KR101798287B1 - 액정 화합물, 액정 조성물 및 액정 디스플레이 장치 - Google Patents

액정 화합물, 액정 조성물 및 액정 디스플레이 장치 Download PDF

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후이 치앙 티안
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Abstract

액정 화합물, 액정 조성물, 및 그를 사용하는 액정 디스플레이 장치가 제공된다. 액정 화합물은 하기 화학식 I의 구조를 갖는다:
<화학식 I>
Figure 112015071853138-pat00090

상기 식에서 R1은 수소, C1-10 알킬, 또는 C2-10 알케닐이고; R2는 C2-10 알케닐, 또는 C2-10 플루오로알케닐이고, 여기서 1 또는 2개의 비인접 -CH2-는 -O-, 또는 C2-10 에테르에 의해 대체되고; A1, A2, A3, 및 A4는 독립적으로
Figure 112015071853138-pat00091

이고; R3은 독립적으로 수소, 또는 할로겐이고; Z1, Z2, 및 Z3은 독립적으로 단일 결합, -CH2-, -(CH2)2-, -(CH2)4-, -CH2O-, -OCH2-, -CF=CF-, -(CH2)2CF2O-, -(CH2)2OCF2-, -OCF2(CH2)2-, -CF2O(CH2)2-, -COO-, -OCO-, -CF2O-, -OCF2-, -C≡C-, -CH=CH-, -CH=CH-(CH2)2-, 또는 -(CH2)2-CH=CH-이고; n 및 m은 독립적으로 1 또는 0이다.

