KR20170036713A - 바이메소젠성 화합물 및 메소젠성 매질 - Google Patents

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케빈 아들렘
오웨인 리아 패리
레이첼 터핀
하산 아라시
벤자민 스노우
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메르크 파텐트 게엠베하
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Abstract

본 발명은 하기 화학식 I의 바이메소젠성 화합물, 액정 매질에서의 하기 화학식 I의 바이메소젠성의 화합물의 용도, 및 특히 본 발명에 따른 액정 매질을 포함하는 플렉소일렉트릭 액정 장치에 관한 것이다:
Figure pct00122

상기 식에서,
R11, R12, MG11, MG12, X11, X12 및 Sp1은 청구범위 제1항에 제시된 의미를 갖는다.

Description

바이메소젠성 화합물 및 메소젠성 매질{BIMESOGENIC COMPOUNDS AND MESOGENIC MEDIA}
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 장치에 관한 것이다:
Figure pct00001
상기 식에서,
R11, R12, MG11, MG12, X11, X12 및 Sp1은 본원에서 후술되는 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 메소상(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.
1,1-다이페닐에틸렌 및 나프탈렌의 유도체가 문헌[Ashley, J.N., Grove, J.F., and Henshall, T., "Attempts to find new Chemotherapeutic Amides. Part IX. Derivatives of 1　:　1-Diphenyl-ethylene and Naphthalene," Journal of the Chemical Society, (1948), pages 261-264]에 개시되어 있다.
이미 GB 2356629는 바이메소젠성 화합물 및 플렉소일렉트릭 장치에서의 이의 용도를 개시하였다.
신규의 네마틱 상을 보이는 알킬 쇄에 의해 연결된 이량체 물질은 문헌[Tamba, M.-G., Lewis, R.A., Kohlmeier, A., and Mehl, G.H., in "Nematic - nematic phase transitions in liquid crystal dimmers with a negative dielectric anisotropy" poster presentation at the ILCC 2010] 및 [Tamba, M.-G., Kohlmeier, A., Lewis, R.A., and Mehl, G.H., in "Nematic - nematic phase transitions in dimmers, the results of calorimetric, optical and structural investigations" poster presentation at the ILCC 2010]에 개시되어 있다.
WO 2013/004333도 또한 제 2 네마틱 상을 보이는 알킬렌 스페이서를 포함하는 바이메소젠성 물질을 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 "콜레스테릭"은 본원에서 달리 명시적으로 언급하지 않는 한 동의어로 사용된다. 키랄 물질에 의해 유도된 피치(P0)는 사용된 키랄 물질의 농도(c)에 반비례하는 제1 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. 다른 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 제1 근사치로 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 사용되되, 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]
Figure pct00002
상기 식에서,
P0는 콜레스테릭 액정의 비교란(undisturbed) 피치이고;
Figure pct00003
는 스플레이 플렉소일렉트릭 계수(e스플레이)와 벤드 플렉소일렉트릭 계수(e벤드)의 평균[
Figure pct00004
=1/2(e스플레이+e벤드)]이고;
E는 전계 강도이고;
K는 스플레이 탄성 상수(k11)와 벤드 탄성 상수(k33)의 평균[K=1/2(k11+k33)]이고;
는 플렉소-탄성 비라 한다.
상기 회전 각은 플렉소일렉트릭 스위칭 장치의 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 점도 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;
ε0은 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 메소상을 형성할 수 있다. 특히, 화학식 I의 화합물은, 네마틱 액정 매질에 첨가되는 경우, 제2 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. 이때, 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 해당 화합물의 첨가시 호스트 매질의 각각의 값의 변화로부터 결정한다. 이들 값을 100% 해당 화합물의 농도로 외삽한다. 호스트 혼합물은 문헌[H.J. Coles et al., J. Appl. Phys. 2006, 99, 034104]에 개시되어 있으며, 표 1에 제시된 조성을 갖는다.
[표 1]
Figure pct00006
상기에 언급한 매개 변수 외에, 매질은 적당히 넓은 네마틱 상 범위, 다소 작은 회전 점도 및 적어도 적당히 높은 비저항을 나타내야 한다.
플렉소일렉트릭 장치에 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 장치에서 바이메소젠성 화합물의 용도를 제안하고 있다. 이때 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 장치를 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 다른 목적은 하기 상세한 설명으로부터 당업자에게 자명하다.
본 발명자들은 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:
Figure pct00007
상기 식에서,
R11 및 R12는 각각 독립적으로 H, 할로겐, 바람직하게는 F 또는 Cl, CN, NO2, 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 기는, 각각의 경우 서로 독립적으로, O 원자가 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 있다], 바람직하게는 극성 기, 더욱 바람직하게는 F, Cl, CN, OCF3 또는 CF3이고;
MG11 및 MG12는 각각 독립적으로 메소젠성 기이되,
MG11 및 MG12 중 하나 이상은 메소젠성 기이고, 이때 MG11 또는 MG12는 7 내지 23개의 탄소 원자로 이루어진 지환족, 방향족 및 축합형 기로부터 선택되는 하나 이상의 융합 고리 기를 함유하고, 이때 1 또는 2개의 비-인접 CH 기는 각각 N-원자로 대체될 수 있고/있거나, 1 또는 2개의 비-인접 CH2 기는 서로 독립적으로 O- 또는 S-원자로 대체될 수 있고, 임의적으로, 하나 이상의 할로겐 원자, 바람직하게는 F 및/또는 Cl, 및/또는 각각 독립적으로 1 내지 9개의 C 원자를 갖는 하나 이상의 알킬 기(들), 바람직하게는 1 내지 9개의 C 원자를 갖는 하나의 알킬 기 및/또는 각각 독립적으로 1 내지 9개의 C 원자를 갖는 하나 이상의 알콕시 기(들)로 치환되고, 상기 메소젠성 기는 또한, 1,4-페닐렌(이때 하나 이상의 CH 기는 N으로 대체될 수 있음), 트랜스-1,4-사이클로-헥실렌(이때 1 또는 2개의 비-인접 CH2 기는 O 및/또는 S로 대체될 수 있음), 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 및 다이스피로[3.1.3.1] 데칸-2,8-다이일로부터 선택되는 0 내지 3개, 바람직하게는 0, 1 또는 2개, 더욱 바람직하게는 0 또는 1개의 6-원 고리를 또한 함유할 수 있고, 이때 이들 기는 모두 F, Cl, CN, 또는 바람직하게는 1 내지 15, 바람직하게는 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 알킬, 알켄일, 알콕시, 알켄일옥시, 알킬카본일 또는 알콕시카본일 기, 바람직하게는 알킬, 알콕시, 알켄일, 알킬카본일 또는 알콕시카본일 기로 일-, 이-, 삼- 또는 사치환되거나 비치환될 수 있고, 하나 이상의 H 원자는 F 또는 Cl로 치환될 수 있고;
Sp1은 1, 3 또는 5 내지 40개의 C 원자를 포함하는 스페이서 기이고, 이때 하나 이상의 비인접 및 비말단 CH2 기는 또한, 2개의 O 원자가 서로 인접하지 않고, 2개의 -CH=CH- 기가 서로 인접하지 않고, -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)이고, 이때 n은 정수, 바람직하게는 3 내지 19, 더욱 바람직하게는 3 내지 11, 가장 바람직하게는 홀의 정수(즉, 3, 5, 7, 9 또는 11)이고;
X11 및 X12는 서로 독립적으로 -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -O-, -CH=CH-, -C≡C-, -CO-S-, -S-CO-, -CS-S-, -S-, -CF2-, -CF2-O-, -O-CF2- 및 단일 결합으로부터 선택되는 연결기, 바람직하게는 -CO-O-, -O-CO- 또는 단일 결합, 가장 바람직하게는 단일 결합이되, 단
-X11-Sp1-X12-에서, 2개의 O 원자가 서로 인접하지 않고, 2개의 -CH=CH- 기가 서로 인접하지 않고, -O-CO-, -S-CO-, -O-CO-O-, -CO-S-, -CO-O-, -CF2-O-, -O-CF2- 및 -CH=CH-로부터 선택된 2개의 기가 서로 인접하지 않는다.
