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KR20180090257A - 액정 조성물 및 액정 표시 소자 - Google Patents

액정 조성물 및 액정 표시 소자 Download PDF

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KR20180090257A
KR20180090257A KR1020187013049A KR20187013049A KR20180090257A KR 20180090257 A KR20180090257 A KR 20180090257A KR 1020187013049 A KR1020187013049 A KR 1020187013049A KR 20187013049 A KR20187013049 A KR 20187013049A KR 20180090257 A KR20180090257 A KR 20180090257A
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KR
South Korea
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carbon atoms
liquid crystal
diyl
hydrogen
fluorine
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Withdrawn
Application number
KR1020187013049A
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English (en)
Inventor
마사유키 사이토
Original Assignee
제이엔씨 주식회사
제이엔씨 석유 화학 주식회사
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
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Abstract

중합체의 작용에 의해 액정 분자의 수직 배향이 달성 가능한 액정 조성물, 이 조성물을 함유하는 액정 표시 소자를 제공한다.
제1 성분으로서 음(-)으로 큰 유전율 이방성을 가지는 특정한 액정성 화합물, 및 제1 첨가물로서 중합성기를 가지는 극성 화합물을 함유하고, 음의 유전율 이방성을 가지는 네마틱 액정 조성물이며, 이 조성물은, 제2 성분으로서 높은 상한 온도 또는 작은 점도를 가지는 특정한 액정성 화합물, 제3 성분으로서 음으로 큰 유전율 이방성을 가지는 특정한 액정성 화합물, 및 제2 첨가물로서 중합성 화합물을 함유할 수도 있고, 그리고 이 조성물을 함유하는 액정 표시 소자이다.

