KR20160089446A - 바이메소젠성 화합물 및 메소젠성 매질 - Google Patents
바이메소젠성 화합물 및 메소젠성 매질 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20160089446A KR20160089446A KR1020167016560A KR20167016560A KR20160089446A KR 20160089446 A KR20160089446 A KR 20160089446A KR 1020167016560 A KR1020167016560 A KR 1020167016560A KR 20167016560 A KR20167016560 A KR 20167016560A KR 20160089446 A KR20160089446 A KR 20160089446A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- formula
- liquid crystal
- groups
- compounds
- independently
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 title claims abstract description 155
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 claims abstract description 71
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 39
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims description 38
- -1 piperidine-1,4-diyl Chemical group 0.000 claims description 36
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims description 33
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims description 21
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 15
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 125000003545 alkoxy group Chemical group 0.000 claims description 10
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims description 9
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 125000001140 1,4-phenylene group Chemical group [H]C1=C([H])C([*:2])=C([H])C([H])=C1[*:1] 0.000 claims description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 5
- NNBZCPXTIHJBJL-UHFFFAOYSA-N decalin Chemical compound C1CCCC2CCCCC21 NNBZCPXTIHJBJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 125000005407 trans-1,4-cyclohexylene group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])[C@]([H])([*:2])C([H])([H])C([H])([H])[C@@]1([H])[*:1] 0.000 claims description 4
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 claims description 3
- 125000004448 alkyl carbonyl group Chemical group 0.000 claims description 2
- 125000004956 cyclohexylene group Chemical group 0.000 claims description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 claims description 2
- 125000003003 spiro group Chemical group 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 96
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 40
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 33
- 239000000463 material Substances 0.000 description 32
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 29
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 27
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 22
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 22
- 230000003098 cholesteric effect Effects 0.000 description 16
- 239000011295 pitch Substances 0.000 description 15
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 125000002947 alkylene group Chemical group 0.000 description 11
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 10
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000047 product Substances 0.000 description 8
- 230000004044 response Effects 0.000 description 8
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 7
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 7
- 239000004986 Cholesteric liquid crystals (ChLC) Substances 0.000 description 6
- 239000004988 Nematic liquid crystal Substances 0.000 description 6
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 5
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N palladium Substances [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 5
- DCTOHCCUXLBQMS-UHFFFAOYSA-N 1-undecene Chemical compound CCCCCCCCCC=C DCTOHCCUXLBQMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- HBAQYPYDRFILMT-UHFFFAOYSA-N 8-[3-(1-cyclopropylpyrazol-4-yl)-1H-pyrazolo[4,3-d]pyrimidin-5-yl]-3-methyl-3,8-diazabicyclo[3.2.1]octan-2-one Chemical class C1(CC1)N1N=CC(=C1)C1=NNC2=C1N=C(N=C2)N1C2C(N(CC1CC2)C)=O HBAQYPYDRFILMT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N N-Heptane Chemical compound CCCCCCC IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 4
- 125000002252 acyl group Chemical group 0.000 description 4
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 239000000539 dimer Substances 0.000 description 4
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 4
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 4
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 4
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 4
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- QAEDZJGFFMLHHQ-UHFFFAOYSA-N trifluoroacetic anhydride Chemical compound FC(F)(F)C(=O)OC(=O)C(F)(F)F QAEDZJGFFMLHHQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KZPYGQFFRCFCPP-UHFFFAOYSA-N 1,1'-bis(diphenylphosphino)ferrocene Chemical compound [Fe+2].C1=CC=C[C-]1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1.C1=CC=C[C-]1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 KZPYGQFFRCFCPP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 1,4-Dioxane Chemical compound C1COCCO1 RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004990 Smectic liquid crystal Substances 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 125000001309 chloro group Chemical group Cl* 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- UAOMVDZJSHZZME-UHFFFAOYSA-N diisopropylamine Chemical compound CC(C)NC(C)C UAOMVDZJSHZZME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 3
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 3
- 125000004955 1,4-cyclohexylene group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C([H])([*:1])C([H])([H])C([H])([H])C1([H])[*:2] 0.000 description 2
- IIZPXYDJLKNOIY-JXPKJXOSSA-N 1-palmitoyl-2-arachidonoyl-sn-glycero-3-phosphocholine Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCC(=O)OC[C@H](COP([O-])(=O)OCC[N+](C)(C)C)OC(=O)CCC\C=C/C\C=C/C\C=C/C\C=C/CCCCC IIZPXYDJLKNOIY-JXPKJXOSSA-N 0.000 description 2
- 125000004200 2-methoxyethyl group Chemical group [H]C([H])([H])OC([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 2
- SNRUBQQJIBEYMU-UHFFFAOYSA-N Dodecane Natural products CCCCCCCCCCCC SNRUBQQJIBEYMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 101100030361 Neurospora crassa (strain ATCC 24698 / 74-OR23-1A / CBS 708.71 / DSM 1257 / FGSC 987) pph-3 gene Proteins 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 125000001539 acetonyl group Chemical group [H]C([H])([H])C(=O)C([H])([H])* 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- ILAHWRKJUDSMFH-UHFFFAOYSA-N boron tribromide Chemical compound BrB(Br)Br ILAHWRKJUDSMFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- HVYWMOMLDIMFJA-DPAQBDIFSA-N cholesterol Chemical compound C1C=C2C[C@@H](O)CC[C@]2(C)[C@@H]2[C@@H]1[C@@H]1CC[C@H]([C@H](C)CCCC(C)C)[C@@]1(C)CC2 HVYWMOMLDIMFJA-DPAQBDIFSA-N 0.000 description 2
- 210000002858 crystal cell Anatomy 0.000 description 2
- JCWIWBWXCVGEAN-UHFFFAOYSA-L cyclopentyl(diphenyl)phosphane;dichloropalladium;iron Chemical compound [Fe].Cl[Pd]Cl.[CH]1[CH][CH][CH][C]1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1.[CH]1[CH][CH][CH][C]1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 JCWIWBWXCVGEAN-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 125000002704 decyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 2
- 125000003438 dodecyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 2
- 125000005745 ethoxymethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])OC([H])([H])* 0.000 description 2
- 239000005262 ferroelectric liquid crystals (FLCs) Substances 0.000 description 2
- 125000001972 isopentyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(C([H])([H])[H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 2
- 239000000787 lecithin Substances 0.000 description 2
- 229940067606 lecithin Drugs 0.000 description 2
- 235000010445 lecithin Nutrition 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 125000004184 methoxymethyl group Chemical group [H]C([H])([H])OC([H])([H])* 0.000 description 2
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 2
- 125000001421 myristyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 2
- 125000001400 nonyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 2
- 239000012074 organic phase Substances 0.000 description 2
- 125000005429 oxyalkyl group Chemical group 0.000 description 2
- PIBWKRNGBLPSSY-UHFFFAOYSA-L palladium(II) chloride Chemical compound Cl[Pd]Cl PIBWKRNGBLPSSY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 125000002958 pentadecyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 description 2
- 229920006255 plastic film Polymers 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 2
- 238000010189 synthetic method Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 125000002889 tridecyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 2
- LWIHDJKSTIGBAC-UHFFFAOYSA-K tripotassium phosphate Chemical compound [K+].[K+].[K+].[O-]P([O-])([O-])=O LWIHDJKSTIGBAC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 125000002948 undecyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 2
- RMGYQBHKEWWTOY-UHFFFAOYSA-N (3,4-difluorophenyl)boronic acid Chemical compound OB(O)C1=CC=C(F)C(F)=C1 RMGYQBHKEWWTOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VOAAEKKFGLPLLU-UHFFFAOYSA-N (4-methoxyphenyl)boronic acid Chemical compound COC1=CC=C(B(O)O)C=C1 VOAAEKKFGLPLLU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VOXZDWNPVJITMN-ZBRFXRBCSA-N 17β-estradiol Chemical compound OC1=CC=C2[C@H]3CC[C@](C)([C@H](CC4)O)[C@@H]4[C@@H]3CCC2=C1 VOXZDWNPVJITMN-ZBRFXRBCSA-N 0.000 description 1
- WOLGNRYEQPISPB-UHFFFAOYSA-N 2-bromo-1,3-difluoro-5-iodobenzene Chemical compound FC1=CC(I)=CC(F)=C1Br WOLGNRYEQPISPB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000003903 2-propenyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])=C([H])[H] 0.000 description 1
- 125000001331 3-methylbutoxy group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(C([H])([H])[H])C([H])([H])C([H])([H])O* 0.000 description 1
- HCLVGAZUVMWYLF-UHFFFAOYSA-N 5-methyl-5-hexenoic acid Chemical compound CC(=C)CCCC(O)=O HCLVGAZUVMWYLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 0 CC(C)(*)C1CCC(*C(C)(C)C(CC2)CCC2C(O[C@@]([C@@](c2ccccc2)OC(C(CC2)CCC2C(C)(C)*C2CCC(*)CC2)=O)c2ccccc2)=O)CC1 Chemical compound CC(C)(*)C1CCC(*C(C)(C)C(CC2)CCC2C(O[C@@]([C@@](c2ccccc2)OC(C(CC2)CCC2C(C)(C)*C2CCC(*)CC2)=O)c2ccccc2)=O)CC1 0.000 description 1
- KWKAISHLQFQDHO-UHFFFAOYSA-N COC(CCCC#Cc(cc1)cc(F)c1Br)=O Chemical compound COC(CCCC#Cc(cc1)cc(F)c1Br)=O KWKAISHLQFQDHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- OCODJNASCDFXSR-UHFFFAOYSA-N Fc(cc(cc1)I)c1Br Chemical compound Fc(cc(cc1)I)c1Br OCODJNASCDFXSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PHMHDRYYFAYWEG-UHFFFAOYSA-N Rhapontigenin Natural products C1=C(O)C(OC)=CC=C1C=CC1=CC(O)=CC(O)=C1 PHMHDRYYFAYWEG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 1
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000008063 acylals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 125000003342 alkenyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000003302 alkenyloxy group Chemical group 0.000 description 1
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000001680 brushing effect Effects 0.000 description 1
- 125000000484 butyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 230000036755 cellular response Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 235000012000 cholesterol Nutrition 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 description 1
- 239000012043 crude product Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- JHAYEQICABJSTP-UHFFFAOYSA-N decoquinate Chemical group N1C=C(C(=O)OCC)C(=O)C2=C1C=C(OCC)C(OCCCCCCCCCC)=C2 JHAYEQICABJSTP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000000113 differential scanning calorimetry Methods 0.000 description 1
- 229940043279 diisopropylamine Drugs 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 229960005309 estradiol Drugs 0.000 description 1
- 229930182833 estradiol Natural products 0.000 description 1
- 125000005678 ethenylene group Chemical group [H]C([*:1])=C([H])[*:2] 0.000 description 1
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 239000000374 eutectic mixture Substances 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000003818 flash chromatography Methods 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 125000003187 heptyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 125000004051 hexyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 125000000959 isobutyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(C([H])([H])[H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 125000001449 isopropyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 125000005647 linker group Chemical group 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000000325 methylidene group Chemical group [H]C([H])=* 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 125000002347 octyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 125000001147 pentyl group Chemical group C(CCCC)* 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- 125000000843 phenylene group Chemical group C1(=C(C=CC=C1)*)* 0.000 description 1
- TWHXWYVOWJCXSI-UHFFFAOYSA-N phosphoric acid;hydrate Chemical compound O.OP(O)(O)=O TWHXWYVOWJCXSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910000160 potassium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011009 potassium phosphates Nutrition 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 125000001436 propyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 1
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005052 trichlorosilane Substances 0.000 description 1
- RMNIZOOYFMNEJJ-UHFFFAOYSA-K tripotassium;phosphate;hydrate Chemical compound O.[K+].[K+].[K+].[O-]P([O-])([O-])=O RMNIZOOYFMNEJJ-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000002525 ultrasonication Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K19/00—Liquid crystal materials
- C09K19/04—Liquid crystal materials characterised by the chemical structure of the liquid crystal components, e.g. by a specific unit
- C09K19/06—Non-steroidal liquid crystal compounds
- C09K19/08—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings
- C09K19/30—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings containing saturated or unsaturated non-aromatic rings, e.g. cyclohexane rings
- C09K19/3001—Cyclohexane rings
- C09K19/3066—Cyclohexane rings in which the rings are linked by a chain containing carbon and oxygen atoms, e.g. esters or ethers
- C09K19/3068—Cyclohexane rings in which the rings are linked by a chain containing carbon and oxygen atoms, e.g. esters or ethers chain containing -COO- or -OCO- groups
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K19/00—Liquid crystal materials
- C09K19/02—Liquid crystal materials characterised by optical, electrical or physical properties of the components, in general
- C09K19/0258—Flexoelectric
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C255/00—Carboxylic acid nitriles
- C07C255/49—Carboxylic acid nitriles having cyano groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings of a carbon skeleton
- C07C255/55—Carboxylic acid nitriles having cyano groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings of a carbon skeleton containing cyano groups and esterified hydroxy groups bound to the carbon skeleton
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C255/00—Carboxylic acid nitriles
- C07C255/49—Carboxylic acid nitriles having cyano groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings of a carbon skeleton
- C07C255/57—Carboxylic acid nitriles having cyano groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings of a carbon skeleton containing cyano groups and carboxyl groups, other than cyano groups, bound to the carbon skeleton
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C69/00—Esters of carboxylic acids; Esters of carbonic or haloformic acids
- C07C69/76—Esters of carboxylic acids having a carboxyl group bound to a carbon atom of a six-membered aromatic ring
- C07C69/78—Benzoic acid esters
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K19/00—Liquid crystal materials
- C09K19/04—Liquid crystal materials characterised by the chemical structure of the liquid crystal components, e.g. by a specific unit
- C09K2019/0444—Liquid crystal materials characterised by the chemical structure of the liquid crystal components, e.g. by a specific unit characterized by a linking chain between rings or ring systems, a bridging chain between extensive mesogenic moieties or an end chain group
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Liquid Crystal Substances (AREA)
- Liquid Crystal (AREA)
Abstract
본 발명은 하기 화학식 I의 화합물, 액정 매질에서의 이들 화학식 I의 화합물의 용도, 및 본 발명에 따른 액정 매질을 포함하는 개별 소자, 특히 플렉소일렉트릭 액정 소자에 관한 것이다:
상기 식에서,
R11, R12, MG11, MG12, X11, X12 및 Sp1은 청구항 1에 제시된 의미를 갖는다.
상기 식에서,
R11, R12, MG11, MG12, X11, X12 및 Sp1은 청구항 1에 제시된 의미를 갖는다.
Description
본 발명은 하기 화학식 I의 바이메소젠성 화합물, 액정 매질에서 화학식 I의 바이메소젠성 화합물의 용도, 및 특히 본 발명에 따른 액정 매질을 포함하는 플렉소일렉트릭(flexoelectric) 액정 소자에 관한 것이다:
상기 식에서,
R11, R12, MG11, MG12 및 Sp1은 하기에 제시되는 의미를 갖는다.
