하여 "모노머 등"이라고 한다)과 액정 조성물(CLC)을 혼합하고 나서, 해당 혼합물에 있어서 중합 반응을 하는 것에 의해, 제조되는 것이 바람직하다. 모노머 등과 액정 조성물을 포함하는 혼합물을 본 명세서에서는, "중합성 모노머/액정 혼합물"이라고 부른다. "중합성 모노머/액정 혼합물"에는 필요에 따라, 후술하는 중합 개시제, 경화제, 촉매, 안정제, 2색성 색소, 또는 포토크로믹 화합물 등을, 본 발명의 효과를 손상하지 않는 범위에서 포함해도 좋다. 예를 들면, 본 발명의 중합성 모노머/액정 혼합물에는 필요에 따라, 중합 개시제를 중합성 모노머 100중량부에 대하여 0.1 내지 20중량부를 함유해도 좋다.
중합 온도는, 고분자/액정 복합 재료가 고투명성과 등방성을 나타내는 온도인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 모노머와 액정재료의 혼합물이 등방상 또는 블루상을 발현하는 온도이면서, 동시에, 등방상 내지는 광학적으로 등방성인 액정상에서 중합을 종료한다. 다시 말해, 중합 후에는 고분자/액정 복합 재료가 가시광선보다 장파장측의 광을 실질적으로 산란하지 않으면서 또한 광학적으로 등방성의 상태를 발현하는 온도로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 복합 재료를 구성하는 고분자의 원료로서는, 예를 들면 저분자량의 모노머, 매크로 모노머, 올리고머를 사용할 수 있고, 본 명세서로 있어서 고분자의 원료 모노머라는 것은 저분자량의 모노머, 매크로 모노머, 올리고머 등을 포함하는 의미로 사용한다. 또한, 얻어지는 고분자가 삼차원 가교 구조를 갖는 것이 바람직하고, 그 때문에, 고분자의 원료 모노머로서 2개 이상의 중합성 관능기를 갖는 다관능성 모노머를 이용하는 것이 바람직하다. 중합성 관능기는 특별히 한정되지 않으나, 아크릴기, 메타크릴기, 글리시딜기, 에폭시기, 옥세타닐기, 비닐기 등을 들 수 있지만, 중합 속도의 관점에서 아크릴기 및 메타크릴기가 바람직하다. 고분자의 원료 모노머 중, 2개 이상의 중합성이 있는 관능기를 갖는 모노머를 모노머 중 10 중량% 이상을 함유시키면, 본 발명의 복합 재료에 있어서 고도의 투명성과 등방성을 발현하기 쉬워지므로 바람직하다.
또한, 바람직한 복합 재료를 얻기 위해서는, 고분자는 메소겐 부위를 갖는 것이 바람직하고, 고분자의 원료 모노머로서 메소겐 부위를 갖는 원료 모노머를 그 일부에, 혹은 전부에 사용할 수 있다.
5.2.1 메소겐 부위를 갖는 단관능성 · 2관능성 모노머
메소겐 부위를 갖는 단관능성, 또는 2관능성 모노머는 구조상 특별히 한정되지는 않지만, 예를 들면 하기의 식(M1) 또는 식(M2)으로 나타내는 화합물을 들 수 있다.
Ra-Y-(AM-ZM)m1-AM-Y-Rb (M1)
Rb-Y-(AM-ZM)m1-AM-Y-Rb (M2)
Figure 112013002601670-pct00102
식(M1)에서, Ra는, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, -C≡N, -N=C=O, -N=C=S, 또는 탄소수 1 내지 20의 알킬이며, 이 알킬에 있어서 임의의 -CH2-는 -O-, -S-, -CO-, -COO-, 또는 -OCO-로 치환되어도 좋고, 이 알킬 중 임의의 -CH2-CH2-는 -CH=CH-, -CF=CF-, 또는 -C≡C-로 치환되어도 좋고, 이 알킬에 있어서 임의의 수소는 할로겐 또는 -C≡N으로 치환되어도 좋다. Rb는, 각각 독립적으로, 화학식(M3-1) 내지 화학식(M3-7)의 중합성기이다.
바람직한 Ra는, 수소, 할로겐, -C≡N, -CF3, -CF2H, -CFH2, -OCF3, -OCF2H, 탄소수 1 내지 20의 알킬, 탄소수 1 내지 19의 알콕시, 탄소수 2 내지 21의 알케닐, 및 탄소수 2 내지 21의 알키닐이다. 특히 바람직한 Ra는, -C≡N, 탄소수 1 내지 20의 알킬 및 탄소수 1 내지 19의 알콕시다.
식(M2)에서, Rb는, 각각 독립적으로, 화학식(M3-1) 내지 (M3-7)의 중합성기이다.
여기에서, 화학식(M3-1) 내지 (M3-7)에 있어서의 Rd는, 각각 독립적으로 수소, 할로겐 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬이며, 이 알킬에 있어서 임의의 수소는 할로겐으로 치환되어도 좋다. 바람직한 Rd는, 수소, 할로겐 및 메틸이다. 특히 바람직한 Rd는, 수소, 불소 및 메틸이다.
또한, 화학식(M3-2), 화학식(M3-3), 화학식(M3-4), 화학식(M3-7)은 라디칼 중합으로 중합하는 것이 적합하다. 화학식(M3-1), 화학식(M3-5), 화학식(M3-6)은 양이온(cation) 중합으로 중합하는 것이 적합하다. 모두 리빙 중합(Living polymerization)이므로, 소량의 라디칼 혹은 양이온(cation) 활성종이 반응계 내에 발생하면 중합은 시작한다. 활성종의 발생을 가속화할 목적으로 중합 개시제를 사용할 수 있다. 활성종의 발생에는 예를 들면 광 또는 열을 사용할 수 있다.
식(M1) 및 (M2)에서, AM은, 각각 독립적으로 방향족성 또는 비방향족성의 5원환, 6원환 또는 탄소수 9이상의 축합환이지만, 고리 중의 -CH2-는 -O-, -S-, -NH-, 또는 -NCH3-로, 고리 중의 -CH=은 -N=으로 치환되어도 좋고, 고리 상의 수소원자는 할로겐, 및 탄소수 1 내지 5의 알킬, 또는 할로겐화 알킬로 치환되어도 좋다. 바람직한 AM의 구체적인 예는, 1,4-시클로헥실렌, 1,4-시클로헥세닐렌, 1,4-페닐렌, 나프탈렌-2,6-디일, 테트라히드로나프탈렌-2,6-디일, 플루오렌-2,7-디일, 또는 비시클로(bicyclo)[2.2.2]옥탄(octane)-1,4-디일이며, 이 고리에 있어서 임의의 -CH2-는 -O-로 치환되어도 좋고, 임의의 -CH=은 -N=으로 치환되어도 좋고, 이 고리에 있어서 임의의 수소는 할로겐, 탄소수 1 내지 5의 알킬 또는 탄소수 1 내지 5의 할로겐화 알킬로 치환되어도 좋다.
화합물의 안정성을 고려하면, 산소와 산소가 인접한 -CH2-O-O-CH2-보다도, 산소와 산소가 인접하지 않는 -CH2-O-CH2-O-쪽이 바람직하다. 유황에 있어서도 동일하다.
이들 중에서도, 특히 바람직한 AM은, 1,4-시클로헥실렌, 1,4-시클로헥세닐렌, 1,4-페닐렌, 2-플루오르-1,4-페닐렌, 2,3-디플루오르-1,4-페닐렌, 2,5-디플루오르-1,4-페닐렌, 2,6-디플루오르-1,4-페닐렌, 2-메틸-1,4-페닐렌, 2-트리플루오르메틸-1,4-페닐렌, 2,3-비스(트리플루오르메틸)-1,4-페닐렌, 나프탈렌-2,6-디일, 테트라히드로나프탈렌-2,6-디일, 플루오렌-2,7-디일, 9-메틸플루오렌-2,7-디일, 1,3-디옥산-2,5-디일, 피리딘-2,5-디일, 및 피리미딘-2, 5-디일이다. 한편, 상기 1,4-시클로헥실렌 및 1,3-디옥산-2,5-디일의 입체 배치는 시스보다도 트랜스 쪽이 바람직하다.
 2-플루오르-1,4-페닐렌은, 3-플루오르-1,4-페닐렌과 구조적으로 동일하므로, 후자는 예시하지 않았다. 이 규칙은, 2,5-디플루오르-1,4-페닐렌과 3,6-디플루오르-1,4-페닐렌의 관계 등에도 적용된다.
식(M1) 및 (M2)에서, Y는, 각각 독립적으로 단결합 또는 탄소수 1 내지 20의 알킬렌이며, 이 알킬렌에 있어서 임의의 -CH2-는 -O-, -S-로 치환되어도 좋고, 이 알킬렌 중 임의의 -CH2-CH2-는 -CH=CH-, -C≡C-, -COO-, 또는 -OCO-으로 치환되어도 좋다. 바람직한 Y는, 단결합, -(CH2)m2-, -O(CH2)m2-, 및 -(CH2)m2O-(상기 식에서, m2는 1 내지 20의 정수)이다. 특히 바람직한 Y는, 단결합, -(CH2)m2-, -O(CH2)m2-, 및 -(CH2)m2O-(상기 식에서, m2은 1 내지 10의 정수)이다. 화합물의 안정성을 고려하고, -Y-Ra 및 -Y-Rb는, 그들 기(基) 중에서 -O-O-, -O-S-, -S-O-, 또는 -S-S-를 갖지 않는 것이 바람직하다.
식(M1) 및 (M2)에서, ZM은, 각각 독립적으로 단결합, -(CH2)m3-, -O(CH2)m3-, -(CH2)m3O-, -O(CH2)m3O-, -CH=CH-, -C≡C-, -COO-, -OCO-, -(CF2)2-, -(CH2)2-COO-, -OCO-(CH2)2-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH-, -C≡C-COO-, -OCO-C≡C-, -CH=CH-(CH2)2-, -(CH2)2-CH=CH-, -CF=CF-, -C≡C-CH=CH-, -CH=CH-C≡C-, -OCF2-(CH2)2-, -(CH2)2-CF2O-, -OCF2- 또는 -CF2O-(상기 식에서, m3은 1 내지 20의 정수)이다.
바람직한 ZM은 단결합, -(CH2)m3-, -O(CH2)m3-, -(CH2)m3O-, -CH=CH-, -C≡C-, -COO-, -OCO-, -(CH2)2-COO-, -OCO-(CH2)2-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH-, -OCF2-, 및 -CF2O-이다.
식(M1) 및 (M2)에서, m1은 1 내지 6의 정수다. 바람직한 m1은, 1 내지 3의 정수다. m1이 1일의 때는, 6원환 등의 고리를 2개 갖는 2환의 화합물이다. m1이 2과 3일 때는, 각각 3환과 4환의 화합물이다. 예를 들면 m1이 1일 때, 2개의 AM은 동일해도 좋고, 또는 상이해도 좋다. 또한, 예를 들면 m1이 2일 때, 3개의 AM(또는 2개의 ZM)은 동일해도 좋고, 또는 상이해도 좋다. m1이 3 내지 6일 때에 대해서도 같다. Ra, Rb, Rd, ZM, AM 및 Y에 대해서도 같다.
식(M1)에서 나타내는 화합물(M1) 및 식(M2)에서 나타내는 화합물(M2)은 2H(중수소), 13C 등의 동위체를 천연 존재비의 양보다도 많이 포함되어 있어도 같은 특성을 가지므로 바람직하게 이용할 수 있다.
화합물(M1) 및 화합물(M2)의 더욱 바람직한 예는, 화학식(M1-1) 내지 (M1-41) 및 화학식(M2-1) 내지 (M2-27)로 나타내는 화합물(M1-1) 내지 (M1-41) 및 화합물(M2-1) 내지 (M2-27)이다. 이 화합물에 있어서, Ra, Rb, Rd, ZM, AM, Y 및 p의 의미는, 본 발명의 태양에 기재한 식(M1) 및 식(M2)의 그것들과 동일하다.
화합물(M1-1) 내지 (M1-41) 및 화합물(M2-1) 내지 (M2-27)에 있어서의 하기의 부분 구조에 대해서 설명한다. 부분 구조(a1)는, 임의의 수소가 불소로 치환된1,4-페닐렌을 나타낸다. 부분 구조(a2)는, 임의의 수소가 불소로 치환되어도 좋은 1-4-페닐렌을 나타낸다. 부분 구조(a3)는, 임의의 수소가 불소 또는 메틸 중 어느 하나로 치환되어도 좋은 1,4-페닐렌을 나타낸다. 부분 구조(a4)는, 9위의 수소가 메틸으로 치환되어도 좋은 플루오렌을 나타낸다.
Figure 112013002601670-pct00103
Figure 112013002601670-pct00104
Figure 112013002601670-pct00106
Figure 112013002601670-pct00107
Figure 112013002601670-pct00108
Figure 112013002601670-pct00109
Figure 112013002601670-pct00110
Figure 112013002601670-pct00111
Figure 112013002601670-pct00112
Figure 112013002601670-pct00113
상술한 메소겐 부위를 갖지 않는 모노머, 및 메소겐 부위를 갖는 모노머(M1), 및 (M2) 이외의 중합성 화합물을 필요에 따라 사용할 수 있다.
본 발명의 고분자/액정 복합 재료의 광학적으로 등방성을 최적화할 목적으로, 메소겐 부위를 가지며 3개 이상의 중합성 관능기를 갖는 모노머를 사용할 수도 있다. 메소겐 부위를 가지며 3개 이상의 중합성 관능기를 갖는 모노머로서는 공지의 화합물을 적절하게 사용할 수 있는데, 예를 들면, 화합물(M4-1) 내지 (M4-3)이며, 보다 구체적인 예로서, 일본 특허 공개 공보 제 2000-327632호, 일본 특허 공개 공보 제 2004-182949호, 일본 특허 공개 공보 제 2004-59772호에 기재된 화합물을 들 수 있다. 단, 화학식(M4-1) 내지 (M4-3)에 있어서, Rb, Za, Y, 및 (F)은 상술한 바와 동일한 의미를 나타낸다.
Figure 112013002601670-pct00114