Description

액정 조성물 및 액정 표시 소자
본 발명은, 액정 조성물, 이 조성물을 함유하는 액정 표시 소자 등에 관한 것이다. 특히, 중합성기를 가지는 극성 화합물(또는 그의 중합체)을 함유하고, 이 화합물의 작용에 의해 액정 분자의 수직 배향이 달성 가능한, 유전율 이방성이 음(-)인 액정 조성물, 및 액정 표시 소자에 관한 것이다.
액정 표시 소자에 있어서, 액정 분자의 동작 모드에 기초한 분류는, PC(phase change), TN(twisted nematic), STN(super twisted nematic), ECB(electrically controlled birefringence), OCB(optically compensated bend), IPS(in-plane switching), VA(vertical alignment), FFS(fringe field switching), FPA(field-induced photo-reactive alignment) 등의 모드이다. 소자의 구동 방식에 기초한 분류는, PM(passive matrix)과 AM(active matrix)이다. PM은, 스태틱(static), 멀티플렉스(multiplex) 등으로 분류되고, AM은, TFT(thin film transistor), MIM(metal insulator metal) 등으로 분류된다. TFT의 분류는 비정질 실리콘(amorphous silicon) 및 다결정 실리콘(polycrystal silicon)이다. 후자는 제조 공정에 따라 고온형과 저온형으로 분류된다. 광원에 기초한 분류는, 자연광을 사용하는 반사형, 백라이트를 사용하는 투과형, 그리고 자연광과 백라이트의 양쪽을 사용하는 반투과형이다.
액정 표시 소자는 네마틱상을 가지는 액정 조성물을 함유한다. 이 조성물은 적절한 특성을 가진다. 이 조성물의 특성을 향상시킴으로써, 양호한 특성을 가지는 AM 소자를 얻을 수 있다. 2개의 특성에서의 관련을 하기 표 1에 정리하여 나타낸다. 조성물의 특성을 시판되고 있는 AM 소자에 기초하여 추가로 설명한다. 네마틱상의 온도 범위는, 소자를 사용할 수 있는 온도 범위와 관련이 있다. 네마틱상의 바람직한 상한 온도는 약 70℃ 이상이며, 그리고 네마틱상의 바람직한 하한 온도는 약 -10℃ 이하이다. 조성물의 점도는 소자의 응답 시간과 관련이 있다. 소자로 동영상을 표시하기 위해서는 짧은 응답 시간이 바람직하다. 1밀리초라도 보다 짧은 응답 시간이 바람직하다. 따라서, 조성물에서의 작은 점도가 바람직하다. 낮은 온도에서의 작은 점도는 더욱 바람직하다.
[표 1] 조성물과 AM 소자에서의 특성
Figure pct00001
조성물의 광학 이방성은, 소자의 콘트라스트비와 관련이 있다. 소자의 모드에 따라, 큰 광학 이방성 또는 작은 광학 이방성, 즉 적절한 광학 이방성이 필요하다. 조성물의 광학 이방성(Δn)과 소자의 셀 갭(d)의 곱(Δn×d)은, 콘트라스트비를 최대로 하도록 설계된다. 곱의 적절한 값은 동작 모드의 종류에 의존한다. 이 값은, VA 모드의 소자에서는 약 0.30㎛∼약 0.40㎛의 범위이며, IPS 모드 또는 FFS 모드의 소자에서는 약 0.20㎛∼약 0.30㎛의 범위이다. 이 경우에, 작은 셀 갭의 소자에는 큰 광학 이방성을 가지는 조성물이 바람직하다. 조성물에서의 큰 유전율 이방성은, 소자에서의 낮은 임계값 전압, 작은 소비 전력과 큰 콘트라스트비에 기여한다. 따라서, 큰 유전율 이방성이 바람직하다. 조성물에서의 큰 비저항은, 소자에서의 큰 전압 유지율과 큰 콘트라스트비에 기여한다. 따라서, 초기 단계에 있어서 실온에서 뿐만 아니라 네마틱상의 상한 온도에 가까운 온도에서도 큰 비저항을 가지는 조성물이 바람직하다. 장시간 사용한 후, 실온에서 뿐만 아니라 네마틱상의 상한 온도에 가까운 온도에서도 큰 비저항을 가지는 조성물이 바람직하다. 자외선이나 열에 대한 조성물의 안정성은, 소자의 수명과 관련이 있다. 이 안정성이 높을 때, 소자의 수명은 길다. 이와 같은 특성은, 액정 프로젝터, 액정 TV 등에 사용하는 AM 소자에 바람직하다.
범용의 액정 표시 소자에 있어서, 액정 분자의 수직 배향은, 특정한 폴리이미드 배향막에 의해 달성된다. 고분자 지지 배향(PSA; polymer sustained alignment)형의 액정 표시 소자에서는, 중합체의 효과를 활용한다. 먼저, 소량의 중합성 화합물을 첨가한 조성물을 소자에 주입한다. 다음으로, 이 소자의 기판의 사이에 전압을 인가하면서, 조성물에 자외선을 조사한다. 중합성 화합물은 중합되어, 조성물 중에 중합체의 그물눈 구조를 생성한다. 이 조성물에서는, 중합체에 의해 액정 분자의 배향을 제어하는 것이 가능하게 되므로, 소자의 응답 시간이 단축되어, 화상의 소부(燒付)가 개선된다. 중합체의 이와 같은 효과는, TN, ECB, OCB, IPS, VA, FFS, FPA와 같은 모드를 가지는 소자에 기대할 수 있다.
한편, 배향막을 가지고 있지 않은 액정 표시 소자에서는, 중합체 및 중합성기를 가지고 있지 않은 극성 화합물을 함유하는 액정 조성물을 사용할 수 있다. 먼저, 소량의 중합성 화합물 및 소량의 극성 화합물을 첨가한 조성물을 소자에 주입한다. 여기서, 극성 화합물은 기판 표면에 흡착되고, 배열한다. 이 배열을 따라 액정 분자가 배향된다. 다음으로, 이 소자의 기판의 사이에 전압을 인가하면서, 조성물에 자외선을 조사한다. 여기서, 중합성 화합물이 중합하고, 액정 분자의 배향을 안정화시킨다. 이 조성물에서는, 중합체 및 극성 화합물에 의해 액정 분자의 배향을 제어하는 것이 가능하게 되므로, 소자의 응답 시간이 단축되어, 화상의 소부가 개선된다. 또한, 배향막을 가지고 있지 않은 소자에서는, 배향막을 형성하는 공정이 불필요하다. 배향막이 없으므로, 배향막과 조성물의 상호 작용에 의해, 소자의 전기 저항이 저하되지는 않는다. 중합체와 극성 화합물의 조합에 의한 이와 같은 효과는, TN, ECB, OCB, IPS, VA, FFS, FPA와 같은 모드를 가지는 소자에 기대할 수 있다.
TN 모드를 가지는 AM 소자에 있어서는 양(+)의 유전율 이방성을 가지는 조성물을 사용할 수 있다. VA 모드를 가지는 AM 소자에 있어서는 음의 유전율 이방성을 가지는 조성물을 사용할 수 있다. IPS 모드 또는 FFS 모드를 가지는 AM 소자에 있어서는 양 또는 음의 유전율 이방성을 가지는 조성물을 사용할 수 있다. 고분자 지지 배향형의 AM 소자에 있어서는 양 또는 음의 유전율 이방성을 가지는 조성물을 사용할 수 있다. 음의 유전율 이방성을 가지는 액정 조성물의 예는 하기 특허문헌 1∼6에 개시되어 있다. 본 발명에서는, 중합성기를 가지는 극성 화합물(또는 그의 중합체)을 액정성 화합물과 조합하고, 이 조성물을, 배향막을 가지고 있지 않은 액정 표시 소자에 사용했다.
국제공개 제2014/090362호 팜플렛 국제공개 제2014/094959호 팜플렛 국제공개 제2013/004372호 팜플렛 국제공개 제2012/104008호 팜플렛 국제공개 제2012/038026호 팜플렛 일본공개특허 소 50-35076호 공보
본 발명의 하나의 목적은, 중합성기를 가지는 극성 화합물(또는 그의 중합체)을 함유하는 액정 조성물이며, 여기서 극성 화합물은, 액정성 화합물과의 높은 상용성(相溶性)을 가진다. 다른 목적은, 이 극성 화합물로부터 생성한 중합체의 작용에 의해 액정 분자의 수직 배향이 달성 가능한 액정 조성물이다. 또 다른 목적은, 네마틱상의 높은 상한 온도, 네마틱상의 낮은 하한 온도, 작은 점도, 적절한 광학 이방성, 음으로 큰 유전율 이방성, 큰 비저항, 자외선에 대한 높은 안정성, 열에 대한 높은 안정성 등의 특성에 있어서, 적어도 1개의 특성을 충족하는 액정 조성물이다. 또 다른 목적은, 적어도 2개의 특성의 사이에서 적절한 밸런스를 가지는 액정 조성물이다. 또 다른 목적은, 이와 같은 조성물을 함유하는 액정 표시 소자이다. 또 다른 목적은, 짧은 응답 시간, 큰 전압 유지율, 낮은 임계값 전압, 큰 콘트라스트비, 긴 수명 등의 특성을 가지는 AM 소자이다.
본 발명은, 제1 성분으로서 식(1)으로 표시되는 화합물, 및 제1 첨가물로서 중합성기를 가지는 극성 화합물을 함유하고, 그리고 음의 유전율 이방성을 가지는 액정 조성물, 및 이 조성물을 함유하는 액정 표시 소자에 관한 것이다.
Figure pct00002
식(1)에 있어서, R1은, 탄소수 2∼12의 알케닐, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 2∼12의 알케닐이며; R2는, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 탄소수 2∼12의 알케닐, 또는 탄소수 2∼12의 알케닐옥시이며; 환 A 및 환 C는 독립적으로, 1,4-시클로헥실렌, 1,4-시클로헥세닐렌, 테트라하이드로피란-2,5-디일, 1,4-페닐렌, 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 1,4-페닐렌, 나프탈렌-2,6-디일, 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 나프탈렌-2,6-디일, 크로만-2,6-디일, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 크로만-2,6-디일이며; 환 B는, 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌, 2-클로로-3-플루오로-1,4-페닐렌, 2,3-디플루오로-5-메틸-1,4-페닐렌, 3,4,5-트리플루오로나프탈렌-2,6-디일, 또는 7,8-디플루오로크로만-2,6-디일이며; Z1 및 Z2는 독립적으로, 단결합, -CH2CH2-, -CH2O-, -OCH2-, -COO-, 또는 -OCO-이며; a는, 1, 2, 또는 3이며, b는, 0 또는 1이며, 그리고 a와 b의 합은 3 이하이다.
본 발명에 하나의 장점은, 중합성기를 가지는 극성 화합물(또는 그의 중합체)을 함유하는 액정 조성물이며, 여기서 극성 화합물은, 액정성 화합물과의 높은 상용성을 가진다. 다른 장점은, 이 극성 화합물로부터 생성한 중합체의 작용에 의해 액정 분자의 수직 배향이 달성 가능한 액정 조성물이다. 또 다른 장점은, 네마틱상의 높은 상한 온도, 네마틱상의 낮은 하한 온도, 작은 점도, 적절한 광학 이방성, 음으로 큰 유전율 이방성, 큰 비저항, 자외선에 대한 높은 안정성, 열에 대한 높은 안정성 등의 특성에 있어서, 적어도 1개의 특성을 충족하는 액정 조성물이다. 또 다른 장점은, 적어도 2개의 특성의 사이에서 적절한 밸런스를 가지는 액정 조성물이다. 또 다른 장점은, 이와 같은 조성물을 함유하는 액정 표시 소자이다. 또 다른 장점은, 짧은 응답 시간, 큰 전압 유지율, 낮은 임계값 전압, 큰 콘트라스트비, 긴 수명 등의 특성을 가지는 AM 소자이다.
본 명세서에서의 용어의 사용법은 다음과 같다. 「액정 조성물」 및 「액정 표시 소자」의 용어를 각각 「조성물」 및 「소자」로 약칭하는 경우가 있다. 「액정 표시 소자」는 액정 표시 패널 및 액정 표시 모듈의 총칭이다. 「액정성 화합물」은, 네마틱상, 스멕틱상 등의 액정상을 가지는 화합물 및 액정상을 가지고 있지 않지만, 네마틱상의 온도 범위, 점도, 유전율 이방성과 같은 특성을 조절할 목적으로 조성물에 혼합되는 화합물의 총칭이다. 이 화합물은, 예를 들면, 1,4-시클로헥실렌이나 1,4-페닐렌과 같은 6원환을 가지고, 그 분자 구조는 봉형(棒形)(rod like)이다. 「중합성 화합물」은, 조성물 중에 중합체를 생성시킬 목적으로 첨가하는 화합물이다.
액정 조성물은, 복수의 액정성 화합물을 혼합함으로써 조제된다. 이 액정 조성물에, 광학 활성 화합물, 산화 방지제, 자외선 흡수제, 색소, 소포제, 중합성 화합물, 중합 개시제, 중합 금지제, 극성 화합물과 같은 첨가물이 필요에 따라 첨가된다. 액정성 화합물이나 첨가물은, 이와 같은 수순으로 혼합된다. 액정성 화합물의 비율(함유량)은, 첨가물을 첨가한 경우라도, 첨가물을 포함하지 않는 액정 조성물의 중량을 기준으로 한 중량 백분율(중량%)로 나타낸다. 첨가물의 비율(첨가량)은, 첨가물을 포함하지 않는 액정 조성물의 중량을 기준으로 한 중량 백분율(중량%)로 나타낸다. 중량 백만분율(ppm)이 사용되는 경우도 있다. 중합 개시제 및 중합 금지제의 비율은, 예외적으로 중합성 화합물의 중량을 기준으로 나타낸다.
「네마틱상의 상한 온도」를 「상한 온도」로 약칭하는 경우가 있다. 「네마틱상의 하한 온도」를 「하한 온도」로 약칭하는 경우가 있다. 「비저항이 크다」는, 조성물이 초기 단계에 있어서 실온에서 뿐만 아니라 상한 온도에 가까운 온도에서도 큰 비저항을 가지고, 그리고 장시간 사용한 후 실온에서 뿐만 아니라 상한 온도에 가까운 온도에서도 큰 비저항을 가지는 것을 의미한다. 「전압 유지율이 크다」는, 소자가 초기 단계에 있어서 실온에서 뿐만 아니라 상한 온도에 가까운 온도에서도 큰 전압 유지율을 가지고, 그리고 장시간 사용한 후 실온에서 뿐만 아니라 상한 온도에 가까운 온도에서도 큰 전압 유지율을 가지는 것을 의미한다. 조성물이나 소자에서는, 경시(經時) 변화 시험(가속 열화 시험을 포함함)의 전후에서 특성이 검토되는 경우가 있다. 「유전율 이방성을 높인다」의 표현은, 유전율 이방성이 양인 조성물일 때는, 그 값이 양으로 증가하는 것을 의미하고, 유전율 이방성이 음인 조성물일 때는, 그 값이 음으로 증가하는 것을 의미한다.
식(1)으로 표시되는 화합물을 「화합물(1)」로 약칭하는 경우가 있다. 식(1)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 적어도 1개의 화합물을 「화합물(1)」로 약칭하는 경우가 있다. 「화합물(1)」은, 식(1)으로 표시되는 1개의 화합물, 2개의 화합물의 혼합물, 또는 3개 이상의 화합물의 혼합물을 의미한다. 다른 식으로 표시되는 화합물에 대해서도 동일하다. 「적어도 1개의 'A'」의 표현은, 'A'의 개수는 임의의 것을 의미한다. 「적어도 1개의 'A'는, 'B'로 치환될 수도 있다」의 표현은, 'A'의 개수가 1개일 때, 'A'의 위치는 임의이며, 'A'의 개수가 2개 이상일 때도, 이들 위치는 제한없이 선택할 수 있다. 이 룰은, 「적어도 1개의 'A'가, 'B'로 치환된」의 표현에도 적용된다.
「적어도 1개의 -CH2-는 -O-로 치환될 수도 있다」와 같은 표현이 본 명세서에서 사용된다. 이 경우에, -CH2-CH2-CH2-는, 인접하지 않는 -CH2-가 -O-로 치환되는 것에 의해 -O-CH2-O-로 치환될 수도 있다. 그러나, 인접하는 -CH2-가 -O-로 치환되는 것은 아니다. 이 치환으로는 -O-O-CH2-(퍼옥시드)가 생성하기 때문이다. 즉, 이 표현은, 「1개의 -CH2-는 -O-로 치환될 수도 있다」와 「적어도 2개의 인접하지 않는 -CH2-는 -O-로 치환될 수도 있다」의 양쪽을 의미한다. 이 룰은, -O-로의 치환뿐만 아니라, -CH=CH-이나 -COO-과 같은 2가의 기로의 치환에도 적용된다. 알킬에 있어서, 적어도 1개의 -CH2-가 탄소수 3∼8의 시클로알킬렌으로 치환되는 경우가 있다. 이와 같은 알킬의 탄소수는, 이 종류의 치환에 의해 증가한다. 이와 같을 때, 최대의 탄소수는 30이다. 이 룰은, 알킬과 같은 1가의 기뿐만 아니라, 알킬렌과 같은 2가의 기에도 적용된다.
성분 화합물의 화학식에 있어서, 말단기 R2의 기호를 복수의 화합물에 사용한다. 이들 화합물에 있어서, 임의의 2개의 R2가 나타내는 2개의 기는 동일할 수도 있고, 또는 상이할 수도 있다. 예를 들면, 화합물(1-1)의 R2가 에틸이며, 화합물(1-2)의 R2가 에틸인 케이스가 있다. 화합물(1-1)의 R2가 에틸이며, 화합물(1-2)의 R2가 프로필인 케이스도 있다. 이 룰은, 다른 말단기 등의 기호에도 적용된다. 식(1)에 있어서, a가 2일 때, 2개의 환 A가 존재한다. 이 화합물에 있어서, 2개의 환 A가 나타내는 2개의 환은, 동일할 수도 있고, 또는 상이할 수도 있다. 이 룰은, a가 2보다 클 때, 임의의 2개의 환 A에도 적용된다. 이 룰은, 다른 기호에도 적용된다. 이 룰은, 화합물(6-27)에서의 2개의 -Sp10-P5와 같은 경우에도 적용된다.
육각형으로 둘러싼 A, B, C, D 등의 기호는 각각 환 A, 환 B, 환 C, 환 D 등의 환에 대응하고, 6원환, 축합환 등의 환을 나타낸다. 식(4)에 있어서, 이 육각형을 가로지르는 사선은, 환 상(上)의 임의의 수소가 -Sp1-P1 등의 기로 치환될 수도 있는 것을 나타낸다. 'j' 등의 첨자는, 치환된 기의 수를 나타낸다. 첨자 'j'가 0일 때, 그와 같은 치환은 없다. 첨자 'j'가 2 이상일 때, 환 L 상에는 복수의 -Sp1-P1이 존재한다. -Sp1-P1이 나타내는 복수의 기는, 동일할 수도 있고, 또는 상이할 수도 있다.
2-플루오로-1,4-페닐렌은, 다음의 하기의 2가의 기를 의미한다. 화학식에 있어서, 불소는 좌향(L)이라도 되고, 또는 우향(R)이라도 된다. 이 룰은, 테트라하이드로피란-2,5-디일과 같은, 환으로부터 2개의 수소를 제거함으로써 생성한, 비대칭의 2가의 기에도 적용된다. 이 룰은, 카르보닐옥시(-COO- 또는 -OCO-)와 같은 2가의 결합기에도 적용된다.
Figure pct00003
액정성 화합물의 알킬은, 직쇄형 또는 분지형이며, 환형 알킬을 포함하지 않는다. 직쇄형 알킬은, 분지형 알킬보다 바람직하다. 이는, 알콕시, 알케닐 등의 말단기에 대하여도 동일하다. 1,4-시클로헥실렌에 관한 입체 배치는, 일반적으로 시스보다 트랜스가 바람직하다.
본 발명은, 하기 항 등이다.
항 1. 제1 성분으로서 식(1)으로 표시되는 화합물, 및 제1 첨가물로서 중합성기를 가지는 극성 화합물을 함유하고, 그리고 음의 유전율 이방성을 가지는 액정 조성물.
Figure pct00004
식(1)에 있어서, R1은, 탄소수 2∼12의 알케닐, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 2∼12의 알케닐이며; R2는, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 탄소수 2∼12의 알케닐, 또는 탄소수 2∼12의 알케닐옥시이며; 환 A 및 환 C는 독립적으로, 1,4-시클로헥실렌, 1,4-시클로헥세닐렌, 테트라하이드로피란-2,5-디일, 1,4-페닐렌, 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 1,4-페닐렌, 나프탈렌-2,6-디일, 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 나프탈렌-2,6-디일, 크로만-2,6-디일, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 크로만-2,6-디일이며; 환 B는, 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌, 2-클로로-3-플루오로-1,4-페닐렌, 2,3-디플루오로-5-메틸-1,4-페닐렌, 3,4,5-트리플루오로나프탈렌-2,6-디일, 또는 7,8-디플루오로크로만-2,6-디일이며; Z1 및 Z2는 독립적으로, 단결합, -CH2CH2-, -CH2O-, -OCH2-, -COO-, 또는 -OCO-이며; a는, 1, 2, 또는 3이며, b는, 0 또는 1이며, 그리고 a와 b의 합은 3 이하이다.
항 2. 제1 성분으로서 식(1-1)∼식(1-21)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 화합물을 함유하는, 항 1에 기재된 액정 조성물.
Figure pct00005
Figure pct00006
식(1-1)∼식(1-21)에 있어서, R1은, 탄소수 2∼12의 알케닐, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 2∼12의 알케닐이며; R2는, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 탄소수 2∼12의 알케닐, 또는 탄소수 2∼12의 알케닐옥시이다.
항 3. 액정 조성물의 중량을 기준으로, 제1 성분의 비율이 5중량%∼85중량%의 범위인, 항 1 또는 2에 기재된 액정 조성물.
항 4. 제2 성분으로서 식(2)으로 표시되는 화합물을 함유하는, 항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물.
Figure pct00007
식(2)에 있어서, R3 및 R4는 독립적으로, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 탄소수 2∼12의 알케닐, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 2∼12의 알케닐이며; 환 D 및 환 E는 독립적으로, 1,4-시클로헥실렌, 1,4-페닐렌, 2-플루오로-1,4-페닐렌, 또는 2,5-디플루오로-1,4-페닐렌이며; Z3는, 단결합, -CH2CH2-, -CH2O-, -OCH2-, -COO-, 또는 -OCO-이며; c는, 1, 2, 또는 3이다.
항 5. 제2 성분으로서 식(2-1)∼식(2-13)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 화합물을 함유하는, 항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물.
Figure pct00008