액정 디스플레이(LCD)는 정보를 표시하는 데 널리 사용된다. LCD는 투사형 디스플레이뿐만 아니라 직시형 디스플레이에 사용된다. 대부분의 디스플레이에 사용되는 전기광학 모드는 여전히 다양한 변형을 갖는 비틀린 네마틱(TN) 모드이다. 이 모드 외에도, 다양한 변형을 갖는, 슈퍼 비틀린 네마틱(STN) 모드 및 보다 최근에는 광학 보상 벤드(OCB) 모드 및 전기적 제어 복굴절(ECB) 모드, 예를 들어 수직 정렬 네마틱(VAN) 모드, 패턴화된 ITO 수직 정렬 네마틱(PVA) 모드, 중합체 안정화된 수직 정렬 네마틱(PSVA) 모드 및 다중 도메인 수직 정렬 네마틱(MVA) 모드 등의 사용이 증가하고 있다. 이들 모드는 모두 각각 액정 층에 대해, 실질적으로는 기판에 대해 수직인 전계를 사용한다. 이들 모드 외에도, 각각 액정 층에 대해, 실질적으로는 기판에 대해 평행인 전계를 사용하는 전기광학 모드, 예를 들어 인-플레인 스위칭(간단히 IPS) 모드(DE 40 00 451 및 EP 0 588 568에 개시됨) 및 프린지 필드 스위칭(FFS) 모드가 있다. 특히 양호한 시야각 특성과 개선된 응답 시간을 갖는 후자로 언급된 전기광학 모드는 최신 데스크탑 모니터용 LCD, 심지어는 TV용 디스플레이 및 멀티미디어 제품용으로 사용이 점점 더 늘고 있으며, 따라서 TN-LCD와 경쟁하고 있다.
또한, 이러한 디스플레이에 대해, 비교적 짧은 콜레스테릭 피치를 갖는 콜레스테릭 액정을 사용한 새로운 디스플레이 모드가 소위 "플렉소일렉트릭" 효과를 활용한 디스플레이에 사용하기 위해 제안되었다. 용어 "액정", "준결정(mesomorphic) 화합물" 또는 "메소젠성 화합물"(간단히 "메소젠"이라로도 함)은 온도, 압력 및 농도의 적절한 조건하에 중간상(mesophase)(네마틱, 스멕틱 상 등) 또는 특히 LC 상으로서 존재할 수 있는 화합물을 의미한다. 비양친성 메소젠성 화합물은 예를 들어 하나 이상의 칼라미틱(calamitic), 바나나-형상 또는 디스코틱(discotic) 메소젠성 기를 포함한다.
플렉소일렉트릭 액정 물질은 종래 기술에 공지되어 있다. 플렉소일렉트릭 효과는 특히 문헌[Chandrasekhar, "Liquid Crystals", 2nd edition, Cambridge University Press(1992)] 및 [P.G. deGennes et al., "The Physics of Liquid Crystals", 2nd edition, Oxford Science Publications(1995)]에 기술되어 있다.
GB 2356629는 바이메소젠성 화합물 및 이의 플렉소일렉트릭 소자에서의 가능한 용도를 개시한다. 문헌[Conformational diversity of symmetric dimer mesogens, Journal of Molecular Structure , 2004, 699, pages 23 to 29]은 알킬 스페이서를 갖는 고도 극성의 이량체를 예시한다. 문헌[Methylene and ether linked liquid crystal dimers II Liquid Crystals, 2005, Vol. 32, No. 11-12, pages 1499-1513]은 바이메소젠성 화합물을 개시한다. WO 2013/004333는 제 2 네마틱 상을 보이는 에틸렌 연결기를 갖는 바이메소젠성 화합물을 개시한다.
아직 미공개된 특허 출원 PCT/EP2013/001390, PCT/EP2013/001353, PCT/EP2013/001772 , PCT/EP2013/001773 및 PCT/EP2013/002438은 추가의 바이메소젠성 화합물, 플렉소일렉트릭 매질 및 개별 소자를 개시한다.
이들 디스플레이에서, 콜레스테릭 액정은 "균일하게 누운 나선(ULH)" 정렬(이는 상기 디스플레이 모드를 그 이름으로 갖는다)로 배향된다. 이를 위해, 네마틱 물질과 혼합되는 키랄 물질은 이 물질을 콜레스테릭 물질과 등가인 키랄 네마틱 물질로 변형시키는 나선형 비틀림을 유도한다. 일반적으로, 용어 "키랄"은 그 거울상에 대해 비중첩성인 대상을 기재할 때 사용된다. "아키랄"(비키랄) 대상은 그 거울상과 동일한 대상이다. 용어 키랄 네마틱 및 콜레스테릭은 본원에서 달리 명시적으로 언급하지 않는 한 동의어로 사용된다. 키랄 물질에 의해 유도된 피치(P0)는 사용된 키랄 물질의 농도(c)에 반비례하는 제 1 근사치이다. 이러한 관계의 비례 상수는 키랄 물질의 나선형 비틀림력(HTP)으로 지칭되고 하기 수학식 1로 정의된다:
[수학식 1]
HTP ≡ 1 / (c·P0)
상기 식에서,
c는 키랄 화합물의 농도이다.
균일하게 누운 나선형 텍스처(texture)는, 액정 셀의 기판(예를 들어 유리판)에 평행인 나선 축을 따라 단일 방향으로 정렬된 짧은 피치, 전형적으로 0.2 내지 1 ㎛, 바람직하게는 1.0 ㎛ 이하, 특히 0.5 ㎛ 이하의 범위의 키랄 네마틱 액정을 사용하여 구현된다. 이러한 구성에서, 키랄 네마틱 액정의 나선 축은 복굴절 판의 광 축과 동일하다.
나선 축에 수직으로 상기 배열에 전계가 인가되는 경우, 강유전성 액정의 방향자가 표면 안정화된 강유전성 액정 디스플레이에서 회전되는 것과 유사하게, 광 축이 셀의 면에서 회전된다. 플렉소일렉트릭 효과는 전형적으로 6 내지 100 μs 범위의 빠른 응답 시간을 특징으로 한다. 또다른 특징은 우수한 중간 계조(grey scale) 능력이다.
전계는 광 축의 경사에 의해 조절되는 방향자에서의 스플레이 벤드(splay bend) 구조를 유도한다. 축의 회전 각은 전계의 세기에 직접적으로 선형 비례하는 제1근사치로 존재한다. 광학 효과는, 전원이 공급되지 않은 상태에서 액정 셀이 교차 편광판 사이에서 편광판 중 한 편광판의 흡광 축에 대해 22.5°의 각으로 놓여 있을 때 가장 잘 볼 수 있다. 이와 같이, 22.5°의 각은 또한 전계 회전의 이상적인 각이며, 전계의 반전에 의해, 광 축은 45° 회전되고, 나선 축의 바람직한 방향의 상대적 배향, 편광판의 흡광 축 및 전계 방향의 적절한 선택에 의해 광 축은 하나의 편광판에 대해 평행인 상태로부터 두 편광판 사이의 중심 각으로 스위칭될 수 있다. 이어서, 광 축 스위칭의 총 각이 45°인 경우에 최적의 콘트라스트가 달성된다. 이 경우, 상기 배열은 스위칭가능한 1/4 파장판으로서 사용되며, 단, 광학 지연, 즉 액정과 셀 간격의 유효 복굴절의 곱은 파장의 1/4이 되도록 선택된다. 이러한 맥락에서, 달리 명시적으로 언급하지 않는 한, 상기 파장은 인간의 눈의 감도가 가장 높은 550 nm이다.
광 축의 회전 각(Φ)은 하기 수학식 2의 타당한 근사식으로 제시된다:
[수학식 2]
상기 식에서,
P0는 콜레스테릭 액정의 비교란(undisturbed) 피치이고,
E는 전계 강도이고,
K는 스플레이 탄성 상수(k11)와 벤드 탄성 상수(k33)의 평균[K=1/2(k11+k33)]이고,
상기 회전 각은 플렉소일렉트릭 스위칭 소자의 스위칭 각의 1/2이다.
이러한 전기광학 효과의 응답 시간(τ)은 하기 수학식 3의 타당한 근사식으로 제시된다:
[수학식 3]
τ = [P0/(2 π)]2·γ / K
상기 식에서,
γ는 나선의 왜곡과 관련된 유효 점성 계수이다.
나선의 꼬임을 풀기 위한 임계 전계(Ec)는 하기 수학식 4로부터 얻을 수 있다:
[수학식 4]
Ec = (π2 / P0) · [k22/(ε 0·Δε)]1/2
상기 식에서,
k22는 비틀림 탄성 상수이고,
ε0는 진공의 유전율이고,
Δε은 액정의 유전 이방성이다.
그러나, 이 모드에서 여전히 여러 문제, 무엇보다도 특히, 필요한 균일한 배향을 얻는 데 있어서의 어려움, 통상의 구동 전자기기와 호환되지 않는 어드레싱에 필요한 불리하게 높은 전압, 콘트라스트를 저하시키는 실제로는 어둡지 않은 "오프(off) 상태" 및 전기광학 특성에서 확연한 히스테리시스(hysteresis)가 해결되어야 한다.
비교적 새로운 디스플레이 모드인 소위 균일하게 선 나선(USH) 모드는 넓은 시야각을 제공하는 다른 디스플레이 모드(예컨대, IPS, VA 등)에 비해 개선된 흑색 수준을 나타내기 때문에 IPS를 잇는 대안적인 모드로 간주될 수 있다.
ULH 모드에서와 같이 USH 모드에 대해서도 바이메소젠성 액정 물질을 사용하는 플렉소일렉트릭 스위칭이 제안되었다. 바이메소젠성 화합물은 일반적으로 종래 기술로 공지되어 있다(문헌[Hori, K., Iimuro, M., Nakao, A., Toriumi, H., J. Mol. Struc. 2004, 699, 23-29] 참조). 용어 "바이메소젠성 화합물"은 분자 내에 2개의 메소젠성 기를 포함하는 화합물에 관한 것이다. 통상의 메소젠과 마찬가지로, 이들은 그 구조에 따라 많은 중간상을 형성할 수 있다. 특히, 화학식 I의 화합물은, 네마틱 액정 매질에 첨가되는 경우, 제 2 네마틱 상을 유도한다.
용어 "메소젠성 기"는 이러한 맥락에서 액정(LC) 상 거동을 유도할 수 있는 능력을 가진 기를 의미한다. 메소젠성 기를 포함하는 화합물은 반드시 LC 상 자체를 나타낼 필요는 없다. 다른 화합물과의 혼합물에서만 LC 상 거동을 나타내는 것도 가능하다. 간략성을 위해, 용어 "액정"은 메소젠성 및 LC 물질 둘다에 대해 하기에 사용된다.
그러나, 바람직하지 않게 높은 필요 구동 전압, 키랄 네마틱 물질의 비교적 좁은 상 범위 및 이들의 비가역적인 스위칭 특성 때문에, 종래 기술의 물질은 현재의 LCD 구동 방식과 호환되지 않는다.
USH 및 ULH 모드의 디스플레이의 경우, 개선된 특성을 갖는 새로운 액정 매질이 필요하다. 특히 복굴절률(Δn)은 상기 광학 모드에 최적화되어야 한다. 여기서 복굴절률(Δn)은 하기 수학식 5로 정의된다:
[수학식 5]
Δn = ne - no
상기 식에서,
ne는 이상 굴절률이고,
no는 정상 굴절률이다.
평균 굴절률(nav .)은 하기 수학식 6으로 제시된다.
[수학식 6]
nav . = [(2 no 2 + ne 2)/3]1/2
이상 굴절률(ne) 및 정상 굴절률(no)은 아베(Abbe) 굴절계를 사용하여 측정될 수 있다. 이어서, Δn을 수학식 5로부터 계산할 수 있다.
또한, USH 또는 ULH 모드를 활용하는 디스플레이의 경우, 액정 매질의 (유효) 광학 지연(d*Δn)은 바람직하게는 하기 수학식 7을 만족해야 한다:
[수학식 7]
sin2(π·d·Δn/λ) = 1
상기 식에서,
d는 셀 간격이고,
λ는 광의 파장이다.
수학식 7의 우변에 대한 편차 한도는 ±3%이다.
달리 명시적으로 규정되지 않는 한, 광의 파장은 일반적으로 본원에서 550 nm이다.
셀의 셀 간격은 바람직하게는 1 내지 20 ㎛, 특히 2.0 내지 10 ㎛의 범위이다.
ULH/USH 모드의 경우, 유전 이방성(Δε)은 어드레싱 전압의 인가시 나선의 풀림을 방지하도록 가능한 한 작아야 한다. 바람직하게는 Δε은 0보다 약간 더 높아야 하고, 매우 바람직하게는 0.1 이상이어야 하지만, 바람직하게는 10 이하, 보다 바람직하게는 7 이하, 가장 바람직하게는 5 이하이어야 한다. 본원에서 용어 "양의 유전율"이라는 용어는 Δε>3.0인 화합물 또는 성분에 사용되고, "중성 유전율"이라는 용어는 -1.5≤Δε≤3.0인 화합물 또는 성분에 사용되며, "음의 유전율"이라는 용어는 Δε<-1.5인 화합물 또는 성분에 사용된다. Δε은 1 kHz의 주파수 및 20℃에서 결정된다. 각각의 화합물의 유전 이방성은 네마틱 호스트 혼합물 중의 각각의 개별 화합물의 10% 용액의 결과로부터 결정된다. 호스트 매질 중의 각각의 화합물의 용해도가 10% 미만인 경우, 농도는 생성 매질이 적어도 그 특성을 결정할 수 있을 만큼 충분히 안정할 때까지 2배 감소한다. 그러나, 상기 결과의 유의성을 가능한 한 높게 유지하기 위해서는 상기 농도를 바람직하게는 5% 이상으로 유지해야 한다. 시험 혼합물의 정전 용량은 수직(호메오트로픽, homeotropic) 정렬 및 수평(homogeneous) 정렬을 가진 셀에서 측정한다. 상기 두 유형의 셀에서의 셀 간격은 약 20 ㎛이다. 인가된 전압은 주파수가 1 kHz이고 근평균제곱 값이 전형적으로 0.5 내지 1.0 V인 직사각형 파이지만, 이는 항상 각각의 시험 혼합물의 용량성 문턱값 미만이 되도록 선택된다.
Δε은 (ε∥-ε⊥)으로 정의되는 반면에, εav .는 (ε∥+2ε⊥)/3으로 정의된다. 화합물의 유전율은 관심 화합물의 첨가시 호스트 매질의 각각의 값의 변화로부터 결정한다. 이들 값을 100% 관심 화합물의 농도로 외삽한다. 호스트 혼합물은 문헌[H.J. Coles et al., J. Appl. Phys. 2006, 99, 034104]에 개시되어 있으며, 하기 표 1에 제시된 조성을 갖는다.
| 화합물 | 농도 |
| F-PGI-ZI-9-ZGP-F | 25% |
| F-PGI-ZI-11-ZGP-F | 25% |
| FPGI-O-5-O-PP-N | 9.5% |
| FPGI-O-7-O-PP-N | 39% |
| CD-1 | 1.5% |
상기에 언급한 매개 변수 외에, 매질은 적당히 넓은 네마틱 상 범위, 다소 작은 회전 점도 및 적어도 적당히 높은 비저항을 나타내야 한다.
