KR20100004887A

KR20100004887A - 방사형 액정 화합물, 및 이를 포함하는 광학 필름 및 액정 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR20100004887A
Application number: KR1020090060531A
Authority: KR
Inventors: 최범규; 고민진; 문명선; 정재호; 강대호; 이기열; 김윤봉
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2009-07-03
Publication date: 2010-01-13
Also published as: EP2330173B1; JP5519659B2; JP2011526884A; EP2330173A2; WO2010002223A2; EP2330173A4; WO2010002223A3; US8339567B2; US20110181826A1; KR101084675B1

Abstract

본 발명은 방사형 액정 화합물, 이를 포함하는 광학 필름 및 액정 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에틸렌기에 4개의 페닐이 도입된 테트라페닐에틸렌의 방사형 코어(core)를 포함하는 본원의 화학식 1로 표시되는 화합물 및 이를 사용함으로써, 시야각에 따른 색 변화를 최소화시킬 수 있고, 향상된 콘트라스트 비를 가지며, 높은 굴절 이방성을 갖는 광학 필름 및 이를 포함한 액정 디스플레이 장치의 제공이 가능하다.

방사형 액정 화합물, 시야각, 콘트라스트 비

Description

방사형 액정 화합물, 및 이를 포함하는 광학 필름 및 액정 디스플레이 장치 {RADIAL-SHAPED LIQUID CRYSTAL COMPOUND AND OPTICAL FILM AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE COMPRISING THE SAME}

본 발명은 방사형 액정 화합물, 이를 포함하는 광학 필름 및 액정 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시야각에 따른 색 변화를 최소화시킬 수 있고, 콘트라스트 비가 향상되고, 높은 굴절 이방성을 갖는 광학 필름 및 액정 디스플레이 장치의 제조에 응용될 수 있는 신규한 액정 화합물에 관한 것이다.

액정 디스플레이 장치(LCD)는 무게가 가볍고 얇은 디스플레이 특성을 나타내고 소비전력이 적기 때문에 노트북, 핸드폰, 텔레비전 및 모니터와 같은 제품에 많이 응용되고 있다.

그러나, 액정 디스플레이 장치는 시야각의 의존성 즉, 보는 방향이나 각도에 따라 색이나 명암 등이 변화하는 단점이 있다. 또한, 표시 화면이 대형화 될수록 시야각이 더욱 좁아지는 문제가 있다. 기존의 CRT 장치의 시야각이 거의 180°에 달하는 것에 비해 시야각 보정이 되지 않은 TFT-LCD의 경우 ±50°밖에 되지 않는다.

이와 같은 문제를 개선하는 방법으로는 액정셀 내부에서 화소를 분할하여 배향을 제어하는 멀티도메인 방법, 전압을 제어하는 방법, 및 광학 보상 필름을 사용하는 방법 등이 알려져 있다.

액정 디스플레이 장치에서 이러한 시야각 의존성이 생기는 원인은 패널에 대하여 비스듬하게 입사하는 빛의 복굴절 효과가 수직으로 입사 할 때와 다르기 때문인데, 이를 보정하기 위하여 패널과 반대의 복굴절율을 가지는 위상차 필름을 패널 앞뒤로 붙여서 사용하는 광학 보상 필름법이 주로 사용되고 있으며 디스플레이 패널의 대형화에 따라 보다 고성능의 액정 보상 필름이 요구되고 있다.

본 발명은 시야각에 따른 색변화를 최소화할 수 있고, 콘트라스트 비가 향상되고, 높은 굴절 이방성을 갖는 시야각 보상 필름의 소재로 사용 가능한 신규한 액정 화합물을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 상기 화합물을 포함한 액정 조성물, 상기 화합물을 이용하여 제조된 액정 디스플레이용 광학 필름 및 액정 디스플레이 장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 상기 액정 화합물의 제조 방법 및 상기 광학 필름의 제조 방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물은 방사형 액정 화합물이다.

화학식 1

상기 화학식 1에서,

A¹ 내지 A¹²는 각각 독립적으로 -H 또는 화학식

로 표시되는 치환기이고, 이때 A¹ 내지 A¹² 중 하나 이상은 m≠0인 화학식

로 표시되는 치환기이며;

B는 -O-, -NH-, -(CH₂)_n-, -O(CH₂)_nO-, -NH(CH₂)_nNH-, -O(CH₂)_nNH-, -NH(CH₂)_nO-, -CH=CH-, -C≡C-, -C(=O)O-, -OC(=O)-, 또는 -C(=O)- 이고, n은 0~6의 정수이며;

환C는

,

, 또는

이며;

Q¹ 내지 Q¹²는 각각 독립적으로 -H, -F, -Cl, -Br, -I, -CN, -CF₃, -OH, C₁~C₁₂의 알킬기, C₁~C₁₂의 알콕시기, 또는 화학식 -D³-E²-D⁴-G²로 표시되는 치환기이며;

m은 0~2의 정수이며;