첫 번째 바람직한 양태에서, X11 및 X12는 서로 상이하고, 그렇지 않으면, 서로 독립적으로 상기 정의된 연결기(바람직하게는, -CO-O-, -O-CO-, -CF2-, -CF2-O-, -O-CF2-, -CH=CH-, -C≡C-, -O-, -S-CO-, -CO-S-, -S- 및 -CO-로부터 선택됨) 또는 단일 결합이고, 바람직하게는 X11은 -CO-O- 또는 -O-이고 X12는 단일 결합이거나, X11은 -CO-O-이고 X12는 -O-이고, 가장 바람직하게는 X11은 -CO-O-이고, X12는 단일 결합이다.
바람직한 양태 중 어느 하나와 동일하거나 상이할 수 있는 더욱 바람직한 양태에서, X12는 X11과 독립적으로 X11에 대해 제공된 의미 중 하나를 갖거나, -CO-O-, -O-CO-, -CH=CH-, -C≡C- 및 -O-로부터 선택된 연결기 또는 단일 결합이다.
바람직한 양태 중 어느 하나와 동일하거나 상이할 수 있는 더욱 바람직한 양태에서, 메소젠성 기 MG11 및 MG12는 서로에 대해 비-대칭이다.
바람직한 화학식 I의 화합물은, MG11 및 MG12가 서로 독립적으로 하기 (부분) 화학식 II의 기인 화합물이다:
Figure pct00008
상기 식에서,
Z11은, 각각의 경우 서로 독립적으로, 단일 결합, 또는 스페이서 기, 바람직하게는 -COO-, -OCO-, -O-CO-O-, -OCH2-, -CH2O-, -OCF2-, -CF2O-, -CH2CH2-, -(CH2)4-, -CF2CF2-, -CH=CH-, -CF=CF-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH- 및 -C≡C-로부터 선택되는 스페이서 기이되, 이들은 임의적으로 F, S 및/또는 Si 중 하나 이상으로 치환되고, 바람직하게는 단일 결합이고;
A11 및 A12 중 하나 이상은, 7 내지 23개의 탄소 원자로 이루어진 지환족, 방향족 및 축합형 기로부터 선택되는 하나 이상의 융합 고리 기이거나 이를 함유하고, 이때 1 또는 2개의 비-인접 CH 기는 각각 N-원자로 대체될 수 있고/있거나, 1 또는 2개의 비-인접 CH2 기는 서로 독립적으로 O- 또는 S-원자로 대체될 수 있고, 임의적으로, 하나 이상의 할로겐 원자, 바람직하게는 F 및/또는 Cl, 및/또는 각각 독립적으로 1 내지 9개의 C 원자를 갖는 하나 이상의 알킬 기(들), 바람직하게는 1 내지 9개의 C 원자를 갖는 하나의 알킬 기로 치환되고,
다른 A11 및 A12는, 각각의 경우 각각 독립적으로, 1,4-페닐렌(이때, 또한, 하나 이상의 CH 기는 N으로 대체될 수 있음), 트랜스-1,4-사이클로-헥실렌(이때, 또한, 1 또는 2개의 비인접 CH2 기는 O 및/또는 S로 대체될 수 있음), 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, 또는 사이클로부탄-1,3-다이일로 대체될 수 있고, 이들 기는 모두 F, Cl, CN, 또는 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 알킬, 알콕시, 알킬카보닐 또는 알콕시카보닐 기로 일-, 이-, 삼- 또는 사치환되거나 비치환될 수 있고, 이때 하나 이상의 H 원자는 F 또는 Cl, 바람직하게는 F, Cl, CH3 또는 CF3으로 치환될 수 있고;
k는 0, 1, 2, 3 또는 4, 바람직하게는 1, 2 또는 3, 가장 바람직하게는 1 또는 2이다.
MG11 및 MG12가 서로 상이한 화학식 I의 화합물이 특히 바람직하다.
바람직하게는, 이러한 융합 고리 기(들)는 서로 독립적으로 하기 부분 화학식의 기로부터 선택된다:
Figure pct00009
Figure pct00010
상기 식에서, 바람직하게는
L은, 각각의 경우 서로 독립적으로, F 또는 Cl, 바람직하게는 F이고;
r은 0, 1, 2 또는 3, 바람직하게는 0, 1 또는 2이고;
i는 0, 1 또는 2, 바람직하게는 0 또는 1이고;
j는 0 또는 1, 바람직하게는 0이다.
6-원 고리만을 포함하는 바람직한 화학식 II의 화합물의 소군(smaller group)은 하기 열거된다. 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.
Figure pct00011
상기 식에서,
Cyc는 1,4-사이클로헥실렌, 바람직하게는 트랜스-1,4-사이클로헥실렌이고;
Phe는 1,4-페닐렌이고;
PheL은 1, 2 또는 3개의 불소 원자; 1 또는 2개의 Cl 원자; 또는 1개의 Cl 원자 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- 및 -CF2O-로부터 선택된다.
하위화학식 II-1, II-4, II-5, II-7 및 II-27의 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 MG11 및 MG12 중 하나 이상, 바람직하게는 이들 둘다는 각각 독립적으로 하기 화학식 IIa 내지 IIn(2개의 화학식 번호 "IIi" 및 "IIl"은 임의의 혼동을 피하기 위해 고의로 생략함) 및 이들의 거울상으로부터 선택된다:
Figure pct00012
Figure pct00013
상기 식에서,
L은, 각각의 경우 서로 독립적으로, F 또는 Cl, 바람직하게는 F이고;
r은, 각각의 경우 서로 독립적으로, 0, 1, 2 또는 3, 바람직하게는 0, 1 또는 2이다.
이들 바람직한 화학식 중 기
Figure pct00014
는 매우 바람직하게는
Figure pct00015
, 또는
Figure pct00016
를 나타내고,
L은, 각각의 경우 서로 독립적으로, F 또는 Cl, 바람직하게는 F이다.
비극성 기를 갖는 화합물의 경우, R11 및 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, 이에 따라, 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- 또는 폴리불화된 알킬 및 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 OC2F5로부터 선택되고, 특히 H, F, Cl, CN, OCH3 및 OCF3으로부터 선택되고, H, F, CN 및 OCF3으로부터 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 1개 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 기이고, 이때 하나 이상의 비인접 및 비말단 CH2 기는 또한, -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.
홀수 개의 C 원자, 바람직하게는 5, 7, 9, 11, 13 또는 15개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬렌인 스페이서 기가 바람직하고, 7, 9 또는 11개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬렌 스페이서가 매우 바람직하다.
본 발명의 다른 양태에서, 스페이스 기는 짝수 개의 C 원자, 바람직하게는 6, 8, 10, 12 및 14개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬렌이다. 이러한 양태는 X11 및 X12 중 하나가 1개의 원자, 즉 -S- 또는 -O-, 또는 3개의 원자, 예컨대 -S-CO-, -S-CO-S- 또는 -S-CS-S-로 이루어지고, 다른 하나가 1 또는 3개의 C 원자로 이루어지지 않은 경우에 특히 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.
메소젠성 기 R11-MG11-X11- 및 R12-MG12-X12-가 서로 상이한 화학식 I의 화합물이 바람직하다. 다른 양태는 화학식 I의 R11-MG11-X11- 및 R12-MG12-X12-가 서로 동일한 화학식 I의 화합물이 바람직하다.