5.2.2 메소겐 부위를 갖지 않는 중합성이 있는 관능기를 갖는 모노머
메소겐 부위를 갖지 않는 중합성이 있는 관능기를 갖는 모노머로서, 예를 들면, 탄소수 1 내지 30의 직쇄 혹은 분기 아크릴레이트, 탄소수 1 내지 30의 직쇄 혹은 분기 디아크릴레이트, 3개 이상의 중합성 관능기를 갖는 모노머로서는, 글리세롤 프로폭시레이트(1PO/OH)트리아크릴레이트, 펜타에리스리톨 프로폭시레이트 트리아크릴레이트, 펜타에리스리톨 트리아크릴레이트, 트리메티롤프로판 에톡시레이트 트리아크릴레이트, 트리메티롤프로판 프로폭시레이트 트리아크릴레이트, 트리메티롤프로판 트리아크릴레이트, 디(트리메티롤프로판)테트라아크릴레이트, 펜타에리스리톨·테트라아크릴레이트, 디(펜타에리스리톨)펜타아크릴레이트, 디(펜타에리스리톨)헥사아크릴레이트, 트리메티롤프로판 트리아크릴레이트 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
5.2.3 중합 개시제
본 발명의 복합 재료를 구성하는 고분자 제조에 있어서의 중합 반응은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 광 라디칼 중합, 열 라디칼 중합, 광 양이온(cation) 중합 등이 실시된다.
광 라디칼 중합에 있어서 사용할 수 있는 광 라디칼 중합 개시제의 예는, 다로큐어(DAROCUR, 등록상표) 1173 및 4265(모두 상품명, 치바 스페셜리티 케미컬즈(주)), 이루가큐어(IRGACURE, 등록상표) 184, 369, 500, 651, 784, 819, 907, 1300, 1700, 1800, 1850, 및 2959(모두 상품명, 치바 스페셜리티 케미컬즈(주)) 등이다.
열 라디칼 중합에 있어서 사용할 수 있는 열에 의한 라디칼 중합의 바람직한 개시제의 예는, 과산화벤조일, 디이소프로필 퍼옥시 디카보네이트, t-부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, t-부틸퍼옥시 피바레이트, t-부틸퍼옥시 디이소부티레이트, 과산화라우로일, 2,2'-아조비스이소초산 디메틸(MAIB), 디t-부틸퍼옥시드(DTBPO), 아조비스이소부티로니트릴(AIBN), 아조비스시클로헥산카르보니트릴(ACN) 등이다.
광 양이온 중합에 있어서 사용할 수 있는 광 양이온 중합 개시제로서, 디아릴요오드늄염(이하, "DAS"로 약칭), 트리아릴술포늄염(이하, "TAS"로 약칭) 등을 들 수 있다.
DAS로서는, 디페닐요오드늄테트라플루오로보레이트, 디페닐요오드늄헥사플루오로포스네이트, 디페닐요오드늄헥사플루오르아르세네이트, 디페닐요오드늄트리플루오르메탄술포네이트, 디페닐요오드늄트리플루오르아세테이트, 디페닐요오드늄-p-톨루엔술포네이트, 디페닐요오드늄테트라(펜타플루오르페닐)보레이트, 4-메톡시페닐페닐요오드늄테트라라플루오르보레이트, 4-메톡시페닐페닐요오드늄헥사플루오르포스포네이트, 4-메톡시페닐페닐요오드늄헥사플루오르아르세네이트, 4-메톡시페닐페닐요오드늄트리플루오르메탄술포네이트, 4-메톡시페닐페닐요오드늄트리플루오르아세테이트, 4-메톡시페닐페닐요오드늄-p-톨루엔술포네이트 등을 들 수 있다.
DAS에는, 디오크산톤, 페노티아진, 클로로티오크산톤, 크산톤, 안트라센, 디페닐안트라센, 루브렌 등의 광 증감제를 첨가함으로써 감도를 높일 수도 있다.
TAS로서는, 트리페닐술포늄테트라플루오르보레이트, 트리페닐술포늄헥사플루오르포스포네이트, 트리페닐술포늄헥사플루오르아르세네이트, 트리페닐술포늄트리플루오르메탄술포네이트, 트리페닐술포늄트리플루오르아세테이트, 트리페닐술포늄-p-톨루엔술포네이트, 트리페닐술포늄테트라(펜타플루오르페닐)보레이트, 4-메톡시페닐디페닐술포늄테트라플루오르보레이트, 4-메톡시페닐디페닐술포늄헥사플루오르포스포네이트, 4-메톡시페닐디페닐술포늄헥사플루오르아르세네이트, 4-메톡시페닐디페닐술포늄트리플루오르메탄술포네이트, 4-메톡시페닐디페닐술포늄트리플루오르아세테이트, 4-메톡시페닐디페닐술포늄-p-톨루엔술포네이트 등을 들 수 있다.
광 양이온 중합 개시제의 구체적인 상품명의 예는, 사이라큐어(Cyracure, 등록상표) UVI-6990, 사이라큐어 UVI-6974, 사이라큐어 UVI-6992(각각 상품명, UCC(주)), 아데카옵토마 SP-150, SP-152, SP-170, SP-172(각각 상품명, (주)ADEKA), Rhodorsil Photoinitiator 2074(상품명, 로디아 재팬(Rhodia JAPAN)(주)), 이르가큐어(IRGACURE, 등록상표) 250(상품명, 치바 스페셜리티 케미컬즈(주)), UV-9380C(상품명, GE 토시바 실리콘(주)(Ge Toshiba Silicones Co., Ltd)) 등이다.
5.2.4 경화제 등
본 발명의 복합 재료를 구성하는 고분자의 제조에 있어서, 상기 모노머 등 및 중합 개시제 이외에 1종 또는 2종 이상의 다른 적절한 성분, 예를 들면, 경화제, 촉매, 안정제 등을 더 가해도 좋다.
경화제로서는, 통상적으로, 에폭시 수지의 경화제로서 사용되고 있는 종래의 고지의 잠재성 경화제를 사용할 수 있다. 잠재성 에폭시 수지용 경화제는, 아민계 경화제, 노볼락 수지계 경화제, 이미다졸계 경화제, 산무수물계 경화제 등을 들 수 있다. 아민계 경화제의 예로서는, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라아민, 테트라에틸렌펜타아민, m-크실렌디아민, 트리메틸헥사메틸렌디아민, 2-메틸펜타메틸렌디아민, 디에틸아미노프로필아민 등의 지방족 폴리아민, 이소포론디아민, 1,3-비스아미노메틸시클로헥산, 비스(4-아미노시클로헥실)메탄, 노보넨디아민, 1,2-디아미노시클로헥산, 라로민 등의 지환식 폴리아민, 디아미노디페닐메탄, 디아미노디페닐에탄, 메타페닐렌디아민 등의 방향족 폴리아민 등을 들 수 있다.
노볼락 수지계 경화제의 예로서는, 페놀 노볼락 수지, 비스페놀 노볼락 수지 등을 들 수 있다. 이미다졸계 경화제로서는, 2-메틸이미다졸, 2-에틸헥실이미다졸, 2-페닐이미다졸, 1-시아노에틸-2-페닐이미다졸륨 트리멜리테이트 등을 들 수 있다.
산무수물계 경화제의 예로서는, 테트라히드로 무수프탈산, 헥사히드로 무수프탈산, 메틸테트라히드로 무수프탈산, 메틸헥사히드로 무수프탈산, 메틸시클로헥센테트라카복실산 2무수물, 무수프탈산, 무수트리멜리틱산, 무수피로멜리틱산, 벤조페논테트라카복실산 2무수물 등을 들 수 있다.
또한, 글리시딜기, 에폭시기, 옥세타닐기를 갖는 중합성 화합물과 경화제와의 경화 반응을 촉진시키기 위한 경화 촉진제를 더 사용해도 좋다. 경화 촉진제로서는, 예를 들면, 벤질디메틸아민, 트리스(디메틸아미노메틸)페놀, 디메틸시클로헥실아민 등의 3급 아민류, 1-시아노에틸-2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸 등의 이미다졸류, 트리페닐포스핀 등의 유기 인(燐)계 화합물, 테트라페닐 포스포늄 브로마이드 등의 4급 포스포늄염류, 1,8-디아자비시클로[5.4.0]운데센-7 등이나 그 유기산염 등의 디아자비시클로 알켄류, 테트라에틸 암모늄 브로마이드, 테트라부틸 암모늄 브로마이드 등의 4급 암모늄염류, 3불화 붕소, 트리페닐보레이트 등의 붕소 화합물 등을 들 수 있다. 이 경화 촉진제는 단독 또는 2종 이상을 혼합해서 사용할 수 있다.
또한, 예를 들면 저장 중 원하지 않는 중합을 방지하기 위해서, 안정제를 첨가하는 것이 바람직하다. 안정제로서, 당업자에게 알려져 있는 모든 화합물을 사용할 수 있다. 안정제의 대표적인 예로서는, 4-에톡시페놀, 하이드로퀴논(hydroquinone), 부틸화 히드록시토루엔(BHT) 등을 들 수 있다.
5.3 액정 조성물 등의 함유율
본 발명의 고분자/액정 복합 재료 중에 있어서의 액정 조성물의 함유율은, 복합 재료가 광학적으로 등방성인 액정상을 발현할 수 있는 범위라면, 될 수 있는 한 고함유율인 것이 바람직하다. 액정 조성물의 함유율이 높은 편이, 본 발명의 복합 재료의 전기 복굴절값이 커지기 때문이다.
본 발명의 고분자/액정 복합 재료에 있어서, 액정 조성물의 함유율은 복합 재료에 대하여 60 내지 99 중량%인 것이 바람직하고, 60 내지 95 중량%가 더욱 바람직하고, 65 내지 95 중량%가 특히 바람직하다. 고분자의 함유율은 복합 재료에 대하여 1 내지 40 중량%인 것이 바람직하고, 5 내지 40 중량%가 더욱 바람직하고, 5 내지 35 중량%가 특히 바람직하다.
5.4 기타의 성분
본 발명의 고분자/액정 복합 재료는, 예를 들면 2색성 색소, 포토크로믹 화합물을 본 발명의 효과를 손상하지 않는 범위에서 함유하고 있어도 좋다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 자세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 의해서는 제한되지 않는다. 또한 달리 언급이 없는 한, "%"은 "중량%"을 의미한다.
6 광소자
본 발명의 제6의 태양은, 액정 조성물 또는 고분자/액정 복합 재료(이하에서는, 본 발명의 액정 조성물 및 고분자/액정 복합 재료를 총칭하여 액정매체라고 지칭한다)를 포함하는 광학적으로 등방성인 액정상으로 구동되는 광소자다.
전계 무인가시에는 액정매체는 광학적으로 등방성이지만, 전기장을 인가하면, 액정매체는 광학적 이방성을 생기되어, 전계(電界)에 의한 광변조가 가능해진다.
액정표시 소자의 구조예로서는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 빗살형 전극기판의 전극이, 좌측에서 연장되는 전극(1)과 우측에서 연장되는 전극(2)이 번갈아가며 배치된 구조를 들 수 있다. 전극(1)과 전극(2) 사이에 전위차가 있을 경우, 도 1에 나타내는 바와 같은 빗살형 전극기판 상에서는, 상방향과 하방향, 이들 2개 방향의 전계가 존재하는 상태를 제공할 수 있다.
실시예
얻어진 화합물은, 1H-NMR분석으로 얻어진 핵자기 공명 스펙트럼(spectrum), 가스 크로마토그래피(gas chromatography)(GC) 분석으로 얻어진 가스 크로마토그램 등에 의해 동정(同定)되었으므로, 우선 분석 방법에 대해서 설명을 한다.
1H-NMR분석: 측정 장치는, DRX-500(브루커 바이오스핀(주)(Bruker BioSpin K.K.) 제품)을 이용하였다. 측정은, 실시예 등으로 제조한 샘플을, CDCl3 등의 샘플이 가용되는 중수소화 용매에 용해하고, 실온에서, 500MHz, 적산 회수 24회의 조건으로 실시하였다. 또한, 얻어진 핵자기 공명 스펙트럼(spectrum)의 설명에 있어서, s는 싱글렛(singlet), d는 더블릿(doublet), t는 트리플렛(triplet), q는 쿼텟(quartet), m은 멀티플렛(multiplet)인 것을 의미한다. 또한, 화학 시프트(δ) 값의 0점의 기준물질로서는 테트라메틸실란(TMS)을 이용하였다.
GC분석: 측정 장치는, 시마즈제작소(島津製作所) 제품인 GC-14B형 가스 크로마토그래프(chromatograph)를 이용하였다. 컬럼은, 시마즈제작소 제품인 캐피럴리 칼럼(capillary column) CBP1-M25-025(길이 25m, 내경 0.22mm, 막 두께 0.25μm); 고정액상은 디메틸폴리실록산; 무극성)을 이용하였다. 캐리어 가스로서는 헬륨을 이용하고, 유량은 1ml/분으로 조정하였다. 시료 기화실의 온도를 300℃, 검출기(FID) 부분의 온도를 300℃로 설정하였다.
시료는 톨루엔에 용해하여, 1 중량%의 용액이 되도록 조제하고, 얻어진 용액 1μl을 시료 기화실로 주입하였다.
기록계로서는 시마즈제작소(島津製作所) 제품인 C-R6A형 Chromatopac, 또는 그 동등한 제품을 사용하였다. 얻어진 가스 크로마토그램에는, 성분 화합물에 대응하는 피크의 보유 시간 및 피크의 면적 값이 나타나 있다.
그리고 시료의 희석 용매로서는, 예를 들면, 클로로포름, 헥산을 사용해도 좋다. 또한, 컬럼으로는, Agilent Technologies Inc. 제품인 캐피럴리 컬럼DB-1(길이 30m, 내경 0.32mm, 막 두께 0.25μm), Agilent Technologies Inc. 제품인 HP-1(길이 30m, 내경 0.32mm, 막 두께 0.25μm), Restek Corporation 제품인 Rtx-1(길이 30m, 내경 0.32mm, 막 두께 0.25μm), SGE International Pty. Ltd 제품인 BP-1(길이 30m, 내경 0.32mm, 막 두께 0.25μm) 등을 이용해도 좋다.
가스 크로마토그램에 있어서의 피크의 면적비는 성분 화합물의 비율에 상당한다. 일반적으로는, 분석 샘플의 성분 화합물의 중량%는, 분석 샘플의 각 피크의 면적%와 완전히 동일하지는 않지만, 본 발명으로 있어서 상술한 컬럼을 이용할 경우에는, 실질적으로 보정 계수는 1이므로, 분석 샘플 중의 성분화합물의 중량%는, 분석 샘플 중의 각 피크의 면적%와 거의 대응하고 있다. 성분의 액정 화합물에 있어서의 보정 계수에 큰 차이가 없기 때문이다. 가스 크로마토그램에 의해 액정 조성물 중의 액정 화합물의 조성비를 보다 정확하게 구하기 위해서는, 가스 크로마토그램에 의한 내부 표준법을 채용한다. 일정량 정확하게 측량된 각 액정 화합물 성분(피검성분)과 기준이 되는 액정 화합물(기준물질)을 동시에 가스 크로마토그래픽 측정하여, 얻어진 피검성분의 피크와 기준물질의 피크와의 면적비의 상대강도를 미리 산출한다. 기준물질에 대한 각 성분의 피크 면적의 상대강도를 이용하여 보정하면, 액정 조성물 중의 액정 화합물의 조성비를 가스 크로마토그래픽 분석으로 보다 정확하게 구할 수 있다.
액정 화합물 등의 물성값의 측정 시료
액정 화합물의 물성값을 측정하는 시료로서는, 화합물 그 자체를 시료로 할 경우, 화합물을 모액정(mother liquid crystal)과 혼합해서 시료로 할 경우의 2종류가 있다.
화합물을 모액정과 혼합한 시료를 사용하는 후자로 경우에는, 이하의 방법으로 측정을 실시한다. 우선, 얻어진 액정 화합물 15 중량%와 모액정 85 중량%를 혼합하여 시료를 제작한다. 그리고 얻어진 시료의 측정값으로, 하기의 계산식에 근거한 외삽법(extrapolation)에 따라, 외삽값을 계산한다. 이 외삽값을 이 화합물의 물성값으로 한다.
<외삽값>=(100×<시료의 측정값>-<모액정의 중량%>×<모액정의 측정값>)/<액정 화합물의 중량%>
액정 화합물과 모액정과의 비율이 이 비율이어도, 스멕틱상, 또는 결정이 25℃에서 석출될 경우에는, 액정 화합물과 모액정과의 비율을 10 중량%:90 중량%, 5 중량%:95 중량%, 1 중량%:99 중량%의 순으로 변경을 해가고, 스멕틱상, 또는 결정이 25℃에서 석출되지 않게 된 조성으로 시료의 물성값을 측정하여 상기 식에 따라 외삽값을 구하고, 이를 액정 화합물의 물성값으로 한다.
측정에 사용하는 모액정으로서는 여러 종류가 존재하지만, 예를 들면, 모액정A의 조성(중량%)은 이하와 같다.
모액정A:
Figure 112013002601670-pct00115

