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KR102202251B1 - 액정 화합물, 액정 조성물 및 이를 포함하는 액정 표시 장치 - Google Patents

액정 화합물, 액정 조성물 및 이를 포함하는 액정 표시 장치 Download PDF

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KR102202251B1
KR102202251B1 KR1020150076400A KR20150076400A KR102202251B1 KR 102202251 B1 KR102202251 B1 KR 102202251B1 KR 1020150076400 A KR1020150076400 A KR 1020150076400A KR 20150076400 A KR20150076400 A KR 20150076400A KR 102202251 B1 KR102202251 B1 KR 102202251B1
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KR
South Korea
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liquid crystal
radical
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carbon atoms
radicals
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Application number
KR1020150076400A
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English (en)
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KR20160140152A (ko
Inventor
김영국
김봉희
이선희
이미경
김병욱
조태표
티엔후이치앙
자오리롱
Original Assignee
베이징 바이 스페이스 엘시디 테크놀로지 컴퍼니 리미티드
주식회사 동진쎄미켐
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Publication date
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Priority to TW105116550A priority patent/TW201641675A/zh
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Abstract

발명의 일 구현예에 따른 액정 화합물은 우수한 저온 안정성을 나타내며, 고유전율 및/또는 고굴절율의 액정 조성물을 제공할 수 있다. 또한, 높은 비저항을 통해 다양한 액정표시장치, 예를 들면, TN, STN, IPS, FFS, PLS, AH-IPS, ADS 및 PSA 모드의 액정표시장치에 최적화된 액정 조성물을 보다 용이하게 제공할 수 있다.

Description

액정 화합물, 액정 조성물 및 이를 포함하는 액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL COMPOUND, LIQUID CRYSTAL COMPOSITION AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY COMPRISING THE SAME}
본 발명은 고유전율 이방성 및 저온 안정성을 동시에 나타내는 액정 조성물을 제공할 수 있는 액정 화합물과 이를 포함하는 액정 조성물 및 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치(LCD)는 시계, 전자 계산기를 비롯하여 각종 전기 기기, 측정 기기, 자동차용 패널, 워드 프로세서, 전자 수첩, 프린터, 컴퓨터, 텔레비전 등에 사용되고 있다. 액정 표시 방식에는 대표적으로 TN(Twist nematic), STN(Super-twisted nematic), IPS(In-plane switching), FFS(Fringe field switching) 및 VA(Virtical alignment) 등이 있다.
이러한 액정 표시 장치에 사용되는 단일 액정 화합물은 약 200 내지 600g/mol의 분자량과 막대 모양의 분자 구조를 가진다. 통상 액정 화합물의 분자 구조는 직진성을 유지하는 중심그룹(core group)과 유연성을 가지는 말단그룹(terminal group) 그리고 특정 용도를 위한 연결그룹(linkage group)으로 구분된다. 이중, 말단그룹에 도입되는 치환기의 종류를 조절하여 액정 화합물 및 이를 포함하는 조성물의 물성을 조절할 수 있다. 구체적으로, 한쪽 또는 양쪽 말단에 휘어지기 쉬운 사슬형태의 그룹(알킬, 알콕시 또는 알케닐 그룹 등)을 도입하여 유연성을 확보하거나, 혹은 양쪽 말단 중 어느 한쪽 말단에 극성기(F, CN, OCF3 등)를 도입하여 유전율과 같은 물성을 조절할 수 있다.
상술한 액정 표시 장치에 사용되는 액정 화합물은 저전압 구동 및 고속 응답이 가능하며, 넓은 온도 범위에서 동작 가능할 것이 요구된다. 구체적으로, 넓은 온도 범위에서 안정적으로 구동하기 위하여 액정 재료는 약 -20℃ 이하에서 안정적인 제반 물성을 나타내며(저온 안정성), 높은 투명점을 가질 것이 요구된다. 그리고, 저전압 구동 및 고속 응답을 위하여, 액정 재료는 유전율 이방성의 절대값이 크고, 회전 점도가 작으며, 적절한 탄성 계수(K11, K22, K33 평균값)를 가질 것이 요구된다.
이와 같은 액정 재료의 요구 물성은 1 내지 2 종류의 액정 화합물을 사용하여 만족시키는 것은 불가능하며, 통상적으로 7 내지 20 종류의 액정 화합물을 배합하여 충족시키고 있다.