바람직한 화학식 I의 화합물은 하기 화학식들의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure pct00017
Figure pct00018
Figure pct00019
Figure pct00020
Figure pct00021
Figure pct00022
상기 식에서,
제시된 알킬렌 스페이서 (-CH2)n-은 단지 예시적인 것이고, 이때 n은 3 또는 5 내지 15, 바람직하게는 홀의 정수, 더욱 바람직하게는 5, 7 또는 9, 가장 바람직하게는 개별 화학식에서 명시적으로 도시된 바와 같고;
R11 및 R12는 서로 독립적으로 이들 기의 바람직한 의미를 비롯하여 상기한 바와 같고, 바람직하게는 R11은 F 또는 CN이고, 바람직하게는 R12는 OCF3, CF3, F 또는 CN, 더욱 바람직하게는 F 또는 CN, 가장 바람직하게는 CN이고, 이때 L은, 각각의 경우 서로 독립적으로, F, 또는 Cl, 바람직하게는, F 또는 Cl, 가장 바람직하게는 F이다.
특히 바람직한 화합물은 측면 위치에(즉, L로서) 0, 2 또는 4개의 F 원자를 함유하는 상기에 제시된 화학식의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
본 발명의 바람직한 양태에서, 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
Figure pct00023
상기 식에서,
n은 3 내지 15의 정수이고,
개별 단계에서의 조건은 하기와 같다:
a) Pd(PPh3)2Cl2, K3PO4, H2O, 다이옥산,
b) H2, Pd/C, THF,
c) K2CO3, 아세톤, 환류, 및
d) K2CO3, MEK, 80℃.
이 반응식 및 이후의 반응식들에 도시된 모든 페닐렌 및 융합 고리 잔기는 서로 독립적으로, 1, 2 또는 3개, 바람직하게는 0 또는 1개의 F- 또는 Cl-, 바람직하게는 F-원자를 임의적으로 함유할 수 있다.
이 반응식 및 이후의 반응식들에 도시된 융합 고리 잔기는 7 내지 23개의 탄소 원자로 이루어진 지환족, 방향족 및 축합형 기로부터 선택될 수 있고, 이때 1 또는 2개의 비-인접 CH 기는 각각 N-원자로 대체될 수 있고/있거나, 1 또는 2개의 비-인접 CH2 기는 서로 독립적으로 O- 또는 S-원자로 대체될 수 있다.
반응식 II
Figure pct00024
상기 식에서, n은 반응식 I에서 정의된 바와 같고, 개별 단계에서의 조건은 하기와 같다:
a) DCC, DMAP, DCM, 및
b) DCC, DMAP, DCM.
이 반응식 및 이후의 반응식들에 도시된 모든 페닐렌 및 융합 고리 잔기는 서로 독립적으로, 1, 2 또는 3개, 바람직하게는 0 또는 1개의 F- 또는 Cl-, 바람직하게는 F-원자를 임의적으로 함유할 수 있다.
이 반응식 및 이후의 반응식들에 도시된 융합 고리 잔기는 7 내지 23개의 탄소 원자로 이루어진 지환족, 방향족 및 축합형 기로부터 선택될 수 있고, 이때 1 또는 2개의 비-인접 CH 기는 각각 N-원자로 대체될 수 있고/있거나, 1 또는 2개의 비-인접 CH2 기는 서로 독립적으로 O- 또는 S-원자로 대체될 수 있다.
반응식 III
Figure pct00025
상기 식에서, n은 반응식 I에서 정의된 바와 같고, 개별 단계에서의 조건은 하기와 같다:
a) Pd(PPh3)4, NaCO3, H2O, 톨루엔,
b) BBr3, DCM,
c) DCC, DMAP, DCM, 및
d) DCC, DMAP, DCM.
반응식 IV
Figure pct00026
상기 식에서, n은 반응식 I에서 정의된 바와 같고, 개별 단계에서의 조건은 하기와 같다:
a) Pd(PPh3)2Cl2, Cu(I)I, DIPA, THF,
b) H2, Pd/C, THF,
c)Pd(dppf)Cl2, K3PO4, H2O, 다이옥산,
d) NaOH, H2O, 에탄올, 및
e) DCC, DMAP, DCM.
반응식 V
Figure pct00027
상기 식에서, n은 반응식 I에서 정의된 바와 같고, 개별 단계에서의 조건은 하기와 같다:
a) DCC, DMAP, DCM,
b) HCl, THF, 및
c) DCC, DMAP, DCM.
반응식 VI
Figure pct00028
상기 식에서, n은 반응식 I에서 정의된 바와 같고, 개별 단계에서의 조건은 하기와 같다:
a) n-BuLi, 에터, -78℃,
b) Pd(PPh3)2Cl2, Cu(I)I, DIPA, THF, 및
c) H2, Pd/C, THF,
상기 식에서,
제시된 알킬렌 스페이서 (-CH2)n-은 단지 예시적인 것이고, 이의 n은 3 또는 5 내지 15, 바람직하게는 5, 7 또는 9, 또는 그 이상이고;
R은 각각의 경우 독립적으로 R11에 대해 제공된 의미 중 하나를 갖고, 다르게는, 두 번째 경우에, 이들 기의 바람직한 의미를 비롯한, R12에 대해 제공된 부가적인 의미 중 하나를 가질 수 있고;
L은 F 또는 Cl, 바람직하게는 F이되,
연속적인 반응의 조건은 합성 실시예 1에 예시된다.
상기 및 하기의 임의의 반응식에 나타낸 모든 페닐렌 잔기는 서로 독립적으로 1, 2 또는 3개, 바람직하게는 1 또는 2개의 F 원자, 또는 1개의 Cl 원자 또는 1개의 Cl 및 1개의 F 원자를 임의적으로 함유한다.
본 발명의 다른 목적은 액정 매질에서의 화학식 I의 바이메소젠성 화합물의 용도이다.
화학식 I의 화합물은, 네마틱 액정 혼합물에 첨가하는 경우, 네마틱 하부의 상을 제공한다. 본 문맥에서, 바이메소젠성 화합물의 네마틱 액정 혼합물에서의 영향의 제1 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. 제1 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 제2 네마틱 상으로 배정된 신규한 메소상도 보여준다. 이 메소상은 원래의 네마틱 액정 상보다 더 저온에서 존재하고, 본원에 의해 제시되는 고유의 혼합물 개념으로 관찰되었다.
따라서, 본 발명에 따른 화학식 I의 바이메소젠성 화합물은 일반적으로는 이 상을 갖지 않는 네마틱 혼합물에서 제2 네마틱 상을 유도한다. 또한, 화학식 I의 화합물의 양을 다양하게 하는 것은 제2 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 혼합물의 일부 바람직한 양태는 하기에 제시되어 있다.
메소젠성 기 MG11 및 MG12가, 각각의 경우 서로 독립적으로, 1, 2 또는 3개의 6-원 고리, 바람직하게는 2 또는 3개의 6-원 고리를 포함하는 화학식 I의 화합물이 바람직하다.
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 OCF3으로부터 선택된다.
전형적 스페이스 기(Sp1)는, 예컨대 -(CH2)o- 또는 -(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.
화학식 I에서, R11-MG11-X11- 및 R12-MG12-X12-가 동일한 화학식 I의 화합물이 바람직하다.
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 양태에서, 본 발명에 따른 액정 매질은 추가적으로 하나 이상의 하기 화학식 III의 화합물, 예컨대 GB 2 356 629에 공지된 것 또는 그와 유사한 것을 포함한다:
Figure pct00029
상기 식에서,
R31 및 R32는 각각 독립적으로 H, F, Cl, CN, NCS, 또는 비치환되거나 할로겐 또는 CN으로 일치환 또는 다치환될 수 있는 1 내지 25개의 C 원자를 갖는 직쇄 또는 분지형 알킬 기이고, 이때 하나 이상의 비인접 CH2 기는, 각각의 경우 서로 독립적으로, O 원자가 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;
Sp3은 5 내지 40개의 C 원자를 포함하는 스페이서 기이고, 이때 하나 이상의 비인접 CH2 기는 또한 -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 결합이되, 단
화학식 I의 화합물은 제외된다.
메소젠성 기 MG31 및 MG32는 바람직하게는 화학식 II의 군으로부터 선택된다.