액정 화합물 등의 물성값의 측정 방법
물성값의 측정은 후술하는 방법으로 실시하였다. 이들 측정 방법의 대부분은, 일본전자기계공업회 규격(Standard of Electric Industries Association of Japan) EIAJ·ED-2521A에 기재된 방법, 또는 이를 수식한 방법이다. 또한, 측정에 사용한 TN소자에는, TFT를 달지 않았다.
측정값 중, 액정 화합물 그 자체를 시료로 했을 경우는, 얻어진 값을 실험 데이터로서 기재하였다. 액정 화합물과 모액정과의 혼합물을 시료로 사용했을 경우는, 외삽법으로 얻은 값을 실험 데이터로서 기재하였다.
상구조 및 상전이 온도(℃): 이하(1), 및 (2)의 방법으로 측정을 하였다.
(1) 편광현미경을 구비한 융점 측정 장치의 핫플레이트(Mettler사 FP-52형 핫스테이지)에 화합물을 두고, 3℃/분의 속도로 가열하면서 상(相)의 상태와 그 변화를 편광현미경으로 관찰하여, 액정상의 종류를 특정하였다.
(2) 퍼킨앨머사(PerkinElmer Co., Ltd.) 제품인 주사 열량계 DSC-7시스템, 또는 Diamond DSC시스템을 이용하여, 3℃/분의 속도로 승온 및 강온하여, 시료의 상변화에 따른 흡열 피크, 또는 발열 피크의 개시점을 외삽에 의해 구하여(on set), 상전이 온도를 결정하였다.
이하, 결정은 K로 나타내고, 나아가 결정의 구별이 될 경우는, 각각 K1 또는 K2로 나타냈다. 또한, 스멕틱상은 Sm, 네마틱상은 N으로 나타냈다. 액체(등방성)는 I로 나타냈다. 스멕틱상 중에서, 스멕틱B상, 또는 스멕틱A상이 구별될 경우는, 각각 SmB, 또는 SmA으로 나타냈다. BP는 블루상 또는 광학적으로 등방성인 액정상을 나타낸다. 2상의 공존 상태는 (N*+I), (N*+BP)이라고 하는 형식으로 표기할 수가 있다. 구체적으로는, (N*+I)은, 각각 비액정 등방상과 키랄네마틱상이 공존하는 상을 나타내고, (N*+BP)는, BP상 또는 광학적으로 등방성인 액정상과 키랄네마틱상이 공존한 상을 나타낸다. Un은 광학적 등방성이 아닌 미확인의 상을 나타낸다. 상전이 온도의 표기로서, 예를 들면, "K 50.0 N 100.0 I"라는 것은, 결정에서 네마틱상으로의 상전이 온도(KN)가 50.0℃이며, 네마틱상에서 액체로의 상전이 온도(NI)가 100.0℃인 것을 나타낸다. 다른 표기도 같다.
네마틱상의 상한온도(T NI ; ℃)
편광현미경을 구비한 융점 측정 장치의 핫플레이트(hot plate)(Mettler사 FP-52형 핫스테이지)에, 시료(액정 화합물과 모액정과의 혼합물)를 두고, 1℃/분의 속도로 가열하면서 편광현미경을 관찰하였다. 시료의 일부가 네마틱상에서 등방성 액체로 변화되었을 때의 온도를 네마틱상의 상한온도로 하였다. 이하, 네마틱상의 상한온도를, 단지 "상한온도"라고 약칭할 수 있다.
저온 상용성
모액정과 액정 화합물을, 액정 화합물이, 20 중량%, 15 중량%, 10 중량%, 5 중량%, 3 중량%, 및 1 중량%의 양이 되도록 혼합한 시료를 제작하여, 시료를 유리병에 넣는다. 이 유리병을, -10℃ 또는 -20℃의 냉각기(freezer) 안에 일정 기간 보관한 뒤, 결정 혹은 스멕틱상이 석출되어 있는지를 관찰하였다.
점도(η;20℃에서 측정; mPa ·s)
액정 화합물과 모액정과의 혼합물을, E형 점도계를 사용해서 측정하였다.
굴절율 이방성(Δn)
측정은 25℃의 온도하에서, 파장 589nm의 광을 이용하고, 접안경에 편광판을 부착한 아베 굴절계에 의해 측정하였다. 주 프리즘의 표면을 1방향으로 러빙한 뒤, 시료(액정 화합물과 모액정과의 혼합물)를 주 프리즘에 적하하였다. 굴절율(n∥)은 편광의 방향이 러빙의 방향과 평행할 때에 측정하였다. 굴절율(n⊥)은 편광의 방향이 러빙의 방향과 수직할 때에 측정하였다. 굴절율 이방성(Δn)의 값은, Δn=n∥-n⊥의 식으로부터 계산하였다.
유전율 이방성(Δε; 25℃에서 측정)
2장의 유리기판의 간격(갭)이 약 9μm, 트위스트각이 80°인 액정 셀에 시료(액정 화합물과 모액정과의 혼합물)를 넣었다. 이 셀에 20볼트를 인가하고, 액정분자의 장축방향에 있어서의 유전율(ε∥)을 측정하였다. 0.5볼트를 인가하고, 액정분자의 단축방향에 있어서의 유전율(ε⊥)을 측정하였다. 유전율 이방성의 값은, Δε=ε∥-ε⊥의 식으로 계산하였다.
피치(P; 25℃에서 측정; nm)
피치 길이는 선택 반사를 이용하여 측정하였다(액정 편람 196페이지 2000년 발행, 마루젠(丸善)). 선택 반사 파장λ에는, 관계식 <n>p/λ=1이 성립한다. 여기에서 <n>은 평균 굴절율을 나타내고, 다음 식으로 주어진다. <n>={(n∥2+n⊥2)/2}1/2. 선택 반사 파장은 현미 분광 광도계(일본전자(日本電子)(주), 상품명 MSV-350)로 측정하였다. 얻어진 반사 파장을 평균 굴절율로 나눔으로써, 피치를 구하였다. 가시광보다 장파장 영역에 반사 파장을 갖는 콜레스테릭 액정의 피치는, 광학 활성 화합물 농도가 낮은 영역에서는 광학 활성 화합물의 농도의 역수에 비례하므로, 가시광 영역에 선택 반사 파장을 갖는 액정의 피치 길이를 몇 점 측정하여, 직선 외삽법에 의해 구하였다. "광학 활성 화합물"은 본 발명에 있어서의 키랄제에 상당한다.
[실시예 1]
화합물(S1)의 합성
Figure 112013002601670-pct00116
(화학식(1-1-2i)에서, R1a이 -C4H9, R1b가 수소, L1이 수소, L2, L3, 및 L4가 불소이며, Y1이 -CF3인 화합물.)
먼저, 하기에 중간원료인 화합물(S1-03) 및 화합물(S1-07)의 합성 스킴(scheme)을 나타낸다.
Figure 112013002601670-pct00117
Figure 112013002601670-pct00118

(제1-1단) 화합물(S1-03)의 합성
질소기류 하에서, 1-브로모-3-플루오르-4-요오드벤젠(S1-01)(21.5g, 71.6mmol), 3,5-디플루오르-페닐붕소산(S1-02)(11.3g, 71.6mmol), 디클로로(비스트리페닐포스핀)팔라듐(0.503g, 0.716mmol), 트리페닐포스핀(0.375g, 1.43mmol), 탄산칼륨(14.8g, 107mmol), 테트라부틸암모늄브로마이드(5.71g, 17.9mmol), 에탄올(100mL), 및 톨루엔(100mL)의 혼합 용액을, 80℃에서 6시간 가열 교반하였다. 반응액을 물에 부어서 톨루엔(300mL)으로 2번 추출하고, 물로 3회 세정한 후에 유기상(相)을 감압 농축하였다. 그 후에, 잔사를 실리카겔 컬럼 크로마토그래피(용매: 헵탄)로 정제하여, 화합물(S1-03)(15.8g, 55.1mmol, 수율: 77%)을 얻었다.
(제1-2단) 화합물(S1-06)의 합성
질소기류 하에서, 2-메틸-헥사노릭산(S1-04)(54.1g, 413mmol)의 메탄올의 (150mL) 용액에 98% 농황산(1.0mL)을 더하고, 70℃에서 2시간 가열 교반하였다. 반응액을 물에 부어서 디에틸에테트(300mL)로 2번 추출하고, 중조수로 1회, 물로 3회 세정한 후에 유기상을 상압으로 농축하여 화합물(S1-05)(42.6g, 296mmol, 수율: 72%)을 얻었다.
질소기류 하에서, LAH(리튬알루미늄하이드라이드)(7.88g, 207mmol) 및 THF(50mL)의 혼합액에, 먼저 얻어진 0 내지 10℃에서 화합물(S1-05)(42.6g, 296mmol)/THF(150mL) 용액을 천천히 적하하여, 그 온도에서 2시간 교반하였다. 반응액에 0℃에서 1N-황산수용액을 적하하여 첨가한 후, 물에 부어서 초산에틸(500mL)로 추출하고, 물로 3회 세정한 후에 유기상을 상압으로 농축하여, 화합물(S1-06)(33.6g, 290mmol, 수율: 98%)을 얻었다.
(제1-3단) 화합물(S1-07)의 합성
질소기류 하에서, 상기 단에서 얻은 화합물(S1-06)(30.0g, 259mmol), 트리페닐포스핀(84.8g, 323mmol)의 디클로로메탄(200mL)의 혼합 용액에, 0℃에서 사취화탄소(129g, 388mmol)/디클로로메탄 용액을 천천히 적하하여, 상온에서 30분간 교반하였다. 반응액을 물에 부어서 디클로로메탄(500mL)을 더하여, 물로 3회 세정한 후에 유기상을 상압으로 농축하였다. 잔사를 실리카겔컬럼크로마토그래피(용매: n-펜탄)로 정제하여, 화합물(S1-07)(33.4g, 186mmol, 수율: 72%)을 얻었다.
다음은, 얻어진 화합물(S1-03) 및 화합물(S1-07)을 사용하여, 하기의 스킴으로 화합물(S1)을 합성하였다.
Figure 112013002601670-pct00119