식(2-1)∼식(2-13)에 있어서, R3 및 R4는 독립적으로, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 탄소수 2∼12의 알케닐, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 2∼12의 알케닐이다.
항 6. 액정 조성물의 중량을 기준으로, 제2 성분의 비율이 5중량%∼65중량%의 범위인, 항 4 또는 5에 기재된 액정 조성물.
항 7. 제3 성분으로서 식(3)으로 표시되는 화합물을 함유하는, 항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물.
Figure pct00009
식(3)에 있어서, R5 및 R6는 독립적으로, 탄소수 1∼12의 알킬 또는 탄소수 1∼12의 알콕시이며; 환 F 및 환 I는 독립적으로, 1,4-시클로헥실렌, 1,4-시클로헥세닐렌, 테트라하이드로피란-2,5-디일, 1,4-페닐렌, 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 1,4-페닐렌, 나프탈렌-2,6-디일, 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 나프탈렌-2,6-디일, 크로만-2,6-디일, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 크로만-2,6-디일이며; 환 G는, 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌, 2-클로로-3-플루오로-1,4-페닐렌, 2,3-디플루오로-5-메틸-1,4-페닐렌, 3,4,5-트리플루오로나프탈렌-2,6-디일, 또는 7,8-디플루오로크로만-2,6-디일이며; Z4 및 Z5는 독립적으로, 단결합, -CH2CH2-, -CH2O-, -OCH2-, -COO-, 또는 -OCO-이며; d는, 1, 2, 또는 3이며; e는, 0 또는 1이며; d와 e의 합은 3 이하이다.
항 8. 제3 성분으로서 식(3-1)∼식(3-21)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 화합물을 함유하는, 항 1 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물.
Figure pct00010
Figure pct00011
식(3-1)∼식(3-21)에 있어서, R5 및 R6는 독립적으로, 탄소수 1∼12의 알킬 또는 탄소수 1∼12의 알콕시이다.
항 9. 액정 조성물의 중량을 기준으로, 제3 성분의 비율이 5중량%∼60중량%의 범위인, 항 7 또는 8에 기재된 액정 조성물.
항 10. 제1 첨가물로서 식(4)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 적어도 1개의 극성 화합물을 함유하는, 항 1 내지 9 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물.
Figure pct00012
식(4)에 있어서, R11은, 수소, 불소, 염소, 또는 탄소수 1∼25의 알킬이며, 이 알킬에 있어서, 적어도 1개의 -CH2-는, -NR0-, -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -O-CO-O-, 또는 탄소수 3∼8의시클로알킬렌으로 치환될 수도 있고, 그리고 적어도 1개의 제3급 탄소(>CH-)는, 질소(>N-)로 치환될 수도 있고, 이들 기에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소 또는 염소로 치환될 수도 있고, 여기서 R0는, 수소 또는 탄소수 1∼12의 알킬이며; R12는, OH 구조의 산소 원자, SH 구조의 황 원자, 및 제1급, 제2급, 또는 제3급의 아민 구조의 질소 원자 중 적어도 1개를 가지는 극성기이며; 환 L, 환 M, 및 환 N은 독립적으로, 1,4-시클로헥실렌, 1,4-시클로헥세닐렌, 1,4-페닐렌, 나프탈렌-1,2-디일, 나프탈렌-1,3-디일, 나프탈렌-1,4-디일, 나프탈렌-1,5-디일, 나프탈렌-1,6-디일, 나프탈렌-1,7-디일, 나프탈렌-1,8-디일, 나프탈렌-2,3-디일, 나프탈렌-2,6-디일, 나프탈렌-2,7-디일, 테트라하이드로피란-2,5-디일, 1,3-디옥산-2,5-디일, 피리미딘-2,5-디일, 또는 피리딘-2,5-디일이며, 이들 환에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소, 염소, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬로 치환될 수도 있고; Z7 및 Z8은 독립적으로, 단결합 또는 탄소수 1∼10의 알킬렌이며, 이 알킬렌에 있어서, 적어도 1개의 -CH2-는, -O-, -CO-, -COO-, 또는 -OCO-로 치환될 수도 있고, 그리고 적어도 1개의 -CH2CH2-는, -CH=CH-, -C(CH3)=CH-, -CH=C(CH3)-, 또는 -C(CH3)=C(CH3)-로 치환될 수도 있고, 이들 기에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소 또는 염소로 치환될 수도 있고; P1, P2, 및 P3는, 중합성기이며; Sp1, Sp2, 및 Sp3는 독립적으로, 단결합 또는 탄소수 1∼10의 알킬렌이며, 이 알킬렌에 있어서, 적어도 1개의 -CH2-는, -O-, -COO-, -OCO-, 또는 -OCOO-로 치환될 수도 있고, 그리고 적어도 1개의 -CH2CH2-는, -CH=CH- 또는 -C≡C-로 치환될 수도 있고, 이들 기에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소, 염소, -OCO-CH=CH2, 또는 -OCO-C(CH3)=CH2로 치환될 수도 있고; g 및 h는 독립적으로, 0, 1, 2, 3, 또는 4이며, 그리고 g와 h의 합은, 0, 1, 2, 3, 또는 4이며; j 및 o는 독립적으로, 0, 1, 2, 3, 또는 4이며; k는, 1, 2, 3, 또는 4이다.
항 11. 항 10에 기재된 식(4)에 있어서, P1, P2, 및 P3가 독립적으로 식(P-1)∼식(P-5)으로 표시되는 기의 군으로부터 선택된 중합성기인, 항 10에 기재된 액정 조성물.
Figure pct00013
식(P-1)∼식(P-5)에 있어서, M1, M2, 및 M3는 독립적으로, 수소, 불소, 탄소수 1∼5의 알킬, 또는 적어도 1개의 수소가 불소, 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼5의 알킬이다.
항 12. 제1 첨가물이 식(4-1)∼식(4-15)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 극성 화합물인, 항 10 또는 11에 기재된 액정 조성물.
Figure pct00014
Figure pct00015
Figure pct00016
식(4-1)∼식(4-15)에 있어서, R16은, 수소, 불소, 염소, 또는 탄소수 1∼25의 알킬이며, 이 알킬에 있어서, 적어도 1개의 -CH2-는, -NR0-, -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -O-CO-O-, 또는 탄소수 3∼8의 시클로알킬렌으로 치환될 수도 있고, 그리고 적어도 1개의 제3급 탄소(>CH-)는, 질소(>N-)로 치환될 수도 있고, 이들 기에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소 또는 염소로 치환될 수도 있고, 여기서 R0는, 수소 또는 탄소수 1∼12의 알킬이며; Sp2는, 단결합 또는 탄소수 1∼10의 알킬렌이며, 이 알킬렌에 있어서, 적어도 1개의 -CH2-는, -O-, -COO-, -OCO-, 또는 -OCOO-로 치환될 수도 있고, 그리고 적어도 1개의 -CH2CH2-는, -CH=CH- 또는 -C≡C-로 치환될 수도 있고, 이들 기에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소, 염소, -OCO-CH=CH2, 또는 -OCO-C(CH3)=CH2로 치환될 수도 있고; Sp8은, 단결합, 탄소수 1∼5의 알킬렌, 또는 1개의 -CH2-가 -O-로 치환된 탄소수 1∼5의 알킬렌이며; L1, L2, L3, 및 L4는 독립적으로, 수소, 불소, 메틸, 또는 에틸이며; R17 및 R18은 독립적으로, 수소 또는 메틸이다.
항 13. 액정 조성물의 중량을 기준으로, 제1 첨가물의 비율이 0.05중량%∼10중량%의 범위인, 항 1 내지 12 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물.
항 14. 제2 첨가물로서 식(6)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 중합성 화합물을 함유하는, 항 1 내지 13 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물.
Figure pct00017
식(6)에 있어서, 환 T 및 환 V는 독립적으로, 시클로헥실, 시클로헥세닐, 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 테트라하이드로피란-2-일, 1,3-디옥산-2-일, 피리미딘-2-일, 또는 피리딘-2-일이며, 이들 환에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소, 염소, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬로 치환될 수도 있고; 환 U는, 1,4-시클로헥실렌, 1,4-시클로헥세닐렌, 1,4-페닐렌, 나프탈렌-1,2-디일, 나프탈렌-1,3-디일, 나프탈렌-1,4-디일, 나프탈렌-1,5-디일, 나프탈렌-1,6-디일, 나프탈렌-1,7-디일, 나프탈렌-1,8-디일, 나프탈렌-2,3-디일, 나프탈렌-2,6-디일, 나프탈렌-2,7-디일, 테트라하이드로피란-2,5-디일, 1,3-디옥산-2,5-디일, 피리미딘-2,5-디일, 또는 피리딘-2,5-디일이며, 이들 환에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소, 염소, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬로 치환될 수도 있고; Z12 및 Z13은 독립적으로, 단결합 또는 탄소수 1∼10의 알킬렌이며, 이 알킬렌에 있어서, 적어도 1개의 -CH2-는, -O-, -CO-, -COO-, 또는 -OCO-로 치환될 수도 있고, 그리고 적어도 1개의 -CH2CH2-는, -CH=CH-, -C(CH3)=CH-, -CH=C(CH3)-, 또는 -C(CH3)=C(CH3)-로 치환될 수도 있고, 이들 기에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소 또는 염소로 치환될 수도 있고; P4, P5, 및 P6는, 중합성기이며; Sp9, Sp10, 및 Sp11은 독립적으로, 단결합 또는 탄소수 1∼10의 알킬렌이며, 이 알킬렌에 있어서, 적어도 1개의 -CH2-는, -O-, -COO-, -OCO-, 또는 -OCOO-로 치환될 수도 있고, 그리고 적어도 1개의 -CH2CH2-는, -CH=CH- 또는 -C≡C-로 치환될 수도 있고, 이들 기에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소 또는 염소로 치환될 수도 있고; t는 0, 1, 또는 2이며; u, v, 및 w는 독립적으로, 0, 1, 2, 3, 또는 4이며, 그리고 u, v, 및 w의 합은, 1 이상이다.
항 15. 항 14에 기재된 식(6)에 있어서, P4, P5, 및 P6가 독립적으로 식(P-1)∼식(P-5)으로 표시되는 기의 군으로부터 선택된 중합성기인, 항 14에 기재된 액정 조성물.
Figure pct00018
식(P-1)∼식(P-5)에 있어서, M1, M2, 및 M3는 독립적으로, 수소, 불소, 탄소수 1∼5의 알킬, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼5의 알킬이다.
항 16. 제2 첨가물로서 식(6-1)∼식(6-28)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 중합성 화합물을 함유하는, 항 1 내지 15 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물.
Figure pct00019
Figure pct00020
Figure pct00021
식(6-1)∼식(6-28)에 있어서, P4, P5, 및 P6는 독립적으로, 식(P-1)∼식(P-3)으로 표시되는 기의 군으로부터 선택된 중합성기이며,
Figure pct00022
여기서 M1, M2, 및 M3는 독립적으로, 수소, 불소, 탄소수 1∼5의 알킬, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼5의 알킬이며; Sp9, Sp10, 및 Sp11은 독립적으로, 단결합 또는 탄소수 1∼10의 알킬렌이며, 이 알킬렌에 있어서, 적어도 1개의 -CH2-는, -O-, -COO-, -OCO-, 또는 -OCOO-로 치환될 수도 있고, 그리고 적어도 1개의 -CH2CH2-는, -CH=CH- 또는 -C≡C-로 치환될 수도 있고, 이들 기에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소 또는 염소로 치환될 수도 있다.
항 17. 액정 조성물의 중량을 기준으로, 제2 첨가물의 비율이 0.03중량%∼10중량%의 범위인, 항 14 내지 16 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물.
항 18. 항 1 내지 17 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물을 함유하는 액정 표시 소자.
항 19. 액정 표시 소자의 동작 모드가, IPS 모드, VA 모드, FFS 모드, 또는 FPA 모드이며, 액정 표시 소자의 구동 방식이 액티브 매트릭스 방식인, 항 18에 기재된 액정 표시 소자.
항 20. 항 1 내지 17 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물을 함유하고, 이 액정 조성물 중의 제1 첨가물이 중합된, 또는 제1 첨가물 및 제2 첨가물이 중합된, 고분자 지지 배향형의 액정 표시 소자.
항 21. 항 1 내지 17 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물을 함유하고, 이 액정 조성물 중의 제1 첨가물이 중합된, 또는 제1 첨가물 및 제2 첨가물이 중합된, 배향막을 가지고 있지 않은 액정 표시 소자.
항 22. 항 1 내지 17 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물의, 액정 표시 소자에서의 사용.
항 23. 항 1 내지 17 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물의, 고분자 지지 배향형의 액정 표시 소자에서의 사용.
항 24. 항 1 내지 17 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물의, 배향막을 가지고 있지 않은 액정 표시 소자에서의 사용.
본 발명은, 다음의 항도 포함한다. (a) 상기한 액정 조성물을 2개의 기판의 사이에 배치하고, 이 조성물에 전압을 인가한 상태에서 광을 조사하고, 이 조성물에 함유된 중합성기를 가지는 극성 화합물을 중합시킴으로써, 상기한 액정 표시 소자를 제조하는 방법. (b) 네마틱상의 상한 온도가 70℃ 이상이며, 파장 589nm에서의 광학 이방성(25℃에서 측정)이 0.08 이상이며, 그리고 주파수 1kHz에서의 유전율 이방성(25℃에서 측정)이 -2 이하인, 상기한 액정 조성물.
본 발명은, 다음의 항도 포함한다. (c) 일본공개특허 제2006-199941호 공보에 기재된 화합물(5)∼화합물(7)은, 유전율 이방성이 양인 액정성 화합물이지만, 이들 화합물의 군으로부터 선택된 적어도 1개의 화합물을 함유하는 상기한 조성물. (d) 상기한 극성 화합물을 적어도 2개 함유하는 상기한 조성물. (e) 상기한 극성 화합물과는 상이한 극성 화합물을 더욱 함유하는 상기한 조성물. (f) 광학 활성 화합물, 산화 방지제, 자외선 흡수제, 색소, 소포제, 중합성 화합물, 중합 개시제, 중합 금지제, 극성 화합물과 같은 첨가물의 1개, 2개, 또는 적어도 3개를 함유하는 상기한 조성물. 이 첨가물은, 제1 첨가물이나 제2 첨가물과 동일할 수도 있고, 또는 상이할 수도 있다. (g) 상기한 조성물을 함유하는 AM 소자. (h) 상기한 조성물을 함유하고, 그리고 TN, ECB, OCB, IPS, FFS, VA, 또는 FPA의 모드를 가지는 소자. (i) 상기한 조성물을 함유하는 투과형의 소자. (j) 상기한 조성물을, 네마틱상을 가지는 조성물로서 사용하는 것. (k) 상기한 조성물에 광학 활성 화합물을 첨가함으로써 광학 활성인 조성물로서의 사용.
본 발명의 조성물을 다음의 순서로 설명한다. 첫째로, 조성물의 구성을 설명한다. 둘째로, 성분 화합물이 주요한 특성, 및 이 화합물이 조성물에 미치는 주요한 효과를 설명한다. 셋째로, 조성물에서의 성분의 조합, 성분의 바람직한 비율 및 그 근거를 설명한다. 넷째로, 성분 화합물의 바람직한 형태를 설명한다. 다섯째로, 바람직한 성분 화합물을 나타낸다. 여섯째로, 조성물에 첨가할 수도 있는 첨가물을 설명한다. 일곱째로, 성분 화합물의 합성법을 설명한다. 마지막으로, 조성물의 용도를 설명한다.
첫째로, 조성물의 구성을 설명한다. 본 발명의 조성물은 조성물 A와 조성물 B로 분류된다. 조성물 A는, 화합물(1), 화합물(2), 및 화합물(3)로부터 선택된 액정성 화합물 외에, 그 외의 액정성 화합물, 첨가물 등을 더욱 함유할 수도 있다. 「그 외의 액정성 화합물」은, 화합물(1), 화합물(2), 및 화합물(3)과는 상이한 액정성 화합물이다. 이와 같은 화합물은, 특성을 더욱 조정할 목적으로, 조성물에 혼합된다. 첨가물은, 광학 활성 화합물, 산화 방지제, 자외선 흡수제, 색소, 소포제, 중합성 화합물, 중합 개시제, 중합 금지제, 극성 화합물 등이다.
조성물 B는, 실질적으로 화합물(1), 화합물(2), 및 화합물(3)로부터 선택된 액정성 화합물만으로 이루어진다. 「실질적으로」는, 조성물이 첨가물을 함유할 수도 있지만, 그 외의 액정성 화합물을 함유하지 않는 것을 의미한다. 조성물 B는 조성물 A에 비교하여 성분의 수가 적다. 비용을 낮추는 관점에서, 조성물 B는 조성물 A보다 바람직하다. 그 외의 액정성 화합물을 혼합함으로써 특성을 더욱 조정할 수 있는 관점에서, 조성물 A는 조성물 B보다 바람직하다.
둘째로, 성분 화합물의 주요한 특성, 및 이 화합물이 조성물의 특성에 미치는 주요한 효과를 설명한다. 성분 화합물의 주요한 특성을 본 발명의 효과에 기초하여표 2에 정리하여 나타내었다. 표 2의 기호에 있어서, L은 크거나 또는 높은 것을, M은 중간 정도의 것을, S는 작거나 또는 낮은 것을 의미한다. 기호 L, M, S는, 성분 화합물 사이의 정성적인 비교에 기초한 분류이며, 기호 0은, 값이 제로이거나, 또는 제로에 가까운 것을 의미한다.
[표 2] 화합물의 특성
Figure pct00023
성분 화합물을 조성물에 혼합했을 때, 성분 화합물이 조성물의 특성에 미치는 주요한 효과는 다음과 같다. 화합물(1)은, 유전율 이방성을 높인다. 화합물(2)은, 점도를 낮춘다. 화합물(3)은, 유전율 이방성을 높이고, 그리고 하한 온도를 낮춘다. 화합물(4)은, 극성기의 작용으로 기판 표면에 흡착하고, 액정 분자의 배향을 제어한다. 소기의 효과를 얻기 위해서는, 화합물(4)은, 액정성 화합물과의 높은 상용성(相溶性)을 가지는 것이 필수적이다. 화합물(4)은, 1,4-시클로헥실렌이나 1,4-페닐렌과 같은 6원환을 가지고, 그 분자 구조는 봉형이므로 이 목적에 최적이다. 화합물(6)은, 고분자 지지 배향형의 소자에, 조성물을 더욱 적합시킬 목적으로 조성물에 첨가된다. 화합물(6)은, 중합에 의해 중합체를 제공한다. 이 중합체는, 액정 분자의 배향을 안정화하므로, 소자의 응답 시간을 단축하고, 그리고 화상의 소부를 개선한다.
셋째로, 조성물에서의 성분의 조합, 성분이 바람직한 비율 및 그 근거를 설명한다. 조성물에서의 성분이 바람직한 조합은, 화합물(1)+화합물(2), 화합물(1)+화합물(2)+화합물(3)이다. 더욱 바람직한 조합은, 화합물(1)+화합물(2)+화합물(3)이다. 이와 같은 조성물에, 제1 첨가물(또는, 그의 중합체)과 조합함으로써, 액정 분자의 수직 배향이 달성된다. 「그 외의 액정성 화합물」은, 소량이라면, 이와 같은 조성물에 첨가해도, 동일한 효과가 달성된다.
화합물(1)의 바람직한 비율은, 유전율 이방성을 높이기 위해 약 5중량% 이상이며, 점도를 낮추기 위해 약 85중량% 이하이다. 더욱 바람직한 비율은, 약 10중량%∼약 80중량%의 범위이다. 특히 바람직한 비율은, 약 15중량%∼약 75중량%의 범위이다.
화합물(2)의 바람직한 비율은, 상한 온도를 높이기 위해 또는 점도를 낮추기 위해 약 5중량% 이상이며, 유전율 이방성을 높이기 위해 약 65중량% 이하이다. 더욱 바람직한 비율은, 약 10중량%∼약 60중량%의 범위이다. 특히 바람직한 비율은, 약 15중량%∼약 55중량%의 범위이다.
화합물(3)의 바람직한 비율은, 유전율 이방성을 높이기 위해 약 5중량% 이상이며, 하한 온도를 낮추기 위해 약 60중량% 이하이다. 더욱 바람직한 비율은, 약 5중량%∼약 50중량%의 범위이다. 특히 바람직한 비율은, 약 5중량%∼약 45중량%의 범위이다.