R31-MG31-X31- 및 R32-MG32-X32-가 동일한 화학식 III의 화합물이 특히 바람직하다.
본 발명의 다른 바람직한 양태는 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 II로 이루어진 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 및 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 OCF3으로부터 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 기이고, 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-이고, 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.
Sp3이 5 내지 15개의 C 원자를 갖는 알킬렌을 나타내는 본 발명의 화학식 III의 화합물이 특히 바람직하다. 직쇄 알킬렌 기가 특히 바람직하다.
본 발명의 다른 바람직한 양태에서, 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:
Figure pct00030
상기 식에서,
R31 및 R32는 화학식 III에 대해 제시된 의미를 갖고;
Z31 및 Z31 -I은 Z31로 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:
Figure pct00031
Figure pct00032
상기 식에서,
매개 변수는 상기에 정의된 바와 같다.
본 발명의 바람직한 양태에서, 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.
바람직하게는, 전체로서 매질 중 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 액정 상을 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:
Figure pct00033
Figure pct00034
상기 식에서,
E 및 F는 각각 독립적으로 1,4-페닐렌 또는 트랜스-1,4-사이클로헥실렌이고;
v는 0 또는 1이고;
Z0은 -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 시판 중인 R/S-5011, CD-1, R/S-811 및 CB-15(메르크 카게아아(Merck KGaA), 독일 다름스타트 소재)이다.
상기 언급된 키랄 화합물 R/S-5011 및 CD-1, 화학식 IV 및 V의 화합물은 매우 높은 나선형 비틀림력(HTP)을 나타내고, 이에 따라 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 3개, 매우 바람직하게는 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:
Figure pct00035
상기 식에서,
R5는 12개 이하의 C 원자를 갖는 알킬, 알콕시, 알켄일 또는 알켄일옥시이고;
Figure pct00036
는
Figure pct00037
이고;
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:
Figure pct00038
상기 식에서,
R은 상기 R5의 의미 중 하나를 갖고;
L1, L2 및 L3은 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 등명점보다 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, 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 장치, 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 다른 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 당업자에게 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, 이에 따라 전기광학 스위치 또는 액정 디스플레이에 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 양태에 따른 다른 배향 상태 간의 스위칭을, 본 발명의 화학식 I의 화합물의 샘플에 대하여 예시적으로 하기에 자세히 설명한다.
이러한 바람직한 양태에 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 상 전이 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/μm 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:
Figure pct00039
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 전계를 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 < 1×10-10 N, 바람직하게는 < 2×10-11 N 및 플렉소일렉트릭 계수 e > 1×10-11 C/m, 바람직하게는 > 1×10-10 C/m을 나타낸다.
플렉소일렉트릭 장치에 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 제1셀 벽에 인접하거나 제1 기판 위의 메소젠성 기가 호메오트로픽 배향을 나타내고 제2셀 벽에 인접하거나 제2 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 양태에 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 포함하고, 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 양태에서, 러빙은 하나 이상의 러빙 롤러, 예컨대 기판 전체를 브러싱(brushing)하는 고회전 롤러에 의하거나, 2개 이상의 롤러 사이에 기판을 넣음으로써 달성될 수 있고, 이때 각각의 경우 상기 롤러의 적어도 하나 이상은 임의적으로 러빙천으로 덮여 있다. 본 발명의 다른 바람직한 양태에서, 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 양태에서, 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 다른 목적은 화학식 I의 화합물이 네마틱 액정 혼합물에 첨가되는 경우 네마틱 아래의 상을 생성하는 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 화학식 I의 바이메소젠성 화합물은 제2 네마틱 상이 보통 상기 상의 존재를 보이지 않는 네마틱 혼합물에서 유도되도록 한다. 또한, 화학식 I의 화합물의 양을 변화시켜 제2 네마틱의 상 거동이 필요한 온도에 맞게 조절되도록 한다.
이에 대한 실시예가 제공되고 이로부터 수득가능한 혼합물이 플렉소일렉트릭 액정 디스플레이에 특히 유용하다. 따라서, 본 발명의 다른 목적은 제2 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 "포함하고"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 알릴 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 양태에 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 = 제2 네마틱; S 또는 Sm = 스멕틱; Ch = 콜레스테릭; I = 등방성; Tg = 유리 전이. 이들 기호 사이의 숫자는 ℃ 단위의 상 전이 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- 또는 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 요소
Figure pct00040
Figure pct00041
Figure pct00042
[표 B]
연결기
Figure pct00043
[표 C]
말단기
Figure pct00044
Figure pct00045
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 표 D에서, 달리 명백히 정의되지 않는 한, n은 3 및 5내지 15, 바람직하게는 3, 5, 7 및 9로부터 선택된 정수이다.
[표 D]
Figure pct00046
Figure pct00047
Figure pct00048
Figure pct00049
Figure pct00050
Figure pct00051
Figure pct00052
Figure pct00053
Figure pct00054
Figure pct00055
Figure pct00056
Figure pct00057
Figure pct00058
화합물 및 합성 실시예
합성 실시예 1
Figure pct00059
의 제조
관심 화합물을 하기 반응식에 따라 제조하였다.
Figure pct00060
단계 1.1
Figure pct00061
4-벤질옥시-2-플루오로브로모벤젠(219 g, 0.78 mol), 4-플루오로벤젠-보론산(109 g, 0.78 mol), 다이옥산(900 ml), 물(450 ml) 및 칼륨 포스페이트 하이드레이트(180 g, 0.78 mol)를 30 분 동안 초음파욕에 넣었다(이 절차는 본원에서 약어로 "초음파 처리"로 불린다). [1,1-비스(다이페닐포스피노)페로센]-다이클로로팔라듐(II)(6.4 g, 8.8 mmol)을 첨가하고, 혼합물을 환류 하에 4 시간 동안 가열하였다. 혼합물을 냉각시키고, 두 층을 분리시켰다. 수성 층을 톨루엔으로 2회 추출하였다. 유기 상들을 합치고, 진공에서 증발시켰다. 잔류물을, 다이클로로메탄으로 용리하는 실리카 상 진공 플래쉬 크로마토그래피로 정제하였다. 생성물을 백색 고체로서 수득하였다.
단계 1.2
Figure pct00062
4-(벤질옥시)-2-플루오로-1-(4-플루오로페닐)벤젠(195 g, 0.658 mol), 테트라하이드로퓨란(1,500 ml) 및 탄소 상 팔라듐(10%, 20 g)을 30℃에서 4 시간 동안 수소화시켰다. 촉매를 여과시키고, 용매를 진공 하에 제거하여 3-플루오로-4-(4-플루오로페닐)페놀을 수득하였다.
단계 1.3
Figure pct00063
4-시아노나프톨(10.0 g, 59.1 mmol)을 환저 플라스크에서 아세톤(300 ml)에 용해시켰다. 칼륨 카본에이트(16.6 g, 120 mmol)를 교반 하에 첨가하고, 혼합물을 환류 하에 1 시간 동안 가열하였다. 혼합물을 주위 온도(본원에서 약 20℃를 의미하고, 또한 종종 구어체로 "실온"으로도 불림)로 냉각시킨 후, 과량의 1,9-다이브로모노난(120.1 g, 420 mmol)을 첨가하였다. 반응 혼합물을 환류 하에 가열하고, 16 시간 동안 교반하였다. 그 후, 그 용액을 실온으로 냉각시키고, 이어서 진공에서 여과시키고, 아세톤으로 세척하였다. 여액을 진공에서 농축시켜 황색 액체를 수득하였다. 페트롤륨(petroleum) 에터를 첨가하고, 그 용액을 0℃로 냉각시켰다. 백색 고체 침전물을 수집하고, 용리제로서 페트롤륨 에터 중 다이클로로메탄(3:7 비)으로 용리하는 실리카 겔을 통한 컬럼 크로마토그래피로 정제하였다. 생성물을 포함하는 적절한 분획들을 합치고, 용매를 진공 하에 제거하여 생성물을 수득하였다.