그러나, 이와 같이 다양한 종류의 단일 액정 화합물이 혼합된 조성물은 저온 환경에 놓이면 상기 조성물에 포함된 단일 액정 화합물 중 보다 높은 녹는점을 가지는 화합물이 재결정화되면서 본래의 기능을 상실하는 문제를 갖는다.
이에 따라, 이러한 재결정화를 피하기 위해, 긴 사슬을 갖는 치환기를 도입하거나 긴 사슬을 갖는 물질을 적절히 배합하는 방법이 소개되었다. 하지만, 굴절률 이방성 또는 유전율 이방성이 높은 단일 액정 화합물의 경우에는 긴 사슬로 인해 탄성 계수와 회전 점도가 열악해지는 결과를 보였고, 이에 따라 액정 표시 장치의 응답 시간이 증가되는 문제를 보였다. 구체적으로, 다음 화학식 Q-1으로 표시되는 액정 화합물은 86℃의 높은 녹는점을 가지나, Q-1의 액정 화합물에 보다 긴 알킬 사슬을 도입한 하기 화학식 Q-2의 액정 화합물은 64℃의 낮은 녹는점을 가진다.
[화학식 Q-1]
Figure 112015052150250-pat00001
[화학식 Q-2]
Figure 112015052150250-pat00002
하지만, 상기 화학식 Q-1의 액정 화합물은 387mPa·s의 회전 점도를 가지는데 반해, 상기 화학식 Q-2의 액정 화합물은 411mPa·s의 회전 점도를 가진다. 이에 따라, 화학식 Q-2의 액정 화합물을 이용할 경우 LCD 패널에서 응답 속도가 증가하는 문제가 초래된다.
따라서, 고유전율 이방성을 요구하는 액정 조성물의 저온 안정성을 향상시키기 위한 기술 개발이 절실한 실정이다.
본 발명은 고유전율 이방성 및 저온 안정성을 동시에 나타내는 액정 조성물을 제공할 수 있는 액정 화합물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 액정 화합물을 포함하는 액정 조성물 및 액정 표시 장치를 제공한다.
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 액정 화합물과 이를 포함하는 액정 조성물 및 액정 표시 장치 등에 대해 설명하기로 한다.
발명의 일 구현예에 따르면, 하기 화학식 1로 표시되는 액정 화합물이 제공된다.
[화학식 1]
Figure 112015052150250-pat00003
상기 화학식 1에서,
R1은 수소 및 탄소수 1 내지 15의 알킬 중 어느 하나의 라디칼이거나, 혹은 상기 라디칼 중 1 내지 3개의 H가 할로겐으로 치환되거나 또는 하나 이상의 -CH2-가 산소 원자들이 직접 연결되지 않도록 -C≡C-, -CF2O-, -CH=CH-, -O-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 대체된 라디칼이고,
X1는 F, Cl, CN, NCS 및 1 내지 3개의 F를 포함하는 탄소수 1 내지 5의 플루오로알킬 중 어느 하나의 라디칼이거나, 혹은 상기 라디칼 중 하나 이상의 -CH2-가 각각 산소 원자로 대체된 라디칼이며,
Y1은 H 또는 F이고,
A1 및 A2 환은 각각 독립적으로 하기 구조의 환 중 어느 하나이며,
Figure 112015052150250-pat00004
Z1은 단일 결합, -CH2CH2-, -CH=CH-, -CH2O-, -OCH2-, -C≡C-, -CH2CF2-, -CHFCHF-, -CF2CH2-, -CH2CHF-, -CHFCH2-, -C2F4-, -COO-, -OCO-, -CF2O- 또는 -OCF2-이고,
n은 0 또는 1이다.
본 발명자들은 상기 화학식 1과 같이 액정 화합물에 메틸기로 치환된 페닐기가 도입되면, 고리(ring) 간의 사이각이 커져 분자 간 응집밀도(packing density)가 감소되고 녹는점이 낮아지는 효과가 있음을 발견하였다. 그리고, 이와 같은 효과로 인해 액정 화합물이 매우 우수한 저온 안정성을 나타낼 수 있음을 발견하였다.