플렉소일렉트릭 소자에 있어서 짧은 콜레스테릭 피치를 갖는 유사한 액정 조성물은 EP 0 971 016, GB 2 356 629 및 문헌[Coles, H.J., Musgrave, B., Coles, M.J., and Willmott, J., J. Mater. Chem., 11, p. 2709-2716 (2001)]에 공지되어 있다. EP 0 971 016은 높은 플렉소일렉트릭 계수를 갖는 메소젠성 에스트라다이올에 대해 보고하고 있다. GB 2 356 629는 플렉소일렉트릭 소자에서 바이메소젠성 화합물의 용도를 제안하고 있다. 여기서 플렉소일렉트릭 효과는 순수한 콜레스테릭 액정 화합물 및 동족 계열 화합물의 혼합물에서만 관찰되었다. 이들 화합물의 대부분은 키랄 첨가제 및 간단한 통상의 모노메소젠성 물질 또는 바이메소젠성 물질인 네마틱 액정 물질로 이루어진 2성분 혼합물에 사용되었다. 이들 물질은 실제 제품용으로는 몇 가지 단점, 예를 들어 충분히 넓지 않은 온도 범위의 키랄 네마틱 또는 콜레스테릭 상, 너무 작은 플렉소일렉트릭 비율 및 작은 회전 각을 가지고 있다.
본 발명의 하나의 목적은 높은 스위칭 각 및 빠른 응답 시간을 나타내는 개선된 플렉소일렉트릭 소자를 제공하는 것이다. 다른 목적은 기계적 전단 공정을 사용하지 않고 디스플레이 전 영역에 걸쳐 우수한 균일 배향, 우수한 콘트라스트, 높은 스위칭 각 및 저온에서의 빠른 응답 시간을 가능하게 하는 유리한 특성을 갖는 액정 물질, 특히 플렉소일렉트릭 디스플레이용 액정 물질을 제공하는 것이다. 상기 액정 물질은 낮은 융점, 넓은 키랄성 네마틱 상 범위, 짧은 온도 의존성 피치 길이 및 높은 플렉소일렉트릭 계수를 나타내어야 한다. 본 발명의 또다른 목적은 하기 상세한 설명으로부터 당업자에게 자명하다.
본 발명자는 상기 목적이 놀랍게도 본 발명의 바이메소젠성 화합물을 제공함으로써 달성될 수 있음을 확인하였다. 키랄 네마틱 액정 혼합물에서 사용되는 경우, 이러한 화합물은 낮은 융점, 넓은 키랄 네마틱 상을 유도한다. 특히, 이들은 상대적으로 더 높은 탄성 계수 k11 값, 낮은 벤드 탄성 계수 k33 값 및 플렉소일렉트릭 계수를 나타낸다.
따라서, 본 발명은 하기 화학식 I의 바이메소젠성 화합물에 관한 것이다:
상기 식에서,
R11 및 R12는, 각각 독립적으로, H, F, Cl, CN, NCS 또는 1 내지 25개의 C 원자를 갖는 직쇄 또는 분지형 알킬 기이고, 이때 상기 알킬은 비치환되거나 할로겐 또는 CN으로 일치환 또는 다치환될 수 있고, 하나 이상의 비인접 CH2 기가 각각의 경우에 서로 독립적으로 산소 원자들이 서로 직접적으로 연결되지 않는 방식으로 -O-, -S-, -NH-, -N(CH3)-, -CO-, -COO-, -OCO-, -O-CO-O-, -S-CO-, -CO-S-, -CH=CH-, -CH=CF-, -CF=CF- 또는 -C≡C-로 대체될 수 있고,
바람직하게는 극성기, 더욱 바람직하게는 F, Cl, CN, OCF3 또는 CF3이고,
MG11은 -A11-Z11-A12-이고,
MG12는 -A13-Z12-A14-Z13-A15-이고,
Z11 내지 Z13은, 각각의 경우에 서로 독립적으로, 단일 결합, -COO-, -OCO-, -O-CO-O-, -OCH2-, -CH2O-, -OCF2-, -CF2O-, -CH2CH2-, -(CH2)4-, -CF2CF2-, -CH=CH-, -CF=CF-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH- 또는 -C≡C-이고, 바람직하게는 단일 결합이고, 이들은 임의적으로 F, S 및/또는 Si 중 하나 이상으로 치환되고,
A11 내지 A15는, 각각의 경우에 서로 독립적으로, 하나 이상의 CH 기가 N으로 대체될 수 있는 1,4-페닐렌; 1 또는 2개의 비인접 CH2 기가 O 및/또는 S로 대체될 수 있는 트랜스-1,4-사이클로-헥실렌; 1,4-사이클로헥센일렌, 1,4-바이사이클로-(2,2,2)-옥틸렌, 피페리딘-1,4-다이일, 나프탈렌-2,6-다이일, 데카하이드로-나프탈렌-2,6-다이일, 1,2,3,4-테트라하이드로-나프탈렌-2,6-다이일, 사이클로부탄-1,3-다이일, 스피로[3.3]헵탄-2,6-다이일 또는 다이스피로[3.1.3.1]데칸-2,8-다이일이고, 이들 기들은 모두 비치환되거나, F, Cl, CN 또는 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 알킬, 알콕시, 알킬카본일 또는 알콕시카본일 기(이때 하나 이상의 H 원자는 F 또는 Cl로 치환될 수 있음)로 일-, 이-, 삼- 또는 사치환될 수 있으며,
바람직하게는 F, Cl, CH3 또는 CF3이고,
Sp1은, 1, 3 또는 5 내지 40개의 C 원자를 포함하는 스페이서 기이고, 이때 하나 이상의 비인접 및 비말단 CH2 기는, 또한 2개의 O-원자들이 서로 인접하지 않고 2개의 -CH=CH- 기가 서로 인접하지 않으며 -O-CO-, -S-CO-, -O-COO-, -CO-S-, -CO-O- 및 -CH=CH-로부터 선택된 2개의 기가 서로 인접하지 않는 방식으로, -O-, -S-, -NH-, -N(CH3)-, -CO-, -O-CO-, -S-CO-, -O-COO-, -CO-S-, -CO-O-, -CH(할로겐)-, -CH(CN)-, -CH=CH- 또는 -C≡C-로 대체될 수도 있고,
바람직하게는 -(CH2)n-(즉, n개의 C 원자를 갖는 1,n-알킬렌)이며, 이때 n은 정수, 바람직하게는 3 내지 19, 더욱 바람직하게는 3 내지 11, 가장 바람직하게는 홀수 정수(즉, 3, 5, 7, 9 또는 11)이고, 바람직하게는 이들은 서로 상이하고,
X11 및 X12는, 서로 독립적으로, -CO-O-, -O-CO-, -CH=CH-, -C≡C-, -O-, -S-CO-, -CO-S-, -S- 및 -CO- 또는 단일 결합으로부터 선택된 연결기이되,
단, -X11-Sp1-X12-에서, 2개의 O-원자들이 서로 인접하지 않고 2개의 -CH=CH- 기가 서로 인접하지 않으며 -O-CO-, -S-CO-, -O-COO-, -CO-S-, -CO-O- 및 -CH=CH-로부터 선택된 2개의 기가 서로 인접하지 않는다.
하기 연결기 정의를 갖는 본원에 따른 화학식 I의 화합물이 바람직하다:
X11 및 X12이 서로 상이하고, 바람직하게는 하나는 -O-CO- 또는 -CO-O-이고, 다른 것은 -O- 또는 단일 결합, 바람직하게는 단일 결합이고, 바람직하게는
-X11-Sp1-X12-가 -O-CO-Sp1-O-, -O-Sp1-CO-O-, -O-CO-Sp1-, -Sp1-CO-O -, -Sp1-O- 또는 -O-Sp1-, 더욱 바람직하게는 -O-CO-Sp1-, -Sp1-CO-O-, -Sp1-O- 또는 -O-Sp1-, 가장 바람직하게는 -O-CO-Sp1- 또는 -Sp1-CO-O-이고,
Sp1이 바람직하게는 -(CH2)n-이고, 이때
n은 바람직하게는 1, 3, 4 또는 5 내지 15의 정수, 더욱 바람직하게는 4, 5, 6, 7, 8 또는 9이고,
-X11-Sp1-X12-에서의 X11 및 X12가 메소젠성 기 MG11 및 MG12 사이의 거리에 기여하는 1 내지 3개의 원자를 갖는 경우, 예컨대 -X11-Sp1-X12-가 -O-Sp1-, -Sp1-O-, -S-Sp1-, -Sp1-S-, -CO-O-Sp1-O- 또는 -O-Sp1-CO-O-인 경우,
n은 바람직하게는 짝수이고, 가장 바람직하게는 4, 6 또는 8이고,
반면, -X11-Sp1-X12-에서의 X11 및 X12가 메소젠성 기 MG11 및 MG12 사이의 거리에 기여하는 2 또는 4개의 원자를 갖는 경우, 예컨대 -X11-Sp1-X12-가 -O-Sp1-S-, -O-Sp1-S-, -CO-O-Sp1- 또는 -CO-S-Sp1-O-CO-인 경우,
n은 바람직하게는 홀수이고, 가장 바람직하게는 5, 7 또는 9이고,
이때, -(CH2)n- 중 하나 이상의 H 원자는 서로 독립적으로, 임의적으로 F 또는 CH3로 대체될 수 있다.
전술된 바람직한 조건에 추가적으로 또는 대안적으로 하기 정의의 말단기를 갖는, 상기 정의된 화학식 I의 화합물이 본원에 따라 더욱 바람직하다:
R11 및 R12가 서로 상이하고, 바람직하게는
R11 및 R12가 서로 상이하며 F, Cl, CN 또는 OCF3로부터 선택되고, 더욱 바람직하게는 이들 중 하나는 F, CN 또는 OCF3이고, 가장 바람직하게는 이들 중 하나는 CN 또는 OCF3이다.
전술된 바람직한 조건에 추가적으로 또는 대안적으로, 연결기 중 하나 이상, 바람직하게는 하나가 하기 정의를 갖는, 상기 정의된 화학식 I의 화합물이 본원에 따라 더욱 바람직하다:
각각의 메소젠성 기 MG1 및 MG2에서의 Z11 내지 Z13가 각각 단일 결합과 상이하고, 바람직하게는 -COO-, -OCO-, -O-CO-O-, -OCH2-, -CH2O-, -OCF2-, -CF2O- 또는 -O-, 더욱 바람직하게는 -COO-, -OCO-, -OCF2- -CF2O- 또는 -O-, 더욱 바람직하게는 -COO-, -OCO- 또는 -O-, 가장 바람직하게는 -COO- 또는 -OCO-이다.
전술된 바람직한 조건에 추가적으로 또는 대안적으로, 더욱 바람직하게는 상기 정의된 본원에 따른 화학식 I의 화합물에서 하기 화학식들 중 하나 이상의 화합물 또는 하기 화학식들의 기가 제외된다:
전술된 바람직한 조건에 추가적으로 또는 대안적으로, 더욱 바람직하게는 상기 정의된 본원에 따른 화학식 I의 화합물에서 하기 화학식들 중 하나 이상의 화합물 또는 하기 화학식들의 기가 제외된다:
[상기 식에서, n은 1 내지 15의 정수이고, -(CH2)n-에서 하나 이상의 -CH2- 기는 -CO-로 대체될 수 있다],
[상기 식에서, n은 정수이다].
전술된 바람직한 조건에 추가적으로 또는 대안적으로, 더욱 바람직하게는 상기 정의된 본원에 따른 화학식 I의 화합물에서 하기 화학식들 중 하나 이상의 화합물 또는 하기 화학식들의 기가 제외된다:
[상기 식에서, R11, R12는 화학식 I에서 주어진 의미를 갖고, n은 1, 3, 4 또는 5 내지 15의 정수이고, L은 각각의 경우에 서로 독립적으로 F, Cl 또는 CH3이다]
[상기 식에서, n은 3 및 5 내지 15로부터 선택된 정수이다].
전술된 바람직한 조건에 추가적으로 또는 대안적으로, 더욱 바람직하게는 상기 정의된 본원에 따른 화학식 I의 화합물에서 하기 화학식들 중 하나 이상의 화합물 또는 하기 화학식들의 기가 제외된다:
상기 식에서,
LG1은 -X11-Sp1-X12-이다.
전술된 바람직한 조건에 추가적으로 또는 대안적으로, 더욱 바람직하게는 상기 정의된 본원에 따른 화학식 I의 화합물에서 하기 화학식들 중 하나 이상의 화합물 또는 하기 화학식들의 기가 제외된다:
[상기 식에서, n은 3 및 5 내지 15로부터 선택되는 정수이다].
바람직한 화학식 I의 화합물의 소군(smaller group)은 메소젠성 기 MG11 및 MG12가 하기 열거되는 의미들 중 하나를 갖는 것들이다. 간략성을 위해, 이들 기에서 Phe는 1,4-페닐렌이고, PheL은 1 내지 4개의 기 L로 치환되는 1,4-페닐렌 기이고, L은 바람직하게는 F, Cl, CN, OH, NO2, 또는 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 임의적으로 불화된 알킬, 알콕시 또는 알카노일 기, 매우 바람직하게는 F, Cl, CN, OH, NO2, CH3, C2H5, OCH3, OC2H5, COCH3, COC2H5, COOCH3, COOC2H5, CF3, OCF3, OCHF2, 또는 OC2F5, 특히 F, Cl, CN, CH3, C2H5, OCH3, COCH3 또는 OCF3, 가장 바람직하게는 F, Cl, CH3, OCH3 또는 COCH3이고, Cyc는 1,4-사이클로헥실렌이다. 이 목록은 하기에 나타낸 하위화학식의 기 및 이의 거울상을 포함한다.
MG11은 바람직하게는 하기 화학식들의 군으로부터 선택되고:
MG12는 바람직하게는 하기 화학식들의 군으로부터 선택된다:
상기 식에서,
Cyc는 1,4-사이클로헥실렌, 바람직하게는 트랜스-1,4-사이클로헥실렌이고,
Phe는 1,4-페닐렌이고,
PheL은, 1, 2 또는 3개의 F 원자; 1 또는 2개의 Cl 원자; 1개의 Cl 원자 및 1개의 F 원자; 1 또는 2개의 CH3 기; 또는 1개의 CH3 기 및 1개의 F 원자로 치환된 1,4-페닐렌이고,
Z는 부분 화학식 II에 대해 제시된 Z11의 의미 중 하나를 갖고, 하나 이상은 바람직하게는 -COO-, -OCO-, -O-CO-O-, -OCH2-, -CH2O-, -OCF2- 또는 -CF2O-로부터 선택된다.
하위화학식 II-1, II-4, II-5, II-7, II-8, II-14, II-15, II-16, II-17, II-18 및 II-19의 기가 특히 바람직하다.
바람직한 이들 기에서, Z는 각각의 경우 독립적으로 화학식 I에 대해 제시된 Z11의 의미 중 하나를 갖는다. 바람직하게는 Z 중 하나는 -COO-, -OCO-, -CH2-O-, -O-CH2-, -CF2-O- 또는 -O-CF2-, 보다 바람직하게는 -COO-, -O-CH2- 또는 -CF2-O-이고, 나머지는 바람직하게는 단일 결합이다.
매우 바람직하게는, 메소젠성 기 MG11은 하기 화학식 IIa 내지 IIf 및 이들의 거울상의 군으로부터 선택되고:
메소젠성 기 MG12는 하기 화학식 IIg 내지 IIr(여기서 2개의 참고번호 "IIi" 및 "IIl"은 임의의 혼란을 방지하기 위해 의도적으로 생략함) 및 이들의 거울상의 군으로부터 선택된다:
상기 식에서,
L은 각각의 경우에 서로 독립적으로 F, Cl 또는 CH3, 바람직하게는 F이고,
r은 각각의 경우에 서로 독립적으로 0, 1, 2 또는 3, 바람직하게는 0, 1 또는 2이다.