단계 1.4
Figure pct00064
6-(9-브로모-노닐옥시)-나프탈렌-2-카보니트릴(7.70 g, 20.57 mmol) 및 3-플루오로-4-(4-플루오로페닐)페놀(4.24 g, 20.57 mmol)을 부탄온(100 ml)을 함유하는 250 ml 3-구 환저 플라스크에 넣었다. 칼륨 카본에이트(30.41 g, 220.00 mmol)를 첨가하였다. 반응 혼합물을 16 시간 동안 80℃의 온도에서 교반하였다. 그 후 혼합물을 주변온도로 냉각시키고, 고체를 여과시켰다. 유기 상을 물(50 ml)로 세척하고, 마그네슘 설페이트 상에서 건조시키고, 감압 하에 증발시켰다. 순수 생성물을 아세토니트릴로부터 결정화시켜 수득하였다.
이 화합물의 물리적 특성은 상기 물질을 바이메소젠성 화합물을 포함하는 혼합물에 대해 특히 USH 및 ULH 모드에서의 사용에 매우 유용하게 한다.
합성 실시예 2
Figure pct00065
의 제조
관심 화합물을 하기 반응식에 따라 제조하였다.
Figure pct00066
단계 2.1
Figure pct00067
데칸다이오산(5.00 g, 24.72 mmol), 다이사이클로헥실카보다이이미드(5.10 g, 24.72 mmol) 및 다이메틸아미노피리딘(301.86 mg, 2.47 mmol)을 주변 온도에서 80 ml 다이클로로메탄을 함유하는 플라스크에 넣었다. 반응 혼합물을 30 분 동안 교반한 후, 2,4'-다이플루오로-바이페닐-4-올(5.10 g, 24.72 mmol)을 첨가하였다. 반응 혼합물을 주변 온도에서 16 시간 동안 교반하였다. 물(50 ml)을 첨가하고, 유기 상을 수성 상으로부터 분리시키고, 마그네슘 설페이트 상에서 건조시키고, 용매를 증발시켰다. 다이클로로메탄:에틸 아세테이트(4:6 비) 실리카 겔 상 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 데칸다이오산 모노-(2,4'-다이플루오로-바이페닐-4-일) 에스터를 수득하였다.
단계 2.2
Figure pct00068
데칸다이오산 모노-(2,4'-다이플루오로-바이페닐-4-일) 에스터(3.00 g, 7.68 mmol), 다이사이클로헥실카보다이이미드(1.59 g, 7.68 mmol) 및 다이메틸아미노피리딘(93.82 mg, 0.77 mmol)을 주변 온도에서 다이클로로메탄(50 ml)을 함유하는 플라스크에 넣었다. 혼합물을 30 분 동안 교반한 후, 6-하이드록시-나프탈렌-2-카보니트릴(1.30 g, 7.68 mmol)을 첨가하였다. 생성된 혼합물을 주변 온도에서 16 시간 동안 교반하였다. 물(20 ml)을 첨가한 후, 유기 상을 분리시키고, 마그네슘 설페이트 상에서 건조시키고, 증발시켰다. 다이클로로메탄:에틸 아세테이트(8:2 비) 실리카 겔 상 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 6-시아노나프탈렌-2-일 3-플루오로-4-(4-플루오로페닐)페닐 데칸다이오에이트(3.20 g)를 백색 고체로서 수득하였다.
합성 실시예 3
Figure pct00069
의 제조
관심 화합물을 하기 반응식에 따라 제조하였다.
Figure pct00070
단계 3.1
Figure pct00071
운데칸다이오산(10.49 g, 48.50 mmol), 다이사이클로헥실카보다이이미드(10.01 g, 48.50 mmol) 및 다이메틸아미노피리딘(592.18 mg, 4.85 mmol)을 주변 온도에서 100 ml 다이클로로메탄을 함유하는 플라스크에 넣었다. 30 분 동안 교반 후 2,4'-다이플루오로-바이페닐-4-올(10.00 g, 48.50 mmol, 1.00 당량)을 첨가하였다. 반응 혼합물을 주변 온도에서 16 시간 동안 교반하였다. 물(50 ml)을 첨가하고, 유기 상을 분리시키고, 마그네슘 설페이트 상에서 건조시키고, 증발시켰다. 다이클로로메탄:에틸 아세테이트(4:6 비) 실리카 겔 상 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 목적 생성물을 생성하였다.
단계 3.2
Figure pct00072
11-[3-플루오로-4-(4-플루오로페닐)페녹시]-11-옥소운데칸산(5.00 g, 12.36 mmol), 다이사이클로헥실카보다이이미드(2.55 g, 12.36 mmol) 및 다이메틸아미노피리딘(150.95 mg, 1.24 mmol, 0.10 당량)을 주변 온도에서 50 ml 다이클로로메탄을 함유하는 플라스크에 넣었다. 반응 혼합물을 30 분 동안 교반한 후, 6-하이드록시-나프탈렌-2-카보니트릴(2.30 g, 13.60 mmol)을 첨가하고, 주변 온도에서 16 시간 동안 교반하였다. 물(20 ml)을 첨가하고, 유기 상을 분리시키고, 마그네슘 설페이트 상에서 건조시키고, 증발시켰다. 조질물을, 용리제로서의 다이클로로메탄 : 페트롤륨 에터(1:1 비)로 용리하는 실리카 겔을 통한 컬럼 크로마토그래피로 정제하였다. 생성물을 함유하는 적절한 분획들을 합치고, 용매를 진공 하에 제거하여 6-시아노나프탈렌-2-일 3-플루오로-4-(4-플루오로페닐)페닐 운데칸다이오에이트(5.70 g)를 수득하였다.
Figure pct00073
합성 실시예 4
Figure pct00074
의 제조
관심 화합물을 하기 반응식에 따라 제조하였다.
Figure pct00075
단계 4.1
Figure pct00076
20 ml 에탄올 중 (4-메톡시페닐)보론산(9.75 g, 64.17 mmol)의 용액을 50 ml 톨루엔 및 나트륨 카본에이트(2 M, 91.57 ml, 183.13 mmol) 중 4-브로모-벤조니트릴(10.00 g, 54.94 mmol), 테트라키스(트라이페닐포스핀)-팔라듐(0)(1.92 g, 1.66 mmol)의 교반 용액에 적가하였다. 혼합물을 3 시간 동안 가열 환류시켰다. 반응 완료 후, 주변 온도로 냉각시켰다. 물(20 ml)을 첨가하고, 유기 상을 분리시키고, 마그네슘 설페이트 상에서 건조시키고, 증발시켰다. 실리카(다이클로로메탄) 상 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 순수 4'-메톡시-바이페닐-4-카보니트릴을 수득하였다.
단계 4.2
Figure pct00077
보론 트라이브로마이드(48.78 ml, 48.78 mmol)의 1.0 M 다이클로로메탄 용액을 -78℃에서 50 ml 무수 다이클로로메탄 중 4'-메톡시-바이페닐-4-카보니트릴(10.00 g, 47.79 mmol)의 용액에 적가하였다. 반응 혼합물을 주변 온도에 도달하게 하고, 16 시간 동안 교반하였다. 반응 혼합물을 0℃로 냉각시키고, 50 ml 물을 첨가하여 켄칭시켰다. 유기 상을 수성 상으로부터 분리시키고, 마그네슘 설페이트 상에서 건조시키고, 증발시켰다. 다이클로로메탄:에틸 아세테이트(8:2 비) 실리카 겔 상 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 순수 4'-하이드록시-바이페닐-4-카보니트릴을 수득하였다.