(제1-4단) 화합물(S1-08)의 합성
질소기류 하에서, 마그네슘(3.39g, 140mmol) 및 THF(10mL)의 혼합액에, 상기 단에서 얻어진 화합물(S1-07)(25.0g, 140mmol)/THF(100mL) 용액을 천천히 적하하여, 시스템 내를 20 내지 30℃로 유지하면서 그리냐르 시약을 조제하였다. 별도의 용기에, 제1-1단에서 얻어진 화합물(S1-03)(26.7g, 93.1mmol), 디클로로{비스(디페닐포스피노)페로센}팔라듐(0.760g, 0.931mmol), 및 THF(200mL)의 혼합 용액을 준비하여, 30℃에서 먼저 얻어진 그리냐르 시약을 천천히 적하하여, 50℃에서 6시간 가열 교반하였다. 반응액을 1N-HCl수용액에 부어서 톨루엔(400mL)으로 2번 추출하고, 물로 3회, 중조수로 1회 세정한 후에 유기상을 감압 농축하였다. 잔사를 실리카겔컬럼크로마토그래피(용매:n-헵탄)로 정제하여, 화합물(S1-08)(24.5g, 80.0mmol, 수율: 86%)을 얻었다.
(제1-5단) 화합물(S1-09)의 합성
질소기류 하에서, 상기 단에서 얻어진 화합물(S1-08)(24.5g, 80.0mmol)의 THF(150mL)용액에, -60℃에서 n-부틸리튬/헥산 용액(1.67mol/L)(52.7mL, 88.1mmol)을 천천히 적하하여, 그 온도에서 1시간 교반하였다. 시스템 내에 요오드(22.3g, 88.1mmol)/THF(100mL) 용액을 천천히 적하하여, 그 온도에서 2시간 교반하였다. 반응액을 물에 부어서 톨루엔(300mL)으로 2번 추출하고, 물로 3회, 티오황산 나트륨 수용액으로 1회 세정한 후에 유기상을 감압 농축하였다. 잔사를 실리카겔컬럼크로마토그래피(용매: n-헵탄)로 정제하여, 화합물(S1-09)(27.6g, 63.9mmol, 수율: 80%)을 얻었다.
(제1-6단) 화합물(S1-10)의 합성
질소기류 하에서, 상기 단에서 얻어진 화합물(S1-09)(27.6g, 63.9mmol), 3, 5-디플루오르페닐붕소산(10.6g, 67.1mmol), 탄산칼륨 (35.3g, 256mmol), 테트라(부틸암모늄)브로마이드(6.17g, 19.2mmol)의 톨루엔(100mL)/에탄올(100mL)/물(10mL)의 혼합 용액을 70℃에서 3시간 가열 교반하였다. 반응액을 물에 부어서, 톨루엔(300mL)을 더하여 물로 3회, 중조수로 1회 세정한 후에 유기상을 감압 농축하였다. 잔사를 실리카겔컬럼크로마토그래피(용매:n-헵탄)로 정제하, 화합물(S1-10)(23.5g, 56.2mmol, 수율: 88%)을 얻었다.
(제1-7단) 화합물(S1-11)의 합성
질소기류 하에서, 상기 단에서 얻어진 화합물(S1-10)(23.2g, 55.5mmol)의 THF(150mL) 용액에, -40℃에서 n-부틸리튬/헥산 용액(1.67mol/L)(34.9mL, 58.3mmol)을 천천히 적하하여, 그 온도에서 1시간 교반하였다. 그 다음, 그 온도에서 시스템 내에 디브로모디플루오로메탄(12.8g, 61.1mmol)/THF(50mL) 용액을 천천히 적하하여, 서서히 상온으로 되돌리면서 1시간 교반하였다. 반응액을 물에 부어서 톨루엔(300mL)으로 추출하고, 물로 3회 세정한 후에 유기상을 감압 농축하였다. 잔사를 실리카겔컬럼크로마토그래피(용매: 톨루엔/n-헵탄=1/5(용량비))로 정제하여, 화합물(S1-11)과 화합물(S1-11')의 혼합물(27.6g(75%), 37.8mmol, 수율: 68%)을 얻었다. 다음 반응에는, 혼합물 그대로 사용하였다.
(제1-8단) 화합물(S1)의 합성
질소기류 하에서, 상기 단에서 얻어진 화합물(S1-11)과 화합물(S1-11')의 혼합물(5.00g (75%), 6.40mmol), 탄산칼륨(1.85g, 13.4mmol), 테트라부틸암모늄브로마이드(0.206g, 0.640mmol)의 DMF(50mL)혼합 용액을 40℃에서 30분간 가열 교반하였다. 그 후, 시스템 내에 3,5-디플루오르-4-트리플루오르메틸페놀(S1-12)(1.33g, 6.72mmol)을 천천히 더하여, 80℃에서 5시간 가열 교반하였다. 반응액을 물에 부어서 톨루엔(100mL)으로 추출하여, 물로 3회, 중조수로 2회 세정한 뒤에 유기상을 감압 농축하였다. 잔사를 실리카겔컬럼크로마토그래피(용매:톨루엔/n-헵탄=1/5(용량비)), 나아가서는 재결정 여과(용매: 에탄올/초산 에틸=1/1(용량비))로 정제하여, 최종 목적물인 화합물(S1)(1.50g, 2.26mmol, 수율: 35%)을 얻었다. 이 화합물의 상전이 온도(℃)는, C 72.8(SmA 56.9 N 69.1) I이었다.
1H-NMR(CDCl3):δ(ppm) 0.893(d, 3H), 0.905(t, 3H), 1.02-1.37(m, 6H), 1.75(m, 1H), 2.40(dd, 1H), 2.69(dd, 1H), 6.98-7.05(m, 4H), 7.22(d, 2H), 7.26(d, 2H), 7.36(dd, 1H)
19F-NMR(CDCl3):δ(ppm) -56.8(t, 3F), -62.5(t, 2F), -108.8(m, 2F), -111.3(dt, 2F), -114.7(d, 2F), -118.7(dd, 1F)
액정 화합물(S1)의 물성
상술한 모액정A로서 기재된 4개의 화합물을 혼합하여, 네마틱상을 갖는 모액정A를 조제하였다. 이 모액정A의 물성은 이하와 같았다.
상한온도(TNI)=71.7℃; 유전율 이방성(Δε)=11.0; 굴절율 이방성(Δn)=0.137
모액정A 85 중량%와, 실시예 1에서 얻어진 (S1)의 15 중량%로 이루어지는 액정 조성물 AS1을 조제하였다. 얻어진 액정 조성물 AS1의 물성값을 측정하여, 측정값을 외삽하는 것으로 액정 화합물(S1)의 물성의 외삽값을 산출하였다. 그 값은 이하와 같았다.
상한온도(TNI)=35.0℃; 유전율 이방성(Δε)=57.4; 굴절율 이방성(Δn)=0.144
이러한 점들에서 액정 화합물(S1)은, 낮은 융점을 나타내는 것에 더해, 다른 액정 화합물과의 뛰어난 상용성을 가지며, 유전율 이방성(Δε) 및 굴절율 이방성(Δn)이 큰 화합물이라는 것을 알았다.
[실시예 2]
화합물(S2)의 합성
Figure 112013002601670-pct00120
(화학식(1-1-2i)에서, R1a -C4H9, R1b가 -CH3, L1이 수소, L2, L3, 및 L4이 불소이며, Y1이 -CF3인 화합물.)
1-브로모-3-에틸헵탄(S2-07)은 시판되고 있다. 화합물(S2)의 합성 스킴을 나타낸다.
Figure 112013002601670-pct00121

(제2-1단) 화합물(S2-08)의 합성
실시예 1의 (제1-4단)과 같은 조작을 실시하는 것에 의해, 화합물(S2-07)(5.04g, 26.1mmol)을 사용하고, 같은 조작을 실시하는 것에 의해 화합물(S2-08)(4.64g, 14.5mmol, 수율: 55%)을 얻었다.
(제2-2단) 화합물(S2)의 합성
실시예 1의 (제1-5단) 내지 (제1-8단)과 같은 조작을 실시하는 것에 의해, 상기 단에서 얻어진 (S2-08)(4.64g, 14.5mmol)으로부터 화합물(S2)(1.20g, 1.77mmol, 전체 수율: 12%)을 얻었다. 이 화합물의 상전이 온도(℃)는 C 64.5 I이었다.
1H-NMR(CDCl3):δ(ppm) 0.897(d, 3H), 0.902(t, 3H), 1.25-1.36(m, 8H), 1.61(m, 1H), 2.58(m, 2H), 6.98-7.06(m, 4H), 7.22(d, 2H), 7.26(d, 2H), 7.35(dd, 1H)
19F-NMR(CDCl3):δ(ppm) -56.8(t, 3F), -62.5(t, 2F), -108.8(m, 2F), -111.2(dt, 2F), -114.8(d, 2F), -118.7(dd, 1F)
[실시예 3]
화합물(S3)의 합성
Figure 112013002601670-pct00122
(화학식(1-1-1i)에서, R1a가 -C4H9, R1b가 수소, L1이 수소, L2, L3, 및 L4가 불소이며, Y1이 -CF3인 화합물.)
하기의 스킴으로 화합물(S3)을 합성하였다.
Figure 112013002601670-pct00123

(제3-1단) 화합물(S3-03)의 합성
질소기류 하에서, 카복실산 유도체(S3-01)(30.0g, 195mmol)의 톨루엔(100mL)용액에 피리딘(0.3mL)을 더하고, 시스템 내를 40 내지 50℃로 유지하면서 염화티오닐(25.5g, 214mmol)을 천천히 더하여, 그 온도에서 30분간 가열 교반하였다. 반응액을 그대로 감압 농축하여 화합물(S3-02)(32.0g, 185mmol)을 얻었다.
질소기류 하에서, 상기 단에서 얻어진 화합물(S3-02)(32.0g, 185mmol), 아세틸아세토네이트 철(III)(0.960g)의 THF(250mL) 용액에, -30℃에서 n-부틸마크네슘브로마이드/THF용액(0.91mol/L)(224mL, 204mmol)을 천천히 적하하여, 그 온도에서 3시간 교반하였다. 반응액을 1N-HCl수용액에 부어 톨루엔(600mL)으로 추출하여, 물로 3회, 중조수로 1회 세정해서 유기상을 감압 농축하였다. 잔사를 실리카겔컬럼크로마토그래피(용매:톨루엔/n-헵탄=1/1(용량비))로 정제하여, 화합물(S3-03)(25.0g, 128mmol, 수율: 66%)을 얻었다.
(제3-2단)
질소기류 하에서, 상기 단에서 얻은 화합물(S3-03)(20.2g, 104mmol)의 톨루엔(100mL) 용액에, -10 내지 0℃에서 Tebbe시약(0.5mol/L)(250mL, 125mmol)을 천천히 적하하여, 0℃에서 20시간 교반하였다. 반응액을 물에 부어 디에틸에테르(100mL)를 더하고, 물로 3회 세정해서 유기상을 감압 농축하였다. 잔사를 실리카겔컬럼크로마토그래피(용매:n-헵탄)으로 정제하여 화합물(S3-04)(9.00g, 47mmol, 수율: 45%)을 얻었다.
(제3-3단)
질소기류 하에서, 상기 단에서 얻은 화합물(S3-04)(1.40g, 7.29mmol)의 THF(50mL) 용액에, -60℃에서 sec-부틸리튬/시클로헥산 용액(1.07mol/L)(14.0mL, 14.9mmol)을 천천히 적하하여, 그 온도에서 1시간 교반하였다. 그 다음, 요오드(2.04g, 8.02mmol)/THF(10mL) 용액을 천천히 적하하여, 서서히 상온으로 되돌리면서 1시간 교반하였다. 반응액을 물에 부어서 톨루엔(100mL)으로 추출하고, 물로 3회, 티오황산 나트륨 수용액으로 2회 세정하여 유기상을 감압 농축하였다. 잔사를 실리카겔컬럼크로마토그래피(용매:n-헵탄)로 정제하여, 화합물(S3-05)(1.80g, 5.92mmol, 수율: 81%)을 얻었다.
(제3-4단)
질소기류 하에서, 상기 단에서 얻은 화합물(S3-05)(1.80g, 5.92mmol), 3,5-디플루오르페닐붕소산(S1-02)(0.982g, 6.22mmol), 탄산칼륨(3.27g, 23.7mmol), 테트라부틸암모늄브로마이드(0.191g, 0.592mmol) 및 Pd/C(NX타입)(0.10g)의 에탄올(10mL)/톨루엔(10mL) 용액을 70℃에서 3시간 가열 교반하였다. 반응액을 물에 부어서 톨루엔(100mL)을 더하여, 물로 3회, 중조수로 1회 세정해서 유기상을 감압 농축하였다. 잔사를 실리카겔컬럼크로마토그래피(용매:n-헵탄)로 정제하여, 화합물(S3-06)(1.40g, 4.60mmol, 수율: 78%)을 얻었다.
(제3-5단)
실시예 1의 (제1-5단) 내지 (제1-8단)과 완전히 같은 조작을 실시하는 것에 의해, 상기 단에서 얻어진 (S3-06)(1.40g, 4.60mmol)으로부터 화합물(S3)(0.40g, 0.604mmol, 전체 수율: 13%)을 얻었다. 이 화합물의 상전이 온도(℃)는, C 59.2 I이었다.
1H-NMR(CDCl3):δ(ppm) 0.905(t, 3H), 1.31(m, 2H), 1.44(m, 2H), 2.00(t, 2H), 3.38(s, 2H), 4.79(s, 1H), 4.90(d, 1H), 7.00(d, 2H), 7.05(dd, 1H), 7.09(dd, 1H), 7.22(d, 2H), 7.27(d, 2H), 7.38(dd, 1H)
19F-NMR(CDCl3):δ(ppm) -56.8(t, 3F), -62.5(t, 2F), -108.8(m, 2F), -111.2(dt, 2F), -114.7(d, 2F), -118.4(dd, 1F)
액정 화합물(S3)의 물성
모액정A 85 중량%와, 실시예 3으로 얻어진 (S3)의 15 중량%으로 이루어지는 액정 조성물 AS3을 조제하였다. 얻어진 액정 조성물 AS3의 물성값을 측정하여, 측정값을 외삽하는 것으로 액정 화합물(S3)의 물성의 외삽값을 산출하였다. 그 값은 이하와 같았다.
상한온도(TNI)=-9.60℃; 유전율 이방성(Δε)=49.7; 굴절율 이방성(Δn)=0.124
이러한 점들에서 액정 화합물(S3)은, 낮은 융점을 나타내는 것에 더해, 다른 액정 화합물과의 뛰어난 상용성을 가지며, 유전율 이방성(Δε) 및 굴절율 이방성(Δn)이 큰 화합물이라는 것을 알았다.
[실시예 4]
화합물(S4)의 합성
Figure 112013002601670-pct00124
(식(1-1-1i)에 있어서, R1a가-CH3, R1b가 수소, L1이 수소, L2, L3, 및 L4가 불소이며, Y1이 -CF3인 화합물.)
하기의 스킴으로 화합물(S4)을 합성하였다.
Figure 112013002601670-pct00125