이들 바람직한 화학식에서 기 
는 매우 바람직하게는
L은 각각의 경우에 서로 독립적으로 F, Cl 또는 CH3, 바람직하게는 F이다.
비극성 말단 기를 갖는 화학식 I의 화합물의 경우, R11 및/또는 R12는 바람직하게는 15개 이하의 C 원자를 갖는 알킬 또는 2 내지 15개의 C 원자를 갖는 알콕시이다.
R11 또는 R12가 알킬 또는 알콕시 라디칼(즉 말단 CH2 기가 -O-로 대체된 것)인 경우, 이는 직쇄 또는 분지형일 수 있다. 2, 3, 4, 5, 6, 7 또는 8개의 C 원자를 갖는 직쇄가 바람직하고, 따라서 예를 들어 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸, 에톡시, 프로폭시, 부톡시, 펜톡시, 헥속시, 헵톡시 또는 옥톡시, 뿐만 아니라 메틸, 노닐, 데실, 운데실, 도데실, 트라이데실, 테트라데실, 펜타데실, 노녹시, 데콕시, 운데콕시, 도데콕시, 트라이데콕시 또는 테트라데콕시가 바람직하다.
옥사알킬(즉 하나의 CH2 기가 -O-로 대체된 것)은 바람직하게는 예를 들어 직쇄 2-옥사프로필(=메톡시메틸), 2-(=에톡시메틸) 또는 3-옥사부틸(=2-메톡시에틸), 2-, 3- 또는 4-옥사펜틸, 2-, 3-, 4- 또는 5-옥사헥실, 2-, 3-, 4-, 5- 또는 6-옥사헵틸, 2-, 3-, 4-, 5-, 6- 또는 7-옥사옥틸, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7- 또는 8-옥사노닐 또는 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- 또는 9-옥사데실이다.
말단 극성 기를 갖는 화합물의 경우, R11 및 R12는 CN, NO2, 할로겐, OCH3, OCN, SCN, CORx, COORx, 또는 1 내지 4개의 C 원자를 갖는 모노-, 올리고- 폴리불화된 알킬 또는 알콕시 기로부터 선택된다. Rx는 1 내지 4개, 바람직하게는 1 내지 3개의 C 원자를 갖는 임의적으로 불화된 알킬이다. 할로겐은 바람직하게는 F 또는 Cl이다.
특히 바람직하게는 화학식 I에서 R11 및 R12는 H, F, Cl, CN, NO2, OCH3, COCH3, COC2H5, COOCH3, COOC2H5, CF3, C2F5, OCF3, OCHF2 및 OC2F5 중에서 선택되고, 특히 H, F, Cl, CN, OCH3 및 OCF3 중에서 선택되고, H, F, CN 및 OCF3 중에서 선택된다.
또한, 아키랄 분지형 기 R11 및/또는 R12를 함유하는 화학식 I의 화합물은 예를 들어 결정화에 대한 경향의 감소 때문에 경우에 따라 중요할 수 있다. 이러한 유형의 분지형 기는 일반적으로 하나 초과의 분지쇄를 함유하지 않는다. 바람직한 아키랄 분지형 기는 이소프로필, 이소부틸(= 메틸프로필), 이소펜틸(= 3-메틸부틸), 이소프로폭시, 2-메틸-프로폭시 및 3-메틸부톡시이다.
스페이서 기 Sp1은 바람직하게는 1, 3 또는 5 내지 40개의 C 원자, 특히 1, 3 또는 5 내지 25개의 C 원자, 매우 바람직하게는 1, 3 또는 5 내지 15개의 C 원자, 가장 바람직하게는 5 내지 15개의 C 원자를 갖는 선형 또는 분지형 알킬렌 기이되, 이때 하나 이상의 비인접 및 비말단 CH2 기는 -O-, -S-, -NH-, -N(CH3)-, -CO-, -O-CO-, -S-CO-, -O-COO-, -CO-S-, -CO-O-, -CH(할로겐)-, -CH(CN)-, -CH=CH- 또는 -C≡C-로 대체될 수 있다.
"말단" CH2 기는 각각의 메소젠성 기에 직접 연결된 것이다. 따라서, "비말단" CH2 기는 메소젠성 기 MG11 및 MG12에 직접 결합되지 않는다.
전형적 스페이서 기는 예를 들어 -(CH2)o- 또는 -(CH2CH2O)p-CH2CH2-이되, o는 5 내지 40의 정수, 특히 5 내지 25의 정수, 매우 바람직하게는 5 내지 15의 정수이고, p는 1 내지 8의 정수, 특히 1, 2, 3 또는 4이다.
바람직한 스페이서 기는 예를 들어 펜틸렌, 헥실렌, 헵틸렌, 옥틸렌, 노닐렌, 데실렌, 운데실렌, 도데실렌, 옥타데실렌, 다이에틸렌옥시에틸렌, 다이메틸렌옥시부틸렌, 펜텐일렌, 헵텐일렌, 노넨일렌 및 운데센일렌이다.
Sp가 5 내지 15개의 C 원자를 갖는 알킬렌을 나타내는 본 발명의 화학식 I의 화합물이 특히 바람직하다. 직쇄 알킬렌 기가 특히 바람직하다.
6, 8, 10, 12 및 14개의 C 원자를 갖는 짝수 개의 직쇄 알킬렌을 갖는 스페이서 기가 바람직하다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서, 5, 7, 9, 11, 13 또는 15개의 C 원자를 갖는 홀수 개의 직쇄 알킬렌을 갖는 스페이서 기가 바람직하다. 7, 9 또는 11개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬렌 스페이서가 매우 바람직하다.
Sp가 5 내지 15개의 C 원자를 갖는 최대로 중수소화된 알킬렌을 나타내는 화학식 I의 화합물이 특히 바람직하다. 중수소화된 직쇄 알킬렌 기가 매우 바람직하다. 부분적으로 중수소화된 직쇄 알킬렌 기가 가장 바람직하다.
특히 바람직한 화합물은 측면 위치에(즉 L로서) 0, 2 또는 4개의 F 원자를 함유하는 상기에 제시된 화학식의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, R11은 OCF3이고, R12는 OCF3, F 또는 CN, 바람직하게는 OCF3 또는 CN, 가장 바람직하게는 CN이다.
화학식 I의 화합물은 그 자체로 공지되고 유기 화학의 표준 작업, 예컨대 문헌[Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Thieme-Verlag, Stuttgart]에 기재된 방법에 따르거나 그와 유사하게 합성될 수 있다. 바람직한 제조 방법은 하기 합성 반응식을 사용할 수 있다.
화학식 I의 화합물은 바람직하게는 하기 일반적 반응식에 따라 이용가능하다.
[반응식 I]
상기에서,
n은 상기 Sp1의 정의에 주어진 (n-2)의 의미를 갖고,
다양한 단계들에서의 반응 조건은 하기와 같다:
단계 1: Pd(PPh3)2Cl2, CuI, THF, N(C2H5)3, 환류 하에 가열,
단계 2: Pd/C, THF, [H2],
단계 3: Pd(PPh3)2Cl2, NaCO3, H2O, THF, 환류 하에 가열,
단계 4: NaOH, C2H5OH,
단계 5: Pd(dppf)2Cl2, KPO4, THF, 환류 하에 가열,
단계 6: Pd(dppf)2Cl2, KPO4, THF, 환류 하에 가열,
단계 7: BBr3, DCM, 및
단계 8: TFAA, DCM.
상기 및 하기의 임의의 반응식에 나타낸 모든 페닐렌 잔기는 서로 독립적으로 임의적으로, 1, 2 또는 3개, 바람직하게는 1 또는 2개의 F 원자, 또는 1개의 Cl 원자 또는 1개의 Cl 및 1개의 F 원자를 함유한다.
화학식 A-I의 화합물은, 네마틱 액정 혼합물에 첨가하는 경우, 네마틱 하부의 상을 제공한다. 본 문맥에서, 바이메소젠성 화합물의 네마틱 액정 혼합물에서의 영향의 제 1 징후가 문헌[Barnes, P.J., Douglas, A.G., Heeks, S.K., Luckhurst, G.R., Liquid Crystals, 1993, Vol.13, No.4, 603- 613]에 보고되어 있다. 이 참고 문헌은 고도로 극성인 알킬 이격된 이량체를 예시화하고, 네마틱 하부의 상을 인지하여, 이를 스메틱 유형으로 결론짓는다.
네마틱 상 하부에 존재하는 메소상의 광학적 증거는 문헌[Henderson, P.A., Niemeyer, O., Imrie, C.T. in Liquid Crystals, 2001, Vol. 28, No.3, 463-472]에 공개되어 있고, 이는 추가로 조사되지 않았다.
문헌[Liquid Crystals, 2005, Vol. 32, No. 11-12, 1499-1513 Henderson, P.A., Seddon, J.M. and Imrie, C.T]에서, 네마틱 하부의 새로운 상이 일부의 특별한 예에서 스메틱 C 상에 속한다고 보고하였다. 제 1 네마틱 하부의 추가의 네마틱 상은 문헌[Panov, V.P., Ngaraj, M., Vij, J.K., Panarin, Y.P., Kohlmeier, A., Tamba, M.G., Lewis, R.A. and Mehl, G.H. in Phys.Rev.Lett. 2010, 105, 1678011 -1678014]에 보고되어 있다.
본원에서, 화학식 I의 새롭고 신규한 바이메소젠성 화합물을 포함하는 액정 혼합물은 제 2 네마틱 상으로 배정된 신규한 메소상도 보여준다. 이 메소상은 원래의 네마틱 액정 상보다 더 저온에서 존재하고, 본 출원에 의해 제시되는 고유의 혼합물 개념으로 관찰되었다.
따라서, 본 발명에 따른 화학식 I의 바이메소젠성 화합물은 일반적으로는 이 상을 갖지 않는 네마틱 혼합물에서 제 2 네마틱 상을 유도한다. 또한, 화학식 I의 화합물의 양을 다양하게 하는 것은 제 2 네마틱의 상 거동을 필요한 온도로 조정할 수 있게 한다.
따라서, 본 발명은 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 포함하는 액정 매질에 관한 것이다.
본 발명에 따른 화합물의 일부 바람직한 실시양태는 하기에 제시되어있다.
부분 화학식 II-1, II-4, II-6, II-7, II-13, II-14, II-15, II-16, II-17 및 II-18의 기가 특히 바람직하다.
바람직하게는 화학식 I에서 R11 및 R12는 H, F, Cl, CN, NO2, OCH3, COCH3, COC2H5, COOCH3, COOC2H5, CF3, C2F5, OCF3, OCHF2 및 OC2F5, 특히 H, F, Cl, CN, OCH3 및 OCF3, 특히 H, F, CN 및 OCF3 중에서 선택된다.
전형적 스페이스 기 (Sp1)은 예컨대 -(CH2)o-, -(CH2CH2O)p-CH2CH2-이고, 이때 o는 1, 3 또는 5 내지 40의 정수, 특히 1, 3 또는 5 내지 25, 매우 바람직하게는 5 내지 15이고, p는 1 내지 8, 특히 1, 2, 3 또는 4이다.
본 발명에 따른 매질은 바람직하게는 1, 2, 3, 4개 이상, 바람직하게는 1, 2 또는 3개의 화학식 I의 화합물을 포함한다.
액정 매질 중 화학식 I의 화합물의 양은 바람직하게는 총 혼합물의 1 내지 50 중량%, 특히 5 내지 40 중량%, 바람직하게는 10 내지 30 중량%이다.
바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 액정 매질은 추가적으로 하나 이상의 하기 화학식 III의 화합물, 예컨대 GB 2 356 629에 공지된 것 또는 그와 유사한 것을 포함한다:
R31-MG31-X31-Sp3-X32-MG32-R32 III
상기 식에서,
R31 및 R32는, 각각 독립적으로, H, F, Cl, CN, NCS, 또는 치환되지 않거나 할로겐 또는 CN으로 일치환 또는 다치환될 수 있는 1 내지 25개의 C 원자를 갖는 직쇄 또는 분지형 알킬 기이되, 이때 하나 이상의 비인접 CH2 기는 각각의 경우 서로 독립적으로, 산소 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로, -O-, -S-, -NH-, -N(CH3)-, -CO-, -COO-, -OCO-, -O-CO-O-, -S-CO-, -CO-S-, -CH=CH-, -CH=CF-, -CF=CF- 또는 -C≡C-로 대체될 수 있고,
MG31 및 MG32는 각각 독립적으로 메소젠성 기이고,
Sp3는 5 내지 40개의 C 원자를 포함하는 스페이서 기이되, 이때 하나 이상의 비인접 CH2 기는 -O-, -S-, -NH-, -N(CH3)-, -CO-, -O-CO-, -S-CO-, -O-COO-, -CO-S-, -CO-O-, -CH(할로겐)-, -CH(CN)-, -CH=CH- 또는 -C≡C-로 대체될 수 있고,
X31 및 X32는 각각 독립적으로 -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO-, -O-CO-O-, -CO-NH-, -NH-CO-, -CH2CH2-, -OCH2-,-CH2O-, -SCH2-, -CH2S-, -CH=CH-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH-, -C≡C- 또는 단일 결합이며, 단,
화학식 I의 화합물은 제외된다.
메소젠성 기 MG31 및 MG32는 바람직하게는 화학식 II의 기 중에서 선택된다.
R31-MG31-X31- 및 R32-MG32-X32-가 동일한 화학식 III의 화합물이 특히 바람직하다.
본 발명의 또다른 바람직한 실시양태는 R31-MG31-X31- 및 R32-MG32-X32-가 상이한 화학식 III의 화합물에 관한 것이다.
메소젠성 기 MG31 및 MG32가 1, 2 또는 3개의 6-원 고리를 포함하는 화학식 III의 화합물이 특히 바람직하고, 하기에 나열된 화학식 II의 군으로부터 선택된 메소젠성 기가 매우 바람직하다.
화학식 III의 MG31 및 MG32에 대해, 하위화학식 II-1, II-4, II-6, II-7, II-13, II-14, II-15, II-16, II-17 및 II-18의 기가 특히 바람직하다. 이들 바람직한 기에서, Z는 각각의 경우 독립적으로 화학식 II에 제시된 Z1의 의미 중 하나를 갖는다. 바람직하게는 Z는 -COO-, -OCO-, -CH2CH2-, -C≡C- 또는 단일 결합이다.
매우 바람직하게는 메소젠성 기 MG31 및 MG32는 화학식 IIa 내지 IIo의 기 및 이의 거울상으로부터 선택된다.
비극성 기를 갖는 화합물의 경우, R31 및 R32는 바람직하게는 15개 이하의 C 원자를 갖는 알킬 또는 2 내지 15개의 C 원자를 갖는 알콕시이다.
R31 또는 R32는 알킬 또는 알콕시 라디칼(즉 말단 CH2 기가 -O-로 대체된 것)인 경우, 이는 직쇄 또는 분지형일 수 있다. 이는 바람직하게는 2, 3, 4, 5, 6, 7 또는 8개의 C 원자를 갖는 직쇄이고, 이에 따라 바람직하게는 예를 들어 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸, 에톡시, 프로폭시, 부톡시, 펜톡시, 헥속시, 헵톡시 또는 옥톡시, 뿐만 아니라 메틸, 노닐, 데실, 운데실, 도데실, 트라이데실, 테트라데실, 펜타데실, 노녹시, 데콕시, 운데콕시, 도데콕시, 트라이데콕시 또는 테트라데콕시이다.