화합물(4)의 바람직한 비율은, 액정 분자를 배향시키기 위해 약 0.05중량% 이상이며, 소자의 표시 불량을 방지하기 위해 약 10중량% 이하이다. 더욱 바람직한 비율은, 약 0.1중량%∼약 7중량%의 범위이다. 특히 바람직한 비율은, 약 0.5중량%∼약 5중량%의 범위이다.
화합물(6)은, 고분자 지지 배향형의 소자에 적합시킬 목적으로, 조성물에 첨가된다. 화합물(6)의 바람직한 비율은, 소자의 장기 신뢰성을 향상시키기 위해 약 0.03중량% 이상이며, 소자의 표시 불량을 방지하기 위해 약 10중량% 이하이다. 더욱 바람직한 비율은, 약 0.1중량%∼약 이중량%의 범위이다. 특히 바람직한 비율은, 약 0.2중량%∼약 1.0중량%의 범위이다.
넷째로, 성분 화합물이 바람직한 형태를 설명한다. 식(1), 식(2), 및 식(3)에 있어서, R1은, 탄소수 2∼12의 알케닐, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 2∼12의 알케닐이다. R2는, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 탄소수 2∼12의 알케닐, 또는 탄소수 2∼12의 알케닐옥시이다. 바람직한 R2는, 자외선이나 열에 대한 안정성을 높이기 위해 탄소수 1∼12의 알킬이며, 유전율 이방성을 높이기 위해 탄소수 1∼12의 알콕시이다.
R3 및 R4는 독립적으로, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 탄소수 2∼12의 알케닐, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 2∼12의 알케닐이다. 바람직한 R3 또는 R4는, 자외선 또는 열에 대한 안정성을 높이기 위해 탄소수 1∼12의 알킬이며, 하한 온도를 낮추기 위해, 또는 점도를 낮추기 위해 탄소수 2∼12의 알케닐이다. R5 및 R6는 독립적으로, 탄소수 1∼12의 알킬 또는 탄소수 1∼12의 알콕시이다. 바람직한 R5 또는 R6는, 자외선이나 열에 대한 안정성을 높이기 위해 탄소수 1∼12의 알킬이며, 유전율 이방성을 높이기 위해 탄소수 1∼12의 알콕시이다. 액정성 화합물의 알킬은, 직쇄형 또는 분지형이며, 환형 알킬을 포함하지 않는다. 직쇄형 알킬은, 분지형 알킬보다 바람직하다. 이는, 알콕시, 알케닐 등의 말단기에 대하여도 동일하다.
바람직한 알킬은, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 또는 옥틸이다. 더욱 바람직한 알킬은, 점도를 낮추기 위해 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 또는 헵틸이다.
바람직한 알콕시는, 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 부톡시, 펜틸 옥시, 헥실옥시, 또는 헵틸옥시이다. 점도를 낮추기 위해, 더욱 바람직한 알콕시는, 메톡시 또는 에톡시이다.
바람직한 알케닐은, 비닐, 1-프로페닐, 2-프로페닐, 1-부테닐, 2-부테닐, 3-부테닐, 1-펜테닐, 2-펜테닐, 3-펜테닐, 4-펜테닐, 1-헥세닐, 2-헥세닐, 3-헥세닐, 4-헥세닐, 또는 5-헥세닐이다. 더욱 바람직한 알케닐은, 점도를 낮추기 위해 비닐, 1-프로페닐, 3-부테닐, 또는 3-펜테닐이다. 이 알케닐에서의 -CH=CH-의 바람직한 입체 배치는, 2중 결합의 위치에 의존한다. 점도를 낮추기 위하여 또는 그 외의 목적으로 1-프로페닐, 1-부테닐, 1-펜테닐, 1-헥세닐, 3-펜테닐, 3-헥세닐과 같은 알케닐에 있어서는 트랜스가 바람직하다. 2-부테닐, 2-펜테닐, 2-헥세닐과 같은 알케닐에 있어서는 시스가 바람직하다.
바람직한 알케닐옥시는, 비닐옥시, 알릴 옥시, 3-부테닐옥시, 3-펜테닐옥시, 또는 4-펜테닐옥시이다. 점도를 낮추기 위해, 더욱 바람직한 알케닐옥시는, 알릴옥시 또는 3-부테닐옥시이다.
적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 알킬의 바람직한 예는, 플루오로메틸, 2-플루오로에틸, 3-플루오로프로필, 4-플루오로부틸, 5-플루오로펜틸, 6-플루오로헥실, 7-플루오로헵틸, 또는 8-플루오로옥틸이다. 더욱 바람직한 예는, 유전율 이방성을 높이기 위해 2-플루오로에틸, 3-플루오로프로필, 4-플루오로부틸, 또는 5-플루오로펜틸이다.
적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 알케닐의 바람직한 예는 2,2-디플루오로비닐, 3,3-디플루오로-2-프로페닐, 4,4-디플루오로-3-부테닐, 5,5-디플루오로-4-펜테닐, 또는 6,6-디플루오로-5-헥세닐이다. 더욱 바람직한 예는, 점도를 낮추기 위해 2,2-디플루오로비닐또는 4,4-디플루오로-3-부테닐이다.
환 A 및 환 C는 독립적으로, 1,4-시클로헥실렌, 1,4-시클로헥세닐렌, 테트라하이드로피란-2,5-디일, 1,4-페닐렌, 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 1,4-페닐렌, 나프탈렌-2,6-디일, 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 나프탈렌-2,6-디일, 크로만-2,6-디일, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 크로만-2,6-디일이다. 바람직한 환 A 또는 환 C는, 1,4-시클로헥실렌, 1,4-시클로헥세닐렌, 테트라하이드로피란-2,5-디일, 1,4-페닐렌, 2-플루오로-1,4-페닐렌, 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌, 3,4,5-트리플루오로나프탈렌-2,6-디일, 또는 7,8-디플루오로크로만-2,6-디일이다. 더욱 바람직한 환 A 또는 환 C는, 1,4-시클로헥실렌 또는 1,4-페닐렌이다. 이들 환에 있어서, 바람직한 환 A 또는 환 C는, 점도를 낮추기 위해 1,4-시클로헥실렌이며, 유전율 이방성을 높이기 위해 테트라하이드로피란-2,5-디일이며, 광학 이방성을 높이기 위해 1,4-페닐렌이다. 1,4-시클로헥실렌에 관한 입체 배치는, 상한 온도를 높이기 위해 시스보다 트랜스가 바람직하다. 테트라하이드로피란-2,5-디일은,
Figure pct00024
또는
Figure pct00025
이며, 바람직하게는
Figure pct00026
이다.
환 B는, 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌, 2-클로로-3-플루오로-1,4-페닐렌, 2,3-디플루오로-5-메틸-1,4-페닐렌, 3,4,5-트리플루오로나프탈렌-2,6-디일, 또는 7,8-디플루오로크로만-2,6-디일이다. 바람직한 환 B는, 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌, 2-클로로-3-플루오로-1,4-페닐렌, 또는 7,8-디플루오로크로만-2,6-디일이다. 더욱 바람직한 환 B는, 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌 또는 2-클로로-3-플루오로-1,4-페닐렌이다. 특히 바람직한 환 B는, 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌이다. 이들 환에 있어서, 바람직한 환 B는, 점도를 낮추기 위해 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌이며, 광학 이방성을 낮추기 위해 2-클로로-3-플루오로-1,4-페닐렌이며, 유전율 이방성을 높이기 위해 7,8-디플루오로크로만-2,6-디일이다.
환 D 및 환 E는 독립적으로, 1,4-시클로헥실렌, 1,4-페닐렌, 2-플루오로-1,4-페닐렌, 또는 2,5-디플루오로-1,4-페닐렌이다. 바람직한 환 D 또는 환 E는 점도를 낮추기 위해, 또는 상한 온도를 올리기 위해, 1,4-시클로헥실렌이며, 하한 온도를 낮추기 위해 1,4-페닐렌이다. 1,4-시클로헥실렌에 관한 입체 배치는, 상한 온도를 높이기 위해 시스보다 트랜스가 바람직하다.
환 F 및 환 I는 독립적으로, 1,4-시클로헥실렌, 1,4-시클로헥세닐렌, 테트라하이드로피란-2,5-디일, 1,4-페닐렌, 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 1,4-페닐렌, 나프탈렌-2,6-디일, 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 나프탈렌-2,6-디일, 크로만-2,6-디일, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 크로만-2,6-디일이다. 바람직한 환 F 또는 환 I는, 1,4-시클로헥실렌, 1,4-시클로헥세닐렌, 테트라하이드로피란-2,5-디일, 1,4-페닐렌, 2-플루오로-1,4-페닐렌, 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌, 3,4,5-트리플루오로나프탈렌-2,6-디일, 또는 7,8-디플루오로크로만-2,6-디일이다. 더욱 바람직한 환 F 또는 환 I는, 1,4-시클로헥실렌, 테트라하이드로피란-2,5-디일, 1,4-페닐렌, 2-플루오로-1,4-페닐렌, 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌, 또는 7,8-디플루오로크로만-2,6-디일이다. 특히 바람직한 환 F 또는 환 I는, 1,4-시클로헥실렌 또는 1,4-페닐렌이다. 이들 환에 있어서, 바람직한 환 F 또는 환 I는, 점도를 낮추기 위해 1,4-시클로헥실렌이며, 유전율 이방성을 높이기 위해 테트라하이드로피란-2,5-디일이며, 광학 이방성을 높이기 위해 1,4-페닐렌이다.
환 G는, 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌, 2-클로로-3-플루오로-1,4-페닐렌, 2,3-디플루오로-5-메틸-1,4-페닐렌, 3,4,5-트리플루오로나프탈렌-2,6-디일, 또는 7,8-디플루오로크로만-2,6-디일이다. 바람직한 환 G는, 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌, 2-클로로-3-플루오로-1,4-페닐렌, 또는 7,8-디플루오로크로만-2,6-디일이다. 더욱 바람직한 환 G는, 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌이다. 이들 환에 있어서, 바람직한 환 G는, 점도를 낮추기 위해 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌이며, 광학 이방성을 낮추기 위해 2-클로로-3-플루오로-1,4-페닐렌이며, 유전율 이방성을 높이기 위해 7,8-디플루오로크로만-2,6-디일이다.
Z1 및 Z2는 독립적으로, 단결합, -CH2CH2-, -CH2O-, -OCH2-, -COO-, 또는 -OCO-이다. 바람직한 Z1 또는 Z2는, 점도를 낮추기 위해 단결합이며, 하한 온도를 낮추기 위해 -CH2CH2-이며, 유전율 이방성을 높이기 위해 -CH2O- 또는 -OCH2-이다. Z3는, 단결합, -CH2CH2-, -CH2O-, -OCH2-, -COO-, 또는 -OCO-이다. 바람직한 Z3는, 점도를 낮추기 위해 단결합이며, 하한 온도를 낮추기 위해 -CH2CH2-이며, 상한 온도를 높이기 위해 -COO- 또는 -OCO-이다. Z4 및 Z5는 독립적으로, 단결합, -CH2CH2-, -CH2O-, -OCH2-, -COO-, 또는 -OCO-이다. 바람직한 Z4 또는 Z5는, 점도를 낮추기 위해 단결합이며, 하한 온도를 낮추기 위해 -CH2CH2-이며, 유전율 이방성을 높이기 위해 -CH2O- 또는 -OCH2-이다.
a는, 1, 2, 또는 3이며, b는, 0 또는 1이며, 그리고 a와 b의 합은 3 이하이다. 바람직한 a는 점도를 낮추기 위해 1이며, 상한 온도를 높이기 위해 2 또는 3이다. 바람직한 b는 점도를 낮추기 위해 0이며, 하한 온도를 낮추기 위해 1이다. c는, 1, 2, 또는 3이다. 바람직한 c는 점도를 낮추기 위해 1이며, 상한 온도를 높이기 위해 2 또는 3이다. d는, 1, 2, 또는 3이며; e는, 0 또는 1이며; d와 e의 합은 3 이하이다. 바람직한 d는 점도를 낮추기 위해 1이며, 상한 온도를 높이기 위해 2 또는 3이다. 바람직한 e는 점도를 낮추기 위해 0이며, 하한 온도를 낮추기 위해 1이다.
식(4)에 있어서, R11은, 수소, 불소, 염소, 또는 탄소수 1∼25의 알킬이며, 이 알킬에 있어서, 적어도 1개의 -CH2-는, -NR0-, -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -O-CO-O-, 또는 탄소수 3∼8의 시클로알킬렌으로 치환될 수도 있고, 그리고 적어도 1개의 제3급 탄소(>CH-)는, 질소(>N-)로 치환될 수도 있고, 이들 기에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소 또는 염소로 치환될 수도 있고, 여기서 R0는, 수소 또는 탄소수 1∼12의 알킬이다. 바람직한 R11은, 탄소수 1∼25의 알킬이다.
R12는, OH 구조의 산소 원자, SH 구조의 황 원자, 및 제1급, 제2급, 또는 제3급의 아민 구조의 질소 원자 중 적어도 1개를 가지는 극성기다.
환 L, 환 M, 및 환 N은 독립적으로, 1,4-시클로헥실렌, 1,4-시클로헥세닐렌, 1,4-페닐렌, 나프탈렌-1,2-디일, 나프탈렌-1,3-디일, 나프탈렌-1,4-디일, 나프탈렌-1,5-디일, 나프탈렌-1,6-디일, 나프탈렌-1,7-디일, 나프탈렌-1,8-디일, 나프탈렌-2,3-디일, 나프탈렌-2,6-디일, 나프탈렌-2,7-디일, 테트라하이드로피란-2,5-디일, 1,3-디옥산-2,5-디일, 피리미딘-2,5-디일, 또는 피리딘-2,5-디일이며, 이들 환에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소, 염소, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬로 치환될 수도 있다. 바람직한 환 L, 환 M, 또는 환 N은, 1,4-페닐렌 또는 2-플루오로-1,4-페닐렌이다.
Z7 및 Z8은 독립적으로, 단결합 또는 탄소수 1∼10의 알킬렌이며, 이 알킬렌에 있어서, 적어도 1개의 -CH2-는, -O-, -CO-, -COO-, 또는 -OCO-로 치환될 수도 있고, 그리고 적어도 1개의 -CH2CH2-는, -CH=CH-, -C(CH3)=CH-, -CH=C(CH3)-, 또는 -C(CH3)=C(CH3)-로 치환될 수도 있고, 이들 기에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소 또는 염소로 치환될 수도 있다. 바람직한 Z7 또는 Z8은, 단결합, -CH2CH2-, -CH2O-, -OCH2-, -COO-, 또는 -OCO-이다. 더욱 바람직한 Z7 또는 Z8은, 단결합이다.
P1, P2, 및 P3는 독립적으로, 중합성기이다. 바람직한 P1, P2, 또는 P3는, 식(P-1)∼식(P-5)으로 표시되는 기의 군으로부터 선택된 중합성기이다. 더욱 바람직한 P1, P2, 또는 P3는, 식(P-1), 식(P-2), 또는 식(P-3)으로 표시되는 기이다. 특히 바람직한 P1, P2, 또는 P3는, 식(P-1) 또는 식(P-2)으로 표시되는 기이다. 가장 바람직한 P1, P2, 또는 P3는, 식(P-1)으로 표시되는 기이다. 식(P-1)으로 표시되는 바람직한 기는, -OCO-CH=CH2 또는 -OCO-C(CH3)=CH2이다. 식(P-1)∼식(P-5)의 파선은, 결합하는 부위를 나타낸다.
Figure pct00027
식(P-1)∼식(P-5)에 있어서, M1, M2, 및 M3는 독립적으로, 수소, 불소, 탄소수 1∼5의 알킬, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼5의 알킬이다. 바람직한 M1, M2, 또는 M3는, 반응성을 높이기 위해 수소 또는 메틸이다. 더욱 바람직한 M1은 수소 또는 메틸이며, 더욱 바람직한 M2 또는 M3는 수소이다.
Sp1, Sp2, 및 Sp3는 독립적으로, 단결합 또는 탄소수 1∼10의 알킬렌이며, 이 알킬렌에 있어서, 적어도 1개의 -CH2-는, -O-, -COO-, -OCO-, 또는 -OCOO-로 치환될 수도 있고, 그리고 적어도 1개의 -CH2CH2-는, -CH=CH- 또는 -C≡C-로 치환될 수도 있고, 이들 기에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소, 염소, -OCO-CH=CH2, 또는 -OCO-C(CH3)=CH2로 치환될 수도 있다. 바람직한 Sp1, Sp2, 또는 Sp3는, 단결합, -CH2CH2-, -CH2O-, -OCH2-, -COO-, -OCO-, -CO-CH=CH-, 또는 -CH=CH-CO-이다. 더욱 바람직한 Sp1, Sp2 또는 Sp3는, 단결합이다. 다만, 환 A 및 환 C가 페닐일 때, Sp1 및 Sp3는 단결합이다.
g 및 h는 독립적으로, 0, 1, 2, 3, 또는 4이며, 그리고 g와 h의 합은, 0, 1, 2, 3, 또는 4이다. 바람직한 g 또는 h는, 0, 1, 또는 2이다. k는, 1, 2, 3, 또는 4이다. 바람직한 k는, 1 또는 2이다. j 및 o는 독립적으로, 0, 1, 2, 3, 또는 4이다. 바람직한 j 또는 o는, 1 또는 2이다.
식(4-1)∼식(4-15)에 있어서, R16은, 수소, 불소, 염소, 또는 탄소수 1∼25의 알킬이며, 이 알킬에 있어서, 적어도 1개의 -CH2-는, -NR0-, -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -O-CO-O-, 또는 탄소수 3∼8의 시클로알킬렌으로 치환될 수도 있고, 그리고 적어도 1개의 제3급 탄소(>CH-)는, 질소(>N-)로 치환될 수도 있고, 이들 기에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소 또는 염소로 치환될 수도 있고, 여기서 R0는, 수소 또는 탄소수 1∼12의 알킬이다.
Sp8은, 단결합, 탄소수 1∼5의 알킬렌, 또는 1개의 -CH2-가 -O-로 치환된 탄소수 1∼5의 알킬렌이다. L1, L2, L3, 및 L4는 독립적으로, 수소, 불소, 메틸, 또는 에틸이다. R17 및 R18은 독립적으로, 수소 또는 메틸이다.
방향족기는, 아릴 또는 치환된 아릴을 나타낸다. 헤테로 아릴은, 적어도 1개의 헤테로 원자를 가지는 방향족기를 나타낸다. 아릴 및 헤테로 아릴은 단환 또는 다환 중 어느 하나라도 된다. 즉 이들 기는 적어도 1개의 환을 가지고, 이 환은 축합(예를 들면, 나프틸)되어도 되고, 2개의 환은 공유 결합으로 연결(예를 들면, 비페닐)되어도 되고, 또는 축합환 및 연결환의 조합을 가져도 된다. 바람직한 헤테로 아릴은, 질소, 산소, 유황, 및 인의 군으로부터 선택된 적어도 1개의 헤테로 원자를 가진다.
바람직한 아릴 또는 헤테로 아릴은, 탄소수 6∼25를 가지고, 5원환, 6원환, 또는 7원환이라도 된다. 바람직한 아릴 또는 헤테로 아릴은, 단환이라도 되고, 2환 또는 3환이라도 된다. 이들 기는 축합환이라도 되고, 치환되어도 된다.
바람직한 아릴은, 벤젠, 비페닐, 다페닐, [1,1':3',1"]터페닐, 나프탈렌, 안트라센, 비나프틸, 페난트렌, 피렌, 디하이드로피렌, 크리센, 페릴렌, 테트라센, 펜타센, 벤조피렌, 플루오렌, 인덴, 인데노플루오렌, 스피로비플루오렌으로부터 1개의 수소를 제거함으로써 유도되는 1가의 기이다.
바람직한 헤테로 아릴은, 피롤, 피라졸, 이미다졸, 1,2,3-트리아졸, 1,2,4-트리아졸, 테트라졸, 퓨란, 티오펜, 세레노펜, 옥사졸, 이소옥사졸, 1,2-티아졸, 1,3-티아졸, 1,2,3-옥사디아졸, 1,2,4-옥사디아졸, 1,2,5-옥사디아졸, 1,3,4-옥사디아졸, 1,2,3-티아디아졸, 1,2,4-티아디아졸, 1,2,5-티아디아졸, 1,3,4-티아디아졸 등의 5원환 화합물, 또는 피리딘, 피리다진, 피리미딘, 피라진, 1,3,5-트리아진, 1,2,4-트리아진, 1,2,3-트리아진, 1,2,4,5-테트라진, 1,2,3,4-테트라진, 1,2,3,5-테트라진 등의 6원환 화합물로부터 1개의 수소를 제거함으로써 유도되는 1가의 기이다.
바람직한 헤테로 아릴은, 인돌, 이소인돌, 인돌리진 , 인다졸, 벤즈이미다졸, 벤조트리아졸, 퓨린, 나프타이미다졸, 페난트렌이미다졸, 피리다이미다졸, 피라진이미다졸, 퀴녹살린이미다졸, 벤즈옥사졸, 나프타옥사졸, 안트로옥사졸, 페난토로옥사졸, 이소옥사졸, 벤조티아졸, 벤조퓨란, 이소벤조퓨란, 디벤조퓨란, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 프테리딘, 벤조-5,6-퀴놀린, 벤조-6,7-퀴놀린, 벤조-7,8-퀴놀린, 벤조이소퀴놀린, 아크리딘, 페노티아진, 페녹사진, 벤조피리다진, 벤조피리미딘, 퀴녹살린, 페나진, 나프티리딘, 아자카르바졸, 벤조카르볼린, 페난트리딘, 페난트롤린, 티에노[2,3b]티오펜, 티에노[3,2b]티오펜, 디티에노티오펜, 이소벤조티오펜, 디벤조티오펜, 벤조티아디아조티오펜 등의 축합환 화합물로부터 1개의 수소를 제거함으로써 유도되는 1가의 기이기도 하다. 바람직한 헤테로 아릴은, 이들 5원환, 6원환, 축합환으로부터 선택된 2개의 기를 조합한 환으로부터 1개의 수소를 제거함으로써 유도되는 1가의 기이기도 하다. 이 헤테로 아릴은, 알킬, 알콕시, 티오알킬, 불소, 플루오로알킬, 아릴, 또는 헤테로 아릴로 치환되어도 된다.
지환식기는, 포화라도 되고, 불포화라도 된다. 즉, 이들 기는, 단결합만을 가져도 되고, 단결합과 다중 결합의 조합을 가져도 된다. 불포화의 환보다 포화의 환이 바람직하다.