이러한 효과는 특히 화학식 1과 같이 말단 페닐기(가장 오른쪽에 표시된 페닐기)의 3번 위치에 메틸기가 도입된 경우 발현될 수 있다. 만일, 상기 화학식 1에서 말단 페닐기의 3번 위치에 탄소수 2 이상의 치환기가 도입되면 분자 장축 대 단축의 비가 감소하여 투명점의 급격한 저하를 유발하게 된다. 한편, 상기 화학식 1에서 말단 페닐기의 3번 위치에 F가 도입되면 저온 안정성 향상 효과는 발현될 수 있으나, 양의 유전율 이방성이 감소되어 목적하는 고유전율 이방성의 액정 조성물을 제공하기 어렵다.
본 명세서에서 특별한 제한이 없는 한 다음 용어는 하기와 같이 정의될 수 있다.
할로겐(halogen)은 불소(F), 염소(Cl), 브롬(Br) 또는 요오드(I)일 수 있다.
탄소수 1 내지 15의 알킬 라디칼은 직쇄, 분지쇄 또는 고리형 알킬 라디칼일 수 있다. 구체적으로, 탄소수 1 내지 15의 알킬 라디칼은 탄소수 1 내지 10의 직쇄 알킬 라디칼; 탄소수 1 내지 5의 직쇄 알킬 라디칼; 탄소수 3 내지 10의 분지쇄 또는 고리형 알킬 라디칼; 혹은 탄소수 3 내지 5의 분지쇄 또는 고리형 알킬 라디칼일 수 있다. 보다 구체적으로, 탄소수 1 내지 15의 알킬 라디칼은 메틸, 에틸, n-프로필, iso-프로필, n-부틸, iso-부틸, tert-부틸, n-펜틸, iso-펜틸 또는 사이클로헥실 등일 수 있다.
그리고, 탄소수 1 내지 15의 알킬 라디칼은 상기 라디칼의 하나 이상의 -CH2-가 -C≡C-, -CF2O-, -CH=CH-, -O-, -COO-, -OCO- 또는 -OCO-O-로 치환된 라디칼로 대체될 수 있다. 일 예로, 메틸 라디칼은 메틸 라디칼(-CH2-H)의 -CH2-가 -CH=CH-로 치환된 비닐 라디칼(-CH=CH-H)에 의하여 대체될 수 있다. 단, 상기 라디칼 중 하나 이상의 -CH2-는 산소 원자들이 직접 연결되지 않도록 상술한 치환기로 치환될 수 있다.
또한, 탄소수 1 내지 15의 알킬 라디칼은 상기 라디칼의 하나 이상의 H가 할로겐으로 치환된 라디칼로 대체될 수 있다. 일 예로, 메틸 라디칼은 메틸 라디칼(-CH3)의 모든 H가 F로 치환된 퍼플루오로메틸 라디칼(-CF3)로 대체될 수 있다.
단일 결합은 Z1으로 표시되는 부분에 별도의 원자가 존재하지 않는 경우를 의미한다. 일 예로, 화학식 1에서 Z1이 단일 결합이고, n이 0이며, A2 환이 사이클로헥실렌기인 경우 사이클로펜틸기는 사이클로헥실렌에 직접 연결될 수 있다.
상기 화학식 1에서 R1이 탄소수 1 내지 3의 알킬 라디칼이거나, 탄소수 1 내지 15의 알킬 라디칼 중 하나 이상의 -CH2-가 -CH=CH-로 치환된 라디칼일 수 있다. 만일 R1이 탄소수 1 내지 15의 알킬 라디칼 중 하나 이상의 -CH2-가 -CH=CH-로 치환된 라디칼이라면, 회전 점도 감소, 투명점 증가 및 탄성계수의 최적화를 위해 R1의 탄소수가 짝수일 때에는 말단에 이중결합을 도입하는 것이 유리하고, R1의 탄소수가 홀수일 때에는 홀수번째 탄소에 이중결합을 도입하는 것이 유리하다. 일 예로, 탄성계수의 최적화 및 투명점 증가를 위해 R1은 -CH=CH2, -CH2-CH2-CH=CH2, -CH=CH-CH3 또는 -CH2-CH2-CH=CH-CH3일 수 있다. 또한, 화학식 1의 액정 화합물에서 중심그룹의 말단 환은 사이클로펜틸기이므로, R1이 수소인 경우 효과적으로 회전점도를 낮출 수 있다.
