KR20180109930A - 액정 조성물 및 액정 표시 소자 - Google Patents

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chlorine
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마사유키 사이토
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제이엔씨 주식회사
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Abstract

높은 상한 온도, 낮은 하한 온도, 작은 점도, 큰 광학 이방성, 음(-)으로 큰 유전율 이방성 등의 특성에 있어서, 적어도 1개의 특성을 충족하거나, 또는 적어도 2개의 특성에 대하여 적절한 밸런스를 가지는 액정 조성물, 및 이 조성물을 포함하는 AM 소자를 제공한다.
제1 성분으로서 작은 점도 또는 낮은 하한 온도를 가지는 특정한 화합물, 제2 성분으로서 큰 광학 이방성 및 음(-)의 유전율 이방성을 가지는 특정한 화합물, 제3 성분으로서 높은 상한 온도 또는 작은 점도를 가지는 특정한 화합물, 제4 성분으로서 음의 유전율 이방성 또는 낮은 하한 온도를 가지는 특정한 화합물, 또는 첨가물 성분으로서 중합성기를 가지는 특정한 화합물을 함유할 수도 있는 액정 조성물이다.

Description

액정 조성물 및 액정 표시 소자
본 발명은, 액정 조성물, 이 조성물을 함유하는 액정 표시 소자 등에 관한 것이다. 특히, 유전율 이방성이 음(-)인 액정 조성물, 및 이 조성물을 함유하고, IPS, VA, FFS, FPA등 의 모드를 가지는 액정 표시 소자에 관한 것이다. 고분자 지지 배향형의 액정 표시 소자에도 관한 것이다.
액정 표시 소자에 있어서, 액정 분자의 동작 모드에 기초한 분류는, PC(phase change), TN(twisted nematic), STN(super twisted nematic), ECB(electrically controlled birefringence), OCB(optically compensated bend), IPS(in-plane switching), VA(vertical alignment), FFS(fringe field switching), FPA(field-induced photo-reactive alignment) 등의 모드이다. 소자의 구동 방식에 기초한 분류는, PM(passive matrix)과 AM(active matrix)이다. PM은, 스태틱(static), 멀티플렉스(multiplex) 등으로 분류되며, AM은, TFT(thin film transistor), MIM(metal insulator metal) 등으로 분류된다. TFT의 분류는 비정질 실리콘(amorphous silicon) 및 다결정 실리콘(polycrystal silicon)이다. 후자는 제조 공정에 따라 고온형과 저온형으로 분류된다. 광원에 기초한 분류는, 자연광을 이용하는 반사형, 백라이트를 이용하는 투과형, 그리고 자연광과 백라이트의 양쪽을 이용하는 반투과형이다.
액정 표시 소자는 네마틱상을 가지는 액정 조성물을 함유한다. 이 조성물은 적절한 특성을 가진다. 이 조성물의 특성을 향상시킴으로써, 양호한 특성을 가지는AM 소자를 얻을 수 있다. 2개의 특성에서의 관련을 다음의 표 1에 정리하여 나타내었다. 조성물의 특성을 시판되고 있는 AM 소자에 기초하여 추가로 설명한다. 네마틱상의 온도 범위는, 소자를 사용할 수 있는 온도 범위와 관련이 있다. 네마틱상의 바람직한 상한 온도는 약 70℃ 이상이며, 그리고 네마틱상의 바람직한 하한 온도는 약 -10℃ 이하이다. 조성물의 점도는 소자의 응답 시간과 관련이 있다. 소자로 동영상을 표시하기 위하여서는 짧은 응답 시간이 바람직하다. 1밀리초라도 보다 짧은 응답 시간이 바람직하다. 따라서, 조성물에서의 작은 점도가 바람직하다. 낮은 온도에서의 작은 점도는 더욱 바람직하다.
[표 1] 조성물과 AM 소자에서의 특성
Figure pct00001
조성물의 광학 이방성은, 소자의 콘트라스트비와 관련이 있다. 소자의 모드에 따라, 큰 광학 이방성 또는 작은 광학 이방성, 즉 적절한 광학 이방성이 필요하다. 조성물의 광학 이방성(Δn)과 소자의 셀 갭(d)의 곱(Δn×d)은, 콘트라스트비를 최대로 하도록 설계된다. 적절한 곱의 값은 동작 모드의 종류에 의존한다. 이 값은, VA 모드의 소자에서는 약 0.30㎛∼약 0.40㎛의 범위이며, IPS 모드 또는 FFS 모드의 소자에서는 약 0.20㎛∼약 0.30㎛의 범위이다. 이들의 경우에, 작은 셀 갭의 소자에는 큰 광학 이방성을 가지는 조성물이 바람직하다. 조성물에서의 큰 유전율 이방성은, 소자에서의 낮은 임계값 전압, 작은 소비 전력과 큰 콘트라스트비에 기여한다. 따라서, 큰 유전율 이방성이 바람직하다. 조성물에서의 큰 비저항은, 소자에서의 큰 전압 유지율과 큰 콘트라스트비에 기여한다. 따라서, 초기 단계에 있어서 실온에서 뿐만 아니라 네마틱상의 상한 온도에 가까운 온도에서도 큰 비저항을 가지는 조성물이 바람직하다. 장시간 사용한 후, 실온에서 뿐만 아니라 네마틱상의 상한 온도에 가까운 온도에서도 큰 비저항을 가지는 조성물이 바람직하다. 자외선 및 열에 대한 조성물의 안정성은, 소자의 수명과 관련이 있다. 이 안정성이 높을 때, 소자의 수명은 길다. 이와 같은 특성은, 액정 프로젝터, 액정 TV 등에 사용하는 AM 소자에 바람직하다.
고분자 지지 배향(PSA; polymer sustained alignment)형의 액정 표시 소자에서는, 중합체를 함유하는 액정 조성물이 사용된다. 먼저, 소량의 중합성 화합물을 첨가한 조성물을 소자에 주입한다. 다음으로, 이 소자의 기판의 사이에 전압을 인가하면서, 조성물에 자외선을 조사한다. 중합성 화합물은 중합되어, 조성물 중에 중합체의 그물눈 구조를 생성한다. 이 조성물에서는, 중합체에 의해 액정 분자의 배향을 제어하는 것이 가능하게 되므로, 소자의 응답 시간이 단축되어, 화상의 소부(燒付)가 개선된다. 중합체의 이와 같은 효과는, TN, ECB, OCB, IPS, VA, FFS, FPA와 같은 모드를 가지는 소자에 기대할 수 있다.
TN 모드를 가지는 AM 소자에 있어서는 양의 유전율 이방성을 가지는 조성물이 사용된다. VA 모드를 가지는 AM 소자에 있어서는 음의 유전율 이방성을 가지는 조성물이 사용된다다. IPS 모드 또는 FFS 모드를 가지는 AM 소자에 있어서는 양 또는 음의 유전율 이방성을 가지는 조성물이 사용된다. 고분자 지지 배향형의 AM 소자에 있어서는 양 또는 음의 유전율 이방성을 가지는 조성물이 사용된다. 본원 제1 성분의 예는 하기 특허문헌 1∼4에 개시되어 있다.
일본공개특허 평 9-77692호 공보 일본공개특허 평 10-114690호 공보 일본공개특허 평 11-140447호 공보 일본공개특허 제2011-89013호 공보
본 발명의 하나의 목적은, 네마틱상의 높은 상한 온도, 네마틱상의 낮은 하한 온도, 작은 점도, 큰 광학 이방성, 음으로 큰 유전율 이방성, 큰 비저항, 자외선에 대한 높은 안정성, 열에 대한 높은 안정성등의 특성에 있어서, 적어도 1개의 특성을 충족하는 액정 조성물이다. 다른 목적은, 적어도 2개의 특성의 사이에서 적절한 밸런스를 가지는 액정 조성물이다. 다른 목적은, 이와 같은 조성물을 함유하는 액정 표시 소자이다. 다른 목적은, 짧은 응답 시간, 큰 전압 유지율, 낮은 임계값 전압, 큰 콘트라스트비, 긴 수명 등의 특성을 가지는 AM 소자이다.
본 발명은, 제1 성분으로서 식(1)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 적어도 1개의 화합물, 및 제2 성분으로서 식(2)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 적어도 1개의 화합물을 함유하고, 그리고 네마틱상 및 음의 유전율 이방성을 가지는 액정 조성물, 및 이 조성물을 함유하는 액정 표시 소자이다.
Figure pct00002
여기서, R1 및 R2는 독립적으로, 탄소수 2∼12의 알케닐이며; R3 및 R4는 독립적으로, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬이며; 환 A 및 환 C는 독립적으로, 1,4-페닐렌, 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 1,4-페닐렌이며, 환 B는, 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌, 2-클로로-3-플루오로-1,4-페닐렌, 또는 2,3-디플루오로-5-메틸-1,4-페닐렌이며; Z1 및 Z2는 독립적으로, 단결합, 에틸렌, 카르보닐옥시, 또는 메틸렌옥시이며; a는, 0, 1, 2이며; b는, 0 또는 1이며; a와 b의 합은 3 이하이다.
본 발명의 하나의 장점은, 네마틱상의 높은 상한 온도, 네마틱상의 낮은 하한 온도, 작은 점도, 큰 광학 이방성, 음으로 큰 유전율 이방성, 큰 비저항, 자외선에 대한 높은 안정성, 열에 대한 높은 안정성등의 특성에 있어서, 적어도 1개의 특성을 충족하는 액정 조성물이다. 다른 장점은, 적어도 2개의 특성의 사이에서 적절한 밸런스를 가지는 액정 조성물이다. 다른 장점은, 이와 같은 조성물을 함유하는 액정 표시 소자이다. 다른 장점은, 짧은 응답 시간, 큰 전압 유지율, 낮은 임계값 전압, 큰 콘트라스트비, 긴 수명 등의 특성을 가지는 AM 소자이다.
본 명세서에서의 용어의 사용법은 다음과 같다. 「액정 조성물」 및 「액정 표시 소자」의 용어를 각각 「조성물」 및 「소자」로 약칭하는 경우가 있다. 「액정 표시 소자」는 액정 표시 패널 및 액정 표시 모듈의 총칭이다. 「액정성 화합물」은, 네마틱상, 스멕틱상 등의 액정상을 가지는 화합물 및 액정상을 가지고 있지 않지만, 네마틱상의 온도 범위, 점도, 유전율 이방성과 같은 특성을 조절할 목적으로서 조성물에 혼합되는 화합물의 총칭이다. 이 화합물은, 예를 들면, 1,4-시클로헥실렌이나 1,4-페닐렌과 같은 6원환을 가지고, 그 분자 구조는 봉형(棒形)(rod like)이다. 「중합성 화합물」은, 조성물 중에 중합체를 생성시킬 목적으로 첨가하는 화합물이다.
액정 조성물은, 복수의 액정성 화합물을 혼합함으로써 조제된다. 액정성 화합물의 비율(함유량)은, 이 액정 조성물의 총량을 기준으로 한 중량백분율(중량%)로 표시된다. 이 액정 조성물에, 광학 활성 화합물, 산화 방지제, 자외선 흡수제, 색소, 소포제, 중합성 화합물, 중합 개시제, 중합 금지제와 같은 첨가물이 필요에 따라 첨가된다. 첨가물의 비율(첨가량)은, 액정성 화합물의 비율과 마찬가지로, 액정 조성물의 총량을 기준으로 한 중량백분율(중량%)로 표시된다. 중량백만분율(ppm)이 사용되는 경우도 있다. 중합 개시제 및 중합 금지제의 비율은, 예외적으로 중합성 화합물의 총량을 기준으로 하여 표시된다.
「네마틱상의 상한 온도」를 「상한 온도」로 약칭하는 경우가 있다. 「네마틱상의 하한 온도」를 「하한 온도」로 약칭하는 경우가 있다. 「비저항이 크다」는, 조성물이 초기 단계에 있어서 실온에서 뿐만 아니라 네마틱상의 상한 온도에 가까운 온도에서도 큰 비저항을 가지고, 그리고 장시간 사용한 후 실온에서 뿐만 아니라 네마틱상의 상한 온도에 가까운 온도에서도 큰 비저항을 가지는 것을 의미한다. 「전압 유지율이 크다」는, 소자가 초기 단계에 있어서 실온에서 뿐만 아니라 네마틱상의 상한 온도에 가까운 온도에서도 큰 전압 유지율을 가지고, 그리고 장시간 사용한 후 실온에서 뿐만 아니라 네마틱상의 상한 온도에 가까운 온도에서도 큰 전압 유지율을 가지는 것을 의미한다. 「유전율 이방성을 높인다」의 표현은, 유전율 이방성이 양인 조성물일 때는, 그 값이 양으로 증가하는 것을 의미하고, 유전율 이방성이 음인 조성물일 때는, 그 값이 음으로 증가하는 것을 의미한다.
식(1)으로 표시되는 화합물을 「화합물(1)」로 약칭하는 경우가 있다. 식(2)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 적어도 1개의 화합물을 「화합물(2)」로 약칭하는 경우가 있다. 「화합물(1)」은, 식(1)으로 표시되는 1개의 화합물, 2개의 화합물의 혼합물 또는 3개 이상의 화합물의 혼합물을 의미한다. 다른 식으로 표시되는 화합물에 대해서도 동일하다. 「적어도 1개의 'A'」의 표현은, 'A'의 수는 임의의 것을 의미한다. 「적어도 1개의 'A'는, 'B'로 치환될 수도 있다」의 표현은, 'A'의 수가 1이 때, 'A'의 위치는 임의이며, 'A'의 수가 2개 이상일 때도, 이들 위치는 제한없이 선택할 수 있다. 이 룰은, 「적어도 1개의 'A'가, 'B'로 치환된」의 표현에도 적용된다.
성분 화합물의 화학식에 있어서, 말단기 R3의 기호를 복수의 화합물에 사용했다. 이들 화합물에 있어서, 임의의 2개의 R3이 나타내는 2개의 기는 동일할 수도 있고, 또는 상이할 수도 있다. 예를 들면, 화합물(2-1)의 R3가 에틸이며, 화합물(2-2)의 R3가 에틸인 케이스가 있다. 화합물(2-1)의 R3가 에틸이며, 화합물(2-2)의 R3가 프로필인 케이스도 있다. 이 룰은, 다른 말단기 등의 기호에도 적용된다. 식(3)에 있어서, c가 2일 때, 2개의 환 D가 존재한다. 이 화합물에 있어서, 2개의 환 D가 나타내는 2개의 환은, 동일할 수도 있고, 또는 상이할 수도 있다. 이 룰은, c가 2보다 클 때, 임의의 2개의 환 D에도 적용된다. 이 룰은, Z1, 환 A 등의 기호에도 적용된다. 이 룰은, 화합물(5-27)에서의 2개의 -Sp2-P5와 같은 경우에도 적용된다.
육각형으로 둘러싼 A, B, C 등의 기호는 각각 환 A, 환 B, 환 C 등의 6원환에 대응한다. 화합물(5)에 있어서, 육각형은 6원환 또는 축합환을 나타낸다. 이 육각형을 가로 지르는 사선은, 환 상(上)의 임의의 수소가 -Sp1-P1 등의 기로 치환될 수도 있는 것을 나타낸다. h 등의 첨자는, 치환된 기의 수를 나타낸다. 첨자가 0일 때, 이와 같은 치환은 없다. h가 2 이상일 때, 환 K 상에는 복수의 -Sp2-P2가 존재한다. -Sp2-P2가 나타내는 복수의 기는, 동일할 수도 있고, 또는 상이할 수도 있다.
2-플루오로-1,4-페닐렌은, 하기 2개의 2가의 기를 의미한다. 화학식에 있어서, 불소는 좌향(L)이라도 되고, 우향(R)이라도 된다. 이 룰은, 테트라하이드로피란-2,5-디일와 같은, 환으로부터 유도되는 좌우 비대칭인 2가의 기에도 적용된다. 이 룰은, 카르보닐옥시(-COO- 또는 -OCO-)와 같은 2가의 결합기에도 적용된다.
Figure pct00003
본 발명은, 하기 항 등이다.
항 1. 제1 성분으로서 식(1)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 적어도 1개의 화합물, 및 제2 성분으로서 식(2)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 적어도 1개의 화합물을 함유하고, 그리고 네마틱상 및 음의 유전율 이방성을 가지는 액정 조성물.
Figure pct00004
여기서, R1 및 R2는 독립적으로, 탄소수 2∼12의 알케닐이며; R3 및 R4는 독립적으로, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬이며; 환 A 및 환 C는 독립적으로, 1,4-페닐렌, 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 1,4-페닐렌이며, 환 B는, 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌, 2-클로로-3-플루오로-1,4-페닐렌, 또는 2,3-디플루오로-5-메틸-1,4-페닐렌이며; Z1 및 Z2는 독립적으로, 단결합, 에틸렌, 카르보닐옥시, 또는 메틸렌옥시이며; a는, 0, 1, 2이며; b는, 0 또는 1이며; a와 b의 합은 3 이하이다.
항 2. 제1 성분으로서 식(1-1)∼식(1-10)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 적어도 1개의 화합물을 함유하는 항 1에 기재된 액정 조성물.
Figure pct00005
항 3. 액정 조성물의 총량을 기준으로, 제1 성분의 비율이 5중량%∼60중량%의 범위인, 항 1 또는 2에 기재된 액정 조성물.
항 4. 제2 성분으로서 식(2-1)∼식(2-9)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 적어도 1개의 화합물을 함유하는 항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물.
Figure pct00006
식(2-1)∼식(2-9)에 있어서, R3 및 R4는 독립적으로, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬이다.
항 5. 액정 조성물의 총량을 기준으로, 제2 성분의 비율이 5중량%∼50중량%의 범위인, 항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물.
항 6. 제3 성분으로서 식(3)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 적어도 1개의 화합물을 함유하는, 항 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물.
Figure pct00007
식(3)에 있어서, R5 및 R6는 독립적으로, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 탄소수 2∼12의 알케닐, 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 2∼12의 알케닐이며; 환 D 및 환 E는 독립적으로, 1,4-시클로헥실렌, 1,4-페닐렌, 2-플루오로-1,4-페닐렌, 또는 2,5-디플루오로-1,4-페닐렌이며; Z3는, 단결합, 에틸렌, 또는 카르보닐옥시이며; c는, 1, 2, 또는 3이며; 단, 식(1)으로 표시되는 화합물을 제외한다.
항 7. 제3 성분으로서 식(3-1)∼식(3-13)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 적어도 1개의 화합물을 함유하는, 항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물.
Figure pct00008
식(3-1)∼식(3-13)에 있어서, R5 및 R6는 독립적으로, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 탄소수 2∼12의 알케닐, 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 2∼12의 알케닐이며; 단, 식(1)으로 표시되는 화합물을 제외한다.
항 8. 액정 조성물의 중량을 기준으로, 제3 성분의 비율이 5중량%∼55중량%의 범위인, 항 6 또는 7에 기재된 액정 조성물.
항 9. 제4 성분으로서 식(4)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 적어도 1개의 화합물을 함유하는, 항 1 내지 8 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물.
Figure pct00009
식(4)에 있어서, R7 및 R8은 독립적으로, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬이며; 환 F 및 환 I는 독립적으로, 1,4-시클로헥실렌, 1,4-시클로헥세닐렌, 테트라하이드로피란-2,5-디일, 1,4-페닐렌, 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 1,4-페닐렌, 나프탈렌-2,6-디일, 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 나프탈렌-2,6-디일, 크로만-2,6-디일, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 크로만-2,6-디일이며; 환 G는, 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌, 2-클로로-3-플루오로-1,4-페닐렌, 2,3-디플루오로-5-메틸-1,4-페닐렌, 3,4,5-트리플루오로나프탈렌-2,6-디일, 또는 7,8-디플루오로크로만-2,6-디일이며; Z4 및 Z5는 독립적으로, 단결합, 에틸렌, 카르보닐옥시, 또는 메틸렌옥시이며; d는, 1, 2, 또는 3이며; e는, 0 또는 1이며; d와 e의 합은 1 내지 3이며; 단, 식(2)으로 표시되는 화합물을 제외한다.
항 10. 제4 성분으로서 식(4-1)∼식(4-16)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 적어도 1개의 화합물을 함유하는, 항 1 내지 9 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물.
Figure pct00010
Figure pct00011
식(4-1)∼식(4-16)에 있어서, R7 및 R8은 독립적으로, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬이다.
항 11. 액정 조성물의 중량을 기준으로, 제4 성분의 비율이 15중량%∼70중량%의 범위인, 항 9 또는 10에 기재된 액정 조성물.
항 12. 첨가물 성분으로서 식(5)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 적어도 1개의 중합성 화합물을 함유하는, 항 1 내지 11 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물.
Figure pct00012
식(5)에 있어서, 환 J 및 환 L은 독립적으로, 시클로헥실, 시클로헥세닐, 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 테트라하이드로피란-2-일, 1,3-디옥산-2-일, 피리미딘-2-일, 또는 피리딘-2-일이며, 이들 환에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소, 염소, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬로 치환될 수도 있고; 환 K는, 1,4-시클로헥실렌, 1,4-시클로헥세닐렌, 1,4-페닐렌, 나프탈렌-1,2-디일, 나프탈렌-1,3-디일, 나프탈렌-1,4-디일, 나프탈렌-1,5-디일, 나프탈렌-1,6-디일, 나프탈렌-1,7-디일, 나프탈렌-1,8-디일, 나프탈렌-2,3-디일, 나프탈렌-2,6-디일, 나프탈렌-2,7-디일, 테트라하이드로피란-2,5-디일, 1,3-디옥산-2,5-디일, 피리미딘-2,5-디일, 또는 피리딘-2,5-디일이며, 이들 환에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소, 염소, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬로 치환될 수도 있고; Z6 및 Z7은 독립적으로, 단결합 또는 탄소수 1∼10의 알킬렌이며, 이 알킬렌에 있어서, 적어도 1개의 -CH2-는, -O-, -CO-, -COO-, 또는 -OCO-로 치환될 수도 있고, 적어도 1개의 -CH2-CH2-는, -CH=CH-, -C(CH3)=CH-, -CH=C(CH3)-, 또는 -C(CH3)=C(CH3)-로 치환될 수도 있고, 이들 기에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소 또는 염소로 치환될 수도 있고; P1, P2, 및 P3는 독립적으로, 중합성기이며; Sp1, Sp2, 및 Sp3는 독립적으로, 단결합, 또는 탄소수 1∼10의 알킬렌이며, 이 알킬렌에 있어서, 적어도 1개의 -CH2-는, -O-, -COO-, -OCO-, 또는 -OCOO-로 치환될 수도 있고, 적어도 1개의 -CH2-CH2-는, -CH=CH- 또는 -C≡C-로 치환될 수도 있고, 이들 기에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소 또는 염소로 치환될 수도 있고; f는, 0, 1, 또는 2이며; g, h, 및 i는 독립적으로, 0, 1, 2, 3, 또는 4이며; 그리고 g, h, 및 i의 합은, 1 이상이다.
항 13. 식(5)에 있어서, P1, P2, 및 P3가 독립적으로, 식(P-1)∼식(P-6)으로 표시되는 기의 군으로부터 선택된 중합성기인 항 12에 기재된 액정 조성물.
Figure pct00013
식(P-1)∼식(P-6)에 있어서, M1, M2, 및 M3는 독립적으로, 수소, 불소, 탄소수 1∼5의 알킬, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼5의 알킬이며;
식(4)에 있어서, g개의 P1 및 i개의 P3가 모두, 식(P-4)으로 표시되는 기일 때, g개의 Sp1 및 i개의 Sp3 중 적어도 1개는, 적어도 1개의 -CH2-가, -O-, -COO-, -OCO-, 또는 -OCOO-로 치환된 알킬렌이다.
항 14. 첨가물 성분으로서 식(5-1)∼식(5-27)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 적어도 1개의 중합성 화합물을 함유하는, 항 1 내지 13 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물.
Figure pct00014
Figure pct00015
Figure pct00016
식(5-1)∼식(5-27)에 있어서, P4, P5, 및 P6는 독립적으로, 식(P-1)∼식(P-3)으로 표시되는 기의 군으로부터 선택된 중합성기이며;
Figure pct00017
식(P-1)∼식(P-3)에 있어서, M1, M2, 및 M3는 독립적으로, 수소, 불소, 탄소수 1∼5의 알킬, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼5의 알킬이며;
식(5-1)∼식(5-27)에 있어서, Sp1, Sp2, 및 Sp3는 독립적으로, 단결합, 또는 탄소수 1∼10의 알킬렌이며, 이 알킬렌에 있어서, 적어도 1개의 -CH2-는, -O-, -COO-, -OCO-, 또는 -OCOO-로 치환될 수도 있고, 적어도 1개의 -CH2-CH2-는, -CH=CH- 또는 -C≡C-로 치환될 수도 있고, 이들 기에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소 또는 염소로 치환될 수도 있다.
항 15. 액정 조성물의 총량을 기준으로, 첨가물 성분의 첨가 비율이 0.03중량%∼10중량%의 범위인, 항 12 내지 14 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물.
항 16. 항 1 내지 15 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물을 함유하는 액정 표시 소자.
항 17. 액정 표시 소자의 동작 모드가, IPS 모드, VA 모드, FFS 모드, 또는 FPA 모드이며, 액정 표시 소자의 구동 방식이 액티브 매트릭스 방식인, 항 16에 기재된 액정 표시 소자.
항 18. 항 1 내지 15 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물을 함유하고 있는, 또는 이 액정 조성물중의 중합성 화합물이 중합되어 있는, 고분자 지지 배향형의 액정 표시 소자.
항 19. 항 1 내지 15 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물의, 액정 표시 소자에서의 사용.
항 20. 항 1 내지 15 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물의, 고분자 지지 배향형의 액정 표시 소자에서의 사용.
본 발명은, 다음의 항도 포함한다. (a) 광학 활성 화합물, 산화 방지제, 자외선 흡수제, 색소, 소포제, 중합성 화합물, 중합 개시제, 중합 금지제 등의 첨가물 중 적어도 1개를 더욱 함유하는 상기한 조성물. (b) 상기한 조성물을 함유하는 AM 소자. (c) 중합성 화합물을 더욱 함유하는 상기한 조성물을 함유하는 고분자 지지 배향(PSA)형의 AM 소자. (d) 상기한 조성물을 함유하고, 이 조성물 중의 중합성 화합물이 중합되어 있는, 고분자 지지 배향(PSA)형의 AM 소자. (e) 상기한 조성물을 함유하고, 그리고 PC, TN, STN, ECB, OCB, IPS, VA, FFS, 또는 FPA의 모드를 가지는 소자. (f) 상기한 조성물을 함유하는 투과형의 소자. (g) 상기한 조성물을, 네마틱상을 가지는 조성물로서의 사용. (h) 상기한 조성물에 광학 활성 화합물을 첨가함으로써 광학 활성인 조성물로서의 사용.
본 발명의 조성물을 다음의 순서로 설명한다. 첫째로, 조성물에서의 성분 화합물의 구성을 설명한다. 둘째로, 성분 화합물이 주요한 특성, 및 이 화합물이 조성물에 미치는 주요한 효과를 설명한다. 셋째로, 조성물에서의 성분의 조합, 성분의 바람직한 비율 및 그 근거를 설명한다. 넷째로, 성분 화합물이 바람직한 형태를 설명한다. 다섯째로, 바람직한 성분 화합물을 나타낸다. 여섯째로, 조성물에 첨가할 수도 있는 첨가물을 설명한다. 일곱째로, 성분 화합물의 합성법을 설명한다. 마지막으로, 조성물의 용도를 설명한다.
첫째로, 조성물에서의 성분 화합물의 구성을 설명한다. 본 발명의 조성물은 조성물 A와 조성물 B로 분류된다. 조성물 A는, 화합물(1), 화합물(2), 화합물(3), 및 화합물(4)로부터 선택된 액정성 화합물 외에, 그 외의 액정성 화합물, 첨가물 등을 더욱 함유할 수도 있다. 「그 외의 액정성 화합물」은, 화합물(1), 화합물(2), 화합물(3), 화합물(4), 및 화합물(5)과는 상이한 액정성 화합물이다. 이와 같은 화합물은, 특성을 더욱 조정할 목적으로, 조성물에 혼합된다. 첨가물은, 광학 활성 화합물, 산화 방지제, 자외선 흡수제, 색소, 소포제, 중합성 화합물, 중합 개시제, 중합 금지제 등이다.
조성물 B는, 실질적으로 화합물(1), 화합물(2), 화합물(3), 및 화합물(4)으로부터 선택된 액정성 화합물만으로 이루어진다. 「실질적으로」는, 조성물이 첨가물을 함유할 수도 있지만, 그 외의 액정성 화합물을 함유하지 않는 것을 의미한다. 조성물 B는 조성물 A에 비교하여 성분의 수가 적다. 비용을 낮추는 관점에서, 조성물 B는 조성물 A보다 바람직하다. 그 외의 액정성 화합물을 혼합함으로써 특성을 더욱 조정할 수 있는 관점에서, 조성물 A는 조성물 B보다 바람직하다.
둘째로, 성분 화합물의 주요한 특성, 및 이 화합물이 조성물의 특성에 미치는 주요한 효과를 설명한다. 성분 화합물의 주요한 특성을 본 발명의 효과에 기초하여 표 2에 정리하여 나타내었다. 표 2의 기호에 있어서, L은 크거나 또는 높은 것을, M은 중간 정도의 것을, S는 작거나 또는 낮은 것을 의미한다. 기호 L, M, S는, 성분 화합물의 사이의 정성적(定性的)인 비교에 기초한 분류이며, 0(제로)은, 값이 제로이거나, 또는 값이 제로에 가까운 것을 의미한다.
[표 2] 화합물의 특성
Figure pct00018
성분 화합물을 조성물에 혼합했을 때, 성분 화합물이 조성물의 특성에 미치는 주요한 효과는 다음과 같다. 화합물(1)은, 점도를 낮추거나, 또는 하한 온도를 낮춘다. 화합물(2)은, 광학 이방성을 높이고, 그리고, 유전율 이방성을 높인다. 화합물(3)은, 상한 온도를 높이거나, 또는 점도를 낮춘다. 화합물(4)은, 유전율 이방성을 높이고, 그리고 하한 온도를 낮춘다. 화합물(5)은, 중합에 의해 중합체를 제공하고, 이 중합체는, 소자의 응답 시간을 단축하고, 그리고 화상의 소부를 개선한다.
셋째로, 조성물에서의 성분의 조합, 성분 화합물이 바람직한 비율 및 그 근거를 설명한다. 조성물에서의 성분의 바람직한 조합은, 제1 성분+제2 성분, 제1 성분+제2 성분+제3 성분, 제1 성분+제2 성분+ 제4 성분, 제1 성분+제2 성분+첨가물 성분, 제1 성분+제2 성분+제3 성분+ 제4 성분, 제1 성분+제2 성분+제3 성분+첨가물 성분, 제1 성분+제2 성분+제3 성분+ 제4 성분+첨가물 성분이다. 더욱 바람직한 조합은, 제1 성분+제2 성분+제3 성분+ 제4 성분, 제1 성분+제2 성분+제3 성분+ 제4 성분+첨가물 성분이다.
제1 성분의 바람직한 비율은, 점도를 낮추기 위하여 약 5중량% 이상이며, 유전율 이방성을 높이기 위하여 약 60중량% 이하이다. 더욱 바람직한 비율은 약 10중량%∼약 50중량%의 범위이다. 특히 바람직한 비율은 약 15중량%∼약 40중량%의 범위이다.
제2 성분의 바람직한 비율은, 광학 이방성 및 유전율 이방성을 높이기 위하여 약 5중량% 이상이며, 하한 온도를 낮추기 위하여 약 50중량% 이하이다. 더욱 바람직한 비율은 약 8중량%∼약 40중량%의 범위이다. 특히 바람직한 비율은 약 10중량%∼약 30중량%의 범위이다.
제3 성분의 바람직한 비율은, 상한 온도를 높이기 위하여 또는 점도를 낮추기 위하여 약 5중량% 이상이며, 유전율 이방성을 높이기 위하여 약 55중량% 이하이다. 더욱 바람직한 비율은 약 10중량%∼약 45중량%의 범위이다. 특히 바람직한 비율은 약 15중량%∼약 45중량%의 범위이다.
제4 성분의 바람직한 비율은, 유전율 이방성을 높이기 위하여 약 15중량% 이상이며, 점도를 낮추기 위하여 약 70중량% 이하이다. 더욱 바람직한 비율은 약 20중량%∼약 60중량%의 범위이다. 특히 바람직한 비율은 약 25중량%∼약 50중량%의 범위이다.
화합물(5)은, 고분자 지지 배향형의 소자에 적합시킬 목적으로, 조성물에 첨가된다. 이 첨가물 성분의 바람직한 비율은, 액정 분자를 배향시키기 위하여 약 0.03중량% 이상이며, 소자의 표시 불량을 방지하기 위하여 약 10중량% 이하이다. 더욱 바람직한 비율은, 약 0.1중량%∼약 2중량%의 범위이다. 특히 바람직한 비율은, 약 0.2중량%∼약 1.0중량%의 범위이다.
넷째로, 성분 화합물의 바람직한 형태를 설명한다. 식(1), 식(2), 식(3), 및 식(4)에 있어서, R1 및 R2는 독립적으로, 탄소수 2∼12의 알케닐이다. R3, R4, R7, 및 R8은 독립적으로, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬이다. 바람직한 R3, R4, R7, 또는 R8은, 안정성을 높이기 위하여 탄소수 1∼12의 알킬이며, 유전율 이방성을 높이기 위하여 탄소수 1∼12의 알콕시이다. R5 및 R6는 독립적으로, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 탄소수 2∼12의 알케닐, 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 2∼12의 알케닐이다. 바람직한 R5 또는 R6는, 점도를 낮추기 위하여 탄소수 2∼12의 알케닐이며, 안정성을 높이기 위하여 탄소수 1∼12의 알킬이다. 알킬은, 직쇄형 또는 분지형이며, 환형 알킬을 포함하지 않는다. 직쇄형 알킬은, 분지형 알킬보다 바람직하다. 이는, 알콕시, 알케닐 등의 말단기에 대해서도 동일하다.
바람직한 알킬은, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 또는 옥틸이다. 더욱 바람직한 알킬은, 점도를 낮추기 위하여 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 또는 헵틸이다.
바람직한 알콕시는, 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 부톡시, 펜틸옥시, 헥실옥시, 또는 헵틸옥시이다. 점도를 낮추기 위하여, 더욱 바람직한 알콕시는, 메톡시 또는 에톡시이다.
바람직한 알케닐은, 비닐, 1-프로페닐, 2-프로페닐, 1-부테닐, 2-부테닐, 3-부테닐, 1-펜테닐, 2-펜테닐, 3-펜테닐, 4-펜테닐, 1-헥세닐, 2-헥세닐, 3-헥세닐, 4-헥세닐, 또는 5-헥세닐이다. 더욱 바람직한 알케닐은, 점도를 낮추기 위하여, 비닐, 1-프로페닐, 3-부테닐, 또는 3-펜테닐이다. 이 알케닐에서의 -CH=CH-의 바람직한 입체 배치는, 2중 결합의 위치에 의존한다. 점도를 낮추기 위하여 또는 그 외의 목적으로 1-프로페닐, 1-부테닐, 1-펜테닐, 1-헥세닐, 3-펜테닐, 3-헥세닐과 같은 알케닐에 있어서는 트랜스가 바람직하다. 2-부테닐, 2-펜테닐, 2-헥세닐과 같은 알케닐에 있어서는 시스가 바람직하다.
적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 알킬의 바람직한 예는, 플루오로메틸, 2-플루오로에틸, 3-플루오로프로필, 4-플루오로부틸, 5-플루오로펜틸, 6-플루오로헥실, 7-플루오로헵틸, 또는 8-플루오로옥틸이다. 더욱 바람직한 예는, 유전율 이방성을 높이기 위하여 2-플루오로에틸, 3-플루오로프로필, 4-플루오로부틸, 또는 5-플루오로펜틸이다.
적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 알케닐의 바람직한 예는, 2,2-디플루오로비닐, 3,3-디플루오로-2-프로페닐, 4,4-디플루오로-3-부테닐, 5,5-디플루오로-4-펜테닐, 또는 6,6-디플루오로-5-헥세닐이다. 더욱 바람직한 예는, 점도를 낮추기 위하여 2,2-디플루오로비닐 또는 4,4-디플루오로-3-부테닐이다.
환 A 및 환 C는 독립적으로, 1,4-페닐렌, 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 1,4-페닐렌이다. 환 B는, 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌, 2-클로로-3-플루오로-1,4-페닐렌, 또는 2,3-디플루오로-5-메틸-1,4-페닐렌이다. 바람직한 환 B는, 점도를 낮추기 위하여 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌이며, 광학 이방성을 낮추기 위하여 2-클로로-3-플루오로-1,4-페닐렌이다. 환 D 및 환 E는 독립적으로, 1,4-시클로헥실렌, 1,4-페닐렌, 2-플루오로-1,4-페닐렌, 또는 2,5-디플루오로-1,4-페닐렌이다. 바람직한 환 D 또는 환 E는, 점도를 낮추기 위하여, 또는 상한 온도를 높이기 위하여, 1,4-시클로헥실렌이며, 하한 온도를 낮추기 위하여 1,4-페닐렌이다. 1,4-시클로헥실렌에 대한 입체 배치는, 상한 온도를 높이기 위하여 시스보다 트랜스가 바람직하다. 테트라하이드로피란-2,5-디일은,
Figure pct00019
또는
Figure pct00020
이며, 바람직하게는
Figure pct00021
이다.
환 F 및 환 I는 독립적으로, 1,4-시클로헥실렌, 1,4-시클로헥세닐렌, 테트라하이드로피란-2,5-디일, 1,4-페닐렌, 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 1,4-페닐렌, 나프탈렌-2,6-디일, 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 나프탈렌-2,6-디일, 크로만-2,6-디일, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 크로만-2,6-디일이다. 바람직한 환 F는, 점도를 낮추기 위하여, 또는 상한 온도를 높이기 위하여, 1,4-시클로헥실렌이다. 바람직한 환 I는, 점도를 낮추기 위하여, 또는 상한 온도를 높이기 위하여, 1,4-시클로헥실렌이며, 하한 온도를 낮추기 위하여 1,4-페닐렌이다. 환 G는, 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌, 2-클로로-3-플루오로-1,4-페닐렌, 2,3-디플루오로-5-메틸-1,4-페닐렌, 3,4,5-트리플루오로나프탈렌-2,6-디일, 또는 7,8-디플루오로크로만-2,6-디일이다. 바람직한 환 G는, 점도를 낮추기 위하여 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌이며, 광학 이방성을 낮추기 위하여 2-클로로-3-플루오로-1,4-페닐렌이며, 유전율 이방성을 높이기 위하여 7,8-디플루오로크로만-2,6-디일이다.
Z1, Z2, Z4, 및 Z5는 독립적으로, 단결합, 에틸렌, 카르보닐옥시, 또는 메틸렌옥시이다. 바람직한 Z1, Z2, Z4, 또는 Z5는 점도를 낮추기 위하여 단결합이며, 하한 온도를 낮추기 위하여 에틸렌이며, 유전율 이방성을 높이기 위하여 메틸렌옥시이다. Z3는, 단결합, 에틸렌 또는 카르보닐옥시이다. 바람직한 Z3는, 안정성을 높이기 위하여 단결합이다.
a는, 0, 1, 또는 2이며, b는, 0 또는 1이며, a와 b의 합은 3 이하이다. 바람직한 a는 점도를 낮추기 위하여 1이며, 상한 온도를 높이기 위하여 2 또는 3이다. 바람직한 b는 점도를 낮추기 위하여 0이며, 하한 온도를 낮추기 위하여 1이다. c는, 1, 2, 또는 3이다. 바람직한 c는 점도를 낮추기 위하여 1이며, 상한 온도를 높이기 위하여 2 또는 3이다. d는, 1, 2, 또는 3이며, e는, 0 또는 1이며, 그리고 d와 e의 합은 1 내지 3이다. 바람직한 d는 점도를 낮추기 위하여 1이며, 상한 온도를 높이기 위하여 2 또는 3이다. 바람직한 e는 점도를 낮추기 위하여 0이며, 하한 온도를 낮추기 위하여 1이다.
화합물이, 식(1) 및 식(3)의 양쪽으로 표시하는 것이 가능한 경우, 이 화합물은 식(1)으로 표시되는 화합물로 간주되며, 식(3)으로 표시되는 화합물에는 속하지 않는다. 마찬가지로, 화합물이, 식(2) 및 식(4)의 양쪽으로 표시하는 것이 가능한 경우, 이 화합물은 식(2)으로 표시되는 화합물로 간주되며, 식(4)으로 표시되는 화합물에는 속하지 않는다.
식(5)에 있어서, P1, P2 및 P3는 독립적으로, 중합성기이다. 바람직한 P1, P2, 또는 P3는 (P-1)∼식(P-6)으로 표시되는 기의 군으로부터 선택된 중합성기이다. 더욱 바람직한 P1, P2, 또는 P3는, 식(P-1), 식(P-2), 또는 식(P-3)으로 표시되는 기이다. 특히 바람직한 P1, P2, 또는 P3는, 식(P-1) 또는 식(P-2)으로 표시되는 기이다. 가장 바람직한 P1, P2, 또는 P3는, 식(P-1)으로 표시되는 기이다. 식(P-1)으로 표시되는 바람직한 기는, -OCO-CH=CH2 또는-OCO-C(CH3)=CH2이다. 식(P-1)∼식(P-6)의 파선은, 결합하는 부위를 나타낸다.
Figure pct00022
식(P-1)∼식(P-6)에 있어서, M1, M2, 및 M3는 독립적으로, 수소, 불소, 탄소수 1∼5의 알킬, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼5의 알킬이다. 바람직한 M1, M2, 또는 M3는, 반응성을 높이기 위하여 수소 또는 메틸이다. 더욱 바람직한 M1은 수소 또는 메틸이며, 더욱 바람직한 M2 또는 M3는 수소이다.
Sp1, Sp2, 및 Sp3는 독립적으로, 단결합 또는 탄소수 1∼10의 알킬렌이며, 이 알킬렌에 있어서, 적어도 1개의 -CH2-는, -O-, -COO-, -OCO-, 또는 -OCOO-로 치환될 수도 있고, 적어도 1개의 -CH2-CH2-는, -CH=CH- 또는 -C≡C-로 치환될 수도 있고, 이들 기에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소 또는 염소로 치환될 수도 있다. 바람직한 Sp1, Sp2, 또는 Sp3는, 단결합, -CH2CH2-, -CH2O-, -OCH2-, -COO-, -OCO-, -CO-CH=CH-, 또는 -CH=CH-CO-이다. 더욱 바람직한 Sp1, Sp2, 또는 Sp3는, 단결합이다.
식(5)에 있어서, g개의 P1 및 i개의 P3가 모두, 식(P-4)으로 표시되는 기일 때, g개의 Sp1 및 i개의 Sp3 중 적어도 1개는, 적어도 1개의 -CH2-가, -O-, -COO-, -OCO-, 또는 -OCOO-로 치환된, 탄소수 1∼10의 알킬렌이다.
환 J 및 환 L은 독립적으로, 시클로헥실, 시클로헥세닐, 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 테트라하이드로피란-2-일, 1,3-디옥산-2-일, 피리미딘-2-일, 또는 피리딘-2-일이며, 이들 환에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소, 염소, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬로 치환될 수도 있다. 바람직한 환 J 또는 환 L은, 페닐이다. 환 K는, 1,4-시클로헥실렌, 1,4-시클로헥세닐렌, 1,4-페닐렌, 나프탈렌-1,2-디일, 나프탈렌-1,3-디일, 나프탈렌-1,4-디일, 나프탈렌-1,5-디일, 나프탈렌-1,6-디일, 나프탈렌-1,7-디일, 나프탈렌-1,8-디일, 나프탈렌-2,3-디일, 나프탈렌-2,6-디일, 나프탈렌-2,7-디일, 테트라하이드로피란-2,5-디일, 1,3-디옥산-2,5-디일, 피리미딘-2,5-디일, 또는 피리딘-2,5-디일이며, 이들 환에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소, 염소, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬로 치환될 수도 있다. 바람직한 환 K는, 1,4-페닐렌 또는 2-플루오로-1,4-페닐렌이다.
Z6 및 Z7은 독립적으로, 단결합 또는 탄소수 1∼10의 알킬렌이며, 이 알킬렌에 있어서, 적어도 1개의 -CH2-는, -O-, -CO-, -COO-, 또는 -OCO-로 치환될 수도 있고, 적어도 1개의 -CH2-CH2-는, -CH=CH-, -C(CH3)=CH-, -CH=C(CH3)-, 또는 -C(CH3)=C(CH3)-로 치환될 수도 있고, 이들 기에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소 또는 염소로 치환될 수도 있다. 바람직한 Z6 또는 Z7은, 단결합, -CH2CH2-, -CH2O-, -OCH2-, -COO-, 또는 -OCO-이다. 더욱 바람직한 Z6 또는 Z7은, 단결합이다.
f는, 0, 1, 또는 2이다. 바람직한 f는, 0 또는 1이다. g, h, 및 i는 독립적으로, 0, 1, 2, 3, 또는 4이며, 그리고 g, h, 및 i의 합은, 1 이상이다. 바람직한 g, h, 또는 i는, 1 또는 2이다.
다섯째로, 바람직한 성분 화합물을 나타낸다. 바람직한 화합물(1)은, 항 2에 기재된 화합물(1-1)∼화합물(1-10)이다. 이들 화합물에 있어서, 제1 성분 중 적어도 1개가, 화합물(1-1), 화합물(1-2), 화합물(1-3)인 것이 바람직하다. 제1 성분 중 적어도 2개가, 화합물(1-1) 및 화합물(1-2), 화합물(1-1) 및 화합물(1-3), 화합물(1-2) 및 화합물(1-3)의 조합인 것이 바람직하다.
바람직한 화합물(2)은, 항 4에 기재된 화합물(2-1)∼화합물(2-9)이다. 이들 화합물에 있어서, 제2 성분 중 적어도 1개가, 화합물(2-1), 화합물(2-2), 화합물(2-5)인 것이 바람직하다. 제2 성분 중 적어도 2개가 화합물(2-1) 및 화합물(2-5), 화합물(2-2) 및 화합물(2-5)의 조합인 것이 바람직하다.
바람직한 화합물(3)은, 항 7에 기재된 화합물(3-1)∼화합물(3-13)이다. 이들 화합물에 있어서, 제3 성분 중 적어도 1개가, 화합물(3-1), 화합물(3-3), 화합물(3-5), 화합물(3-6), 화합물(3-7)인 것이 바람직하다. 제3 성분 중 적어도 2개가, 화합물(3-1) 및 화합물(3-3), 화합물(3-1) 및 화합물(3-5)의 조합인 것이 바람직하다.
바람직한 화합물(4)은, 항 10에 기재된 화합물(4-1)∼화합물(4-16)이다. 이들 화합물에 있어서, 첨가물 성분 중 적어도 1개가, 화합물(4-1), 화합물(4-2), 화합물(4-3), 화합물(4-4), 화합물(4-5), 화합물(4-6), 또는 화합물(4-7)인 것이 바람직하다. 첨가물 성분 중 적어도 2개가, 화합물(4-1) 및 화합물(4-4), 화합물(4-1) 및 화합물(4-7), 화합물(4-3) 및 화합물(4-4), 화합물(4-3) 및 화합물(4-6), 화합물(4-3) 및 화합물(4-7)의 조합인 것이 바람직하다.
바람직한 화합물(5)은, 항 14에 기재된 화합물(5-1)∼화합물(5-27)이다. 이들 화합물에 있어서, 첨가물 성분 중 적어도 1개가, 화합물(5-1), 화합물(5-2), 화합물(5-24), 화합물(5-25), 화합물(5-26), 또는 화합물(5-27)인 것이 바람직하다. 첨가물 성분 중 적어도 2개가, 화합물(5-1) 및 화합물(5-2), 화합물(5-1) 및 화합물(5-18), 화합물(5-2) 및 화합물(5-24), 화합물(5-2) 및 화합물(5-25), 화합물(5-2) 및 화합물(5-26), 화합물(5-25) 및 화합물(5-26), 또는 화합물(5-18) 및 화합물(5-24)의 조합인 것이 바람직하다.
여섯째로, 조성물에 첨가할 수도 있는 첨가물을 설명한다. 이와 같은 첨가물은, 광학 활성 화합물, 산화 방지제, 자외선 흡수제, 색소, 소포제, 중합성 화합물, 중합 개시제, 중합 금지제 등이다. 액정 분자의 나선 구조를 유도하여 비틀림각을 부여할 목적으로, 광학 활성 화합물이 조성물에 첨가된다. 이와 같은 화합물의 예는, 화합물(6-1)∼화합물(6-5)이다. 광학 활성 화합물의 바람직한 비율은 약 5중량% 이하이다. 더욱 바람직한 비율은 약 0.01중량%∼약 2중량%의 범위이다.
Figure pct00023
대기 중에서의 가열에 의한 비저항의 저하를 방지하기 위하여, 또는 소자를 장시간 사용한 후, 실온에서 뿐만 아니라 상한 온도에 가까운 온도에서도 큰 전압 유지율을 유지하기 위하여, 산화 방지제가 조성물에 첨가된다. 산화 방지제의 바람직한 예는, n이 1∼9인 정수인 화합물(7) 등이다.
Figure pct00024
화합물(7)에 있어서, 바람직한 n은, 1, 3, 5, 7, 또는 9이다. 더욱 바람직한 n은 7이다. n이 7인 화합물(7)은, 휘발성이 작으므로, 소자를 장시간 사용한 후, 실온에서 뿐만 아니라 상한 온도에 가까운 온도에서도 큰 전압 유지율을 유지하는 데 유효하다. 산화 방지제의 바람직한 비율은, 그 효과를 얻기 위하여 약 50ppm 이상이며, 상한 온도를 낮추지 않도록, 또는 하한 온도를 높이지 않도록 약 600ppm 이하이다. 더욱 바람직한 비율은, 약 100ppm∼약 300ppm의 범위이다.
자외선 흡수제의 바람직한 예는, 벤조페논 유도체, 벤조에이트 유도체, 트리아졸 유도체 등이다. 입체 장애가 있는 아민과 같은 광안정제도 또한 바람직하다. 이 흡수제나 안정제에서의 바람직한 비율은, 그 효과를 얻기 위하여 약 50ppm 이상이며, 상한 온도를 낮추지 않도록, 또는 하한 온도를 높이지 않기 위하여 약 10000ppm 이하이다. 더욱 바람직한 비율은 약 100ppm∼약 10000ppm의 범위이다.
GH(guest host) 모드의 소자에 적합시키기 위하여, 아조계 색소, 안트라퀴논계 색소 등과 같은 2색성 색소가 조성물에 첨가된다. 색소의 바람직한 비율은, 약 0.01중량%∼약 10중량%의 범위이다. 거품을 방지하기 위하여, 디메틸실리콘 오일, 메틸페닐실리콘 오일 등의 소포제가 조성물에 첨가된다. 소포제의 바람직한 비율은, 그 효과를 얻기 위하여 약 1ppm 이상이며, 표시 불량을 방지하기 위하여 약 1000ppm 이하이다. 더욱 바람직한 비율은, 약 1ppm∼약 500ppm의 범위이다.
고분자 지지 배향(PSA)형의 소자에 적합시키기 위하여 중합성 화합물이 사용된다. 화합물(5)은 이 목적에 적합하다. 화합물(5)과 함께 화합물(5)과는 상이한 중합성 화합물을 조성물에 첨가할 수도 있다. 화합물(5) 대신, 화합물(5)과는 상이한 중합성 화합물을 조성물에 첨가할 수도 있다. 이와 같은 중합성 화합물의 바람직한 예는, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 비닐 화합물, 비닐옥시 화합물, 프로페닐에테르, 에폭시 화합물(옥시란, 옥세탄), 비닐케톤 등의 화합물이다. 더욱 바람직한 예는, 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트의 유도체이다. 화합물(5)의 바람직한 비율은, 중합성 화합물의 총량을 기준으로 약 10중량% 이상이다. 더욱 바람직한 비율은, 약 50중량% 이상이다. 특히 바람직한 비율은, 약 80중량% 이상이다. 가장 바람직한 비율은, 100중량%이다.
화합물(5)과 같은 중합성 화합물은 자외선 조사에 의해 중합한다. 광 중합 개시제 등이 적절한 개시제 존재 하에서 중합시킬 수도 있다. 중합을 위한 적절한 조건, 개시제의 적절한 타입, 및 적절한 양은, 당업자에게는 기지(旣知)이며, 문헌에 기재되어 있다. 예를 들면, 광개시제인 Irgacure651(등록상표; BASF), Irgacure184(등록상표; BASF), 또는 Darocur1173(등록상표; BASF)이 라디칼 중합에 대하여 적절하다. 광중합 개시제의 바람직한 비율은, 중합성 화합물의 총량을 기준으로 약 0.1중량%∼약 5중량%의 범위이다. 더욱 바람직한 비율은 약 1중량%∼약 3중량%의 범위이다.
화합물(5)과 같은 중합성 화합물을 보관할 때, 중합을 방지하기 위하여 중합 금지제를 첨가할 수도 있다. 중합성 화합물은, 통상은 중합 금지제를 제거하지 않은 채 조성물에 첨가된다. 중합 금지제의 예는, 하이드로퀴논, 메틸하이드로퀴논과 같은 하이드로퀴논 유도체, 4-tert-부틸카테콜, 4-메톡시페놀, 페노티아진 등이다.
일곱째로, 성분 화합물의 합성법을 설명한다. 이들 화합물은 기지의 방법에 의해 합성할 수 있다. 합성법을 예시한다. 화합물(1-1)은, 일본공개특허 평 9-77692호 공보에 기재된 방법으로 합성한다. 화합물(2-1)은, 일본공개특허 평 11-116512호 공보에 기재된 방법으로 합성한다. 화합물(3-1)은, 일본공개특허 소 59-176221호 공보에 기재된 방법으로 합성한다. 화합물(4-4)은, 일본특표평 2-503441호 공보에 기재된 방법으로 합성한다. 화합물(5-18)은 일본공개특허 평 7-101900호 공보에 기재된 방법으로 합성한다. 산화 방지제는 시판되고 있다. 식(7)의 n이 1인 화합물은, 알드리치(Sigma-Aldrich Corporation)로부터 입수할 수 있다. n이 7인 화합물(7) 등은, 미국 특허 3660505호 명세서에 기재된 방법에 의해 합성한다.
합성법을 기재하지 않은 화합물은, 오가닉·신세시스(Organic Syntheses, John Wiley & Sons, Inc.), 오가닉·리액션즈(Organic Reactions, John Wiley & Sons, Inc.), 콤프리헨시브·오가닉·신세시스(Comprehensive Organic Synthesis, Pergamon Press), 신실험 화학강좌(마루젠(丸善)) 등의 서적에 기재된 방법에 의해 합성할 수 있다. 조성물은, 이와 같이 하여 얻은 화합물로부터 공지의 방법에 의해 조제된다. 예를 들면, 성분 화합물을 혼합하고, 그리고 가열에 의해 서로 용해시킨다.
마지막으로, 조성물의 용도를 설명한다. 대부분의 조성물은, 약 -20℃ 이하의 하한 온도, 약 80℃ 이상의 상한 온도, 그리고 약 0.07∼약 0.20의 범위 광학 이방성을 가진다. 성분 화합물의 비율을 제어함으로써, 또는 그 외의 액정성 화합물을 혼합함으로써, 약 0.08∼약 0.25의 범위 광학 이방성을 가지는 조성물을 조제할 수도 있다. 또한, 이 방법에 의해 약 0.10∼약 0.30의 범위 광학 이방성을 가지는 조성물을 조제할 수도 있다. 이 조성물을 함유하는 소자는 큰 전압 유지율을 가진다. 이 조성물은 AM 소자에 적합하다. 이 조성물은 투과형의 AM 소자에 특히 적합하다. 이 조성물은, 네마틱상을 가지는 조성물로서의 사용, 광학 활성 화합물을 첨가함으로써 광학 활성인 조성물로서의 사용이 가능하다.
이 조성물은 AM 소자로의 사용이 가능하다. 또한 PM 소자로의 사용도 가능하다. 이 조성물은, PC, TN, STN, ECB, OCB, IPS, FFS, VA, FPA 등의 모드를 가지는AM 소자 및 PM 소자로의 사용이 가능하다. TN, OCB, IPS 모드 또는 FFS 모드를 가지는AM 소자로의 사용은 특히 바람직하다. IPS 모드 또는 FFS 모드를 가지는 AM 소자에 있어서, 전압이 무인가일 때, 액정 분자의 배열이 유리 기판에 대하여 병행해도 되고, 또는 수직이라도 된다. 이들 소자가 반사형, 투과형 또는 반투과형이라도 된다. 투과형의 소자로의 사용은 바람직하다. 비결정 실리콘-TFT 소자 또는 다결정 실리콘-TFT소자로의 사용도 가능하다. 이 조성물을 마이크로캡슐화하여 제작한 NCAP(nematic curvilinear aligned phase)형의 소자나, 조성물 중에 3차원의 그물눈형 고분자를 형성시킨 PD(polymer dispersed)형의 소자에도 사용할 수 있다.
[실시예]
실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명은 이들 실시예에 의해서는 제한되지 않는다. 본 발명은, 실시예 1의 조성물과 실시예 2의 조성물의 혼합물을 포함한다. 본 발명은, 실시예의 조성물 중 적어도 2개를 혼합한 혼합물도 포함한다. 합성한 화합물은, NMR 분석 등의 방법에 의해 동정(同定)하였다. 화합물, 조성물 및 소자의 특성은, 하기 방법에 의해 측정했다.
NMR 분석: 측정 시에는, 브루커바이오스핀(Bruker BioSpin)사에서 제조한 DRX-500을 사용했다. 1H-NMR의 측정에서는, 시료를 CDCl3 등의 중수소화 용매에 용해시키고, 측정은, 실온에서, 500MHz, 적산 횟수 16회의 조건에서 행하였다. 테트라메틸실란을 내부 표준으로서 사용했다. 19F-NMR의 측정에서는, CFCl3를 내부 표준으로서 사용하고, 적산 횟수 24회로 행하였다. 핵자기 공명 스펙트럼(spectrum)의 설명에 있어서, s는 싱글렛(singlet), d는 더블렛(doublet), t는 트리플렛(triplet), q는 쿼텟(quartet), quin은 퀸텟(quintet), sex는 섹스텟(sextet), m은 멀티플렛, br은 브로드인 것을 의미한다.
가스그로마토 분석: 측정 시에는 시마즈제작소(島津製作所)에서 제조한 GC-14B형 가스 크로마토그래피를 사용했다. 캐리어 가스는 헬륨(2mL/분)이다. 시료 기화실을 280℃로, 검출기(FID)를 300℃로 설정했다. 성분 화합물의 분리 시에는, Agilent Technologies Inc.에서 제조한 캐필러리 컬럼 DB-1(길이 30m, 내경(內徑) 0.32㎜, 막 두께 0.25㎛; 고정 액상(液相)은 디메틸폴리실록산; 무극성)을 사용했다. 이 컬럼은, 200℃에서 2분간 유지한 후, 5℃/분의 비율로 280℃까지 승온(昇溫)했다. 시료는 아세톤 용액(0.1중량%)에 조제한 후, 그 1μL을 시료 기화실에 주입했다. 기록계는 시마즈제작소에서 제조한 C-R5A형 Chromatopac, 또는 그와 동등품이다. 얻어진 가스 크로마토그램은, 성분 화합물에 대응하는 피크의 유지 시간 및 피크의 면적을 나타낸다.
시료를 희석하기 위한 용매는, 클로로포름, 헥산 등을 사용할 수도 있다. 성분 화합물을 분리하기 위하여, 다음의 캐필러리 컬럼을 사용할 수도 있다. Agilent Technologies Inc.에서 제조한 HP-1(길이 30m, 내경 0.32㎜, 막 두께 0.25㎛), Restek Corporation에서 제조한 Rtx-1(길이 30m, 내경 0.32㎜, 막 두께 0.25㎛), SGE International Pty. Ltd에서 제조한 BP-1(길이 30m, 내경 0.32㎜, 막 두께 0.25㎛). 화합물 피크의 중첩을 방지할 목적으로, 시마즈제작소에서 제조한 캐필러리 컬럼 CBP1-M50-025(길이 50m, 내경 0.25㎜, 막 두께 0.25㎛)을 사용할 수도 있다.
조성물에 함유되는 액정성 화합물의 비율은, 다음과 같은 방법으로 산출하면 된다. 액정성 화합물의 혼합물을 가스 크로마토그래피(FID)로 검출한다. 가스 크로마토그램에서의 피크의 면적비는 액정성 화합물의 비율(중량비)에 상당한다. 상기한캐필러리 컬럼을 사용했을 때는, 각각의 액정성 화합물의 보정계수를 1로 간주하면 된다. 따라서, 액정성 화합물의 비율(중량%)은, 피크의 면적비로부터 산출할 수 있다.
측정 시료: 조성물 및 소자의 특성을 측정할 때는, 조성물을 그대로 시료로서 사용했다. 화합물의 특성을 측정할 때는, 이 화합물(15중량%)을 모액정(85중량%)에 혼합함으로써 측정용의 시료를 조제했다. 측정에 의해 얻어진 값에서 외삽법에 의해 화합물의 특성값을 산출했다. (외삽값)={(시료의 측정값)-0.85×(모액정의 측정값)}/0.15. 이 비율로 스멕틱상(또는 결정)이 25℃에서 석출할 때는, 화합물과 모액정의 비율을 10중량%:90중량%, 5중량%:95중량%, 1중량%:99중량%의 순서로 변경했다. 이 외삽법에 의해 화합물에 대한 상한 온도, 광학 이방성, 점도, 및 유전율 이방성의 값을 구했다.
하기 모액정을 사용했다. 성분 화합물의 비율은 중량%로 나타내었다.
Figure pct00025
측정 방법: 특성의 측정은 다음의 방법으로 행하였다. 이들 중 대부분은, 사단 법인 전자정보기술산업협회(Japan Electronics and Information Technology Industries Association; 이하 JEITA라고 함)에서 심의 제정되는 JEITA 규격(JEITA·ED-2521B)에 기재된 방법, 또는 이것을 변경한 방법이다. 측정에 사용한 TN 소자에는, 박막 트랜지스터(TFT)를 장착하지 않았다.
(1) 네마틱상의 상한 온도(NI; ℃): 편광 현미경을 구비한 융점 측정 장치의 핫 플레이트(hot plate)에 시료를 두고, 1℃/분의 속도로 가열했다. 시료의 일부가 네마틱상으로부터 등방성(等方性) 액체로 변화되었을 때의 온도를 측정했다. 네마틱상의 상한 온도를 「상한 온도」로 약칭하는 경우가 있다.
(2) 네마틱상의 하한 온도(TC; ℃): 네마틱상을 가지는 시료를 유리병에 넣고, 0℃, -10℃, -20℃, -30℃, 및 -40℃의 프리저(freezer) 중에 10일간 보관한 후, 액정상을 관찰했다. 예를 들면, 시료가 -20℃에서는 네마틱상인 채로이며, -30℃에서는 결정 또는 스멕틱상으로 변화되었을 때, TC를 <-20℃로 기재했다. 네마틱상의 하한 온도를 「하한 온도」로 약칭하는 경우가 있다.
(3) 점도(벌크 점도; η; 20℃에서 측정; mPa·s): 측정 시에는 도쿄계기(東京計器) 주식회사에서 제조한 E형 회전점도계를 사용했다.
(4) 점도(회전 점도; γ1; 25℃에서 측정; mPa·s): 측정은, M. Imai et al., Molecular Crystals and Liquid Crystals, Vol.259, 37(1995)에 기재된 방법을 따랐다. 2장의 유리 기판의 간격(셀 갭)이 20㎛의 VA 소자에 시료를 넣었다. 이 소자에 39볼트∼50볼트의 범위에서 1볼트마다 단계적으로 인가했다. 0.2초의 무인가의 후, 단 1개의 직사각형파(사각 펄스; 0.2초)와 무인가(2초)의 조건으로 인가를 반복하였다. 이 인가에 의해 발생한 과도 전류(transient current)의 피크 전류(peak current)와 피크 시간(peak time)을 측정했다. 이 측정값과 M. Imai 등의 논문, 40페이지의 계산식(8)에 의해 회전 점도의 값을 얻었다. 이 계산에 필요한 유전율 이방성은, (6)항에서 측정했다.
(5) 광학 이방성(굴절율 이방성; Δn; 25℃에서 측정): 측정은, 파장 589nm의 광을 사용하여, 접안경에 편광판을 장착한 압베(Abbe) 굴절계에 의해 행하였다. 주프리즘의 표면을 일방향으로 러빙한 후, 시료를 주프리즘에 적하했다. 굴절율(n∥)은 편광의 방향이 러빙의 방향과 평행일 때 측정했다. 굴절율(n⊥)은 편광의 방향이 러빙의 방향과 수직힐 때 측정했다. 광학 이방성의 값은, Δn=n∥-n⊥의 식으로부터 계산했다.
(6) 유전율 이방성(Δε; 25℃에서 측정): 유전율 이방성의 값은, Δε=ε∥-ε⊥의 식으로부터 계산했다. 유전율(ε∥ 및 ε⊥)은 다음과 같이 측정했다.
1) 유전율(ε∥)의 측정: 양호하게 세정한 유리 기판에 옥타데실트리에톡시실란(0.16mL)의 에탄올(20mL) 용액을 도포했다. 유리 기판을 스피너(spinner)로 회전시킨 후, 150℃에서 1시간 가열했다. 2장의 유리 기판의 간격(셀 갭)이 4㎛인 VA 소자에 시료를 넣고, 이 소자를 자외선으로 경화하는 접착제로 밀폐했다. 이 소자에 사인파(0.5V, 1kHz)를 인가하고, 2초 후에 액정 분자의 장축(長軸) 방향에서의 유전율(ε∥)을 측정했다.
2) 유전율(ε⊥)의 측정: 양호하게 세정한 유리 기판에 폴리이미드 용액을 도포했다. 이 유리 기판을 소성한 후, 얻어진 배향막에 러빙 처리를 행하였다. 2장의 유리 기판의 간격(셀 갭)이 9㎛이며, 트위스트각이 80도인 TN 소자에 시료를 넣었다. 이 소자에 사인파(0.5V, 1kHz)를 인가하고, 2초 후에 액정 분자의 단축 방향에서의 유전율(ε⊥)을 측정했다.
(7) 임계값 전압(Vth; 25℃에서 측정; V): 측정 시에는 오쓰카(大塚) 전자주식회사에서 제조한 LCD5100형 휘도계를 사용했다. 광원은 할로겐 램프였다. 2장의 유리 기판의 간격(셀 갭)이 4㎛이며, 러빙 방향이 안티 패럴렐인 노멀리 블랙 모드(normally black mode)의 VA 소자에 시료를 넣고, 이 소자를 자외선으로 경화하는 접착제를 사용하여 밀폐했다. 이 소자에 인가하는 전압(60Hz, 직사각형파)은 0V로부터 20V까지 0.02V씩 단계적으로 증가시켰다. 이 때, 소자에 수직 방향으로부터 광을 조사하고, 소자를 투과한 광량을 측정했다. 이 광량이 최대가 되었을 때가 투과율 100%이며, 이 광량이 최소일 때가 투과율 0%인 전압-투과율 곡선을 작성했다. 임계값 전압은 투과율이 10%가 되었을 때의 전압으로 나타낸다.
(8) 전압 유지율(VHR-1; 25℃에서 측정; %): 측정에 사용한 TN 소자는 폴리이미드 배향막을 가지고, 그리고 2장의 유리 기판의 간격(셀 갭)은 5㎛였다. 이 소자는 시료를 넣은 후 자외선으로 경화하는 접착제로 밀폐했다. 이 TN 소자에 펄스 전압 (5V에 60마이크로초)을 인가하여 충전했다. 감쇠하는 전압을 고속전압계로 16.7밀리초 동안 측정하고, 단위 주기에서의 전압 곡선과 가로축의 사이의 면적 A를 구했다. 면적 B는 감쇠하지 않았을 때의 면적이다. 전압 유지율은 면적 B에 대한 면적 A의 백분율로 나타낸다.
(9) 전압 유지율(VHR-2; 80℃에서 측정; %): 25℃ 대신 80℃에서 측정한 점 이외는, 상기와 동일한 수순으로 전압 유지율을 측정했다. 얻어진 값을 VHR-2로 표시한다.
(10) 전압 유지율(VHR-3; 25℃에서 측정; %): 자외선을 조사한 후, 전압 유지율을 측정하여, 자외선에 대한 안정성을 평가했다. 측정에 사용한 TN 소자는 폴리이미드 배향막을 가지고, 그리고 셀 갭은 5㎛였다. 이 소자에 시료를 주입하고, 광을 20분간 조사했다. 광원은 초고압 수은 램프 USH-500D(우시오전기 제조)이며, 소자와 광원의 간격은 20cm였다. VHR-3의 측정에서는, 16.7밀리초 동안 감쇠하는 전압을 측정했다. 큰 VHR-3을 가지는 조성물은 자외선에 대하여 큰 안정성을 가진다. VHR-3는 90% 이상이 바람직하고, 95% 이상이 더욱 바람직하다.
(11) 전압 유지율(VHR-4; 25℃에서 측정; %): 시료를 주입한 TN 소자를 80℃의 항온조 내에서 500시간 가열한 후, 전압 유지율을 측정하여, 열에 대한 안정성을 평가했다. VHR-4의 측정에서는, 16.7밀리초 동안 감쇠하는 전압을 측정했다. 큰 VHR-4를 가지는 조성물은 열에 대하여 큰 안정성을 가진다.
(12) 응답 시간(τ; 25℃에서 측정; ms): 측정 시에는 오쓰카 전자주식회사에서 제조한 LCD5100형 휘도계를 사용했다. 광원은 할로겐 램프였다. 로-패스 필터(Low-pass filter)는 5kHz로 설정했다. 2장의 유리 기판의 간격(셀 갭)이 4㎛이며, 러빙 방향이 안티 패럴렐인 노멀리 블랙 모드(normally black mode)의 VA 소자에 시료를 넣었다. 이 소자를 자외선으로 경화하는 접착제를 사용하여 밀폐했다. 이 소자에 직사각형파(60Hz, 10V, 0.5초)를 인가했다. 이 때, 소자에 수직 방향으로부터 광을 조사하고, 소자를 투과한 광량을 측정했다. 이 광량이 최대가 되었을 때가 투과율 100%이며, 이 광량이 최소일 때가 투과율 0%인 것으로 간주했다. 응답 시간은 투과율 90%로부터 10%로 변화되는 데 요한 시간(하강 시간; fall time; 밀리초)으로 나타낸다.
(13) 비저항(ρ; 25℃에서 측정; Ωcm): 전극을 구비한 용기에 시료 1.0mL를 주입했다. 이 용기에 직류 전압(10V)을 인가하고, 10초 후의 직류 전류를 측정했다. 비저항은 다음의 식으로부터 산출했다. (비저항)={(전압)×(용기의 전기용량)}/{(직류 전류)×(진공의 유전율)}.
실시예에서의 화합물은, 다음의 표 3의 정의에 기초하여 기호에 의해 나타낸다. 표 3에 있어서, 1,4-시클로헥실렌에 대한 입체 배치는 트랜스이다. 기호의 뒤에 있는 괄호 내의 번호는 화합물의 번호에 대응한다. (-)의 기호는 그 외의 액정성 화합물을 의미한다. 액정성 화합물의 비율(백분율)은, 액정 조성물의 총량을 기준으로 한 중량 백분율(중량%)이다. 마지막으로, 조성물의 특성값을 정리하여 나타내었다.
[표 3] 기호를 사용한 화합물의 표기법
Figure pct00026
[비교예 1]
일본공개특허 제2011-89013호 공보에 공개된 조성물 중에서 실시예 3을 선택했다. 근거는, 이 조성물이 화합물(1-1), 화합물(3-3), 및 화합물(4-2) 등을 함유하고 있기 때문이다. 이 조성물의 성분 및 특성은 하기와 같다.
Figure pct00027
NI=81.4℃; Tc<-20℃; Δn=0.110; Δε=-2.6.
[실시예 1]
Figure pct00028
NI=87.5℃; Tc<-20℃; η=19.9mPa·s; Δn=0.121; Δε=-3.1.
[실시예 2]
Figure pct00029
NI=89.0℃; Tc<-20℃; η=16.8mPa·s; Δn=0.120; Δε=-2.9.
[실시예 3]
Figure pct00030
NI=93.5℃; Tc<-20℃; η=15.2mPa·s; Δn=0.120; Δε=-2.6.
[실시예 4]
Figure pct00031
NI=83.9℃; Tc<-20℃; η=15.1mPa·s; Δn=0.120; Δε=-2.6.
[실시예 5]
Figure pct00032
NI=86.7℃; Tc<-20℃; η=17.9mPa·s; Δn=0.128; Δε=-3.1.
[실시예 6]
Figure pct00033
NI=89.2℃; Tc<-20℃; η=19.1mPa·s; Δn=0.122; Δε=-2.7.
[실시예 7]
Figure pct00034
NI=91.0℃; Tc<-20℃; η=19.5mPa·s; Δn=0.120; Δε=-2.7.
[실시예 8]
Figure pct00035
NI=90.0℃; Tc<-20℃; η=14.6mPa·s; Δn=0.123; Δε=-2.8.
[실시예 9]
Figure pct00036
NI=88.8℃; Tc<-20℃; η=20.7mPa·s; Δn=0.122; Δε=-2.8.
[실시예 10]
Figure pct00037
NI=92.5℃; Tc<-20℃; η=15.0mPa·s; Δn=0.121; Δε=-2.5.
[실시예 11]
Figure pct00038
NI=91.4℃; Tc<-20℃; η=18.9mPa·s; Δn=0.123; Δε=-2.6.
[실시예 12]
Figure pct00039
NI=95.8℃; Tc<-20℃; η=19.6mPa·s; Δn=0.132; Δε=-2.9.
[실시예 13]
Figure pct00040
NI=95.2℃; Tc<-20℃; η=16.8mPa·s; Δn=0.130; Δε=-2.7.
[실시예 14]
Figure pct00041
NI=87.8℃; Tc<-20℃; η=13.6mPa·s; Δn=0.125; Δε=-2.5.
[실시예 15]
Figure pct00042
NI=86.2℃; Tc<-20℃; η=11.5mPa·s; Δn=0.128; Δε=-2.6.
[실시예 16]
Figure pct00043
NI=83.9℃; Tc<-20℃; η=16.4mPa·s; Δn=0.121; Δε=-3.0.
[실시예 17]
Figure pct00044
NI=86.9℃; Tc<-20℃; η=15.3mPa·s; Δn=0.123; Δε=-3.3.
[실시예 18]
Figure pct00045
NI=87.7℃; Δn=0.122; Δε=-3.7.
비교예 1의 조성물 광학 이방성(Δn)은, 0.110이었다. 한편, 본원의 전체 실시예의 광학 이방성은, 0.120보다 큰 값이다. 이와 같이, 실시예의 조성물은, 비교예의 조성물에 비해, 큰 광학 이방성을 가진다. 또한, 따라서 본 발명의 액정 조성물은 우수한 특성을 가지는 것으로 결론지을 수 있다.
[산업상 이용가능성]
본 발명의 액정 조성물은, 높은 상한 온도, 낮은 하한 온도, 작은 점도, 큰 광학 이방성, 음으로 큰 유전율 이방성, 큰 비저항, 자외선에 대한 높은 안정성, 열에 대한 높은 안정성 등의 특성에 있어서, 적어도 1개의 특성을 충족하거나, 또는 적어도 2개의 특성에 대하여 적절한 밸런스를 가진다. 이 조성물을 함유하는 액정 표시 소자는, 짧은 응답 시간, 큰 전압 유지율, 낮은 임계값 전압, 큰 콘트라스트비, 긴 수명 등의 특성을 가지므로, 액정 프로젝터, 액정 TV 등에 사용할 수 있다.

Claims (20)

  1. 제1 성분으로서 하기 식(1)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 적어도 1개의 화합물, 및 제2 성분으로서 하기 식(2)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 적어도 1개의 화합물을 함유하고, 그리고 네마틱상(nematic phase) 및 음(-)의 유전율 이방성을 가지는 액정 조성물:
    Figure pct00046

    여기서, R1 및 R2는 독립적으로, 탄소수 2∼12의 알케닐이며; R3 및 R4는 독립적으로, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬이며; 환 A 및 환 C는 독립적으로, 1,4-페닐렌, 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 1,4-페닐렌이며, 환 B는, 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌, 2-클로로-3-플루오로-1,4-페닐렌, 또는 2,3-디플루오로-5-메틸-1,4-페닐렌이며; Z1 및 Z2는 독립적으로, 단결합, 에틸렌, 카르보닐옥시, 또는 메틸렌옥시이며; a는 0, 1, 2이며; b는 0 또는 1이며; a와 b의 합은 3 이하임.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 성분으로서 하기 식(1-1)∼식(1-10)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 적어도 1개의 화합물을 함유하는, 액정 조성물:
    Figure pct00047
    .
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    액정 조성물의 총량을 기준으로, 제1 성분의 비율이 5중량%∼60중량%의 범위인, 액정 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 성분으로서 하기 식(2-1)∼식(2-9)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 적어도 1개의 화합물을 함유하는, 액정 조성물:
    Figure pct00048

    상기 식(2-1)∼식(2-9)에 있어서, R3 및 R4는 독립적으로, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬임.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    액정 조성물의 총량을 기준으로, 제2 성분의 비율이 5중량%∼50중량%의 범위인, 액정 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    제3 성분으로서 하기 식(3)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 적어도 1개의 화합물을 함유하는, 액정 조성물:
    Figure pct00049

    상기 식(3)에 있어서, R5 및 R6는 독립적으로, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 탄소수 2∼12의 알케닐, 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 2∼12의 알케닐이며; 환 D 및 환 E는 독립적으로, 1,4-시클로헥실렌, 1,4-페닐렌, 2-플루오로-1,4-페닐렌, 또는 2,5-디플루오로-1,4-페닐렌이며; Z3는, 단결합, 에틸렌, 또는 카르보닐옥시이며; c는 1, 2, 또는 3이며; 단, 식(1)으로 표시되는 화합물을 제외함.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    제3 성분으로서 하기 식(3-1)∼식(3-13)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 적어도 1개의 화합물을 함유하는, 액정 조성물:
    Figure pct00050

    상기 식(3-1)∼식(3-13)에 있어서, R5 및 R6는 독립적으로, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 탄소수 2∼12의 알케닐, 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 2∼12의 알케닐이며; 단, 식(1)으로 표시되는 화합물을 제외함.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    액정 조성물의 중량을 기준으로, 제3 성분의 비율이 5중량%∼55중량%의 범위인, 액정 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    제4 성분으로서 하기 식(4)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 적어도 1개의 화합물을 함유하는, 액정 조성물:
    Figure pct00051

    상기 식(4)에 있어서, R7 및 R8은 독립적으로, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬이며; 환 F 및 환 I는 독립적으로, 1,4-시클로헥실렌, 1,4-시클로헥세닐렌, 테트라하이드로피란-2,5-디일, 1,4-페닐렌, 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 1,4-페닐렌, 나프탈렌-2,6-디일, 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 나프탈렌-2,6-디일, 크로만-2,6-디일, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 크로만-2,6-디일이며; 환 G는, 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌, 2-클로로-3-플루오로-1,4-페닐렌, 2,3-디플루오로-5-메틸-1,4-페닐렌, 3,4,5-트리플루오로나프탈렌-2,6-디일, 또는 7,8-디플루오로크로만-2,6-디일이며; Z4 및 Z5는 독립적으로, 단결합, 에틸렌, 카르보닐옥시, 또는 메틸렌옥시이며; d는 1, 2, 또는 3이며; e는 0 또는 1이며; d와 e의 합은 1 내지 3이며; 단, 식(2)으로 표시되는 화합물을 제외함.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    제4 성분으로서 하기 식(4-1)∼식(4-16)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 적어도 1개의 화합물을 함유하는, 액정 조성물:
    Figure pct00052

    Figure pct00053

    상기 식(4-1)∼식(4-16)에 있어서, R7 및 R8은 독립적으로, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬임.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    액정 조성물의 중량을 기준으로, 제4 성분의 비율이 15중량%∼70중량%의 범위인, 액정 조성물.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    첨가물 성분으로서 하기 식(5)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 적어도 1개의 중합성 화합물을 함유하는, 액정 조성물:
    Figure pct00054

    상기 식(5)에 있어서, 환 J 및 환 L은 독립적으로, 시클로헥실, 시클로헥세닐, 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 테트라하이드로피란-2-일, 1,3-디옥산-2-일, 피리미딘-2-일, 또는 피리딘-2-일이며, 이들 환에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소, 염소, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬로 치환될 수도 있고; 환 K는, 1,4-시클로헥실렌, 1,4-시클로헥세닐렌, 1,4-페닐렌, 나프탈렌-1,2-디일, 나프탈렌-1,3-디일, 나프탈렌-1,4-디일, 나프탈렌-1,5-디일, 나프탈렌-1,6-디일, 나프탈렌-1,7-디일, 나프탈렌-1,8-디일, 나프탈렌-2,3-디일, 나프탈렌-2,6-디일, 나프탈렌-2,7-디일, 테트라하이드로피란-2,5-디일, 1,3-디옥산-2,5-디일, 피리미딘-2,5-디일, 또는 피리딘-2,5-디일이며, 이들 환에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소, 염소, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬로 치환될 수도 있고; Z6 및 Z7은 독립적으로, 단결합 또는 탄소수 1∼10의 알킬렌이며, 이 알킬렌에 있어서, 적어도 1개의 -CH2-는, -O-, -CO-, -COO-, 또는 -OCO-로 치환될 수도 있고, 적어도 1개의 -CH2-CH2-는, -CH=CH-, -C(CH3)=CH-, -CH=C(CH3)-, 또는 -C(CH3)=C(CH3)-로 치환될 수도 있고, 이들 기에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소 또는 염소로 치환될 수도 있고; P1, P2 및 P3는 독립적으로 중합성기이며; Sp1, Sp2 및 Sp3는 독립적으로, 단결합, 또는 탄소수 1∼10의 알킬렌이며, 이 알킬렌에 있어서, 적어도 1개의 -CH2-는, -O-, -COO-, -OCO-, 또는 -OCOO-로 치환될 수도 있고, 적어도 1개의 -CH2-CH2-는, -CH=CH- 또는 -C≡C-로 치환될 수도 있고, 이들 기에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소 또는 염소로 치환될 수도 있고; f는 0, 1, 또는 2이며; g, h 및 i는 독립적으로, 0, 1, 2, 3, 또는 4이며; 그리고 g, h 및 i의 합은 1 이상임.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 식(5)에 있어서, P1, P2 및 P3가 독립적으로, 하기 식(P-1)∼식(P-6)으로 표시되는 기의 군으로부터 선택된 중합성기인, 액정 조성물:
    Figure pct00055

    상기 식(P-1)∼식(P-6)에 있어서, M1, M2 및 M3는 독립적으로, 수소, 불소, 탄소수 1∼5의 알킬, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼5의 알킬이며;
    상기 식(4)에 있어서, g개의 P1 및 i개의 P3가 모두, 식(P-4)으로 표시되는 기일 때, g개의 Sp1 및 i개의 Sp3 중 적어도 1개는, 적어도 1개의 -CH2-가, -O-, -COO-, -OCO-, 또는 -OCOO-로 치환된 알킬렌임.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    첨가물 성분으로서 하기 식(5-1)∼식(5-27)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 적어도 1개의 중합성 화합물을 함유하는, 액정 조성물:
    Figure pct00056

    Figure pct00057

    Figure pct00058

    상기 식(5-1)∼식(5-27)에 있어서, P4, P5 및 P6는 독립적으로, 하기 식(P-1)∼식(P-3)으로 표시되는 기의 군으로부터 선택된 중합성기이며;
    Figure pct00059

    상기 식(P-1)∼식(P-3)에 있어서, M1, M2 및 M3는 독립적으로, 수소, 불소, 탄소수 1∼5의 알킬, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼5의 알킬이며;
    상기 식(5-1)∼식(5-27)에 있어서, Sp1, Sp2 및 Sp3는 독립적으로, 단결합, 또는 탄소수 1∼10의 알킬렌이며, 이 알킬렌에 있어서, 적어도 1개의 -CH2-는, -O-, -COO-, -OCO-, 또는 -OCOO-로 치환될 수도 있고, 적어도 1개의 -CH2-CH2-는, -CH=CH- 또는 -C≡C-로 치환될 수도 있고, 이들 기에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소 또는 염소로 치환될 수도 있음.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    액정 조성물의 총량을 기준으로, 첨가물 성분의 첨가 비율이 0.03중량%∼10중량%의 범위인, 액정 조성물.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물을 함유하는, 액정 표시 소자.
  17. 제16항에 있어서,
    액정 표시 소자의 동작 모드가, IPS 모드, VA 모드, FFS 모드, 또는 FPA 모드이며, 액정 표시 소자의 구동 방식이 액티브 매트릭스 방식인, 액정 표시 소자.
  18. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물을 함유하고 있는, 또는 이 액정 조성물 중의 중합성 화합물이 중합되어 있는, 고분자 지지 배향형의 액정 표시 소자.
  19. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물의, 액정 표시 소자에서의 사용.
  20. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물의, 고분자 지지 배향형의 액정 표시 소자에서의 사용.
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