(제4-1단)
실시예 1의 (제3-1단)에서 얻어진 화합물(S3-02)(3.38g, 19.6mmol)을 출발 원료로 하여, (제3-2단) 중에서, 부틸마그네슘브로마이드 대신 메틸마그네슘브로마이드를 사용하고, 그 외는 완전히 같은 조작을 실시하는 것에 의해 화합물(S4-03)(2.08g, 13.7mmol, 수율: 70%)을 얻었다.
(제4-2단)
실시예 3의 (제3-3단) 내지 (제3-5단)과 완전히 같은 조작을 실시하는 것에 의해, 상기 단에서 얻어진 화합물(S4-03)(2.08g, 13.7mmol)로부터 화합물(S4-06)(1.83g, 7.00mmol, 전체 수율: 51%)을 얻었다.
(제4-3단)
실시예 1의 (제1-5단) 내지 (제1-8단)과 완전히 같은 조작을 실시하는 것에 의해, 상기 단에서 얻어진 (S4-06)(1.83g, 7.00mmol)으로부터 화합물(S4)(0.890g, 1.47mmol, 전체 수율: 21%)을 얻었다. 이 화합물의 상전이 온도(℃)는, C 89.4 C·93.0 I이었다.
1H-NMR(CDCl3):δ(ppm) 1.72(s, 3H), 3.37(s, 2H), 4.80(d, 1H), 4.90(s, 1H), 7.00(d, 2H), 7.06(dd, 1H), 7.09(dd, 1H), 7.22(d, 2H), 7.27(d, 2H), 7.38(dd, 1H)
19F-NMR(CDCl3):δ(ppm) -56.7(t, 3F), -62.4(t, 2F), -108.7(m, 2F), -111.2(dt, 2F), -114.5(d, 2F), -118.3(dd, 1F)
[실시예 5]
화합물(S5)의 합성
Figure 112013002601670-pct00126
(화학식(1-2-2f)에서, R1a가 -C4H9, R1b가 수소, L1이 수소, L2, L3, L4, 및 L5이 불소이며, Y1이 불소인 화합물.)
하기의 스킴으로 화합물(S5)을 합성하였다.
Figure 112013002601670-pct00127

실시예 1의 (제1-7단)에서 얻어진 화합물(S1-11)과 화합물(S1-11')의 혼합물(4.00g(75%), 5.48mmol)을 출발 원료로 하여, (제1-8단) 중에서, 화합물(S1-12) 대신 화합물(S5-01)(1.39g, 5.76mmol)을 사용하는 것 외에는 완전히 같은 방법에 의해 화합물(S5)(1.20g, 1.69mmol, 전체 수율: 29%)을 얻었다. 이 화합물의 상전이 온도(℃)는, C 77.4 N 165.0 I이었다.
1H-NMR(CDCl3):δ(ppm) 0.894(d, 3H), 0.905(t, 3H), 1.19-1.40(m, 6H), 1.76(m, 1H), 2.41(dd, 1H), 2.69(dd, 1H), 6.99(d, 1H), 7.04(d, 1H), 7.15-7.29(m, 8H), 7.37(m, 2H)
19F-NMR(CDCl3):δ(ppm) -61.8(t, 2F), -111.3(dt, 2F), -111.4(d, 2F), -114.9(dd, 1F), -118.7(dd, 1F), -134.7(dd, 2H), -161.7(tt, 1H)
액정 화합물(S5)의 물성
상술한 모액정A로서 기재된 4개의 화합물을 혼합하여, 네마틱상을 갖는 모액정A를 조제하였다. 이 모액정A의 물성은 이하와 같았다.
상한온도(TNI)=71.7℃; 유전율 이방성(Δε)=11.0; 굴절율 이방성(Δn)=0.137
모액정A 85 중량%와, 실시예 5로 얻어진 (S5)의 15 중량%로 이루어지는 액정 조성물 AS5를 조제하였다. 얻어진 액정 조성물 AS5의 물성값을 측정하여, 측정값을 외삽하는 것으로 액정 화합물(S5)의 물성의 외삽값을 산출하였다. 그 값은 이하와 같았다.
상한온도(TNI)=91.0℃; 유전율 이방성(Δε)=52.9; 굴절율 이방성(Δn)=0.190
이러한 점들에서 액정 화합물(S5)은, 낮은 융점을 나타내는 것에 더해, 다른 액정 화합물과의 뛰어난 상용성을 가지며, 유전율 이방성(Δε) 및 굴절율 이방성(Δn)이 큰 화합물이라는 것을 알았다.
[실시예 6]
화합물(S6)의 합성
Figure 112013002601670-pct00128
(화학식(1-2-2f)에서, R1a가 -C4H9, R1b가 수소, L1이 수소, L2, L3, L4, 및 L5이 불소이며, Y1이 -CF3인 화합물.)
하기의 스킴으로 화합물(S6)을 합성하였다.
Figure 112013002601670-pct00129

실시예 5의 (제1-7단)에서 얻어진 화합물(S1-11)과 화합물(S1-11')의 혼합물(4.00g(75%), 5.48mmol)을 출발 원료로 하여, (제1-8단) 중에서, 화합물(S1-12) 대신 화합물(S6-01)(1.57g, 5.37mmol)을 사용하는 것 외에는 완전히 같은 방법에 의해 화합물(S6)(1.05g, 1.38mmol, 전체 수율: 26%)을 얻었다. 이 화합물의 상전이 온도(℃)는, C 116.4 SmA 135.2 N 169.1 I이었다.
1H-NMR(CDCl3):δ(ppm) 0.891(d, 3H), 0.907(t, 3H), 1.16-1.40(m, 6H), 1.76(m, 1H), 2.41(dd, 1H), 2.69(dd, 1H), 6.99(dd, 1H), 7.04(dd, 1H), 7.21-7.28(m, 8H), 7.37(t, 1H), 7.45(t, 1H)
19F-NMR(CDCl3):δ(ppm) -56.8(t, 3F), -61.8(t, 2F), -111.1(m, 2F), -111.3(dt, 2F), -114.1(dd, 1F), -114.8(d, 2H), -118.7(dd, 1H)
[실시예 7]
화합물(S7)의 합성
Figure 112013002601670-pct00130
(화학식(1-1-2i)에서, R1a가 에틸, R1b가 수소, L1이 수소, L2, L3 및 L4가 불소이며, Y1이 -CF3인 화합물.)
하기의 스킴으로 화합물(S7)을 합성하였다.
Figure 112013002601670-pct00131
Figure 112013002601670-pct00132

실시예 1과 같은 조작을 실시하는 것에 의해, 화합물(S7-01)로부터 화합물(S7)(2.50g, 3.93mmol, 수율: 11%)을 얻었다. 이 화합물의 상전이 온도(℃)는, C 84.5(N 69.9) I이었다.
1H-NMR(CDCl3):δ(ppm) 0.893(d, 3H), 0.939(t, 3H), 1.02-1.25(m, 1H), 1.38-1.46(m, 1H), 1.67-1.72(m, 1H), 2.42(dd, 1H), 2.69(dd, 1H), 6.98-7.06(m, 4H), 7.22(d, 2H), 7.26(d, 2H), 7.36(dd, 1H)
19F-NMR(CDCl3):δ(ppm) -56.8(t, 3F), -62.5(t, 2F), -108.8(m, 2F), -111.2(dt, 2F), -114.7(d, 2F), -118.7(dd, 1F)
[실시예 8]
화합물(S8)의 합성
Figure 112013002601670-pct00133
(화학식(1-2-3f)에서, R1a가 -C3H7, R1b가 수소, L1이 수소, L2, L3, L4, 및 L5가 불소이며, Y1이 불소인 화합물.)
하기의 스킴으로 화합물(S8)을 합성하였다.
Figure 112013002601670-pct00134
Figure 112013002601670-pct00135

실시예 1의 (제1-1단) 내지 (제1-7단)과 같은 조작을 실시하는 것에 의해, 화합물(S8-01)로부터 화합물(S8-06)(7.0g, 12.8mmol)을 얻었다.
이어서, 실시예 5와 같은 조작을 실시하는 것에 의해, 화합물(S8-04)로부터 화합물(S8)(3.17g, 4.48mmol, 수율: 35%)을 얻었다. 이 화합물의 상전이 온도(℃)는, C 95.5 SA 102.2 N 153.1 I이었다.
1H-NMR(CDCl3):δ(ppm) 0.902 (t, 3H), 0.950(d, 3H), 1.16-1.51(m, 6H), 1.63-1.67(m, 1H), 2.60-2.73(m, 2H), 7.03(dd, 1H), 7.08(dd, 1H), 7.16-7.26(m, 8H), 7.36(dd, 1H), 7.39(dd, 1H)
19F-NMR(CDCl3):δ(ppm) -61.7(t, 2F), -111.2(dt, 2F), -114.7(d, 2F), -114.9(dd, 1F), -118.5(dd, 1F), -134.7(dd, 2F), -161.8(tt, 1F)
[실시예 9]
화합물(S9)의 합성
Figure 112013002601670-pct00136
(화학식(1-2-5f)에서, R1a가 에틸, R1b가 수소, L1이 수소, L2, L3, L4, 및 L5이 불소이며, Y1이 불소인 화합물.)
하기의 스킴으로 화합물(S9)을 합성하였다.
Figure 112013002601670-pct00137
Figure 112013002601670-pct00138