상기 화학식 1에서 X1은 극성 라디칼로서, 상술한 치환기 중 어느 하나일 수 있다. 특히, 저점도의 액정 조성물의 제공을 위해, X1은 F, Cl, CF3 또는 OCF3일 수 있다.
상기 화학식 1에서 말단 페닐기의 6번 자리, 즉, Y1은 수소 또는 불소일 수 있으며, 보다 높은 유전율 이방성을 확보하고자 한다면, Y1이 불소인 화합물을 사용할 수 있다.
상기 화학식 1에서 Z1의 구조는 유전율 이방성, 회전점도, 굴절율 이방성 등을 고려하여 선택될 수 있으며, 통상 요구되는 액정 화합물의 제반 물성을 확보하기 위해 단일 결합 또는 -CF2O- 등이 선택될 수 있다.
상기 화학식 1에서 A1 및 A2 환의 구조는 굴절율 이방성 또는 유전율 이방성을 고려하여 선택될 수 있다. 만일 굴절률 이방성이 높은 액정 재료를 제공하고자 한다면 A1 및 A2 환이 1,4-페닐렌기인 액정 화합물이 적절하며, 유전율 이방성이 높은 액정 재료를 제공하고자 한다면 A1 및 A2 환이 F 또는 O가 포함된 환인 액정 화합물이 적절하다.
일 구현예로서, 상기 화학식 1의 화합물은 하기 구조의 액정 화합물 중 어느 하나일 수 있다.
Figure 112015052150250-pat00005
[1-1]
Figure 112015052150250-pat00006
[1-2]
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[1-3]
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[1-4]
Figure 112015052150250-pat00009
[1-5]
Figure 112015052150250-pat00010
[1-6]
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[1-7]
Figure 112015052150250-pat00012
[1-8]
Figure 112015052150250-pat00013
[1-9]
Figure 112015052150250-pat00014
[1-10]
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[1-11]
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[1-12]
Figure 112015052150250-pat00017
[1-13]
Figure 112015052150250-pat00018
[1-14]
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[1-15]
Figure 112015052150250-pat00020
[1-16]
Figure 112015052150250-pat00021
[1-17]
Figure 112015052150250-pat00022
[1-18]
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[1-19]
Figure 112015052150250-pat00024
[1-20]
Figure 112015052150250-pat00025
[1-21]
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[1-22]
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[1-23]
Figure 112015052150250-pat00028
[1-24]
상기 식에서, R1은 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
본 명세서에서 서로 다른 화학식에 기입된 동일 기호는 동종의 치환기를 의미하지 않는다. 예로, 서로 다른 화학식 1-1 내지 1-24에서 동일 기호 'R1'은 동종의 치환기를 의미하지 않으므로, 1-1에서 'R1'이 수소이더라도, 1-2의 'R1'은 메틸일 수 있다. 또한, 본 명세서의 화학식에서 둥근 괄호"( )"는 둥근 괄호 안에 기재된 치환기로 치환될 수 있음을 의미하는 것이다. 보다 구체적으로, -(F)는 그 부위에 수소 또는 불소가 결합될 수 있음을 의미한다.
한편, 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 액정 화합물을 포함하는 액정 조성물이 제공된다. 상기 액정 조성물은 상술한 화학식 1의 액정 화합물을 포함하여 고유전율 이방성을 나타내면서도 우수한 저온 안정성을 나타낼 수 있다.
상기 화학식 1의 액정 화합물은 상기 조성물에 포함되는 전체 액정 화합물 100 중량부에 대해 1 내지 50 중량부로 포함되어 상술한 효과를 발현할 수 있다.
한편, 상기 액정 조성물에서, 상기 화학식 1의 액정 화합물은 상기 조성물이 적용되는 액정 패널의 특성에 맞게 알려진 다양한 액정 화합물과 조합될 수 있다.