옥사알킬(즉 하나의 CH2 기가 -O-로 대체된 것)은 바람직하게는 예를 들어 직쇄 2-옥사프로필(=메톡시메틸), 2-(=에톡시메틸) 또는 3-옥사부틸(=2-메톡시에틸), 2-, 3- 또는 4-옥사펜틸, 2-, 3-, 4- 또는 5-옥사헥실, 2-, 3-, 4-, 5- 또는 6-옥사헵틸, 2-, 3-, 4-, 5-, 6- 또는 7-옥사옥틸, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7- 또는 8-옥사노닐 또는 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- 또는 9-옥사데실이다.
말단 극성 기를 갖는 화합물의 경우, R31 및 R32는 CN, NO2, 할로겐, OCH3, OCN, SCN, CORx, COORx, 또는 1 내지 4개의 C 원자를 갖는 모노-, 올리고- 또는 폴리불화된 알킬 또는 알콕시 기로부터 선택된다. Rx는 1 내지 4개, 바람직하게는 1 내지 3개의 C 원자를 갖는 임의적으로 불화된 알킬이다. 할로겐은 바람직하게는 F 또는 Cl이다.
특히 바람직하게는 화학식 III에서 R31 및 R32는 F, Cl, CN, NO2, OCH3, COCH3, COC2H5, COOCH3, COOC2H5, CF3, C2F5, OCF3, OCHF2 및 OC2F5, 특히 F, Cl, CN, OCH3 및 OCF3 중에서 선택된다.
화학식 III의 스페이서 기 Sp3에 관하여, 모든 기는 당업자에게 이러한 목적으로 공지된 것을 사용할 수 있다. 스페이서 기 Sp는 바람직하게는 5 내지 40개의 C 원자, 특히 5 내지 25개의 C 원자, 매우 바람직하게는 5 내지 15개의 C 원자를 갖는 선형 또는 분지형 알킬렌 기이되, 이때 하나 이상의 비인접 CH2 기는 -O-, -S-, -NH-, -N(CH3)-, -CO-, -O-CO-, -S-CO-, -O-COO-, -CO-S-, -CO-O-, -CH(할로겐)-, -CH(CN)-, -CH=CH- 또는 -C≡C-로 대체될 수 있다.
전형적 스페이서 기는 예를 들어 -(CH2)o-, -(CH2CH2O)p-CH2CH2-, -CH2CH2-S-CH2CH2- 또는 -CH2CH2-NH-CH2CH2-이되, o는 5 내지 40의 정수, 특히 5 내지 25의 정수, 매우 바람직하게는 5 내지 15의 정수이고, p는 1 내지 8의 정수, 특히 1, 2, 3 또는 4이다.
바람직한 스페이서 기는 예를 들어 펜틸렌, 헥실렌, 헵틸렌, 옥틸렌, 노닐렌, 데실렌, 운데실렌, 도데실렌, 옥타데실렌, 다이에틸렌옥시에틸렌, 다이메틸렌옥시부틸렌, 펜텐일렌, 헵텐일렌, 노넨이렌 및 운데센일렌이다.
Sp3가 5 내지 15개의 C 원자를 갖는 알킬렌을 나타내는 본 발명의 화학식 III의 화합물이 특히 바람직하다. 직쇄 알킬렌 기가 특히 바람직하다.
본 발명의 또다른 바람직한 실시양태에서, 화학식 III의 키랄 화합물은 화학식 IV의 키랄 기인 하나 이상의 스페이서 기 Sp1을 포함한다.
화학식 III에서 X31 및 X32는 바람직하게는 -O-, -CO-, -COO-, -OCO-, -O-CO-O- 또는 단일 결합을 나타낸다. 하기 화학식 III-1 내지 III-4의 화합물로부터 선택된 화합물이 특히 바람직하되, 이들로부터 화학식 I의 화합물은 제외된다:
상기 식에서,
R31 및 R32는 화학식 III에 대해 제시된 의미를 갖고,
Z31 및 Z31 -I은 Z31으로 정의되고,
Z32 및 Z32 -I은 각각 화학식 III의 Z31 및 Z32 -I의 반전기이고,
o 및 r은 이들 기의 바람직한 의미를 비롯하여, 각각의 경우 독립적으로 상기에 정의된 바와 같고,
L은 각각의 경우 서로 독립적으로 바람직하게는 F, Cl, CN, OH, NO2, 또는 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 임의적으로 불화된 알킬, 알콕시 또는 알카노일 기, 매우 바람직하게는 F, Cl, CN, OH, NO2, CH3, C2H5, OCH3, OC2H5, COCH3, COC2H5, COOCH3, COOC2H5, CF3, OCF3, OCHF2, OC2F5, 특히 F, Cl, CN, CH3, C2H5, OCH3, COCH3 또는 OCF3, 가장 바람직하게는 F, Cl, CH3, OCH3 또는 COCH3이다.
본 발명에 따른 특히 바람직한 혼합물은 하나 이상의 하기 화학식 III-1a 내지 III-1e, 및 III-3a 및 III-3b의 화합물을 포함한다:
상기 식에서, 매개 변수는 상기에 정의된 바와 같다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 액정 매질은 2 내지 25개, 바람직하게는 3 내지 15개의 화학식 III의 화합물로 이루어진다.
액정 매질 중 화학식 III의 화합물의 양은 바람직하게는 총 혼합물의 10 내지 95 중량%, 특히 15 내지 90 중량%, 매우 바람직하게는 20 내지 85 중량%이다.
바람직하게, 전체로서 매질 중 화합물 화학식 III-1a 및/또는 III-1b 및/또는 III-1c 및/또는 III-1e 및/또는 III-3a 및/또는 III-3b의 화합물의 비율은 바람직하게는 70 중량% 이상이다.
본 발명에 따른 특히 바람직한 매질은 스스로 액정상을 반드시 나타낼 필요가 없고 스스로 양호한 균일한 정렬을 제공하는 하나 이상의 키랄 도펀트를 포함한다.
하기 화학식 IV 및 V의 화합물 및 이들 각각의 (S,S) 거울상이성질체로부터 선택되는 키랄 도펀트가 특히 바람직하다:
상기 식에서,
E 및 F는 각각 독립적으로 1,4-페닐렌 또는 트랜스-1,4-사이클로헥실렌이고,
v는 0 또는 1이고,
Z0는 -COO-, -OCO-, -CH2CH2- 또는 단일 결합이고,
R은 1 내지 12개의 C 원자를 갖는 알킬, 알콕시 또는 알카노일이다.
화학식 IV의 화합물 및 이의 합성법은 WO 98/00428에 기재되어 있다. 하기 표 D에 나타낸 화합물 CD-1이 특히 바람직하다. 화학식 V의 화합물 및 이의 합성법은 GB 2,328,207에 기재되어 있다.
높은 나선형 비틀림력(HTP)을 갖는 키랄 도펀트, 특히 WO 98/00428에 개시된 것이 특히 바람직하다.
또한, 전형적으로 사용되는 키랄 도펀트는 예를 들어 상업적으로 입수가능한 R/S-5011, CD-1, R/S-811 및 CB-15(메르크 카게아아(Merck KGaA), 독일 다름스타트 소재)이다.
상기에 언급된 키랄 화합물 R/S-5011 및 CD-1, 화학식 IV 및 V의 화합물은 매우 높은 나선형 비틀림력(HTP)을 나타내고, 따라서 본 발명의 목적에 특히 유용하다.
액정 매질은 바람직하게는 상기 화학식 IV의 화합물, 특히 CD-1, 및/또는 화학식 V의 화합물 및/또는 R-5011 또는 S-5011로부터 선택되는, 바람직하게는 1 내지 5개, 특히 1 내지 3, 매우바람직하게는 1 또는 2개의 키랄 도펀트를 포함하고, 매우 바람직하게는 키랄 화합물은 R-5011, S-5011 또는 CD-1이다.
액정 매질 중 키랄 화합물의 양은 바람직하게는 총 혼합물의 1 내지 20 중량%, 특히 1 내지 15 중량%, 매우 바람직하게는 1 내지 10 중량%이다.
또한, 하기 화학식 VI의 화합물로부터 선택되는 하나 이상의 첨가제를 포함하는 액정 매질이 바람직하다:
상기 식에서,
R5는 12개 이하의 C 원자를 갖는 알킬, 알콕시, 알켄일 또는 알켄일옥시이고,
L1 내지 L4는 각각 독립적으로 H 또는 F이고,
Z2는 -COO-, -CH2CH2- 또는 단일 결합이고,
m은 1 또는 2이다.
하기 화학식 VIa 내지 VIf로부터 선택된 화학식 VI의 화합물이 특히 바람직하다:
상기 식에서,
R은 상기 R5의 의미 중 하나를 갖고,
L1, L2 및 L3는 상기 의미를 갖는다.
액정 매질은 바람직하게는 상기 화학식 VIa 내지 VIf의 화합물, 매우 바람직하게는 화학식 VIf의 화합물로부터 선택된 1 내지 5개, 특히 1 내지 3개, 매우 바람직하게는 1 또는 2개의 화합물을 포함한다.
액정 매질 중 화학식 VI의 적합한 첨가제의 양은 바람직하게는 총 혼합물의 1 내지 20 중량%, 특히 1 내지 15 중량%, 매우 바람직하게는 1 내지 10 중량%이다.
본 발명에 따른 액정 매질은 일반적인 농도로 추가의 첨가제를 함유할 수 있다. 이러한 추가의 성분의 총 농도는, 총 혼합물을 기준으로 0.1 내지 10%, 바람직하게는 0.1 내지 6%이다. 각각 사용된 개별적인 화합물의 농도는 바람직하게는 0.1 내지 3%의 범위이다. 이들 및 유사한 첨가제의 농도는 본원에서 액정 성분 및 액정 매질의 화합물의 값과 범위에 고려되지 않는다. 또한, 이는 혼합물에 사용된 이색성 염료의 농도를 위해 유지되고, 이는 화합물의 농도와 호스트 매질의 성분 각각이 특정되지 않을 경우 계산되지 않는다. 각각의 첨가제의 농도는 최종으로 도핑된 혼합물과 비교하여 항상 제공된다.
본 발명에 따른 액정 매질은, 몇 개의 화합물, 바람직하게는 3 내지 30개, 보다 바람직하게 4 내지 20개, 가장 바람직하게는 4 내지 16개의 화합물로 이루어진다. 이러한 화합물은 통상의 방법으로 혼합된다. 대체로, 더 소량으로 사용된 화합물의 필요량이 더 큰 양으로 사용되는 화합물에 용해된다. 보다 높은 농도로 사용된 화합물의 등명점 보다 온도가 초과된 경우, 이는 용해 과정의 완료를 관찰하는 것이 특히 용이하다. 그러나, 다른 통상의 방법, 예컨대 화합물의 상동(homologous) 또는 공융(eutectic) 혼합물일 수 있는 소위 예비-혼합물을 사용하거나, 또는 소위 멀티-보틀 시스템을 사용하여(이의 성분은 혼합물 자체로 사용하기 위해 준비됨) 제조될 수도 있다.
특히 바람직한 혼합물 개념은 하기에 기재되어 있다:(사용된 두문자는 표 A에 설명되어 있다).
본 발명에 따른 혼합물은 바람직하게는 하기 화합물을 포함한다:
(a) 총 농도가 총 혼합물의 1 내지 50 중량%, 특히 5 내지 40 중량%, 매우 바람직하게는 10 내지 30 중량% 범위인 하나 이상의 화학식 I의 화합물; 및/또는
(b) 바람직하게는 화학식 III-1a 내지 III-1e 및 III-3a 내지 III-3b의 화합물로부터 선택되고, 특히 바람직하게는
- 전체 혼합물을 기준으로 바람직하게는 5% 초과, 특히 10 내지 30% 농도의 N-PGI-ZI-n-Z-GP-N, 바람직하게는 N-PGI-ZI-7-Z-GP-N 및/또는 N-PGI-ZI-9-Z-GP-N, 및/또는
- 전체 혼합물을 기준으로 바람직하게는 5% 초과, 특히 10 내지 30% 농도의 F-UIGI-ZI-n-Z-GU-F, 바람직하게는 F-UIGI-ZI-9-Z-GU-F, 및/또는
- 전체 혼합물을 기준으로 바람직하게는 1% 초과, 특히 1 내지 20% 농도의 F-PGI-O-n-O-PP-N, 바람직하게는 F-PGI-O-9-O-PP-, 및/또는
- 전체 혼합물을 기준으로 바람직하게는 5% 초과, 특히 5 내지 30% 농도의 N-PP-O-n-O-PG-OT, 바람직하게는 N-PP-O-7-O-PG-OT, 및/또는
- 전체 혼합물을 기준으로 바람직하게는 1% 초과, 특히 1 내지 20% 농도의 N-PP-O-n-O-GU-F, 바람직하게는 N-PP-O-9-O-GU-F, 및/또는
- 전체 혼합물을 기준으로 바람직하게는 1% 초과, 특히 1 내지 20% 농도의 F-PGI-O-n-O-GP-F, 바람직하게는 F-PGI-O-7-O-GP-F 및/또는 F-PGI-O-9-O-GP-F, 및/또는
- 전체 혼합물을 기준으로 바람직하게는 5% 초과, 특히 10 내지 30% 농도의 N-GIGIGI-n-GGG-N, 특히 N-GIGIGI-9-GGG-N, 및/또는
- 전체 혼합물을 기준으로 바람직하게는 5% 초과, 특히 15 내지 50% 농도의 N-PGI-n-GP-N, 바람직하게는 N-PGI-9-GP-N
을 포함하는, 총 농도가 총 혼합물의 10 내지 95 중량%, 특히 15 내지 90 중량%, 매우 바람직하게는 20 내지 85 중량% 범위인 하나 이상의 화학식 III의 화합물; 및/또는
(c) 바람직하게는 화학식 VIa 내지 VIf의 화합물로부터 선택되고, 특히 바람직하게는
- 전체 혼합물을 기준으로 바람직하게는 1% 초과, 특히 1 내지 20% 농도의 PP-n-N
을 포함하는, 총 농도가 총 혼합물의 1 내지 20 중량%, 특히 1 내지 15 중량%, 매우 바람직하게는 1 내지 10 중량% 범위인, 하나 이상의 화학식 VI의 적합한 첨가제; 및/또는
(d) 바람직하게는 화학식 IV 및 V, 및 R-5011 또는 S-5011의 화합물로부터 선택되고, 특히
- 전체 혼합물을 기준으로 바람직하게는 1% 초과, 특히 1 내지 20% 농도의 R-5011, S-5011 또는 CD-1
을 포함하는, 총 농도가 총 혼합물의 1 내지 20 중량%, 특히 1 내지 15 중량%, 매우 바람직하게는 1 내지 10 중량% 범위인 하나 이상의 키랄 화합물.
화학식 I의 바이메소젠성 화합물 및 이를 포함하는 액정 매질은, 액정 디스플레이, 예컨대 STN, TN, AMD-TN, 온도 보상, 게스트-호스트(guest-host), 상 변화 또는 표면 안정화된 또는 중합체 안정화된 콜레스테릭 텍스처(SSCT 또는 PSCT) 디스플레이, 특히 플렉소일렉트릭 소자, 편광판, 보상기, 반사판, 정렬 층, 컬러 필터 또는 홀로그래피 요소와 같은 능동 및 수동 광학 요소, 접착제, 이방성의 기계적 특성을 갖는 합성 수지, 화장품, 진단 시약, 액정 안료, 장식용 및 보안용 제품, 비선형 광학, 광학 정보 저장에 또는 키랄성 도펀트로서 사용될 수 있다.
