KR20200009803A - 콜레스테릭 액정 조성물을 위한 표면 에너지가 조절된 광감응형 키랄 도펀트 - Google Patents

콜레스테릭 액정 조성물을 위한 표면 에너지가 조절된 광감응형 키랄 도펀트 Download PDF

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KR20200009803A
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Abstract

본 발명은 키랄 도펀트 화합물, 이를 포함하는 액정 조성물, 및 이의 개선된 용도에 관한 것으로, 보다 자세히는 표면에너지가 조절된 광 감응성 키랄 도펀트로부터, 이를 포함하는 액정 조성물, 또는 이를 적용한 다양한 용도에서의 효율 개선 등에 관한 것으로, 본 발명의 화학식 1로 표시되는 키랄 도펀트 화합물은 목적에 따라, 다양한 호스트와의 우수한 상용성을 달성하기 위하여, 개질될 수 있는 바, 적은 농도로도 우수한 광학 특성이 나타날 수 있는, 콜레스테릭 액정 구현이 가능하며, 나아가 다양한 광학 소자, 디스플레이, 센서 등의 제품에서의 효율 개선 등의 유용한 효과가 달성된다.

Description

콜레스테릭 액정 조성물을 위한 표면 에너지가 조절된 광감응형 키랄 도펀트 {Surface energy controlled photoresponsive chiral dopants for cholesteric liquid crystal composition}
본 발명은 키랄 도펀트 화합물, 이를 포함하는 액정 조성물, 및 이의 개선된 용도에 관한 것으로, 보다 자세히는 표면에너지가 조절된 광 감응성 키랄 도펀트로부터, 이를 포함하는 액정 조성물, 또는 이를 적용한 다양한 용도에서의 효율 개선 등에 관한 것이다.
콜레스테릭 액정(cholesteric liquid crystal, CLC)은 주기적인 꼬임구조 (나선 구조)를 포함하는 액정 조성물로, 키랄 도펀트의 존재에서, 네마틱 액정의 방향은 수직 축을 따라 회전된다.
상기 나선 구조는 굴절률이 나선 축을 따라 주기적으로 조절됨에 따라 포토닉 밴드갭을 발생시킨다. 나선 피치가 가시광선의 파장과 유사할 때, CLC는 밴드갭에서 동일한 손잡이성(handedness)의 빛이 선택적으로 반사되기 때문에 구조적 색상을 나타낸다. 상기 구조적 색상은 온도, 전기장, 빛, 및 기계적 스트레스와 같은 외부 자극에 의해 조절되어 반사-모드 디스플레이, 비색계 센서(colorimetric sensor), 및 위조 방지 물질을 포함하는 다양한 포토닉 적용 분야의 유망한 CLC를 제조할 수 있다.
콜레스테릭 액정의 나선피치는 사용하는 키랄 도펀트에 의해 결정 되는데, 이때 사용하는 네마틱 액정과의 상호작용에 의해 나선피치가 결정된다.
기존의 디스플레이 분야 응용뿐만 아니라 콜레스테릭 액정의 새로운 응용분야가 계속 개발되면서, 각각의 용도에 맞는 콜레스테릭 액정 조성물의 개발도 요구되고 있다. 콜레스테릭 액정 조성물의 용도에 따라 다양한 호스트 액정에 도입하기 위해 호스트 액정과 상용성이 우수한 도펀트의 개발이 필요하다.
이에, 본 발명은 다양한 호스트 액정에 있어서, 높은 나선형 비틀림력(helical twisting power, HTP)을 유지하면서, 동시에 호스트에와 충분한 상용성을 가지는 것으로부터, 과도한 도펀트의 사용을 방지하고, 또한 도펀트가 호스트와 잘 상용되지 못하는 것, 예를 들어 도펀트가 석출되는 등의 문제로부터, 발생되는 콜레스테릭 액정 자체의 효율 저하를 방지하기 위한, 방안을 모색하던 중, 본 발명에서 제공하는 신규 도펀트 화합물 각각이 호스트와 상용성이 우수하도록 알맞게 개질된 것임을 확인한 바, 본 발명을 완성하였다.
US 2014/0117284 A1
본 발명의 목적은 다양한 호스트 액정에 있어서, 상용성이 우수하고, 광에 반응하여 콜레스테릭 액정의 광학 특성을 변화시킬 수 있는, 표면에너지가 조절된 키랄 도펀트 화합물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 키랄 도펀트 화합물의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 키랄 도펀트 화합물을 포함하는, 네마틱 또는 콜레스테릭 액정 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 키랄 도펀트 화합물, 또는 상기 네마틱 또는 콜레스테릭 액정 조성물을, 이의 배향 상태에서 박막의 형태로 중합시켜 수득된 키랄 이방성 중합체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 네마틱 또는 콜레스테릭 액정 조성물, 또는 상기 키랄 이방성 중합체를 포함하는 광학 센서를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명의 일 측면에서,
하기 화학식 1로 표시되는 키랄 도펀트 화합물, 또는 이의 입체 이성질체가 제공된다:
[화학식 1]
Figure pat00001
(상기 화학식 1에 있어서,
X1 및 X2는 각각 독립적으로 N 또는 CH이고,
Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 N 또는 CH이고,
L1 및 L2는 각각 독립적으로
Figure pat00002
,
Figure pat00003
,
Figure pat00004
,
Figure pat00005
,
Figure pat00006
,
Figure pat00007
, 또는
Figure pat00008
이고, 및
R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1-C20의 알킬, 치환 또는 비치환된 C1-C20의 알콕시, 또는 -[(CH2)a-O-(CH2)b)m-이되,
R1 및 R2 중 하나가 비치환 알킬인 경우, 다른 하나는 비치환 알킬이 아니고,
여기서, 상기 치환된 알킬 또는 상기 치환된 알콕시는 할로젠, 히드록시, 옥소(=O), 및 아미노로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 치환기로 치환되고,
상기 a 및 b는 각각 독립적으로 0 내지 5이 정수이되, a 및 b 중 적어도 하나가 0인 경우, 다른 하나는 0이 아니고, 및
상기 -[(CH2)a-O-(CH2)b)m-의 주쇄 탄소는 선택적으로, 할로젠, 히드록시, 옥소(=O), 및 아미노로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 치환기로 치환될 수 있다).
또한, 본 발명의 다른 측면에서,
하기 반응식 1에 나타난 바와 같이,
화학식 3으로 표시되는 화합물로부터, 화학식 2로 표시되는 화합물을 제조하는 단계(단계 1); 및
화학식 2로 표시되는 화합물로부터 화학식 1로 표시되는 화합물을 제조하는 단계(단계 2);를 포함하는 제1항의 화학식 1로 표시되는 화합물의 제조방법이 제공된다.