일 예로, 상기 액정 조성물은 모체 제1성분으로 하기 화학식 2로 표시되는 저점성 액정 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식2]
Figure 112015052150250-pat00029
상기 화학식 2에서,
R21 및 R22는 각각 독립적으로 수소 및 탄소수 1 내지 15의 알킬 중 어느 하나의 라디칼이거나, 혹은 상기 라디칼 중 1 내지 3개의 H가 할로겐으로 치환되거나 또는 하나 이상의 -CH2-가 산소 원자들이 직접 연결되지 않도록 -C≡C-, -CF2O-, -CH=CH-, -O-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 대체된 라디칼이고,
A3 및 A4환은 각각 독립적으로 1,4-시클로헥실렌기 또는 1,4-페닐렌기이다.
이러한 화학식 2의 화합물로는 높은 비저항을 유지하면서, 투명점, 회전점도, 굴절률 이방성, 유전율 이방성을 유리하게 조절할 수 있도록 하기 구조의 액정 화합물 중 선택되는 화합물을 사용할 수 있다.
Figure 112015052150250-pat00030
[2-1]
Figure 112015052150250-pat00031
[2-2]
Figure 112015052150250-pat00032
[2-3]
Figure 112015052150250-pat00033
[2-4]
상기 식들에서, R21 및 R22는 화학식 2에서 정의한 바와 동일하다.
한편, 상기 액정 조성물은 모체 제2성분으로 하기 화학식 3으로 표시되는 고온 액정 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식3]
Figure 112015052150250-pat00034
상기 화학식 3에서,
R31 및 R32는 각각 독립적으로 수소 및 탄소수 1 내지 15의 알킬 중 어느 하나의 라디칼이거나, 혹은 상기 라디칼 중 1 내지 3개의 H가 할로겐으로 치환되거나 또는 하나 이상의 -CH2-가 산소 원자들이 직접 연결되지 않도록 -C≡C-, -CF2O-, -CH=CH-, -O-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 대체된 라디칼이고,
A5 및 A7환은 각각 독립적으로 1,4-시클로헥실렌기 또는 1,4-페닐렌기이며,
A6환은 1,4-시클로헥실렌기, 1,4-페닐렌기, 2-플루오르-1,4-페닐렌기, 3-플루오르-1,4-페닐렌 또는 2,3-디플루오르-1,4-페닐렌기이고,
o는 1 또는 2이다.
이러한 화학식 3의 화합물로는 높은 비저항을 유지하면서, 투명점, 회전점도, 굴절률 이방성, 유전율 이방성을 유리하게 조절할 수 있도록 하기 구조의 액정 화합물 중 선택되는 화합물을 사용할 수 있다.
Figure 112015052150250-pat00035
[3-1]
Figure 112015052150250-pat00036
[3-2]
Figure 112015052150250-pat00037
[3-3]
Figure 112015052150250-pat00038
[3-4]
Figure 112015052150250-pat00039
[3-5]
Figure 112015052150250-pat00040
[3-6]
Figure 112015052150250-pat00041
[3-7]
Figure 112015052150250-pat00042
[3-8]
Figure 112015052150250-pat00043
[3-9]
Figure 112015052150250-pat00044
[3-10]
Figure 112015052150250-pat00045
[3-11]
Figure 112015052150250-pat00046
[3-12]
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[3-13]
Figure 112015052150250-pat00048
[3-14]
상기 식들에서, R31 및 R32는 화학식 3에서 정의한 바와 동일하다.
한편, 상기 액정 조성물은 모체 제3성분으로 하기 화학식 4로 표시되는 고유전율 액정 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식4]
Figure 112015052150250-pat00049
상기 화학식 4에서,
R41는 수소 및 탄소수 1 내지 15의 알킬 중 어느 하나의 라디칼이거나, 혹은 상기 라디칼 중 1 내지 3개의 H가 할로겐으로 치환되거나 또는 하나 이상의 -CH2-가 산소 원자들이 직접 연결되지 않도록 -C≡C-, -CF2O-, -CH=CH-, -O-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 대체된 라디칼이고,
X2는 F, Cl, CN, NCS 및 1 내지 3개의 F를 포함하는 탄소수 1 내지 5의 플루오로알킬 중 어느 하나의 라디칼이거나, 혹은 상기 라디칼 중 하나 이상의 -CH2-가 산소 원자로 대체된 라디칼이며,
Y2는 H, F 또는 메틸기이고, Y3 및 Y4는 각각 독립적으로 H 또는 F이고,
A11, A12 및 A33 환은 각각 독립적으로 하기 구조의 환 중 어느 하나이며,
Figure 112015052150250-pat00050
Z11, Z12 및 Z13은 각각 독립적으로 단일 결합, -CH2CH2-, -CH=CH-, -CH2O-, -OCH2-, -C≡C-, -CH2CF2-, -CHFCHF-, -CF2CH2-, -CH2CHF-, -CHFCH2-, -C2F4-, -COO-, -OCO-, -CF2O- 또는 -OCF2-이고,
f는 1, 2 또는 3이고, g는 0, 1 또는 2이며, h는 0 또는 1이되, f, g 및 h의 합은 2 또는 3이다.