화학식 I의 화합물 및 수득가능한 이들의 혼합물은 특히 플렉소일렉트릭 액정 디스플레이에 유용하다. 따라서, 본 발명의 또다른 목적은 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 포함하거나, 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 포함하는 액정 매질을 포함하는 플렉소일렉트릭 디스플레이이다.
본 발명의 화학식 I의 바이메소젠성 화합물 및 이들의 혼합물은 숙련자에게 공지된 방법, 예컨대 표면 처리 또는 전계에 의해 콜레스테릭 상에서 다른 배향 상태로 정렬될 수 있다. 예를 들어, 상기 화합물은 평면(그랑쟝(Grandjean)) 상태, 초점 원추형(focal conic) 상태 또는 호메오트로픽 상태로 정렬될 수 있다. 또한, 강한 쌍극자 모멘트를 갖는 극성 기를 포함하는 본 발명의 화학식 I의 화합물은 플렉소일렉트릭 스위칭될 수 있으며, 따라서 전기광학 스위치 또는 액정 디스플레이에 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 다른 배향 상태 간의 스위칭을, 본 발명의 화학식 I의 화합물의 샘플에 대하여 예시적으로 하기에 자세히 설명한다.
이러한 바람직한 실시양태에 따르면, 상기 샘플을 전극 층으로 코팅된 2개의 평면-평행 유리판, 예컨대 ITO 층을 포함하는 셀 내부에 넣고, 콜레스테릭 상에서 콜레스테릭 나선 축이 셀 벽에 대하여 수직으로 배향되는 평면 상태로 정렬한다. 이러한 상태는 그랑쟝 상태로도 알려져 있으며, 예컨대 편광 현미경에서 관측가능한 상기 샘플의 텍스처는 그랑쟝 텍스처로 알려져 있다. 평면 정렬은 예를 들어 셀 벽의 표면 처리, 예컨대 폴리이미드와 같은 정렬 층으로 러빙(rubbing) 및/또는 코팅함으로써 얻을 수 있다.
또한, 양질의 배향 및 결점이 거의 없는 그랑쟝 상태는 상기 샘플을 등방성 상으로 가열하고, 이어서 키랄성 네마틱-등방성 상전이 온도에 가까운 온도에서 키랄성 네마틱 상으로 냉각시키고, 상기 셀을 러빙함으로써 달성할 수 있다.
평면 상태에서, 상기 샘플은 입사광의 선택적인 반사를 보이며, 이때 반사파의 중심 파장은 나선 피치 및 물질의 평균 굴절률에 의존한다.
예컨대 10 Hz 내지 1 kHz의 주파수 및 12 Vrms/□m 이하의 진폭을 갖는 전계가 상기 전극에 인가되는 경우, 상기 샘플은, 나선이 풀려있고 분자가 인가된 장에 평행하게, 즉 전극의 평면에 수직으로 배향되는 호메오트로픽 상태로 변환된다. 호메오트로픽 상태에서, 상기 샘플은 보통의 일광(daylight)에서 관찰시에는 투명하고, 교차된 편광판 사이에 둘 때는 검게 보인다.
호메오트로픽 상태에서 전계를 감소시키거나 제거할 때, 상기 샘플은 초점 원추형 텍스처를 취하며, 이때 상기 분자는 나선 축이 상기 장에 수직으로 배열되는, 즉 전극의 평면에 평행한, 나선형의 비틀린 구조를 나타낸다. 또한, 초점 원추형 텍스처는 평면 상태에서 샘플에 약한 전계만을 인가해도 얻을 수 있다. 초점 원추형 상태에서 상기 샘플은 보통의 일광에서 관찰시는 산란되고 교차된 편광판 사이에서는 밝게 보인다.
서로 다른 배향 상태에서 본 발명의 화합물의 샘플은 서로 다른 광 투과성을 나타낸다. 따라서, 인가된 전계의 세기에 따른 샘플의 광 투과도를 측정함으로써 각각의 배향의 상태뿐만 아니라 배향의 품질을 조절할 수 있다. 이에 의해, 특정한 배향 상태 및 이들 다른 배향 상태 간의 전이를 달성하는 데 필요한 전계 세기를 측정하는 것도 가능하다.
본 발명의 화학식 I의 화합물의 샘플에서, 상기 개시된 초점 원추형 상태는 복굴절의 여러 무질서한 작은 영역들로 이루어져 있다. 초점 원추형 텍스처의 핵 형성을 위한 장보다 더 큰 전계를, 바람직하게는 상기 셀의 추가적인 전단과 함께 인가함으로써, 넓고 잘 정렬된 영역에서 나선 축이 전극 면에 평행한, 균일하게 정렬된 텍스처가 수득된다. 키랄성 네마틱 물질에 관한 종래 기술 문헌, 예컨대 문헌[P. Rudquist et al., Liq. Cryst. 23 (4), 503 (1997)]에 따라, 이 텍스처는 또한 균일하게 누운 나선(ULH) 텍스처로 불린다. 이 텍스처는 본 발명의 화합물의 플렉소일렉트릭 특성을 특징으로 해야한다.
전계의 증가 또는 감소시 러빙된 폴리이미드 기판 위의 본 발명의 화학식 I의 화합물의 샘플에서 전형적으로 관찰되는 텍스처의 순서는 하기와 같다:
상기 ULH 텍스처로부터 시작하는 경우, 본 발명의 플렉소일렉트릭 화합물 및 혼합물은 전계 인가에 의해 플렉소일렉트릭 스위칭될 수 있다. 이는 셀 기판의 평면에서 상기 물질의 광학 축의 회전을 야기하며, 이는 교차된 편광판 사이에 상기 물질을 두는 경우에 투과도의 변화를 유발한다. 본 발명의 물질의 플렉소일렉트릭 스위칭은 상기 도입부 및 실시예에 자세히 설명되어 있다.
상기 셀을 등방성 상태에서 콜레스테릭 상태로 천천히 냉각시키고 전단시키면서 고주파, 예컨대 10 kHz의 전계전계 샘플에 인가함으로써 상기 초점 원추형 텍스처로부터 시작하여 상기 ULH 텍스처를 수득하는 것도 가능하다. 상기 전계 주파수는 화합물마다 다를 수 있다.
화학식 I의 바이메소젠성 화합물은 거시적으로 균일한 배향으로 정렬이 용이하고, 액정 매질에서의 높은 탄성 계수(k11) 및 높은 플렉소일렉트릭 계수(e)를 유도할 수 있기 때문에 플렉소일렉트릭 액정 디스플레이에 특히 유용하다.
상기 액정 매질은 바람직하게는 k11 < 1×10-10N, 바람직하게는 < 2×10-11N 및 플렉소일렉트릭 계수 e > 1×10-11C/m, 바람직하게는 > 1×10-10C/m을 나타낸다.
플렉소일렉트릭 소자에 사용하는 것과는 별도로, 본 발명의 바이메소젠성 화합물 및 이의 혼합물은 또한 다른 유형의 디스플레이 및 다른 광학 및 전기광학 용도, 예컨대 광학 보상 또는 편광 필름, 컬러 필터, 반사성 콜레스테릭, 광학 회전 동력 및 광학 정보 저장에 적합하다.
본 발명의 또 하나의 양태는 셀 벽들이 혼성 정렬 조건을 나타내는 디스플레이 셀에 관한 것이다. 디스플레이 셀내 또는 두 기판 사이의 액정 또는 메소젠성 물질의 "혼성 정렬" 또는 배향이라는 용어는 제 1 셀 벽에 인접하거나 또는 제 1 기판 위의 메소젠성 기가 호메오트로픽 배향을 나타내고 제 2 셀 벽에 인접하거나 또는 제 2 기판 위의 메소젠성 기가 평면 배향을 나타내는 것을 의미한다.
디스플레이 셀내 또는 기판 위의 액정 또는 메소젠성 물질의 "호메오트로픽 정렬" 또는 배향이라는 용어는 액정 또는 메소젠성 물질 중의 메소젠성 기가 각각 셀 또는 기판의 평면에 실질적으로 수직으로 배향되는 것을 의미한다.
디스플레이 셀내 또는 기판 위의 액정 또는 메소젠성 물질의 "평면 정렬" 또는 배향이라는 용어는 액정 또는 메소젠성 물질 중의 메소젠성 기가 각각 셀 또는 기판의 평면에 실질적으로 평행으로 배향되는 것을 의미한다.
본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 플렉소일렉트릭 디스플레이는 2개의 평면 평행 기판, 바람직하게는 내측 면이 투명한 전도층, 예컨대 인듐 주석 옥사이드(ITO)로 피복된 유리판, 및 상기 기판 사이에 제공된 플렉소일렉트릭 액정 매질을 포함하며, 이때 상기 액정 매질에 대하여 상기 내측 기판의 표면 중 하나는 호메오트로픽 정렬 조건을 나타내고, 반대쪽 내측 기판 표면은 평면 정렬 조건을 나타내는 것을 특징으로 한다.
평면 정렬은 예를 들어 상기 기판의 상부에 적용된 정렬 층, 예컨대 러빙된 폴리이미드 또는 스퍼터링된 SiOX 층에 의해 달성될 수 있다.
또는, 기판을 직접 러빙하는, 즉 추가적인 정렬 층을 적용시키지 않는 것도 가능하다. 예를 들어, 러빙천(rubbing cloth), 예컨대 벨벳(velvet cloth) 또는 러빙천으로 코팅된 플랫바(flat bar)로 러빙할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시양태에서 러빙은 하나 이상의 러빙 롤러, 예컨대 기판 전체를 브러싱(brushing)하는 고회전 롤러에 의하거나, 2개 이상의 롤러 사이에 기판을 넣음으로써 달성될 수 있으며, 여기서 각각의 경우 상기 롤러의 적어도 하나 이상은 임의적으로 러빙천으로 덮여 있다. 본 발명의 또다른 바람직한 실시양태에서, 러빙은 바람직하게는 러빙천으로 코팅된 롤러 주위에 제한된 각도에서 기판을 적어도 부분적으로 감싸는 방법으로 달성된다.
호메오트로픽 정렬은 예를 들어 기판의 상부에 코팅된 정렬 층에 의해 달성될 수 있다. 유리 기판 위에 사용하기에 적합한 정렬제(aligning agent)는 예를 들어 알킬트라이클로로실란 또는 레시틴이고, 플라스틱 기판에 대한 정렬제로서는 레시틴, 실리카 또는 고 경사 폴리이미드 배향 필름의 얇은 층이 사용될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시양태에서, 실리카 코팅된 플라스틱 필름이 기판으로 사용된다.
또한, 평면 또는 호메오트로픽 정렬을 달성하는 데 적합한 방법은 예를 들어 문헌[J. Cognard, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 78, Supplement 1, 1-77(1981)]에 기재되어 있다.
혼성 정렬 조건을 갖는 디스플레이 셀을 사용함으로써, 플렉소일렉트릭 스위칭의 매우 높은 스위칭 각, 빠른 응답 시간 및 우수한 콘트라스트를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 플렉소일렉트릭 디스플레이는 유리 기판 대신에 플라스틱 기판을 사용할 수 있다. 플라스틱 필름 기판은 상기 기재된 바와 같은 러빙 롤러에 의한 러빙 처리에 특히 적합하다.
본 발명의 또다른 목적은 화학식 I의 화합물이 네마틱 액정 혼합물에 첨가되는 경우 네마틱 아래의 상을 생성하는 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 화학식 I의 바이메소젠성 화합물은 제 2 네마틱 상이 보통 상기 상의 존재를 보이지 않는 네마틱 혼합물에서 유도되도록 한다. 또한, 화학식 I의 화합물의 양을 변화시켜 제 2 네마틱의 상 거동이 필요한 온도에 맞게 조절되도록 한다.
이에 대한 실시예가 제공되고 이로부터 수득가능한 혼합물이 플렉소일렉트릭 액정 디스플레이에 특히 유용하다. 따라서, 본 발명의 또다른 목적은 제 2 네마틱 상을 나타내는 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 포함하는 액정 매질이다.
추가적인 노력없이, 당업자는 상기 설명을 사용하여 본 발명을 최대한으로 활용할 수 있다. 따라서 하기 실시예는 단지 예시적인 것으로서 파악되어야 하며 어떠한 방식으로든 본 발명의 나머지 개시내용을 제한하지 않는다.
달리 분명하세 지시하지 않는 한, 본원에 사용된 바와 같이 본원의 복수 형태의 용어는 단수 형태를 포함하는 것으로 이해되고, 그 역도 마찬가지이다.
본 명세서 및 청구범위에 걸쳐, "포함하다" 및 "함유하다" 및 이를 변형한 용어, 예를 들어 "포함하는" 및 "포함한다"라는 용어는 "~를 포함하나 이에 국한되지 않음"을 의미하고 다른 구성요소를 제외하거나 배제하려는 것은 아니다.
본원 전체에 걸쳐, 예를 들어 C=C 또는 C=O 이중 결합, 또는 벤젠 고리에서와 같이 3개의 인접한 원자들과 결합하는 C 원자에서의 결합 각은 120°이고, 예를 들어 C≡C 또는 C≡N 삼중 결합, 또는 알릴자리 위치 C=C=C에서와 같이 2개의 인접한 원자들과 결합하는 C 원자에서의 결합 각은 180°이고, 예를 들어 작은 고리의 일부, 예컨대 3-, 5- 또는 5-원자 고리에서와 같이 각을 달리 제한하지 않는 한 일부 구조식에서 일부 경우에 이들 각은 정확히 표현되지 않을 수 있음을 이해해야 한다.
본 발명의 상기 실시양태에 대한 변형예가 있을 수 있고 이들 역시 본 발명의 범주에 포함됨을 알 수 있을 것이다. 본원에 개시된 각각의 특징은 달리 기재되지 않는 한 동일하거나 등가 또는 유사한 목적을 제공하는 다른 특징에 의해 대체될 수 있다. 따라서, 달리 기재되지 않는 한, 본원에 개시된 각각의 특징은 단지 일반적인 일련의 등가 또는 유사한 특징의 예시일 뿐이다.
본원에 개시된 특징들 모두는 이들 특징 및/또는 단계의 적어도 일부가 서로 상충하는 조합인 경우를 제외하고는 임의의 조합으로 조합될 수 있다. 특히, 본 발명의 바람직한 특징들은 본 발명의 모든 양태에 적용될 수 있으며 임의의 조합으로도 사용될 수 있다. 유사하게, 비필수적인 조합으로 기재된 특징들은 (조합되지 않고) 별개로 사용될 수도 있다.
본원에 따른 매질 중 모든 화합물의 총 농도는 100%이다.
상기 및 하기 실시예에서, 달리 언급되지 않으면, 모든 온도는 섭씨 온도이고 모든 부 및 퍼센트는 중량을 기준으로 한다.
화합물의 액정 상 거동을 설명하는 데 다음과 같은 약어가 사용된다: K=결정성; N=네마틱; N2=제 2 네마틱; S 또는 Sm=스멕틱; Ch=콜레스테릭; I=등방성; Tg=유리전이. 이들 기호 사이의 숫자는 ℃ 단위의 상전이 온도를 가리킨다.
본원에서 특히 하기 실시예에서 액정 화합물의 구조는 약어(이는 "두문자"라고도 함)로 제시된다. 약어의 상응하는 구조로의 변환은 하기 3개의 표 A 내지 C에 따른다.