Description

액정 화합물, 액정 조성물 및 액정 디스플레이 장치 {LIQUID-CRYSTAL COMPOUND, LIQUID-CRYSTAL COMPOSITION AND LIQUID-CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2014년 7월 23일에 출원된 중국 출원 일련 번호 201410352442.2, 및 2015년 5월 11일에 출원된 대만 출원 일련 번호 104114861에 기초하고 이를 우선권 주장하며, 그의 개시내용은 전문이 본원에 참조로 포함된다.
본 개시내용은 액정 화합물, 조성물, 및 그를 사용하는 장치, 보다 특히 높은 유전 이방성 및 낮은 회전 점도를 갖는 액정 화합물, 조성물, 및 그를 사용하는 장치에 관한 것이다.
다양한 평판 디스플레이 중에서, 액정 디스플레이 (LCD)는 그의 우월한 특성, 예컨대 가벼운 중량, 낮은 전력 소비, 방사선 부재, 및 풀 컬러 이미지로 인해 시장에서 주류를 이루어 왔다. 광전자공학 및 반도체에 사용된 기술이 진보하면서, 고해상도, 신속한 응답 속도 및 높은 영상 품질을 갖는 액정 디스플레이가 그에 따라 번성해 왔다. 예를 들어, 박막 트랜지스터를 갖는 능동 매트릭스 액정 디스플레이가 일반적으로 수동 매트릭스 액정 디스플레이 (예컨대, 트위스트 네마틱 (TN) LCD, 슈퍼 트위스트 네마틱 (STN) LCD, 또는 쌍안정 트위스트 네마틱 (BTN) LCD)를 대체하고 있다. 광시야 기술에 대한 수요를 충족시키기 위해, 광시야 LCD, 예컨대 평면 정렬 스위칭 (IPS) LCD, 프린지 필드 스위칭 (FFS) LCD, 수직 배향 (VA), 및 중합체 유지 배향 (PSA)의 개발은 상당히 중요하다.
액정 디스플레이 장치의 특성을 증진시키기 위해, 상기 장치에 의해 사용되는 액정 조성물은 높은 유전 이방성 (Δε), 낮은 회전 점도 (γ1), 및 적합한 복굴절과 같은 적합한 특성이 구비될 수 있다. 구체적으로, 높은 유전 이방성을 갖는 액정 조성물은 그를 사용하는 액정 디스플레이 장치의 역치 전압 (Vth)의 감소를 용이하게 하고; 낮은 회전 점도를 갖는 액정 조성물은 빠른 응답 속도를 갖고; 높은 투명점을 갖는 액정 조성물은 넓은 작동 온도 범위를 나타낸다.
본 개시내용의 예시적 실시양태는 하기 화학식 I의 액정 화합물을 제공하고자 한다:
<화학식 I>
Figure 112015071853138-pat00001
상기 식에서 R1은 수소, C1-10 알킬, 또는 C2-10 알케닐이고; R2는 C2-10 알케닐, 또는 C2-10 플루오로알케닐이고, 여기서 1 또는 2개의 비인접 -CH2-는 -O-, 또는 C2-10 에테르에 의해 대체되고; A1, A2, A3, 및 A4는 독립적으로
Figure 112015071853138-pat00002
이고; R3은 독립적으로 수소, 또는 할로겐이고; Z1, Z2, 및 Z3은 독립적으로 단일 결합, -CH2-, -(CH2)2-, -(CH2)4-, -CH2O-, -OCH2-, -CF=CF-, -(CH2)2CF2O-, -(CH2)2OCF2-, -OCF2(CH2)2-, -CF2O(CH2)2-, -COO-, -OCO-, -CF2O-, -OCF2-, -C≡C-, -CH=CH-, -CH=CH-(CH2)2-, 또는 -(CH2)2-CH=CH-이고; n 및 m은 독립적으로 1 또는 0이다.
본 개시내용의 또 다른 예시적 실시양태는 화학식 I의 액정 화합물 중 적어도 1종, 및 하기 화학식 II의 액정 화합물 중 적어도 1종을 포함하는 액정 조성물을 제공하고자 한다:
<화학식 II>
Figure 112015071853138-pat00003
상기 식에서 R4는 수소, C1-10 알킬, 또는 C2-10 알케닐이고; R5는 수소, 할로겐, 시아노 기, C1-10 알킬, C2-10 알케닐, C1-10 플루오로알킬, C2-10 플루오로알케닐, 또는 상기 기 중 임의적인 -CH2-가 -O-에 의해 대체되며, 서로 인접한 복수개의 -CH2-는 동시에 대체되지 않은 것인 상기 기이고; A5, A6, A7, 및 A8은 독립적으로
Figure 112015071853138-pat00004
이고; R3은 독립적으로 수소, 또는 할로겐이고; Z4, Z5, 및 Z6은 독립적으로 단일 결합, -CH2-, -(CH2)2-, -(CH2)4-, -CH2O-, -OCH2-, -CF=CF-, -(CH2)2CF2O-, -(CH2)2OCF2-, -OCF2(CH2)2-, -CF2O(CH2)2-, -COO-, -OCO-, -CF2O-, -OCF2-, -C≡C-, -CH=CH-, -CH=CH-(CH2)2-, 또는 -(CH2)2-CH=CH-이고; i, j, 및 k는 독립적으로 1 또는 0이다.
본 개시내용의 실시양태에 따르면, 본 개시내용은 액정 디스플레이 장치를 제공한다. 액정 디스플레이 장치는 본 개시내용의 액정 조성물을 포함한다.
상세한 설명은 첨부된 단락을 참조하여 하기 실시양태에 제시되어 있다.
하기 설명은 본 개시내용을 수행하기 위한 최적으로 고려된 방식이다. 이 설명은 본 개시내용의 일반적인 원리를 예시하고자 하는 목적으로 이루어지며 제한하는 의미로 고려되지 않아야 한다. 본 개시내용의 범위는 첨부된 청구범위를 참조함으로써 최적으로 결정된다.
본 개시내용에서, "한 수치 내지 또 하나의 수치"에 의해 정의된 범위는 명세서 내에서 모든 수치를 열거하는 것을 회피하기 위해 사용되는 약칭 표기이다. 따라서, 특정 수치 범위의 언급은 그 수치 범위 내의 임의의 및 모든 수치의 언급과 동등하고, 그 수치 범위 내의 임의의 2개의 수치에 의해 정의된 보다 더 작은 수치 범위, 예컨대 명세서 내에 개시된 상기 수치 및 상기보다 더 작은 수치 범위를 개시한다. 예를 들어, "10% 내지 80%의 양"의 언급은 다른 수치가 명세서 내에 언급되었는지의 여부와 관계없이 "20% 내지 40%의 양"의 범위를 개시한다.
본원에서, 기는, 상기 기가 치환되어 있는지의 여부가 구체적으로 언급되지 않는 한, 치환 또는 비치환된 기를 나타낼 수 있다. 예를 들어, "알킬 기"는 치환 또는 비치환된 알킬 기를 나타낼 수 있다.
본 개시내용에서, 화합물의 화학 구조는 종종 탄소 원자, 수소 원자 및 탄소-수소 결합이 생략될 수 있는 골격 화학식에 의해 제시된다. 그러나, 관능기가 구조에 명백하게 도시되어 있는 경우에 그려진 버전을 기초로 해야 한다.
본 개시내용은 액정 화합물을 제공하고자 한다. 상기 액정 화합물로 인해, 그를 사용하는 액정 조성물은 높은 유전 이방성, 낮은 회전 점도, 높은 내산성, 높은 열 및 UV 안정성, 및 높은 투명점 (Tni)을 나타낼 수 있다. 또한, 본 개시내용의 액정 조성물을 사용하는 액정 디스플레이 장치의 디스플레이 성능 및 품질이 개선될 수 있다.
본 개시내용은 화학식 I의 액정 화합물을 제공하고자 한다:
<화학식 I>
Figure 112015071853138-pat00005
상기 식에서 R1은 수소, C1-10 알킬, 또는 C2-10 알케닐일 수 있고; R2는 C2-10 알케닐, 또는 C2-10 플루오로알케닐일 수 있고, 여기서 1 또는 2개의 비인접 -CH2-는 -O-, 또는 C2-10 에테르에 의해 대체되고; A1, A2, A3, 및 A4는 독립적으로
Figure 112015071853138-pat00006
일 수 있고; R3은 독립적으로 수소, 또는 할로겐 (플루오린 원자 (이하에 플루오린으로 나타냄), 염소 원자, 또는 브로민 원자)일 수 있고; Z1, Z2, 및 Z3은 독립적으로 단일 결합, -CH2-, -(CH2)2-, -(CH2)4-, -CH2O-, -OCH2-, -CF=CF-, -(CH2)2CF2O-, -(CH2)2OCF2-, -OCF2(CH2)2-, -CF2O(CH2)2-, -COO-, -OCO-, -CF2O-, -OCF2-, -C≡C-, -CH=CH-, -CH=CH-(CH2)2-, 또는 -(CH2)2-CH=CH-일 수 있고; n 및 m은 독립적으로 1 또는 0일 수 있다.
본 개시내용의 실시양태에 따르면, R1은 직쇄형 또는 분지형 C1-10 알킬, 또는 C2-10 알케닐일 수 있다. 예를 들어, R1은 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸, 비닐, 또는 프로페닐일 수 있다. 본 개시내용에서, R2는 비치환된 C2-10 알케닐일 수 있다. R2는 C2-10 플루오로알케닐일 수 있고, 여기서 플루오로알케닐은 알케닐 중 적어도 1개의 수소가 플루오린으로 대체된 것을 의미한다. 또한, R2는 치환된 C2-10 알케닐, 또는 C2-10 플루오로알케닐일 수 있고, 여기서 1 또는 2개의 비인접 -CH2-는 -O-, 또는 C2-10 에테르에 의해 대체된다. 또한, R2는 C2-10 알케닐, C2-10 알케닐옥시, C2-10 알케닐옥시알킬, C2-10 알콕시알케닐일 수 있다. 더욱이, R2는 C2-10 알케닐, C2-10 알케닐옥시, C2-10 알케닐옥시알킬, 또는 C2-10 알콕시알케닐일 수 있고, 여기서 탄소에 결합된 임의적인 수소는 플루오린에 의해 대체된다. R2의 상기 언급된 기는 직쇄형 또는 분지형일 수 있다. 예를 들어, 본 개시내용의 부틸은 n-부틸, sec-부틸, 이소-부틸, 또는 tert-부틸을 의미한다. 본 개시내용의 다른 실시양태에 따르면, R2는 -OCHCF2, -OCF2CHCF2, -OCHCHCH3, -OCF2CFCF2, 또는 -OCH2CF3일 수 있다.
본 개시내용의 실시양태에 따르면, A1, A2, A3, 및 A4는 독립적으로
Figure 112015071853138-pat00007
일 수 있다.
본 개시내용의 실시양태에 따르면, Z1, Z2, 및 Z3은 독립적으로 단일 결합, -C2H4-, -COO-, -OCO-, -CF2O-, -OCF2-, -C≡C-, 또는 -CH=CH-일 수 있다. 본 개시내용의 실시양태에 따르면, n 및 m이 독립적으로 1 또는 0일 수 있기 때문에, 화학식 I의 액정 화합물은 3-5개의 고리를 갖는 화합물일 수 있다. 한 실시양태에서, n 및 m은 둘 다 0일 수 있고, 화학식 I의 액정 화합물은 3개의 고리를 가지고, 따라서 2,6,7-트리옥사비시클로[2.2.2]옥탄 모이어티 (
Figure 112015071853138-pat00008
)는 R1과 직접 결합한다.
본 개시내용의 실시양태에 따르면, 화학식 I의 액정 화합물은
Figure 112015071853138-pat00009
일 수 있고, 여기서 R1 및 R2는 상기 정의된 바와 같다. 예를 들어, 화학식 I의 액정 화합물은 하기일 수 있다.
Figure 112015071853138-pat00010
2,6,7-트리옥사비시클로[2.2.2]옥탄 모이어티 (
Figure 112015071853138-pat00011
) 및 말단 R2 기 (2-10개의 탄소 원자를 갖는 비치환 또는 치환된 알케닐 기)로 인해, 화학식 I의 액정 화합물은 높은 유전 이방성, 낮은 회전 점도 및 높은 투명점 (Tni)을 나타낼 수 있다. 또한, 화학식 I의 액정 화합물은 특정한 연결기 (예컨대, Z1, Z2, 및/또는 Z3) 또는 관능기 (R2 및/또는 R3 (예컨대, 플루오린))에 의해 낮은 회전 점도, 높은 내산성, 높은 열 및 UV 안정성을 또한 나타낼 수 있다.
본 개시내용의 실시양태에 따르면, 화학식 I의 액정 화합물은
Figure 112015071853138-pat00012
일 수 있고, 여기서 R1, R2, R3, Z2, Z3, 및 n은 상기 정의된 바와 같다. 본 개시내용의 실시양태에 따르면, 화학식 I의 액정 화합물은
Figure 112015071853138-pat00013
일 수 있고, 여기서 R1, R3, Z2, Z3, 및 n은 상기 정의된 바와 같다. 또한, 본 개시내용의 실시양태에 따르면, 화학식 I의 액정 화합물은
Figure 112015071853138-pat00014
일 수 있고, 여기서 R1, R3, Z2, Z3, 및 n은 상기 정의된 바와 같다.
본 개시내용의 실시양태에 따르면, 본 개시내용은 화학식 I의 액정 화합물 중 적어도 1종; 및 화학식 II의 액정 화합물 중 적어도 1종을 포함하는 액정 조성물을 또한 제공하고자 한다:
<화학식 II>
Figure 112015071853138-pat00015
상기 식에서 R4는 수소, C1-10 알킬, 또는 C2-10 알케닐이고; R5는 수소, 할로겐, 시아노 기, C1-10 알킬, C2-10 알케닐, C1-10 플루오로알킬, C2-10 플루오로알케닐, 또는 상기 기 중 임의적인 -CH2-가 -O-에 의해 대체되며, 서로 인접한 복수개의 -CH2-는 동시에 대체되지 않은 것인 상기 기이고; A5, A6, A7, 및 A8은 독립적으로
Figure 112015071853138-pat00016
이고; R3은 독립적으로 수소, 또는 할로겐이고; Z4, Z5, 및 Z6은 독립적으로 단일 결합, -CH2-, -(CH2)2-, -(CH2)4-, -CH2O-, -OCH2-, -CF=CF-, -(CH2)2CF2O-, -(CH2)2OCF2-, -OCF2(CH2)2-, -CF2O(CH2)2-, -COO-, -OCO-, -CF2O-, -OCF2-, -C≡C-, -CH=CH-, -CH=CH-(CH2)2-, 또는 -(CH2)2-CH=CH-이고; i, j, 및 k는 독립적으로 1 또는 0이다.
본 개시내용의 실시양태에 따르면, 액정 조성물은 액정 조성물의 총 중량을 기준으로 하여, 0.1-90 중량%, 바람직하게는 2-50 중량%, 보다 바람직하게는 2.5-25 중량%의 화학식 I의 액정 화합물 및 0.1-99.9 중량%, 바람직하게는 2-95 중량%, 보다 바람직하게는 50-91 중량%의 화학식 II의 액정 화합물을 포함할 수 있다. 더욱이, 액정 조성물은 다른 성분들 (예컨대, 키랄 도펀트, UV 안정화제, 항산화제, 자유 라디칼 스캐빈저, 또는 나노입자)을 가질 수 있다.
본 개시내용의 실시양태에 따르면, R4는 직쇄형 또는 분지형 C1-10 알킬 또는 C2-10 알케닐일 수 있다. 예를 들어, R4는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸, 비닐, 또는 프로페닐일 수 있다. 본 개시내용에서, R5는 비치환된 C1-10 알킬 또는 C2-10 알케닐일 수 있다. R5는 C1-10 플루오로알킬 또는 C2-10 플루오로알케닐일 수 있고, 여기서 플루오로알킬 (또는 플루오로알케닐)은 알킬 (또는 알케닐) 중 적어도 1개의 수소가 플루오린으로 대체된 것을 의미한다. 예를 들어, 본 개시내용의 플루오로메틸은 모노-플루오로메틸, 디플루오로메틸, 또는 트리플루오로메틸을 의미한다. 또한, R5는 치환된 C1-10 알킬, C2-10 알케닐, C1-10 플루오로알킬, 또는 C2-10 플루오로알케닐일 수 있고, 여기서 임의적인 -CH2-는 -O-에 의해 대체될 수 있으며, 서로 인접한 복수개의 -CH2-는 동시에 대체될 수 없다. 또한, R5는 C2-10 알콕시, C2-10 알케닐, C2-10 알케닐옥시, C2-10 알콕시알킬, C2-10 알케닐옥시알킬, C2-10 알콕시알케닐일 수 있다. 더욱이, R5는 C2-10 알킬, C2-10 알콕시, C2-10 알케닐, C2-10 알케닐옥시, C2-10 알콕시알킬, C2-10 알케닐옥시알킬, 또는 C2-10 알콕시알케닐일 수 있고, 여기서 탄소에 결합된 임의적인 수소는 플루오린에 의해 대체된다. R5의 상기 언급된 기는 직쇄형 또는 분지형일 수 있다. 예를 들어, 본 개시내용의 부틸은 n-부틸, sec-부틸, 이소-부틸, 또는 tert-부틸을 의미한다. 본 개시내용의 실시양태에 따르면, R5는 수소, 플루오린, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸, 플루오로메틸, 플루오로에틸, 플루오로프로필, 플루오로부틸, 플루오로펜틸, 플루오로헥실, 플루오로헵틸, 플루오로옥틸, 플루오로노닐, 플루오로데실, 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 부톡시, 펜틸옥시, 헥실옥시, 헵틸옥시, 옥틸옥시, 플루오로메톡시, 플루오로에톡시, 메톡시메틸, 메톡시에틸, 비닐, 또는 프로페닐일 수 있다. 본 개시내용의 다른 실시양태에 따르면, R5는 수소, 플루오린, -OCF3, -CF3, -OCHCF2, -OCF2CHCF2, -OCHCHCH3, -OCF2CFCF2, 또는 -OCH2CF3일 수 있다.
본 개시내용의 실시양태에 따르면, A5, A6, A7, 및 A8은 독립적으로
Figure 112015071853138-pat00017
이다. Z4, Z5, 및 Z6은 독립적으로 단일 결합, -C2H4-, -COO-, -OCO-, -CF2O-, -OCF2-, -C≡C-, 또는 -CH=CH-일 수 있다. 본 개시내용의 실시양태에 따르면, 화학식 II의 액정 화합물은
Figure 112015071853138-pat00018
일 수 있고, 여기서 R4, Z4, Z5, Z6, R5, i, j, 및 k는 상기 정의된 바와 같고, A6, A7, 및 A8은 독립적으로
Figure 112015071853138-pat00019
이다. R3은 독립적으로 수소, 또는 할로겐이다. 예를 들어, 화학식 II의 액정 화합물은
Figure 112015071853138-pat00020
일 수 있고, 여기서 R4, Z4, Z5, R5, i, 및 j는 상기 정의된 바와 같고, A6 및 A7은 독립적으로
Figure 112015071853138-pat00021
이다. R3은 독립적으로 수소, 또는 할로겐이다.
본 개시내용의 실시양태에 따르면, 화학식 II의 액정 화합물은
Figure 112015071853138-pat00022
일 수 있고, 여기서 R4, Z4, Z5, Z6, R5, i, j, 및 k는 상기 정의된 바와 같고, A6, A7 및 A8은 독립적으로
Figure 112015071853138-pat00023
이다. R3은 독립적으로 수소, 또는 할로겐이다. 예를 들어, 화학식 II의 액정 화합물은
Figure 112015071853138-pat00024
일 수 있고, 여기서 R4, Z4, Z5, R5, i, 및 j는 상기 정의된 바와 같고, A6 및 A7은 독립적으로
Figure 112015071853138-pat00025
이다. R3은 독립적으로 수소, 또는 할로겐이다.
본 개시내용의 실시양태에 따르면, 화학식 II의 액정 화합물은 하기일 수 있다.
Figure 112015071853138-pat00026
Figure 112015071853138-pat00027
Figure 112015071853138-pat00028
또한, 화학식 II의 액정 화합물은
Figure 112015071853138-pat00029
Figure 112015071853138-pat00030
Figure 112015071853138-pat00031
일 수 있고, 여기서 기호에 의해 나타내어진 기가 하기 표 1에 제시되어 있다. 또한, 상기 액정 화합물의 표준 크기를 갖는 말단 숫자는 상응하는 탄소 원자를 갖는 알킬 기를 나타내고, 상기 액정 화합물의 표준 크기를 갖는 기호 사이에 위치한 숫자는 상응하는 탄소 원자를 갖는 2가 알킬 기를 나타낸다. 더욱이, 상기 기는 직접 조합되어 표 1에 따른 액정 화합물을 나타낸다. 예를 들어, 3CPGF의 약어를 갖는 액정 화합물은
Figure 112015071853138-pat00032
보다는
Figure 112015071853138-pat00033
의 구조를 갖는다.
<표 1>
Figure 112015071853138-pat00034
본 개시내용의 액정 조성물의 실시양태에 따르면, 화학식 I의 액정 화합물이
Figure 112015071853138-pat00035
(여기서 R1, R2, R3, Z2, Z3, 및 n은 상기 정의된 바와 같음)인 경우에, 화학식 II의 액정 화합물의 A5, A6, A7, 및 A8 중 적어도 하나는
Figure 112015071853138-pat00036
이다.
본 개시내용의 액정 조성물의 실시양태에 따르면, 화학식 I의 액정 화합물이
Figure 112015071853138-pat00037
(여기서 R1, R3, Z2, Z3, 및 n은 상기 정의된 바와 같음)인 경우에, 화학식 II의 액정 화합물의 A5, A6, A7, 및 A8 중 적어도 하나는
Figure 112015071853138-pat00038
이다. 예를 들어, A6이
Figure 112015071853138-pat00039
인 경우에, i는 1이고; A7이
Figure 112015071853138-pat00040
인 경우에, j는 1이고; A8이
Figure 112015071853138-pat00041
인 경우에, k는 1이다.
본 개시내용의 액정 조성물의 실시양태에 따르면, 화학식 I의 액정 화합물이
Figure 112015071853138-pat00042
(여기서 R1은 수소, C1-10 알킬, 또는 C2-10 알케닐이고; R2는 -O-CHCF2, 또는 -OCF2CFCF2임)인 경우에, 화학식 II의 액정 화합물은
Figure 112015071853138-pat00043
(여기서 R4는 수소, C1-10 알킬, 또는 C2-10 알케닐이고; R5는 수소, 플루오린, -OCF3, -CF3, -OCH=CF2, 또는 -OCH2-CF3임)이다.
본 개시내용의 실시양태에 따르면, 본 개시내용은 액정 디스플레이 장치를 제공하고자 한다. 액정 디스플레이 장치의 하나의 특징은 상기 언급된 액정 조성물이 사용된다는 것이다. 액정 조성물 외에, 액정 디스플레이 장치는 관련 기술분야에 공지된 다른 요소들, 예컨대 기판, 편광판, 컬러 필터, 또는 배향 필름을 또한 포함할 수 있다. 제작 방법은 응용 의존성이며, 통상의 기술자에 의해 공지된 기술로부터 선택될 것이고, 따라서 본원에 기재되지 않을 것이다.
본 개시내용의 액정 디스플레이 장치가 상기 언급된 액정 조성물을 사용하기 때문에, 액정 디스플레이 장치는 낮은 역치 전압 및 짧은 응답 속도 뿐만 아니라, 높은 디스플레이 품질 및 광범위한 작동 온도 범위를 나타낸다.
본 개시내용의 액정 화합물 및 액정 조성물을 명백히 기재하기 위해, 하기 실시예는 본 개시내용을 그의 범위의 제한 없이 보다 더 상세히 예시하도록 의도되며, 이는 수많은 변형 및 변경이 통상의 기술자들에게 명백할 것이기 때문이다.
상기 언급된 실시양태의 효과는 실험 실시예를 통해 명시될 것이다. 일부 실험 상세사항이 하기 섹션에 구체적으로 기재되어 있을지라도, 사용되는 물질, 그의 양, 및 상세한 공정 흐름은 본 개시내용의 범위로부터 벗어남 없이 적합하게 변형될 수 있다. 따라서, 본 개시내용의 범위는 하기 실험에 의해 제한되지 않아야 한다.
액정 화합물
제조 실시예 1: 액정 2toPUO2F (
Figure 112015071853138-pat00044
)의 제조 방법
액정 화합물 2toPUO2F를 하기 반응식 1에 따른 단계에 의해 합성하였다.
<반응식 1>
Figure 112015071853138-pat00045
화합물 a2의 제조:
1,1,1-트리메틸올프로판 100 g, 디에틸 카르보네이트 132 g, 수산화칼륨 0.25 g, 및 에탄올 10 ml를 반응 병에 첨가하였다. 2시간 동안 환류 하에 가열한 후, 대부분의 용매를 150℃에서 대기압 하에 증류에 의해 제거하여 조 생성물을 수득하였다. 이어서, 진공 하에 증류를 수행하여 생성된 조 생성물을 정제하였다. 화합물 a1 (무색 액체)을 120℃에서 및 0.1 torr의 압력 하에 수집하여 64.7%의 수율로 수득하였다. 이어서, 화합물 a1 82 g, 피리딘 111 g, 및 디클로로메탄 400 mL를 반응 병에 첨가하였다. 혼합물을 질소 하에 교반한 다음, 0℃ 내지 5℃로 냉각시켰다. 디클로로메탄 200 ml 중 4-브로모벤조일 클로라이드 163 g의 용액을 반응 병에 0℃ 내지 5℃에서 적가하였다. 첨가가 완결된 후, 반응 병을 실온으로 가온하고, 추가로 8시간 동안 교반하였다. 이어서, 물 500 mL를 반응 병에 첨가하고, 5분 동안 교반하였다. 유기 층을 수집하고, 수층을 디클로로메탄 100 mL로 2회 추출하였다. 유기 층을 합하고, 염수 100 mL에 의해 세척하여 pH 값을 대략 7로 조정하였다. 이어서, 합한 유기 층을 20 g 무수 황산나트륨으로 30분 동안 건조시키고, 여과하였다. 여과물을 감압 하에 농축시키고, 플래쉬 크로마토그래피에 의해 석유 에테르 및 에틸 아세테이트 (9:1)를 사용하여 정제하여 화합물 a2를 수득하였으며, 이를 차가운 에탄올 중에 추가로 재결정화하여 68.7%의 수율로 수득하였다. 화합물 a2의 순도 (기체 크로마토그래피 (GC)에 의해 분석함)는 98.109%이고, 화합물 a2의 융점 (mp)은 50.63℃ 내지 52.56℃였다.
화합물 a3의 제조:
화합물 a2 12 g 및 디클로로메탄 90 mL를 반응 병에 첨가하고, 질소 하에 0℃에서 교반하였다. 삼플루오린화붕소 디에틸 에테레이트 착물 1.4 g을 반응 병에 0℃에서 천천히 첨가하였다. 첨가가 완결된 후, 혼합물을 0℃에서 30분 동안 교반한 다음, 실온으로 가온되도록 하고, 4시간 동안 교반하였다. 반응이 완결된 후 (박층 크로마토그래피 (TLC)에 의해 확인함), 혼합물을 셀라이트의 짧은 패드를 통해 여과하고, 여과물을 농축시키고, 칼럼 크로마토그래피에 의해 석유 에테르 및 에틸 아세테이트 (20:1), 및 트리에틸아민 (1 부피%)을 사용하여 정제하여 화합물 a3 (백색 고체)을 58%의 수율로 수득하였다. 화합물 a3의 융점 (mp)은 93.7℃ 내지 97.5℃였다.
화합물 a4의 제조:
2,2,2-트리플루오로에탄올 40 g, 트리에틸아민 80 g, 및 디클로로메탄 160 mL를 반응 병에 첨가하였다. 혼합물을 질소 하에 교반하였다. -5℃ 내지 0℃로 냉각시킨 후, p-톨루엔술포닐 클로라이드 75 g을 3 부분으로 첨가하였다. 이어서, 반응물을 실온으로 가온하고, 4시간 동안 교반하였다. 이어서, 물 100 mL를 반응 병에 첨가하고, 5분 동안 교반하였다. 유기 층을 수집하고, 수층을 디클로로메탄 100 mL로 2회 추출하였다. 유기 층을 합하고, 염수 100 mL에 의해 세척하여 pH 값을 대략 7로 조정하였다. 이어서, 합한 유기 층을 20 g 무수 황산나트륨으로 30분 동안 건조시키고, 여과하고, 농축시켜 조 생성물을 수득하였다. 화합물 a4를 차가운 에탄올 중에서 재결정화를 통해 정제하여 백색 고체를 67.3%의 수율로 수득하였다. 화합물 a4의 순도 (기체 크로마토그래피 (GC)에 의해 분석함)는 99.976%였다.
화합물 a5의 제조:
수산화나트륨 수용액 (60%) 6 g 및 N,N-디메틸 포름아미드 (DMF) 70 mL를 반응 병에 첨가하였다. -5℃ 내지 0℃로 냉각시킨 후, DMF 120 mL 및 4-브로모-2,6-디플루오로페놀 30 g을 첨가하였다. 첨가가 완결된 후, 반응 병을 90℃ 내지 95℃로 가열하였다. 이어서, 200 mL DMF 용액 중 40 g 화합물 a4를 반응 병에 첨가하고, 반응물을 110℃로 가열하고, 6시간 동안 교반하였다. 이어서, 혼합물을 빙수조에 첨가하고, HCl 수용액 25 mL를 사용하여 pH 값을 대략 7로 조정하였다. 이어서, 석유 에테르 100 mL를 첨가하고, 혼합물을 5분 동안 교반하였다. 유기 층을 수집하고, 수층을 석유 에테르 100 mL로 2회 추출하였다. 유기 층을 합하고, 염수 100 mL를 사용하여 세척하여 pH 값을 대략 7로 조정하였다. 이어서, 여과물을 농축시키고, 칼럼 크로마토그래피에 의해 석유 에테르를 사용하여 정제하여 화합물 a5 (무색 액체)를 63.5%의 수율로 수득하였다. 화합물 a5의 순도 (기체 크로마토그래피 (GC)에 의해 분석함)는 96.8%였다.
화합물 a6의 제조:
마그네슘 분말 13 g 및 에틸 에테르 60 mL를 반응 병에 첨가하였다. 혼합물을 질소 하에 교반하고, 약간의 1,2-디브로모에탄을 첨가하여 반응을 촉진하였다. 0℃ 내지 10℃로 냉각시킨 후, 화합물 a5 12 g 및 에틸 에테르 30 mL를 반응 병에 첨가하였다. 첨가가 완결된 후, 혼합물을 0℃ 내지 10℃에서 1시간 동안 교반하였다. 이어서, -70℃ 내지 -80℃로 냉각시킨 후, 트리이소프로필 보레이트 15.6 g을 반응 병에 적가하였다. 첨가가 완결된 후, 반응 병을 -20℃로 가온하였다. 이어서, 묽은 HCl 수용액 20 mL를 반응 병에 첨가하고, 생성된 혼합물을 5분 동안 교반하였다. 유기 층을 수집하고, 수층을 에틸 아세테이트 20 mL로 2회 추출하였다. 유기 층을 합하고, 염수 50 mL에 의해 세척하였다. 이어서, 합한 유기 층을 20 g 무수 황산나트륨으로 30분 동안 건조시키고, 여과하였다. 최종적으로, 여과물을 농축시켜 화합물 a6 (적색 점성 유체)을 59%의 수율로 수득하였다.
액정 화합물 2toPUO1CF3의 제조:
화합물 a3 4 g, 화합물 a6 3.8 g, 탄산칼륨 3.6 g, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐 0.1 g, 테트라부틸암모늄 브로마이드 (TBAB) 0.5 g, 테트라히드로푸란 (THF) 40 mL, 및 물 10 mL를 반응 병에 첨가하였다. 이어서, 혼합물을 교반하고, 70℃ 내지 80℃에서 4시간 동안 환류 하에 가열하였다. 이어서, 물 50 mL를 반응 병에 첨가하고, 5분 동안 교반하였다. 유기 층을 수집하고, 수층을 톨루엔 30 mL로 3회 추출하였다. 유기 층을 합하고, 염수 50 mL를 사용하여 세척하여 pH 값을 대략 7로 조정하였다. 이어서, 합한 유기 층을 20 g 무수 황산나트륨으로 30분 동안 건조시키고, 여과하였다. 이어서, 여과물을 농축시키고, 플래쉬 크로마토그래피에 의해 석유 에테르 및 에틸 아세테이트 (20:1), 및 트리에틸아민 (1 부피%)을 사용하여 정제하여 화합물 2toPUO1CF3 (백색 고체)을 63.1%의 수율로 수득하였다.
Figure 112015071853138-pat00046
액정 화합물 2toPUO2F의 제조:
디이소프로필아민 5 g 및 THF 20 mL를 반응 병에 첨가하였다. 이어서, 혼합물을 질소 하에 교반한 다음, -10℃ 내지 0℃로 냉각시켰다. n-부틸리튬 13 mL를 반응 병에 -10℃ 내지 0℃에서 적가하였다. 첨가가 완결된 후, 혼합물을 -10℃ 내지 0℃에서 1시간 동안 교반하여 LDA 작용제를 수득하였다. 이어서, THF 20 mL 중 액정 화합물 2toPUO1CF3 3.6 g을 또 다른 반응 병에 첨가하였다. 이어서, 혼합물을 질소 하에 교반한 다음, -70℃ 내지 -80℃로 냉각시켰다. 그 후, 상기 LDA 작용제를 반응 병에 적가하였다. 첨가가 완결된 후, 혼합물을 -70℃ 내지 -80℃에서 2시간 동안 교반하였다. 이어서, 물 20 mL를 반응 병에 첨가한 다음, 5분 동안 교반하였다. 유기 층을 수집하고, 수층을 에틸 아세테이트 20 mL로 2회 추출하였다. 유기 층을 합하고, 염수 50 mL를 사용하여 세척하였다. 이어서, 합한 유기 층을 20 g 무수 황산나트륨으로 30분 동안 건조시키고, 여과하였다. 이어서, 여과물을 농축시키고, 칼럼 크로마토그래피에 의해 석유 에테르 및 에틸 아세테이트 (20:1)를 사용하여 정제하여 액정 화합물 2toPUO2F (백색 고체)를 75%의 수율로 수득하였다. 액정 화합물 2toPUO2F의 융점 (mp)은 169.16℃ 내지 169.94℃였다.
Figure 112015071853138-pat00047
제조 실시예 2: 액정 화합물 2toUQUO2F (
Figure 112015071853138-pat00048
)의 제조 방법
액정 화합물 2toUQUO2F를 하기 반응식 2에 따른 단계에 의해 합성하였다.
<반응식 2>
Figure 112015071853138-pat00049
화합물 b1의 제조
마그네슘 분말 28.8 g, THF 50 mL 및 1-브로모-3,5-디플루오로벤젠 몇 방울을 반응 병에 첨가하였다. THF 600 mL 중 1-브로모-3,5-디플루오로벤젠 193 g의 용액을 반응 병에 적가하고, 혼합물을 환류 하에 가열하였다. 첨가가 완결된 후, 혼합물을 추가로 1시간 동안 환류하였다. 이어서, 실온으로 냉각시킨 후, THF 300 mL를 첨가한 다음, 혼합물을 -40℃ 내지 -50℃로 냉각시켰다. 이어서, 이산화탄소 기체를 -40℃ 내지 -50℃에서 60분 동안 반응 병에 도입하였다. -20℃로 가온한 후, 혼합물을 HCl 수용액을 함유한 빙수조에 첨가한 다음, 5분 동안 교반하였다. 유기 층을 수집하고, 수층을 에틸 아세테이트 100 mL로 2회 추출하였다. 유기 층을 합하고, 염수 100 mL에 의해 세척하였다. 이어서, 합한 유기 층을 30 g 무수 황산나트륨으로 30분 동안 건조시키고, 여과하였다. 이어서, 농축시킨 후, 생성물을 석유 에테르 및 톨루엔 중에서 재결정화하여 화합물 b1 (연황색 고체)을 58.8%의 수율로 수득하였다. 화합물 b1의 융점 (mp)은 121.11℃ 내지 121.96℃였다.
화합물 b2의 제조:
3,5-디플루오로벤조산 70 g, 티오닐 클로라이드 105 g, 톨루엔 250 mL 및 DMF 몇 방울을 반응 병에 첨가하였다. 혼합물을 4시간 동안 환류 하에 가열하였다. 냉각시킨 후, 혼합물을 진공 하에 증류시켜 화합물 b2 (담적색 유체)를 86.6%의 수율로 수득하였다.
화합물 b4의 제조:
화합물 b3 (화합물 b3을 화합물 a1의 제조에 따라 제조하였음) 43 g, 피리딘 70 g, 및 디클로로메탄 200 mL를 반응 병에 첨가하였다. 이어서, 혼합물을 질소 하에 교반한 다음, 0℃ 내지 5℃로 냉각시켰다. 디클로로메탄 100 mL 중 화합물 b2 68 g의 용액을 반응 병에 적가하였다. 첨가가 완결된 후, 반응 병을 실온으로 가온하고, 8시간 동안 교반하였다. 이어서, 물 100 mL를 반응 병에 첨가하고, 5분 동안 교반하였다. 유기 층을 수집하고, 수층을 디클로로메탄 100 mL로 2회 추출하였다. 유기 층을 합하고, 염수 100 mL에 의해 세척하여 pH 값을 대략 7로 조정하였다. 이어서, 합한 유기 층을 20 g 무수 황산나트륨으로 30분 동안 건조시키고, 여과하였다. 이어서, 여과물을 농축시키고, 칼럼 크로마토그래피에 의해 석유 에테르 및 에틸 아세테이트 (9:1)를 사용하여 정제하여 화합물 b4 (연황색 유체)를 61.2%의 수율로 수득하였다. 화합물 b4의 순도 (기체 크로마토그래피 (GC)에 의해 분석함)는 95.799%였다.
화합물 b5의 제조:
화합물 b4 27 g 및 디클로로메탄 300 mL를 반응 병에 첨가하였다. 혼합물을 질소 하에 0℃에서 냉각시켰다. 삼플루오린화붕소 디에틸 에테레이트 3.7 g을 반응 병에 0℃에서 적가하였다. 첨가가 완결된 후, 혼합물을 0℃에서 30분 동안 교반하였다. 이어서, 반응 병을 실온으로 가온하고, 추가로 4시간 동안 교반하였다. 반응이 완결된 후 (박층 크로마토그래피 (TLC)에 의해 확인함), 혼합물을 트리에틸아민 10.6 g과 혼합한 다음, 1시간 동안 교반하였다. 이어서, 혼합물을 셀라이트로 여과하였다. 여과물을 농축시키고, 칼럼 크로마토그래피에 의해 석유 에테르 및 에틸 아세테이트 (1:1)를 사용하여 정제하고, 차가운 에탄올 중에서 재결정화하여 화합물 b5를 62.2%의 수율로 수득하였다. 화합물 b5의 순도 (기체 크로마토그래피 (GC)에 의해 분석함)는 99.031%였다.
화합물 b6의 제조:
화합물 b5 15.4 g 및 THF 160 mL를 반응 병에 첨가하였다. 혼합물을 질소 하에 교반한 다음, -70℃ 내지 -80℃로 냉각시켰다. 이어서, n-부틸리튬 32 mL를 반응 병에 적가하였다. 첨가가 완결된 후, 혼합물을 -70℃ 내지 -80℃에서 1시간 동안 교반하였다. 디플루오로디브로모메탄 용액 (55.5%) 38.6 g을 반응 병에 적가하였다. 첨가가 완결된 후, 반응 병을 -30℃로 가온한 다음, 물에 천천히 첨가하였다. 이어서, 에틸 아세테이트 50 mL를 반응 병에 첨가하고, 5분 동안 교반하였다. 유기 층을 수집하고, 수층을 에틸 아세테이트 50 mL로 2회 추출하였다. 유기 층을 합하고, 염수 50 mL를 사용하여 세척하여 pH 값을 대략 7로 조정하였다. 이어서, 합한 유기 층을 20 g 무수 황산나트륨으로 30분 동안 건조시키고, 여과하였다. 여과물을 칼럼 크로마토그래피에 의해 석유 에테르 및 에틸 아세테이트 (95:5)를 사용하여 정제하였다. 농축시킨 후, 화합물 b6 (담적색 유체)을 95.6%의 수율로 수득하였다.
액정 화합물 2toUQUO1CF3의 제조:
물 150 mL를 반응 병에 첨가하고, 50℃로 가열하였다. 이어서, 1-트리플루오로에톡시-2,6-디플루오로페놀 9.6 g, 탄산칼륨 12 g, 및 TBAB 3.4 g을 반응 병에 첨가하였다. 80℃로 가열한 후, 화합물 b6 22.5 g을 반응 병에 첨가하였다. 이어서, 혼합물을 100℃에서 6시간 동안 환류 하에 가열하였다. 이어서, 실온으로 냉각시킨 후, 에틸 아세테이트 50 mL를 반응 병에 첨가한 다음, 30분 동안 교반하였다. 유기 층을 수집하고, 수층을 에틸 아세테이트 20 mL로 2회 추출하였다. 유기 층을 합하고, 염수 50 mL를 사용하여 세척하였다. 이어서, 합한 유기 층을 20 g 무수 황산나트륨으로 30분 동안 건조시키고, 여과하였다. 여과물을 농축시키고, 칼럼 크로마토그래피 (3-4배 실리카 겔을 사용함)에 의해 석유 에테르 및 에틸 아세테이트 (3:1), 및 트리에틸아민 (1 부피%)을 사용하여 정제하였다. 차가운 에탄올에 의해 재결정화하여 액정 화합물 2toUQUO1CF3을 66.6%의 수율로 수득하였다. 액정 화합물 2toUQUO1CF3의 순도 (기체 크로마토그래피 (GC)에 의해 분석함)는 98.9%이고, 액정 화합물 2toUQUO1CF3의 융점 (mp)은 93.12℃ 내지 94.31℃였다.
Figure 112015071853138-pat00050
액정 화합물 2toUQUO2F의 제조:
디이소프로필아민 20 g 및 THF 100 mL를 반응 병에 첨가하였다. 이어서, 혼합물을 질소 하에 교반한 다음, -10℃ 내지 0℃로 냉각시켰다. n-부틸리튬 53 mL를 반응 병에 -10℃ 내지 0℃에서 적가하였다. 첨가가 완결된 후, 혼합물을 -10℃ 내지 0℃에서 1시간 동안 교반하여 LDA 작용제를 수득하였다. 이어서, 액정 화합물 2toPUO1CF3 7 g 및 THF 100 mL를 또 다른 반응 병에 첨가하였다. 혼합물을 질소 하에 교반한 다음, -70℃ 내지 -80℃로 냉각시켰다. 그 후, 상기 LDA 작용제를 반응 병에 적가하였다. 첨가가 완결된 후, 혼합물을 -70℃ 내지 -80℃에서 2시간 동안 교반하였다. 이어서, 물 20 mL를 반응 병에 첨가한 다음, 5분 동안 교반하였다. 유기 층을 수집하고, 수층을 에틸 아세테이트 20 mL로 2회 추출하였다. 유기 층을 합하고, 염수 50 mL에 의해 세척하였다. 이어서, 합한 유기 층을 20 g 무수 황산나트륨으로 30분 동안 건조시키고, 여과하였다. 농축시킨 후, 생성된 조 생성물을 칼럼 크로마토그래피에 의해 석유 에테르 및 에틸 아세테이트 (3:1), 및 트리에틸아민 (1 부피%)을 사용하여 정제하여 2toUQUO2F를 75%의 수율로 수득하였다. 추가 정제를 위해, 2toUQUO2F를 차가운 에탄올 중에서 재결정화하였다. 액정 화합물 2toUQUO2F의 순도 (기체 크로마토그래피 (GC)에 의해 분석함)는 98.9%이고, 액정 화합물 2toUQUO2F의 융점 (mp)은 66.69℃ 내지 67.53℃였다.
Figure 112015071853138-pat00051
상기 개시된 액정 화합물, 2toPUO2F 및 2toUQUO2F의 제조 방법에 따르면, 통상의 기술자는 액정 화합물 3toPUO2F, 3toUQUO2F, 2toPPO22F, 2toPUQUO2F 및 비교 액정 화합물 2toPUF의 제조 방법을 이해할 수 있다.
제조 실시예 3: 액정 화합물 2doPUF (
Figure 112015071853138-pat00052
)의 제조 방법
THF (테트라히드로푸란) 45 mL, 및 디이소프로필아민 6.4 mL를 반응 병에 첨가하였다. 0℃로 냉각시킨 후, n-부틸리튬 (2.5M) 16 mL를 반응 병에 적가하였다. 30분 동안 0℃에서 교반한 후, 화합물 1 9g을 반응 병에 첨가한 다음, 혼합물을 1시간 동안 교반하였다. 이어서, 화합물 2 8.5 g (THF 10 mL 중에 용해됨)을 상기 혼합물에 첨가하였다. 실온으로 가온한 후, 이어서 생성물을 18시간 동안 환류 하에 가열하였다. 반응이 완결된 후, 물 50 mL를 반응 병에 첨가하여 반응을 켄칭하였다. 에틸 아세테이트로 추출한 후, 유기 층을 수집하고, 무수 황산나트륨으로 건조시켰다. 여과하고 농축시킨 후, 생성물을 칼럼 크로마토그래피에 의해 에틸 아세테이트 및 n-헥산 (1:10)을 사용하여 정제하여 화합물 3 (갈색 액체) 5.1 g을 수득하였다. 상기 반응의 합성 경로는 하기 기재된 바와 같다:
Figure 112015071853138-pat00053
THF 30 mL, 화합물 3 2.9g, 및 HCl 수용액 (2N) 30 mL를 반응 병에 첨가하였다. 실온에서 2시간 동안 교반한 후, 물 50 mL를 반응 병에 첨가하여 반응을 켄칭하였다. 유기 층을 수집하고, 무수 황산나트륨으로 건조시켰다. 여과하고 농축시킨 후, 생성물을 칼럼 크로마토그래피에 의해 에틸 아세테이트 및 n-헥산 (1:10)을 사용하여 정제하여 화합물 4 (담황색 고체) 1.9 g을 수득하였다. 상기 반응의 합성 경로는 하기 기재된 바와 같다:
Figure 112015071853138-pat00054
THF 15 mL, 화합물 4 0.3g, 3,4,5-트리플루오로페닐보론산 0.26 g, 탄산칼륨 수용액 (1N) 3 mL, 및 Pd(PPh3)4 0.05 g을 반응 병에 첨가하고, 18시간 동안 환류 하에 가열하였다. 반응이 완결된 후, 물 50 mL를 반응 병에 첨가하여 반응을 켄칭하였다. 유기 층을 수집하고, 무수 황산나트륨으로 건조시켰다. 여과하고 농축시킨 후, 생성물을 칼럼 크로마토그래피에 의해 에틸 아세테이트 및 n-헥산 (1:10)을 사용하여 정제하여 액정 화합물 2doPUF (백색 고체) 0.3 g을 수득하였다. 상기 반응의 합성 경로는 하기 기재된 바와 같다:
Figure 112015071853138-pat00055
제조 실시예 4: 액정 화합물 3RIGUQUF (
Figure 112015071853138-pat00056
)의 제조 방법
4-브로모페닐프로피온산 (화합물 5) 229 g 및 염화알루미늄 (AlCl3) 357 g을 2 L 3구 병에 첨가하고, 3시간 동안 환류 하에 가열하였다. 이어서, 과잉의 AlCl3을 제거하고, 디클로로메탄 1.2 L를 첨가하였다. 이어서, 온도를 5℃로 낮추고, AlCl3 3,200 g을 첨가하였다. 반응 용액을 5시간 동안 환류하고, 가수분해를 위해 HCl 및 얼음의 혼합물에 부었다. 생성물을 추출하고, 플래쉬 크로마토그래피에 의해 정제하여 화합물 6 (연황색 고체) 168.8 g을 80%의 수율로 수득하였다. 상기 반응의 합성 경로는 하기 기재된 바와 같다:
Figure 112015071853138-pat00057
화합물 6 168.8 g 및 에탄올 650 mL를 반응 병에 첨가하였다. 이어서, 온도를 10℃ 미만으로 제어하고, NaBH4 45 g을 조금씩 첨가하였다. 이어서, 온도를 실온으로 가온하고, 반응 용액을 3시간 동안 연속적으로 교반하였다. 반응이 완결된 후, 에탄올을 제거하고, 10% HCl 450 mL를 가수분해를 위해 첨가하였다. 혼합물을 디클로로메탄으로 추출한 다음, 물에 의해 세척하고, 건조시키고, 용매를 제거하여 화합물 7 (연황색 고체) 170 g을 100%의 수율로 수득하였다. 상기 반응의 합성 경로는 하기 기재된 바와 같다:
Figure 112015071853138-pat00058
화합물 7 170 g, 벤젠 1.2 L, 및 p-톨루엔술폰산 8 g을 반응 병에 첨가하고, 3시간 동안 환류하였다. 반응이 완결된 후, 벤젠을 제거하였다. 이어서, 조 생성물을 플래쉬 크로마토그래피에 의해 정제하여 화합물 8 (연황색 유성 물질) 148 g을 95%의 수율로 수득하였다. 상기 반응의 합성 경로는 하기 기재된 바와 같다:
Figure 112015071853138-pat00059
이어서, 포름산 1.5 L 및 30% H2O2 300 mL를 반응 병에 첨가하고, 온도를 수조에서 35℃ 내지 40℃로 제어하였다. 이어서, 화합물 8 148 g을 첨가하였다. 반응물을 실온에서 12시간 동안 교반하였다. 이어서, 반응물을 다량의 물에 부어 백색 고체를 침전시키고, 여과하였다. 이어서, 7% 황산 용액 3 L를 5 L 3구 병에 첨가하고, 가열하여 비등시켰다. 상기 백색 고체를 반응 병에 첨가하고, 증류로 처리하여 화합물 9 (백색 고체) 64 g을 수득하였다. 상기 반응의 합성 경로는 하기 기재된 바와 같다:
Figure 112015071853138-pat00060
화합물 9 64 g, 에탄올 90 mL, 톨루엔 600 mL, 및 p-톨루엔술폰산 3 g을 1 L 3구 병에 첨가하고, 3.5시간 동안 환류 하에 가열하였다. 반응 용액을 실온으로 냉각되도록 하고, 켄칭하였다. 이어서, 톨루엔을 제거하고, 조 생성물을 실리카 겔로 정제하여 화합물 10 (연황색 고체) 61 g을 80%의 수율로 수득하였다.
Figure 112015071853138-pat00061
화합물 10 42 g, 3-플루오로페닐보론산 23.1 g, 탄산나트륨 70 g, 물 300 mL, 에탄올 300 mL, 톨루엔 600 mL, 및 Pd(PPh3)4 2 g을 2 L 3구 병에 첨가하였다. 혼합물을 질소 하에 6시간 동안 환류 하에 가열하였다. 이어서, 수득한 회흑색 고체를 칼럼 크로마토그래피에 의해 정제한 다음, 재결정화하여 화합물 11 (연황색 고체) 38 g을 85%의 수율로 수득하였다. 상기 반응의 합성 경로는 하기 기재된 바와 같다:
Figure 112015071853138-pat00062
화합물 11 38 g, 84% 포름산 용액 200 mL, 및 톨루엔 150 mL를 500 mL 3구 병에 첨가하였다. 이어서, 온도를 20℃에서 제어하고, 혼합물을 20시간 동안 교반하였다. 반응이 완결된 후, 혼합물을 물 및 에틸 아세테이트로 추출하였다. 유기 층을 수집하고, 농축시켜 조 생성물을 수득하였으며, 이를 이소프로판올로 재결정화하여 화합물 12 (연황색 고체) 28 g을 88%의 수율로 수득하였다. 상기 반응의 합성 경로는 하기 기재된 바와 같다:
Figure 112015071853138-pat00063
마그네슘 분말 3.3 g, 무수 THF 50 mL, 아이오딘 입자, 및 브로모프로판 몇 방울을 500 mL 3구 병에 첨가하였다. 반응 용액을 질소 하에 온화하게 가열하였다. 반응을 촉발시킨 후, 브로모프로판 18 g 및 무수 THF 150 mL의 혼합물을 적가하였다. 첨가한 후, 반응물을 1시간 동안 환류하였다. 이어서, 반응 온도를 -10℃로 낮추고, 화합물 12 28 g 및 무수 THF 150 mL의 혼합물을 추가로 적가하였다. 첨가한 후, 온도를 -10℃에서 제어하고, 반응물을 12시간 동안 교반하였다. 이어서, 반응물을 가수분해를 위해 HCl 및 얼음의 혼합물에 붓고, 분리를 위해 톨루엔으로 2회 추출하였다. 이어서, 추출물을 약 250 mL로 증류시키고, 이에 p-톨루엔술폰산 1 g을 첨가하였다. 이어서, 용액을 환류시키고, 2시간 동안 탈수시켜 갈색빛 적색 유성 물질을 수득하였다. 생성물을 칼럼 크로마토그래피로 처리하고, 재결정화하여, 화합물 13 (연황색 고체) 10 g을 32%의 수율로 수득하였다. 상기 반응의 합성 경로는 하기 기재된 바와 같다:
Figure 112015071853138-pat00064
화합물 13 10g, 5% Pd/C 1g, 에탄올 100 mL 및 톨루엔 100 mL를 1 L 수소 반응기에 첨가하였으며, 수소의 압력은 1 atm이었다. 수소를 6시간 동안 25℃에서 공급하여 화합물 14 (백색 고체) 9.5 g을 94%의 수율로 수득하였다. 상기 반응의 합성 경로는 하기 기재된 바와 같다:
Figure 112015071853138-pat00065
화합물 14 9.5 g, t-BuOK, 4.2 g, 및 무수 THF 100 mL를 250 mL 3구 병에 첨가하였다. 질소 하에, 온도를 -100℃로 냉각시키고, 헥산 중 n-BuLi의 용액 (2.4 mol/L) 17 mL를 적가하였다. 첨가가 완결된 후, 온도를 -100℃에서 제어하고, 반응물을 1시간 동안 교반하였다. 이어서, 무수 THF 50 mL 중 트리이소부틸 보레이트 9.5 g의 혼합물을 첨가하였다. 첨가한 후, 온도를 -100℃에서 제어하고, 반응 용액을 1시간 동안 교반하였다. 이어서, 온도를 실온으로 가온하고, 가수분해를 위해 HCl (50mL, 1N)을 첨가하였다. 표준 후처리 방법을 적용하여 화합물 15 (황색 고체) 7.2 g을 65%의 수율로 수득하였다. 상기 반응의 합성 경로는 하기 기재된 바와 같다:
Figure 112015071853138-pat00066
화합물 15 7.2 g, 5-브로모-2(디플루오로(3,4,5-트리플루오로페녹시)메틸)1,3-디플루오로벤젠 9.4 g, 탄산나트륨 10.2 g, 물 50 mL, 에탄올 50 mL, 톨루엔 100 mL, 및 Pd(PPh3)4 0.25 g을 500 mL 3구 병에 첨가하였다. 혼합물을 질소 하에 6시간 동안 환류 하에 가열하였다. 통상의 후처리 후, 연황색 유성 물질을 수득하였다. 생성물을 칼럼 크로마토그래피에 의해 석유 에테르를 사용하여 정제하고, 에탄올로 다수회 재결정화하여 액정 화합물 3RIGUQUF (백색 고체) 5 g을 수득하였다. 상기 반응의 합성 경로는 하기 기재된 바와 같다:
Figure 112015071853138-pat00067
액정 조성물의 제조 및 측정
실시예 1-6 및 비교 실시예 1
실시예 1-6 및 비교 실시예 1을 본 발명의 액정 화합물, 2toPUO2F, 3toPUO2F, 2toUQUO2F, 3toUQUO2F, 2toPPO2F, 2toPUQUO2F, 및 비교 화합물 2toPUF를 모 액정 혼합물 A와 각각 혼합함으로써 제조하였다. 액정 화합물 및 모 액정 혼합물 A의 비는 하기 표 2에 상세히 예시되어 있다. 모 액정 혼합물 A는 1:1:1의 중량비의 2CCGF, 3CCGF 및 5CCGF로 이루어진다. 모 액정 혼합물 A의 물리적 특성 (즉, Δn, γ1, 및 Δε)을 미리 측정하였다. 모 액정 혼합물 A의 물리적 특성 (즉, Δn, γ1, 및 Δε)이 공지되어 있기 때문에, 각각의 액정 화합물의 물리적 특성 (즉, Δn, γ1, 및 Δε)은 외삽 방법에 따른 측정에 의해 얻은 값으로부터 계산하였다.
특성 값을 측정하기 위해, 실시예 1-6 및 비교 실시예 1을 하기 시험에 적용하였다.
투명점 (Tni) 시험:
0.5 mg 내지 10 mg의 액정 조성물 (또는 액정 화합물)을 정밀하게 칭량하고, 알루미늄 팬에 위치시킨 다음, 시차 주사 열량계 (DSC)를 사용하여 분석하였다. 시차 주사 열량계에서 액정 조성물 (또는 액정 화합물)을 가열 또는 냉각시키는 동안, 액정 조성물 (또는 액정 화합물)의 상 전이 (네마틱 상으로부터 액체 상으로)가 흡열 피크 또는 발열 피크에 의해 관찰될 수 있었다. 상 전이의 개시를 사용하여 상 전이 온도를 결정하였다.
유전 이방성 (Δε) 시험:
액정 조성물을 수직 배향 액정 셀로 공급하였다. 셀에 25℃에서 0 V 내지 20 V의 전압을 인가하였다. 액정 분자의 장축 방향이 수직 배향 액정 셀의 기준에 대해 평행한 경우에, 정전용량 (C∥)을 측정하여 그에 의해 액정 화합물의 유전율 (ε∥)을 계산하였다. 액정 분자의 장축 방향이 수직 배향 액정 셀의 기준에 대해 수직인 경우에, 정전용량 (C⊥)을 측정하여 그에 의해 액정 화합물의 유전율 (ε∥)을 계산하였다. 액정 화합물의 유전 이방성 (Δε)은 방정식: Δε＝ε∥-ε⊥에 따라 계산하였다. 또한, 액정 화합물의 유전 이방성 (Δε)은 상응하는 액정 조성물의 유전 이방성 (Δε)으로부터 외삽을 통해 측정할 수 있다.
굴절률 이방성 (Δn) 시험:
아베(Abbe) 굴절계 (아타고 인크.(ATAGO Inc.), DR-M2)의 주요 프리즘의 표면을 한 방향으로 연마한 다음, 시험할 액정 조성물을 주요 프리즘의 연마될 표면 상에 떨어뜨렸다. 액정 화합물의 굴절률은 그의 안구 렌즈 상에 장착된 편광 플레이트를 갖는 아베 굴절계에 의해, 589 nm의 파장을 갖는 편광을 사용하여 25℃에서 측정하였다. 굴절률 (n∥)은 편광의 방향이 연마 방향에 대해 평행인 경우에 결정하였다. 굴절률 (n⊥)은 편광의 방향이 연마 방향에 대해 수직인 경우에 결정하였다. 액정 화합물의 굴절률 이방성 (Δn)은 방정식: Δn=n∥-n⊥으로부터 계산하였다. 또한, 액정 화합물의 굴절률 이방성 (Δn)은 상응하는 액정 조성물의 굴절률 이방성 (Δn)으로부터 외삽을 통해 측정할 수 있다.
회전 점도 (γ1) 시험
액정 조성물의 회전 점도 (γ1)는 그의 유전 이방성 (Δε)을 기준으로 하여 자동 액정 시험기 (인스텍 인크.(INSTEC Inc.))를 통해 측정하였다. 또한, 액정 화합물의 회전 점도 (γ1)는 상응하는 액정 조성물의 회전 점도 (γ1)로부터 외삽을 통해 측정할 수 있다.
<표 2>
Figure 112015071853138-pat00068
<표 3>
Figure 112015071853138-pat00069
상기 표 3에 제시된 바와 같이, 본 발명의 화학식 I의 액정 화합물은 액정 조성물을 위해 필수적인 일반적인 물리적 특성, 즉 현대 액정 디스플레이 장치의 요건을 만족시킬 수 있는, 높은 유전 이방성 (19.2-49.8), 낮은 회전 점도, 및 적합한 광학 이방성을 갖는다. 더욱이, 비교 액정 화합물과 비교하여, 본 발명의 액정 화합물은 보다 더 높은 Tni 및 보다 더 낮은 γ1의 관점에서 보다 더 매력적인 특성을 가질 것이다.
실시예 7-18
실시예 7-18의 액정 조성물은 하기 표 4에 개시되어 있다.
<표 4>
Figure 112015071853138-pat00070
이어서, 실시예 7-18의 액정 조성물을 상기 시험에 적용하였고, 액정 조성물의 특성 (예컨대, 투명점 (Tni), 유전 이방성 (Δε), 회전 점도 (γ1), 및 굴절률 이방성 (Δn))을 하기 표 5에 제시하였다.
<표 5>
Figure 112015071853138-pat00071
실시예 19-27 및 비교 실시예 2-3
액정 화합물을 혼합하여 하기 표 6에 따른 실시예 19-27 및 비교 실시예 2-3의 액정 조성물을 제조하였다.
<표 6>
Figure 112015071853138-pat00072
Figure 112015071853138-pat00073
이어서, 실시예 19-27 및 비교 실시예 2-3의 액정 조성물을 상기 시험에 적용하였고, 액정 조성물의 특성 (예컨대, 투명점 (Tni), 유전 이방성 (Δε), 회전 점도 (γ1), 및 굴절률 이방성 (Δn))을 하기 표 7에 제시하였다.
<표 7>
Figure 112015071853138-pat00074
표 5 및 7에 제시된 바와 같이, 화학식 I 및 화학식 II의 액정 화합물을 둘 다 포함하는, 본 발명의 실시예 7-27의 조성물은 낮은 회전 점도 및 높은 유전 이방성을 나타낸다. 따라서, 본 개시내용의 액정 조성물을 사용하는 액정 디스플레이 장치는 높은 응답 속도 및 낮은 역치 전압을 가질 것이다. 반면에, 화학식 I 및 화학식 II의 액정 화합물을 둘 다 포함하는 액정 조성물이 넓은 네마틱 상 범위를 나타내기 때문에, 본 개시내용의 액정 조성물을 사용하는 액정 디스플레이 장치는 넓은 작동 온도 범위를 가질 수 있다. 비교 실시예 2의 액정 조성물이 화학식 I의 액정 화합물을 사용하지 않기 때문에, 비교 실시예 2의 액정 조성물은 높은 회전 점도 및 낮은 유전 이방성을 갖는다. 비교 실시예 3의 액정 조성물이 화학식 II의 액정 화합물을 사용하지 않기 때문에, 비교 실시예 3의 액정 조성물은 실온에서 네마틱 상으로 존재하지 않고, 액정의 특성을 측정할 수 없다. 실시예 7-27의 액정 조성물은 액정 디스플레이 장치의 요건을 만족시키는 높은 유전 이방성을 갖는다. 따라서, 화학식 I 및 화학식 II의 액정 화합물을 둘 다 사용하는 액정 디스플레이 장치가 낮은 전력 소비의 특성을 가질 것임이 예측될 수 있다.
본 개시내용이 예로서 및 바람직한 실시양태의 관점에서 기재되었지만, 본 개시내용은 개시된 실시양태로 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 반대로, 다양한 변형 및 유사한 배열 (통상의 기술자에게 명백할 것임)을 포괄하도록 의도된다. 따라서, 첨부된 청구범위의 범위는 모든 이러한 변형 및 유사한 배열을 포괄하도록 가장 광범위한 해석을 따라야 한다.

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 하기 화학식의 액정 화합물.
    Figure 112017092567236-pat00078

    상기 식에서 R1은 수소, C1-10 알킬, 또는 C2-10 알케닐이고; R2는 -OCHCF2, 또는 -OCF2CFCF2이고; R3는 독립적으로 수소, 또는 할로겐이고; Z2 및 Z3는 독립적으로 단일 결합, -CH2-, -(CH2)2-, -(CH2)4-, -CH2O-, -OCH2-, -CF=CF-, -(CH2)2CF2O-, -(CH2)2OCF2-, -OCF2(CH2)2-, -CF2O(CH2)2-, -COO-, -OCO-, -CF2O-, -OCF2-, -C≡C-, -CH=CH-, -CH=CH-(CH2)2-, 또는 -(CH2)2-CH=CH-이고; n은 1 또는 0이다.
  6. 제5항에 있어서, 상기 화학식의 액정 화합물이
    Figure 112017092567236-pat00079

    이고, 여기서 R1이 수소, C1-10 알킬, 또는 C2-10 알케닐이고; R2가 -OCHCF2, 또는 -OCF2CFCF2인 액정 화합물.
  7. 제5항에 따른 액정 화합물 중 적어도 1종; 및
    하기 화학식 II의 액정 화합물 중 적어도 1종
    을 포함하는 액정 조성물.
    <화학식 II>
    Figure 112017092567236-pat00080

    상기 식에서 R4는 수소, C1-10 알킬, 또는 C2-10 알케닐이고; R5는 수소, 할로겐, 시아노기, C1-10 알킬, C2-10 알케닐, C1-10 플루오로알킬, C2-10 플루오로알케닐, 또는 상기 기 중 임의적인 -CH2-가 -O-에 의해 대체되며, 서로 인접한 복수개의 -CH2-는 동시에 대체되지 않은 것인 상기 기이고; A5, A6, A7, 및 A8은 독립적으로
    Figure 112017092567236-pat00081

    이고; R3은 독립적으로 수소, 또는 할로겐이고; Z4, Z5, 및 Z6은 독립적으로 단일 결합, -CH2-, -(CH2)2-, -(CH2)4-, -CH2O-, -OCH2-, -CF=CF-, -(CH2)2CF2O-, -(CH2)2OCF2-, -OCF2(CH2)2-, -CF2O(CH2)2-, -COO-, -OCO-, -CF2O-, -OCF2-, -C≡C-, -CH=CH-, -CH=CH-(CH2)2-, 또는 -(CH2)2-CH=CH-이고; i, j, 및 k는 독립적으로 1 또는 0이다.
  8. 제7항에 있어서, 화학식 II의 액정 화합물이
    Figure 112017046290834-pat00082

    이고, 여기서 R4가 수소, C1-10 알킬, 또는 C2-10 알케닐이고; R5가 수소, 할로겐, 시아노기, C1-10 알킬, C2-10 알케닐, C1-10 플루오로알킬, C2-10 플루오로알케닐, 또는 상기 기 중 임의적인 -CH2-가 -O-에 의해 대체되며, 서로 인접한 복수개의 -CH2-는 동시에 대체되지 않은 것인 상기 기이고; A6, A7, 및 A8이 독립적으로
    Figure 112017046290834-pat00083

    이고; R3이 독립적으로 수소, 또는 할로겐이고; Z4, Z5, 및 Z6이 독립적으로 단일 결합, -CH2-, -(CH2)2-, -(CH2)4-, -CH2O-, -OCH2-, -CF=CF-, -(CH2)2CF2O-, -(CH2)2OCF2-, -OCF2(CH2)2-, -CF2O(CH2)2-, -COO-, -OCO-, -CF2O-, -OCF2-, -C≡C-, -CH=CH-, -CH=CH-(CH2)2-, 또는 -(CH2)2-CH=CH-이고; i, j, 및 k가 독립적으로 1 또는 0인 액정 조성물.
  9. 제7항에 있어서, 화학식 II의 액정 화합물이
    Figure 112017046290834-pat00084

    이고, 여기서 R4가 수소, C1-10 알킬, 또는 C2-10 알케닐이고; R5가 수소, 할로겐, 시아노기, C1-10 알킬, C2-10 알케닐, C1-10 플루오로알킬, C2-10 플루오로알케닐, 또는 상기 기 중 임의적인 -CH2-가 -O-에 의해 대체되며, 서로 인접한 복수개의 -CH2-는 동시에 대체되지 않은 것인 상기 기이고; A6, A7, 및 A8이 독립적으로
    Figure 112017046290834-pat00085

    이고; R3이 독립적으로 수소, 또는 할로겐이고; Z4, Z5, 및 Z6이 독립적으로 단일 결합, -CH2-, -(CH2)2-, -(CH2)4-, -CH2O-, -OCH2-, -CF=CF-, -(CH2)2CF2O-, -(CH2)2OCF2-, -OCF2(CH2)2-, -CF2O(CH2)2-, -COO-, -OCO-, -CF2O-, -OCF2-, -C≡C-, -CH=CH-, -CH=CH-(CH2)2-, 또는 -(CH2)2-CH=CH-이고; i, j, 및 k가 독립적으로 1 또는 0인 액정 조성물.
  10. 삭제
  11. 제7항에 있어서, 제5항에 따른 액정 화합물이
    Figure 112017092567236-pat00088

    이고, 여기서 R1이 수소, C1-10 알킬, 또는 C2-10 알케닐이고; R2가 -O-CHCF2, 또는 -OCF2CFCF2이고;
    화학식 II의 액정 화합물이
    Figure 112017092567236-pat00089

    이고, 여기서 R4가 수소, C1-10 알킬, 또는 C2-10 알케닐이고; R5가 수소, 플루오린, -OCF3, -CF3, -OCH=CF2, 또는 -OCH2-CF3인 액정 조성물.
  12. 제7항에 따른 액정 조성물을 포함하는 액정 디스플레이 장치.
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