D¹, D², D³ 및 D⁴는 각각 독립적으로 -O-, -NH-, 또는 -(CH₂)_p- 이고, p은 0~5의 정수이며;

E¹ 및 E²는 각각 독립적으로 C₁~C₁₂의 알킬렌, C₂~C₁₂의 알케닐렌, -(CH₂CH₂O)_q-, -(CH₂CHCH₃O)_q-, 또는 -(CHCH₃CH₂O)_q- 이고, q는 1~5의 정수이며;

G¹ 및 G²는 각각 독립적으로 -H,

, 또는

이며;

V는 -H, -CH₃, -CH₂CH₃, -F, -Cl, -Br, 또는 -CF₃ 이다.

또한, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 액정 조성물, 및 상기 액정 조성물을 이용하여 제조된 광학 필름을 제공한다. 바람직하게는, 본 발명의 상기 광학 필름은 액정 디스플레이용 보상 필름이다.

또한, 본 발명은 상기 광학 필름을 포함하는 액정 디스플레이 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 방사형 액정 화합물의 제조 방법 및 상기 광학 필름의 제조 방법을 제공한다.

이하 발명의 구현예에 따른 방사형 액정 화합물 등에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

발명의 일 구현예에 따라, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 에틸렌기에 4개의 페닐이 도입된 테트라페닐에틸렌의 방사형 코어(core)를 갖고 있으며, 상기 코어의 페닐에는 m≠0인 화학식 -[B-환C]_m-D¹-E¹-D²-G¹으로 표시되는 치환기가 1개 이상 도입된 방사형태의 화합물이다. 또한, 본 발명의 상기 구현예에 따른 상기 화 학식 1로 표시되는 화합물은 액정 화합물이다.

본 발명자들은 이하에 기재된 실시예를 통해서도 뒷받침되는 바와 같이, 상기와 같은 테트라페닐에틸렌의 방사형 코어를 갖는 액정 화합물의 구조적 특성으로 인해, 상기 액정 화합물을 이용하여 제조된 광학 필름이 시야각에 따른 색변화가 최소화되며, 향상된 콘트라스트 비 및 높은 굴절 이방성을 갖는 것을 확인하였다.

한편, 상기 화학식 1에 있어서, 상기 E¹ 및 E²에서 C₂~C₁₂ 의 알케닐렌은 -CH=CH-, -CH=CCH₃-, -CH₂CH=CH-, -CH=CHCH₂CH₂-, -CH₂CH=CHCH₂-, -CH₂CH₂CH=CH-, -CH=CHCH₂CH₂CH₂-, -CH₂CH=CHCH₂CH₂-, -CH₂CH₂CH=CHCH₂-, 또는 -CH₂CH₂CH₂CH=CH-가 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

바람직하게는 상기 상기 B는 -OC(=O)- 이고; 환C는

, 또는

일 수 있는데, 화학식 1로 표현되는 화합물을 제조하기 위해, 상기와 같은 치환기를 포함한 코어(core) 화합물을 이용하면 네마틱(nematic) 액정 화합물 유도체를 다양하게 합성할 수 있고, 또한 액정 화합물의 액정 온도 범위를 넓게 한다는 점에서 유리하다. 즉, 상술한 치환기를 갖는 화학식 1로 표현되는 화합물은 액정 온도 범위가 넓게 나타난다.

또한, 상기 구현예에 따른 액정 화합물은 테트라페닐렌에틸렌의 방사형 코어 의 에틸렌을 중심으로 코어의 페닐렌을 포함한 치환기의 구조가 동일하거나, 혹은 에틸렌을 중심으로 트랜스(trans) 구조일 수 있다.

즉, 바람직하게는 A¹=A⁷, A²=A⁸, A³=A⁹, A⁴=A¹⁰, A⁵=A¹¹, A⁶=A¹² 일 수 있고, 더욱 바람직하게는 상기 A²=A⁸, A⁵=A¹¹이고, 상기A¹, A³, A⁴, A⁶,A⁷, A⁹, A¹⁰, A¹²는 -H 일 수 있다. 상기와 같이, 액정 화합물의 테트라페닐렌에틸렌의 방사형 코어의 에틸렌을 중심으로 코어의 페닐렌을 포함한 치환기의 구조가 동일한 경우는 분자 구조가 에틸렌을 중심으로 대칭을 이루어, 비대칭 구조의 분자 형태보다 액정상을 보일 확률이 더 크다. 또한, 반응 말단을 두 개로 줄여 액정 화합물의 테트라페닐렌에틸렌의 방사형 코어의 에틸렌을 중심으로 트랜스(trans) 구조를 이루게 하는 경우, 화합물 안정성을 높일 수 있어, 필름 형성에 더욱 바람직한 형태가 될 수 있다.

이하에 본 발명의 상기 구현예에 따른 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 구체적인 예를 나타내지만, 하기 예들에 따라 본 발명이 한정되지는 않는다.

[화합물 예시1]

[화합물 예시2]

[화합물 예시3]

[화합물 예시4]

[화합물 예시5]

한편, 본 발명은 다른 구현예에 따라 상술한 화학식 1로 표현되는 화합물의 제조 방법을 제공한다. 보다 구체적으로 상기 화학식 1로 표현되는 화합물의 제조 방법은 하기 화학식 2로 표현되는 화합물 2 분자를 결합 반응시켜, 하기 화학식 3으로 표현되는 화합물을 형성하는 단계; 상기 화학식3으로 표현되는 화합물의 알콕 시기를 하이드록시기로 치환하여, 하기 화학식 4로 표현되는 코어 화합물을 준비하는 단계; 및 상기 하기 화학식 4로 표현되는 코어 화합물의 하이드록시기를

로 치환하는 단계를 포함할 수 있다.

화학식 2

화학식 3

화학식 4

단, 상기 화학식 2에서, X¹ 내지 X⁶은 각각 독립적으로 수소, 또는 탄소수 1 내지 3의 알콕시기이고,

상기 화학식 3에서 Y¹ 내지 Y¹²는 각각 독립적으로 수소, 또는 탄소수 1 내지 3의 알콕시기이며,

상기 화학식 4에서 Z¹ 내지 Z¹²는 각각 독립적으로 수소, 또는 하이드록시기이다.

이 때, 상기 액정 화합물의 제조를 위해 사용되는 화학식 2의 X¹ 내지 X⁶는 바람직하게는 반응의 용이성이나 반응 화합물의 준비의 용이성 등을 위해, 메톡시기일 수 있다. 또한, 상기 화학식 1의 액정 화합물의 제조를 위한 각 반응 단계는 유기 용매 및/또는 촉매의 존재 하에 진행될 수도 있으며, 상기 유기 용매 및 촉매의 구성은 한정이 없다.

그리고, 상기 각 반응 단계는 반응물의 종류 및 이로부터 얻고자 하는 각 생성물의 종류에 따라, 당업자에게 자명한 통상적인 반응 조건 하에 진행할 수 있다. 예를 들어, 상기 2 분자의 화학식 2로 표현되는 화합물, 예를 들어, 디메톡시벤조페논을 결합 반응시켜 화학식 3으로 표현되는 화합물, 예를 들어, 테트라알콕시페닐에틸렌(보다 구체적인 예로서, 테트라메톡시페닐에틸렌)을 형성하는 반응은 사염화티타늄, 아연 및 피리딘 등의 염기의 존재 하에 진행할 수 있다. 이 경우, 상기 2 분자의 디알콕시벤조페논의 케톤기가 서로 결합해 에틸렌기를 형성함으로서, 상기 테트라알콕시페닐에틸렌이 얻어질 수 있다. 또한, 상기 알콕시기를 하이드록시기로 치환하는 반응은 통상적인 일반적인 반응 조건에 따라 보론트리브로마이드(BBr₃)의 존재 하에 진행할 수 있다.

부가하여, 상기 코어 화합물의 하이드록시기 중 하나 이상을

로 치환하는 단계는 -B-의 작용기의 종류에 따라 통상적인 아실화 반응, 알킬화 반응, 아민화 반응 또는 에테르화 반응 조건 하에 진행할 수 있다. 또한, 상기 코어 화합물의 하이드록시기에 2종 이상의 치환기가 도입될 필요가 있는 경우에는, 상기

로의 치환 반응을 2 단계로 나누어 진행하거나, 혹은 가능하다면 2종 이상의 혼합 반응물을 사용해 1 단계로 진행할 수도 있음은 물론이다.

이러한

로의 치환 반응까지를 진행하면 상술한 화 학식 1의 액정 화합물이 용이하게 제조될 수 있는데, 이러한 액정 화합물의 제조에 관한 보다 구체적인 예와 그 반응 조건은 이하의 실시예에 기술되어 있다.

한편, 본 발명은 또 다른 구현예에 따라 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 액정 화합물로 포함하는 액정 조성물을 제공한다. 상기 액정 조성물은 상술한 화학식 1로 표현되는 액정 화합물 1종 이상을 포함할 수 있으며, 또한, 통상적인 액정 조성물의 제조 방법에 따라 얻어질 수 있다. 전형적으로, 다양한 성분을 실온 내지 고온에서 서로 용해시켜 제조될 수 있다.

이 때, 상기 액정 조성물에 포함되는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 전체 액정 조성물 중 0.1 내지 99.9 중량% 포함될 수 있고, 바람직하게는 1 내지 80 중량% 포함될 수 있다.