모든 기 CnH2n +1, CmH2m +1 및 ClH2l +1은 바람직하게는 각각 n, m 및 l개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬 기이고, 모든 기 CnH2n, CmH2m 및 ClH2l은 바람직하게는 각각 (CH2)n, (CH2)m 및 (CH2)l이고 -CH=CH-는 바람직하게는 트랜스-각각의 E 비닐렌이다.
표 A는 고리 성분에 사용되는 기호들을 기재한 것이고, 표 B는 연결기에 사용되는 기호를 나열한 것이고, 표 C는 분자의 좌측 및 우측 말단 기에 사용되는 기호들을 나열한 것이다.
표 D는 예시적인 분자 구조를 이들의 개별적인 코드와 함께 나열한 것이다.
[표 A]
고리 원소
[표 B]
연결기
[표 C]
말단 기
n 및 m은 각각 정수이고, 세 점 "..."은 상기 표의 다른 기호를 위한 공간을 나타낸다.
바람직하게, 본 발명에 따른 액정 매질은, 화학식 I의 화합물뿐만 아니라 하기 표의 화학식의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 포함한다.
하기 표에서, n은, 명시적으로 달리 정의되지 않는 한, 3 및 5 내지 15, 바람직하게는 3, 5, 7 및 9로부터 선택되는 정수이다.
[표 D]
화합물 및 합성
실시예
합성
실시예
1:
F-
GIGI
-5-Z-
PUU
-N의 제조
합성 실시예 1에 대한 반응식
단계 1.1
메틸 5-헥시노에이트(15.5 g, 122.86 mmol), 4-브로모-3-플루오로요오도벤젠(36.97 g, 122.86 mmol), 다이이소프로필아민(45 ml) 및 THF(225 ml)를 질소 분위기 하에 3 구 환저 플라스크에 넣었다. 그 플라스크를 3회 배기시키고, 이어서 질소로 충전시킨 후, 초음파욕에서 처리하여 반응 혼합물을 30분 동안 탈기시켜(이 절차는 본원에서 간략하게 "초음파처리"로 불림) 용해된 가스를 제거하고, 다시 추가의 질소로 플러슁하였다. 혼합물에 Pd(Ph3P)2Cl2(0.33 g) 및 CuI(0.165 g)를 교반하면서 1 분획으로 각각 첨가하였다. 그 후 혼합물을 20분 동안 30℃의 온도까지 가온시킨 후, 1시간 동안 40℃로 가온시켰다. 이어서 혼합물을 실온으로 냉각시키고(본원 전체에 걸쳐 실온 및 주변 온도는 동의어로서 사용되고, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한 약 20℃의 온도를 의미함), 고체를 여과해내고, 에틸 아세테이트로 세척하였다. 조질 생성물을 감압 하에 농축시켜 어두운 색(dark colored) 고체를 수득하고, 이를 최소의 다이클로로메탄 중에 용해시키고, 실리카 컬럼에 넣고, 먼저 페트롤륨 에터:다이클로로메탄(2:1 비)의 혼합물로 용리시키고, 일단 생성물이 용리되기 시작하면 그 후 페트롤륨 에터:다이클로로메탄(1:1 비)으로 용리시켰다. 적절한 분획들을 합치고, 농축시켜 중간체 생성물을 수득하였다.
단계 1.2
탄소 상 백금(2.7 g, 탄소 상 10 %)을 질소 분위기 하에 1 리터 3 구 환저 플라스크에 넣었다. 여기에 테트라하이드로푸란(270 ml) 및 이전 단계인 단계 1.1의 중간체 생성물(26.9 g, 89.9 mmol)을 첨가하였다. 플라스크를 수소 가스로 2회 플러슁하고, 그 후 혼합물을 수소 분위기 하에 5시간 동안 매우 격렬하게 교반하였다. 혼합물을 "셀라이트 필터 에이드"를 통해 여과시켜 투명 용액을 수득하였다. 이 용액을 감압 하에 농축시켜 중간체 생성물을 수득하였다.
단계 1.3
이전 단계인 단계 1.2의 중간체(26 g, 86.9 mmol), 3,4-다이플루오로벤젠보론산(13.74 g, 87 mmol), 칼륨 포스페이트(72.7 g, 316 mmol), 다이옥산(160 ml), 물(80 ml) 및 Pd(dppf)Cl2(615 mg)의 혼합물을 질소 분위기 하에 30분 동안 초음파처리한 후, 90℃의 온도로 16시간 동안 가열하였다. 혼합물을 실온(본원에서는 약 20℃)으로 냉각시키고, 상들을 분리시키고, 유기 물질을 감압 하에 농축시켰다. 생성된 어두운 색의 고체를 최소의 다이클로로메탄 중에 용해시키고, 실리카 컬럼(페트롤륨 에터:다이클로로메탄(1:1 비)의 혼합물로 용리) 상에서 정제시켰다. 적절한 분획을 농축시켜 생성물을 투명 오일로서 수득하였다.
단계 1.4
이전 단계인 단계 1.3의 중간체(22 g, 65.4 mmol), NaOH (5.23 g, 131 mmol), 에탄올(100 ml) 및 물(100 ml)를 100℃의 온도로 2시간 동안 질소 분위기 하에 가열하였다. 혼합물을 냉각시키고, 감압 하에 체적을 1/2로 감소시키고, 진한 염산으로 산성화시키고, 빙욕에서 냉각시켜 결정화시켰다. 침전물을 진공에서 여과해내고, 물로 세척하였다. 에탄올/물(1:1 비) 혼합물 중의 용액으로부터 재결정화를 수행하였다. 결정을 진공에서 여과시키고, 먼저 약간의(약 5 ml 내지 10 ml)의 에탄올/물(1:1 비) 혼합물, 그 후 페트롤륨 에터로 세척하였다. 진공 오븐에서 건조시킨 후, 중간체를 단리시켰다.
단계 1.5
4-메톡시페닐보론산(23.8 g, 157 mmol), 4-요오도-2,6-다이플루오로브로모벤젠(50 g, 157 mmol), 다이옥산(200 ml), 물(100 ml) 및 칼륨 포스페이트 하이드레이트(40 g, 174 mmol)를 15분 동안 초음파처리하였다. 그 후 [1,1-비스(다이페닐포스피노)페로센]다이클로로-팔라듐(II)(1.5 g, 2.1 mmol)을 첨가하고, 혼합물을 40℃의 온도로 6시간 동안 가열하였다. 그 후 혼합물을 실온으로 냉각시켰다. 생성된 2개의 상들을 분리시키고, 수성 층을 톨루엔으로 추출하였다. 유기 상을 합치고, 용매를 진공에서 제거하였다. 잔류물을 헵탄(200 ml) 중에 용해시키고, 헵탄/DCM 혼합물로 용리되는 실리카(230 g) 상 진공 플래쉬 생성물을 함유하는 분획들을 합쳤다.
용매를 진공에서 제거하고, 잔류물을 에탄올(120 ml)로부터 재결정화시켜 중간체를 수득하였다.
단계 1.6
이전 단계인 단계 1.5의 중간체(34 g, 114 mmol), 3,5-다이플루오로-4-시아노 페닐보론산 에스터(30.2 g, 114 mmol), 다이옥산(200 ml), 물(100 ml) 및 칼륨 포스페이트 하이드레이트(55 g, 239 mmol)를 15분 동안 초음파처리하였다. 그 후 [1,1-비스(다이페닐-포스피노)-페로센]다이클로로팔라듐 (II) (1.4 g, 1.9 mmol)을 첨가하고, 혼합물을 90℃의 온도로 5시간 동안 가열하였다. 그 후 혼합물을 실온으로 냉각시키고, 16시간 동안 그 온도에서 방치시켰다. 암흑색 결정질 고체가 형성되었다. 고체를 진공에서 여과해내고, 물로 세척하였다. 고체를 다이클로로메탄(100 ml) 및 아세토니트릴(100 ml)의 혼합물로부터 재결정화시키고, 이를 0℃로 냉각시켰다. 생성된 고체를 진공에서 여과해내고, 아세토니트릴로 세척하여 중간체를 수득하였다.
단계 1.7
이전 단계인 단계 1.6의 중간체(34.5 g, 97 mmol)를 다이클로로메탄(400 ml) 중에 용해시키고, 교반하고, 질소 분위기 하에 -60℃의 온도로 냉각시켰다. 반응 혼합물의 온도를 -60℃ 내지 -70℃의 온도 범위에서 유지시키면서 보론 트라이브로마이드(200 ml, DCM 중 1 M, 200 mmol) 용액을 40분에 걸쳐 적가하였다. 그 후 혼합물을 실온으로 천천히 가온시키고, 추가 16시간 동안 교반하였다. 그 후 혼합물을 빙욕에서 10℃의 온도로 냉각시켰다. 그 후, 반응 혼합물의 온도를 5℃ 내지 15℃의 온도 범위에서 유지시키면서 물(200 ml)을 30분에 걸쳐 적가하였다. 그 후 1시간 동안 교반한 후, 고체를 진공에서 여과해내고, 물로 세척하여 중간체를 수득하였다.
단계 1.8
단계 1.4로부터의 중간체 산(3.04 g, 9.4 mmol) 및 DCM(10 ml)을 실온에서 교반하였다. 트라이플루오로아세트산 무수물(1.6 ml, 11.5 mmol)을 첨가하고, 혼합물을 2시간 동안 30℃의 온도에서 교반하였다. 그 후 단계 1.7로부터의 중간체 페놀(3.4 g, 10 mmol)을 첨가하고, 그 후 혼합물을 추가 4시간 동안 30℃의 온도에서, 이어서 추가 16시간 동안 실온에서 교반하였다. 물(50 ml)을 혼합물에 첨가하고, 2개의 상들을 분리시켰다. 수성 상을 DCM(각각 50 ml)로 3회 추출하였다. 유기 상을 무소 나트륨 설페이트 상에서 건조시키고, 여과시키고, 용매를 진공에서 제거하였다. 잔류물을 톨루엔(100 ml 분획들)으로 용리하는 실리카(60 g) 상 진공 플래쉬 크로마토그래피로 정제하였다. 분획 1 내지 4를 합치고, 용매를 진공에서 제거하였다. 고체를 아세토니트릴(25 ml)로부터 재결정화시켜 목적 생성물을 수득하였다.
생성물은 하기 상 범위를 가졌다: K (87.7 N) 106.1 I 및 1.95 Cm-1N-1(=1.95 V-1)의 e/K. e/K는 후술되는 바와 같이 혼합물 M-1에 대해 측정되었다.
화합물
실시예
2 내지 10
하기 화학식 I의 화합물을 유사하게 제조하였다.
보다 통상적인 공지된 바이메소젠성 화합물, 예를 들어 하기 표에 나타낸 것과 비교하여 상기 표의 물질은 일반적으로 스크리닝 혼합물에서 증가된 성능을 나타냈다.
비교 화합물 예
용도
실시예
및 혼합물
실시예
전형적으로 역평행 러빙된 PI 정렬 층을 갖는 5.6 μm 두께의 셀을 플렉소일렉트릭 혼합물이 등방성 상으로 존재하는 온도에서 핫플레이트 상에 충전하였다.
셀을 충전한 후에, 등명점을 비롯한 상 전이를 시차주사 열량 분석법(DSC)을 사용하여 측정하고 광학 검사로 입증하였다. 광학 상 전이 측정을 위해, 메틀러(Mettler) FP82 핫-스테이지(hot-stage)에 연결된 메틀러(Mettler) FP90 핫-스테이지 제어기를 셀의 온도를 제어하기 위해 사용하였다. 온도는 등방성 상이 관찰되기 시작할 때까지 주위 온도로부터 분 당 5℃의 속도로 증가하였다. 텍스처 변화를 올림푸스(Olympus) BX51 현미경을 사용하여 교차된 편광자를 통해 관찰하고, 각각의 온도를 기록하였다.
이어서, 와이어를 인듐 금속을 사용하여 셀의 ITO 전극에 부착하였다. 린캄(Linkam) TMS93 핫-스테이지 제어기에 연결된 린캄 THMS600 핫-스테이지에 고정하였다. 핫-스테이지를 올림푸스 BX51 현미경의 회전 스테이지에 고정하였다.
액정이 완전하게 등방성일 때까지 셀을 가열하였다. 이어서, 셀을 샘플이 완전하게 네마틱일 때까지 인가된 전계하에 냉각하였다. 구동 파형을 텍트로닉스(Tektronix) AFG3021B 임의 함수 발생기에 의해 공급받고, 이를 뉴튼즈포스(Newtons4th) LPA400 전력 증폭기를 통해 보낸 후에, 셀에 인가하였다. 셀 응답을 톨랩스(Thorlabs) PDA55 광다이오드로 모니터링하였다. 입력 파형 및 광학 응답 둘다를 텍트로닉스 TDS 2024B 디지털 오실로스코프(oscilloscope)를 사용하여 측정하였다.
물질의 플렉소-탄성 응답을 측정하기 위해, 광 축의 경사의 크기 변화를 증가하는 전압의 함수로서 측정하였다. 이는 하기 수학식 8에 의해 얻을 수 있다:
[수학식 8]
상기 식에서,
E는 인가 전계이고,
K는 탄성 상수(K1 및 K3의 평균)이고,
e는 플렉소일렉트릭 계수(이때 e = e1 + e3)이다.
인가 전계를 HP 34401A 멀티미터를 사용하여 모니터링하였다. 경사각을 상기에 언급한 현미경 및 오실로스코프를 사용하여 측정하였다. 영향받지 않은 콜레스테릭 피치(P0)를 컴퓨터에 부착된 오션 옵틱스(Ocean Optics) USB4000 분광계를 사용하여 측정하였다. 선택 반사 밴드를 수득하고, 피치를 스펙트럼 데이터로부터 결정하였다.
하기 실시예에 나타낸 혼합물은 USH-디스플레이에 사용하는 데 매우 적합하다. 이를 위해, 사용된 키랄 도펀트 또는 도펀트의 적절한 농도가 200 nm 이하의 콜레스테릭 피치를 달성하도록 적용되어야 한다.
비교 혼합물
실시예
1
호스트 혼합물 H-0
호스트 혼합물 H-0을 제조하고 조사하였다.
2%의 키랄 도펀트 R-5011을 혼합물 H-0에 첨가하여 혼합물 H-1을 야기하고, 이를 이의 특성에 대해 조사하였다.
혼합물 H-1은 ULH 모드에 사용할 수 있다. 이는 82℃의 등명점 및 33℃의 보다 낮은 전이 온도를 가졌다. 이는 25℃에서 291 nm의 콜레스테릭 피치를 가졌다. 이 혼합물의 e/K는 0.9T(N,I)의 온도에서 1.80 Cm-1N-1이었다.
혼합물
실시예
1.1 내지 1.10: 혼합물 M-1.1 내지 M-1.10
혼합물
실시예
1: 혼합물 M-1
이 혼합물(M-1)을 제조하고 조사하였다. 이는 ULH 모드에 매우 적합하였다.
이는 35℃에서 328 nm의 콜레스테릭 피치를 가졌다. 이 혼합물의 e/K는 50℃의 온도에서 1.80 Cm-1N-1이었다. 상기 기재된 조사는, 호스트 혼합물 H-0에서 사용된 합성 실시예 1의 화합물 대신에 각각 10%의 몇몇 화학식 I의 화합물을 2% ㄲ-5011과 함께 사용하여 수행하였다. 결과는 하기 표에 기재된다.
비고:
t.b.d.: 추후 측정.