지환식기는, 1개의 환이라도 되고, 복수의 환이라도 된다. 이들 기의 바람직한 예는, 탄소수 3∼25의 단환, 2환, 또는 3환이며, 이들 기는 축합환이라도 되고, 치환되어도 된다. 이들 기의 바람직한 예는, 5원환, 6원환, 7원환, 또는 8원환이며, 이들 기에 있어서, 적어도 1개의 탄소는 규소로 치환될 수도 있고, 적어도 1개의 >CH-는 >N-으로 치환될 수도 있고, 그리고 적어도 1개의 -CH2-는 -O- 또는 -S-로 치환될 수도 있다.
바람직한 지환식 기는, 시클로펜탄, 테트라하이드로퓨란, 테트라하이드로티오퓨란, 피롤리딘 등의 5원환, 시클로헥산, 시클로헥센, 테트라하이드로피란, 테트라하이드로티오피란, 1,3-디옥산, 1,3-디티안, 피페리딘 등의 6원환, 시클로헵탄 등의 7원환, 테트라하이드로나프탈렌, 데카하이드로나프탈렌, 인단, 비시클로[1.1.1]펜탄, 비시클로[2.2.2]옥탄, 스피로[3.3]헵탄, 옥타하이드로-4,7-메타노인단 등의 축합환으로부터 2개의 수소를 제거함으로써 유도되는 2가의 기이다.
식(6)에 있어서, P4, P5, 및 P6는 독립적으로, 중합성기이다. 바람직한 P4, P5, 또는 P6는, 식(P-1)∼식(P-5)으로 표시되는 기의 군으로부터 선택된 중합성기이다. 더욱 바람직한 P4, P5, 또는 P6는, 식(P-1), 식(P-2), 또는 식(P-3)으로 표시되는 기이다. 특히 바람직한 P4, P5, 또는 P6는, 식(P-1) 또는 식(P-2)으로 표시되는 기이다. 가장 바람직한 P4, P5, 또는 P6는, 식(P-1)으로 표시되는 기이다. 식(P-1)으로 표시되는 바람직한 기는, -OCO-CH=CH2 또는 -OCO-C(CH3)=CH2이다. 식(P-1)∼식(P-5)의 파선은, 결합하는 부위를 나타낸다.
Figure pct00028
식(P-1)∼식(P-5)에 있어서, M1, M2, 및 M3는 독립적으로, 수소, 불소, 탄소수 1∼5의 알킬, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼5의 알킬이다. 바람직한 M1, M2, 또는 M3는, 반응성을 높이기 위해 수소 또는 메틸이다. 더욱 바람직한 M1은 수소 또는 메틸이며, 더욱 바람직한 M2 또는 M3는 수소이다.
Sp9, Sp10, 및 Sp11은 독립적으로, 단결합 또는 탄소수 1∼10의 알킬렌이며, 이 알킬렌에 있어서, 적어도 1개의 -CH2-는, -O-, -COO-, -OCO-, 또는 -OCOO-로 치환될 수도 있고, 그리고 적어도 1개의 -CH2CH2-는, -CH=CH- 또는 -C≡C-로 치환될 수도 있고, 이들 기에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소 또는 염소로 치환될 수도 있다. 바람직 한Sp9, Sp10, 또는 Sp11은, 단결합, -CH2CH2-, -CH2O-, -OCH2-, -COO-, -OCO-, -CO-CH=CH-, 또는 -CH=CH-CO-이다. 더욱 바람직한 Sp9, Sp10, 또는 Sp11은, 단결합이다.
환 T 및 환 V는 독립적으로, 시클로헥실, 시클로헥세닐, 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 테트라하이드로피란-2-일, 1,3-디옥산-2-일, 피리미딘-2-일, 또는 피리딘-2-일이며, 이들 환에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소, 염소, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬로 치환될 수도 있다. 바람직한 환 T 또는 환 V는, 페닐이다. 환 U는, 1,4-시클로헥실렌, 1,4-시클로헥세닐렌, 1,4-페닐렌, 나프탈렌-1,2-디일, 나프탈렌-1,3-디일, 나프탈렌-1,4-디일, 나프탈렌-1,5-디일, 나프탈렌-1,6-디일, 나프탈렌-1,7-디일, 나프탈렌-1,8-디일, 나프탈렌-2,3-디일, 나프탈렌-2,6-디일, 나프탈렌-2,7-디일, 테트라하이드로피란-2,5-디일, 1,3-디옥산-2,5-디일, 피리미딘-2,5-디일, 또는 피리딘-2,5-디일이며, 이들 환에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소, 염소, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬로 치환될 수도 있다. 바람직한 환 U는, 1,4-페닐렌 또는 2-플루오로-1,4-페닐렌이다.
Z12 및 Z13은 독립적으로, 단결합 또는 탄소수 1∼10의 알킬렌이며, 이 알킬렌에 있어서, 적어도 1개의 -CH2-는, -O-, -CO-, -COO-, 또는 -OCO-로 치환될 수도 있고, 그리고 적어도 1개의 -CH2CH2-는, -CH=CH-, -C(CH3)=CH-, -CH=C(CH3)-, 또는 -C(CH3)=C(CH3)-로 치환될 수도 있고, 이들 기에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소 또는 염소로 치환될 수도 있다. 바람직한 Z12 또는 Z13은, 단결합, -CH2CH2-, -CH2O-, -OCH2-, -COO-, 또는 -OCO-이다. 더욱 바람직한 Z12 또는 Z13은, 단결합이다.
t는, 0, 1, 또는 2이다. 바람직한 t는, 0 또는 1이다. u, v, 및 w는 독립적으로, 0, 1, 2, 3, 또는 4이며, 그리고 u, v, 및 w의 합은, 1 이상이다. 바람직한u, v, 또는 w는, 1 또는 2이다.
다섯째로, 바람직한 성분 화합물을 나타낸다. 바람직한 화합물(1)은, 항 2에 기재된 화합물(1-1)∼화합물(1-21)이다. 이들 화합물에 있어서, 제1 성분 중 적어도 1개가, 화합물(1-1), 화합물(1-3), 화합물(1-4), 화합물(1-6), 화합물(1-8), 또는 화합물(1-10)인 것이 바람직하다. 제1 성분 중 적어도 2개가, 화합물(1-1) 및 화합물(1-6), 화합물(1-1) 및 화합물(1-10), 화합물(1-3) 및 화합물(1-6), 화합물(1-3) 및 화합물(1-10), 화합물(1-4) 및 화합물(1-6), 또는 화합물(1-4) 및 화합물(1-8)의 조합인 것이 바람직하다.
바람직한 화합물(2)은, 항 5에 기재된 화합물(2-1)∼화합물(2-13)이다. 이들 화합물에 있어서, 제2 성분 중 적어도 1개가, 화합물(2-1), 화합물(2-3), 화합물(2-5), 화합물(2-6), 화합물(2-8), 또는 화합물(2-9)인 것이 바람직하다. 제2 성분 중 적어도 2개가 화합물(2-1) 및 화합물(2-3), 화합물(2-1) 및 화합물(2-5), 또는 화합물(2-1) 및 화합물(2-6)의 조합인 것이 바람직하다.
바람직한 화합물(3)은, 항 8에 기재된 화합물(3-1)∼화합물(3-21)이다. 이들 화합물에 있어서, 제3 성분 중 적어도 1개가, 화합물(3-1), 화합물(3-3), 화합물(3-4), 화합물(3-6), 화합물(3-8), 또는 화합물(3-10)인 것이 바람직하다. 제3 성분 중 적어도 2개가, 화합물(3-1) 및 화합물(3-6), 화합물(3-1) 및 화합물(3-10), 화합물(3-3) 및 화합물(3-6), 화합물(3-3) 및 화합물(3-10), 화합물(3-4) 및 화합물(3-6), 또는 화합물(3-4) 및 화합물(3-8)의 조합인 것이 바람직하다.
바람직한 화합물(4)은, 항 12에 기재된 화합물(4-1)∼화합물(4-15)이다. 이들 화합물에 있어서, 제1 첨가물 중 적어도 1개가, 화합물(4-6), 화합물(4-8), 화합물(4-10), 화합물(4-11), 화합물(4-13), 또는 화합물(4-15)인 것이 바람직하다. 제1 첨가물 중 적어도 2개가, 화합물(4-1) 및 화합물(4-11), 또는 화합물(4-3) 및 화합물(4-8)의 조합인 것이 바람직하다.
바람직한 화합물(6)은, 항 16에 기재된 화합물(6-1)∼화합물(6-28)이다. 이들 화합물에 있어서, 제2 첨가물 중 적어도 1개가, 화합물(6-1), 화합물(6-2), 화합물(6-24), 화합물(6-25), 화합물(6-26), 또는 화합물(6-27)인 것이 바람직하다. 제2 첨가물 중 적어도 2개가, 화합물(6-1) 및 화합물(6-2), 화합물(6-1) 및 화합물(6-18), 화합물(6-2) 및 화합물(6-24), 화합물(6-2) 및 화합물(6-25), 화합물(6-2) 및 화합물(6-26), 화합물(6-25) 및 화합물(6-26), 또는 화합물(6-18) 및 화합물(6-24)의 조합인 것이 바람직하다.
여섯째로, 조성물에 첨가할 수도 있는 첨가물을 설명한다. 이와 같은 첨가물은, 광학 활성 화합물, 산화 방지제, 자외선 흡수제, 색소, 소포제, 중합성 화합물, 중합 개시제, 중합 금지제, 극성 화합물 등이다. 액정 분자의 나선 구조를 유도하여 비틀림각을 부여할 목적으로서, 광학 활성 화합물이 조성물에 첨가된다. 이와 같은 화합물의 예는, 화합물(7-1)∼화합물(7-5)이다. 광학 활성 화합물의 바람직한 비율은 약 5중량% 이하이다. 더욱 바람직한 비율은 약 0.01중량%∼약 2중량%의 범위이다.
Figure pct00029
대기 중에서의 가열에 의한 비저항의 저하를 방지하기 위하여, 또는 소자를 장시간 사용한 후, 실온에서 뿐만 아니라 상한 온도에 가까운 온도에서도 큰 전압 유지율을 유지하기 위하여, 산화 방지제가 조성물에 첨가된다. 산화 방지제의 바람직한 예는, n이 1∼9의 정수인 화합물(8) 등이다.
Figure pct00030
화합물(8)에 있어서, 바람직한 n은, 1, 3, 5, 7, 또는 9이다. 더욱 바람직한 n은 7이다. n이 7인 화합물(8)은, 휘발성이 작으므로, 소자를 장시간 사용한 후, 실온에서 뿐만 아니라 상한 온도에 가까운 온도에서도 큰 전압 유지율을 유지하는 데 유효하다. 산화 방지제의 바람직한 비율은, 그 효과를 얻기 위해 약 50ppm 이상이며, 상한 온도를 낮추지 않도록, 또는 하한 온도를 높이지 않도록 약 600ppm 이하이다. 더욱 바람직한 비율은, 약 100ppm∼약 300ppm의 범위이다.
자외선 흡수제의 바람직한 예는, 벤조페논 유도체, 벤조에이트 유도체, 트리아졸 유도체 등이다. 입체 장애가 있는 아민과 같은 광안정제도 또한 바람직하다. 이들 흡수제나 안정제에서의 바람직한 비율은, 그 효과를 얻기 위해 약 50ppm 이상이며, 상한 온도를 낮추지 않도록, 또는 하한 온도를 높이지 않도록 약 10000ppm 이하이다. 더욱 바람직한 비율은 약 100ppm∼약 10000ppm의 범위이다.
GH(guest host)모드의 소자에 적합시키기 위하여, 아조계 색소, 퀴안트라논계 색소 등과 같은 2색성 색소가 조성물에 첨가된다. 색소의 바람직한 비율은, 약 0.01중량%∼약 10중량%의 범위이다. 거품을 방지하기 위하여, 디메틸실리콘 오일, 메틸페닐실리콘 오일 등의 소포제가 조성물에 첨가된다. 소포제의 바람직한 비율은, 그 효과를 얻기 위해 약 1ppm 이상이며, 표시 불량을 방지하기 위해 약 1000ppm 이하이다. 더욱 바람직한 비율은, 약 1ppm∼약 500ppm의 범위이다.
고분자 지지 배향(PSA)형의 소자에 적합시키기 위해 중합성 화합물을 사용할 수 있다. 화합물(4) 및 화합물(6)은 이 목적에 적합하다. 화합물(4) 및 화합물(6)과 함께, 화합물(4) 및 화합물(6)과는 상이한, 그 외의 중합성 화합물을 조성물에 첨가해도 된다. 그 외의 중합성 화합물의 바람직한 예는, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 비닐 화합물, 비닐옥시 화합물, 프로페닐에테르, 에폭시 화합물(옥시란, 옥세탄), 비닐케톤 등의 화합물이다. 더욱 바람직한 예는, 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트이다. 화합물(4) 및 화합물(6)의 바람직한 비율은, 중합성 화합물의 전체 중량을 기준으로 약 10중량% 이상이다. 더욱 바람직한 비율은, 약 50중량% 이상이다. 특히 바람직한 비율은, 약 80중량% 이상이다. 특히 바람직한 비율은, 100중량%이기도 하다. 화합물(4) 및 화합물(6)의 종류를 변경하는 것에 의해, 또는 화합물(4) 및 화합물(6)에 그 외의 중합성 화합물을 적절한 비로 조합함으로써, 중합성 화합물의 반응성이나 액정 분자의 프리틸트각을 조정할 수 있다. 프리틸트각을 최적화 함으로써, 소자의 짧은 응답 시간을 달성할 수 있다. 액정 분자의 배향이 안정화되므로, 큰 콘트라스트비나 긴 수명을 달성할 수 있다.
중합성 화합물은 자외선 조사에 의해 중합한다. 광중합 개시제 등의 적절한 개시제 존재 하에서 중합시켜도 된다. 중합을 위한 적절한 조건, 개시제의 적절한 타입, 및 적절한 양은, 당업자에게는 기지(旣知)이며, 문헌에 기재되어 있다. 예를 들면, 광중합 개시제인 Irgacure651(등록상표; BASF), Irgacure184(등록상표; BASF), 또는 Darocur1173(등록상표; BASF)이 라디칼 중합에 대하여 적절하다. 광중합 개시제의 바람직한 비율은, 중합성 화합물의 전체 중량을 기준으로 약 0.1중량%∼약 5중량%의 범위이다. 더욱 바람직한 비율은 약 1중량%∼약 3중량%의 범위이다.
중합성 화합물을 보관할 때, 중합을 방지하기 위해 중합 금지제를 첨가해도 된다. 중합성 화합물은, 통상은 중합 금지제를 제거하지 않은 채 조성물에 첨가된다. 중합 금지제의 예는, 하이드로퀴논, 메틸하이드로퀴논과 같은 하이드로퀴논 유도체, 4-tert-부틸 카테콜, 4-메톡시페놀, 페노티아진 등이다.
극성 화합물은, 극성을 가지는 유기 화합물이다. 여기서는, 이온 결합을 가지는 화합물은 포함되지 않는다. 산소, 유황, 및 질소와 같은 원자는, 보다 전기적으로 음성이며, 부분적인 음 전하를 가지는 경향이 있다. 탄소 및 수소는 중성이거나, 또는 부분적인 양 전하를 가지는 경향이 있다. 극성은, 화합물 중의 다른 종류의 원자 사이에서 부분 전하가 균등하게 분포되지 않는 것에 의해 생긴다. 예를 들면, 극성 화합물은, -OH, -COOH, -SH, -NH2, >NH, >N-과 같은 부분 구조 중 적어도 1개를 가진다.
일곱째로, 성분 화합물의 합성법을 설명한다. 이들 화합물은 기지의 방법에 의해 합성할 수 있다. 합성법을 예시한다. 화합물(1-6)은, 일본공개특허 제2000-053602호 공보에 기재된 방법으로 합성한다. 화합물(2-1)은, 일본공개특허 소 59-176221호 공보에 기재된 방법으로 합성한다. 화합물(3-1)은, 일본특표평 2-503441호 공보에 기재된 방법으로 합성한다. 화합물(4-1)의 합성법은, 실시예의 항에 기재한다. 화합물(6-18)은 일본공개특허 평 7-101900호 공보에 기재된 방법으로 합성한다. 화합물(8)의 일부는 시판되고 있다. 식(8)의 n이 1인 화합물은, 알드리치(Sigma-Aldrich Corporation)로부터 입수할 수 있다. n이 7인 화합물(8) 등은, 미국특허 3660505호 명세서에 기재된 방법에 의해 합성한다.
합성법을 기재하지 않은 화합물은, 오가닉·신세시스(Organic Syntheses, John Wiley & Sons, Inc.), 오가닉·리액션즈(Organic Reactions, John Wiley & Sons, Inc.), 콤프리헨시브·오가닉·신세시스(Comprehensive Organic Synthesis, Pergamon Press), 신실험 화학강좌(마루젠(丸善) 등의 서적에 기재된 방법에 의해 합성할 수 있다. 조성물은, 이와 같이 하여 얻은 화합물로부터 공지의 방법에 의해 조제된다. 예를 들면, 성분 화합물을 혼합하고, 그리고 가열에 의해 서로 용해시킨다.
마지막으로, 조성물의 용도를 설명한다. 대부분의 조성물은, 약 -10℃ 이하의 하한 온도, 약 70℃ 이상의 상한 온도, 그리고 약 0.07∼약 0.20의 범위 광학 이방성을 가진다. 성분 화합물의 비율을 제어함으로써, 또는 그 외의 액정성 화합물을 혼합함으로써, 약 0.08∼약 0.25의 범위 광학 이방성을 가지는 조성물을 조제해도 된다. 또한, 시행 착오에 의해 약 0.10∼약 0.30의 범위 광학 이방성을 가지는 조성물을 조제해도 된다. 이 조성물을 함유하는 소자는 큰 전압 유지율을 가진다. 이 조성물은 AM 소자에 적합하다. 이 조성물은 투과형의 AM 소자에 특히 적합하다. 이 조성물은, 네마틱상을 가지는 조성물로서의 사용, 광학 활성 화합물을 첨가함으로써 광학 활성인 조성물로서의 사용이 가능하다.
이 조성물은 AM 소자로의 사용이 가능하다. 또한 PM 소자로의 사용도 가능하다. 이 조성물은, PC, TN, STN, ECB, OCB, IPS, FFS, VA, FPA 등의 모드를 가지는 AM 소자 및 PM 소자로의 사용이 가능하다. TN, OCB, IPS, FFS 등의 모드를 가지는 AM 소자로의 사용은 특히 바람직하다. IPS 모드 또는 FFS 모드를 가지는 AM 소자에 있어서, 전압이 무인가일 때, 액정 분자의 배향이 유리 기판에 대하여 평행이라도 되고, 또는 수직이라도 된다. 이 소자가 반사형, 투과형, 또는 반투과형이라도 된다. 투과형의 소자로의 사용은 바람직하다. 비결정 실리콘-TFT 소자 또는 다결정 실리콘-TFT 소자로의사용도 가능하다. 이 조성물을 마이크로캡슐화하여 제작한 NCAP(nematic curvilinear aligned phase)형의 소자나, 조성물 중에 3차원의 그물눈형 고분자를 형성시킨 PD(polymer dispersed)형의 소자에도 사용할 수 있다.
종래의 고분자 지지 배향형의 소자를 제조하는 방법의 일례는, 다음과 같다. 어레이 기판과 컬러 서클 필터 기판으로 불리우는 2개의 기판을 가지는 소자를 조립한다. 이 기판은 배향막을 가진다. 이 기판 중 적어도 1개는, 전극층을 가진다. 액정성 화합물을 혼합하여 액정 조성물을 조제한다. 이 조성물에 중합성 화합물을 첨가한다. 필요에 따라 첨가물을 더욱 첨가해도 된다. 이 조성물을 소자에 주입한다. 이 소자에 전압을 인가한 상태에서 광조사한다. 자외선이 바람직하다. 광조사에 의해 중합성 화합물을 중합시킨다. 이 중합에 의해, 중합체를 함유하는 조성물이 생성된다. 고분자 지지 배향형의 소자는, 이와 같은 수순으로 제조한다.
이 수순에 있어서, 전압을 인가했을 때, 액정 분자가 배향막 및 전기장의 작용에 의해 배향한다. 이 배향을 따라 중합성 화합물의 분자도 배향한다. 이 상태에서 중합성 화합물이 자외선에 의해 중합하므로, 이 배향을 유지한 중합체가 생성된다. 이 중합체의 효과에 의해, 소자의 응답 시간이 단축된다. 화상의 소부는, 액정 분자의 동작 불량이므로, 이 중합체의 효과에 의해 소부도 동시에 개선되게 된다. 그리고 조성물 중의 중합성 화합물을 미리 중합시키고, 이 조성물을 액정 표시 소자의 기판의 사이에 배치하는 것도 가능할 것이다.
화합물(4), 즉 중합성기를 가지는 극성 화합물을 중합성 화합물로서 사용하는 경우에는, 소자의 기판에 배향막은 불필요하다. 배향막을 가지고 있지 않은 소자는, 2개 앞선 단락에 기재한 수순을 따라 제조한다.
이 수순에 있어서, 화합물(4)은, 극성기가 기판 표면과 상호 작용하므로, 기판 상에 배열한다. 이 배열을 따라 액정 분자가 배향된다. 전압을 인가했을 때, 액정 분자의 배향이 더욱 촉진된다. 이 상태에서 중합성기가 자외선에 의해 중합하므로, 이 배향을 유지한 중합체가 생성된다. 이 중합체의 효과에 의해, 액정 분자의 배향이 추가적으로 안정화하고, 소자의 응답 시간이 단축된다. 화상의 소부는, 액정 분자의 동작 불량이므로, 이 중합체의 효과에 의해 소부도 동시에 개선되게 된다.
[실시예]
실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명은 이들 실시예에 의해서는 제한되지 않는다. 본 발명은, 조성물 M1과 조성물 M2의 혼합물을 포함한다. 본 발명은, 실시예의 조성물 중 적어도 2개를 혼합한 혼합물도 포함한다. 합성한 화합물은, NMR 분석 등의 방법에 의해 동정(同定)하였다. 화합물, 조성물 및 소자의 특성은, 하기 방법에 의해 측정했다.
NMR 분석: 측정 시에는, 브루커바이오스핀(Bruker BioSpin)사에서 제조한 DRX-500을 사용했다. 1H-NMR의 측정에서는, 시료를 CDCl3 등의 중수소화 용매에 용해시키고, 측정은, 실온에서, 500MHz, 적산 회수 16회의 조건으로 행하였다. 테트라메틸실란을 내부 표준으로서 사용했다. 19F-NMR의 측정에서는, CFCl3를 내부 표준으로서 사용하고, 적산 회수 24회로 행하였다. 핵자기 공명 스펙트럼의 설명에 있어서, s는 싱글릿, d는 더블릿(doublet), t는 트리플렛(triplet), q는 쿼텟, quin은 퀸테트(quintet), sex는 섹스텟(sextet), m은 멀티플렛, br은 브로드인 것을 의미한다.
가스크로마토 분석: 측정 시에는 시마즈제작소(島津製作所)에서 제조한 GC-14B형 가스 크로마토그래피를 사용했다. 캐리어 가스는 헬륨(2mL/분)이다. 시료 기화실을 280℃로, 검출기(FID)를 300℃로 설정했다. 성분 화합물의 분리에는, Agilent Technologies Inc.에서 제조한 캐피러리 컬럼 DB-1(길이 30m, 내경(內徑) 0.32mm, 막 두께 0.25㎛; 고정 액상(液相)은 디메틸폴리실록산; 무극성)을 사용했다. 이 컬럼은, 200℃에서 2분간 유지한 후, 5℃/분의 비율로 280℃까지 승온(昇溫)했다. 시료는 아세톤 용액(0.1중량%)에 조제한 후, 그 1μL를 시료 기화실에 주입했다. 기록계는 시마즈제작소(島津製作所)에서 제조한 C-R5A형 Chromatopac, 또는 그와 동등품이다. 얻어진 가스 크로마토그램은, 성분 화합물에 대응하는 피크의 유지 시간 및 피크의 면적을 나타낸다.