단계 4.3
Figure pct00078
헵탄다이오산(5.00 g, 31.22 mmol), 다이사이클로헥실카보다이이미드(6.44 g, 31.22 mmol) 및 다이메틸아미노피리딘(381.16 mg, 3.12 mmol)을 주변 온도에서 다이클로로메탄(50 ml)을 함유하는 플라스크에 넣었다. 혼합물을 30 분 동안 교반한 후, 4'-하이드록시-바이페닐-4-카보니트릴(6.09 g, 31.22 mmol)을 첨가하고, 주변 온도에서 16 시간 동안 교반하였다. 물(20 ml)을 첨가하고, 유기 상을 분리시키고, 마그네슘 설페이트 상에서 건조시키고, 증발시켰다. 다이클로로메탄:에틸 아세테이트(6:4) 실리카 겔 상 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 헵탄다이오산 모노-(4'-시아노-바이페닐-4-일) 에스터를 수득하였다.
단계 4.4
Figure pct00079
헵탄다이오산 모노-(4'-시아노-바이페닐-4-일) 에스터(900.00 mg, 2.67 mmol), 다이사이클로헥실카보다이이미드(550 mg, 2.67mmol) 및 다이메틸아미노피리딘(32.57 mg, 0.26 mmol)을 주변 온도에서 다이클로로메탄(20 ml)을 함유하는 플라스크에 넣었다. 혼합물을 30 분 동안 교반한 후, 퀴놀린-6-올(425.96 mg, 2.93 mmol)을 첨가하였다. 반응 혼합물을 주변 온도에서 16 시간 동안 교반하였다. 물(20 ml)을 첨가하고, 유기 상을 분리시키고, 마그네슘 설페이트 상에서 건조시키고, 증발시켰다. 다이클로로메탄:에틸 아세테이트(7:3 비) 실리카 겔 상 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 4-(4-시아노페닐)페닐 퀴놀린-6-일 헵탄다이오에이트를 수득하였다.
합성 실시예 5
Figure pct00080
의 제조
관심 화합물을 하기 반응식에 따라 제조하였다.
Figure pct00081
단계 5.1
Figure pct00082
노난다이오산(8.0 g, 42.50 mmol), 다이사이클로헥실카보다이이미드(8.77 g, 42.5 mmol) 및 다이메틸아미노피리딘(518.96 mg, 4.25 mmol)을 주변 온도에서 50 ml 다이클로로메탄을 함유하는 플라스크에 넣었다. 혼합물을 30 분 동안 교반한 후, 4-플루오로-페놀(4.76 g, 42.50 mmol)을 첨가하였다. 생성된 혼합물을 주변 온도에서 16 시간 동안 교반하였다. 물 20 ml을 첨가하고, 유기 상을 분리시키고, 마그네슘 설페이트 상에서 건조시키고, 증발시켰다. 다이클로로메탄:에틸 아세테이트(1:4 비) 실리카 겔 상 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 9-(4-플루오로페녹시)-9-옥소노난산을 수득하였다.
단계 5.2
Figure pct00083
노난다이오산 모노-(4-플루오로-페닐) 에스터(2.00 g, 7.08 mmol), 다이사이클로헥실카보다이이미드(1.46 g, 7.08 mmol) 및 다이메틸아미노피리딘(86.50 mg, 0.70 mmol)을 주변 온도에서 50 ml 다이클로로메탄을 함유하는 플라스크에 넣었다. 혼합물을 30 분 동안 교반한 후, 퀴놀린-6-올(1.03 g, 7.08 mmol)을 첨가하였다. 반응 혼합물을 주변 온도에서 16 시간 동안 교반하였다. 물(20 ml)을 첨가하고, 유기 상을 분리시키고, 마그네슘 설페이트 상에서 건조시키고, 증발시켰다. 용리제로서 다이클로로메탄:에틸 아세테이트(1:1 비)를 사용하여 실리카 겔 상 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 4-플루오로페닐 퀴놀린-6-일 노난다이오에이트(2.35 g)를 수득하였다.
Figure pct00084
합성 실시예 6
Figure pct00085
의 제조
관심 화합물을 하기 반응식에 따라 제조하였다.
Figure pct00086
단계 6.1
Figure pct00087
메틸 5-헥시노에이트(15.5 g, 122.86 mmol), 4-브로모-3-플루오로요오도벤젠(36.97 g, 122.86 mmol), 다이이소프로필아민(45 ml)을 테트라하이드로퓨란(225 ml)을 함유하는 플라크스에 첨가하였다. 플라스크를 질소로 플러싱(flushing)하고, Pd(Ph3P)2Cl2(330 mg) 및 CuI(165 mg)를 혼합물에 첨가하고, 그 후 이를 30℃로 30 분, 이후 40℃로 1 시간 동안 가온시켰다. 혼합물을 냉각시키고, 고체를 여과시키고, 에틸 아세테이트로 세척하였다. 유기 상을 증발시켰다. 조질물을, 페트롤륨 에터: 다이클로로메탄(2:1 비), 이후 페트롤륨 에터: 다이클로로메탄(1:1 비)으로 용리된 실리카 상 컬럼 크로마토그래피로 정제하였다. 적절한 분획들을 합치고, 농축시켜 생성물을 수득하였다.
단계 6.2
Figure pct00088
탄소 상 백금(2.7 g, 탄소 상 10 %)을 질소 분위기 하에 1리터 3-구 환저 플라스크에 넣었다. 여기에 테트라하이드로퓨란(270 ml) 및 메틸 6-(4-브로모-3-플루오로페닐)헥스-5-시노에이트(26.9 g, 89.9 mmol)를 첨가하였다. 플라스크를 벌룬으로부터의 수소 가스로 2회 플러싱하였다. 그 후 혼합물을 수소 분위기 하에 5 시간 동안 매우 강하게 교반하였다. 혼합물을 셀라이트를 통해 여과시켜 투명 용액을 수득하였다. 이를 감압 하에 농축시켜 생성물을 수득하였다.
단계 6.3
Figure pct00089
질소 분위기 하에, 메틸 6-(4-브로모-3-플루오로페닐)헥산오에이트(26 g, 86.9 mmol), 3,4-다이플루오로벤젠보론산(13.74g, 87mmol), 칼륨 포스페이트(72.7g, 316mmol), 다이옥산(160 ml), 물(80 ml) 및 Pd(dppf)Cl2(615 mg)의 혼합물을 30 분 동안 "초음파처리"한 후, 90℃로 16 시간 동안 가열하였다. 혼합물을 주변 온도로 냉각시켰다. 유기 상을 분리시키고, 마그네슘 설페이트 상에서 건조시키고, 감압 하에 농축시켰다. 조질물을, 페트롤륨 에터: 다이클로로메탄(1:1 비)으로 용리되는 실리카 컬럼 상에서 정제하여 생성물을 투명 오일로서 수득하였다.
단계 6.4
Figure pct00090
메틸 6-[4-(3,4-다이플루오로페닐)-3-플루오로페닐]헥산오에이트(22 g, 65.4 mmol), 나트륨 하이드록사이드(5.23 g, 131 mmol), 에탄올(100 ml) 및 물(100 ml)을 100℃로 2 시간 동안 가열하였다. 그 후 혼합물을 주변 온도로 냉각시켰다. 반응 혼합물의 부피를 감압 하에 1/2로 감소시킨 후, 반응 혼합물을 농축 염산으로써 산성화시켰다. 조질 혼합물을 빙욕에서 냉각시키고, 생성된 고체를 여과시키고, 물로 세척하였다. 에탄올:물(1:1 비)로부터 재결정화시켜 목적 생성물을 수득하였다.
단계 6.5
Figure pct00091
6-[4-(3,4-다이플루오로페닐)-3-플루오로페닐]헥산산(3.00 g, 9.31 mmol), 다이사이클로헥실카보다이이미드(1.92 g, 9.31 mmol) 및 다이메틸아미노피리딘(113.64 mg, 0.93 mmol)을 주변 온도에서 50 ml 다이클로로메탄을 함유하는 플라스크에 넣었다. 혼합물을 30 분 동안 교반한 후, 6-하이드록시-나프탈렌-2-카보니트릴(1.57 g, 9.31 mmol, 1.00 당량)을 첨가하고, 반응 혼합물을 주변 온도에서 16 시간 동안 교반하였다. 그 후, 물(20 ml)을 첨가하고, 유기 상을 수성 상으로부터 분리시키고, 마그네슘 설페이트 상에서 건조시키고, 용매를 증발시켰다. 페트롤륨 에터:다이클로로메탄(1:1 비) 실리카 겔 상 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 6-시아노나프탈렌-2-일 6-[4-(3,4-다이플루오로페닐)-3-플루오로페닐]헥산오에이트를 수득하였다.
합성 실시예 7
Figure pct00092
의 제조
관심 화합물을 하기 반응식에 따라 제조하였다.
Figure pct00093
단계 7.1
Figure pct00094
6-[4-(3,4-다이플루오로페닐)-3-플루오로페닐]헥산산(3.00 g, 9.31 mmol), 다이사이클로헥실카보다이이미드(1.92 g, 9.31 mmol) 및 다이메틸아미노피리딘(113.64 mg, 0.93 mmol)을 주변 온도에서 50 ml 다이클로로메탄을 함유하는 플라스크에 넣었다. 혼합물을 30 분 동안 교반한 후, 퀴놀린-6-올(1.35 g, 9.31 mmol)을 첨가하고, 주변 온도에서 16 시간 동안 교반하였다. 물(20 ml)을 첨가하고, 유기 상을 분리시키고, 마그네슘 설페이트 상에서 건조시키고, 증발시켰다. 다이클로로메탄:에틸 아세테이트(3:1 비) 실리카 겔 상 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 퀴놀린-6-일 6-[4-(3,4-다이플루오로페닐)-3-플루오로페닐]헥산오에이트를 수득하였다.
Figure pct00095
합성 실시예 8
Figure pct00096
의 제조
관심 화합물을 하기 반응식에 따라 제조하였다.
Figure pct00097
단계 8.1
Figure pct00098
6-아세톡시-나프탈렌-2-카복실산 (16.00 g, 69.50 mmol) 및 3,4,5-트라이플루오로-페놀(10.29 g, 69.50 mmol)을 300 ml 다이클로로메탄을 함유하는 플라스크에 넣었다. N, N'-다이이소프로필카보다이이미드(8.77 g, 69.50 mmol) 및 다이메틸아미노피리딘(0.85 g, 6.95 mmol)을 첨가하고, 그 용액을 16 시간 동안 교반하였다. 고체를 여과시키고, 유기 층을 농축시켜 백색 고체를 수득하였다. 페트롤륨 에터:다이클로로메탄(7:3 비) 실리카 겔 상 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 3,4,5-트라이플루오로페닐 6-(아세틸옥시)나프탈렌-2-카복실레이트를 수득하였다.
단계 8.2
Figure pct00099
테트라하이드로퓨란(250 ml) 중 3,4,5-트라이플루오로페닐 6-(아세틸옥시)나프탈렌-2-카복실레이트(19.00 g, 52.74 mmol)를 HCl(5M, 150.00 ml, 3246.58 mmol)로 처리하고, 주변 온도에서 16 시간 동안 교반하였다. 다이에틸 에터(100 ml)을 첨가하고, 유기 상을 수성 상으로부터 분리시키고, 물로 세척하고, 마그네슘 설페이트 상에서 건조시키고, 용매를 증발시켰다. 아세토니트릴로부터 재결정화시켜 3,4,5-트라이플루오로페닐 6-하이드록시나프탈렌-2-카복실레이트를 수득하였다.
단계 8.3
Figure pct00100
3,4,5-트라이플루오로페닐 6-하이드록시나프탈렌-2-카복실레이트(5.96 g, 18.73 mmol), 및 피멜산(1.50 g, 9.37 mmol)을 100 ml 다이클로로메탄을 함유하는 플라스크에 첨가하였다. 다이사이클로헥실카보다이이미드(2.55 g, 12.36 mmol) 및 다이메틸아미노피리딘(340 mg, 2.81 mmol)을 첨가하고, 주변 온도에서 16 시간 동안 교반하였다. 물(50 ml)을 첨가하고, 유기 상을 분리시키고, 마그네슘 설페이트 상에서 건조시키고, 증발시켰다. 다이클로로메탄:에틸 아세테이트(4:1 비) 실리카 겔 상 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 비스[6-(3,4,5-트라이플루오로페녹시카본일)나프탈렌-2-일] 헵탄다이오에이트를 수득하였다.
합성 실시예 9
Figure pct00101
의 제조
관심 화합물을 하기 반응식에 따라 제조하였다.
Figure pct00102
단계 9.1
Figure pct00103
n-부틸리튬 용액(헥산 중 1.6 M, 115.00 ml, 195.51 mmol)을 -78℃에서 300 ml 에터 중 2-브로모-6-플루오로-나프탈렌(20.00 g, 88.87 mmol)의 용액에 첨가하였다. 혼합물을 -78℃에서 1 시간 동안 교반하고, 에터(100 ml) 중 요오드(27.07 g, 106.64 mmol)의 용액을 캐뉼라를 통해 첨가하였다. 혼합물을 주변 온도로 약 1 시간에 걸쳐 가온시키고, 포화 암모늄 클로라이드 수용액으로 켄칭시키고, 포화 수성 나트륨 티오설페이트로 세척하고, 물 및 염수로 세척하고, 마그네슘 설페이트 상에서 건조시키고, 감압 하에 농축시켰다. 잔류물을, 페트롤륨 에터를 사용하여 플래쉬 크로마토그래피로 정제하여 2-플루오로-6-요오도-나프탈렌을 수득하였다.
단계 9.2
Figure pct00104
헵타-1,6-다이인(3.73 ml, 32.56 mmol)을 30 ml 테트라하이드로퓨란을 함유하는 플라스크에 첨가하고, 이어서 비스 트라이페닐포스핀 다이클로로 팔라듐(87.09 mg, 0.12 mmol), 구리 요오다이드(18.58 mg, 0.10 mmol) 및 다이이소프로필아민(12.00 ml, 85.62 mmol)을 첨가하였다. 플라스크를 질소로 퍼지하였다. 2-플루오로-6-요오도-나프탈렌(18.60 g, 68.38 mmol). 반응 혼합물을 주변 온도에서 3 시간 동안 교반하였다. 고체를 여과시키고, 다이클로로메탄으로 전체적으로 세척하였다. 유기 상을 증발시켰다. 조질물을, 페트롤륨 에터로 용리되는 실리카 상 컬럼 크로마토그래피로 정제하였다. 적절한 분획들을 합치고, 농축시켜 2-플루오로-6-[7-(6-플루오로나프탈렌-2-일)헵타-1,6-다이인-1-일]나프탈렌(11.63 g)을 수득하였다.
단계 9.3
Figure pct00105
탄소 상 백금(775 mg, 탄소 상 10 %)을 250 ml 테트라하이드로퓨란을 함유하는 플라스크에 첨가하였다. 여기에 2-플루오로-6-[7-(6-플루오로나프탈렌-2-일)헵타-1,6-다이인-1-일]나프탈렌(10.0 g, 26.29 mmol)을 첨가하였다. 벌룬으로부터의 수소 가스로 플라스크를 2회 플러싱하였다. 그 후 혼합물을 5 시간 동안 수소 분위기 하에 매우 강하게 교반하였다. 혼합물을 셀라이트를 통해 여과시켜 투명 용액을 수득하였다. 이를 감압 하에 농축시켜 생성물을 수득하였다.
화합물 실시예 10 이상
Figure pct00106
Figure pct00107
Figure pct00108
Figure pct00109
Figure pct00110
Figure pct00111
보다 통상적인 공지된 바이메소젠성 화합물, 예를 들어 하기 표에 나타낸 것과 비교하여 상기 표의 물질은 일반적으로 스크리닝 혼합물에서 증가된 성능을 나타냈다.
비교 화합물 실시예 1
Figure pct00112
용도 실시예 , 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 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 전계 하에 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 응답을 둘다 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]
Figure pct00113
상기 식에서,
Figure pct00114
는 원래 위치(즉 E = 0인 경우)로부터 광 축 경사이고;
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. 선택적 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.
호스트 혼합물 H-0
호스트 혼합물 H-0를 제조하고 조사하였다.
Figure pct00115
비교 혼합물 실시예 : 혼합물 C-1
Figure pct00116
이 혼합물(C-1)을 제조 및 조사하였다. 이는 USH-모드에 매우 적합하였다. 이는 35℃에서 301 nm의 콜레스테릭 피치를 갖는다. 이 혼합물의 e/K는 1.90 C·m-1N-1이고, 이는 34.8℃의 온도에서 1.90　V-1에 상응한다.
혼합물 실시예 1: 혼합물 M-1
Figure pct00117
이 혼합물(M-1)을 제조 및 조사하였다. 이는 USH-모드 및 특히 ULH 모드에 매우 적합하였다. 이는 44℃에서 360 nm의 콜레스테릭 피치를 갖는다. 이 혼합물의 e/K는 44℃의 온도에서 2.03 C·m-1N-1이다.
혼합물 실시예 2: 혼합물 M-2
하기 혼합물(혼합물 M-2)을 제조 및 조사하였다.
Figure pct00118
이 혼합물(M-2)을 제조 및 조사하였다. 이는 USH-모드 및 특히 ULH 모드에 매우 적합하였다. 이는 44℃에서 303 nm의 콜레스테릭 피치를 갖는다. 이 혼합물의 e/K는 44℃의 온도에서 1.96 C·m-1N-1이다.
혼합물 실시예 3: 혼합물 M 0 -3
Figure pct00119
이 혼합물(M0-3)을 제조하였다. 혼합물은 98% (질량)의 혼합물 M0-3으로 구성되고, 2　%의 R-5011을 합치고, 그 후 생성된 혼합물(M-3)을 조사하였다. 이 혼합물(M-3)은 USH-모드 및 특히 ULH 모드에 매우 적합하였다. 이는 35℃에서 312 nm의 콜레스테릭 피치를 갖는다. 이 혼합물의 e/K는 35℃의 온도에서 3.05 C·m-1N-1이다.

Claims (11)

  1. 하기 화학식 I의 바이메소젠성 화합물:
    Figure pct00120

    상기 식에서,
    R11 및 R12는 각각 독립적으로 H, 할로겐, CN, NO2, 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 기는, 각각의 경우 서로 독립적으로, O 원자가 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 있다], 바람직하게는 극성 기이고;
    MG11 및 MG12는 각각 독립적으로 메소젠성 기이되,
    MG11 및 MG12 중 하나 이상은 메소젠성 기이고, 이때 MG11 또는 MG12는 7 내지 23개의 탄소 원자로 이루어진 지환족, 방향족 및 축합형 기로부터 선택되는 하나 이상의 융합 고리 기를 함유하고, 이때 1 또는 2개의 비-인접 CH 기는 각각 N-원자로 대체될 수 있고/있거나, 1 또는 2개의 비-인접 CH2 기는 서로 독립적으로 O- 또는 S-원자로 대체될 수 있고, 임의적으로, 하나 이상의 할로겐 원자, 바람직하게는 F 및/또는 Cl, 및/또는 각각 독립적으로 1 내지 9개의 C 원자를 갖는 하나 이상의 알킬 기(들), 바람직하게는 1 내지 9개의 C 원자를 갖는 하나의 알킬 기 및/또는 각각 독립적으로 1 내지 9개의 C 원자를 갖는 하나 이상의 알콕시 기(들)로 치환되고, 상기 메소젠성 기는 또한, 1,4-페닐렌(이때 하나 이상의 CH 기는 N으로 대체될 수 있음), 트랜스-1,4-사이클로-헥실렌(이때 1 또는 2개의 비-인접 CH2 기는 O 및/또는 S로 대체될 수 있음), 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 및 다이스피로[3.1.3.1] 데칸-2,8-다이일로부터 선택되는 0 내지 3개의 6-원 고리를 함유할 수 있고, 이때 이들 기는 모두 F, Cl, CN, 또는 알킬, 알켄일, 알콕시, 알켄일옥시, 알킬카본일 또는 알콕시카본일 기, 바람직하게는 알킬, 알콕시, 알킬카본일 또는 알콕시카본일 기로 일-, 이-, 삼- 또는 사치환되거나 비치환될 수 있고, 하나 이상의 H 원자는 F 또는 Cl로 치환될 수 있고;
    Sp1은 1, 3 또는 5 내지 40개의 C 원자를 포함하는 스페이서 기이고[이때 하나 이상의 비인접 및 비말단 CH2 기는 또한, 2개의 O 원자가 서로 인접하지 않고, 2개의 -CH=CH- 기가 서로 인접하지 않고, -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 있다], 바람직하게는 -(CH2)n-(즉, n개의 C 원자를 갖는 1,n-알킬렌)이고, 이때 n은 정수이고;
    X11 및 X12는 서로 독립적으로 -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -O-, -CH=CH-, -C≡C-, -CO-S-, -S-CO-, -CS-S-, -S-, -CF2-, -CF2-O-, -O-CF2- 및 단일 결합으로부터 선택되는 연결기이되, 단
    -X11-Sp1-X12-에서, 2개의 O 원자가 서로 인접하지 않고, 2개의 -CH=CH- 기가 서로 인접하지 않고, -O-CO-, -S-CO-, -O-CO-O-, -CO-S-, -CO-O-, -CF2-O-, -O-CF2- 및 -CH=CH-로부터 선택된 2개의 기가 서로 인접하지 않는다.
  2. 제1항에 있어서,
    MG11 및 MG12 중 하나 이상이 1개의 융합 고리 구조, 또는 2개 이상의 융합 고리 구조들을 포함하되, 이들 융합 고리 구조 또는 융합 고리 구조들 중 적어도 일부는 방향족 특성을 갖는, 바이메소젠성 화합물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    MG11 및 MG12가 둘다, 바람직하게는 -CO-O-, -O-CO-, -O-CH2-, -CH2-O-, -CF2-O-, -O-CF2-, -C≡C-, -CH2=CH2-, -CF2=CF2- 및 -CHF=CHF-로부터 선택되는 1, 2 또는 3 원자 스페이서(spacer)로 연결되는, 1 또는 2개 이상의 고리 구조를 포함하는, 바이메소젠성 화합물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    R12가 OCF3, CF3, F, Cl CN 및 NO2로부터 선택되는, 바이메소젠성 화합물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    Sp1이 -(CH2)o-이고, o가 1, 3 또는 5 내지 15의 정수인, 바이메소젠성 화합물.
  6. 하나 이상의 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 바이메소젠성 화합물의 액정 매질에서의 용도.
  7. 하나 이상의 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 바이메소젠성 화합물을 포함하는 액정 매질.
  8. 제7항에 있어서,
    하기 화학식 III의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 추가로 포함하는 액정 매질:
    Figure pct00121

    상기 식에서,
    R31및 R32는 각각 독립적으로 H, F, Cl, CN, NCS, 또는 비치환되거나 할로겐 또는 CN으로 일치환 또는 다치환될 수 있는 1 내지 25개의 C 원자를 갖는 직쇄 또는 분지형 알킬 기이고, 이때 하나 이상의 비인접 CH2 기는, 각각의 경우 서로 독립적으로, 산소 원자가 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;
    Sp3은 5 내지 40개의 C 원자를 포함하는 스페이서 기이고, 이때 하나 이상의 비인접 CH2 기는 또한 -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 결합이되, 단
    화학식 I의 화합물은 제외된다.
  9. 제7항 또는 제8항에 따른 액정 매질의 액정 장치에서의 용도.
  10. 2개 이상의 성분을 포함하는 액정 매질을 포함하되, 상기 성분 중 하나 이상이 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 바이메소젠성 화합물인, 액정 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    플렉소일렉트릭 장치인 액정 장치.
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