콜레스테릭 피치(P)는 0.9·T(N,I)에서 주어짐.
e/K는 0.9·T(N,I)에서의 V- 1(즉, Cm-1N-1)으로 주어짐.
비교 혼합물
실시예
1.2: 혼합물 H-1.1
하기 혼합물(혼합물 H-1.1)을 제조하고, 조사하였다.
이 혼합물(혼합물 H-1.1)은 42℃에서 N에서 N2로의 전이를 보였다.
비교 혼합물
실시예
1.3: 혼합물 H-1.2
하기 혼합물(혼합물 H-1.2)을 제조하고 조사하였다.
이 혼합물(혼합물 H-1.2)은 108℃의 등명점을 갖고, 26.5℃에서 N에서 N2로의 전이를 보였다. 이는 0.9·T(N,I)에서 332 nm의 콜레스테릭 피치를 가졌다. 이 혼합물의 e/K는 0.9T(N,I)(즉, 70℃의 온도)에서 1.70 Cm-1N-1이었다.
예컨대, 200 nm 이하의 콜레스테릭 피치를 성취하기 위해, 키랄 도펀트 농도의 적절한 조성에 의해, 실시예의 혼합물들은, USH(uniformly standing helix) 모드에서 뿐만 아니라, ULH(uniformly lying helix) 모드에서의 사용에 적합하다.
Claims (11)
- 하기 화학식 I의 화합물:
상기 식에서,
R11 및 R12는, 각각 독립적으로, H, F, Cl, CN, NCS 또는 1 내지 25개의 C 원자를 갖는 직쇄 또는 분지형 알킬 기이고, 이때 상기 알킬은 비치환되거나 할로겐 또는 CN으로 일치환 또는 다치환될 수 있고, 하나 이상의 비인접 CH2 기가 각각의 경우에 서로 독립적으로 산소 원자들이 서로 직접적으로 연결되지 않는 방식으로 -O-, -S-, -NH-, -N(CH3)-, -CO-, -COO-, -OCO-, -O-CO-O-, -S-CO-, -CO-S-, -CH=CH-, -CH=CF-, -CF=CF- 또는 -C≡C-로 대체될 수 있고,
MG11은 -A11-Z11-A12-이고,
MG12는 -A13-Z12-A14-Z13-A15-이고,
Z11 내지 Z13은, 각각의 경우에 서로 독립적으로, 단일 결합, -COO-, -OCO-, -O-CO-O-, -OCH2-, -CH2O-, -OCF2-, -CF2O-, -CH2CH2-, -(CH2)4-, -CF2CF2-, -CH=CH-, -CF=CF-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH- 또는 -C≡C-이고, 이들은 임의적으로 F, S 및/또는 Si 중 하나 이상으로 치환되고,
A11 내지 A15는, 각각의 경우에 서로 독립적으로, 하나 이상의 CH 기가 N으로 대체될 수 있는 1,4-페닐렌; 1 또는 2개의 비인접 CH2 기가 O 및/또는 S로 대체될 수 있는 트랜스-1,4-사이클로-헥실렌; 1,4-사이클로헥센일렌, 1,4-바이사이클로-(2,2,2)-옥틸렌, 피페리딘-1,4-다이일, 나프탈렌-2,6-다이일, 데카하이드로-나프탈렌-2,6-다이일, 1,2,3,4-테트라하이드로-나프탈렌-2,6-다이일, 사이클로부탄-1,3-다이일, 스피로[3.3]헵탄-2,6-다이일 또는 다이스피로[3.1.3.1]데칸-2,8-다이일이고, 이들 기들은 모두 비치환되거나, F, Cl, CN 또는 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 알킬, 알콕시, 알킬카본일 또는 알콕시카본일 기(이때 하나 이상의 H 원자는 F 또는 Cl로 치환될 수 있음)로 일-, 이-, 삼- 또는 사치환될 수 있으며,
Sp1은 1, 3 또는 5 내지 40개의 C 원자를 포함하는 스페이서 기이고, 이때 하나 이상의 비인접 및 비말단 CH2 기는 또한, 2개의 O-원자들이 서로 인접하지 않고 2개의 -CH=CH- 기가 서로 인접하지 않으며 -O-CO-, -S-CO-, -O-COO-, -CO-S-, -CO-O- 및 -CH=CH-로부터 선택된 2개의 기가 서로 인접하지 않는 방식으로, -O-, -S-, -NH-, -N(CH3)-, -CO-, -O-CO-, -S-CO-, -O-COO-, -CO-S-, -CO-O-, -CH(할로겐)-, -CH(CN)-, -CH=CH- 또는 -C≡C-로 대체될 수도 있고,
X11 및 X12는, 서로 독립적으로, -CO-O-, -O-CO-, -CH=CH-, -C≡C-, -O-, -S-CO-, -CO-S-, -S- 및 -CO- 또는 단일 결합으로부터 선택된 연결기이되,
단, -X11-Sp1-X12-에서, 2개의 O-원자들이 서로 인접하지 않고 2개의 -CH=CH- 기가 서로 인접하지 않으며 -O-CO-, -S-CO-, -O-COO-, -CO-S-, -CO-O- 및 -CH=CH-로부터 선택된 2개의 기가 서로 인접하지 않는다. - 제 1 항에 있어서,
MG11이 하기 부분 화학식 IIa 내지 IIf 및 이들의 거울상의 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 화합물:
상기 식에서,
L은 각각의 경우에 서로 독립적으로 F, Cl 또는 CH3이고,
r은 각각의 경우에 서로 독립적으로 0, 1, 2 또는 3이다. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
MG12가 하기 부분 화학식 IIg 내지 IIr의 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 화합물:
상기 식에서,
L은 각각의 경우에 서로 독립적으로 F, Cl 또는 CH3이고,
r은 각각의 경우에 서로 독립적으로 0, 1, 2 또는 3이다. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
R12가 OCF3, CF3, F, Cl 및 CN로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 화합물. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
Sp1이 -(CH2)o-이고, o가 1, 3, 또는 5 내지 15의 정수인 것을 특징으로 하는, 화합물. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 화학식 I의 화합물의 액정 매질에서의 용도.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 화학식 I의 화합물을 하나 이상 포함하는 액정 매질.
- 제 7 항에 있어서,
하기 화학식 III의 화합물의 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 추가로 포함하는 액정 매질:
R31-MG31-X31-Sp3-X32-MG32-R32 III
상기 식에서,
R31및 R32는, 각각 독립적으로, H, F, Cl, CN, NCS, 또는 치환되지 않거나 할로겐 또는 CN으로 일치환 또는 다치환될 수 있는 1 내지 25개의 C 원자를 갖는 직쇄 또는 분지형 알킬 기이되, 이때 하나 이상의 비인접 CH2 기는 각각의 경우 서로 독립적으로, 산소 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로, -O-, -S-, -NH-,-N(CH3)-, -CO-, -COO-, -OCO-, -O-CO-O-, -S-CO-, -CO-S-, -CH=CH-, -CH=CF-, -CF=CF- 또는 -C≡C-로 대체될 수 있고,
MG31 및 MG32는 각각 독립적으로 메소젠성 기이고,
Sp3는 5 내지 40개의 C 원자를 포함하는 스페이서 기이되, 이때 하나 이상의 비인접 CH2 기는 -O-, -S-, -NH-, -N(CH3)-, -CO-, -O-CO-, -S-CO-, -O-COO-, -CO-S-, -CO-O-, -CH(할로겐)-, -CH(CN)-, -CH=CH- 또는 -C≡C-로 대체될 수 있고,
X31 및 X32는 각각 독립적으로 -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO-, -O-CO-O-, -CO-NH-, -NH-CO-, -CH2CH2-, -OCH2-, -CH2O-, -SCH2-, -CH2S-, -CH=CH-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH-, -C≡C- 또는 단일 결합이며, 단,
화학식 I의 화합물은 화학식 III의 화합물에서 제외된다. - 제 7 항 또는 제 8 항에 따른 액정 매질의 액정 소자에서의 용도.
- 2개 이상의 성분을 포함하는 액정 매질을 포함하되, 상기 성분 중 하나 이상이 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 화학식 I의 화합물이거나 또는 화학식 I의 화합물을 포함하는, 액정 소자.
- 제 10 항에 있어서,
플렉소일렉트릭 소자인 액정 소자.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP13005478.6 | 2013-11-22 | ||
| EP13005478 | 2013-11-22 | ||
| PCT/EP2014/002870 WO2015074738A1 (en) | 2013-11-22 | 2014-10-23 | Bimesogenic compounds and mesogenic media |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20160089446A true KR20160089446A (ko) | 2016-07-27 |
Family
ID=49683392
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020167016560A Ceased KR20160089446A (ko) | 2013-11-22 | 2014-10-23 | 바이메소젠성 화합물 및 메소젠성 매질 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20160289561A1 (ko) |
| EP (1) | EP3071668B1 (ko) |
| JP (1) | JP6513664B2 (ko) |
| KR (1) | KR20160089446A (ko) |
| CN (1) | CN105745305B (ko) |
| TW (1) | TWI638880B (ko) |
| WO (1) | WO2015074738A1 (ko) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106608842A (zh) * | 2015-10-23 | 2017-05-03 | 江苏和成显示科技股份有限公司 | 一种制备含末端苯氰二聚体的方法 |
| DE112018005688T5 (de) * | 2017-10-25 | 2020-07-09 | Merck Patent Gmbh | Flüssigkristallmedium und flüssigkristallvorrichtung |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9908934D0 (en) * | 1999-04-19 | 1999-06-16 | Rolic Ag | Liquid crystalline compounds |
| GB2356629B (en) * | 1999-10-04 | 2004-09-22 | Merck Patent Gmbh | Bimesogenic Compounds and Flexoelectric Devices |
| DE10015247A1 (de) * | 2000-03-28 | 2001-10-04 | Merck Patent Gmbh | Bananenförmige Flüssigkristalle zur Induktion von Flexoelektrischer Polarisation |
| EP1477547B1 (en) * | 2003-05-09 | 2006-06-14 | MERCK PATENT GmbH | Liquid crystalline medium and liquid crystal display |
| DE602005006845D1 (de) * | 2004-12-23 | 2008-06-26 | Merck Patent Gmbh | Bimesogene verbindungen und flexoelektrische vorrichtungen |
| WO2007140863A1 (en) * | 2006-06-09 | 2007-12-13 | Merck Patent Gmbh | Liquid crystalline medium and liquid crystal display |
| JP5103981B2 (ja) * | 2007-03-28 | 2012-12-19 | Ｄｉｃ株式会社 | ５、６及び７環を有する重合性化合物、該化合物を含有する重合性液晶組成物 |
| KR101618889B1 (ko) * | 2008-02-29 | 2016-05-09 | 메르크 파텐트 게엠베하 | 입자 빔 직접 침착에 의해 수득가능한 액정용 배향막 |
| US20140232977A1 (en) * | 2011-07-05 | 2014-08-21 | Merck Patent Gmbh | Bimesogenic compounds |
| US10087370B2 (en) * | 2012-05-25 | 2018-10-02 | Merck Patent Gmbh | Mesogenic media and liquid crystal display |
| JP6600255B2 (ja) * | 2012-05-25 | 2019-10-30 | メルク パテント ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | ビメソゲン化合物およびメソゲン媒体 |
| EP2870218B1 (en) * | 2012-07-06 | 2018-05-02 | Merck Patent GmbH | Bimesogenic compounds and mesogenic media |
| JP6523952B2 (ja) * | 2012-07-06 | 2019-06-05 | メルク パテント ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＭｅｒｃｋ Ｐａｔｅｎｔ Ｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ ｍｉｔ ｂｅｓｃｈｒａｅｎｋｔｅｒ Ｈａｆｔｕｎｇ | ビメソゲン化合物およびメソゲン媒体 |
| CN104411798B (zh) * | 2012-07-06 | 2017-05-24 | 默克专利股份有限公司 | 双介晶化合物和介晶介质 |
| WO2014032772A1 (en) * | 2012-08-29 | 2014-03-06 | Merck Patent Gmbh | Bimesogenic compounds and mesogenic media |
| JP6657088B2 (ja) * | 2013-11-22 | 2020-03-04 | メルク パテント ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＭｅｒｃｋ Ｐａｔｅｎｔ Ｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ ｍｉｔ ｂｅｓｃｈｒａｅｎｋｔｅｒ Ｈａｆｔｕｎｇ | メソゲン媒体および液晶ディスプレイ |
-
2014
- 2014-10-23 CN CN201480063182.5A patent/CN105745305B/zh active Active
- 2014-10-23 KR KR1020167016560A patent/KR20160089446A/ko not_active Ceased
- 2014-10-23 JP JP2016533177A patent/JP6513664B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2014-10-23 WO PCT/EP2014/002870 patent/WO2015074738A1/en active Application Filing
- 2014-10-23 EP EP14793018.4A patent/EP3071668B1/en active Active
- 2014-10-23 US US15/038,098 patent/US20160289561A1/en not_active Abandoned
- 2014-11-21 TW TW103140527A patent/TWI638880B/zh not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201522579A (zh) | 2015-06-16 |
| CN105745305A (zh) | 2016-07-06 |
| CN105745305B (zh) | 2021-02-12 |
| EP3071668A1 (en) | 2016-09-28 |
| TWI638880B (zh) | 2018-10-21 |
| WO2015074738A1 (en) | 2015-05-28 |
| JP2016539120A (ja) | 2016-12-15 |
| JP6513664B2 (ja) | 2019-05-15 |
| EP3071668B1 (en) | 2018-07-18 |
| US20160289561A1 (en) | 2016-10-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6523953B2 (ja) | ビメソゲン化合物およびメソゲン媒体 | |
| KR102014557B1 (ko) | 바이메소제닉 화합물 | |
| JP6523952B2 (ja) | ビメソゲン化合物およびメソゲン媒体 | |
| JP6523951B2 (ja) | ビメソゲン化合物およびメソゲン媒体 | |
| JP6360057B2 (ja) | ビメソゲン化合物およびメソゲン媒体 | |
| JP6419713B2 (ja) | ビメソゲン化合物およびメソゲン媒体 | |
| KR20150013898A (ko) | 바이메소제닉 화합물 및 메소제닉 매질 | |
| JP6463363B2 (ja) | メソゲン化合物およびメソゲン媒体 | |
| KR20170082590A (ko) | 바이메소젠성 화합물 및 메소젠성 매질 | |
| JP6841759B2 (ja) | ビメソゲン化合物およびメソゲン性媒体 | |
| KR20170101280A (ko) | 바이메소젠성 화합물 및 메소젠성 매질 | |
| KR20170036713A (ko) | 바이메소젠성 화합물 및 메소젠성 매질 | |
| KR20160102275A (ko) | 바이메소젠성 화합물 및 메소젠성 매질 | |
| EP3234067B1 (en) | Bimesogenic compounds and mesogenic media | |
| JP6441323B2 (ja) | 化合物およびメソゲン媒体 | |
| KR20170097115A (ko) | 바이메소젠성 화합물 및 메소젠성 매질 | |
| JP6513664B2 (ja) | ビメソゲン化合物およびメソゲン媒体 | |
| KR20190006531A (ko) | 바이메소젠성 화합물 및 메소젠성 매질 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0105 | International application |
Patent event date: 20160621 Patent event code: PA01051R01D Comment text: International Patent Application |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| A201 | Request for examination | ||
| PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 20191016 Comment text: Request for Examination of Application |
|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20201014 Patent event code: PE09021S01D |
|
| E601 | Decision to refuse application | ||
| PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20210118 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20201014 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |