KR102274000B1 - 다이옥솔레인 유도체, 액정 조성물, 액정 소자, 및 액정 표시 장치 - Google Patents

다이옥솔레인 유도체, 액정 조성물, 액정 소자, 및 액정 표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 식(G1)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체를 제공한다. 치환기에 대한 설명은 명세서에 기재되어 있다. 상기 다이옥솔레인 유도체를 사용하여 액정 조성물, 및 이 액정 조성물을 포함하는 액정 표시 장치의 제작이 가능하다.
Figure 112014072677569-pat00053

Description

다이옥솔레인 유도체, 액정 조성물, 액정 소자, 및 액정 표시 장치{DIOXOLANE DERIVATIVE, LIQUID CRYSTAL COMPOSITION, LIQUID CRYSTAL ELEMENT, AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명의 일 형태는 반도체 장치, 표시 장치, 이들의 구동 방법, 또는 이들의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 형태는 특히 신규의 다이옥솔레인 유도체와, 이를 포함하는 액정 조성물과, 이 액정 조성물을 사용한 액정 소자 및 액정 표시 장치, 그리고 이들의 제작 방법에 관한 것이다.
근년에 들어 액정은 다양한 디바이스에 이용되고 있으며, 특히 얇고 가벼운 특징을 가진 액정 표시 장치(액정 디스플레이)는 폭넓은 분야의 디스플레이에 적용되고 있다.
동영상 해상도를 향상시켜 소위 동영상 흐릿함이 적은 액정 표시 장치를 구현하기 위하여, 액정은 응답 속도 고속화의 요구에 직면하고 있으며 개발이 진행되고 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
고속 응답이 가능한 액정의 표시 모드로서, 블루상(blue phase)을 발현하는 액정을 사용한 표시 모드를 들 수 있다. 블루상을 발현하는 액정을 사용한 표시 모드는 고속 응답을 도모할 수 있는 데다가 배향막이 불필요하며 광시야각화가 가능하기 때문에, 실용화를 위하여 연구가 활발히 진행되고 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조).
: 일본국 특개2008-303381호 공보 : 국제 공개 제 2005-090520호
본 발명의 일 형태는 다양한 액정 디바이스에 사용될 수 있는 신규의 다이옥솔레인 유도체를 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다. 또는, 상기 다이옥솔레인 유도체를 사용한 신규의 액정 조성물을 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다. 또는, 상기 액정 조성물을 사용한 액정 소자 및 액정 표시 장치를 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다.
또한, 상술한 과제의 기재(記載)는 다른 과제의 존재를 방해하는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 일 형태는 상술한 과제 모두를 해결할 필요는 없다. 또한, 상술한 것 외의 과제는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 저절로 명백해지는 것이며 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 상술한 것 외의 과제가 만들어질 수 있다.
개시(開示)된 발명의 일 형태는 일반식(G1)으로 표기되는 신규의 다이옥솔레인 유도체이다. 상기 다이옥솔레인 유도체는 액정 조성물에서 키랄제로서 기능할 수 있다.
Figure 112014072677569-pat00001
다만, 일반식(G1)에서 Ar1 및 Ar2는 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 6~12의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3~12의 사이클로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 4~12의 사이클로알케닐기를 나타낸다. 또한, Ar3 및 Ar4는 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 6~12의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3~12의 사이클로알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 4~12의 사이클로알케닐렌기를 나타내고, m은 1~3 중 어느 것을 나타내고, n은 0~3 중 어느 것을 나타낸다. 또한, a1 및 a2는 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬렌기, 또는 단결합을 나타낸다. 또한, R1 및 R2는 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~12의 아릴기를 나타낸다. R3은 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알콕시기를 나타낸다.
또한, 일반식(G1)에서 탄소수 6~12의 아릴기, 탄소수 3~12의 사이클로알킬기, 탄소수 4~12의 사이클로알케닐기, 탄소수 6~12의 아릴렌기, 탄소수 3~12의 사이클로알킬렌기, 탄소수 4~12의 사이클로알케닐렌기, 탄소수 1~4의 알킬렌기, 탄소수 1~6의 알킬기, 또는 탄소수 1~6의 알콕시기가 가지는 치환기로서는 예를 들어, 플루오린(F), 염소(Cl), 브로민(Br), 아이오딘(I), 사이아노기(CN), 트라이플루오로메틸설포닐기(SO2CF3), 트라이플루오로메틸기(CF3), 나이트로기(NO2), 아이소티오사이아네이트기(NCS), 또는 펜타플루오로설파닐기(SF5) 등을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 구조식(100)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체이다.
Figure 112014072677569-pat00002
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 구조식(101)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체이다.
Figure 112014072677569-pat00003
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 구조식(102)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체이다.
Figure 112014072677569-pat00004
개시된 발명의 다른 일 형태는 일반식(G2)으로 표기되는 신규의 다이옥솔레인 유도체이다.
Figure 112014072677569-pat00005
다만, 일반식(G2)에서 Ar1 및 Ar2는 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 6~12의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3~12의 사이클로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 4~12의 사이클로알케닐기를 나타낸다. 또한, Ar23 및 Ar24는 독립적으로, 치환 또는 비치환된 피레닐기, 또는 치환 또는 비치환된 나프틸기를 나타낸다. 또한, a1 및 a2는 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬렌기, 또는 단결합을 나타낸다. 또한, R1 및 R2는 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~12의 아릴기를 나타낸다.
또한, 일반식(G2)에서 탄소수 6~12의 아릴기, 탄소수 3~12의 사이클로알킬기, 탄소수 4~12의 사이클로알케닐기, 피레닐기, 나프틸기, 탄소수 1~4의 알킬렌기, 탄소수 1~6의 알킬기, 또는 탄소수 1~6의 알콕시기가 가지는 치환기로서는 예를 들어, 플루오린(F), 염소(Cl), 브로민(Br), 아이오딘(I), 사이아노기(CN), 트라이플루오로메틸설포닐기(SO2CF3), 트라이플루오로메틸기(CF3), 나이트로기(NO2), 아이소티오사이아네이트기(NCS), 또는 펜타플루오로설파닐기(SF5) 등을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 일반식(G3)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체이다.
Figure 112014072677569-pat00006
다만, 일반식(G3)에서 Ar1 및 Ar2는 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 6~12의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3~12의 사이클로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 4~12의 사이클로알케닐기를 나타낸다. 또한, Ar23은 치환 또는 비치환된 피레닐기, 또는 치환 또는 비치환된 나프틸기를 나타낸다. 또한, a1 및 a2는 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬렌기, 또는 단결합을 나타낸다. 또한, R1 및 R2는 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~12의 아릴기를 나타낸다.
또한, 일반식(G3)에서 탄소수 6~12의 아릴기, 탄소수 3~12의 사이클로알킬기, 탄소수 4~12의 사이클로알케닐기, 피레닐기, 나프틸기, 탄소수 1~4의 알킬렌기, 탄소수 1~6의 알킬기, 또는 탄소수 1~6의 알콕시기가 가지는 치환기로서는 예를 들어, 플루오린(F), 염소(Cl), 브로민(Br), 아이오딘(I), 사이아노기(CN), 트라이플루오로메틸설포닐기(SO2CF3), 트라이플루오로메틸기(CF3), 나이트로기(NO2), 아이소티오사이아네이트기(NCS), 또는 펜타플루오로설파닐기(SF5) 등을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 구조식(200)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체이다.
Figure 112014072677569-pat00007
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 구조식(201)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체이다.
Figure 112014072677569-pat00008
개시된 발명의 다른 일 형태는 일반식(G4)으로 표기되는 신규의 다이옥솔레인 유도체이다. 상기 다이옥솔레인 유도체는 액정 조성물에서 키랄제로서 기능할 수 있다.
Figure 112014072677569-pat00009
다만, 일반식(G4)에서 Ar41은 치환 또는 비치환된 탄소수 6~12의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3~12의 사이클로알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 4~12의 사이클로알케닐렌기를 나타내고, n은 0~3 중 어느 것을 나타낸다. 또한, R1 및 R2는 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~12의 아릴기를 나타낸다. R3은 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알콕시기를 나타낸다(n이 0일 때 R3은 수소를 포함하지 않음).
또한, 일반식(G4)에서 탄소수 6~12의 아릴렌기, 탄소수 3~12의 사이클로알킬렌기, 탄소수 4~12의 사이클로알케닐렌기, 탄소수 1~6의 알킬기, 탄소수 1~6의 알콕시기, 또는 탄소수 6~12의 아릴기가 가지는 치환기로서는 예를 들어, 플루오린(F), 염소(Cl), 브로민(Br), 아이오딘(I), 사이아노기(CN), 트라이플루오로메틸설포닐기(SO2CF3), 트라이플루오로메틸기(CF3), 나이트로기(NO2), 아이소티오사이아네이트기(NCS), 또는 펜타플루오로설파닐기(SF5) 등을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 구조식(300)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체이다.
Figure 112014072677569-pat00010
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 상술한 다이옥솔레인 유도체 중 어느 것과 네마틱 액정을 적어도 포함하는 액정 조성물이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 상술한 다이옥솔레인 유도체 중 어느 것과 네마틱 액정을 적어도 포함하고, 블루상을 발현하는 액정 조성물이다. 또한, 블루상은 비틀림력이 센 액정 조성물에서 발현되며 더블 트위스트 구조(double twist structure)를 가진다. 또한, 블루상을 발현할 수 있는 액정 조성물은 조건에 따라서 콜레스테릭상, 콜레스테릭 블루상, 등방상 등을 나타낸다.
비틀림력의 강도의 지표로서는 나선 피치, 선택 반사 파장, HTP(Helical Twisting Power), 회절 파장을 들 수 있다.
블루상의 경우, 액정 조성물의 비틀림력이 강하면 소량의 키랄제 첨가로 전압 무인가 시(인가 전압이 0V일 때)에서의 액정 조성물의 투과율을 낮게 억제할 수 있다. 또한, 전압 인가 시에 액정이 동작하기 쉬워 투과율을 높게 할 수 있기 때문에 상기 액정 조성물을 사용한 액정 표시 장치의 고콘트라스트화가 가능해진다.
본 발명의 일 형태에 따른 액정 조성물은 일반식(G1), (G2), (G3), 또는 (G4)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체와, 네마틱 액정을 적어도 포함한다. 일반식(G1), (G2), (G3), 또는 (G4)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체는 비대칭 중심을 가지며, 액정 조성물에 포함되면 그 액정 조성물의 비틀림을 유발하여 나선 구조로 배향시키는 키랄제로서 기능할 수 있다.
또한, 일반식(G1), (G2), (G3), 또는 (G4)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체는 비틀림력이 센 키랄제이기 때문에 액정 조성물에서의 혼합비는 15wt% 이하, 10wt% 이하, 또는 8wt% 이하로 할 수 있다. 일반적으로 액정 조성물의 비틀림력 향상을 위한 키랄제의 다량 첨가는 그 액정 조성물을 적용한 액정 소자를 구동하기 위한 구동 전압의 상승을 초래한다. 그러나, 본 발명의 일 형태에 따른 액정 조성물은 첨가하는 키랄제의 양을 줄일 수 있기 때문에 액정 소자의 구동 전압의 상승을 억제할 수 있다. 따라서, 액정 표시 장치의 저소비 전력화를 도모할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태는 상기 액정 조성물을 적용한 액정 소자, 액정 표시 장치, 또는 전자 기기를 그 범주에 포함한다.
본 발명의 일 형태는 다양한 액정 표시 장치에 사용될 수 있는 신규의 다이옥솔레인 유도체를 제공할 수 있다. 또는, 상기 다이옥솔레인 유도체를 사용한 신규의 액정 조성물을 제공할 수 있다. 또는, 상기 액정 조성물을 사용한 액정 소자 및 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 액정 소자를 설명한 개념도.
도 2는 액정 표시 장치의 일 형태를 설명한 도면.
도 3은 액정 표시 장치의 전극 구성의 일 형태를 설명한 도면.
도 4는 액정 표시 모듈을 설명한 도면.
도 5는 전자 기기를 설명한 도면.
도 6은 (4R,5R)-2,2-다이메틸-α,α,α',α'-테트라[4-(트랜스-4-n-펜틸사이클로헥실)페닐]-1,3-다이옥솔레인-4,5-다이메탄올(R-DOL-PC5)의 1H NMR 차트.
도 7은 R-DOL-PC5의 1H NMR 차트.
도 8은 (4R,5R)-2,2-다이메틸-α,α,α',α'-테트라[4'-(n-헥실-1-옥시)-1,1'-바이페닐-4-일]-1,3-다이옥솔레인-4,5-다이메탄올(R-DOL-PPO6)의 1H NMR 차트.
도 9는 R-DOL-PPO6의 1H NMR 차트.
도 10은 (4R,5R)-2,2-다이메틸-α,α,α',α'-테트라[4'-(n-펜틸)-1,1'-바이페닐-4-일]-1,3-다이옥솔레인-4,5-다이메탄올(R-DOL-PP5)의 1H NMR 차트.
도 11은 R-DOL-PP5의 1H NMR 차트.
도 12는 (4R,5R)-2,2-다이메틸-α,α,α',α'-테트라(나프탈렌-1-일)-1,3-다이옥솔레인-4,5-다이메탄올(R-DOL-αNp)의 1H NMR 차트.
도 13은 R-DOL-αNp의 1H NMR 차트.
도 14는 (4R,5R)-2,2-다이메틸-α,α,α',α'-테트라(피렌-1-일)-1,3-다이옥솔레인-4,5-다이메탄올(R-DOL-Prna)의 1H NMR 차트.
도 15는 R-DOL-Prna의 1H NMR 차트.
도 16은 (4R,5R)-2,2-다이메틸-1,3-다이옥솔레인-4,5-다이메탄올비스{4-[4-(n-헥실-1-옥시)페닐]벤조에이트}(R-DOL-1EPPO6)의 1H NMR 차트.
도 17은 R-DOL-1EPPO6의 1H NMR 차트.
이하에서는 본 명세서에 개시된 발명의 실시형태에 대하여 도면을 사용하여 자세히 설명한다. 다만, 본 명세서에 개시된 발명은 이하의 설명에 한정되지 않으며, 그 형태 및 상세한 사항을 다양하게 변경할 수 있는 것은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 발명은 이하에 기재된 실시형태 또는 실시예의 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태에 따른 신규의 다이옥솔레인 유도체에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 형태는 일반식(G1)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체이다.
Figure 112014072677569-pat00011
다만, 일반식(G1)에서 Ar1 및 Ar2는 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 6~12의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3~12의 사이클로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 4~12의 사이클로알케닐기를 나타낸다. 또한, Ar3 및 Ar4는 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 6~12의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3~12의 사이클로알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 4~12의 사이클로알케닐렌기를 나타내고, m은 1~3 중 어느 것을 나타내고, n은 0~3 중 어느 것을 나타낸다. 또한, a1 및 a2는 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬렌기, 또는 단결합을 나타낸다. 또한, R1 및 R2는 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~12의 아릴기를 나타낸다. R3은 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알콕시기를 나타낸다.
또한, 일반식(G1)에서 탄소수 6~12의 아릴기, 탄소수 3~12의 사이클로알킬기, 탄소수 4~12의 사이클로알케닐기, 탄소수 6~12의 아릴렌기, 탄소수 3~12의 사이클로알킬렌기, 탄소수 4~12의 사이클로알케닐렌기, 탄소수 1~4의 알킬렌기, 탄소수 1~6의 알킬기, 또는 탄소수 1~6의 알콕시기가 가지는 치환기로서는 예를 들어, 플루오린(F), 염소(Cl), 브로민(Br), 아이오딘(I), 사이아노기(CN), 트라이플루오로메틸설포닐기(SO2CF3), 트라이플루오로메틸기(CF3), 나이트로기(NO2), 아이소티오사이아네이트기(NCS), 또는 펜타플루오로설파닐기(SF5) 등을 들 수 있다.
상술한 일반식(G1)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체의 구체적인 예로서는 구조식(100)~(109)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체를 들 수 있다. 다만, 본 발명은 이들에 한정되지 않는다.
Figure 112014072677569-pat00012
Figure 112014072677569-pat00013
Figure 112014072677569-pat00014
Figure 112014072677569-pat00015
본 실시형태에 따른 다이옥솔레인 유도체의 합성 방법으로서 다양한 반응을 채용할 수 있다. 이하에서 일반식(G1)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체의 합성 방법의 일례를 기재한다.
일반식(G1)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체는 반응식(K1-1)으로 표기되는 반응에 의하여 합성할 수 있다.
Figure 112014072677569-pat00016
1,3-다이옥솔레인-4,5-다이카본산에스터(화합물(11))를 4당량의 그리냐르 시약(화합물(12))과 반응시킴으로써 1,3-다이옥솔레인 골격을 가진 화합물(화합물(13))을 얻을 수 있다. 유기 할로겐화물(화합물(14) 및 화합물(15)(화합물(14)=화합물(15)이어도 됨))을 사용한 윌리엄슨 에터 합성 반응 등에 의하여 화합물(13)의 하이드록실기를 알콕시기로 변환시킴으로써 목적물인 다이옥솔레인 유도체(일반식(G1))를 얻을 수 있다(반응식(K1-1)).
일반식(G1)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체는 비대칭 중심을 가지며, 액정 조성물에 포함되면 그 액정 조성물의 비틀림을 유발하여 나선 구조로 배향시키는 키랄제로서 기능할 수 있다.
예를 들어, 일반식(G1)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체를 키랄제로서 포함하는 액정 조성물은 블루상 모드 등 수평 전계 방식을 채용한 액정 표시 장치나, TN 모드, 콜레스테릭 액정 모드 등 수직 전계 방식을 채용한 액정 표시 장치 등에 적용할 수 있다.
본 실시형태에 기재된 구성이나 방법 등은 다른 실시형태에 기재된 구성이나 방법 등과 적절히 조합될 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태에 따른 신규의 다이옥솔레인 유도체에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 형태는 일반식(G2)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체이다.
Figure 112014072677569-pat00017
다만, 일반식(G2)에서 Ar1 및 Ar2는 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 6~12의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3~12의 사이클로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 4~12의 사이클로알케닐기를 나타낸다. 또한, Ar23 및 Ar24는 독립적으로, 치환 또는 비치환된 피레닐기, 또는 치환 또는 비치환된 나프틸기를 나타낸다. 또한, a1 및 a2는 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬렌기, 또는 단결합을 나타낸다. 또한, R1 및 R2는 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~12의 아릴기를 나타낸다.
또한, 일반식(G2)에서 탄소수 6~12의 아릴기, 탄소수 3~12의 사이클로알킬기, 탄소수 4~12의 사이클로알케닐기, 피레닐기, 나프틸기, 탄소수 1~4의 알킬렌기, 탄소수 1~6의 알킬기, 또는 탄소수 1~6의 알콕시기가 가지는 치환기로서는 예를 들어, 플루오린(F), 염소(Cl), 브로민(Br), 아이오딘(I), 사이아노기(CN), 트라이플루오로메틸설포닐기(SO2CF3), 트라이플루오로메틸기(CF3), 나이트로기(NO2), 아이소티오사이아네이트기(NCS), 또는 펜타플루오로설파닐기(SF5) 등을 들 수 있다.
또한, 상술한 일반식(G2)에서 Ar23과 Ar24는 동일할 수도 있고, 이 경우 일반식(G3)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체가 된다.
Figure 112014072677569-pat00018
상술한 일반식(G2)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체의 구체적인 예로서는 구조식(200)~(211)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체를 들 수 있다. 다만, 본 발명은 이들에 한정되지 않는다.
Figure 112014072677569-pat00019
Figure 112014072677569-pat00020
Figure 112014072677569-pat00021
본 실시형태에 따른 다이옥솔레인 유도체의 합성 방법으로서 다양한 반응을 채용할 수 있다. 이하에서 일반식(G2)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체의 합성 방법의 일례를 기재한다.
일반식(G2)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체는 반응식(K2-1)으로 표기되는 반응에 의하여 합성할 수 있다.
Figure 112014072677569-pat00022
1,3-다이옥솔레인-4,5-다이카본산에스터(화합물(21))를 2당량의 그리냐르 시약(화합물(22))과 반응시킴으로써 1,3-다이옥솔레인 골격을 가진 화합물(화합물(23))을 얻을 수 있다. 화합물(23)을 2당량의 그리냐르 시약(화합물(24))과 반응시킴으로써 1,3-다이옥솔레인 골격을 가진 화합물(화합물(25))을 얻을 수 있다. 유기 할로겐화물(화합물(26) 및 화합물(27)(화합물(26)=화합물(27)이어도 됨))을 사용한 윌리엄슨 에터 합성 반응 등에 의하여 화합물(25)의 하이드록실기를 알콕시기로 변환시킴으로써 목적물인 다이옥솔레인 유도체(일반식(G2))를 얻을 수 있다(반응식(K2-1)).
일반식(G2)이나 (G3)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체는 비대칭 중심을 가지며, 액정 조성물에 포함되면 그 액정 조성물의 비틀림을 유발하여 나선 구조로 배향시키는 키랄제로서 기능할 수 있다.
예를 들어, 일반식(G2)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체를 키랄제로서 포함하는 액정 조성물은 블루상 모드 등 수평 전계 방식을 채용한 액정 표시 장치나, TN 모드, 콜레스테릭 액정 모드 등 수직 전계 방식을 채용한 액정 표시 장치 등에 적용할 수 있다.
본 실시형태에 기재된 구성이나 방법 등은 다른 실시형태에 기재된 구성이나 방법 등과 적절히 조합될 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태에 따른 신규의 다이옥솔레인 유도체에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 형태는 일반식(G4)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체이다.
Figure 112014072677569-pat00023
다만, 일반식(G4)에서 Ar41은 치환 또는 비치환된 탄소수 6~12의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3~12의 사이클로알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 4~12의 사이클로알케닐렌기를 나타내고, n은 0~3 중 어느 것을 나타낸다. 또한, R1 및 R2는 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~12의 아릴기를 나타낸다. R3은 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알콕시기를 나타낸다(n이 0일 때 R3은 수소를 포함하지 않음).
또한, 일반식(G4)에서 탄소수 6~12의 아릴렌기, 탄소수 3~12의 사이클로알킬렌기, 탄소수 4~12의 사이클로알케닐렌기, 탄소수 1~6의 알킬기, 탄소수 1~6의 알콕시기, 또는 탄소수 6~12의 아릴기가 가지는 치환기로서는 예를 들어, 플루오린(F), 염소(Cl), 브로민(Br), 아이오딘(I), 사이아노기(CN), 트라이플루오로메틸설포닐기(SO2CF3), 트라이플루오로메틸기(CF3), 나이트로기(NO2), 아이소티오사이아네이트기(NCS), 또는 펜타플루오로설파닐기(SF5) 등을 들 수 있다.
상술한 일반식(G4)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체의 구체적인 예로서는 구조식(300)~(309)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체를 들 수 있다. 다만, 본 발명은 이들에 한정되지 않는다.
Figure 112014072677569-pat00024
Figure 112014072677569-pat00025
Figure 112014072677569-pat00026
본 실시형태에 따른 다이옥솔레인 유도체의 합성 방법으로서 다양한 반응을 채용할 수 있다. 이하에서 일반식(G4)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체의 합성 방법의 일례를 기재한다.
일반식(G4)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체는 반응식(K3-1)으로 표기되는 합성 반응에 의하여 합성할 수 있다.
Figure 112014072677569-pat00027
1,3-다이옥솔레인-4,5-다이메탄올(화합물(41))을 2당량의 카본산(화합물(42))으로 에스터화함으로써 목적물인 다이옥솔레인 유도체(일반식(G4))를 얻을 수 있다(반응식(K3-1)).
일반식(G4)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체는 비대칭 중심을 가지며, 액정 조성물에 포함되면 그 액정 조성물의 비틀림을 유발하여 나선 구조로 배향시키는 키랄제로서 기능할 수 있다.
예를 들어, 일반식(G4)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체를 키랄제로서 포함하는 액정 조성물은 블루상 모드 등 수평 전계 방식을 채용한 액정 표시 장치나, TN 모드, 콜레스테릭 액정 모드 등 수직 전계 방식을 채용한 액정 표시 장치 등에 적용할 수 있다.
본 실시형태에 기재된 구성이나 방법 등은 다른 실시형태에 기재된 구성이나 방법 등과 적절히 조합될 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는 실시형태 1~3에서 설명한 본 발명의 일 형태에 따른 다이옥솔레인 유도체를 포함하는 액정 조성물, 이 액정 조성물을 사용한 액정 소자 또는 액정 표시 장치에 대하여 도 1을 사용하여 설명한다.
본 실시형태에 따른 액정 조성물은 실시형태 1~3에 기재된 다이옥솔레인 유도체와, 네마틱 액정을 포함한다.
상술한 바와 같이, 일반식(G1), (G2), (G3), 또는 (G4)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체는 키랄제로서 기능할 수 있다. 또한, 일반식(G1), (G2), (G3), 또는 (G4)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체는 비틀림력이 센 키랄제이기 때문에 액정 조성물에서의 혼합비는 15wt% 이하, 10wt% 이하, 또는 8wt% 이하로 할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 액정 조성물에 포함되는 네마틱 액정으로서는, 특별히 한정되지 않고 바이페닐계 화합물, 터페닐계 화합물, 페닐사이클로헥실계 화합물, 바이페닐사이클로헥실계 화합물, 페닐바이사이클로헥실계 화합물, 벤조산 페닐계 화합물, 사이클로헥실 벤조산 페닐계 화합물, 페닐 벤조산 페닐계 화합물, 바이사이클로헥실카본산 페닐계 화합물, 아조메타인계 화합물, 아조계 화합물, 아족시계 화합물, 스틸벤계 화합물, 바이사이클로헥실계 화합물, 페닐피리미딘계 화합물, 바이페닐피리미딘계 화합물, 피리미딘계 화합물, 또는 다이페닐아세틸렌계 화합물 등을 들 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 액정 조성물은 일반식(G1), (G2), (G3), 또는 (G4)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체와, 네마틱 액정을 포함하며 블루상을 발현하는 액정 조성물이어도 좋다. 블루상은 광학적 등방성을 가지기 때문에 시야각 의존성이 없고 배향막을 형성하지 않아도 되므로 표시 장치의 화질 향상과 제조 비용의 삭감이 가능하다.
본 실시형태에 기재된 액정 조성물이 블루상을 발현하는 경우에는, 액정 표시 장치에서의 블루상 발현 온도의 범위를 넓히기 위하여 액정 조성물에 중합성 모노머를 첨가하고 고분자 안정화 처리를 수행하는 것이 바람직하다. 중합성 모노머로서는 바이닐 모노머뿐만 아니라 예를 들어, 열에 의하여 중합이 진행되는 열 중합성(열 경화성) 올리고머, 광에 의하여 중합이 진행되는 광 중합성(광 경화성) 올리고머 등을 사용할 수 있다.
중합성 바이닐 모노머는 아크릴레이트, 메타크릴레이트 등의 단관능(單官能) 모노머이어도 좋고, 다이아크릴레이트, 트라이아크릴레이트, 다이메타크릴레이트, 트라이메타크릴레이트 등의 다관능 모노머이어도 좋고, 이들을 혼합시킨 것이어도 좋다. 또한, 중합성 모노머는 액정성을 가져도 비액정성을 가져도 좋고, 이들을 혼합시킨 것이라도 좋다.
고분자 안정화 처리를 수행할 때 액정 조성물에 중합 개시제를 첨가하여도 좋다. 중합 개시제는, 광 조사 또는 가열에 의하여 라디칼을 발생시키는 라디칼 중합 개시제이어도 좋고, 산을 발생시키는 산 발생제이어도 좋고, 염기를 발생시키는 염기 발생제이어도 좋다.
예를 들어, 상기 액정 조성물에 중합성 모노머와 광중합 개시제를 첨가하고, 광을 조사하여 고분자 안정화 처리를 수행할 수 있다.
고분자 안정화 처리는 등방상을 나타낸 상태로 수행하여도 좋고, 온도 제어에 의하여 블루상을 발현한 상태로 수행하여도 좋다. 또한, 온도 상승 시에 블루상으로부터 등방상으로 상전이되는 온도 또는 온도 강하 시에 등방상으로부터 블루상으로 상전이되는 온도를 블루상과 등방상간의 상전이 온도라고 한다. 고분자 안정화 처리는 예를 들어, 광중합성 모노머를 첨가한 액정 조성물을 등방상이 될 때까지 가열한 후, 서서히 온도를 강하시킴으로써 블루상으로 상전이시켜, 블루상이 발현되는 온도를 유지한 상태로 광을 조사하여 수행할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 액정 소자 및 액정 표시 장치의 예를 도 1의 (A) 및 (B)에 도시하였다.
본 실시형태에서 액정 소자는 한 쌍의 전극층(다른 전위가 공급되는 화소 전극층(230) 및 공통 전극층(232)) 사이에 실시형태 1~3에 기재된 일반식(G1), (G2), (G3), 또는 (G4)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체와, 네마틱 액정을 포함한 액정 조성물(208)을 가진다. 또한, 액정 조성물(208)에는 유기 수지가 포함되어도 좋다.
도 1의 (A) 및 (B)는 각각 제 1 기판(200)과 제 2 기판(201)이, 일반식(G1), (G2), (G3), 또는 (G4)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체와, 네마틱 액정을 포함하는 액정 조성물(208)을 사이에 개재(介在)하여 대향되도록 배치된 액정 소자 및 액정 표시 장치를 도시한 것이다. 도 1의 (A) 및 (B)에 도시된 액정 소자 및 액정 표시 장치는 액정 조성물(208)에 대한 화소 전극층(230) 및 공통 전극층(232)의 배치가 다르다.
도 1의 (A)에 도시된 액정 소자 및 액정 표시 장치에서는 제 1 기판(200)과 액정 조성물(208) 사이에 화소 전극층(230)과 공통 전극층(232)이 인접하여 제공되어 있다. 도 1의 (A)에 도시된 구성의 경우, 기판에 실질적으로 평행한(즉, 수평 방향으로) 전계를 발생시켜, 기판에 평행한 면 내에서 액정 분자를 배향시켜, 계조를 제어하는 방식을 채용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태에 따른 일반식(G1), (G2), (G3), 또는 (G4)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체와, 네마틱 액정을 포함하는 액정 조성물로서 블루상을 발현하는 액정 조성물을 적용하여도 좋다. 도 1의 (A)에 도시된 구성은 액정 조성물(208)로서 블루상을 발현하는 액정 조성물을 사용하는 경우에 바람직하게 적용할 수 있다. 블루상을 발현하는 액정 조성물은 고속 응답이 가능하기 때문에 액정 소자 및 액정 표시 장치의 고성능화가 가능해진다. 또한, 본 액정 표시 장치는 IPS 모드로 배향을 제어하기 때문에 종래의 TN 모드나 VA 모드로 배향을 제어하는 액정 표시 장치에 비하여 시야각을 확대시킬 수 있다.
예를 들어, 고속 응답이 가능하기 때문에, 백 라이트 장치에 RGB 발광 다이오드(LED) 등을 배치하고 시분할에 의하여 컬러 표시를 하는 계시 가법 혼색(繼時加法混色)법(필드 시퀀셜(field sequential)법)이나 시분할에 의하여 왼쪽 눈용 영상과 오른쪽 눈용 영상을 번갈아 보는 셔터 안경 방식에 의한 3차원 표시 방식에 바람직하게 채용할 수 있다.
도 1의 (B)에 도시된 액정 소자 및 액정 표시 장치에서는 액정 조성물(208)을 사이에 개재하여 제 1 기판(200) 측에 화소 전극층(230), 제 2 기판(201) 측에 공통 전극층(232)이 제공되어 있다. 도 1의 (B)에 도시된 구성의 경우, 기판에 실질적으로 수직인 전계를 발생시킴으로써 기판에 수직인 면 내에서 액정 분자를 배향시켜, 계조를 제어하는 방식을 채용할 수 있다. 또한, 액정 조성물(208)과 화소 전극층(230) 사이에 배향막(202a)을, 액정 조성물(208)과 공통 전극층(232) 사이에 배향막(202b)을 제공하여도 좋다. 본 발명의 일 형태에 따른 다이옥솔레인 유도체와, 네마틱 액정을 포함하는 액정 조성물은 다양한 구성의 액정 소자 및 TN 모드나 콜레스테릭 액정 모드, VA 모드와 같은 다양한 모드의 액정 표시 장치에 사용할 수 있다.
또한, 도 1의 (A) 및 (B)에 도시하지 않았지만 편광판, 위상차판, 반사 방지막 등 광학 필름 등을 적절히 제공할 수 있다. 예를 들어, 편광판 및 위상차판에 의하여 형성된 원편광판을 사용하여도 좋다. 또한, 광원으로서 백 라이트 등을 사용할 수 있다.
본 명세서에서는 제 1 기판에 반도체 소자(예를 들어, 트랜지스터) 또는 화소 전극층이 형성되어도 좋고, 그 경우 제 1 기판을 소자 기판이라고도 부르고, 액정 조성물을 개재하여 이 소자 기판과 대향하는 제 2 기판을 대향 기판이라고도 부른다.
본 발명의 일 형태에 따른 정 표시 장치로서, 광원의 광을 투과시켜 표시를 수행하는 투과형 액정 표시 장치, 입사하는 광을 반사하여 표시를 수행하는 반사형 액정 표시 장치, 또는 투과형과 반사형 특징을 둘 다 가진 반투과형 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.
투과형 액정 표시 장치의 경우, 광이 투과하는 화소 영역에 존재하는 화소 전극층, 공통 전극층, 제 1 기판, 제 2 기판이나, 절연막, 도전막 등의 구성 요소가 투광성을 가지도록 한다. 도 1의 (A)에 도시된 구성을 가진 액정 표시 장치에서는 화소 전극층, 공통 전극층이 투광성을 가지는 것이 바람직하지만, 개구를 가지는 경우에는 형상에 따라서는 금속막 등의 비투광성 재료를 사용하여도 좋다.
한편, 반사형 액정 표시 장치의 경우, 액정 조성물에 대하여 시인하는 측의 반대측에는 액정 조성물을 투과한 광을 반사하는 반사성 부재(반사성을 가진 막이나 기판 등)를 제공하면 좋다. 따라서, 시인하는 측에서 반사성 부재까지에 제공되는, 광이 투과하는 기판, 절연막, 도전막은 투광성을 가지도록 한다. 또한, 본 명세서에서 투광성이란, 적어도 가시광의 파장 영역의 광을 투과시키는 성질을 말한다. 도 1의 (B)에 도시된 구성의 액정 표시 장치에서는, 시인하는 측의 반대측에 제공되는 화소 전극층 또는 공통 전극층이 반사성을 가지도록 함으로써 이것을 반사성의 부재로서 사용할 수 있다.
화소 전극층(230), 공통 전극층(232)은 인듐 주석 산화물(ITO), 산화 인듐에 산화 아연(ZnO)을 혼합한 도전 재료, 산화 인듐에 산화 실리콘(SiO2)을 혼합한 도전 재료, 산화 텅스텐을 포함한 인듐 산화물, 산화 텅스텐을 포함한 인듐 아연 산화물, 산화 타이타늄을 포함한 인듐 산화물, 산화 타이타늄을 포함한 인듐 주석 산화물, 그래핀, 또는 텅스텐(W), 몰리브데넘(Mo), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 나이오븀(Nb), 탄탈럼(Ta), 크롬(Cr), 코발트(Co), 니켈(Ni), 타이타늄(Ti), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag) 등의 금속, 또는 그 합금, 또는 그 금속 질화물 중 하나 또는 복수를 사용하여 형성할 수 있다.
제 1 기판(200), 제 2 기판(201)으로서는, 바륨 보로실리케이트 유리나 알루미노보로실리케이트 유리 등의 유리 기판, 석영 기판, 플라스틱 기판 등을 사용할 수 있다. 또한, 반사형 액정 표시 장치의 경우, 시인하는 측과는 반대측의 기판으로서는 알루미늄 기판이나, 스테인리스 기판 등 금속 기판을 사용하여도 좋다.
일반식(G1), (G2), (G3), 또는 (G4)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체를 액정 조성물의 키랄제로서 사용하면, 키랄제의 첨가량을 줄일 수 있다. 따라서, 이 액정 조성물을 액정 소자 또는 액정 표시 장치에 적용함으로써 저전압 구동이 가능한 액정 소자 또는 액정 표시 장치를 구현할 수 있고 액정 표시 장치의 저소비 전력화를 도모할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태에 따른 액정 조성물은 블루상을 발현하며 고속 응답이 가능하다. 그러므로, 상기 액정 조성물을 액정 소자 또는 액정 표시 장치에 적용함으로써 액정 소자 및 액정 표시 장치의 고성능화가 가능해진다.
본 실시형태에 기재된 구성이나 방법 등은 다른 실시형태에 기재된 구성이나 방법 등과 적절히 조합될 수 있다.
(실시형태 5)
본 발명의 일 형태에 따른 액정 표시 장치로서 패시브 매트릭스형 액정 표시 장치, 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치를 제공할 수 있다. 본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태에 따른 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치의 예를 도 2 및 도 3을 사용하여 설명한다.
도 2의 (A)는 액정 표시 장치의 평면도이며 하나의 화소를 도시한 것이다. 도 2의 (B)는 도 2의 (A)를 선 X1-X2에서 절단한 단면도이다.
도 2의 (A)에서 복수의 소스 배선층(배선층(405a)을 포함함)이 서로 평행(도면 중 상하 방향으로 연장됨)하고 서로 이격된 상태로 배치되어 있다. 복수의 게이트 배선층(게이트 전극층(401)을 포함함)은 소스 배선층과 실질적으로 직교하는 방향(도면 중 좌우 방향)으로 연장되고 서로 이격된 상태로 배치되어 있다. 공통 배선층(408)은 복수의 게이트 배선층 각각에 인접하는 위치에 배치되며 게이트 배선층에 실질적으로 평행한 방향, 즉 소스 배선층과 실질적으로 직교하는 방향(도면 중 좌우 방향)으로 연장되어 있다. 소스 배선층과 공통 배선층(408)과 게이트 배선층에 의하여 실질적으로 직사각형의 공간이 둘러싸여 있지만, 이 공간에 액정 표시 장치의 화소 전극층 및 공통 전극층이 배치되어 있다. 화소 전극층을 구동하는 트랜지스터(420)는, 도면 중 왼쪽 위의 모서리에 배치된다. 화소 전극층과 트랜지스터는, 매트릭스 형태로 복수로 배치된다.
도 2에 도시된 액정 표시 장치에서, 트랜지스터(420)에 전기적으로 접속되는 제 1 전극층(447)은 화소 전극층으로서 기능하고, 공통 배선층(408)과 전기적으로 접속되는 제 2 전극층(446)이 공통 전극층으로서 기능한다. 또한, 제 1 전극층과 공통 배선층에 의하여 용량 소자가 형성된다. 공통 전극층은 부유 상태(전기적으로 고립된 상태)로 동작할 수도 있지만 고정 전위, 바람직하게는 공통 전위(데이터로서 공급되는 화상 신호의 중간 전위) 근방의 깜박임(flicker)이 생기지 않는 레벨로 설정하여도 좋다.
기판에 실질적으로 평행한(즉, 수평 방향으로) 전계를 발생시킴으로써 기판에 평행한 면 내에서 액정 분자를 배향시켜, 계조를 제어하는 방식을 채용할 수 있다. 이와 같은 방식에는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 IPS 모드에서 사용하는 전극 구성을 적용할 수 있다.
IPS 모드 등의 수평 전계 방식의 경우, 액정 조성물 하방(下方)에 개구 패턴을 가진 제 1 전극층(예를 들어, 화소마다 전압이 제어되는 화소 전극층) 및 제 2 전극층(예를 들어, 모든 화소에 공통의 전압이 공급되는 공통 전극층)을 배치한다. 따라서, 제 1 기판(441) 위에는, 한쪽이 화소 전극층이고 다른 쪽이 공통 전극층인 제 1 전극층(447) 및 제 2 전극층(446)이 형성되고, 적어도 제 1 전극층 및 제 2 전극층 중 한쪽이 절연막 위에 형성된다. 제 1 전극층(447) 및 제 2 전극층(446)은 다양한 형상을 가지고, 예를 들어 개구부, 굴곡부, 분기한 부분, 또는 빗살 형상 부분을 포함한다. 제 1 전극층(447)과 제 2 전극층(446) 사이에 기판에 실질적으로 평행한 전계를 발생시키기 위하여, 형상이 같고 완전히 중첩되는 배치는 피한다.
또한, 제 1 전극층(447) 및 제 2 전극층(446)에 FFS 모드에서 사용하는 구성을 적용하여도 좋다. FFS 모드 등의 수평 전계 방식의 경우, 액정 조성물 하방에 개구 패턴을 가진 제 1 전극층(예를 들어, 화소마다 전압이 제어되는 화소 전극층)과, 상기 개구 패턴 하방에 평판 형상의 제 2 전극층(예를 들어, 모든 화소에 공통의 전압이 공급되는 공통 전극층)을 배치한다. 이 경우, 제 1 기판(441) 위에는, 한쪽이 화소 전극층이고 다른 쪽이 공통 전극층인 제 1 전극층 및 제 2 전극층이 형성되고, 화소 전극층과 공통 전극층은 절연막(또는 층간 절연층)을 개재하여 적층된다. 화소 전극층 및 공통 전극층 중 어느 한쪽은 절연막(또는 층간 절연층) 하방에 형성되고 평판 형상이고, 다른 쪽은 절연막(또는 층간 절연층) 상방(上方)에 형성되고 다양한 형상을 가진다. 예를 들어, 개구부, 굴곡부, 분기한 부분, 또는 빗살 형상 부분을 포함한다. 제 1 전극층(447)과 제 2 전극층(446) 사이에 기판에 대하여 비스듬한 방향의 전계를 발생시키기 위하여, 형상이 같고 완전히 중첩되는 배치는 피한다.
액정 조성물(444)로서 실시형태 1~3에 기재된 일반식(G1), (G2), (G3), 또는 (G4)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체와, 네마틱 액정을 포함하여 이루어진 액정 조성물을 사용한다. 또한, 액정 조성물(444)에는 유기 수지가 포함되어도 좋다. 본 실시형태에서 액정 조성물(444)은 일반식(G1), (G2), (G3), 또는 (G4)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체와, 네마틱 액정을 포함하고, 블루상을 발현한다. 이 액정 조성물은 블루상을 발현한 상태로 고분자 안정화 처리를 수행함으로써 형성할 수 있다.
제 1 전극층(447)과 제 2 전극층(446) 사이에 수평 방향의 전계를 형성함으로써 액정 조성물(444)의 액정을 제어한다. 따라서, 시야각을 확대시킬 수 있다.
제 1 전극층(447) 및 제 2 전극층(446)의 다른 구성예를 도 3에 도시하였다. 도 3의 (A)~(D)의 상면도에 도시된 바와 같이, 제 1 전극층(447a)~제 1 전극층(447d)과 제 2 전극층(446a)~제 2 전극층(446d)은 서로 엇갈리도록 형성되고, 도 3의 (A)에서 제 1 전극층(447a) 및 제 2 전극층(446a)은 물결 형상의 개구부를 가지고, 도 3의 (B)에서 제 1 전극층(447b) 및 제 2 전극층(446b)은 동심원상의 개구부를 가지는 형상이고, 도 3의 (C)에서 제 1 전극층(447c) 및 제 2 전극층(446c)은 빗살 형상이며 서로 부분적으로 중첩되고, 도 3의 (D)에서 제 1 전극층(447d) 및 제 2 전극층(446d)은 전극끼리가 서로 맞물리는 빗살 형상이다. 또한, 도 3의 (A)~(C)에 도시된 바와 같이 제 1 전극층(447a, 447b, 447c)과 제 2 전극층(446a, 446b, 446c)이 중첩되는 경우에는, 제 1 전극층(447)과 제 2 전극층(446) 사이에 절연막을 형성하여 제 1 전극층(447)과 제 2 전극층(446)이 각각 다른 막 위에 형성되도록 한다.
또한, 제 2 전극층(446)은 개구 패턴을 가지는 형상이기 때문에, 도 2의 (B)의 단면도에서는 분단된 복수의 전극층으로서 도시되어 있다. 이것은 본 명세서의 다른 도면에서도 마찬가지이다.
트랜지스터(420)는 역 스태거형 박막 트랜지스터이며, 절연 표면을 가진 기판인 제 1 기판(441) 위에 형성되고, 게이트 전극층(401), 게이트 절연층(402), 반도체층(403), 소스 전극층, 또는 드레인 전극층으로서 기능하는 배선층(405a), 배선층(405b)을 포함한다.
본 명세서에 개시된 액정 표시 장치에 적용할 수 있는 트랜지스터의 구조는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 톱 게이트 구조 또는 보텀 게이트 구조의 스태거형 및 플레이너(planar)형 등을 채용할 수 있다. 또한, 트랜지스터는 채널 형성 영역이 하나 형성되는 싱글 게이트 구조라도 좋고, 2개 형성되는 더블 게이트 구조, 또는 3개 형성되는 트리플 게이트 구조라도 좋다. 또한, 채널 영역 상하에 게이트 절연층을 개재하여 배치된 2개의 게이트 전극층을 가지는 듀얼 게이트형이어도 좋다.
또한, 트랜지스터(420)를 덮고 반도체층(403)과 접하는 절연막(407), 절연막(409)이 제공되고, 절연막(409) 위에 층간막(413)이 적층된다.
액정 조성물(444)을 사이에 개재하여 제 1 기판(441)과 대향 기판인 제 2 기판(442)을 실재(sealant)로 고착한다. 액정 조성물(444)을 형성하는 방법으로서는 디스펜스법(적하법)이나, 제 1 기판(441)과 제 2 기판(442)을 접합하고 나서 모세관 현상 등을 이용하여 액정 조성물(444)을 주입하는 주입법을 채용할 수 있다.
실재로서는, 대표적으로는 가시광 경화성, 자외선 경화성, 또는 열 경화성의 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 대표적으로는, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 아민 수지 등을 사용할 수 있다. 또한, 필러, 커플링제를 포함하여도 좋다.
본 실시형태에서는, 제 1 기판(441)의 외측(액정 조성물(444)과는 반대측)에 편광판(443a)을, 제 2 기판(442)의 외측(액정 조성물(444)과는 반대측)에 편광판(443b)을 제공한다. 또한, 편광판 이외에 위상차판, 반사 방지막 등의 광학 필름 등을 제공하여도 좋다. 예를 들어, 편광판 및 위상차판에 의하여 형성된 원편광판을 사용하여도 좋다. 상술한 공정으로 액정 표시 장치가 완성될 수 있다.
또한, 도시되어 있지 않지만 광원으로서는 백 라이트, 사이드 라이트 등을 사용하면 좋다. 광원은 소자 기판인 제 1 기판(441) 측으로부터, 시인하는 측인 제 2 기판(442)으로 광이 투과하도록 제공된다.
제 1 전극층(447)과 제 2 전극층(446)에는 산화 텅스텐을 포함한 인듐 산화물, 산화 텅스텐을 포함한 인듐 아연 산화물, 산화 타이타늄을 포함한 인듐 산화물, 산화 타이타늄을 포함한 인듐 주석 산화물, ITO, 인듐 아연 산화물, 산화 실리콘을 첨가한 인듐 주석 산화물, 그래핀 등 투광성을 가진 도전 재료를 사용할 수 있다.
또한, 제 1 전극층(447) 및 제 2 전극층(446)은 텅스텐(W), 몰리브데넘(Mo), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 나이오븀(Nb), 탄탈럼(Ta), 크롬(Cr), 코발트(Co), 니켈(Ni), 타이타늄(Ti), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag) 등의 금속, 또는 그 합금, 또는 그 금속 질화물 중 하나 또는 복수를 사용하여 형성할 수 있다.
또한, 제 1 전극층(447) 및 제 2 전극층(446)은 도전성 폴리머를 포함한 도전성 조성물을 사용하여 형성할 수 있다. 도전성 고분자로서는 소위 π공액계 도전성 고분자를 사용할 수 있다. 예를 들어, 폴리아닐린 또는 그 유도체, 폴리피롤 또는 그 유도체, 폴리티오펜 또는 그 유도체, 또는 아닐린, 피롤, 및 티오펜 중 2개 이상으로 이루어진 공중합체 또는 그 유도체 등을 들 수 있다.
하지막이 되는 절연막을 제 1 기판(441)과 게이트 전극층(401) 사이에 제공하여도 좋다. 게이트 전극층(401)은 몰리브데넘, 타이타늄, 크롬, 탄탈럼, 텅스텐, 알루미늄, 구리, 네오디뮴, 스칸듐 등의 금속 또는 이들을 주성분으로 하는 합금을 사용하여, 단층 구조 또는 적층 구조로 형성할 수 있다. 또한, 게이트 전극층(401)으로서 인 등 불순물 원소를 도핑한 다결정 실리콘막으로 대표되는 반도체막이나, 니켈 실리사이드 등으로 이루어진 실리사이드막을 사용하여도 좋다. 게이트 전극층(401)으로서 차광성을 가지는 도전막을 사용하면, 백 라이트로부터의 광(제 1 기판(441)으로부터 입사하는 광)이, 반도체층(403)에 입사하는 것을 방지할 수 있다.
게이트 절연층(402)으로서는 산화 실리콘막, 산화 갈륨막, 산화 알루미늄막, 질화 실리콘막, 산화 질화 실리콘막, 산화 질화 알루미늄막, 또는 질화 산화 실리콘막 등을 형성할 수 있다. 또는, 게이트 절연층(402)의 재료로서 산화 하프늄, 산화 이트륨, 산화 란타넘, 하프늄 실리케이트, 하프늄 알루미네이트, 질소가 첨가된 하프늄 실리케이트, 또는 질소가 첨가된 하프늄 알루미네이트 등의 high-k 재료를 사용하여도 좋다. 이들 high-k 재료를 사용함으로써 게이트 누설 전류를 저감할 수 있다.
산화 실리콘막은, 유기 실레인 가스를 사용한 CVD법에 의하여 형성할 수도 있다. 유기 실레인 가스로서는, 테트라에톡시실레인(TEOS: 화학식 Si(OC2H5)4), 테트라메틸실레인(TMS: 화학식 Si(CH3)4), 테트라메틸사이클로테트라실록산(TMCTS), 옥타메틸사이클로테트라실록산(OMCTS), 헥사메틸다이실라잔(HMDS), 트라이에톡시실레인(SiH(OC2H5)3), 트리스다이메틸아미노실레인(SiH(N(CH3)2)3) 등의 실리콘 함유 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 게이트 절연층(402)은 단층 구조로 하여도 좋고, 적층 구조로 하여도 좋다.
반도체층(403)에 사용하는 재료는 특별히 한정되지 않고, 트랜지스터(420)에 요구되는 특성에 따라 적절히 설정하면 좋다. 반도체층(403)에 사용할 수 있는 재료의 예를 설명한다.
반도체층(403)을 형성하는 재료로서는, 실레인이나 게르만으로 대표되는 반도체 재료 가스를 사용한 화학 기상 성장법이나 스퍼터링법 등의 물리 기상 성장법으로 제작되는 비정질(어모퍼스(amorphous)라고도 함) 반도체, 상기 비정질 반도체를 광 에너지나 열 에너지를 이용하여 결정화시킨 다결정 반도체, 또는 미세한 결정상과 비정질상이 혼재된 미결정 반도체 등을 사용할 수 있다.
비정질 반도체로서는 대표적으로 수소화 비정질 실리콘을 들 수 있고, 결정성 반도체로서는 대표적으로 폴리실리콘 등을 들 수 있다. 폴리실리콘(다결정 실리콘)에는 800℃ 이상의 프로세스 온도를 거쳐서 형성되는 폴리실리콘을 주재료로서 사용한 소위 고온 폴리실리콘이나, 600℃ 이하의 프로세스 온도를 거쳐서 형성되는 폴리실리콘을 주재료로서 사용한 소위 저온 폴리실리콘, 및 결정화를 촉진하는 원소 등을 사용하여 비정질 실리콘을 결정화시킨 폴리실리콘 등이 있다. 물론, 상술한 바와 같이, 미결정 반도체 또는 반도체층의 일부에 결정상을 포함하는 반도체를 사용할 수도 있다.
또한, 산화물 반도체를 사용하여도 좋고, 산화물 반도체로서는 예를 들어, 산화 인듐, 산화 주석, 산화 아연, In-Zn계 산화물, Sn-Zn계 산화물, Al-Zn계 산화물, Zn-Mg계 산화물, Sn-Mg계 산화물, In-Mg계 산화물, In-Ga계 산화물, In-Ga-Zn계 산화물(IGZO라고도 표기함), In-Al-Zn계 산화물, In-Sn-Zn계 산화물, Sn-Ga-Zn계 산화물, Al-Ga-Zn계 산화물, Sn-Al-Zn계 산화물, In-Hf-Zn계 산화물, In-La-Zn계 산화물, In-Ce-Zn계 산화물, In-Pr-Zn계 산화물, In-Nd-Zn계 산화물, In-Sm-Zn계 산화물, In-Eu-Zn계 산화물, In-Gd-Zn계 산화물, In-Tb-Zn계 산화물, In-Dy-Zn계 산화물, In-Ho-Zn계 산화물, In-Er-Zn계 산화물, In-Tm-Zn계 산화물, In-Yb-Zn계 산화물, In-Lu-Zn계 산화물, In-Sn-Ga-Zn계 산화물, In-Hf-Ga-Zn계 산화물, In-Al-Ga-Zn계 산화물, In-Sn-Al-Zn계 산화물, In-Sn-Hf-Zn계 산화물, In-Hf-Al-Zn계 산화물을 사용할 수 있다. 또한, 상기 산화물 반도체에 In, Ga, Sn, 및 Zn 이외의 원소, 예를 들어 SiO2가 포함되어도 좋다.
여기서 예를 들어, In-Ga-Zn-O계 산화물 반도체란, 인듐(In), 갈륨(Ga), 아연(Zn)을 가진 산화물 반도체를 말하며 그 조성은 불문한다.
또한, 산화물 반도체층으로서는 화학식 InMO3(ZnO)m(m>0)으로 표기되는 박막을 사용할 수 있다. 여기서, M은 Ga, Al, Mn, 및 Co 중에서 선택된 하나 또는 복수의 금속 원소를 나타낸다. 예를 들어 M은 Ga나, Ga와 Al이나, Ga와 Mn이나, 또는 Ga와 Co 등을 나타낼 수 있다.
산화물 반도체층으로서 예를 들어, CAAC-OS(C-Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor)막을 사용할 수 있다.
CAAC-OS막은 c축이 배향된 복수의 결정부를 가진 산화물 반도체막 중 하나이다.
소스 전극층 또는 드레인 전극층으로서 기능하는 배선층(405a) 및 배선층(405b)의 재료로서는 Al, Cr, Ta, Ti, Mo, W 중에서 선택된 원소, 또는 상술한 원소를 성분으로 하는 합금 등을 들 수 있다. 또한, 가열 처리를 수행하는 경우에는, 도전막이 이 가열 처리를 견딜 수 있는 내열성을 가지는 것이 바람직하다.
게이트 절연층(402), 반도체층(403), 소스 전극층 또는 드레인 전극층으로서 기능하는 배선층(405a) 및 배선층(405b)을 대기에 노출시키지 않고 연속적으로 형성하여도 좋다. 대기에 노출시키지 않고 연속적으로 형성함으로써, 대기 성분이나 대기 중에 포함되는 불순물 원소에 오염되지 않고 각 적층 계면을 형성할 수 있으므로 트랜지스터 특성의 편차를 저감할 수 있다.
또한, 반도체층(403)은 일부만이 에칭되어, 홈부(오목부)를 가지는 반도체층이다.
트랜지스터(420)를 덮는 절연막(407), 절연막(409)으로서는 건식법이나 습식법으로 형성되는 무기 절연막, 유기 절연막을 사용할 수 있다. 예를 들어, CVD법이나 스퍼터링법 등으로 얻을 수 있는 질화 실리콘막, 산화 실리콘막, 산화 질화 실리콘막, 산화 알루미늄막, 산화 탄탈럼막 등을 사용할 수 있다. 또한, 저유전율 재료(low-k 재료), 실록산계 수지, PSG(phosphosilicate glass), BPSG(borophosphosilicate glass) 등을 사용할 수 있다. 또한, 절연막(407)으로서 산화 갈륨막을 사용하여도 좋다. 또한, 폴리이미드, 아크릴 수지, 벤조사이클로부텐계 수지, 폴리아마이드, 에폭시 수지 등의 유기 재료를 사용할 수 있다.
또한, 실록산계 수지란, 실록산계 재료를 출발 재료로 하여 형성된 Si-O-Si 결합을 포함하는 수지이다. 실록산계 수지는 치환기로서 유기기(예를 들어, 알킬기나 아릴기)나 플루오린을 포함하여도 좋다. 또한, 유기기는 플루오린을 가져도 좋다. 실록산계 수지는 도포법에 의하여 도포하고 소성함으로써 절연막(407)으로서 사용할 수 있다.
또한, 이들 재료로 형성되는 절연막을 복수로 적층함으로써, 절연막(407), 절연막(409)을 형성하여도 좋다. 예를 들어, 무기 절연막 위에 유기 수지막을 적층하는 구조로 하여도 좋다.
상술한 바와 같이 일반식(G1), (G2), (G3), 또는 (G4)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체와, 네마틱 액정을 포함하여 이루어진 액정 조성물을 적용함으로써, 저전압 구동이 가능한 액정 소자 또는 액정 표시 장치를 구현할 수 있다. 따라서, 액정 표시 장치의 저소비 전력화를 도모할 수 있다.
또한, 일반식(G1), (G2), (G3), 또는 (G4)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체와, 네마틱 액정을 포함하며 블루상을 발현하는 액정 조성물은 고속 응답이 가능하다. 따라서, 상기 액정 조성물을 액정 표시 장치에 적용함으로써 액정 표시 장치의 고성능화가 가능해진다.
본 실시형태에 기재된 구성이나 방법 등은 다른 실시형태에 기재된 구성이나 방법 등과 적절히 조합될 수 있다.
(실시형태 6)
트랜지스터를 화소부나 구동 회로에 사용하여 표시 기능을 가진 액정 표시 장치를 제작할 수 있다. 또한, 구동 회로의 일부 또는 전체를 화소부와 같은 기판 위에 일체로 형성하여, 시스템 온 패널(system-on-panel)을 형성할 수 있다.
액정 표시 장치는 표시 소자로서 액정 소자(액정 표시 소자라고도 함)를 포함한다.
또한, 액정 표시 모듈은, 표시 소자가 밀봉된 상태의 패널과, 상기 패널에 컨트롤러를 포함하는 IC 등이 실장된 상태의 부품을 그 범주에 포함한다. 또한, 상기 액정 표시 장치를 제작하는 과정에서 표시 소자가 완성되기 전의 일 형태에 상당하는 소자 기판은, 전류를 표시 소자에 공급하기 위한 수단을 복수의 화소 각각에 구비한다. 소자 기판은, 구체적으로는 표시 소자의 화소 전극만이 형성된 상태라도 좋고, 화소 전극이 되는 도전막을 형성하고 나서 에칭으로 화소 전극을 형성하기 전의 상태라도 좋고, 다양한 형태일 수 있다.
또한, 본 명세서에서 액정 표시 장치란, 화상 표시 장치 또는 광원(조명 장치를 포함함)을 가리킨다. 또한, 커넥터, 예를 들어 FPC(Flexible Printed Circuit) 또는 TCP(Tape Carrier Package)가 액정 표시 장치에 장착된 표시 모듈, TCP 끝에 프린트 배선판이 제공된 표시 모듈, 또는 액정 표시 장치에 COG(Chip On Glass) 방식에 의하여 IC(집적 회로)가 직접 실장된 표시 모듈도 모두 액정 표시 장치의 범주에 포함되는 경우가 있다.
또한, 표시 모듈은 액정 표시 장치 위에 제공된 터치 센서 패널을 가지는 경우가 있다. 다만, 인셀형(in-cell)이나 온셀형(on-cell)과 같이 터치 센서용 패널을 별도로 제공하지 않고 액정 표시 장치의 대향 기판에 터치 센서용 전극이 제공되는 경우도 있다. 또한, 표시 모듈은 백 라이트, 광학 필름(편광판, 위상차판, 휘도 향상 필름) 등을 가지는 경우가 있다.
액정 표시 장치의 일 형태에 상당하는 액정 표시 패널(표시 모듈)의 외관 및 단면에 대하여, 도 4를 사용하여 설명한다. 도 4의 (A1) 및 (A2)는 제 1 기판(4001) 위에 형성된 트랜지스터(4010), 트랜지스터(4011), 및 액정 소자(4013)를 제 1 기판(4001)과 제 2 기판(4006) 사이에 실재(4005)에 의하여 밀봉한 패널의 상면도이고, 도 4의 (B)는 도 4의 (A1) 및 도 4의 (A2)를 M-N에서 절단한 단면도에 상당한다.
실재(4005)는 제 1 기판(4001) 위에 제공된 화소부(4002)와 주사선 구동 회로(4004)를 둘러싸도록 제공된다. 또한, 화소부(4002)와 주사선 구동 회로(4004) 위에 제 2 기판(4006)이 제공된다. 따라서, 화소부(4002)와 주사선 구동 회로(4004)는 제 1 기판(4001)과 실재(4005)와 제 2 기판(4006)에 의하여, 액정 조성물(4008)과 함께 밀봉되어 있다.
또한, 도 4의 (A1)에서는 제 1 기판(4001) 위의 실재(4005)로 둘러싸인 영역과는 다른 영역에, 별도로 준비된 기판 위에 단결정 반도체막 또는 다결정 반도체막으로 형성된 신호선 구동 회로(4003)가 실장되어 있다. 또한, 도 4의 (A2)는 신호선 구동 회로의 일부를 제 1 기판(4001) 위에 제공된 트랜지스터로 형성하는 예이며, 제 1 기판(4001) 위에 신호선 구동 회로(4003b)가 형성되고, 또한 별도로 준비된 기판 위에 단결정 반도체막 또는 다결정 반도체막으로 형성된 신호선 구동 회로(4003a)가 실장되어 있다.
또한, 별도로 형성한 구동 회로의 접속 방법은, 특별히 한정되지 않고 COG 방법, 와이어 본딩 방법, 또는 TAB 방법 등을 사용할 수 있다. 도 4의 (A1)는 COG 방법으로 신호선 구동 회로(4003)를 실장하는 예이며, 도 4의 (A2)는 TAB 방법으로 신호선 구동 회로(4003)를 실장하는 예이다.
또한, 제 1 기판(4001) 위에 제공된 화소부(4002)와 주사선 구동 회로(4004)는 복수의 트랜지스터를 가지고, 도 4의 (B)에서는 화소부(4002)에 포함되는 트랜지스터(4010)와 주사선 구동 회로(4004)에 포함되는 트랜지스터(4011)를 예시하고 있다. 트랜지스터(4010, 4011) 위에는 절연층(4020), 층간막(4021)이 제공되어 있다.
트랜지스터(4010, 4011)로서는 실시형태 5에서 설명한 트랜지스터를 사용할 수 있다.
또한, 층간막(4021) 또는 절연층(4020) 위에 있어서 구동 회로용 트랜지스터(4011)의 반도체층의 채널 형성 영역과 중첩되는 위치에 도전층을 제공하여도 좋다. 도전층은 전위가 트랜지스터(4011)의 게이트 전극층과 같아도 좋고, 달라도 좋으며 제 2 게이트 전극층으로서 기능시킬 수도 있다. 또한, 도전층의 전위가 GND이어도 좋고, 또는 도전층이 부유 상태이어도 좋다.
또한, 층간막(4021) 위에 화소 전극층(4030) 및 공통 전극층(4031)이 형성되어 있고, 화소 전극층(4030)은 트랜지스터(4010)와 전기적으로 접속되어 있다. 액정 소자(4013)는 화소 전극층(4030), 공통 전극층(4031), 및 액정 조성물(4008)을 포함한다. 또한, 제 1 기판(4001) 외측에는 편광판(4032a), 제 2 기판(4006) 외측에는 편광판(4032b)이 각각 제공된다.
액정 조성물(4008)로서는 실시형태 1~3에 기재된 일반식(G1), (G2), (G3), 또는 (G4)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체와, 네마틱 액정을 포함하여 이루어진 액정 조성물을 사용한다. 화소 전극층(4030) 및 공통 전극층(4031)에는 상술한 실시형태에 기재된 바와 같은 화소 전극층 및 공통 전극층의 구성을 적용할 수 있다.
본 실시형태에서 액정 조성물(4008)은 일반식(G1), (G2), (G3), 또는 (G4)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체와, 네마틱 액정을 포함하고, 블루상을 발현한다. 액정 조성물(4008)은 블루상을 발현한 상태로 고분자 안정화 처리를 수행함으로써 형성된다. 따라서, 본 실시형태에서는 화소 전극층(4030) 및 공통 전극층(4031) 중 적어도 한쪽은 실시형태 4에서 설명한 도 1의 (A), 실시형태 5에서 설명한 도 3에 도시된 것과 같이 개구부 또는 빗살 형상 부분을 가진 형상이다.
화소 전극층(4030)과 공통 전극층(4031) 사이에 수평 방향의 전계를 형성함으로써 액정 조성물(4008)의 액정을 제어한다. 따라서, 시야각이 넓어진다.
또한, 제 1 기판(4001), 제 2 기판(4006)으로서는, 투광성을 가지는 유리, 플라스틱 등을 사용할 수 있다. 플라스틱으로서는 FRP(Fiber Reinforced Plastics)판, PVF(polyvinyl fluoride) 필름, 폴리에스터 필름, 또는 아크릴 수지 필름을 사용할 수 있다. 또한, 알루미늄 포일이 PVF 필름들 또는 폴리에스터 필름들 사이에 개재된 구조의 시트를 사용할 수도 있다.
또한, 스페이서(4035)는 절연막을 선택적으로 에칭하여 얻어지는 기둥 형상의 스페이서이며, 액정 조성물(4008)의 막 두께(셀 갭)를 제어하기 위하여 제공되어 있다. 또한, 구(球)형 스페이서를 사용하여도 좋다. 액정 조성물(4008)을 포함하는 액정 표시 장치에서 액정 조성물의 두께인 셀 갭은 1μm 이상 20μm 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 본 명세서에서 셀 갭은 액정 조성물의 두께(막 두께)의 최대값인 것으로 한다.
또한, 도 4는 투과형 액정 표시 장치의 예를 도시한 것이지만, 본 발명의 일 형태는 반투과형 액정 표시 장치에 적용될 수도 있고 반사형 액정 표시 장치에 적용될 수도 있다.
또한, 도 4는 제 1 기판(4001)과 제 2 기판(4006)의 외측에 편광판을 제공한 액정 표시 장치의 예를 도시한 것이지만, 편광판은 기판의 내측에 제공하여도 좋다. 편광판의 재료나 제작 공정 조건에 따라 적절히 설정하면 좋다. 또한, 블랙 매트릭스로서 기능하는 차광층을 제공하여도 좋다.
층간막(4021)의 일부로서 컬러 필터층이나 차광층을 형성하여도 좋다. 도 4는 트랜지스터(4010) 및 트랜지스터(4011) 상방을 덮도록 차광층(4034)이 제 2 기판(4006) 측에 제공되어 있는 예이다. 차광층(4034)을 제공하면 콘트라스트가 더 향상되거나, 트랜지스터의 안정화 효과를 높일 수 있다.
도 4의 (B)에서는 보호막으로서 기능하는 절연층(4020)으로 트랜지스터(4010) 및 트랜지스터(4011)를 덮는 구성으로 하여도 좋지만 특별히 한정되지 않는다. 또한, 보호막은 대기 중에 부유하는 유기물이나 금속물, 수증기 등 불순물의 침입을 방지하기 위한 것이므로 치밀한 막을 적용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 스퍼터링법으로 산화 실리콘막, 질화 실리콘막, 산화 질화 실리콘막, 질화 산화 실리콘막, 산화 알루미늄막, 질화 알루미늄막, 산화 질화 알루미늄막, 또는 질화 산화 알루미늄막을 단층 구조로 형성하거나 이들 중 어느 것을 적층하여 형성하면 좋다.
또한, 평탄화 절연막으로서 투광성을 가진 절연층을 더 형성하여도 좋다.
화소 전극층(4030) 및 공통 전극층(4031)에는 투광성을 가진 도전 재료를 사용할 수 있다.
또한, 별도로 형성된 신호선 구동 회로(4003), 주사선 구동 회로(4004), 또는 화소부(4002)에 공급되는 각종 신호 및 전위는 FPC(4018)로부터 공급된다.
또한, 트랜지스터는 정전기 등으로 파괴되기 쉽기 때문에 구동 회로를 보호하기 위한 보호 회로를 게이트선 또는 소스선과 동일한 기판 위에 제공하는 것이 바람직하다. 보호 회로는 비선형 소자를 사용하여 형성되는 것이 바람직하다.
도 4에서는 접속 단자 전극(4015)이 화소 전극층(4030)과 같은 도전막으로 형성되고, 단자 전극(4016)이 트랜지스터(4010, 4011)의 소스 전극층 및 드레인 전극층과 같은 도전막으로 형성되어 있다.
접속 단자 전극(4015)은 이방성 도전막(4019)을 통하여 FPC(4018)가 가진 단자와 전기적으로 접속된다.
또한, 도 4는 신호선 구동 회로(4003)를 별도로 형성하고 제 1 기판(4001)에 실장한 경우를 예시한 것이지만 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 주사선 구동 회로를 별도로 형성하여 실장하여도 좋고, 신호선 구동 회로의 일부만 또는 주사선 구동 회로의 일부만을 별도로 형성하여 실장하여도 좋다.
상술한 바와 같이 일반식(G1), (G2), (G3), 또는 (G4)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체와, 네마틱 액정을 포함하여 이루어진 액정 조성물을 액정 소자 또는 액정 표시 장치에 적용함으로써, 저전압 구동이 가능한 액정 소자 또는 액정 표시 장치를 구현할 수 있다. 따라서, 액정 표시 장치의 저소비 전력화를 도모할 수 있다.
또한, 일반식(G1), (G2), (G3), 또는 (G4)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체와, 네마틱 액정을 포함하며 블루상을 발현하는 액정 조성물은 고속 응답이 가능하다. 따라서, 상기 액정 조성물을 액정 표시 장치에 적용함으로써 액정 표시 장치의 고성능화가 가능해진다.
본 실시형태에 기재된 구성이나 방법 등은 다른 실시형태에 기재된 구성이나 방법 등과 적절히 조합될 수 있다.
(실시형태 7)
본 명세서에 개시된 액정 표시 장치는 다양한 전자 기기(게임기도 포함함)에 적용될 수 있다. 전자 기기로서는 예를 들어, 텔레비전 장치(텔레비전 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털액자, 휴대 전화기(휴대 전화, 휴대 전화 장치라고도 함), 휴대형 게임기, 휴대 정보 단말, 음향 재생 장치, 파친코기 등의 대형 게임기 등을 들 수 있다.
도 5의 (A)에 도시된 노트북형 퍼스널 컴퓨터는 본체(3001), 하우징(3002), 표시부(3003), 키보드(3004) 등으로 구성된다. 상술한 실시형태 중 어느 것에 기재된 액정 표시 장치를 표시부(3003)에 적용함으로써 저소비 전력의 노트북형 퍼스널 컴퓨터를 구현할 수 있다.
도 5의 (B)에 도시된 휴대 정보 단말(PDA)은 본체(3021)에 표시부(3023)와 외부 인터페이스(3025)와 조작 버튼(3024) 등이 제공되어 있다. 또한, 조작용 부속품인 스타일러스(3022)가 있다. 상술한 실시형태 중 어느 것에 기재된 액정 표시 장치를 표시부(3023)에 적용함으로써 저소비 전력의 휴대 정보 단말을 구현할 수 있다.
도 5의 (C)에 도시된 전자 서적은 2개의 하우징(하우징(2701) 및 하우징(2703))으로 구성된다. 하우징(2701)과 하우징(2703)은 축부(2711)로 일체가 되어 있고 이 축부(2711)를 축으로 개폐 동작이 가능하다. 이와 같은 구성에 의하여 종이 서적과 같이 동작할 수 있다.
하우징(2701)에는 표시부(2705)가 제공되고 하우징(2703)에는 표시부(2707)가 제공되어 있다. 표시부(2705)와 표시부(2707)는 연속된 한 화면을 표시하여도 좋고 서로 다른 화면을 표시하여도 좋다. 서로 다른 화면을 표시하는 구성으로 함으로써 예를 들어, 오른쪽 표시부(도 5의 (C)에서는 표시부(2705))에 문장을 표시하고 왼쪽 표시부(도 5의 (C)에서는 표시부(2707))에 화상을 표시할 수 있다. 상술한 실시형태 중 어느 것에 기재된 액정 표시 장치를 표시부(2705) 및 표시부(2707)에 적용함으로써 저소비 전력의 전자 서적을 구현할 수 있다. 표시부(2705)에 반투과형 또는 반사형 액정 표시 장치를 사용하는 경우에는 비교적 밝은 상황 하에서의 사용을 고려하여 태양 전지를 제공하여, 태양 전지를 사용한 발전과 배터리에 의한 충전이 가능하도록 하여도 좋다. 또한, 배터리로서는 리튬 이온 전지를 사용하면 소형화를 도모할 수 있는 등 이점이 있다.
또한, 도 5의 (C)는 하우징(2701)에 조작부 등이 제공되는 경우를 예시한 것이다. 예를 들어, 하우징(2701)은 전원(2721), 조작 키(2723), 스피커(2725) 등을 구비한다. 조작 키(2723)로 페이지를 넘길 수 있다. 또한, 하우징 중 표시부가 제공되는 면에 키보드나 포인팅 디바이스 등이 제공되어도 좋다. 또한, 하우징의 뒷면이나 측면에 외부 접속용 단자(이어폰 단자, USB 단자 등), 기록 매체 삽입부 등이 제공되어도 좋다. 또한, 전자 서적이 전자 사전으로서의 기능을 가져도 좋다.
또한, 전자 서적은 무선으로 정보를 송수신할 수 있는 구성이어도 좋다. 무선으로 전자 서적 서버로부터 원하는 서적 데이터 등을 구매하여 다운로드하는 구성으로 할 수도 있다.
도 5의 (D)에 도시된 휴대 전화는 2개의 하우징(하우징(2800) 및 하우징(2801))으로 구성된다. 하우징(2801)에는 표시 패널(2802), 스피커(2803), 마이크로폰(2804), 포인팅 디바이스(2806), 카메라용 렌즈(2807), 외부 접속 단자(2808) 등이 제공되어 있다. 또한, 하우징(2800)에는 휴대 전화를 충전하는 태양 전지 셀(2810), 외부 메모리 슬롯(2811) 등이 제공되어 있다. 또한, 안테나는 하우징(2801)에 내장된다. 상술한 실시형태 중 어느 것에 기재된 액정 표시 장치를 표시 패널(2802)에 적용함으로써 저소비 전력의 휴대 전화를 구현할 수 있다.
또한, 표시 패널(2802)은 터치 패널을 가진다. 도 5의 (D)에서는 영상 표시된 복수의 조작 키(2805)를 점선으로 나타내었다. 또한, 태양 전지 셀(2810)로부터 출력되는 전압을 각 회로에 필요한 전압으로 승압하기 위한 승압 회로도 제공되어 있다.
표시 패널(2802)은 사용 형태에 따라 표시 방향이 적절히 바뀐다. 또한, 표시 패널(2802)과 동일한 면에 카메라용 렌즈(2807)가 제공되어 있기 때문에 영상 통화가 가능하다. 스피커(2803) 및 마이크로폰(2804)에 의하여 음성 통화뿐만 아니라 영상 통화, 녹음, 재생 등이 가능하다. 또한, 하우징(2800)과 하우징(2801)은 슬라이드함으로써 도 5의 (D)와 같이 전개된 상태에서 겹친 상태가 될 수 있어 휴대하기에 편리하게 소형화될 수 있다.
외부 접속 단자(2808)에는 AC 어댑터나, USB 케이블 등 각종 케이블을 접속할 수 있어 충전이나 퍼스널 컴퓨터 등과의 데이터 통신이 가능하다. 또한, 외부 메모리 슬롯(2811)에 기록 매체를 삽입하여 더 많은 데이터를 저장하거나 이동할 수 있다.
또한, 상술한 기능에 더하여 적외선 통신 기능이나 텔레비전 수신 기능 등을 구비하여도 좋다.
도 5의 (E)에 도시된 디지털 비디오 카메라는 본체(3051), 표시부(3057), 접안부(3053), 조작 스위치(3054), 표시부(3055), 배터리(3056) 등으로 구성된다. 상술한 실시형태 중 어느 것에 기재된 액정 표시 장치를 표시부(3057) 및 표시부(3055)에 적용함으로써 저소비 전력의 디지털 비디오 카메라를 구현할 수 있다.
도 5의 (F)에 도시된 텔레비전 장치는 하우징(9601)이나 표시부(9603) 등으로 구성된다. 표시부(9603)에 영상을 표시할 수 있다. 또한, 여기서는 스탠드(9605)로 하우징(9601)이 지탱되는 구성을 도시하였다. 상술한 실시형태 중 어느 것에 기재된 액정 표시 장치를 표시부(9603)에 적용함으로써 저소비 전력의 텔레비전 장치를 구현할 수 있다.
텔레비전 장치는 하우징(9601)에 제공된 조작 스위치나 별체의 리모트 컨트롤러로 조작할 수 있다. 또한, 리모트 컨트롤러에 이 리모트 컨트롤러로부터 출력되는 정보를 표시하는 표시부를 제공하여도 좋다.
또한, 텔레비전 장치는 수신기나 모뎀 등을 가지는 구성으로 한다. 수신기로 일반 텔레비전 방송을 수신할 수 있고, 또한 모뎀을 통하여 유선 또는 무선 통신 네트워크에 접속함으로써 단방향(송신자로부터 수신자로) 또는 쌍방향(송신자와 수신자간, 또는 수신자들끼리)의 정보 통신도 가능하다.
본 실시형태에 기재된 구성이나 방법 등은 다른 실시형태에 기재된 구성이나 방법 등과 적절히 조합될 수 있다.
(실시예 1)
본 실시예에서는 실시형태 1에서 설명한 구조식(100)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체인, (4R,5R)-2,2-다이메틸-α,α,α',α'-테트라[4-(트랜스-4-n-펜틸사이클로헥실)페닐]-1,3-다이옥솔레인-4,5-다이메탄올(약칭: R-DOL-PC5)을 합성하는 예를 제시한다.
Figure 112014072677569-pat00028
0.33g(13mmol)의 마그네슘을 100mL의 삼구 플라스크에 넣고 플라스크 내를 질소로 치환하였다. 여기에 5.0mL의 테트라하이드로퓨란과 몇 방울의 다이브로모에테인을 넣어서 실온에서 교반하였다. 3.9g(14mmol)의 1-브로모-4-[트랜스-4-(n-펜틸)사이클로헥실]벤젠을 10mL의 테트라하이드로퓨란에 녹인 용액을 이 혼합물에 적하 깔때기로부터 적하하면서 교반하였다. 그리고, 질소 기류 하에서 80℃에서 1시간 동안 더 교반하였다. 소정 시간 경과 후, 0.61g(2.8mmol)의 (-)-2,3-O-아이소프로필리덴-L-타타르산다이메틸을 5.0mL의 테트라하이드로퓨란에 녹인 용액을 이 혼합물에 적하 깔때기로부터 적하하면서 교반하였다. 그리고, 질소 기류 하에서 80℃에서 11.5시간 동안 더 교반하였다. 소정 시간 경과 후 이 혼합물에 메탄올, 물, 희염산을 차례로 첨가하고 수성층(aqueous layer)에 톨루엔에 의한 추출을 수행하였다. 얻어진 추출 용액과 유기층을 합치고 물과 포화 탄산 수소 나트륨 수용액과 포화 식염수로 세척한 후 황산 마그네슘으로 건조시켰다.
이 혼합물을 자연 여과에 의하여 분리하고, 여과액을 농축하여 황색 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질을 실리카 젤 칼럼 크로마토그래피(전개 용매: 톨루엔)로 정제하였다. 얻어진 프랙션을 농축하고 진공 건조시켜 황색 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질을 고속 액체 칼럼 크로마토그래피(HPLC)(전개 용매: 클로로폼)로 정제하였다. 얻어진 프랙션을 농축하고 진공 건조시켜 목적물인 R-DOL-PC5의 담황색 고체를 수량 1.5g, 수율 51%로 얻었다. 상술한 반응 스킴을 이하의 (E1-1)로 나타낸다.
Figure 112014072677569-pat00029
핵자기 공명법(NMR)에 의하여 이 화합물이 목적물인 R-DOL-PC5임을 확인하였다.
얻어진 물질 R-DOL-PC5의 1H NMR 데이터는 이하와 같다.
Figure 112014072677569-pat00030
또한, 1H NMR 차트를 도 6의 (A), (B), 및 도 7에 나타내었다. 또한, 도 6의 (B)는 도 6의 (A) 중 0ppm에서 5ppm의 범위를 확대하여 나타낸 차트이고, 도 7은 도 6의 (A) 중 5ppm에서 10ppm의 범위를 확대하여 나타낸 차트이다. 측정 결과로부터, 목적물인 R-DOL-PC5가 얻어진 것을 확인하였다.
또한, 본 실시예에서 합성한 R-DOL-PC5와 네마틱 액정을 혼합한 액정 조성물의 HTP를 측정하였다. 측정은 실온 하에서 수행하고, 측정 방법으로서는 Grandjean-Cano Wedge법을 채용하였다. 또한, 액정 조성물에서의 네마틱 액정과 R-DOL-PC5의 혼합비는 99.9wt%:0.1wt%(=네마틱 액정:R-DOL-PC5)로 하였다. 또한, 네마틱 액정으로서는 혼합 액정 E-8(LCC Corporation, Ltd. 제조), 4-(트랜스-4-n-프로필사이클로헥실)-3',4'-다이플루오로-1,1'-바이페닐(약칭: CPP-3FF)(Daily Polymer Corporation 제조), 및 4-n-펜틸벤조산4-사이아노-3-플루오로페닐(약칭: PEP-5CNF)(Daily Polymer Corporation 제조)의 혼합 액정을 사용하며 그 혼합비는 40wt%:30wt%:30wt%(=E-8:CPP-3FF:PEP-5CNF)로 하였다.
측정의 결과, R-DOL-PC5를 포함하는 액정 조성물의 HTP는 29μm-1로, R-DOL-PC5를 액정 조성물에 극미량 첨가함으로써 HTP가 높은 액정 조성물을 얻을 수 있는 것이 확인되었다. 즉, R-DOL-PC5는 비틀림력이 센 키랄제이기 때문에 액정 조성물에서의 키랄제의 비율을 저감할 수 있게 된다.
따라서, 본 실시예에서 제작한 R-DOL-PC5는 액정 조성물의 키랄제로서 바람직하게 사용될 수 있다는 것이 증명되었다. 또한, 본 발명의 일 형태를 적용한 액정 조성물은 비틀림력이 센 액정 조성물이기 때문에 이 액정 조성물을 사용함으로써 액정 표시 장치의 고콘트라스트화가 가능해진다.
(실시예 2)
본 실시예에서는 실시형태 1에서 설명한 구조식(101)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체인, (4R,5R)-2,2-다이메틸-α,α,α',α'-테트라[4'-(n-헥실-1-옥시)-1,1'-바이페닐-4-일]-1,3-다이옥솔레인-4,5-다이메탄올(약칭: R-DOL-PPO6)을 합성하는 예를 제시한다.
Figure 112014072677569-pat00031
0.44g(18mmol)의 마그네슘을 100mL의 삼구 플라스크에 넣고 플라스크 내를 질소로 치환하였다. 여기에 5.0mL의 테트라하이드로퓨란과 몇 방울의 다이브로모에테인을 넣어서 실온에서 교반하였다. 6.3g(19mmol)의 4-브로모-4'-(n-헥실-1-옥시)-1,1'-바이페닐을 10mL의 테트라하이드로퓨란에 녹인 용액을 이 혼합물에 적하 깔때기로부터 적하하면서 교반하였다. 그리고, 질소 기류 하에서 80℃에서 1시간 동안 더 교반하였다. 소정 시간 경과 후, 0.83g(3.8mmol)의 (-)-2,3-O-아이소프로필리덴-L-타타르산다이메틸을 3.9mL의 테트라하이드로퓨란에 녹인 용액을 이 혼합물에 적하 깔때기로부터 적하하면서 교반하였다. 그리고, 질소 기류 하에서 80℃에서 7.5시간 동안 더 교반하였다. 소정 시간 경과 후 이 혼합물에 메탄올, 물, 희염산을 차례로 첨가하고 수성층에 아세트산 에틸에 의한 추출을 수행하였다. 얻어진 추출 용액과 유기층을 합치고 물과 포화 탄산 수소 나트륨 수용액과 포화 식염수로 세척한 후 황산 마그네슘으로 건조시켰다.
이 혼합물을 자연 여과에 의하여 분리하고, 여과액을 농축하여 황색 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질을 실리카 젤 칼럼 크로마토그래피(전개 용매: 헥산:아세트산 에틸=10:1, 다음에 5:1, 그 다음에 아세트산 에틸)로 정제하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 황색 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질을 HPLC(전개 용매: 클로로폼)로 정제하였다. 얻어진 프랙션을 농축하고 진공 건조시켜 목적물인 R-DOL-PPO6의 황색 유상 물질을 수량 0.57g, 수율 13%로 얻었다. 상술한 반응 스킴을 이하의 (E2-1)로 나타낸다.
Figure 112014072677569-pat00032
NMR에 의하여 이 화합물이 목적물인 R-DOL-PPO6임을 확인하였다.
얻어진 물질 R-DOL-PPO6의 1H NMR 데이터는 이하와 같다.
Figure 112014072677569-pat00033
또한, 1H NMR 차트를 도 8의 (A), (B), 및 도 9에 나타내었다. 또한, 도 8의 (B)는 도 8의 (A) 중 0ppm에서 5ppm의 범위를 확대하여 나타낸 차트이고, 도 9는 도 8의 (A) 중 5ppm에서 10ppm의 범위를 확대하여 나타낸 차트이다. 측정 결과로부터, 목적물인 R-DOL-PPO6이 얻어진 것을 확인하였다.
또한, 본 실시예에서 합성한 R-DOL-PPO6과 네마틱 액정을 혼합한 액정 조성물의 HTP를 측정하였다. 측정은 실온 하에서 수행하고, 측정 방법으로서는 Grandjean-Cano Wedge법을 채용하였다. 또한, 액정 조성물에서의 네마틱 액정과 R-DOL-PPO6의 혼합비는 99.9wt%:0.1wt%(=네마틱 액정:R-DOL-PPO6)로 하였다. 또한, 네마틱 액정으로서는 혼합 액정 E-8(LCC Corporation, Ltd. 제조), CPP-3FF(Daily Polymer Corporation 제조), 및 PEP-5CNF(Daily Polymer Corporation 제조)의 혼합 액정을 사용하며 그 혼합비는 40wt%:30wt%:30wt%(=E-8:CPP-3FF:PEP-5CNF)로 하였다.
측정의 결과, R-DOL-PPO6을 포함하는 액정 조성물의 HTP는 43μm-1로, R-DOL-PPO6을 액정 조성물에 극미량 첨가함으로써 HTP가 높은 액정 조성물을 얻을 수 있는 것이 확인되었다. 즉, R-DOL-PPO6은 비틀림력이 센 키랄제이기 때문에 액정 조성물에서의 키랄제의 비율을 저감할 수 있게 된다.
따라서, 본 실시예에서 제작한 R-DOL-PPO6은 액정 조성물의 키랄제로서 바람직하게 사용될 수 있다는 것이 증명되었다. 또한, 본 발명의 일 형태를 적용한 액정 조성물은 비틀림력이 센 액정 조성물이기 때문에 이 액정 조성물을 사용함으로써 액정 표시 장치의 고콘트라스트화가 가능해진다.
(실시예 3)
본 실시예에서는 실시형태 1에서 설명한 구조식(102)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체인, (4R,5R)-2,2-다이메틸-α,α,α',α'-테트라[4'-(n-펜틸)-1,1'-바이페닐-4-일]-1,3-다이옥솔레인-4,5-다이메탄올(약칭: R-DOL-PP5)을 합성하는 예를 제시한다.
Figure 112014072677569-pat00034
0.34g(14mmol)의 마그네슘을 100mL의 삼구 플라스크에 넣고 플라스크 내를 질소로 치환하였다. 여기에 5.0mL의 테트라하이드로퓨란과 몇 방울의 다이브로모에테인을 넣어서 실온에서 교반하였다. 4.4g(15mmol)의 4-브로모-4'-(n-펜틸)-1,1'-바이페닐을 7.0mL의 테트라하이드로퓨란에 녹인 용액을 이 혼합물에 적하 깔때기로부터 적하하면서 교반하였다. 그리고, 질소 기류 하에서 80℃에서 1시간 동안 더 교반하였다. 소정 시간 경과 후, 0.63g(2.9mmol)의 (-)-2,3-O-아이소프로필리덴-L-타타르산다이메틸을 2.0mL의 테트라하이드로퓨란에 녹인 용액을 이 혼합물에 적하 깔때기로부터 적하하면서 교반하였다. 그리고, 질소 기류 하에서 80℃에서 1시간 동안 더 교반하였다. 소정 시간 경과 후, 얻어진 혼합물에 메탄올과 물과 염산을 순차적으로 첨가하고 수성층에 톨루엔에 의한 추출을 수행하였다. 얻어진 추출 용액과 유기층을 합치고 물과 포화 탄산 수소 나트륨 수용액과 포화 식염수로 세척한 후 황산 마그네슘으로 건조시켰다.
이 혼합물을 자연 여과에 의하여 분리하고, 여과액을 농축하여 황색 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질을 실리카 젤 칼럼 크로마토그래피(전개 용매: 헥산:아세트산 에틸=5:1)로 정제하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 황색 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질을 HPLC(전개 용매: 클로로폼)로 정제하였다. 얻어진 프랙션을 농축하고 진공 건조시켜 목적물인 R-DOL-PP5의 담황색 고체를 수량 2.1g, 수율 68%로 얻었다. 상술한 반응 스킴을 이하의 (E3-1)로 나타낸다.
Figure 112014072677569-pat00035
NMR에 의하여 이 화합물이 목적물인 R-DOL-PP5임을 확인하였다.
얻어진 물질 R-DOL-PP5의 1H NMR 데이터는 이하와 같다.
Figure 112014072677569-pat00036
또한, 1H NMR 차트를 도 10의 (A), (B), 및 도 11에 나타내었다. 또한, 도 10의 (B)는 도 10의 (A) 중 0ppm에서 5ppm의 범위를 확대하여 나타낸 차트이고, 도 11은 도 10의 (A) 중 5ppm에서 10ppm의 범위를 확대하여 나타낸 차트이다. 측정 결과로부터, 목적물인 R-DOL-PP5가 얻어진 것을 확인하였다.
또한, 본 실시예에서 합성한 R-DOL-PP5와 네마틱 액정을 혼합한 액정 조성물의 HTP를 측정하였다. 측정은 실온 하에서 수행하고, 측정 방법으로서는 Grandjean-Cano Wedge법을 채용하였다. 또한, 액정 조성물에서의 네마틱 액정과 R-DOL-PP5의 혼합비는 99.9wt%:0.1wt%(=네마틱 액정:R-DOL-PP5)로 하였다. 또한, 네마틱 액정으로서는 혼합 액정 E-8(LCC Corporation, Ltd. 제조), CPP-3FF(Daily Polymer Corporation 제조), 및 PEP-5CNF(Daily Polymer Corporation 제조)의 혼합 액정을 사용하며 그 혼합비는 40wt%:30wt%:30wt%(=E-8:CPP-3FF:PEP-5CNF)로 하였다.
측정의 결과, R-DOL-PP5를 포함하는 액정 조성물의 HTP는 50μm-1로, R-DOL-PP5를 액정 조성물에 극미량 첨가함으로써 HTP가 높은 액정 조성물을 얻을 수 있는 것이 확인되었다. 즉, R-DOL-PP5는 비틀림력이 센 키랄제이기 때문에 액정 조성물에서의 키랄제의 비율을 저감할 수 있게 된다.
따라서, 본 실시예에서 제작한 R-DOL-PP5는 액정 조성물의 키랄제로서 바람직하게 사용될 수 있다는 것이 증명되었다. 또한, 본 발명의 일 형태를 적용한 액정 조성물은 비틀림력이 센 액정 조성물이기 때문에 이 액정 조성물을 사용함으로써 액정 표시 장치의 고콘트라스트화가 가능해진다.
(실시예 4)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태에 따른 액정 조성물과 이 액정 조성물을 사용한 TN 모드의 액정 소자를 3종류 제작하고 특성을 평가하였다.
본 실시예에서 제작한 3종류의 액정 조성물에는 네마틱 액정으로서 다 공통적으로 혼합 액정 ZLI-4792(Merck 제조)를 사용하고, 키랄제로서는 실시예 1~3에 각각 기재한 R-DOL-PC5, R-DOL-PPO6, R-DOL-PP5를 사용하였다. 액정 조성물에서 네마틱 액정 ZLI-4792에 대한 키랄제 R-DOL-PC5, R-DOL-PPO6, R-DOL-PP5의 비율은 각각 0.03wt%, 0.04wt%, 0.03wt%이다.
본 실시예에서 제작한 3종류의 액정 조성물의 나선 피치를 실온 하에서 Grandjean-Cano Wedge법으로 측정한 바, 각각 49.7μm, 55.2μm, 103.7μm였다.
이어서 투과형 TN 셀을 사용하여 전압 인가 전후의 배향을 관찰하였다. TN 셀로서는 셀 두께 4μm의 수직 전계 인가용 셀을 사용하였다. 화소 전극층은 산화 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물(ITSO)을 사용하여 2장의 유리 기판 위에 각각 스퍼터링법으로 형성하였다. 막 두께는 110nm로 하였다. 이 유리 기판 2장에, 수평 배향막인 SE-6414(Nissan Chemical Industries, Ltd. 제조)를 스핀 코터로 도포하고 230℃에서 소성하였다. 이어서, 러빙 장치를 사용하여 러빙 처리를 수행하고 한쪽 기판에 직경 4μm의 스페이서를 산포하였다. 그리고, 스페이서가 산포된 기판에 열 경화형 실(sealing material)을 도포하고, 2장의 기판을 러빙 방향이 90°를 이루도록 접합하였다. 그리고, 접합한 기판을 0.3kgf/cm2의 압력으로 밀면서 160℃에서 4시간 동안 가열 처리를 수행하였다.
이와 같이 제작한 기판을 분단하고, 모세관 현상을 이용한 주입법에 의하여 3종류의 액정 조성물을 각각 주입하여 3종류의 액정 소자를 제작하였다. 편광 현미경(MX-61L, Olympus Corporation 제조)으로 이 3종류의 액정 소자를 직교 니콜 관찰한 바, 모든 액정 소자에서 리버스 트위스트로 인한 선 결함은 전혀 생기지 않았으며 양호한 배향이 얻어졌다.
이어서, 이 3종류의 액정 소자의 전압-투과율 특성을 RETS+VT 측정 시스템(Otsuka Electronics Co., Ltd. 제조)으로 측정하였다. 전압은 0.2V의 간격으로 0V에서 10V까지 인가하였다. 측정 후에 다시 편광 현미경으로 직교 니콜 관찰한 바, 3종류의 액정 소자 모두에서 리버스 트위스트로 인한 선 결함은 전혀 생기지 않았으며 전압 인가 후에도 양호한 배향이 얻어졌다.
상술한 결과로부터, 본 발명의 일 형태에 따른 액정 조성물은 일반식(G1)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체를 키랄제로서 포함함으로써 TN 모드의 소자에도 사용될 수 있다는 것이 증명되었다.
(실시예 5)
본 실시예에서는 실시예 1에서 합성 방법을 제시한 R-DOL-PC5와 네마틱 액정을 혼합하여 액정 조성물을 제작하였다. 또한, 이 액정 조성물에서의 네마틱 액정과 R-DOL-PC5의 혼합비는 86.0wt%:14.0wt%(=네마틱 액정:R-DOL-PC5)로 하였다. 또한, 네마틱 액정으로서는 혼합 액정 E-8(LCC Corporation, Ltd. 제조), CPP-3FF(Daily Polymer Corporation 제조), 및 PEP-5CNF(Daily Polymer Corporation 제조)의 혼합 액정을 사용하며 그 혼합비는 40wt%:30wt%:30wt%(=E-8:CPP-3FF:PEP-5CNF)로 하였다.
본 실시예에서는 먼저 액정 소자의 액정 조성물을 등방상으로 한 후에, 온도 조절기로 매분 1.0℃씩 온도를 강하시키면서 편광 현미경으로 관찰하여, 액정 조성물이 블루상을 발현하는 온도를 측정하였다. 본 실시예의 액정 조성물은 42.3℃에서 블루상을 발현하였다.
(실시예 6)
본 실시예에서는 실시예 3에서 합성 방법을 제시한 R-DOL-PP5와 네마틱 액정을 혼합하여 액정 조성물을 제작하였다. 또한, 이 액정 조성물에서의 네마틱 액정과 R-DOL-PP5의 혼합비는 89.2wt%:10.8wt%(=네마틱 액정:R-DOL-PP5)로 하였다. 또한, 네마틱 액정으로서는 혼합 액정 E-8(LCC Corporation, Ltd. 제조), CPP-3FF(Daily Polymer Corporation 제조), 및 PEP-5CNF(Daily Polymer Corporation 제조)의 혼합 액정을 사용하며 그 혼합비는 40wt%:30wt%:30wt%(=E-8:CPP-3FF:PEP-5CNF)로 하였다.
본 실시예에서는 먼저 액정 소자의 액정 조성물을 등방상으로 한 후에, 온도 조절기로 매분 1.0℃씩 온도를 강하시키면서 편광 현미경으로 관찰하여, 액정 조성물이 블루상을 발현하는 온도 범위를 측정하였다. 본 실시예의 액정 조성물의 등방상과 블루상 사이의 상전이 온도는 46.2℃이고, 블루상과 콜레스테릭상 사이의 상전이 온도는 41.4℃였다.
상술한 결과로부터, 본 발명의 일 형태에 따른 액정 조성물은 일반식(G1)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체를 키랄제로서 포함함으로써 블루상을 발현할 수 있다는 것이 증명되었다.
(실시예 7)
본 실시예에서는 실시형태 2에서 설명한 구조식(200)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체인 (4R,5R)-2,2-다이메틸-α,α,α',α'-테트라(나프탈렌-1-일)-1,3-다이옥솔레인-4,5-다이메탄올(약칭: R-DOL-αNp)을 합성하는 예를 제시한다.
Figure 112014072677569-pat00037
1.6g(64mmol)의 마그네슘을 300mL의 삼구 플라스크에 넣고 플라스크 내를 질소로 치환하였다. 여기에 15mL의 테트라하이드로퓨란과 몇 방울의 다이브로모에테인을 넣어서 실온에서 교반하였다. 11mL(75mmol)의 1-브로모나프탈렌을 30mL의 테트라하이드로퓨란에 넣은 용액을 이 혼합물에 적하 깔때기로부터 적하하면서 교반하였다. 그리고, 질소 기류 하에서 80℃에서 1시간 동안 더 교반하였다. 소정 시간 경과 후, 2.7mL(15mmol)의 (-)-2,3-O-아이소프로필리덴-L-타타르산다이메틸을 10mL의 테트라하이드로퓨란에 넣은 용액을 이 혼합물에 적하 깔때기로부터 적하하면서 교반하였다. 그리고, 질소 기류 하에서 80℃에서 1시간 동안 더 교반하였다. 소정 시간 경과 후 이 혼합물에 메탄올, 물, 희염산을 차례로 첨가하고 수성층에 아세트산 에틸에 의한 추출을 수행하였다. 얻어진 추출 용액과 유기층을 합치고 물과 포화 탄산 수소 나트륨 수용액과 포화 식염수로 세척한 후 황산 마그네슘으로 건조시켰다.
이 혼합물을 자연 여과에 의하여 분리하고, 여과액을 농축하여 적색 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질을 HPLC(전개 용매: 클로로폼)로 정제하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 담황색 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 메탄올로 세척하고 흡인 여과에 의하여 고체를 회수하여 목적물인 R-DOL-αNp의 백색 고체를 수량 1.2g, 수율 17%로 얻었다. 상술한 반응 스킴을 이하의 (E4-1)로 나타낸다.
Figure 112014072677569-pat00038
NMR에 의하여 이 화합물이 목적물인 R-DOL-αNp임을 확인하였다.
얻어진 물질 R-DOL-αNp의 1H NMR 데이터는 이하와 같다.
Figure 112014072677569-pat00039
또한, 1H NMR 차트를 도 12의 (A), (B), 및 도 13에 나타내었다. 또한, 도 12의 (B)는 도 12의 (A) 중 0ppm에서 5ppm의 범위를 확대하여 나타낸 차트이고, 도 13은 도 12의 (A) 중 5ppm에서 10ppm의 범위를 확대하여 나타낸 차트이다. 측정 결과로부터, 목적물인 R-DOL-αNp가 얻어진 것을 확인하였다.
또한, 본 실시예에서 합성한 R-DOL-αNp와 네마틱 액정을 혼합한 액정 조성물의 HTP를 측정하였다. 측정은 실온 하에서 수행하고, 측정 방법으로서는 Grandjean-Cano Wedge법을 채용하였다. 또한, 액정 조성물에서의 네마틱 액정과 R-DOL-αNp의 혼합비는 99.9wt%:0.1wt%(=네마틱 액정:R-DOL-αNp)로 하였다. 또한, 네마틱 액정으로서는 혼합 액정 E-8(LCC Corporation, Ltd. 제조), CPP-3FF(Daily Polymer Corporation 제조), 및 PEP-5CNF(Daily Polymer Corporation 제조)의 혼합 액정을 사용하며 그 혼합비는 40wt%:30wt%:30wt%(=E-8:CPP-3FF:PEP-5CNF)로 하였다.
측정의 결과, R-DOL-αNp를 포함하는 액정 조성물의 HTP는 88μm-1로, 본 R-DOL-αNp를 액정 조성물에 극미량 첨가함으로써 HTP가 높은 액정 조성물을 얻을 수 있는 것이 확인되었다. 즉, R-DOL-αNp는 비틀림력이 센 키랄제이기 때문에 액정 조성물에서의 키랄제의 비율을 저감할 수 있게 된다.
따라서, 본 실시예에서 제작한 R-DOL-αNp는 액정 조성물의 키랄제로서 바람직하게 사용될 수 있다는 것이 증명되었다. 또한, 본 발명의 일 형태를 적용한 액정 조성물은 비틀림력이 센 액정 조성물이기 때문에 이 액정 조성물을 사용함으로써 액정 표시 장치의 고콘트라스트화가 가능해진다.
(실시예 8)
본 실시예에서는 실시형태 2에서 설명한 구조식(201)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체인, (4R,5R)-2,2-다이메틸-α,α,α',α'-테트라(피렌-1-일)-1,3-다이옥솔레인-4,5-다이메탄올(약칭: R-DOL-Prna)을 합성하는 예를 제시한다.
Figure 112014072677569-pat00040
0.36g(15mmol)의 마그네슘을 100mL의 삼구 플라스크에 넣고 플라스크 내를 질소로 치환하였다. 여기에 5.0mL의 테트라하이드로퓨란과 몇 방울의 다이브로모에테인을 넣어서 실온에서 교반하였다. 4.8g(16mmol)의 1-브로모피렌을 10mL의 테트라하이드로퓨란에 녹인 용액을 이 혼합물에 적하 깔때기로부터 적하하면서 교반하였다. 그리고, 질소 기류 하에서 80℃에서 1시간 동안 더 교반하였다. 소정 시간 경과 후, 0.68g(3.1mmol)의 (-)-2,3-O-아이소프로필리덴-L-타타르산다이메틸을 5.0mL의 테트라하이드로퓨란에 녹인 용액을 이 혼합물에 적하 깔때기로부터 적하하면서 교반하였다. 그리고, 질소 기류 하에서 80℃에서 더 교반하였다. 소정 시간 경과 후 이 혼합물에 메탄올, 물, 희염산을 차례로 첨가하고 수성층에 아세트산 에틸에 의한 추출을 수행하였다. 얻어진 추출 용액과 유기층을 합치고 물과 포화 탄산 수소 나트륨 수용액과 포화 식염수로 세척한 후 황산 마그네슘으로 건조시켰다.
이 혼합물을 자연 여과에 의하여 분리하고, 여과액을 농축하여 갈색 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 실리카 젤 칼럼 크로마토그래피(전개 용매: 헥산:아세트산 에틸=5:1)로 정제하였다. 얻어진 프랙션을 농축하고 진공 건조시켜 갈색 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 HPLC(전개 용매: 클로로폼)로 정제하였다. 얻어진 프랙션을 농축하고 진공 건조시켜 갈색 유상 물질을 얻었다. 이 유상 물질에 헥산을 첨가하고 초음파를 조사하였다. 얻어진 고체를 톨루엔을 사용하여 재결정하였다. 얻어진 고체를 흡인 여과에 의하여 분리하고 진공 건조시켜 플래시 칼럼(전개 용매: 클로로폼)으로 정제하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 황색 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질에 톨루엔/헥산 혼합 용매를 첨가하고, 석출된 고체를 흡인 여과에 의하여 분리하고 진공 건조시켜 목적물인 R-DOL-Prna의 백색 고체를 수량 5.0mg, 수율 0.17%로 얻었다. 상술한 반응 스킴을 이하의 (E5-1)로 나타낸다.
Figure 112014072677569-pat00041
NMR에 의하여 이 화합물이 목적물인 R-DOL-Prna임을 확인하였다.
얻어진 물질 R-DOL-Prna의 1H NMR 데이터는 이하와 같다.
Figure 112014072677569-pat00042
또한, 1H NMR 차트를 도 14의 (A), (B), 및 도 15에 나타내었다. 또한, 도 14의 (B)는 도 14의 (A) 중 0ppm에서 5ppm의 범위를 확대하여 나타낸 차트이고, 도 15는 도 14의 (A) 중 5ppm에서 10ppm의 범위를 확대하여 나타낸 차트이다. 측정 결과로부터, 목적물인 R-DOL-Prna가 얻어진 것을 확인하였다.
또한, 본 실시예에서 합성한 R-DOL-Prna와 네마틱 액정을 혼합한 액정 조성물의 HTP를 측정하였다. 측정은 실온 하에서 수행하고, 측정 방법으로서는 Grandjean-Cano Wedge법을 채용하였다. 또한, 액정 조성물에서의 네마틱 액정과 R-DOL-Prna의 혼합비는 99.9wt%:0.1wt%(=네마틱 액정:R-DOL-Prna)로 하였다. 또한, 네마틱 액정으로서는 혼합 액정 E-8(LCC Corporation, Ltd. 제조), CPP-3FF(Daily Polymer Corporation 제조), 및 PEP-5CNF(Daily Polymer Corporation 제조)의 혼합 액정을 사용하며 그 혼합비는 40wt%:30wt%:30wt%(=E-8:CPP-3FF:PEP-5CNF)로 하였다.
측정의 결과, R-DOL-Prna를 포함하는 액정 조성물의 HTP는 110μm-1로, R-DOL-Prna를 액정 조성물에 극미량 첨가함으로써 HTP가 높은 액정 조성물을 얻을 수 있는 것이 확인되었다. 즉, R-DOL-Prna는 비틀림력이 센 키랄제이기 때문에 액정 조성물에서의 키랄제의 비율을 저감할 수 있게 된다.
따라서, 본 실시예에서 제작한 R-DOL-Prna는 액정 조성물의 키랄제로서 바람직하게 사용될 수 있다는 것이 증명되었다. 또한, 본 발명의 일 형태를 적용한 액정 조성물은 비틀림력이 센 액정 조성물이기 때문에 이 액정 조성물을 사용함으로써 액정 표시 장치의 고콘트라스트화가 가능해진다.
(실시예 9)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태에 따른 액정 조성물과 이 액정 조성물을 사용한 TN 모드의 액정 소자를 2종류 제작하고 특성을 평가하였다.
본 실시예에서 제작한 2종류의 액정 조성물에는 네마틱 액정으로서 다 공통적으로 혼합 액정 ZLI-4792(Merck 제조)를 사용하고, 키랄제로서는 실시예 7 및 실시예 8에 기재된 R-DOL-αNp, R-DOL-Prna를 사용하였다. 액정 조성물에서 네마틱 액정 ZLI-4792에 대한 키랄제 R-DOL-αNp, R-DOL-Prna의 비율은 각각 0.01wt%, 0.01wt%이다.
본 실시예에서 제작한 2종류의 액정 조성물의 나선 피치를 실온 하에서 Grandjean-Cano Wedge법으로 측정한 바, 각각 72.8μm, 55.3μm였다.
이어서 투과형 TN 셀을 사용하여 전압 인가 전후의 배향을 관찰하였다. TN 셀은 실시예 4에 기재된 바와 같이 제작하였다.
얻어진 2종류의 액정 소자를 편광 현미경(MX-61L, Olympus Corporation 제조)으로 직교 니콜 관찰한 바, 모든 액정 소자에서 리버스 트위스트로 인한 선 결함은 전혀 생기지 않았으며 양호한 배향이 얻어졌다.
이어서, 이 2종류의 액정 소자의 전압-투과율 특성을 RETS+VT 측정 시스템(Otsuka Electronics Co., Ltd. 제조)으로 측정하였다. 전압은 0.2V의 간격으로 0V에서 10V까지 인가하였다. 측정 후에 다시 편광 현미경으로 직교 니콜 관찰한 바, 2종류의 액정 소자 모두에서 리버스 트위스트로 인한 선 결함은 전혀 생기지 않았으며 전압 인가 후에도 양호한 배향이 얻어졌다.
상술한 결과로부터, 본 발명의 일 형태에 따른 액정 조성물은 일반식(G2)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체를 키랄제로서 포함함으로써 TN 모드의 소자에도 사용될 수 있다는 것이 증명되었다.
(실시예 10)
본 실시예에서는 실시예 8에서 합성 방법을 제시한 R-DOL-Prna와 네마틱 액정을 혼합하여 액정 조성물을 제작하였다. 또한, 이 액정 조성물에서의 네마틱 액정과 R-DOL-Prna의 혼합비는 94.9wt%:5.1wt%(=네마틱 액정:R-DOL-Prna)로 하였다. 또한, 네마틱 액정으로서는 혼합 액정 E-8(LCC Corporation, Ltd. 제조), CPP-3FF(Daily Polymer Corporation 제조), 및 PEP-5CNF(Daily Polymer Corporation 제조)의 혼합 액정을 사용하며 그 혼합비는 40wt%:30wt%:30wt%(=E-8:CPP-3FF:PEP-5CNF)로 하였다.
본 실시예에서는 먼저 액정 소자의 액정 조성물을 등방상으로 한 후에, 온도 조절기로 매분 1.0℃씩 온도를 강하시키면서 편광 현미경으로 관찰하여, 액정 조성물이 블루상을 발현하는 온도를 측정하였다. 본 실시예의 액정 조성물은 50.3℃에서 블루상을 발현하였다.
상술한 결과로부터, 본 발명의 일 형태에 따른 액정 조성물은 일반식(G2)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체를 키랄제로서 포함함으로써 블루상을 발현할 수 있다는 것이 증명되었다.
(실시예 11)
본 실시예에서는 실시형태 3에서 설명한 구조식(300)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체인, (4R,5R)-비스{4-[4-(n-헥실-1-옥시)페닐]벤조산메틸}-2,2'-다이메틸-1,3-다이옥솔레인(약칭: R-DOL-1EPPO6)을 합성하는 예를 제시한다.
Figure 112014072677569-pat00043
0.34g(2.1mmol)의 (-)-2,3-O-아이소프로필리덴-D-트레이톨과, 1.3g(4.2mmol)의 4-[4-(n-헥실-1-옥시)페닐]벤조산과, 0.22g(1.8mmol)의 N,N-다이메틸-4-아미노피리딘(DMAP)과, 2.1mL의 다이클로로메탄을 50mL의 가지형 플라스크(recovery flask)에 넣어서 교반하였다. 이 혼합물에 0.88g(4.6mmol)의 1-에틸-3-(3-다이메틸아미노프로필)카보다이이미드염산염(EDC)을 첨가하여 대기 하에서 실온에서 하룻밤 동안 교반하였다. 소정 시간 경과 후에 물을 첨가하고, 얻어진 혼합물의 수성층에 다이클로로메탄에 의한 추출을 수행하였다. 얻어진 추출 용액과 유기층을 합치고 물과 포화 탄산 수소 나트륨 수용액과 포화 식염수로 세척한 후 황산 마그네슘으로 건조시켰다.
이 혼합물을 자연 여과에 의하여 분리하고 여과액을 농축하여 담갈색 고체를 얻었다. 이 고체를 실리카 젤 칼럼 크로마토그래피(전개 용매: 클로로폼)로 정제하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 백색 고체를 얻었다. 이 고체를 HPLC(전개 용매: 클로로폼)로 정제하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 백색 고체를 얻었다. 이 고체에 헥산과 메탄올을 첨가하고 초음파를 조사하고, 흡인 여과에 의하여 고체를 회수한 바, 목적물인 R-DOL-1EPPO6의 백색 고체를 수량 0.87g, 수율 58%로 얻었다. 상술한 반응 스킴을 이하의 (E6-1)로 나타낸다.
Figure 112014072677569-pat00044
NMR에 의하여 이 화합물이 목적물인 R-DOL-1EPPO6임을 확인하였다.
얻어진 물질 R-DOL-1EPPO6의 1H NMR 데이터는 이하와 같다.
Figure 112014072677569-pat00045
또한, 1H NMR 차트를 도 16의 (A), (B), 및 도 17에 나타내었다. 또한, 도 16의 (B)는 도 16의 (A) 중 0ppm에서 5ppm의 범위를 확대하여 나타낸 차트이고, 도 17은 도 16의 (A) 중 5ppm에서 10ppm의 범위를 확대하여 나타낸 차트이다. 측정 결과로부터, 목적물인 R-DOL-1EPPO6이 얻어진 것을 확인하였다.
또한, 본 실시예에서 합성한 R-DOL-1EPPO6과 네마틱 액정을 혼합한 액정 조성물의 HTP를 측정하였다. 측정은 실온 하에서 수행하고, 측정 방법으로서는 Grandjean-Cano Wedge법을 채용하였다. 또한, 액정 조성물에서의 네마틱 액정과 R-DOL-1EPPO6의 혼합비는 99.9wt%:0.1wt%(=네마틱 액정:R-DOL-1EPPO6)로 하였다. 또한, 네마틱 액정으로서는 혼합 액정 E-8(LCC Corporation, Ltd. 제조), CPP-3FF(Daily Polymer Corporation 제조), 및 PEP-5CNF(Daily Polymer Corporation 제조)의 혼합 액정을 사용하며 그 혼합비는 40wt%:30wt%:30wt%(=E-8:CPP-3FF:PEP-5CNF)로 하였다.
측정의 결과, R-DOL-1EPPO6을 포함하는 액정 조성물의 HTP는 84μm-1로, R-DOL-1EPPO6을 액정 조성물에 극미량 첨가함으로써 HTP가 높은 액정 조성물을 얻을 수 있는 것이 확인되었다. 즉, R-DOL-1EPPO6은 비틀림력이 센 키랄제이기 때문에 액정 조성물에서의 키랄제의 비율을 저감할 수 있게 된다.
따라서, 본 실시예에서 제작한 R-DOL-1EPPO6은 액정 조성물의 키랄제로서 바람직하게 사용될 수 있다는 것이 증명되었다. 또한, 본 발명의 일 형태를 적용한 액정 조성물은 비틀림력이 센 액정 조성물이기 때문에 이 액정 조성물을 사용함으로써 액정 표시 장치의 고콘트라스트화가 가능해진다.
(실시예 12)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태에 따른 액정 조성물과 이 액정 조성물을 사용한 TN 모드의 액정 소자를 제작하고 특성을 평가하였다.
본 실시예에서 제작한 액정 조성물에는 네마틱 액정으로서 혼합 액정 ZLI-4792(Merck 제조)를 사용하고, 키랄제로서는 실시예 11에 기재된 R-DOL-1EPPO6을 사용하였다. 액정 조성물에서 네마틱 액정 ZLI-4792에 대한 키랄제 R-DOL-1EPPO6의 비율은 0.04wt%이다.
본 실시예에서 제작한 액정 조성물의 나선 피치를 실온 하에서 Grandjean-Cano Wedge법으로 측정한 바 182.6μm였다.
이어서 투과형 TN 셀을 사용하여 전압 인가 전후의 배향을 관찰하였다. TN 셀은 실시예 4에 기재된 바와 같이 제작하였다.
얻어진 액정 소자를 편광 현미경(MX-61L, Olympus Corporation 제조)으로 직교 니콜 관찰한 바, 리버스 트위스트로 인한 선 결함은 전혀 생기지 않았으며 양호한 배향이 얻어졌다.
이어서, 이 액정 소자의 전압-투과율 특성을 RETS+VT 측정 시스템(Otsuka Electronics Co., Ltd. 제조)으로 측정하였다. 전압은 0.2V의 간격으로 0V에서 10V까지 인가하였다. 측정 후에 다시 편광 현미경으로 직교 니콜 관찰한 바, 리버스 트위스트로 인한 선 결함은 전혀 생기지 않았으며 전압 인가 후에도 양호한 배향이 얻어졌다.
상술한 결과로부터, 본 발명의 일 형태에 따른 액정 조성물은 일반식(G4)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체를 키랄제로서 포함함으로써 TN 모드의 소자에도 사용될 수 있다는 것이 증명되었다.
(실시예 13)
본 실시예에서는 실시예 11에서 합성 방법을 제시한 R-DOL-1EPPO6과 네마틱 액정을 혼합하여 액정 조성물을 제작하였다. 또한, 이 액정 조성물에서의 네마틱 액정과 R-DOL-1EPPO6의 혼합비는 93.3wt%:6.7wt%(=네마틱 액정:R-DOL-1EPPO6)로 하였다. 또한, 네마틱 액정으로서는 혼합 액정 E-8(LCC Corporation, Ltd. 제조), CPP-3FF(Daily Polymer Corporation 제조), 및 PEP-5CNF(Daily Polymer Corporation 제조)의 혼합 액정을 사용하며 그 혼합비는 40wt%:30wt%:30wt%(=E-8:CPP-3FF:PEP-5CNF)로 하였다.
본 실시예에서는 먼저 액정 소자의 액정 조성물을 등방상으로 한 후에, 온도 조절기로 매분 1.0℃씩 온도를 강하시키면서 편광 현미경으로 관찰하여, 액정 조성물이 블루상을 발현하는 온도를 측정하였다. 본 실시예의 액정 조성물은 62.4℃에서 블루상을 발현하였다.
상술한 결과로부터, 본 발명의 일 형태에 따른 액정 조성물은 일반식(G4)으로 표기되는 다이옥솔레인 유도체를 키랄제로서 포함함으로써 블루상을 발현할 수 있다는 것이 증명되었다.
200: 기판
201: 기판
202a: 배향막
202b: 배향막
208: 액정 조성물
230: 화소 전극층
232: 공통 전극층
401: 게이트 전극층
402: 게이트 절연층
403: 반도체층
405a: 배선층
405b: 배선층
407: 절연막
408: 공통 배선층
409: 절연막
413: 층간막
420: 트랜지스터
441: 기판
442: 기판
443a: 편광판
443b: 편광판
444: 액정 조성물
446: 전극층
446a: 전극층
446b: 전극층
446c: 전극층
446d: 전극층
447: 전극층
447a: 전극층
447b: 전극층
447c: 전극층
447d: 전극층
2701: 하우징
2703: 하우징
2705: 표시부
2707: 표시부
2711: 축부
2721: 전원
2723: 조작 키
2725: 스피커
2800: 하우징
2801: 하우징
2802: 표시 패널
2803: 스피커
2804: 마이크로폰
2805: 조작 키
2806: 포인팅 디바이스
2807: 카메라용 렌즈
2808: 외부 접속 단자
2810: 태양 전지 셀
2811: 외부 메모리 슬롯
3001: 본체
3002: 하우징
3003: 표시부
3004: 키보드
3021: 본체
3022: 스타일러스
3023: 표시부
3024: 조작 버튼
3025: 외부 인터페이스
3051: 본체
3053: 접안부
3054: 조작 스위치
3056: 배터리
4001: 기판
4002: 화소부
4003: 신호선 구동 회로
4003a: 신호선 구동 회로
4003b: 신호선 구동 회로
4004: 주사선 구동 회로
4005: 실재
4006: 기판
4008: 액정 조성물
4010: 트랜지스터
4011: 트랜지스터
4013: 액정 소자
4015: 접속 단자 전극
4016: 단자 전극
4018: FPC
4019: 이방성 도전막
4020: 절연층
4021: 층간막
4030: 화소 전극층
4031: 공통 전극층
4032a: 편광판
4032b: 편광판
4034: 차광층
4035: 스페이서
9601: 하우징
9603: 표시부
9605: 스탠드

Claims (25)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 식(G2)으로 표기되는, 화합물.
    Figure 112021003966023-pat00048

    식(G2)에 있어서,
    Ar1 및 Ar2는 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 6~12의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3~12의 사이클로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 4~12의 사이클로알케닐기를 나타내고,
    Ar23 및 Ar24는 독립적으로, 치환 또는 비치환된 피레닐기를 나타내고,
    a1 및 a2는 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬렌기, 또는 단결합을 나타내고,
    R1 및 R2는 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~12의 아릴기를 나타낸다.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 10 항에 있어서,
    Ar1 및 Ar2는 각각 수소를 나타내고,
    a1 및 a2는 각각 단결합을 나타내는, 화합물.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 화합물이 광학 활성인, 화합물.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 화합물이 식(201)로 표기되는, 화합물.
    Figure 112021003966023-pat00072
  16. 조성물에 있어서,
    제 10 항에 따른 화합물과;
    액정을 포함하는, 조성물.
  17. 제 16 항에 따른 조성물을 포함하는, 액정 표시 장치.
  18. 식(G4)으로 표기되는, 화합물.
    Figure 112021003966023-pat00051

    식(G4)에 있어서,
    Ar41은 치환 또는 비치환된 탄소수 6~12의 아릴렌기를 나타내고,
    n은 2를 나타내고,
    R1 및 R2는 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~12의 아릴기를 나타내고,
    R3은 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알콕시기를 나타낸다.
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 제 18 항에 있어서,
    R3이 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알콕시기를 나타내는, 화합물.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 화합물이 광학 활성인, 화합물.
  23. 제 18 항에 있어서,
    상기 화합물이 식(300)으로 표기되는, 화합물.
    Figure 112014072677569-pat00052
  24. 조성물에 있어서,
    제 18 항에 따른 화합물과;
    액정을 포함하는, 조성물.
  25. 제 24 항에 따른 조성물을 포함하는, 액정 표시 장치.
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