실시예 1의 (제1-1단) 내지 (제1-7단)과 같은 조작을 실시하는 것에 의해, 화합물(S9-01)로부터 화합물(S9-06)(7.5g, 13.7mmol)을 얻었다.
이어서, 실시예 5와 같은 조작을 실시하는 것에 의해, 화합물(S8-04)로부터 화합물(S8)(3.55g, 5.01mmol, 수율: 36%)을 얻었다. 이 화합물의 상전이 온도(℃)는, C 93.6(SA 64.2) N 163.0 I이었다.
1H-NMR(CDCl3):δ(ppm) 0.870(t, 3H), 0.871(d, 3H), 1.14-1.22(m, 2H), 1.32-1.40(m, 3H), 1.59-1.71(m, 2H), 2.61-2.68(m, 2H), 7.03(dd, 1H), 7.09(dd, 1H), 7.16-7.26(m, 8H), 7.36(dd, 1H), 7.39(dd, 1H)
19F-NMR(CDCl3):δ(ppm) -61.8(t, 2F), -111.2(dt, 2F), -114.7(d, 2F), -114.9(dd, 1F), -118.5(dd, 1F), -134.7(dd, 2F), -161.7(tt, 1F)
[실시예 10]
화합물(S10)의 합성
Figure 112013002601670-pct00139
(화학식(1-2-7f)에서, R1a가 메틸, R1b가 -C5H11, L1이 수소, L2, L3, L4, 및 L5가 불소이며, Y1이 불소인 화합물.)
하기의 스킴으로 화합물(S10)을 합성하였다.
Figure 112013002601670-pct00140
화합물(S10-04)은 시판되고 있다. 실시예 5와 같은 조작을 실시하는 것에 의해, 화합물(S10-04)로부터 화합물(S10)(2.00g, 2.82mmol, 수율: 33%)을 얻었다. 이 화합물의 상전이 온도(℃)는, C 115.4 N 176.6 I이었다.
1H-NMR(CDCl3):δ(ppm) 0.871(t, 3H), 1.18-1.26(m, 6H), 1.27(d, 3H), 1.57-1.60(m, 2H), 2.74(m, 1H), 7.02(dd, 1H), 7.08(dd, 1H), 7.16-7.27(m, 8H), 7.37(dd, 1H), 7.39(dd, 1H)
19F-NMR(CDCl3):δ(ppm) -61.8(t, 2F), -111.3(dt, 2F), -114.8(d, 2F), -114.9(dd, 1F), -118.3(dd, 1F), -134.7(dd, 2F), -161.7(tt, 1F)
[비교예]
특허 문헌에 함유하는 화합물(ref. 01) 내지 (ref. 03)의 상전이 온도(℃)는 이하와 같았다.
Figure 112013002601670-pct00141
Figure 112013002601670-pct00142
본원의 화합물(S1)은, 그 유사 화합물(ref. 01) 및 (ref. 02)과 비교하여, 융점이 약 20℃ 낮다는 것을 알았다.
동일하게, 본원의 화합물(S3)은, 그 유사 화합물(ref. 01) 및 (ref. 02)과 비교하여, 융점이 약 32℃ 낮다는 것을 알았다.
동일하게, 본원의 화합물(S5)은, 그 유사 화합물(ref. 03)과 비교하여, 융점이 약 17℃ 낮다는 것을 알았다.
(본건 발명의 조성물)
본 발명에 있어서, 액정 조성물의 특성값의 측정은 하기의 방법에 따라 실시할 수 있다. 이들 대부분은, 일본전자기계공업회 규격(Standard of Electric Industries Association of Japan) EIAJ·ED-2521A에 기재된 방법, 또는 이를 수식한 방법이다. 측정에 이용한 TN소자에는, TFT를 달지 않았다.
네마틱상의 상한온도(NI; ℃)
편광 현미경을 구비한 융점측정 장치의 핫플레이트(hot plate)에 시료를 두고, 1℃/분의 속도로 가열하였다. 시료의 일부가 네마틱상에서 등방성 액체로 변화되었을 때의 온도를 측정하였다. 네마틱상의 상한온도를 "상한온도"라고 약칭할 경우가 있다.
네마틱상의 하한온도(T C ; ℃)
네마틱상을 갖는 시료를 0℃, -10℃, -20℃, -30℃, 및 -40℃의 냉각기(freezer) 중에 10일간 보관한 후, 액정상을 관찰하였다. 예를 들면, 시료가 -20℃에서는 네마틱상인 상태이며, -30℃에서는 결정(또는 스멕틱상)으로 변화되었을 때, TC를 ≤-20℃라고 기재한다. 네마틱상의 하한온도를 "하한온도"라고 약칭할 경우가 있다.
광학적으로 등방성인 액정상의 전이 온도
편광 현미경을 갖춘 융점측정 장치의 핫플레이트(hot plate)에 시료를 두고, 크로스니콜의 상태에서, 우선 시료가 비액정 등방상이 되는 온도까지 승온한 후, 1℃/분의 속도로 강온하여, 완전히 키랄네마틱상 또는 광학적으로 등방성인 액정상을 출현시켰다. 이 강온 과정에서의 상전이 온도를 측정하고, 이어서 1℃/분의 속도로 승열시켜서, 그 승온 과정에 있어서의 상전이 온도를 측정하였다. 본 발명에 있어서, 달리 언급이 없는 한, 승온 과정에서의 상전이 온도를 상전이 온도로 하였다. 광학적으로 등방성인 액정상에 있어서 크로스니콜 하에서는 암시야에서 상전이 온도의 판별이 곤란할 경우는, 편광판을 크로스니콜의 상태에서 1 내지 10° 비켜서 상전이 온도를 측정하였다.
점도(η; 20℃에서 측정; mPa ·s)
측정에는 E형 점도계를 이용하였다.
회전 점도(γ1; 25℃에서 측정; mPa ·s)
1) 유전율 이방성이 플러스인 시료: 측정은 M. Imai et al., Molecular Crystals and Liquid Crystals, Vol. 259, 37(1995)에 기재된 방법을 따랐다. 트위스트각이 0°이며, 그리고 2장의 유리기판의 간격(셀 갭)이 5μm인 TN소자에 시료를 넣었다. TN소자에 16볼트에서 19.5볼트까지의 범위에서 0.5볼트마다 단계적으로 인가하였다. 0.2초의 무인가 후, 단 1개의 구형파(矩形波)(구형 펄스 0.2초)와 무인가(2초)의 조건으로 인가를 되풀이하였다. 이 인가에 의해 발생한 과도전류(transient current)의 피크 전류(peak current)와 피크 시간(peak time)을 측정하였다. 이 측정값과 M. Imai et al.의 논문의 40페이지의 계산식(8)으로부터 회전 점도의 값을 얻었다. 이 계산에서 필요한 유전율 이방성의 값은, 이 회전 점도의 측정에서 사용한 소자로, 하기의 유전율 이방성의 측정 방법으로 구하였다.
2) 유전율 이방성이 마이너스인 시료: 측정은 M. Imai et al., Molecular Crystals and Liquid Crystals, Vol. 259, 37(1995)에 기재된 방법을 따랐다. 2장의 유리기판의 간격(셀 갭)이 20μm의 VA소자에 시료를 넣었다. 이 소자에 30볼트에서 50볼트까지의 범위에서 1볼트마다 단계적으로 인가하였다. 0.2초의 무인가 후, 단 1개의 구형파(구형 펄스 0.2초)과 무인가(2초)의 조건으로 인가를 되풀이하였다. 이 인가에 의해 발생한 과도전류(transient current)의 피크 전류(peak current)와 피크 시간(peak time)을 측정하였다. 이 측정값과 M. Imai et al.의 논문, 40페이지의 계산식(8)으로부터 회전 점도의 값을 얻었다. 이 계산에 필요한 유전율 이방성은, 하기의 유전율 이방성으로 측정한 값을 이용하였다.
굴절율 이방성(Δn; 25℃에서 측정)
측정은, 파장 589nm의 광을 이용하고, 접안경에 편광판을 부착한 아베 굴절계에 의해 측정하였다. 주 프리즘의 표면을 1방향에 러빙한 후, 시료를 주 프리즘에 적하하였다. 굴절율(n∥)은 편광의 방향이 러빙의 방향과 평행할 때에 측정하였다. 굴절율(n⊥)은 편광의 방향이 러빙의 방향과 수직할 때에 측정하였다. 굴절율 이방성의 값은, Δn=n∥-n⊥의 식으로부터 계산하였다. 시료가 조성물일 때는 이 방법에 의해 굴절율 이방성을 측정하였다. 시료가 화합물일 때는, 화합물을 적절한 조성물에 혼합한 후 굴절율 이방성을 측정하였다. 화합물의 굴절율 이방성은 외삽값이다.
유전율 이방성(Δε; 25℃에서 측정)
시료가 화합물일 때는, 화합물을 적절한 조성물에 혼합한 뒤 유전율 이방성을 측정하였다. 화합물의 유전율 이방성은 외삽값이다.
1) 유전율 이방성이 플러스인 조성물
2장의 유리기판의 간격(갭)이 약 9μm, 트위스트각이 80°인 액정 셀에 시료를 넣었다. 이 셀에 20볼트를 인가하고, 액정분자의 장축방향에 있어서의 유전율(ε∥)을 측정하였다. 0.5볼트를 인가하고, 액정분자의 단축방향에 있어서의 유전율(ε⊥)을 측정하였다. 유전율 이방성의 값은, Δε=ε∥-ε⊥의 식으로부터 계산하였다.
2) 유전율 이방성이 마이너스인 조성물
호메오트로픽 배향으로 처리한 액정 셀에 시료를 넣고, 0.5볼트를 인가해서 유전율(ε∥)을 측정하였다. 호모지니어스 배향으로 처리한 액정 셀에 시료를 넣고, 0.5볼트를 인가하여 유전율(ε⊥)을 측정하였다. 유전율 이방성의 값은, Δε=ε∥-ε⊥의 식으로부터 계산하였다.
임계값 전압(Vth; 25℃에서 측정; V)
시료가 화합물의 때는, 화합물을 적절한 조성물에 혼합한 후 임계값 전압을 측정하였다. 화합물의 임계값 전압은 외삽값이다.
1) 유전율 이방성이 플러스인 조성물
2장의 유리기판의 간격(갭)이 (0.5/Δn)μm이며, 트위스트각이 80°인, 노멀리 화이트 모드(normally white mode)의 액정표시 소자에 시료를 넣었다. Δn은 상기의 방법으로 측정한 굴절율 이방성의 값이다. 이 소자에 주파수가 32Hz인 구형파를 인가하였다. 구형파의 전압을 상승시켜서, 소자를 통과하는 광의 투과율이 90%가 되었을 때의 전압의 값을 측정하였다.
2) 유전율 이방성이 마이너스인 조성물
2장의 유리기판의 간격(갭)이 약 9μm이며, 호메오트로픽 배향으로 처리한 노멀리 블랙 모드(normally black mode)의 액정표시 소자에 시료를 넣었다. 이 소자에 주파수가 32Hz인 구형파를 인가하였다. 구형파의 전압을 상승시켜서, 소자를 통과하는 광의 투과율 10%가 되었을 때의 전압의 값을 측정하였다.
전압 유지율(VHR; 25℃에서 측정; %)
측정에 이용한 TN소자는 폴리이미드 배향막을 가지고, 그리고 2장의 유리기판의 간격(셀 갭)은 6μm이다. 이 소자는 시료를 넣은 후 자외선에 의해 중합되는 접착제로 밀폐하였다. 이 TN소자에 펄스 전압(5V로 60μ초)을 인가하여 충전하였다. 쇠퇴하는 전압을 고속 전압계로 16.7m초당 측정하고, 단위 주기에서 있어서의 전압곡선과 가로축 사이의 면적A를 구하였다. 면적B는 쇠퇴하지 않았을 때의 면적이다. 전압 유지율은 면적B에 대한 면적A의 백분률이다.
나선 피치(20℃에서 측정; μm)
나선 피치의 측정에는, Grandjean-Cano wedge cell method을 채용하였다. Grandjean-Cano wedge cell에 시료를 주입하여, 셀로부터 관찰되는 디스크리네이션(Disclination) 라인의 간격(a; 단위는 μm)을 측정하였다. 나선 피치(P)는, 식 P=2·a·tanθ로부터 산출하였다. θ은, 쐐기형 셀에 있어서의 2장의 유리기판 사이의 각도이다.
혹은, 피치 길히는 선택 반사를 이용하여 측정하였다(액정편람 196페이지 (2000년 발행, 마루젠(丸善)). 선택 반사 파장 λ에는, 관계식 <n>p/λ=1이 성립된다. 여기서 <n>은 평균 굴절율을 나타내며, 다음 식으로 주어진다. <n>={(n∥2+n⊥2)/2}1/2. 선택 반사 파장은 현미 분광 광도계(일본전자(日本電子)(주), 상품명 MSV-350)로 측정하였다. 얻어진 반사 파장을 평균 굴절율로 나누는 것으로, 피치를 구하였다.
가시광보다 장파장 영역에 반사 파장을 갖는 콜레스테릭 액정의 피치는, 키랄제 농도가 낮은 영역에서는 키랄제의 농도의 역수에 비례하므로, 가시광 영역에 선택 반사 파장을 갖는 액정의 피치 길이를 몇 점 측정하여, 직선 외삽법에 의해 구하였다.
성분 또는 액정 화합물의 비율(백분률)은, 액정 화합물의 총 중량에 근거한 중량 백분률(중량%)이다. 조성물은, 액정 화합물 등의 성분의 중량을 측정하고 나서 혼합함으로써 조제된다. 따라서 성분의 중량%를 산출하는 것은 용이하다.
[실시예 11]
하기에 나타내는 액정 화합물을, 하기의 비율로 혼합하는 것에 의해 액정 조성물 A를 조제하였다. 구조식의 우측에 일반식과의 대응을 기재하였다. 본건의 화합물에 대해서는 화합물 번호를 기재하였다.
액정 조성물 A
Figure 112013002601670-pct00143
이 액정 조성물 A의 상전이 온도(℃)는 I 94.0 내지 91.4 N이었다.
다음은, 액정 조성물 A(94.0wt%)와, 하기의 식으로 나타내는 키랄제 BN-H5 (6.0wt%)로 이루어지는 액정 조성물 B를 얻었다.
이 액정 조성물 B의 상전이 온도(℃)는 N* 77.1 BP>78 I이었다. 한편, BP조직은 적어도 N*상 바로 위에서는 등방상과의 공존이 없고 균일하였다. 또한 BP-I 전이는 편광 현미경에서는 명확하게는 확인할 수 없었다.
그리고 BN-H5는, (R)-(+)-1,1'-비(2-나프톨)와 대응하는 카복실산으로부터 디시클로헥실카르보디이미드(DCC)를 사용하여 에스테르화함으로써 얻었다.
BN-H5
Figure 112013002601670-pct00144

[실시예 12]
모노머와 액정 조성물의 혼합물의 조제
액정 조성물과 모노머와의 혼합물로서 액정 조성물 B를 88.3 중량%, n-도데실아크릴레이트를 6.0 중량%, 1,4-디(4-(6-(아크릴로일옥시)헥실옥시)벤조일옥시)-2-메틸벤젠(LCA-6)을 4.7 중량%, 광중합 개시제로서 2,2'-디메톡시페닐아세토페논을 1.0 중량% 혼합한 액정 혼합물 B-1M을 조제하였다.
LCA-6
Figure 112013002601670-pct00145
고분자/액정 복합 재료의 조제
액정 혼합물 B-1M을 배향 처리하지 않은 빗살형 전극 기판과 대향 유리 기판(전극 비부착)의 사이(셀 두께 9μm)에 협지하고, 얻어진 셀을 46.0℃의 블루상까지 가열하였다. 이 상태에서, 자외광(자외광 강도 23mWcm-2(365nm))을 1분간 조사하여, 중합 반응을 실시하였다.
이렇게 하여 얻어진 고분자/액정 복합 재료 B-1P는 실온까지 냉각해도 광학적으로 등방성인 액정상을 유지하고 있었다.
그리고 도 1에 나타내는 바와 같이, 빗살형 전극 기판의 전극은, 좌측에서 연장되는 전극(1)과 우측에서 연장되는 전극(2)이 번갈아가며 배치된다. 따라서 전극(1)과 전극(2) 사이에 전위차가 있을 경우, 도 1에 나타내는 바와 같은 빗살형 전극 기판 상에서는, 상방향과 하방향, 이들 2개 방향의 전계가 존재하는 상태를 제공할 수 있다.
[실시예 13]
실시예 12에서 얻어진 고분자/액정 복합 재료 B-1P가 협지된 셀을, 도 2에 나타내는 바와 같은 광학계에 설치하여, 전기 광학 특성을 측정하였다. 광원으로서 편광 현미경(니콘(Nikon)제품인 ECLIPSE LV100POL)의 백색광원을 이용하여, 셀로의 입사 각도가 셀 면에 대하여 수직이 되도록 하고, 빗살형 전극의 선 방향이 Polarizer와 Analyzer 편광판에 대하여 각각 45°이 되도록 상기 셀을 광학계에 설치하였다. 실온에서 인가 전압과 투과율의 관계를 조사하였다. 55V의 구형파을 인가하면, 투과율이 85%가 되고, 투과광의 강도는 포화되었다.
[실시예 14]
하기에 나타내는 액정 화합물을, 하기의 비율로 혼합하는 것으로 액정 조성물 C를 조제하였다. 구조식의 우측에 일반식과의 대응을 기록하였다. 본건의 화합물에 대해서는 화합물 번호를 기록하였다.
액정 조성물C
Figure 112013002601670-pct00146
Figure 112013002601670-pct00147
이 액정 조성물 C의 상전이 온도(℃)는 I 86 내지 88 N이었다.
다음은, 액정 조성물 C(93.7wt%)와, 하기 식으로 나타내는 키랄제 BN-H4(3.0wt%),상술한 키랄제 BN-H5(3.3wt%)로 이루어지는 액정 조성물 D를 얻었다.
이 액정 조성물 D의 상전이 온도(℃)는 N* 71.4 내지 71.8 BP 74.3 내지 77.4 I이었다. 그리고 71.8 내지 74.3℃에 있어서는 BP조직은 N*상이나 등방상과의 공존이 없이 균일하였다.
BN-H4
Figure 112013002601670-pct00148

[실시예 15]
모노머와 액정 조성물의 혼합물의 조제
액정 조성물과 모노머와의 혼합물로서 액정 조성물 D를 88.3 중량%, n-도데실아크릴레이트를 6.0 중량%, 1,4-디(4-(6-(아크릴로일옥시)헥실옥시)벤조일옥시)-2-메틸벤젠(LCA-6)을 4.7 중량%, 광중합 개시제로서 2,2'-디메톡시페닐아세토페논을 1.0 중량% 혼합한 액정 조성물 D-1M을 조제하였다.
LCA-6
Figure 112013002601670-pct00149

고분자/액정 복합 재료의 조제
액정 조성물 D-1M을 배향 처리되지 않은 빗살형 전극 기판과 대향 유리기판(전극 비부착) 사이(셀 두께 9μm)에 협지하고, 얻어진 셀을 40℃에서 2℃/분으로 냉각하여, 33.0℃의 블루상(과냉각 블루상)까지 냉각하였다. 이 상태에서, 자외광(자외광 강도 23mWcm-2(365nm))을 1분간 조사하여, 중합 반응을 실시하였다.
이와 같이 하여 얻어진 고분자/액정 복합 재료 D-1P는 실온까지 냉각해도 광학적으로 등방성인 액정상을 유지하고 있었다.
[실시예 16]
실시예 15에서 얻어진 고분자/액정 복합 재료 D-1P가 협지된 셀을, 도 2에 나타내는 광학계에 설치하여, 전기 광학 특성을 측정하였다. 광원으로서 편광 현미경(니콘(Nikon)제품인 ECLIPSE LV100POL)의 백색광원을 이용하여, 셀로의 입사 각도가 셀 면에 대하여 수직이 되도록 하고, 빗살형 전극의 선 방향이 Polarizer와 Analyzer 편광판에 대하여 각각 45°이 되도록 상기 셀을 광학계에 설치하였다. 실온에서 인가 전압과 투과율의 관계를 조사하였다. 62.5V의 구형파을 인가하면, 투과광의 강도는 포화되었다.
[실시예 17]
하기에 나타내는 액정 화합물을, 하기의 비율로 혼합하는 것으로 액정 조성물 E를 조제하였다. 구조식의 우측에 일반식과의 대응을 기재하였다. 본건의 화합물에 대해서는 화합물 번호를 기재하였다.
액정 조성물 E
Figure 112013002601670-pct00150
Figure 112013002601670-pct00151
Figure 112013002601670-pct00152
이 액정 조성물 E의 상전이 온도(℃)는 N 81.5 내지 82.2 I이었다.
다음은, 액정 조성물 E(94.7wt%)와, 상술한 키랄제 BN-H5(5.3wt%)로 이루어지는 액정 조성물 F를 얻었다.
이 액정 조성물 F의 상전이 온도(℃)는 N* 72.5 내지 72.6 BP 73.6 내지 74.6 I이었다. 한편, 72.5 내지 73.6℃에 있어서 BP조직은 N*상이나 등방상과의 공존이 없이 균일하였다.
BN-H5
Figure 112013002601670-pct00153

[실시예 18]
모노머와 액정 조성물의 혼합물의 조제
액정 조성물과 모노머와의 혼합물로서 액정 조성물F를 88.3 중량%, n-도데실아크릴레이트를 6.0 중량%, 1,4-디(4-(6-(아크릴로일옥시)헥실옥시)벤조일옥시)-2-메틸벤젠(LCA-6)을 4.7 중량%, 광중합 개시제로서 2,2'-디메톡시페닐아세토페논을 1.0 중량% 혼합한 액정 조성물 F-1M을 조제하였다.
LCA-6
Figure 112013002601670-pct00154

고분자/액정 복합 재료의 조제
액정 조성물 F-1M을 배향 처리되지 않은 빗살형 전극 기판과 대향 유리 기판(전극 비부착)의 사이(셀 두께 9μm)에 협지하고, 얻어진 셀을 38.0℃에서 2℃/분으로 43.0℃의 블루상까지 승온시켰다. 이 상태에서, 자외광(자외광의 강도 23mWcm-2(365nm))을 1분간 조사하여, 중합 반응을 실시하였다.
이와 같이 하여 얻어진 고분자/액정 복합 재료 F-1P는 실온까지 냉각해도 광학적으로 등방성인 액정상을 유지하고 있었다.
[실시예 19]
실시예에서 얻어진 고분자/액정 복합 재료 F-1P가 협지된 셀을, 도 2에 나타내는 광학계에 설치하여, 전기 광학 특성을 측정하였다. 광원으로서 편광 현미경(니콘(Nikon)제품인 ECLIPSE LV100POL)의 백색광원을 이용하여, 셀로의 입사 각도가 셀 면에 대하여 수직이 되도록 하고, 빗살형 전극의 선 방향이 Polarizer와 Analyzer 편광판에 대하여 각각 45°이 되도록 상기 셀을 광학계에 설치하였다. 실온에서 인가 전압과 투과율의 관계를 조사하였다. 40.0V의 구형파을 인가하면, 투과광의 강도는 포화되었다.
본 발명의 활용법으로서, 예를 들면, 액정 매체를 이용하는 표시 소자 등의 광소자를 들 수 있다.

Claims (65)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
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  16. 화학식(1-1) 내지 (1-2) 중 어느 하나로 나타내는 화합물.
    Figure 112017075001274-pct00156

    (화학식(1-1) 내지 (1-2)에서, R1은 CHN 1-1 또는 CHN 2-1이고,
    Figure 112017075001274-pct00180

    R1a 는 탄소수 1 내지 10의 알킬이며, R1b는 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬이며, 고리 A1은, 1,4-페닐렌 또는 1,3-디옥산-2,5-디일이며, 이 고리들 중 임의의 수소는 불소로 치환되어도 좋고; Z1, Z2, Z3, 및 Z4는 독립적으로, 단결합 또는 -CF2O-이나, Z1, Z2, Z3, 및 Z4 중 어느 1개는 -CF2O-이며; Y1은 불소, 염소 또는 임의의 수소가 불소로 치환된 탄소수 1 내지 3의 알킬이며, 이 알킬 중 임의의 -CH2-는 -O-으로 치환되어도 좋고, 이 알킬 중 임의의 -CH2-CH2-는 -CH=CH-으로 치환되어도 좋고; X는, 불소 또는 염소이며; 또한, 하기와 같은 1,4-페닐렌과 (X)를 직쇄로 결합한 표기는, 1개 또는 2개의 수소가 X로 치환되어 있어도 좋은 1,4-페닐렌을 나타낸다.)
    Figure 112017075001274-pct00157
  17. 제 16 항에 있어서, 화학식(1-1-1) 내지 (1-1-2), (1-2-1) 내지 (1-2-2) 및 (1-2-9) 내지 (1-2-10) 중 어느 하나로 나타내는 화합물.
    Figure 112017075001274-pct00181

    Figure 112017075001274-pct00182

    Figure 112017075001274-pct00183

    (화학식(1-1-1) 내지 (1-1-2), (1-2-1) 내지 (1-2-2) 및 (1-2-9) 내지 (1-2-10)에서, R1a는 탄소수 1 내지 10의 알킬이며, R1b는 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬이며, M은 -CH2-이며; L2, L3, L4 및 L5는 독립적으로 수소 또는 불소이며; A1은 1,4-페닐렌 또는 1,3-디옥산-2,5-디일이며, 이 고리들 중 임의의 수소는 불소로 치환되어도 좋고; Y1은 불소, 염소 또는 임의의 수소가 불소로 치환된 탄소수 1 내지 3의 알킬이다.)
  18. 화학식(1-1) 또는 (1-2)로 나타내는 화합물, 및 키랄(chiral)제를 함유하여, 광학적으로 등방성인 액정상을 발현하는 것을 특징으로 하는 액정 조성물.
    Figure 112017075001274-pct00184

    (화학식(1-1) 내지 (1-2)에서, R1은 CHN 1-1 또는 CHN 2-1이고,
    Figure 112017075001274-pct00185

    R1a 는 탄소수 1 내지 10의 알킬이며, R1b는 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬이며, 고리 A1은, 1,4-페닐렌 또는 1,3-디옥산-2,5-디일이며, 이 고리들 중 임의의 수소는 불소로 치환되어도 좋고; Z1, Z2, Z3, 및 Z4는 독립적으로, 단결합 또는 -CF2O-이나, Z1, Z2, Z3, 및 Z4 중 어느 1개는 -CF2O-이며; Y1은 불소, 염소 또는 임의의 수소가 불소로 치환된 탄소수 1 내지 3의 알킬이며, 이 알킬 중 임의의 -CH2-는 -O-으로 치환되어도 좋고, 이 알킬 중 임의의 -CH2-CH2-는 -CH=CH-으로 치환되어도 좋고; X는, 불소 또는 염소이며; 또한, 하기와 같은 1,4-페닐렌과 (X)를 직쇄로 결합한 표기는, 1개 또는 2개의 수소가 X로 치환되어 있어도 좋은 1,4-페닐렌을 나타낸다.)
    Figure 112017075001274-pct00186
  19. 삭제
  20. 제 18 항에 있어서, 화학식(1)에서, 고리 A1이 1개 또는 2개의 수소가 불소로 치환된 1,4-페닐렌인 액정 조성물.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 삭제
  32. 삭제
  33. 삭제
  34. 제 18 항에 있어서, 화학식(1-1-1) 내지 (1-1-2), (1-2-1) 내지 (1-2-2) 및 (1-2-9) 내지 (1-2-10) 중 어느 하나로 나타내지는 화합물, 및 키랄제를 함유하여, 광학적으로 등방성인 액정상을 발현하는 액정 조성물.

    Figure 112017075001274-pct00187

    Figure 112017075001274-pct00188

    Figure 112017075001274-pct00189

    (화학식(1-1-1) 내지 (1-1-2), (1-2-1) 내지 (1-2-2) 및 (1-2-9) 내지 (1-2-10)에서, R1a는 탄소수 1 내지 10의 알킬이며, R1b는 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬이며, M은 -CH2-이며; L2, L3, L4 및 L5는 독립적으로 수소 또는 불소이며; A1은 1,4-페닐렌 또는 1,3-디옥산-2,5-디일이며, 이 고리들 중 임의의 수소는 불소로 치환되어도 좋고; Y1은 불소, 염소 또는 임의의 수소가 불소로 치환된 탄소수 1 내지 3의 알킬이다.)
  35. 제 18 항에 있어서, 화학식(2), (3) 및 (4) 각각으로 나타내는 화합물 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 화합물을 더 함유하는 액정 조성물.
    Figure 112017075001274-pct00167

    (이 식들에 있어서, R2는 직쇄의 탄소수 1 내지 10의 알킬 또는 탄소수 2 내지 10의 알케닐이며, 알킬 및 알케닐에 있어서 임의의 수소는 불소로 치환되어도 좋고, 임의의 -CH2-는 -O-로 치환되어도 좋고; X2는 불소, 염소, -OCF3, -OCHF2, -CF3, -CHF2, -CH2F, -OCF2CHF2, 또는 -OCF2CHFCF3이며; 고리 B1, 고리 B2, 및 고리 B3은 독립적으로, 1,4-시클로헥실렌, 1,3-디옥산-2,5-디일, 피리미딘-2,5-디일, 테트라히드로피란-2,5-디일, 1,4-페닐렌, 나프탈렌-2,6-디일, 임의의 수소가 불소로 치환된 1,4-페닐렌, 또는 임의의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 나프탈렌-2,6-디일이며; Z7 및 Z8은 독립적으로, -(CH2)2-, -(CH2)4-, -COO-, -CF2O-, -OCF2-, -CH=CH-, -C≡C-, -CH2O-, 또는 단결합이며; L6 및 L7은 독립적으로, 수소 또는 불소이다.)
  36. 제 18 항에 있어서, 화학식(5)으로 나타내는 화합물의 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 화합물을 더 함유하는 액정 조성물.
    Figure 112017075001274-pct00168

    (이 식에 있어서, R3은 직쇄의 탄소수 1 내지 10의 알킬 또는 탄소수 2 내지 10의 알케닐이며, 알킬 및 알케닐에 있어서 임의의 수소는 불소로 치환되어도 좋고, 임의의 -CH2-는 -O-로 치환되어도 좋고; X3은 -C≡N 또는 -C≡C-C≡N이며; 고리 C1, 고리 C2 및 고리 C3은 독립적으로, 1,4-시클로헥실렌, 1,4-페닐렌, 임의의 수소가 불소로 치환된 1,4-페닐렌, 나프탈렌-2,6-디일, 임의의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 나프탈렌-2,6-디일, 1,3-디옥산-2,5-디일, 테트라히드로피란-2,5-디일, 또는 피리미딘-2, 5-디일이며; Z9는 -(CH2)2-, -COO-, -CF2O-, -OCF2-, -C≡C-, -CH2O-, 또는 단결합이며; L8 및 L9는 독립적으로, 수소 또는 불소이며; r은 1 또는 2이며, s는 0 또는 1이며, r+s=0, 1 또는 2이다.)
  37. 제 18 항에 있어서, 화학식(6)으로 나타내는 화합물의 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 화합물을 더 함유하는 액정 조성물.
    Figure 112017075001274-pct00169

    (이 식에 있어서, R4 및 R5는 독립적으로, 직쇄의 탄소수 1 내지 10의 알킬 또는 탄소수 2 내지 10의 알케닐이며, 이 알킬 및 알케닐에 있어서 임의의 수소는 불소로 치환되어도 좋고, 임의의 -CH2-는 -O-로 치환되어도 좋고; 고리 D1, 고리 D2, 및 고리 D3은 독립적으로, 1,4-시클로헥실렌, 피리미딘-2,5-디일, 1,4-페닐렌, 2-플루오르-1,4-페닐렌, 3-플루오르-1,4-페닐렌, 또는 2,5-디플루오르-1,4-페닐렌이며; Z10은, -C≡C-, -COO-, -(CH2)2-, -CH=CH-, 또는 단결합이다.)
  38. 제 35 항에 있어서, 제 36 항에 기재된 화학식(5)으로 나타내는 화합물의 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 화합물을 더 함유하는 액정 조성물.
  39. 제 35 항에 있어서, 제 37 항에 기재된 화학식(6)으로 나타내는 화합물의 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 화합물을 더 함유하는 액정 조성물.
  40. 제 36 항에 있어서, 제 37 항에 기재된 화학식(6)으로 나타내는 화합물의 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 화합물을 더 함유하는 액정 조성물.
  41. 제 18 항에 있어서,
    화학식(7), (8), (9) 및 (10) 각각으로 나타내지는 화합물의 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 화합물을 더 함유하는 액정 조성물.
    Figure 112017075001274-pct00170

    (이 식들에 있어서, R6은 직쇄의 탄소수 1 내지 10의 알킬, 탄소수 2 내지 10의 알케닐 또는 탄소수 2 내지 10의 알키닐이며, 알킬, 알케닐 및 알키닐에 있어서 임의의 수소는 불소로 치환되어도 좋고, 임의의 -CH2-는 -O-로 치환되어도 좋고; X4는 불소, 염소, -SF5, -OCF3, -OCHF2, -CF3, -CHF2, -CH2F, -OCF2CHF2, 또는 -OCF2CHFCF3이며; 고리 E1, 고리 E2, 고리 E3 및 고리 E4는 독립적으로, 1,4-시클로헥실렌, 1,3-디옥산-2,5-디일, 피리미딘-2,5-디일, 테트라히드로피란-2,5-디일, 1,4-페닐렌, 나프탈렌-2,6-디일, 임의의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 1,4-페닐렌, 또는 임의의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 나프탈렌-2,6-디일이며; Z11, Z12 및 Z13은 독립적으로, -(CH2)2-, -(CH2)4-, -COO-, -CF2O-, -OCF2-, -CH=CH-, -C≡C-, -CH2O-, 또는 단결합이며; L10 및 L11은 독립적으로, 수소 또는 불소이다.)
  42. 제 18 항에 있어서, 화학식(11)으로 나타내는 화합물의 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 화합물을 더 함유하는 액정 조성물.
    Figure 112017075001274-pct00171

    (이 식에 있어서, R7은 직쇄의 탄소수 1 내지 10의 알킬, 탄소수 2 내지 10의 알케닐 또는 탄소수 2 내지 10의 알키닐이며, 알킬, 알케닐 및 알키닐에 있어서 임의의 수소는 불소로 치환되어도 좋고, 임의의 -CH2-는 -O-로 치환되어도 좋고; X5는 -C≡N, -N=C=S, 또는 -C≡C-C≡N이며; 고리 F1, 고리 F2 및 고리 F3은 독립적으로, 1,4-시클로헥실렌, 1,4-페닐렌, 임의의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 1,4-페닐렌, 나프탈렌-2,6-디일, 임의의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 나프탈렌-2,6-디일, 1,3-디옥산-2,5-디일, 테트라히드로피란-2,5-디일, 또는 피리미딘-2, 5-디일이며; Z14는 -(CH2)2-, -COO-, -CF2O-, -OCF2-, -C≡C-, -CH2O-, 또는 단결합이며; L12 및 L13은 독립적으로, 수소 또는 불소이며; aa는 0, 1 또는 2이며, ab는 0 또는 1이며, aa+ab는 0, 1 또는 2이다.)
  43. 제 18 항에 있어서, 적어도 1개의 산화 방지제 및/또는 자외선 흡수제를 포함하는 액정 조성물.
  44. 제 18 항에 있어서, 광학적으로 등방성인 액정상이 2가지 색 이상의 회절광을 나타내지 않는 액정 조성물.
  45. 제 18 항에 있어서, 광학적으로 등방성인 액정상이 2가지 색 이상의 회절광을 나타내는 액정 조성물.
  46. 제 44 항 또는 제 45 항에 있어서, 액정 조성물이, 키랄네마틱상과 비액정 등방상이 공존하는 상한온도와 하한온도와의 차이가 3 내지 150℃인 조성물에 키랄제를 첨가하여 얻어지는 것인, 액정 조성물.
  47. 제 44 항 또는 제 45 항에 있어서, 액정 조성물이, 키랄네마틱상과 비액정 등방상이 공존하는 상한온도와 하한온도와의 차이가 5 내지 150℃인 조성물에 키랄제를 첨가해서 얻어지는 것인, 액정 조성물.
  48. 제 44 항 또는 제 45 항에 있어서, 액정 조성물이, 네마틱상과 비액정 등방상이 공존하는 상한온도와 하한온도와의 차이가 3 내지 150℃인 조성물에 키랄제를 첨가하여 얻어지는 것인, 액정 조성물.
  49. 제 44 항에 있어서, 액정 조성물의 총 중량에 대하여, 키랄제의 비율이 1 중량% 내지 40 중량%인 액정 조성물.
  50. 제 44 항에 있어서, 액정 조성물의 총 중량에 대하여, 키랄제의 비율이 2 중량% 내지 10 중량%인 액정 조성물.
  51. 제 49 항에 있어서, 70 내지 -20℃ 중 어느 온도에 있어서 카이랄네마틱상을 나타내며, 이 온도범위 중 적어도 일부에 있어서 나선 피치가 700nm이하인 액정 조성물.
  52. 제 49 항에 있어서, 키랄제가, 화학식(K1) 내지 (K5) 각각으로 나타내는 화합물의 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 화합물을 포함하는 액정 조성물.
    Figure 112017075001274-pct00172

    (화학식(K1) 내지 (K5) 중, RK는 독립적으로, 수소, 할로겐, -C≡N, -N=C=O, -N=C=S 또는 탄소수 1 내지 20의 알킬이며, 이 알킬 중 임의의 -CH2-는, -O-, -S-, -COO-, 또는 -OCO-으로 치환되어도 좋고, 이 알킬 중 임의의 -CH2-CH2-는 -CH=CH-, -CF=CF- 또는 -C≡C-으로 치환되어도 좋고, 이 알킬 중 임의의 수소는 할로겐으로 치환되어도 좋고; A는 독립적으로, 방향족성 혹은 비방향족성의 3 내지 8원 고리, 또는, 탄소수 9 이상의 축합환이며, 이 고리의 임의의 수소가 할로겐, 탄소수 1 내지 3의 알킬 또는 할로알킬로 치환되어도 좋고, 고리 -CH2-는 -O-, -S- 또는 -NH-으로 치환되어도 좋고, -CH=은 -N=으로 치환되어도 좋고; B는 독립적으로, 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 3의 알킬, 탄소수 1 내지 3의 할로알킬, 방향족성 또는 비방향족성의 3 내지 8원 고리, 또는, 탄소수 9 이상의 축합환이며, 이 고리의 임의의 수소가 할로겐, 탄소수 1 내지 3의 알킬 또는 할로알킬로 치환되어도 좋고, -CH2-는 -O-, -S- 또는-NH-으로 치환되어도 좋고, -CH=은 -N=으로 치환되어도 좋고; Z는 독립적으로, 단결합, 탄소수 1 내지 8의 알킬렌이고, 이 알킬렌 중 임의의 -CH2-는, -O-, -S-, -COO-, -OCO-, -CSO-, -OCS-, -N=N-, -CH=N-, 또는 -N=CH-으로 치환되어도 좋고, 이 알킬렌 중 임의의 -CH2-CH2-는 -CH=CH-, -CF=CF- 또는 -C≡C-으로 치환되어도 좋고, 임의의 수소는 할로겐으로 치환되어도 좋고; X는 단결합, -COO-, -OCO-, -CH2O-, -OCH2-, -CF2O-, -OCF2-, 또는 -CH2CH2-이며; mK는 1 내지 4의 정수이다.)
  53. 제 49 항에 있어서, 키랄제가, 화학식(K2-1) 내지 (K2-8), 화학식(K4-1) 내지 (K4-6) 및 화학식(K5-1) 내지 (K5-3) 각각으로 나타내는 화합물의 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 화합물을 포함하는 액정 조성물.
    Figure 112017075001274-pct00173

    Figure 112017075001274-pct00174

    Figure 112017075001274-pct00175

    Figure 112017075001274-pct00176

    (이 식들 중에서, RK는 독립적으로, 탄소수 3 내지 10의 알킬이며, 이 알킬 중 고리에 인접하는 -CH2-는 -O-로 치환되어도 좋고, 임의의 -CH2-CH2-는, -CH=CH-로 치환되어도 좋다.)
  54. 제 18 항에 기재된 액정 조성물과, 중합성 모노머를 포함하는 혼합물.
  55. 제 54 항에 있어서, 중합성 모노머가 광중합성 모노머 또는 열중합성 모노머인 혼합물.
  56. 제 54 항에 기재된 혼합물을 중합하여 얻어지는, 광학적으로 등방성인 액정상으로 구동되는 소자에 사용되는 고분자/액정 복합 재료.
  57. 제 54 항에 기재된 혼합물을 비액정 등방상 또는 광학적으로 등방성인 액정상으로 중합시켜서 얻어지는, 고분자/액정 복합 재료.
  58. 제 56 항에 있어서, 고분자/액정 복합 재료에 포함되는 고분자가 메소겐 부위를 갖는, 고분자/액정 복합 재료.
  59. 제 56 항에 있어서, 고분자/액정 복합 재료에 포함되는 고분자가 가교 구조를 갖는, 고분자/액정 복합 재료.
  60. 제 56 항에 있어서, 액정 조성물의 비율이 70 중량% 내지 99 중량%이며, 고분자의 비율이 1 중량% 내지 30 중량%인, 고분자/액정 복합 재료.
  61. 한쪽 또는 양쪽의 면에 전극이 배치되어, 기판 간에 배치된 액정매체, 및 전극을 통해서 액정매체에 전계를 인가하는 전계 인가(印加) 수단을 구비한 광소자에 있어, 액정매체가, 제 49 항 내지 제 53 항 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물 또는 제 56 항 내지 제 60 항 중 어느 한 항에 기재된 고분자/액정 복합 재료인, 광소자.
  62. 한쪽 또는 양쪽의 면에 전극이 배치되어, 적어도 한쪽이 투명한 1조의 기판, 기판 간에 배치된 액정매체, 및 기판의 외측에 배치된 편광판을 가지며, 전극을 통해 액정매체에 전계를 인가하는 전계 인가(印加) 수단을 구비한 광소자에 있어, 액정매체가, 제 49 항 내지 제 53 항 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물 또는 제 56 항 내지 제 60 항 중 어느 한 항에 기재된 고분자/액정 복합 재료인, 광소자.
  63. 제 62 항에 있어서, 1조의 기판 중 적어도 한쪽의 기판 상에 있어서, 적어도 2방향에 전계를 인가할 수 있도록 전극이 구성되어 있는 광소자.
  64. 제 62 항에 있어서, 서로 평행하게 배치된 1조의 기판의 한쪽 또는 양쪽에, 적어도 2방향에 전계를 인가할 수 있도록 전극이 구성되어 있는 광소자.
  65. 제 61 항에 있어서, 전극이 매트릭스 형상으로 배치되어, 화소전극을 구성하고, 각 화소가 액티브 소자를 구비하고, 이 액티브 소자가 박막 트랜지스터(TFT)인 광소자.
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