상기 구현예에 따른 액정 조성물은 상기 화학식 1로 표시되는 액정 화합물 이외에, 필요에 따라서 액정성을 방해하지 않고 혼합될 수 있는 각종 화합물을 포함할 수 있다. 이러한 화합물의 예로는 통상적인 액정 조성물에 사용되는 중합성 액정 화합물, 중합성 비액정 화합물, 및/또는 폴리머 등이 있으며, 그 조성 비는 목적에 따라 변화가 가능하다. 상기 중합성 화합물들은 비닐기, 비닐옥시기, 아크릴기, 또는 메타크릴기와 같은 중합성기를 갖는 화합물이 바람직하다.

상기 구현예에 따른 액정 조성물은 필요에 따라서 광반응 개시제를 포함할 수 있다. 광반응 개시제는 특별히 한정되는 것은 아니고, 당업계에 알려진 통상의 것을 사용할 수 있다. 이의 비제한적인 예로는, 벤조일에테르, 벤조일이소부틸에테 르, 벤조일이소프로필에테르, 벤조페논, 아세토페논, 4-벤조일-4′-메틸디페닐설파이드, 벤질메틸케탈, 디메틸아미노메틸벤조에이트, 3,3′-디메틸-4-메톡시벤조페논, 메틸벤조일포메이트, 2-메틸-1-(4-메틸티오)페닐)-2-폴포리닐프로판-1-온, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-폴포리노페닐)-부탄-1-온, 1-히드록시시클로헥실 페닐 케톤, Irgacure 계열 등이 있다. 또한, 광반응 개시제는 액정 조성물 총 중량부 100에 대해 0.001~20 중량부, 바람직하게는 0.01~10 중량부로 첨가될 수 있다.

또한, 본 발명의 상기 구현예에 따른 액정 조성물은 필요에 따라서 유기 용매를 추가로 포함할 수 있다. 액정 조성물에 유기 용매가 포함됨으로써, 액정 조성물을 필름과 같은 기재 상에 도포(코팅)하기가 용이해진다.

상기 유기 용매는 특별히 한정되는 것은 아니고, 당업계에 알려진 통상의 것을 사용할 수 있다. 이의 비제한적인 예로는, 시클로헥산, 시클로펜탄, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 부틸벤젠 등의 탄화수소류; 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논 등의 케톤류, 아세트산에틸, 에틸렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 감마-부티로락톤 등의 에스테르류; 2-피롤리돈, N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드 등의 아미드류; 클로로포름, 디클로로메탄, 사염화탄소, 디클로로에탄, 테트라클로로에탄, 케트라클로로에틸렌, 클로로벤젠 등의 할로겐류; t-부틸알콜, 디아세톤알콜, 글리세린, 모노아세틴, 에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 헥실렌글리콜, 에틸렌글리콜모노메틸에테르 등의 알코올류; 페놀, 파라클로로페놀 등의 페놀류; 메톡시벤젠, 1,2-디메톡시벤젠, 디에틸렌글리콜 디메틸에테르, 에틸렌글리콜다이메틸에테르, 에 틸렌글리콜다이에틸에테르, 프로필렌글리콜다이메틸에테르, 프로필렌글리콜다이에틸에테르, 다이에틸렌글리콜다이메틸에테르, 다이에틸렌글리콜다이에틸에테르, 다이프로필렌글리콜다이메틸에테르, 다이프로필렌글리콜다이에틸에테르 등의 에테르류 등이 있다. 또한, 이들 유기 용매는 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 사용량은 특별히 한정하지 않는다.

본 발명의 상기 구현예에 따른 액정 조성물은 필요에 따라서 계면활성제를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 액정 조성물은 기타 첨가제로서 액정의 나선 구조 및 역방향 뒤틀림을 억제하는 카이럴 도펀드, 평준화 약품(leveling agent) 등을 포함할 수 있다.

한편, 본 발명은 또 다른 구현예에 따라, 상술한 액정 조성물을 이용하여 광학 필름을 제조 하는 방법을 제공한다. 구체적으로, 상기 광학 필름의 제조 방법은 상술한 액정 조성물을 기재 상에 도포하는 단계; 상기 액정 조성물로 도포된 기재를 건조하는 단계; 및 상기 건조된 기재를 경화 처리하는 단계를 포함한다.

이 때, 상술한 광학 필름은 기재 상에 광학 이방성층인 액정 필름이 형성된 것으로서, 상기 액정 필름에서의 액정 배향 상태는 액정 화합물의 종류 및 기타 추가로 포함되는 화합물의 종류 및 함량을 적절히 선택함으로써 조절될 수 있다. 한편, 상기 기재는 그 표면에 광학적으로 이방성인 액정 필름이 형성될 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다. 이러한 기재로는 고분자 필름, 금속, 또는 유리 등이 있다.

또한, 상기 기재는 액정 화합물 또는 액정 조성물을 이용하여 도포하기 전 에, 배향 처리되어 배향막이 형성된 것일 수도 있다. 상기 배향막 재료의 비제한적인 예로는, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐알콜 등이 있다.

한편, 상기 기재들 중 일부는 액정 화합물을 배향할 수 있는 충분한 성능을 보여서 그 자체를 바로 사용할 수도 있지만, 배향 성능의 향상을 위해, 액정 화합물 또는 액정 조성물의 도포 전에, 기재 표면을 러빙(rubbing), 연신, 편광 조사, 또는 비축면 광선 조사 처리한 후에, 사용할 수도 있다.

여기서, 러빙 처리는 기재에 직접 실시되거나, 기재 상에 미리 배향막을 형성하고 그 배향막을 러빙 처리하여 실시할 수 있다.

기재 상에 액정 조성물을 도포하는 것은 통상의 방법에 의해 이루어질 수 있다. 이의 비제한적인 예로, 스핀 코팅법(spin coating), 롤 코팅법(roll coating), 프린트법(printing), 침지 인상법(Dip-Drawing), 커튼 코팅법(curtain coating), 다이 코팅법(die coating), 딥 코팅법(dip coating), 바 코팅법(bar coating) 등이 있다.

상기 건조 과정은 통상의 방법에 의해 이루어질 수 있고, 건조 시에 액정 화합물을 배향시키거나 또는 건조 후 추가적인 가열에 의해 액정 화합물을 배향시키게 된다.

상기 경화 처리 과정은 도포(코팅)된 액정 조성물에 광선 조사 및/또는 열 처리하여 이루어질 수 있다. 이 과정에서 중합성 화합물의 중합성기에 의한 중합 반응이 일어나며, 액정 화합물은 배향이 고정된 상태로 기재에 결합되어 광학 이방성층인 액정 필름이 형성될 수 있다. 상기 경화 처리에 사용되는 광원의 종류는 특 별히 한정되지 않으며, 전자선, 자외선, 가시광선, 적외선 등일 수 있다. 이 때, 자외선을 이용하는 것이 바람직하며, 조사 에너지는 20mJ/cm² ~ 50J/cm² 범위에 있는 것이 바람직하다. 상기와 같은 범위의 조사 에너지로 자외선을 조사하는 경우, 조사 시간은 제약은 없으나, 1 분 이내로 경화 처리가 완료될 수 있다. 한편, 열 처리의 조건은 특별히 한정되지 않으나, 일반적으로 10 내지 200℃에서 3초 내지 30분 동안 수행될 수 있다.

상술한 구현예에 따른 제조 방법과는 다른 방법으로도 광학 필름을 제조할 수 있는데, 구체적으로 상기 액정 조성물을 박리성 필름 상에 도포하는 단계; 상기 액정 조성물로 도포된 박리성 필름을 건조하는 단계; 상기 건조된 박리성 필름을 경화 처리하여 액정 필름을 형성하는 단계; 및 상기 액정 필름을 기재에 전사시키는 단계를 포함한다.

이 때, 상기 방법은 액정 조성물을 박리성 필름 상에 도포한 후, 이를 건조, 경화 처리를 거친 다음 형성된 액정 필름을 점착제 또는 접착제를 이용하여 기재에 전사시켜 제조된다는 점에서만 차이가 있을 뿐, 기재 상에 직접 도포하여 제조 하는 방법과 건조, 경화 단계는 상술한 바와 같다.

한편, 상술한 방법으로 제조된 광학 필름은 광학 보상 필름, 또는 상기 광학 보상 필름을 사용한 편광판으로 사용될 수 있으며, 이들은 액정 디스플레이 장치에 설치될 수 있다. 바람직하게는 액정 디스플레이용 보상 필름에 사용될 수 있다.

본원의 방법으로 제조된 광학 필름은 시야각에 따른 색 변화를 최소화시킬 수 있고, 콘트라스트 비가 향상되고, 높은 굴절 이방성을 갖는다. 특히, 본 발명의 발명자들은 본 발명의 실시예에 따른 액정 화합물(액정 조성물)을 이용하여 제조한 광학 필름을 편광측정장치인 액소스캔(axosacn)을 이용하여 평균 경사각 β를 측정한 결과, 5° 내지 50° 로 나타나는 것을 확인할 수 있었다.

한편, 상술한 액정 디스플레이 장치는 TN 모드 디스플레이 장치, STN 모드 디스플레이 장치, 또는 OCB 모드 디스플레이 장치일 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따르면, 에틸렌기에 4개의 페닐이 도입된 테트라페닐에틸렌의 방사형 코어(core)를 포함하는 본원의 화학식 1로 표시되는 화합물 및 이를 사용함으로써, 시야각에 따른 색 변화를 최소화시킬 수 있고, 향상된 콘트라스트 비를 가지며, 높은 굴절 이방성을 갖는 광학 필름 및 이를 포함한 액정 디스플레이 장치의 제공이 가능하다.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[ 합성예 : 테트라페닐에틸렌의 방사형 core 합성]

Flame dried two-neck flask에 1.1 당량의 TiCl₄를 THF에 녹인 용액을 0℃로 온도를 낮추고, 2.2 당량의 Zn powder 그리고 0.89 당량의 pyridine을 차례로 첨가하였다. 이 혼합용액에 4,4'-dimethoxybenzophenone을 THF와 DCM에 녹인 용액을 천천히 첨가하고, 60℃에서 20시간 반응시켰다. 용액의 온도를 상온으로 낮추고, 10% K₂CO₃ 그리고 물을 차례로 첨가하고 DCM을 이용하여 추출하였다. Flash chromatography를 이용하여 생성물을 정제하였다. 이렇게 얻어진 화합물을 다시 DCM에 용해시키고, 용액 온도를 -60℃로 낮추었다. 여기에 5.0 당량의 BBr₃를 천천히 첨가하고 같은 온도에서 1시간 반응시킨 후, 상온에서 16시간 더 반응을 진행하였다. 반응이 끝난 용액을 0℃로 온도를 낮추고 물을 방울방울 첨가하고, 생성된 고체를 걸러, 물과 DCM을 이용하여 차례로 씻었다. 얻어진 고체를 EtOH/water로 재결정 정제하여 core 화합물을 얻었다.

¹HNMR (500MHz, acetone-d6): δ6.59 (d, 8H), 6.83 (d, 8H), 8.20(s, 4H).

[ 제조예 : 액정 화합물의 합성]

제조예 1 : 액정 화합물 1의 합성

4-(4-Hydroxy phenyl)benzoic acid를 EtOH에 녹인 용액에 2.5 당량의 KOH와 물을 첨가하고 혼합 용액의 온도를 80℃로 맞추었다. 이 용액에 1.2 당량의 6-bromo hexanol을 천천히 첨가하고 20시간 동안 반응을 진행하였다. 생성된 고체를 거르고 hexane으로 씻었다. 이렇게 얻어진 화합물을 DMAc(디메틸아세트아미드)에 녹이고 여기에 1.2 당량의 acryloyl chloride를 첨가하고 3시간 반응시켰다. 반응이 끝난 용액에 과량의 물을 첨가하고 생성된 고체를 거르고, 여러 번 물로 씻어주고 말렸다. 얻어진 고체를 DCM(디클로로메탄)/DMF(디메틸포름아미드)(중량비 10: 1)에 녹이고 EDC(1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)-carbodiimide Hydrochloride), DMAP(4-(Dimethylamino)pyridine)를 차례로 첨가하고 30분간 교반하였다. 이 용액에 합성예 1에서 합성한 core 화합물을 첨가하고 18시간 동안 반응시켰다. 반응 용액을 DCM을 이용하여 묽히고 물로 씻어준 다음 감압 증류기를 이용하여 용매를 제거하였다. Flash chromatography를 이용 정제하여 화합물 1을 얻었다.

¹HNMR (500MHz, CDCl₃): δ1.45~1.58(m, 16H), 1.72(m, 8H), 1.83(m, 8H), 4.02(t, 8H), 4.10(t, 8H), 5.82(dd, 4H), 6.14(dd, 4H), 6.42(dd, 4H), 6.99(d, 8H), 7.08(d, 8H), 7.19(d, 8H), 7.59(d, 8H), 7.67(d, 8H), 8.24(d, 8H).

네마틱상 온도 범위: 145℃ ~ 156℃

제조예 2 : 액정 화합물 2의 합성

2.4 당량의 4-(4-heptyloxyphenyl)benzoic acid와 2.4 당량의 4-(4-acryloyloxyhexyloxyphenyl)benzoic acid을 DMF에 녹인 용액에 5.2 당량의 EDC, 0.2 당량의 DMAP를 넣고 30분간 교반하였다.

이 혼합용액에 합성예 1에서 합성한 core 화합물을 첨가하고 이틀간 반응을 보냈다. 합성예 2와 마찬가지 방법으로 정제를 거쳐 액정 화합물 2를 얻었다.

¹HNMR (500MHz, CDCl₃): δ0.90(t, 6H), 1.31~1.40(m, 12H), 1.47~1.56(m, 12H), 1.72(m, 4H), 1.85(m, 8H), 4.03(m, 8H), 4.20(t, 4H), 5.83(dd, 2H), 6.14(dd, 2H), 6.41(dd, 2H), 7.00(d, 8H), 7.08(d, 8H), 7.19(d, 8H), 7.60(d, 8H), 7.68(d, 8H), 8.13(d, 8H).

네마틱상 온도범위: 175℃ ~ 185℃

[ 실시예 : 광학 필름의 형성]

실시예 1: 제조예 1에 따른 액정 화합물 1을 이용한 광학 필름 준비

LDC glass 위에 PVA 배향막을 코팅한 다음, rubbing 하여 pretilt된 배향막을 준비하였다. 이 배향막 위에 제조예 1에서 준비한 액정 화합물 1과 Irgacure651을 메틸에틸케톤에 녹인 용액을 bar 코팅을 이용하여 필름을 형성하였다. 이 필름을 110℃ 조건에서 1분간 건조하여, 광학 필름을 얻었다.

실시예 2: 제조예 2에 따른 액정 화합물 2을 이용한 광학 필름 준비

액정 화합물 1 대신 액정 화합물 2를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.

[ 실험예 : 광학 필름의 두께 측정 및 평균 경사각 β 측정]

실시예 1 및 실시예 2에 따라 준비된 광학 필름을 Micrometer(제조사:Mitutoyo)로 두께를 측정하였고, 편광측정장치인 액소스캔(axoscan) (제조사: Axometrics)을 이용하여 평균 경사각 β를 측정하였다. 그리고 측정 결과는 하기 표 1에 기재하였다.

	필름 두께(㎛)	평균 경사각 β
실시예 1	2.1	23°
실시예 2	1.9	21°

상기 표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 본원의 액정 화합물 또는 이를 포함하는 액정 조성물을 이용하여 제조된 광학 필름은 편광측정장치인 액소스캔(axoscan)을 이용하여 측정한 평균 경사각 β 값이 5° 내지 50°로, 시야각에 따른 색변화를 최소화 할 수 있어, 액정 디스플레이 장치의 제조에 관한 산업 분야에 널리 응용될 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims

하기 화학식 1로 표시되는 화합물:

화학식 1

상기 화학식 1에서,

A¹ 내지 A¹²는 각각 독립적으로 -H 또는 화학식
로 표시되는 치환기이고, 이때 A¹ 내지 A¹² 중 하나 이상은 m≠0인 화학식
로 표시되는 치환기이며;

B는 -O-, -NH-, -(CH₂)_n-, -O(CH₂)_nO-, -NH(CH₂)_nNH-, -O(CH₂)_nNH-, -NH(CH₂)_nO-, -CH=CH-, -C≡C-, -C(=O)O-, -OC(=O)-, 또는 -C(=O)- 이고, n은 0~6의 정수이며;

환C는
,
, 또는
이며;

Q¹ 내지 Q¹²는 각각 독립적으로 -H, -F, -Cl, -Br, -I, -CN, -CF₃, -OH, C₁~C₁₂의 알킬기, C₁~C₁₂의 알콕시기, 또는 화학식 -D³-E²-D⁴-G²로 표시되는 치환기이며;

m은 0~2의 정수이며;

D¹, D², D³ 및 D⁴는 각각 독립적으로 -O-, -NH-, 또는 -(CH₂)_p- 이고, p은 0~5의 정수이며;

E¹ 및 E²는 각각 독립적으로 C₁~C₁₂의 알킬렌, C₂~C₁₂의 알케닐렌, -(CH₂CH₂O)_q-, -(CH₂CHCH₃O)_q-, 또는 -(CHCH₃CH₂O)_q- 이고, q는 1~5의 정수이며;

G¹ 및 G²는 각각 독립적으로 -H,
, 또는
이며;

V는 -H, -CH₃, -CH₂CH₃, -F, -Cl, -Br, 또는 -CF₃ 이다.
제1항에 있어서, 상기 E¹ 및 E²에서 C₂~C₁₂ 의 알케닐렌은 -CH=CH-, -CH=CCH₃-, -CH₂CH=CH-, -CH=CHCH₂CH₂-, -CH₂CH=CHCH₂-, -CH₂CH₂CH=CH-, -CH=CHCH₂CH₂CH₂-, -CH₂CH=CHCH₂CH₂-, -CH₂CH₂CH=CHCH₂-, 또는 -CH₂CH₂CH₂CH=CH-인 화 합물.
제 1 항에 있어서,

상기 B는 -OC(=O)- 이고;

환C는
, 또는
인 화합물.
제 1항에 있어서,

상기 A¹=A⁷, A²=A⁸, A³=A⁹, A⁴=A¹⁰, A⁵=A¹¹, A⁶=A¹² 인 화합물.
제4항에 있어서,

상기 A²=A⁸, A⁵=A¹¹이고, 상기A¹, A³, A⁴, A⁶,A⁷, A⁹, A¹⁰, A¹²는 -H 인 화합물.
제 4항에 있어서, 상기 화합물은

;

;

;

;

;

;

;

;

;

; 및

로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 화합물.
하기 화학식 2로 표현되는 화합물 2 분자를 결합 반응시켜, 하기 화학식 3으로 표현되는 화합물을 형성하는 단계;

상기 화학식3으로 표현되는 화합물의 알콕시기를 하이드록시기로 치환하여, 하기 화학식 4로 표현되는 코어 화합물을 준비하는 단계; 및

상기 하기 화학식 4로 표현되는 코어 화합물의 하이드록시기를
로 치환하는 단계를 포함하는 상기 제1항의 화학식1로 표 시되는 액정 화합물의 제조 방법.

화학식 2

화학식 3

화학식 4

단, 상기 화학식 2에서, X¹ 내지 X⁶은 각각 독립적으로 수소, 또는 탄소수 1 내지 3 의 알콕시기이고,

상기 화학식 3에서 Y¹ 내지 Y¹²는 각각 독립적으로 수소, 또는 탄소수 1 내지 3의 알콕시기이며,

상기 화학식 4에서 Z¹ 내지 Z¹²는 각각 독립적으로 수소, 또는 하이드록시기이다.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 따른 화합물의 1종 이상을 포함하는 액정 조성물.
제 8항에 있어서, 상기 화합물은 전체 액정 조성물 중 0.1 내지 99.9 중량% 포함되는 액정 조성물.
제 8항에 있어서, 상기 액정 조성물은 비닐기, 비닐옥시기, 아크릴기, 및 메타크릴기로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 관능기를 갖는 중합성 액정 화합물; 상기 관능기를 갖는 중합성 비액정 화합물; 및 상기 관능기를 갖는 폴리머로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 화합물을 추가로 포함하는 액정 조성물.
제 8항에 있어서, 상기 액정 조성물은 벤조일에테르, 벤조일이소부틸에테르, 벤조일이소프로필에테르, 벤조페논, 아세토페논, 4-벤조일-4′-메틸디페닐설파이드, 벤질메틸케탈, 디메틸아미노메틸벤조에이트, 3,3′-디메틸-4-메톡시벤조페논, 메틸벤조일포메이트, 2-메틸-1-(4-메틸티오)페닐)-2-폴포리닐프로판-1-온, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-폴포리노페닐)-부탄-1-온, 1-히드록시시클로헥실 페닐 케톤, 및 Irgacure 계열로 이루어진 광반응 개시제 군에서 선택되는 하나 이상을, 전체 액정 조성물 100 중량부에 대해 0.001 내지 20 중량부로 포함하는 액정 조성물.
제 8항에 있어서, 상기 액정 조성물은 유기 용매, 또는 계면활성제, 또는 유기 용매와 계면활성제의 혼합물을 더 포함하는 액정 조성물.
제 8항에 따른 액정 조성물을 기재 상에 도포하는 단계;

상기 액정 조성물로 도포된 기재를 건조하는 단계; 및

상기 건조된 기재를 경화 처리하는 단계를 포함하는 광학 필름 제조 방법.
제 8항에 따른 액정 조성물을 박리성 필름 상에 도포하는 단계;

상기 액정 조성물로 도포된 박리성 필름을 건조하는 단계;

상기 건조된 박리성 필름을 경화 처리하여 액정 필름을 형성하는 단계; 및

상기 액정 필름을 기재에 전사시키는 단계를 포함하는 광학 필름 제조 방법.
제 13항에 있어서, 상기 액정 조성물을 기재 상에 도포하기 전에, 상기 기재 는 배향 처리되어 배향막을 포함하는 것인 광학 필름 제조 방법.
제 13항 또는 제 14항에 있어서, 상기 도포 단계는 스핀 코팅법, 롤 코팅법, 프린트법, 침지 인상법, 커튼 코팅법, 다이 코팅법, 딥 코팅법, 또는 바 코팅법으로 행하는 것인 광학 필름 제조 방법.
제 13항 또는 제 14항에 있어서, 상기 건조 단계 후 추가적인 가열단계를 더 포함하는 광학 필름 제조 방법.
제 13항 또는 제 14항에 있어서, 상기 경화 처리 단계는 20mJ/cm² 내지 50J/cm² 의 세기의 자외선을 조사하여 행하거나, 10 내지 200℃의 온도에서 3초 내지 30분 동안 열처리하여 행하는 것인 광학 필름 제조 방법.
제 8항에 따른 액정 조성물을 이용하여 제조된 광학 필름.
제 19항에 있어서, 상기 광학 필름은 액정 디스플레이용 보상 필름인 광학 필름.
제 19항에 있어서, 상기 광학 필름은 편광측정장치인 액소 스캔(axoscan)을 이용하여 측정한 평균 경사각 β가 5° 내지 50°인 광학 필름.
제 19항의 광학 필름을 포함하는 액정 디스플레이 장치.
제 19항에 있어서, 상기 액정 디스플레이 장치는 TN 모드 디스플레이 장치, STN 모드 디스플레이 장치 및 OCB 모드 디스플레이 장치 중에서 선택되는 것이 특징인 액정 디스플레이 장치.