시료를 희석하기 위한 용매는, 클로로포름, 헥산 등을 사용할 수도 있다. 성분 화합물을 분리하기 위하여, 다음의 캐피러리 컬럼을 사용할 수도 있다. Agilent Technologies Inc.에서 제조한 HP-1(길이 30m, 내경 0.32mm, 막 두께 0.25㎛), Restek Corporation에서 제조한 Rtx-1(길이 30m, 내경 0.32mm, 막 두께 0.25㎛), SGE International Pty. Ltd에서 제조한 BP-1(길이 30m, 내경 0.32mm, 막 두께 0.25㎛). 화합물 피크의 중첩을 방지할 목적으로, 시마즈제작소(島津製作所)에서 제조한 캐피러리 컬럼 CBP1-M50-025(길이 50m, 내경 0.25mm, 막 두께 0.25㎛)를 사용할 수도 있다.
조성물에 함유되는 액정성 화합물의 비율은, 다음과 같은 방법으로 산출해도 된다. 액정성 화합물의 혼합물을 가스크로마토그래피(FID)로 분석한다. 가스 크로마토그램에서의 피크의 면적비는 액정성 화합물의 비율에 상당한다. 상기한 캐피러리 컬럼을 사용했을 때는, 각각의 액정성 화합물의 보정계수를 1로 간주해도 된다. 따라서, 액정성 화합물의 비율(중량%)은, 피크의 면적비로부터 산출할 수 있다.
측정 시료: 조성물 및 소자의 특성을 측정할 때는, 조성물을 그대로 시료로서 사용했다. 화합물의 특성을 측정할 때는, 이 화합물(15중량%)을 모액정(85중량%)에 혼합함으로써 측정용의 시료를 조제했다. 측정에 의해 얻어진 값으로부터 외삽법에 의해 화합물의 특성값을 산출했다. (외삽값)={(시료의 측정값)-0.85×(모액정의 측정값)}/0.15. 이 비율로 스멕틱상(또는 결정)이 25℃에서 석출할 때는, 화합물과 모액정의 비율을 10중량%:90중량%, 5중량%:95중량%, 1중량%:99중량%의 순서로 변경했다. 이 외삽법에 의해 화합물에 대한 상한 온도, 광학 이방성, 점도, 및 유전율 이방성의 값을 구했다.
하기 모액정를 사용했다. 성분 화합물의 비율은 중량%로 나타낸다.
Figure pct00031
측정 방법: 특성의 측정은 하기 방법으로 행하였다. 이들 중 대부분은, 사단 법인 전자정보기술산업협회(Japan Electronics and Information Technology Industries Association; JEITA라고 함)에서 심의 제정되는 JEITA 규격(JEITA·ED-2521B)에 기재된 방법, 또는 이것을 변경한 방법이다. 측정에 사용한 TN 소자에는, 박막 트랜지스터(TFT)를 장착하지 않았다.
(1) 네마틱상의 상한 온도(NI; ℃): 편광 현미경을 구비한 융점측정장치의 핫 플레이트(hot plate)에 시료를 두고, 1℃/분의 속도로 가열했다. 시료의 일부가 네마틱상으로부터 등방성(等方性) 액체로 변화되었을 때의 온도를 측정했다. 네마틱상의 상한 온도를 「상한 온도」로 약칭하는 경우가 있다.
(2) 네마틱상의 하한 온도(TC; ℃): 네마틱상을 가지는 시료를 유리병에 넣고, 0℃, -10℃, -20℃, -30℃, 및 -40℃의 프리저(freezer) 중에 10일간 보관한 후, 액정상을 관찰했다. 예를 들면, 시료가 -20℃에서는 네마틱상인 채로이며, -30℃에서는 결정 또는 스멕틱상으로 변화되었을 때, TC를 <-20℃로 기재했다. 네마틱상의 하한 온도를 「하한 온도」로 약칭하는 경우가 있다.
(3) 점도(벌크 점도; η; 20℃에서 측정; mPa·s): 측정 시에는 도쿄계기(東京計器) 주식회사에서 제조한 E형 회전점도계를 사용했다.
(4) 점도(회전 점도; γ1; 25℃에서 측정; mPa·s): 측정은, M. Imai et al., Molecular Crystals and Liquid Crystals, Vol.259, 37(1995)에 기재된 방법을 따라 행하였다. 2장의 유리 기판의 간격(셀 갭)이 20㎛의 VA 소자에 시료를 주입했다. 이 소자에 39볼트∼50볼트의 범위에서 1볼트마다 단계적으로 인가했다. 0.2초의 무인가의 후, 단 1개의 직사각형파(사각 펄스; 0.2초)와 무인가(2초)의 조건으로 인가를 반복하였다. 이 인가에 의해 발생한 과도 전류(transient current)의 피크 전류(peak current)와 피크시간(peak time)을 측정했다. 이 측정값과 M. Imai 등의 논문, 40페이지의 계산식(8)으로부터 회전 점도의 값을 얻었다. 이 계산에 필요한 유전율 이방성은, 측정(6)에 기재된 방법으로 측정했다.
(5) 광학 이방성(굴절율이방성; Δn; 25℃에서 측정): 측정은, 파장 589nm의 광을 사용하여, 접안경에 편광판을 장착한 압베 굴절계에 의해 행하였다. 주프리즘의 표면을 일방향으로 러빙한 후, 시료를 주프리즘에 적하(適下)했다. 굴절율(n∥)은 편광의 방향이 러빙의 방향과 평행일 때 측정했다. 굴절율(n⊥)은 편광의 방향이 러빙의 방향과 수직일 때 측정했다. 광학 이방성의 값은, Δn=n∥-n⊥의 식으로부터 계산했다.
(6) 유전율 이방성(Δε; 25℃에서 측정): 유전율 이방성의 값은, Δε=ε∥-ε⊥의 식으로부터 계산했다. 유전율(ε∥ 및 ε⊥)은 다음과 같이 측정했다.
1) 유전율(ε∥)의 측정: 양호하게 세정한 유리 기판에 옥타데실트리에톡시실란(0.16mL)의 에탄올(20mL) 용액을 도포했다. 유리 기판을 스피너(spinner)로 회전시킨 후, 150℃에서 1시간 가열했다. 2장의 유리 기판의 간격(셀 갭)이 4㎛인 VA 소자에 시료를 넣고, 이 소자를 자외선으로 경화하는 접착제로 밀폐했다. 이 소자에 사인파(0.5V, 1kHz)를 인가하고, 2초 후에 액정 분자의 장축(長軸) 방향에서의 유전율(ε∥)을 측정했다.
2) 유전율(ε⊥)의 측정: 양호하게 세정한 유리 기판에 폴리이미드 용액을 도포했다. 이 유리 기판을 소성(燒成)한 후, 얻어진 배향막에 러빙 처리를 했다. 2장의 유리 기판의 간격(셀 갭)이 9㎛이며, 트위스트 각이 80도인 TN 소자에 시료를 주입했다. 이 소자에 사인파(0.5V, 1kHz)를 인가하고, 2초 후에 액정 분자의 단축(短軸) 방향에서의 유전율(ε⊥)을 측정했다.
(7) 임계값 전압(Vth; 25℃에서 측정; V): 측정 시에는 오쓰카(大塚) 전자주식회사에서 제조한 LCD5100형 휘도계를 사용했다. 광원은 할로겐 램프였다. 2장의 유리 기판의 간격(셀 갭)이 4㎛이며, 러빙 방향이 안티패럴렐인 노멀리 블랙 모드(normally black mode)의 VA 소자에 시료를 넣고, 이 소자를 자외선으로 경화하는 접착제를 사용하여 밀폐했다. 이 소자에 인가하는 전압(60Hz, 직사각형파)은 0V로부터 20V까지 0.02V씩 단계적으로 증가시켰다. 이 때, 소자에 수직 방향으로부터 광을 조사하고, 소자를 투과한 광량을 측정했다. 이 광량이 최대가 되었을 때가 투과율 100%이며, 이 광량이 최소일 때가 투과율 0%인 전압-투과율 곡선을 작성했다. 임계값 전압은 투과율이 10%가 되었을 때의 전압으로 나타낸다.
(8) 전압 유지율 (VHR-1; 25℃에서 측정; %): 측정에 사용한 TN 소자는 폴리이미드 배향막을 가지고, 그리고 2장의 유리 기판의 간격(셀 갭)은 5㎛였다. 이 소자는 시료를 주입한 후 자외선으로 경화하는 접착제로 밀폐했다. 이 TN 소자에 펄스 전압(5V로 60마이크로초)을 인가하여 충전했다. 감쇠하는 전압을 고속전압계로 16.7밀리초 동안 측정하고, 단위 주기에서의 전압 곡선과 가로 축의 사이의 면적 A를 구했다. 면적 B는 감쇠하지 않았을 때의 면적이다. 전압 유지율은 면적 B에 대한 면적 A의 백분율로 나타낸다.
(9) 전압 유지율(VHR-2; 80℃에서 측정; %): 25℃에서 측정하는 대신 80℃에서 측정한 점 이외에는, 상기와 동일한 수순으로 전압 유지율을 측정했다. 얻어진 값을 VHR-2로 나타낸다.
(10) 전압 유지율(VHR-3; 25℃에서 측정; %): 자외선을 조사한 후, 전압 유지율을 측정하고, 자외선에 대한 안정성을 평가했다. 측정에 사용한 TN 소자는 폴리이미드 배향막을 가지고, 그리고 셀 갭은 5㎛였다. 이 소자에 시료를 주입하고, 광을 20분간 조사했다. 광원은 초고압 수은램프 USH-500D(우시오전기 제조)이며, 소자와 광원의 간격은 20cm였다. VHR-3의 측정에서는, 16.7밀리초 동안 감쇠하는 전압을 측정했다. 큰 VHR-3을 가지는 조성물은 자외선에 대하여 큰 안정성을 가진다. VHR-3은 90% 이상이 바람직하고, 95% 이상이 더욱 바람직하다.
(11) 전압 유지율(VHR-4; 25℃에서 측정; %): 시료를 주입한 TN 소자를 80℃의 항온조 내에서 500시간 가열한 후, 전압 유지율을 측정하고, 열에 대한 안정성을 평가했다. VHR-4의 측정에서는, 16.7밀리초 동안 감쇠하는 전압을 측정했다. 큰 VHR-4를 가지는 조성물은 열에 대하여 큰 안정성을 가진다.
(12) 응답 시간(τ; 25℃에서 측정; ms): 측정 시에는 오쓰카(大塚) 전자주식회사에서 제조한 LCD5100형 휘도계를 사용했다. 광원은 할로겐 램프였다. 로패스필터(Low-pass filter)는 5kHz로 설정했다. 2장의 유리 기판의 간격(셀 갭)이 3.5㎛이며, 배향막을 가지고 있지 않은 VA 소자에 시료를 넣었다. 이 소자를 자외선으로 경화하는 접착제로 밀폐했다. 이 소자에, 30V의 전압을 인가하면서 78mW/cm2(405nm)의 자외선을 449초간(35J) 조사했다. 자외선의 조사 시에는, 아이그라픽스 주식회사에서 제조한 자외경화용 멀티메탈램프 M04-L41을 사용했다. 이 소자에 직사각형파(120Hz)를 인가했다. 이 때, 소자에 수직 방향으로부터 광을 조사하고, 소자를 투과한 광량을 측정했다. 이 광량이 최대가 될었을 때가 투과율 100%이며, 이 광량이 최소일 때가 투과율 0%인 것으로 간주했다. 직사각형파의 최대 전압은 투과율이 90%로 되도록 설정했다. 직사각형파의 최저 전압은 투과율이 0%가 되는 2.5V로 설정했다. 응답 시간은 투과율 10%로부터 90%로 변화되는 데 요한 시간(상승 시간; rise time; 밀리초)으로 나타낸다.
(13) 탄성 상수(K11: 스프레이(splay) 탄성 상수, K33: 벤드(bend) 탄성 상수; 25℃에서 측정; pN): 측정 시에는 주식회사 도요테크니카에서 제조한 EC-1형 탄성 상수 측정기를 사용했다. 2장의 유리 기판의 간격(셀 갭)이 20㎛인 수직 배향소자에 시료를 주입했다. 이 소자에 20볼트∼0볼트 전하를 인가하고, 정전 용량 및 인가 전압을 측정했다. 측정한 정전 용량(C)과 인가 전압(V)의 값을 『액정 디바이스 핸드북』(일간공업신문사), 75페이지에 있는 식(2.98), 식(2.101)을 사용하여 피팅하고, 식(2.100)으로부터 탄성 상수의 값을 얻었다.
(14) 비저항(ρ; 25℃에서 측정; Ωcm): 전극을 구비한 용기에 시료 1.0mL를 넣었다. 이 용기에 직류 전압(10V)을 인가하고, 10초 후의 직류 전류를 측정했다. 비저항은 다음의 식으로부터 산출했다. (비저항)={(전압)×(용기의 전기 용량)}/ {(직류 전류)×(진공의 유전율)}.
(15) 프리틸트각(도): 프리틸트각의 측정 시에는, 분광 엘립소미터 M-2000U(J. A. Woollam Co., Inc. 제조)를 사용했다.
(16) 배향 안정성(액정배향축 안정성): 액정 표시 소자의 전극측의 액정배향축의 변화를 평가했다. 스트레스 인가 전의 전극측의 액정배향각도 φ(before)를 측정하고, 그 후, 소자에 직사각형파 4.5V, 60Hz를 20분간 인가한 후, 1초간 쇼트하고, 1초 후 및 5분 후에 다시 전극측의 액정배향각도 φ(after)를 측정했다. 이 값으로부터, 1초 후 및 5분 후의 액정배향각도의 변화 Δφ(deg.)를 하기 식을 사용하여 산출했다.
Δφ(deg.)=φ(after)-φ(before) (식 2)
이들의 측정은 J. Hilfiker, B. Johs, C. Herzinger, J. F. Elman, E. Montbach, D. Bryant, and P. J. Bos, Thin Solid Films, 455-456, (2004) 596-600을 참고하여 행하였다. Δφ가 작은 쪽이 액정배향축의 변화율이 작고, 액정배향축의 안정성이 양호하다고 할 수 있다.
합성예 1
하기 방법에 의해 화합물(4-1)을 합성했다.
Figure pct00032
제1 공정
화합물(T-1)(4.98g), 화합물(T-2)(5.00g), 탄산 칼륨(6.88g), 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0.289g), 및 이소프로판올(IPA; 100ml)을 반응기에 넣고, 80℃에서 2시간, 가열 환류를 행하였다. 반응 혼합물을 물에 쏟아 붓고, 1N 염산을 사용하여 중화한 후, 아세트산 에틸로 추출했다. 함께 한 유기층을 식염수로 세정하고, 무수 황산 마그네슘으로 건조했다. 이 용액을 감압 하에서 농축하고, 잔사를 실리카겔크로마토그래피(톨루엔)으로 정제하여, 화합물(T-3)(6.38g; 99%)을 얻었다.
제2 공정
수소화 붕소 나트륨(1.88g) 및 메탄올(90ml)을 반응기에 넣고, 0℃에서 냉각했다. 거기에 화합물(T-3)(6.38g)의 THF(40ml) 용액을 천천히 적하하고, 실온으로 되돌리면서 8시간 교반하였다. 반응 혼합물을 물에 쏟아 붓고, 수층을 아세트산 에틸로 추출했다. 함께 한 유기층을 물로 세정하고, 무수 황산 마그네슘으로 건조했다. 이 용액을 감압 하에서 농축하고, 잔사를 실리카겔크로마토그래피(체적비, 톨루엔:아세트산 에틸=3:1)로 정제했다. 헵탄과 톨루엔의 혼합 용매(체적비, 1:1)로부터의 재결정에 의해 더욱 정제하여, 화합물(T-4)(5.50g; 85%)을 얻었다.
제3 공정
화합물(T-4)(0.600g), 탄산 칼륨(0.637g), 및 DMF(6ml)를 반응기에 넣고, 80℃에서 1시간 교반했다. 반응 혼합물을 실온에 냉각한 후, 일본공개특허 제2013-177561에 기재된 방법을 따라 합성한 화합물(T-5)(0.983g)의 DMF(6ml) 용액을 천천히 적하하고, 80℃에서 8시간 교반하였다. 반응 혼합물을 물에 쏟아 붓고, 수층을 톨루엔으로 추출했다. 함께 한 유기층을 물로 세정하고, 무수 황산 마그네슘으로 건조했다. 이 용액을 감압 하에서 농축하고, 잔사를 실리카겔 크로마토그래피(체적비, 톨루엔:아세트산 에틸=7:1)로 정제하여, 화합물(4-1)(0.350g; 40%)을 얻었다.
1H-NMR: 화학 시프트 δ(ppm; CDCl3): 7.35-7.29(m, 2H), 7.15-7.10(m, 1H), 7.07-6.94(m, 3H), 6.14(s, 1H), 5.60(s, 1H), 4.71(d, 6.6Hz, 2H), 4.58(t, J=4.5Hz, 2H), 4.32(t, J=4.5Hz, 2H), 2.65-2.58(m, 3H), 1.95(s, 3H), 1.72-1.63(m, 2H), 0.98(t, J=7.5Hz, 3H).
조성물의 실시예를 이하에 나타낸다. 성분 화합물은, 하기 표 3의 정의에 기초하여 기호에 의해 나타낸다. 표 3에 있어서, 1,4-시클로헥실렌에 대한 입체 배치는 트랜스이다. 기호화된 화합물의 뒤에 있는 괄호 내의 번호는 화합물이 속하는 화학식을 나타낸다. (-)의 기호는 그 외의 액정성 화합물을 의미한다. 액정성 화합물의 비율(백분율)은, 첨가물을 포함하지 않는 액정 조성물의 중량을 기준으로 한 중량 백분율(중량%)이다. 마지막으로, 조성물의 특성값을 정리하여 나타내었다.
[표 3] 기호를 사용한 화합물의 표기법
Figure pct00033
소자의 실시예
1. 원료
배향막을 가지고 있지 않은 소자에, 극성 화합물을 첨가한 조성물을 주입했다. 자외선을 조사한 후, 이 소자에서의 액정 분자의 수직 배향을 검토했다. 처음에 원료를 설명한다. 원료는, 조성물(M1)∼조성물(M16), 극성 화합물(PC-1)∼극성 화합물(PC-12), 중합성 화합물(RM-1)∼중합성 화합물(RM-11) 중에서 적절하게 선택했다. 조성물은 하기와 같다.
[조성물 M1]
Figure pct00034
NI=78.4℃; Tc<-20℃; Δn=0.124; Δε=-3.8; Vth=2.20V; η=21.0mPa·s.
[조성물 M2]
Figure pct00035
NI=89.9℃; Tc<-20℃; Δn=0.122; Δε=-4.2; Vth=2.16V; η=23.4mPa·s.
[조성물 M3]
Figure pct00036
NI=77.1℃; Tc<-20℃; Δn=0.101; Δε=-3.0; Vth=2.04V; η=13.9mPa·s.
[조성물 M4]
Figure pct00037
NI=75.9℃; Tc<-20℃; Δn=0.114; Δε=-3.9; Vth=2.20V; η=24.7mPa·s.
[조성물 M5]
Figure pct00038
NI=75.9℃; Tc<-20℃; Δn=0.118; Δε=-4.5; Vth=1.68V; η=28.3mPa·s.
[조성물 M6]
Figure pct00039
NI=95.5℃; Tc<-20℃; Δn=0.099; Δε=-3.2; Vth=2.45V; η=21.7mPa·s.
[조성물 M7]
Figure pct00040
NI=92.0℃; Tc<-20℃; Δn=0.104; Δε=-2.7; Vth=2.44V; η=21.7mPa·s.
[조성물 M8]
Figure pct00041
NI=70.6℃; Tc<-20℃; Δn=0.131; Δε=-4.7; Vth=1.65V; η=27.7mPa·s.
[조성물 M9]
Figure pct00042
NI=88.2℃; Tc<-20℃; Δn=0.122; Δε=-4.1; Vth=2.26V; η=29.7mPa·s.
[조성물 M10]
Figure pct00043
NI=92.3℃; Tc<-20℃; Δn=0.134; Δε=-4.5; Vth=2.25V; η=28.6mPa·s.
[조성물 M11]
Figure pct00044
NI=91.1℃; Tc<-20℃; Δn=0.129; Δε=-4.4; Vth=2.24V; η=26.9mPa·s.
[조성물 M12]
Figure pct00045
NI=71.7℃; Tc<-20℃; Δn=0.099; Δε=-3.1; Vth=2.10V; η=13.5mPa·s.
[조성물 M13]
Figure pct00046
NI=76.4℃; Tc<-20℃; Δn=0.108; Δε=-3.1; Vth=2.18V; η=18.0mPa·s.
[조성물 M14]
Figure pct00047
NI=76.3℃; Tc<-20℃; Δn=0.112; Δε=-3.1; Vth=2.13V; η=16.6mPa·s.
[조성물 M15]
Figure pct00048
NI=73.0℃; Tc<-20℃; Δn=0.124; Δε=-2.0; Vth=2.80V; η=15.5mPa·s.
[조성물 M16]
Figure pct00049
NI=83.4℃; Tc<-20℃; Δn=0.131; Δε=-4.5; Vth=2.20V; η=24.1mPa·s.
제1 첨가물은, 극성 화합물(PC-1)∼극성 화합물(PC-12)이다.
Figure pct00050
Figure pct00051
Figure pct00052
제2 첨가물은, 중합성 화합물(RM-1)∼중합성 화합물(RM-11)이다.
Figure pct00053
Figure pct00054
2. 액정 분자의 수직 배향
실시예 1
조성물(M1)에 극성 화합물(PC-1)을 5중량%의 비율로 첨가했다. 이 혼합물을 100℃의 핫 스테이지 상에서 2장의 유리 기판의 간격(셀 갭)이 4.0㎛이며, 배향막을 가지고 있지 않은 소자에 주입했다. 이 소자에 초고압 수은램프 USH-250-BY(우시오전기 제조)를 사용하여 자외선을 조사(28J)함으로써, 극성 화합물(PC-1)을 중합시켰다. 이 소자를 편광자와 검광자가 직교하여 배치된 편광 현미경에 세팅하고, 아래부터 소자에 광을 조사하고, 광누출의 유무를 관찰했다. 액정 분자가 충분히 배향하고, 광이 소자를 통과하지 않는 경우에는, 수직 배향이 「양호」로 판단했다. 소자를 통과한 광이 관찰된 경우에는, 「불량」으로 표시하였다.
실시예 2∼16 및 비교예 1
실시예에서는, 조성물에 극성 화합물을 첨가하여 조제한 혼합물을 사용하여 배향막을 가지고 있지 않은 소자를 제작했다. 실시예 1과 동일한 방법으로 광누출의 유무를 관찰했다. 결과를 표 4에 정리하여 나타내었다. 실시예 16에서는, 0.5중량%의 비율로 중합성 화합물(PM-1)도 첨가했다. 비교예 1에서는, 비교하기 위하여, 하기 극성 화합물(PC-13)을 선택했다. 이 화합물은, 중합성기를 가지지 않으므로, 화합물(4)과는 상이하다.
Figure pct00055
[표 4] 분자의 수직 배향
Figure pct00056
표 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1∼16에서는, 조성물이나 극성 화합물의 종류를 변경하였지만, 광누출은 관찰되지 않았다. 이 결과는, 소자에 배향막이 없어도 수직 배향은 양호하며, 액정 분자가 안정적으로 배향하고 있는 것을 나타내고 있다. 실시예 16에서는, 중합성 화합물(RM-1)을 더욱 첨가한 바, 동일한 결과를 얻을 수 있었다. 한편, 비교예 1에서는, 광누출이 관찰되었다. 이 결과는, 수직 배향이 양호하지 않은 것을 나타내고 있다. 따라서, 중합성기를 가지는 극성 화합물로부터 생성한 중합체가 액정 분자의 수직 배향에 중요한 역할을 하고 있는 것을 알 수 있다.
[산업상 이용가능성]
본 발명의 액정 조성물은, 배향막을 가지고 있지 않은 소자에 있어서, 액정 분자의 배향을 제어할 수 있다. 이 조성물을 함유하는 액정 표시 소자는, 짧은 응답 시간, 큰 전압 유지율, 낮은 임계값 전압, 큰 콘트라스트비, 긴 수명 등의 특성을 가지므로, 액정 프로젝터, 액정 TV 등에 사용할 수 있다.

Claims (24)

  1. 제1 성분으로서 하기 식(1)으로 표시되는 화합물, 및 제1 첨가물로서 중합성기를 가지는 극성 화합물을 함유하고, 그리고 음(-)의 유전율 이방성을 가지는 액정 조성물:
    Figure pct00057

    상기 식(1)에 있어서, R1은, 탄소수 2∼12의 알케닐, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 2∼12의 알케닐이며; R2는 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 탄소수 2∼12의 알케닐, 또는 탄소수 2∼12의 알케닐옥시이며; 환 A 및 환 C는 독립적으로, 1,4-시클로헥실렌, 1,4-시클로헥세닐렌, 테트라하이드로피란-2,5-디일, 1,4-페닐렌, 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 1,4-페닐렌, 나프탈렌-2,6-디일, 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 나프탈렌-2,6-디일, 크로만-2,6-디일, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 크로만-2,6-디일이며; 환 B는 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌, 2-클로로-3-플루오로-1,4-페닐렌, 2,3-디플루오로-5-메틸-1,4-페닐렌, 3,4,5-트리플루오로나프탈렌-2,6-디일, 또는 7,8-디플루오로크로만-2,6-디일이며; Z1 및 Z2는 독립적으로, 단결합, -CH2CH2-, -CH2O-, -OCH2-, -COO-, 또는 -OCO-이며; a는 1, 2, 또는 3이며, b는 0 또는 1이며, 그리고 a와 b의 합은 3 이하임.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 성분으로서 하기 식(1-1)∼식(1-21)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 화합물을 함유하는, 액정 조성물:
    Figure pct00058

    Figure pct00059

    상기 식(1-1)∼식(1-21)에 있어서, R1은, 탄소수 2∼12의 알케닐, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 2∼12의 알케닐이며; R2는 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 탄소수 2∼12의 알케닐, 또는 탄소수 2∼12의 알케닐옥시임.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    액정 조성물의 중량을 기준으로, 제1 성분의 비율이 5중량%∼85중량%의 범위인, 액정 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 성분으로서 하기 식(2)으로 표시되는 화합물을 함유하는, 액정 조성물:
    Figure pct00060

    상기 식(2)에 있어서, R3 및 R4는 독립적으로, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 탄소수 2∼12의 알케닐, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 2∼12의 알케닐이며; 환 D 및 환 E는 독립적으로, 1,4-시클로헥실렌, 1,4-페닐렌, 2-플루오로-1,4-페닐렌, 또는 2,5-디플루오로-1,4-페닐렌이며; Z3는 단결합, -CH2CH2-, -CH2O-, -OCH2-, -COO-, 또는 -OCO-이며; c는 1, 2, 또는 3임.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 성분으로서 하기 식(2-1)∼식(2-13)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 화합물을 함유하는, 액정 조성물:
    Figure pct00061

    상기 식(2-1)∼식(2-13)에 있어서, R3 및 R4는 독립적으로, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 탄소수 2∼12의 알케닐, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 2∼12의 알케닐임.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    액정 조성물의 중량을 기준으로, 제2 성분의 비율이 5중량%∼65중량%의 범위인, 액정 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    제3 성분으로서 하기 식(3)으로 표시되는 화합물을 함유하는, 액정 조성물:
    Figure pct00062

    상기 식(3)에 있어서, R5 및 R6는 독립적으로, 탄소수 1∼12의 알킬 또는 탄소수 1∼12의 알콕시이며; 환 F 및 환 I는 독립적으로, 1,4-시클로헥실렌, 1,4-시클로헥세닐렌, 테트라하이드로피란-2,5-디일, 1,4-페닐렌, 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 1,4-페닐렌, 나프탈렌-2,6-디일, 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 나프탈렌-2,6-디일, 크로만-2,6-디일, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 크로만-2,6-디일이며; 환 G는 2,3-디플루오로-1,4-페닐렌, 2-클로로-3-플루오로-1,4-페닐렌, 2,3-디플루오로-5-메틸-1,4-페닐렌, 3,4,5-트리플루오로나프탈렌-2,6-디일, 또는 7,8-디플루오로크로만-2,6-디일이며; Z4 및 Z5는 독립적으로, 단결합, -CH2CH2-, -CH2O-, -OCH2-, -COO-, 또는 -OCO-이며; d는 1, 2, 또는 3이며; e는 0 또는 1이며; d와 e의 합은 3 이하임.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    제3 성분으로서 하기 식(3-1)∼식(3-21)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 화합물을 함유하는, 액정 조성물:
    Figure pct00063

    Figure pct00064

    상기 식(3-1)∼식(3-21)에 있어서, R5 및 R6는 독립적으로, 탄소수 1∼12의 알킬 또는 탄소수 1∼12의 알콕시임.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    액정 조성물의 중량을 기준으로, 제3 성분의 비율이 5중량%∼60중량%의 범위인, 액정 조성물.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 첨가물로서 하기 식(4)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 적어도 1개의 극성 화합물을 함유하는, 액정 조성물:
    Figure pct00065

    상기 식(4)에 있어서, R11은 수소, 불소, 염소, 또는 탄소수 1∼25의 알킬이며, 이 알킬에 있어서, 적어도 1개의 -CH2-는, -NR0-, -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -O-CO-O-, 또는 탄소수 3∼8의 시클로알킬렌으로 치환될 수도 있고, 그리고 적어도 1개의 제3급 탄소(>CH-)는 질소(>N-)로 치환될 수도 있고, 이들 기에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소 또는 염소로 치환될 수도 있고, 여기서 R0는, 수소 또는 탄소수 1∼12의 알킬이며; R12는, OH 구조의 산소 원자, SH 구조의 황 원자, 및 제1급, 제2급, 또는 제3급의 아민 구조의 질소 원자 중 적어도 1개를 가지는 극성기이며; 환 L, 환 M, 및 환 N은 독립적으로, 1,4-시클로헥실렌, 1,4-시클로헥세닐렌, 1,4-페닐렌, 나프탈렌-1,2-디일, 나프탈렌-1,3-디일, 나프탈렌-1,4-디일, 나프탈렌-1,5-디일, 나프탈렌-1,6-디일, 나프탈렌-1,7-디일, 나프탈렌-1,8-디일, 나프탈렌-2,3-디일, 나프탈렌-2,6-디일, 나프탈렌-2,7-디일, 테트라하이드로피란-2,5-디일, 1,3-디옥산-2,5-디일, 피리미딘-2,5-디일, 또는 피리딘-2,5-디일이며, 이들 환에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소, 염소, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬로 치환될 수도 있고; Z7 및 Z8은 독립적으로, 단결합 또는 탄소수 1∼10의 알킬렌이며, 이 알킬렌에 있어서, 적어도 1개의 -CH2-는, -O-, -CO-, -COO-, 또는 -OCO-로 치환될 수도 있고, 그리고 적어도 1개의 -CH2CH2-는, -CH=CH-, -C(CH3)=CH-, -CH=C(CH3)-, 또는 -C(CH3)=C(CH3)-로 치환될 수도 있고, 이들 기에 있어서, 적어도 1개의 수소는 불소 또는 염소로 치환될 수도 있고; P1, P2 및 P3는 중합성기이며; Sp1, Sp2, 및 Sp3는 독립적으로, 단결합 또는 탄소수 1∼10의 알킬렌이며, 이 알킬렌에 있어서, 적어도 1개의 -CH2-는, -O-, -COO-, -OCO-, 또는 -OCOO-로 치환될 수도 있고, 그리고 적어도 1개의 -CH2CH2-는, -CH=CH- 또는 -C≡C-로 치환될 수도 있고, 이들 기에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소, 염소, -OCO-CH=CH2, 또는 -OCO-C(CH3)=CH2로 치환될 수도 있고; g 및 h는 독립적으로, 0, 1, 2, 3, 또는 4이며, 그리고 g와 h의 합은 0, 1, 2, 3, 또는 4이며; j 및 o는 독립적으로, 0, 1, 2, 3, 또는 4이며; k는 1, 2, 3, 또는 4임.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 식(4)에 있어서, P1, P2 및 P3가 독립적으로 하기 식(P-1)∼식(P-5)으로 표시되는 기의 군으로부터 선택된 중합성기인, 액정 조성물:
    Figure pct00066

    상기 식(P-1)∼식(P-5)에 있어서, M1, M2 및 M3는 독립적으로, 수소, 불소, 탄소수 1∼5의 알킬, 또는 적어도 1개의 수소가 불소, 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼5의 알킬임.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    제1 첨가물이 하기 식(4-1)∼식(4-15)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 극성 화합물인, 액정 조성물:
    Figure pct00067

    Figure pct00068

    Figure pct00069

    상기 식(4-1)∼식(4-15)에 있어서, R16은 수소, 불소, 염소, 또는 탄소수 1∼25의 알킬이며, 이 알킬에 있어서, 적어도 1개의 -CH2-는, -NR0-, -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -O-CO-O-, 또는 탄소수 3∼8의 시클로알킬렌으로 치환될 수도 있고, 그리고 적어도 1개의 제3급 탄소(>CH-)는 질소(>N-)로 치환될 수도 있고, 이들 기에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소 또는 염소로 치환될 수도 있고, 여기서 R0는 수소 또는 탄소수 1∼12의 알킬이며; Sp2는 단결합 또는 탄소수 1∼10의 알킬렌이며, 이 알킬렌에 있어서, 적어도 1개의 -CH2-는, -O-, -COO-, -OCO-, 또는 -OCOO-로 치환될 수도 있고, 그리고 적어도 1개의 -CH2CH2-는, -CH=CH- 또는 -C≡C-로 치환될 수도 있고, 이들 기에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소, 염소, -OCO-CH=CH2, 또는 -OCO-C(CH3)=CH2로 치환될 수도 있고; Sp8은, 단결합, 탄소수 1∼5의 알킬렌, 또는 1개의 -CH2-가 -O-로 치환된 탄소수 1∼5의 알킬렌이며; L1, L2, L3 및 L4는 독립적으로, 수소, 불소, 메틸, 또는 에틸이며; R17 및 R18은 독립적으로, 수소 또는 메틸임.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    액정 조성물의 중량을 기준으로, 제1 첨가물의 비율이 0.05중량%∼10중량%의 범위인, 액정 조성물.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 첨가물로서 하기 식(6)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 중합성 화합물을 함유하는, 액정 조성물:
    Figure pct00070

    상기 식(6)에 있어서, 환 T 및 환 V는 독립적으로, 시클로헥실, 시클로헥세닐, 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 테트라하이드로피란-2-일, 1,3-디옥산-2-일, 피리미딘-2-일, 또는 피리딘-2-일이며, 이들 환에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소, 염소, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬로 치환될 수도 있고; 환 U는, 1,4-시클로헥실렌, 1,4-시클로헥세닐렌, 1,4-페닐렌, 나프탈렌-1,2-디일, 나프탈렌-1,3-디일, 나프탈렌-1,4-디일, 나프탈렌-1,5-디일, 나프탈렌-1,6-디일, 나프탈렌-1,7-디일, 나프탈렌-1,8-디일, 나프탈렌-2,3-디일, 나프탈렌-2,6-디일, 나프탈렌-2,7-디일, 테트라하이드로피란-2,5-디일, 1,3-디옥산-2,5-디일, 피리미딘-2,5-디일, 또는 피리딘-2,5-디일이며, 이들 환에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소, 염소, 탄소수 1∼12의 알킬, 탄소수 1∼12의 알콕시, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼12의 알킬로 치환될 수도 있고; Z12 및 Z13은 독립적으로, 단결합 또는 탄소수 1∼10의 알킬렌이며, 이 알킬렌에 있어서, 적어도 1개의 -CH2-는, -O-, -CO-, -COO-, 또는 -OCO-로 치환될 수도 있고, 그리고 적어도 1개의 -CH2CH2-는, -CH=CH-, -C(CH3)=CH-, -CH=C(CH3)-, 또는 -C(CH3)=C(CH3)-로 치환될 수도 있고, 이들 기에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소 또는 염소로 치환될 수도 있고; P4, P5 및 P6는 중합성기이며; Sp9, Sp10 및 Sp11은 독립적으로, 단결합 또는 탄소수 1∼10의 알킬렌이며, 이 알킬렌에 있어서, 적어도 1개의 -CH2-는, -O-, -COO-, -OCO-, 또는 -OCOO-로 치환될 수도 있고, 그리고 적어도 1개의 -CH2CH2-는, -CH=CH- 또는 -C≡C-로 치환될 수도 있고, 이들 기에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소 또는 염소로 치환될 수도 있고; t는 0, 1, 또는 2이며; u, v, 및 w는 독립적으로, 0, 1, 2, 3, 또는 4이며, 그리고 u, v 및 w의 합은 1 이상임.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 식(6)에 있어서, P4, P5 및 P6가 독립적으로 하기 식(P-1)∼식(P-5)으로 표시되는 기의 군으로부터 선택된 중합성기인, 액정 조성물:
    Figure pct00071

    상기 식(P-1)∼식(P-5)에 있어서, M1, M2 및 M3는 독립적으로, 수소, 불소, 탄소수 1∼5의 알킬, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼5의 알킬임.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 첨가물로서 하기 식(6-1)∼식(6-28)으로 표시되는 화합물의 군으로부터 선택된 중합성 화합물을 함유하는, 액정 조성물:
    Figure pct00072

    Figure pct00073

    Figure pct00074

    상기 식(6-1)∼식(6-28)에 있어서, P4, P5 및 P6는 독립적으로, 하기 식(P-1)∼식(P-3)으로 표시되는 기의 군으로부터 선택된 중합성기이며,
    Figure pct00075

    여기서 M1, M2 및 M3는 독립적으로, 수소, 불소, 탄소수 1∼5의 알킬, 또는 적어도 1개의 수소가 불소 또는 염소로 치환된 탄소수 1∼5의 알킬이며; Sp9, Sp10 및 Sp11은 독립적으로, 단결합 또는 탄소수 1∼10의 알킬렌이며, 이 알킬렌에 있어서, 적어도 1개의 -CH2-는, -O-, -COO-, -OCO-, 또는 -OCOO-로 치환될 수도 있고, 그리고 적어도 1개의 -CH2CH2-는, -CH=CH- 또는 -C≡C-로 치환될 수도 있고, 이들 기에 있어서, 적어도 1개의 수소는, 불소 또는 염소로 치환될 수도 있음.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    액정 조성물의 중량을 기준으로, 제2 첨가물의 비율이 0.03중량%∼10중량%의 범위인, 액정 조성물.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물을 함유하는 액정 표시 소자.
  19. 제18항에 있어서,
    액정 표시 소자의 동작 모드가, IPS 모드, VA 모드, FFS 모드, 또는 FPA 모드이며, 액정 표시 소자의 구동 방식이 액티브 매트릭스 방식인, 액정 표시 소자.
  20. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물을 함유하고, 이 액정 조성물 중의 제1 첨가물이 중합된, 또는 제1 첨가물 및 제2 첨가물이 중합된, 고분자 지지 배향형의 액정 표시 소자.
  21. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물을 함유하고, 이 액정 조성물 중의 제1 첨가물이 중합된, 또는 제1 첨가물 및 제2 첨가물이 중합된, 배향막을 가지고 있지 않은 액정 표시 소자.
  22. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물의, 액정 표시 소자에서의 사용.
  23. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물의, 고분자 지지 배향형의 액정 표시 소자에서의 사용.
  24. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 기재된 액정 조성물의, 배향막을 가지고 있지 않은 액정 표시 소자에서의 사용.
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