[반응식 1]
Figure pat00009
(상기 반응식 1에서,
X1, X2, Y1, Y2, L1, L2, R1, 및 R2는 제1항에서 정의한 바와 같다).
나아가, 본 발명의 또 다른 측면에서,
상기 화학식 1로 표시되는 키랄 도펀트 화합물, 또는 이의 입체 이성질체를 포함하는, 네마틱 또는 콜레스테릭 액정 조성물이 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 측면에서,
상기 화학식 1로 표시되는 키랄 도펀트 화합물, 또는 이의 입체 이성질체, 또는 상기 네마틱 또는 콜레스테릭 액정 조성물을, 이의 배향 상태에서 박막의 형태로 중합시켜 수득된 키랄 이방성 중합체가 제공된다.
나아가, 본 발명의 또 다른 측면에서,
상기 네마틱 또는 콜레스테릭 액정 조성물, 또는 상기 키랄 이방성 중합체를 포함하는 광학 센서가 제공된다.
본 발명의 화학식 1로 표시되는 키랄 도펀트 화합물은 목적에 따라, 다양한 호스트와의 우수한 상용성을 달성하기 위하여, 개질될 수 있는 바, 적은 농도로도 우수한 광학 특성이 나타날 수 있는, 콜레스테릭 액정 구현이 가능하며, 나아가 다양한 광학 소자, 디스플레이, 센서 등의 제품에서의 효율 개선 등의 유용한 효과가 달성된다.
도 1은 유리 기판 위에 코팅된 실시예 1, 3 및 비교예에서 제조한 키랄 도펀트 화합물에 대한 물 또는 디아이오도메탄의 접촉각을 나타낸 사진이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
이하 설명은 발명의 이해를 돕기 위해서 제시하는 것이며, 본 발명이 이하 설명의 내용으로 제한되지 않는다.
본 발명의 일 측면에서,
하기 화학식 1로 표시되는 키랄 도펀트 화합물, 또는 이의 입체 이성질체가 제공된다:
[화학식 1]
Figure pat00010
(상기 화학식 1에 있어서,
X1 및 X2는 각각 독립적으로 N 또는 CH이고,
Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 N 또는 CH이고,
L1 및 L2는 각각 독립적으로
Figure pat00011
,
Figure pat00012
,
Figure pat00013
,
Figure pat00014
,
Figure pat00015
,
Figure pat00016
, 또는
Figure pat00017
이고, 및
R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1-C20의 알킬, 치환 또는 비치환된 C1-C20의 알콕시, 또는 -[(CH2)a-O-(CH2)b)m-이되,
R1 및 R2 중 하나가 비치환 알킬인 경우, 다른 하나는 비치환 알킬이 아니고,
여기서, 상기 치환된 알킬 또는 상기 치환된 알콕시는 할로젠, 히드록시, 옥소(=O), 및 아미노로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 치환기로 치환되고,
상기 a 및 b는 각각 독립적으로 0 내지 5이 정수이되, a 및 b 중 적어도 하나가 0인 경우, 다른 하나는 0이 아니고, 및
상기 -[(CH2)a-O-(CH2)b)m-의 주쇄 탄소는 선택적으로, 할로젠, 히드록시, 옥소(=O), 및 아미노로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 치환기로 치환될 수 있다).
본 발명의 일 구체예에서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, 상기 R1 및 R2이 각각 독립적으로 할로젠으로 치환된 C1-C20의 알킬, 또는 -(CH2OCH2)n-CH2OCH3(여기서, n은 0 내지 20의 정수이다)이되,
R1 및 R2 중 하나가 비치환 알킬인 경우, 다른 하나는 비치환 알킬이 아닌, 키랄 도펀트 화합물, 또는 이의 입체 이성질체일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구체예에서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, 상기 X1, X2, Y1, 및 Y2는 N인 키랄 도펀트 화합물, 또는 이의 입체 이성질체일 수 있다.
본 발명의 다른 구체예에서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, 상기 L1 및 L2는
Figure pat00018
인 키랄 도펀트 화합물, 또는 이의 입체 이성질체일 수 있다..
본 발명의 또 다른 구체예에서,
상기 화학식 1로 표시되는 키랄 도펀트 화합물은, 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화합물, 또는 이의 입체 이성질체일 수 있다.
Figure pat00019
,
Figure pat00020
,
Figure pat00021
,
Figure pat00022
, 및
Figure pat00023
.
본 발명의 다른 측면에서,
상기 화학식 1로 표시되는 키랄 도펀트 화합물 또는 이의 입체 이성질체는 광감응형, 또는 열감응형일 수 있다.
본 발명의 일 구체예에서,
상기 화학식 1로 표시되는 키랄 도펀트 화합물은 광감응형이다.
본 발명의 또 다른 측면에서,
상기 화학식 1로 표시되는 키랄 도펀트 화합물은 20 - 50 dyne/cm, 20 - 40 dyne/cm, 20 - 30 dyne/cm의 표면에너지를 갖는 것을 특징으로 하는 키랄 도펀트 화합물, 또는 이의 입체 이성질체일 수 있다.
본 발명의 일 측면에서,
상기 제공되는 도펀트 화합물, 또는 이의 입체 이성질체는, 다양한 호스트와 상용성이 우수할 수 있도록, 대상이 되는 호스트의 특성에 따라 개질된, 상기 화학식 1에 따른 화합물인 것으로 이해될 수 있다.
본 발명의 일 구체예에서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, 특히 호스트의 특성에 맞추어, 상기 R1 및 R2 부분을 독립적으로 선택한 화합물일 수 있다.
본 발명의 다른 구체예에서,
적용되는 호스트 특성이 친수성이라면, 이에 대한 도펀트 역시 친수성인 것이 바람직하고, 예를 들어, 상기 R1 및 R2 부분 중 적어도 하나는, -(CH2OCH2)n-CH2OCH3인 화합물을 도펀트로 사용할 수 있고, 또는 상기 R1 및 R2 모두가 -(CH2OCH2)n-CH2OCH3인 화합물을 도펀트로 사용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구체예에서,
하기 실험예 1과 같이, 물 또는 디아이오도메탄과 접촉각을 측정한 결과, 상기 R1 및 R2 중 적어도 하나가 알킬기, 또는 할로젠 치환된 알킬기인 경우 대비 상기 R1 및 R2이 -(CH2OCH2)n-CH2OCH3인 경우, 친수성으로 개질되었음이 실험적으로 확인되었다.
다른 한편, 본 발명의 일 구체예에서,
적용되는 호스트 특성이 소수성이라면, 이에 대한 도펀트 역시 소수성인 것이 바람직하고, 예를 들어, 상기 R1 및 R2 부분 중 적어도 하나는, 할로젠으로 치환된 C1-C20의 알킬인 화합물을 도펀트로 사용할 수 있고, 또는 상기 R1 및 R2 모두가 할로젠으로 치환된 C1-C20의 알킬인 화합물을 도펀트로 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 구체예에서,
하기 실험예 1과 같이, 물 또는 디아이오도메탄과 접촉각을 측정한 결과, 상기 R1 및 R2이 -(CH2OCH2)n-CH2OCH3인 경우 대비, 상기 R1 및 R2 중 적어도 하나가 알킬기, 또는 할로젠 치환된 알킬기인 경우, 소수성으로 개질되었음이 실험적으로 확인되었다. 또한, 특히 상기 R1 및 R2 중 적어도 하나가 할로젠 치환된 알킬기인 경우, 보다 소수성이고, 표면에너지가 현저히 작아지는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 상술된 바와 같이, 본 발명에서 제공하는 신규 도펀트 화합물은 각각의 호스트 특성에 알맞게, 개질될 수 있고, 이에 호스트와의 상용성이 우수하여, 도펀트 화합물의 석출 등으로부터 야기되는, 액정의 특성 변화, 또는 이로부터 나타날 수 있는 디스플레이, 센서, 등의 제품으로서의 효율 저하 등의 문제점을 현저히 개선시킬 수 있다.
본 발명의 다른 측면에서,
본 발명이 제공하는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, 하기의 설명으로부터 호스트 액정과의 상용성이 개선된 도펀트 화합물임을 알 수 있다.
키랄 액정(LC) 물질은 많은 용도, 예를 들면, LC 디스플레이(LCD) 또는 비틀린 구조를 갖는 중합체 필름에 유용하다. 통상적으로, 이들은 목적하는 나선형 비틀림을 유도하는 키랄 도판트를 하나 이상 함유하는 LC 호스트 물질로 이루어진다. 액정 호스트 물질에서 나선형으로 비틀린 분자 구조를 유도하는 키랄 화합물의 효과는 그의 소위 나선형 비틀림력(helical twisting power, HTP)으로 설명된다. HTP는 대부분의 실제 용도에 충분한 제1 접근방법으로 하기 수학식 1에 의해 나타낸다:
[수학식 1]
HTP = 1/p·c
여기서, c는 호스트 물질 중 키랄 도펀트 화합물의 농도이고, p는 나선형 피치이다.
수학식 1로부터 알 수 있듯이, 짧은 피치는 다량의 키랄 화합물을 사용하거나, 또는 높은 절대치의 HTP를 갖는 키랄 화합물을 사용하여 달성될 수 있다. 따라서, 낮은 HTP를 갖는 키랄 화합물을 사용하는 경우, 짧은 피치를 유도하기 위해 다량이 필요하다.
다량의 키랄 화합물이 요구되는 경우는 종종 LC 호스트 혼합물의 성질, 예를 들면, 투명점, 유전이방성, 점도, 구동 전압 또는 스위칭 시간에 불리하게 영향을 미치고, 키랄 화합물은 순수한 거울상이성질체로서만 사용될 수 있으므로 비경제적이고 합성하기에 어렵기 때문에 불리하다.
선행 기술의 키랄 화합물의 또 다른 단점은 이들이 종종 LC 호스트 물질에서 낮은 용해도를 나타내어 저온에서 바람직하지 않은 결정화를 유발한다는 것이다. 상기 단점을 해결하기 위해, 전형적으로 2개 이상의 상이한 키랄 도판트를 호스트 혼합물에 첨가해야 한다. 이것은 보다 높은 비용을 요하며, 또한 통상적으로 그의 비틀림의 온도 계수가 서로 보상되도록 상이한 도판트를 선택해야 하기 때문에 물질의 온도 보상을 위한 추가의 노력이 필요한 단점이 있다.
결과적으로, 소량으로 사용될 수 있고, 예를 들어 일정한 반사 파장을 사용하기 위해 비틀림력의 저온 의존성을 나타내고, LC 호스트 물질에서 우수한 용해도를 나타내며, LC 호스트의 성질에 불리한 영향을 미치지 않는, 높은 HTP를 갖는 키랄 화합물에 대한 요구가 있다.
이러한 관점에서, 본 발명이 제공하는 상기 화학식 1로 표시되는 도펀트 화합물은, 호스트와의 상용성이 우수한 바, 적은 양을 사용할 수 있고, 적응 양으로도 충분한 피치와, 목적하는 특성을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 화학식 1로 표시되는 도펀트 화합물은 다양한 호스트에 적용될 수 있도록, 선택적으로 개질된 화합물일 수 있는 바, 유용하다.
본 발명의 또 다른 측면에서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 다음의 여러 이점을 갖는 것일 수 있다.
출발 물질은, S,S-바이나프톨 또는 R,R-바이나프톨, 또는 이로부터 유래되는 유도체는, 상업적으로 수득될 수 있는 바, 대량생산 등의 공정에 적용되어 생산될 수 있다.
상이한 선회성(handedness)(좌선회(left handed) 및 우선회(right handed))의 화합물로서 거울상이성질체적으로 순수하게 제조되어, 네마틱 호스트에 좌선회 및 우선회 나선이 둘 다 형성될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 고 HTP를 나타낸다,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 LC 혼합물중에서의 우수한 용해도를 나타낸다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물이 LC 호스트 물질에 키랄 도판트로 사용될 때 이들은 호스트의 LC 상에 불리한 영향을 미치지 않는다.
본 발명의 다른 측면에서,
하나 이상의 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 LC 조성물이 제공된다.
본 발명의 일 구체예에서,
상기 화학식 1로 표시되는 키랄 도펀트 화합물, 또는 이의 입체 이성질체를 포함하는 네마틱, 또는 콜레스테릭 액정 조성물이 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물 또는 상기 및 하기에 기술된 바와 같은 LC 조성물을, 바람직하게는 그의 배향 상태에서 박막의 형태로 중합시켜 수득된 키랄 이방성 중합체가 제공된다.
본 발명의 일 구체예에서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물 또는 이의 입체이성질체를 포함하는, 네마틱, 또는 콜레스테릭 액정 조성물을, 바람직하게는 그의 배향 상태에서 박막의 형태로 중합시켜 수득된 키랄 이방성 중합체가 제공된다.
나아가, 본 발명의 또 다른 측면에서,
상기 네마틱 또는 콜레스테릭 액정 조성물, 또는 상기 키랄 이방성 중합체를 포함하는 광학 센서가 제공된다.
본 발명은 또한 전기광학 디스플레이, LCD, 광학 필름, 편광자, 보상기, 빔 분리기, 반사 필름, 배열층, 컬러필터, 홀로그래피 소자, 열전사(hot stamping) 호일, 컬러 영상, 장식 또는 보안용 표지, LC 안료, 접착제, 화장품, 진단장치, 비선형 광학물질, 광학 정보 저장장치, 전자 장치, 유기 반도체, 전계효과 트랜지스터(FET), 집적 회로(IC) 부품, 박막 트랜지스터(TFT), 무선인식장치(Radio Frequency Identification, RFID) 태그, 유기 발광 다이오드(OLED), 전기발광 디스플레이, 조명장치, 광전 장치, 센서 장치, 전극 물질, 광전도체, 전자사진 기록장치, 레이저 물질 또는 장치에 있어서, 또는 키랄 도판트로서 상기 및 하기에 기술된 바와 같은 화합물, 조성물 및 중합체를 적용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 있어서,
중합성 LC 혼합물에 단량체 또는 공단량체로 사용하기에 적합한 중합성 메소겐 또는 LC 화합물은, 예를 들면, WO 93/22397 호, EP 0 261 712 호, DE 195 04 224 호, WO 95/22586 호, WO 97/00600 호, US 5,518,652 호, US 5,750,051 호, US 5,770,107 호 및 US 6,514,578 호에 개시되어 있다.
본 발명의 일 측면에서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, 중합성 LC 혼합물, 이방성 중합체 겔 및 이방성 중합체 필름, 특히 균일한 평면 배향을 갖는, 즉, 나선 축이 필름의 평면에 수직으로 배향된 나선형으로 비틀린 분자 구조를 나타내는 중합체 필름, 예를 들어, 배향된 콜레스테릭 필름에 포함될 수 있다.
이들을 포함하는 이방성 중합체 겔 및 디스플레이는, 예를 들면, DE 195 04 224 호 및 GB 2 279 659 호에 개시되어 있다.
배향된 콜레스테릭 중합체 필름은, 예를 들면, 광대역 반사 편광자, 컬러 필터, 보안용 표지로 사용되거나, 또는 LC 안료의 제조에 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 또 다른 양태는 하나 이상의 화학식 1의 화합물, 및 중합성이고 LC 화합물인 다른 화합물을 하나 이상 포함하는 중합성 LC 조성물이다.
여기서, 중합성 LC 조성물은 바람직하게는 2개 이상의 화합물의 혼합물로서, 이들 중 하나 이상은 중합성 또는 가교결합성 화합물이다. 하나의 중합기를 갖는 중합성 화합물은 이하에서 또한 "일반응성"으로 지칭된다. 가교결합성 화합물, 즉, 2개 이상의 중합기를 갖는 화합물은 이하에서 또한 "이- 또는 다반응성"으로 지칭된다.
중합성 메소겐 또는 LC 화합물은 바람직하게는 단량체이며, 더욱 바람직하게는 칼라미틱 단량체이다. 이들 물질은 전형적으로 우수한 광학성, 예를 들면, 감소된 색도를 가지며, 용이하고 신속하게 목적하는 배향으로 정렬될 수 있는데, 이것은 중합체 필름의 대규모 산업적 생산에 특히 중요하다. 중합성 물질이 하나 이상의 디스코틱 단량체를 포함하는 것도 또한 가능하다.
나아가, 본 발명의 일 측면에서,
하기 반응식 1에 나타난 바와 같이,
화학식 3으로 표시되는 화합물로부터, 화학식 2로 표시되는 화합물을 제조하는 단계(단계 1); 및
화학식 2로 표시되는 화합물로부터 화학식 1로 표시되는 화합물을 제조하는 단계(단계 2);를 포함하는 제1항의 화학식 1로 표시되는 화합물의 제조방법이 제공된다:
[반응식 1]
Figure pat00024
(상기 반응식 1에서,
X1, X2, Y1, Y2, L1, L2, R1, 및 R2는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다).
본 발명의 일 구체예에서, 상기 반응식 1로 표시되는 제조방법은, 하기 본 발명의 실시예와 같이 수행할 수 있고, 또는 당업자가 용이하게 변경/수정하여 수행되는 제조방법일 수 있고, 본 발명은 이를 포함한다.
본 발명의 다른 구체예에서, 적어도 상기 L 및 R 파트에 해당하는 치환기 부분은 당업자가 본 발명이 목적하고자 하는 호스트와의 상용성을 향상시키는 목적으로 적절하게 변경 또는 수정할 수 있고, 반응 시간, 용매, 조건 등의 통상적으로 변경 또는 수정할 수 있는 반응 컨트롤이 적용될 수 있고, 이로부터 도출되는 제조방법 역시 본 발명에 모두 포함된다.
나아가, 본 발명의 일 측면에서,
본 발명 화학식 1의 화합물은, 예를 들면, 다중 또는 능동 매트릭스 어드레싱을 갖는 비틀림 또는 초비틀림 네마틱(twisted or supertwisted nematic; TN, STN) 디스플레이와 같은 비틀린 구조를 나타내는 LCD를 위한 LC 혼합물에 사용되거나, 또는 WO 98/57223 호에 기술된 바와 같은 다중-영역 LCD, US 5,668,614 호에 기술된 바와 같은 다중컬러 콜레스테릭 디스플레이 또는 WO 02/93244 호에 기술된 바와 같은 등방성 또는 청색 상에서 작동하는 키랄 LC 매질을 포함하는 디스플레이와 같이 가변 피치를 갖는 LCD를 위한, WO 92/19695 호, WO 93/23496호, US 5,453,863 호 또는 US 5,493,430 호에 기술된 바와 같은 표면 안정화 또는 중합체 안정화 콜레스테릭 구조 디스플레이(surface stabilized or polymer stabilized cholesteric texture display; SSCT, PSCT)와 같은 콜레스테릭 디스플레이에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에서,
본 발명 화학식 1의 화합물은 또한 각각 온도 변화 또는 광조사시 그의 색을 변화시키는 열변색성 또는 광변색성 LC 매질에 사용하기에 적합하다.
따라서, 본 발명의 또 다른 양태는 하나 이상의 화학식 1의 키랄 화합물, 또는 이의 입체 이성질체를 함유하는 콜레스테릭 LC 매질을 포함하는 콜레스테릭 LCD이다.
화학식 1의 화합물은 LC 호스트 혼합물에서 우수한 용해도를 가지며, 상의 양태 및 혼합물의 전광성에 별로 영향을 미치지 않으면서 LC 호스트에 소량으로 도판트로서 첨가될 수 있고, 선택적으로 다량 첨가될 수 있다.
본 발명의 화학식 1의 키랄 도펀트 화합물은 특히 호스트와의 상용성이 우수한 바, 저온에서 바람직하지 않은 자발적 결정화가 감소되며, 혼합물의 공정 온도 범위가 광범위해질 수 있다.
또한, 이들은, 혼합물 성질에 영향을 미치지 않고 낮은 피치 값(즉, 고도의 비틀림)을 제공하도록 도판트 농도를 증가시킬 수 있기 때문에, 이들이 낮은 HTP를 가질 지라도 고도로 비틀린 LC 매질의 제조에 사용될 수 있다. 따라서, 결정화를 방지하기 위해 종종 첨가되는 제 2 도판트의 사용이 배제될 수도 있다.
본 발명의 일 측면에서,
화학식 1의 키랄 화합물은 고 HTP 값을 나타내므로, 고도의 나선형 비틀림, 즉, 낮은 피치를 갖는 LC 혼합물은 이들 화합물을 매우 소량으로 첨가함으로써 제조될 수 있다.
상기 LC 혼합물은 바람직하게는 0.1 내지 30 중량%, 특히 1 내지 25 중량%, 매우 특히 바람직하게는 2 내지 15 중량%의 화학식 1의 키랄 화합물을 포함한다. 바람직하게, 상기 혼합물은 1 내지 3개의 화학식 I의 키랄 화합물을 포함한다.
본 발명의 일 구체예에서,
LC 혼합물은 2 내지 25개, 바람직하게는 3 내지 15개의 화합물로 이루어지며, 그 중 하나 이상이 화학식 I의 키랄 화합물이다. 다른 화합물들은 바람직하게는 다음으로부터 선택된 저분자량 LC화합물이다:
네마틱 또는 네마토제닉 물질, 예를 들면, 알려진 부류의 아족시벤젠, 벤질리덴-아닐린, 바이페닐, 터페닐, 페닐 또는 사이클로헥실 벤조에이트, 사이클로헥세인카복실산의 페닐 또는 사이클로헥실 에스터, 사이클로헥실벤조산의 페닐 또는 사이클로헥실 에스터, 사이클로헥실사이클로헥세인카복실산의 페닐 또는 사이클로헥실 에스터, 벤조산의 사이클로헥실페닐 에스터, 사이클로헥세인카복실산의 사이클로헥실페닐 에스터 및 사이클로헥실사이클로헥세인카복실산의 사이클로헥실페닐 에스터, 페닐사이클로헥세인, 사이클로헥실바이페닐, 페닐사이클로헥실사이클로헥세인, 사이클로헥실사이클로헥세인, 사이클로헥실사이클로헥센, 사이클로헥실사이클로헥실사이클로헥센, 1,4-비스-사이클로헥실벤젠, 4,4'-비스-사이클로헥실바이페닐, 페닐- 또는 사이클로헥실피리미딘, 페닐- 또는 사이클로헥실피리딘, 페닐- 또는 사이클로헥실피리다진, 페닐- 또는 사이클로헥실다이옥세인, 페닐- 또는 사이클로헥실-1,3-다이티안, 1,2-다이페닐-에테인, 1,2-다이사이클로헥실에테인, 1-페닐-2-사이클로헥실에테인, 1-사이클로헥실-2-(4-페닐사이클로헥실)-에테인, 1-사이클로헥실-2-바이페닐-에테인, 1-페닐-2-사이클로헥실-페닐에테인, 할로겐화되거나 할로겐화되지 않은 스틸벤, 벤질 페닐 에테르, 톨레인, 치환된 신남산 및 다른 부류의 네마틱 또는 네마토제닉 물질. 상기 화합물들에서 1,4-페닐렌기는 또한 측면으로 일- 또는 이플루오르화될 수 있다. LC 혼합물은 바람직하게는 상기 유형의 비-키랄 화합물을 기재로 한다.
본 발명의 일 측면에서,
본 발명은, 특히 호스트와의 상용성을 우수하게 하기 위하여, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 개질시켜 유도체를 제조하였다. 특히 소수성, 또는 친수성으로 개질시킬 수 있었고, 이에 호스트 액정에 적은 양으로 첨가하여도 목적하는 피치를 달성할 수 있었고, 또한 종래 호스트와 도펀트의 상용성이 좋지 못한 경우, 나타나는, 석출 등의 문제, 또는 이로부터 나타나는 제품의 효율 저하 등의 문제를 개선시킬 수 있는 장점이 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 실험예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서에 기재된 실시예 및 시험예는 본 발명의 바람직한 실시예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있다.
<제조예 1> 2,2'-비스(4-하이드록시페닐아조)-1,1'-바이나프탈렌의 제조
Figure pat00025
1,1'-바이나프틸-2,2'-디아민 (500 mg, 1.76 mmol)을 플라스크에 넣어주고, 물 (8.5 mL)과 진한 염산 (1.25 mL)에 녹여준다. 여기에, 얼음중탕에서 물 (10 mL)에 녹인 아질산나트륨 (250 mg, 4.22 mmol) 용액을 천천히 적가한다. 이것을 0℃에서 15분 동안 반응시키고, 이 용액을, 또 다른 플라스크의 페놀 (360 mg, 3.87 mmol)과 물 (15 mL)에 녹인 수산화나트륨 (450 mg, 22.53 mmol) 수용액의 혼합용액에 천천히 적가한다. 상온에서 15분 동안 반응 후, 1M 염산 수용액을 넣어서 산성화 한다. 침전되는 고체는 물로 씻어주면서 필터한다. 필터한 고체는 건조 후, 헥산 : 에틸아세테이트 (2 : 1) 혼합용액으로 컬럼크로마토그래피하여 분리한다. 분리된 화합물은 붉은색 고체 화합물로, 0.54 g (62%)을 수득하였다.
1H NMR (300 MHz, DMSO-d6) δ 10.15 (s, 2H), 8.32 - 7.92 (m, 6H), 7.57 (t, J = 7.4 Hz, 2H), 7.42 - 7.31 (m, 2H), 7.21 (m, 6H), 6.68 (d, J = 8.8 Hz, 4H).
<제조예 2> 2-[4-데카노일옥시페닐아조]-2'-(4-하이드록시페닐아조)-1,1'-바이나프탈렌의 제조
Figure pat00026
상기 제조예 1 화합물 (200 mg, 0.4 mmol)을 플라스크에 넣고 디클로로메탄 (10 mL)을 넣어 녹인다. 이후, DMAP (5 mg, 0.04 mmol), 트리에틸아민 (0.6 ml, 4 mmol)을 각각 넣어준다. 그 후에 0℃에서 데카노일 클로라이드 (0.074 mL, 0.36 mmol)을 적가한 후, 상온에서 15분 동안 반응시켜 준다. 반응 종료 후, 디클로로메탄으로 추출한다. 유기층은 황산마그네슘으로 건조시킨 후, 용매를 제거한다. 농축용액은 이후 컬럼 크로마토그래피로 분리한다. 분리된 화합물은 붉은색 고체 화합물로 0.09 g (35 %)을 수득하였다.
1H NMR (400 MHz, Acetone-d6) δ 8.24 - 7.99 (m, 6H), 7.63 - 7.50 (m, 2H), 7.47 - 7.21 (m, 8H), 7.04 (d, J = 8.8 Hz, 2H), 6.73 (d, J = 8.9 Hz, 2H), 2.52 (t, J = 7.4 Hz, 2H), 1.66 (q, J = 7.5 Hz, 2H), 1.41 - 1.18 (m, 12H), 0.86 (t, J = 6.8 Hz, 3H).
<제조예 3> 2-[4-히드록시페닐아조]-2'-[4-(2-(2-(2-메톡시에톡시)에톡시)아세톡시)-페닐아조]-1,1'-바이나프탈렌의 제조
Figure pat00027
2-[2-(2-메톡시에톡시)에톡시]아세트산 (0.12 mL, 0.8 mmol)을 1 목 둥근 바닥 플라스크에 넣고, 디클로로메탄 (10 mL)을 넣어 녹이고, 트리에틸아민 (0.2 ml, 1.4 mmol)을 넣어준다. 그 후에 0℃에서 메탄설포닐 클로라이드 (0.1 mL, 1.4 mmol)을 적가한 후, 상온에서 5시간 동안 반응시켜 준다. 또 다른 플라스크에 상기 제조예 1 화합물 (200 mg, 0.4 mmol), DMAP ( 5 mg, 0.04 mmol)을 넣고, 디클로로메탄 (10 mL)에 녹인다. 첫번째 플라스크에 반응한 화합물을 두번째 플라스크로 케뉼레이션 시켜준다. 상온에서 3시간 반응 후, 디클로로메탄으로 추출한다. 유기층은 황산마그네슘으로 건조시킨 후, 용매를 제거한다. 농축액은 이후 헥산 : 에틸아세테이트 (1 : 1) 혼합용액으로 컬럼 크로마토그래피하여 분리한다. 분리된 화합물은 붉은색 고체 화합물로 0.073 g (28 %)을 수득하였다.
1H NMR (400 MHz, Acetone-d6) δ 8.26 - 8.04 (m, 6H), 7.69 - 7.49 (m, 2H), 7.48 - 7.32 (m, 6H), 7.27 (d, J = 8.9 Hz, 2H), 7.12 (d, J = 8.9 Hz, 2H), 6.73 (d, J = 8.9 Hz, 2H), 4.38 (s, 2H), 3.78 - 3.68 (m, 2H), 3.65 - 3.59 (m, 2H), 3.59 - 3.53 (m, 2H), 3.50 - 3.41 (m, 2H), 3.26 (s, 3H).
상기 제조예 1-3에서 제조한 화합물을 사용하여, 하기 실시예 및 비교예 화합물을 제조하였다.
<실시예 1> 2,2'-비스[4-(4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,9-트리데카플루오로노나노일옥시)페닐아조]-1,1'-바이나프탈렌의 제조
Figure pat00028
2H,2H,3H,3H-퍼플루오로노난산 (550 mg, 1.4 mmol)을 플라스크에 넣고, 디클로로메탄 (20 mL)을 넣어 녹이고, 트리에틸아민 (0.5 ml, 3.5 mmol)을 넣어준다. 그 후에, 0℃에서 메탄설포닐 클로라이드 (0.2 mL, 2.8 mmol)를 적가한 후, 상온에서 17 시간 동안 반응시켜 준다. 또 다른 플라스크에 상기 제조예 1 화합물 (100 mg, 0.2 mmol), DMAP ( 12 mg, 0.1 mmol)을 넣고, 디클로로메탄 (10 mL)에 녹인다. 첫번째 플라스크에 반응한 화합물을 두번째 플라스크로 케뉼레이션 시켜준다. 상온에서 2일 동안 반응 후, 디클로로메탄으로 추출한다. 유기층은 황산마그네슘으로 건조시킨 후, 용매를 제거한다. 농축용액은 이후 헥산 : 에틸아세테이트 (1 : 1) 혼합용액으로 컬럼 크로마토그래피하여 분리한다. 분리된 화합물은 붉은색 고체 화합물로 0.06 g (38 %)을 수득하였다.
1H NMR (400 MHz, Acetone-d6) δ 8.29 - 8.02 (m, 6H), 7.60 (t, J = 7.4 Hz, 2H), 7.50 - 7.29 (m, 8H), 7.09 (d, J = 8.8 Hz, 4H), 2.97 (t, J = 7.5 Hz, 4H), 2.78 - 2.57 (m, 4H).
<실시예 2> 2-[4-데카노일옥시페닐아조]-2'-[4-(4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,9-트리데카플루오로노나노일옥시)페닐아조]-1,1'-바이나프탈렌의 제조
Figure pat00029
2H,2H,3H,3H-퍼플루오로노난산 (180 mg, 0.45 mmol)을 플라스크에 넣고, 디클로로메탄 (10 mL)을 넣어 녹이고, 트리에틸아민 (0.11 ml, 0.75 mmol)을 넣어준다. 그 후에 0℃에서 메탄설포닐 클로라이드 (0.06 mL, 0.75 mmol)를 적가한 후, 상온에서 5 시간 동안 반응시켜 준다. 또 다른 플라스크에 상기 제조예 2 화합물 (100 mg, 0.15 mmol), DMAP (2 mg, 0.015 mmol)을 넣고 디클로로메탄 (10 mL)에 녹인다. 첫번째 플라스크에 반응한 화합물을 두번째 플라스크로 케뉼레이션 시켜준다. 상온에서 3시간 반응 후, 디클로로메탄으로 추출한다. 유기층은 황산마그네슘으로 건조시킨 후, 용매를 제거한다. 농축액은 컬럼 크로마토그래피로 분리한다. 분리된 화합물은 붉은색 고체 화합물로 0.07 g (47 %)을 수득하였다.
1H NMR (400 MHz, Acetone-d6) δ 8.25 - 8.09 (m, 6H), 7.60 (t, J = 7.4 Hz, 2H), 7.48 - 7.33 (m, 8H), 7.12 - 7.08 (m, 2H), 7.08 - 7.03 (m, 2H), 2.97 (t, J = 7.5 Hz, 2H), 2.77 - 2.61 (m, 2H), 2.53 (t, J = 7.4 Hz, 2H), 1.67 (q, J = 7.5 Hz, 2H), 1.40 - 1.26 (m, 12H), 0.87 (t, J = 6.8 Hz, 3H).
<실시예 3> 2,2'-비스[4-(2-(2-(2-메톡시에톡시)에톡시)아세톡시)-페닐아조]-1,1'-바이나프탈렌의 제조
Figure pat00030
2-[2-(2-메톡시에톡시)에톡시]아세트산 (0.16 mL, 1 mmol)을 1 목 둥근 바닥 플라스크에 넣고, 디클로로메탄 (20 mL)을 넣어 녹이고, 트리에틸아민 (0.36 ml, 2.5 mmol)을 넣어준다. 그 후에, 0℃에서 메틸설포닐 클로라이드 (0.12 mL, 1.5 mmol)를 적가한 후, 상온에서 17시간 동안 반응시켜 준다. 또 다른 플라스크에 상기 제조예 1 화합물 (200 mg, 0.4 mmol), DMAP ( 17 mg, 0.14 mmol)을 넣고, 디클로로메탄 (10 mL)에 녹인다. 첫번째 플라스크에 반응한 화합물을 두번째 플라스크로 케뉼레이션 시켜준다. 이를 상온에서 17시간 반응시킨 후, 디클로로메탄으로 추출한다. 유기층은 황산마그네슘으로 건조시킨 후 용매를 제거한다. 농축액은 컬럼 크로마토그래피로 분리한다. 분리된 화합물은 붉은색 고체 화합물로 0.14 g (29 %)을 수득하였다.
1H NMR (400 MHz, Acetone-d6) δ 8.26 - 8.07 (m, 6H), 7.60 (t, J = 7.4 Hz, 2H), 7.47 - 7.30 (m, 8H), 7.12 (d, J = 8.8 Hz, 4H), 4.38 (s, 4H), 3.77 - 3.68 (m, 4H), 3.67 - 3.51 (m, 8H), 3.50 - 3.41 (m, 4H), 3.26 (s, 6H).
<실시예 4> 2-[4-데카노일옥시페닐아조]-2'-[4-(2-(2-(2-메톡시에톡시)에톡시)아세톡시)-페닐아조]-1,1'-바이나프탈렌의 제조
Figure pat00031
2-[2-(2-메톡시에톡시)에톡시]아세트산 (0.05 mL, 0.3 mmol)을 1 목 둥근 바닥 플라스크에넣고 디클로로메탄 (20 mL)을 넣어 녹이고, 트리에틸아민 (1.8 ml, 0.6 mmol)을 넣어준다. 그 후에 0℃에서 메탄설포닐 클로라이드 (0.05 mL, 0.6 mmol)을 적가한 후, 상온에서 5시간 동안 반응시켜 준다. 또 다른 플라스크에 상기 제조예 2 화합물 (80 mg, 0.12 mmol), DMAP (2 mg, 0.012 mmol)을 넣고, 디클로로메탄 (10 mL)에 녹인다. 첫번째 플라스크에 반응한 화합물을 두번째 플라스크로 케뉼레이션 시켜준다. 상온에서 3시간 반응 후, 디클로로메탄으로 추출한다. 유기층은 MgSO4로 건조시킨 후, 용매를 제거한다. 농축액은 이후 헥산 : 에틸아세테이트 (1 : 1) 혼합용액으로 컬럼 크로마토그래피하여 분리한다. 분리된 화합물은 붉은색 고체 화합물로 0.05 g (52 %)을 수득하였다.
1H NMR (400 MHz, Acetone-d6) δ 8.27 - 8.09 (m, 6H), 7.61 (t, J = 7.4 Hz, 2H), 7.49 - 7.32 (m, 8H), 7.12 (d, J = 8.8 Hz, 2H), 7.06 (d, J = 8.8 Hz, 2H), 4.39 (s, 2H), 3.76 - 3.68 (m, 2H), 3.64 - 3.59 (m, 2H), 3.59 - 3.53 (m, 2H), 3.50 - 3.42 (m, 2H), 3.26 (s, 3H), 2.53 (t, J = 7.4 Hz, 2H), 1.67 (q, J = 7.3 Hz, 2H), 1.42 - 1.24 (m, 12H), 0.87 (t, J = 6.8 Hz, 3H).
<실시예 5> 2-[4-(4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,9-트리데카플루오로노나노일옥시)페닐아조]-2'-[4-(2-(2-(2-메톡시에톡시)에톡시)아세톡시)-페닐아조]-1,1'-바이나프탈렌의 제조
Figure pat00032
2H,2H,3H,3H-퍼플루오로노난산 (130 mg, 0.45 mmol)을 1 목 둥근 바닥 플라스크에 넣고, 디클로로메탄 (10 mL)을 넣어 녹이고, 트리에틸아민 (0.08 ml, 0.55 mmol)을 넣어준다. 그 후에 0℃에서 메탄설포닐 클로라이드 (0.04 mL, 0.55 mmol)을 적가한 후, 상온에서 5시간 동안 반응시켜 준다. 또 다른 플라스크에 상기 제조예 3 화합물 (73 mg, 0.11 mmol), DMAP (2 mg, 0.011 mmol)을 넣고, 디클로로메탄 (10 mL)에 녹인다. 첫번째 플라스크에 반응한 화합물을 두번째 플라스크로 케뉼레이션 시켜준다. 상온에서 3시간 반응 후, 디클로로메탄으로 추출한다. 유기층은 MgSO4로 건조시킨 후, 용매를 제거한다. 농축액은 이후 헥산 : 에틸아세테이트 (1 : 1) 혼합용액으로 컬럼 크로마토그래피하여 분리한다. 분리된 화합물은 붉은색 고체 화합물로 0.045 g (41 %)을 수득하였다. 1H NMR (400 MHz, Acetone-d6) δ 8.27 - 8.07 (m, 6H), 7.67 - 7.55 (m, 2H), 7.50 - 7.34 (m, 8H), 7.19 - 7.04 (m, 4H), 4.38 (s, 2H), 3.79 - 3.68 (m, 2H), 3.67 - 3.59 (m, 2H), 3.59 - 3.51 (m, 2H), 3.49 - 3.38 (m, 2H), 3.26 (s, 3H), 2.97 (t, J = 7.5 Hz, 2H), 2.80 - 2.57 (m, 2H).
<비교예> 2,2'-비스(4-데카노일옥시페닐아조)-1,1'-바이나프탈렌의 제조
Figure pat00033
상기 제조예 1 화합물 (150 mg, 0.3mmol)을 1 목 둥근 바닥 플라스크에 넣고, 디클로로메탄 (20 mL)을 넣어 녹인다. 그리고 DMAP (4 mg, 0.03mmol), 트리에틸아민 (0.43 ml, 3 mmol)을 각각 넣어준다. 그 후에 0℃에서 디카노일 클로라이드 (0.25 mL, 1.35 mmol)를 적가한 후, 상온에서 3 시간 동안 반응시켜 준다. 반응종료 후, 디클로로메탄으로 추출한다. 유기층은 MgSO4로 건조시킨 후, 용매를 제거한다. 농축액은 이후, 헥산 : 에틸아세테이트 (2 : 1) 혼합용액으로 컬럼 크로마토그래피하여 분리한다. 분리된 화합물은 붉은색 고체 화합물로 0.17 g (71 %)을 수득하였다.
1H NMR (400 MHz, Acetone-d6) δ 8.17 (m, 6H), 7.60 (t, J = 7.4 Hz, 2H), 7.48 - 7.33 (m, 8H), 7.05 (d, J = 8.8 Hz, 4H), 2.53 (t, J = 7.4 Hz, 4H), 1.66 (q, J = 7.5 Hz, 4H), 1.45 - 1.20 (m, 24H), 0.87 (t, J = 6.7 Hz, 6H).
하기 표 1에 본 발명 실시예 1-5 화합물의 화학 구조식을 나타내었다.
실시예 화학 구조식
1
Figure pat00034
2
Figure pat00035
3
Figure pat00036
4
Figure pat00037
5
Figure pat00038
<실험예 1> 표면에너지 측정
본 발명 키랄 도펀트 화합물이 다양한 호스트에 적용될 수 있는지, 즉 호스트와의 상용성을 평가하기 위하여, 다음과 같이 표면에너지 측정 실험을 수행하였다.
구체적으로, 상기 실시예 및 비교예 화합물을 유리기판 위에 얇게 코팅한 후, 각각 물과 디아이오도메탄 한방울을 떨어트려 접촉각을 측정하였고, 측정한 접촉각으로부터 표면에너지의 계산은 두가지 용액을 사용하여 측정하는 방법으로 잘 알려진 기하평균법(Geometric mean method)으로 계산하였고, 그 결과를 하기 표 2 및 도 1에 나타내었다.
화합물 접촉각 표면에너지
(dyne/cm)
물 디아아오도메탄
비교예 99.3 33.2 41.4
실시예 1 107.2 49.1 24.7
실시예 3 83.2 42.2 39.1
표 2를 살펴보면, 비교예 대비 본 발명 실시예 1, 3의 표면 에너지가 조절되었음을 확인할 수 있고, 나아가, 각각 물 또는 디아이오도메탄과의 접촉각이 변화되었음을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명과 같이 표면에너지가 조절된 키랄 도판트는 호스트와의 상용성이 우수한 바, 다양한 호스트에 적용될 수 있는 이점이 있다.
예를 들어, TN, IPS, VA 등 LCD 모드에 사용되는 호스트 액정은 그 구동방법과 초기 배향상태에 따라 점도, 유전율이방성, 표면에너지 등을 조절해야 하는데, 이러한 호스트 액정을 콜레스테릭 액정상으로 바꾸고자 할 때, 본 발명과 같이 표면에너지가 조절된 키랄 도판트를 적용할 수 있다.
또한, LCD 모드에 사용되는 호스트 액정에 단순히 키랄 도판트만 첨가하여, 콜레스테릭 액정상을 구현할 수 있고 이로부터, 센서, 스마트윈도우, 등에 적용 가능한 조성물을 형성할 수 있다.

Claims (10)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 키랄 도펀트 화합물 또는 이의 입체 이성질체:
    [화학식 1]
    Figure pat00039

    (상기 화학식 1에 있어서,
    X1 및 X2는 각각 독립적으로 N 또는 CH이고,
    Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 N 또는 CH이고,
    L1 및 L2는 각각 독립적으로
    Figure pat00040
    ,
    Figure pat00041
    ,
    Figure pat00042
    ,
    Figure pat00043
    ,
    Figure pat00044
    ,
    Figure pat00045
    , 또는
    Figure pat00046
    이고, 및
    R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1-C20의 알킬, 치환 또는 비치환된 C1-C20의 알콕시, 또는 -[(CH2)a-O-(CH2)b)m-이되,
    R1 및 R2 중 하나가 비치환 알킬인 경우, 다른 하나는 비치환 알킬이 아니고,
    여기서, 상기 치환된 알킬 또는 상기 치환된 알콕시는 할로젠, 히드록시, 옥소(=O), 및 아미노로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 치환기로 치환되고,
    상기 a 및 b는 각각 독립적으로 0 내지 5이 정수이되, a 및 b 중 적어도 하나가 0인 경우, 다른 하나는 0이 아니고, 및
    상기 -[(CH2)a-O-(CH2)b)m-의 주쇄 탄소는 선택적으로, 할로젠, 히드록시, 옥소(=O), 및 아미노로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 치환기로 치환될 수 있다).
  2. 제1항에 있어서,
    R1 및 R2는 각각 독립적으로 할로젠으로 치환 또는 비치환된 C1-C20의 알킬, 또는 -(CH2OCH2)n-CH2OCH3(여기서, n은 0 내지 20의 정수이다)이되,
    R1 및 R2 중 하나가 비치환 알킬인 경우, 다른 하나는 비치환 알킬이 아닌 것을 특징으로 하는 키랄 도펀트 화합물, 이의 입체 이성질체.
  3. 제1항에 있어서,
    X1, X2, Y1, 및 Y2는 N인 것을 특징으로 하는, 키랄 도펀트 화합물 또는 이의 입체 이성질체.
  4. 제1항에 있어서,
    L1 및 L2는
    Figure pat00047
    인 것을 특징으로 하는, 키랄 도펀트 화합물 또는 이의 입체 이성질체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 키랄 도펀트 화합물은, 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화합물, 또는 이의 입체 이성질체:
    Figure pat00048
    ,
    Figure pat00049
    ,
    Figure pat00050
    ,
    Figure pat00051
    , 및
    Figure pat00052
    .
  6. 제1항에 있어서,
    상기 키랄 도펀트 화합물은 20 - 50 dyne/cm의 표면에너지를 갖는 것을 특징으로 하는 키랄 도펀트 화합물, 또는 이의 입체 이성질체.
  7. 하기 반응식 1에 나타난 바와 같이,
    화학식 3으로 표시되는 화합물로부터, 화학식 2로 표시되는 화합물을 제조하는 단계(단계 1); 및
    화학식 2로 표시되는 화합물로부터 화학식 1로 표시되는 화합물을 제조하는 단계(단계 2);를 포함하는 제1항의 화학식 1로 표시되는 화합물의 제조방법:
    [반응식 1]
    Figure pat00053

    (상기 반응식 1에서,
    X1, X2, Y1, Y2, L1, L2, R1, 및 R2는 제1항에서 정의한 바와 같다).
  8. 제1항의 키랄 도펀트 화합물, 또는 이의 입체 이성질체를 포함하는, 네마틱 또는 콜레스테릭 액정 조성물.
  9. 제1항의 키랄 도펀트 화합물, 또는 이의 입체 이성질체, 또는 제8항의 네마틱 또는 콜레스테릭 액정 조성물을, 이의 배향 상태에서 박막의 형태로 중합시켜 수득된 키랄 이방성 중합체.
  10. 제8항의 네마틱 또는 콜레스테릭 액정 조성물, 또는 제9항의 키랄 이방성 중합체를 포함하는 광학 센서.
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