이러한 화학식 4의 화합물로는 높은 비저항을 유지하면서, 투명점, 회전점도, 굴절률 이방성, 유전율 이방성을 유리하게 조절할 수 있도록 하기 구조의 액정 화합물 중 선택되는 화합물을 사용할 수 있다.
Figure 112015052150250-pat00051
[4-1]
Figure 112015052150250-pat00052
[4-2]
Figure 112015052150250-pat00053
[4-3]
Figure 112015052150250-pat00054
[4-4]
Figure 112015052150250-pat00055
[4-5]
Figure 112015052150250-pat00056
[4-6]
Figure 112015052150250-pat00057
[4-7]
Figure 112015052150250-pat00058
[4-8]
Figure 112015052150250-pat00059
[4-9]
Figure 112015052150250-pat00060
[4-10]
Figure 112015052150250-pat00061
[4-11]
Figure 112015052150250-pat00062
[4-12]
Figure 112015052150250-pat00063
[4-13]
Figure 112015052150250-pat00064
[4-14]
Figure 112015052150250-pat00065
[4-15]
Figure 112015052150250-pat00066
[4-16]
Figure 112015052150250-pat00067
[4-17]
Figure 112015052150250-pat00068
[4-18]
상기 식들에서, R41 및 X2는 화학식 4에서 정의한 바와 동일하다.
한편, 상기 액정 조성물은 모체 제4성분으로 하기 화학식 5로 표시되는 고유전율 액정 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식5]
Figure 112015052150250-pat00069
상기 화학식 5에서,
R51은 수소 및 탄소수 1 내지 15의 알킬 중 어느 하나의 라디칼이거나, 혹은 상기 라디칼 중 1 내지 3개의 H가 할로겐으로 치환되거나 또는 하나 이상의 -CH2-가 산소 원자들이 직접 연결되지 않도록 -C≡C-, -CF2O-, -CH=CH-, -O-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 대체된 라디칼이고,
X3는 F, Cl, CN, NCS 및 1 내지 3개의 F를 포함하는 탄소수 1 내지 5의 플루오로알킬 중 어느 하나의 라디칼이거나, 혹은 상기 라디칼 중 하나 이상의 -CH2-가 산소 원자로 대체된 라디칼이며,
Y5 및 Y6은 각각 독립적으로 H 또는 F이고,
A51, A52 및 A53 환은 각각 독립적으로 하기 구조의 환 중 어느 하나이며,
Figure 112015052150250-pat00070
Z51, Z52 및 Z53은 각각 독립적으로 단일 결합, -CH2CH2-, -CH=CH-, -CH2O-, -OCH2-, -C≡C-, -CH2CF2-, -CHFCHF-, -CF2CH2-, -CH2CHF-, -CHFCH2-, -C2F4-, -COO-, -OCO-, -CF2O- 또는 -OCF2-이고,
j는 1, 2 또는 3이고, k는 0, 1 또는 2이며, m은 0 또는 1이되, j, k 및 m의 합은 2 또는 3이다.
이러한 화학식 5의 화합물로는 높은 비저항을 유지하면서, 투명점, 회전점도, 굴절률 이방성, 유전율 이방성을 유리하게 조절할 수 있도록 하기 구조의 액정 화합물 중 선택되는 화합물을 사용할 수 있다.
Figure 112015052150250-pat00071
[5-1]
Figure 112015052150250-pat00072
[5-2]
Figure 112015052150250-pat00073
[5-3]
Figure 112015052150250-pat00074
[5-4]
Figure 112015052150250-pat00075
[5-5]
Figure 112015052150250-pat00076
[5-6]
Figure 112015052150250-pat00077
[5-7]
Figure 112015052150250-pat00078
[5-8]
상기 식들에서, R51 및 X3은 화학식 5에서 정의한 바와 동일하다.
상기 액정 조성물은 상술한 모체 제1 내지 4성분 중 적어도 어느 한 종류를 화학식 1의 액정 화합물과 함께 포함하여 저온 안정성이 기존 대비 현저하게 우수하며 유전율 이방성이 큰 액정 재료를 제공할 수 있다.
한편, 상기 액정 조성물은 액정 화합물 외에도 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용하는 다양한 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 액정 조성물은 산화 방지제를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 산화 방지제로는 하기 화학식 6 및 화학식 7로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택된 산화 방지제 등을 예시할 수 있다.
[화학식 6]
Figure 112015052150250-pat00079
[화학식 7]
Figure 112015052150250-pat00080
상기 화학식 6 및 7에서, R19 및 R20은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 15의 알킬 및 탄소수 1 내지 15의 알콕시 중 어느 하나의 라디칼이거나, 혹은 상기 라디칼 중 하나 이상의 -CH2-가 산소 원자들이 직접 연결되지 않도록 -C≡C-, -CH=CH-, -CF2O-, -O-, -COO- 또는 -OCO-로 치환되거나 또는 상기 라디칼 중 하나 이상의 H가 할로겐으로 대체된 라디칼이고,
A13는 사이클로헥실렌, 테트라하이드로피라닐렌(tetrahydropyranylene) 또는 다이옥세이닐렌(dioxanylene)이다.
또한, 상기 액정 조성물은 UV 안정제를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 UV 안정제로는 Hals (Hindered amine light stabilizer) 계열을 사용할 수 있다. 비제한적인 예로, 상기 UV 안정제로는 하기 화학식 8 및 화학식 9로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택된 UV 안정제 등을 사용할 수 있다.
[화학식 8]
Figure 112015052150250-pat00081
상기 화학식 8에서, R23 및 R24는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 15의 알킬 및 탄소수 1 내지 15의 알콕시 중 어느 하나의 라디칼이거나, 혹은 상기 라디칼 중 하나 이상의 -CH2-가 산소 원자들이 직접 연결되지 않도록 -C≡C-, -CH=CH-, -CF2O-, -O-, -COO- 또는 -OCO-로 치환되거나 또는 상기 라디칼 중 하나 이상의 H가 할로겐으로 대체된 라디칼이고,
q는 0 내지 12의 정수이며,
[화학식 9]
Figure 112015052150250-pat00082
상기 화학식 9에서 R25는 수소, 탄소수 1 내지 15의 알킬 및 탄소수 1 내지 15의 알콕시 중 어느 하나의 라디칼이거나, 혹은 상기 라디칼 중 하나 이상의 -CH2-가 산소 원자들이 직접 연결되지 않도록 -C≡C-, -CH=CH-, -CF2O-, -O-, -COO- 또는 -OCO-로 치환되거나 또는 상기 라디칼 중 하나 이상의 H가 할로겐으로 대체된 라디칼이고,
d는 0 내지 12의 정수이다.
상기 산화 방지제 및/또는 UV 안정제는 전체 액정 조성물 중량에 대하여 약 1 내지 2,000ppm 혹은 약 200 내지 500ppm 정도로 사용될 수 있다.
추가로, 상기 액정 조성물을 STN 또는 TN 모드의 액정 표시 장치에 사용하고자 하는 경우에는 나선 구조의 구현을 위해, 액정 조성물에 하기 화학식 10으로 표시되는 화합물을 더 첨가할 수 있다.
[화학식 10]
Figure 112015052150250-pat00083
상기 화학식 10으로 표시되는 화합물은 액정 조성물 100 중량부에 대하여 약 0.01 내지 약 5 중량부로 사용되어 용이하게 원하는 피치(pitch)를 구현할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 화학식 1의 액정 화합물을 사용하여 양의 유전율 이방성을 갖는 액정 조성물을 제공할 수 있으며, 보다 구체적으로 3 이상의 유전율 이방성, 70℃ 이상의 투명점 및 0.09 이상의 굴절율 이방성을 나타내는 액정 조성물을 용이하게 제공할 수 있다.
또한, 상기 액정 조성물은 AM-LCD(Active Matrix-LCD) 또는 PM-LCD(Passive Matrix-LCD)의 용도로 사용 가능하며, TN (Twist nematic), STN (Super-twisted nematic), IPS (In-plane switching), FFS (Fringe field switching), PLS (Plane line switching), AH-IPS (advanced high-performance IPS), ADS (Advanced-super dimensional switching), PSA (Polymer sustained alignment) 등 다양한 모드의 액정 표시 장치에 사용 가능하다.
한편, 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상술한 액정 조성물을 포함하는 액정 표시 장치가 제공된다. 상기 액정 조성물은 본 발명이 속하는 기술분야에 알려진 다양한 방법을 통해 액정 표시 장치에 적용될 수 있다. 또한, 상기 액정 표시 장치는 상술한 바와 같은 다양한 모드의 액정 표시 장치로 제조될 수 있다.
발명의 일 구현예에 따른 액정 화합물은 우수한 저온 안정성을 나타내며, 고유전율 및/또는 고굴절율의 액정 조성물을 제공할 수 있다. 또한, 높은 비저항을 통해 다양한 액정 표시 장치, 예를 들면, TN, STN, IPS, FFS, PLS, AH-IPS, ADS 및 PSA 모드의 액정 표시 장치에 최적화된 액정 조성물을 보다 용이하게 제공할 수 있다.
이하 발명의 구체적인 실시예를 통해 발명의 작용, 효과를 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 다만, 이는 발명의 예시로서 제시된 것으로 이에 의해 발명의 권리범위가 어떠한 의미로든 한정되는 것은 아니다.
하기와 같은 방법으로 발명의 일 구현예에 따른 액정 화합물을 제조하고, 하기 기재된 방법을 이용하여 액정 화합물의 물성을 평가하였다.
그리고, 상기 액정 화합물을 포함하는 액정 조성물을 제조하고, 하기 기재된 방법을 이용하여 액정 조성물의 물성도 평가하였다.
구체적으로, 액정 화합물의 물성은, 물성을 측정하고자 하는 액정 화합물 10 중량%와 모액정 90 중량%를 혼합하여 제조한 시료의 측정값을 하기 식 1에 대입하여 얻은 외삽값으로 규정하였다. 이때, 상기 모액정으로는 투명점이 78.3℃이고, 굴절률 이방성[△n]이 0.1214이고, 유전율 이방성[△ε]이 5.0이며, 회전점도[γ1]가 57 mPa·s인 것을 사용하였다.
[식 1]
외삽값 = [모액정의 측정값] + [{(시료의 측정값) - (모액정의 측정값)} / (액정 화합물의 중량%) X 100]
(1) 투명점
투명점을 측정하고자 하는 액정 화합물을 포함하는 시료, 혹은 액정 조성물을 스포이드로 슬라이드 글라스 위에 한 방울 떨어뜨린 후, 커버 글라스로 덮어 투명점 측정을 위한 샘플을 제조하였다.
METTLER TOLEDO FP90 온도 조정기가 달린 기구에 상기 제조된 샘플을 넣고, FP82HT Hot stage로 온도를 3℃/min의 속도로 올리면서 샘플의 변화를 관찰하였다. 샘플에 구멍이 생기는 지점의 온도를 기록하고, 이와 같은 작업을 3회 반복하여 평균 값을 도출하였다. 그리고, 이 값을 시료 혹은 액정 조성물의 투명점으로 규정하였다.
(2) 굴절률 이방성
시료 혹은 액정 조성물의 굴절률 이방성[△n]은 20℃에서 589nm 파장의 광을 사용하여 접안경에 편광판을 장착한 아베 굴절계로 측정하였다. 주프리즘의 표면을 한 방향으로 러빙한 후, 측정 대상인 시료 혹은 액정 조성물을 주프리즘에 적하하였다. 이후, 편광의 방향이 러빙의 방향과 평행할 때의 굴절률(n∥)과 편광의 방향이 러빙의 방향과 수직일 때의 굴절률(n⊥)을 측정하였다. 그리고, 상기 굴절률 값을 식 2에 대입하여 굴절률 이방성(△n)을 측정하였다.
[식 2]
△n = n∥ - n⊥
(3) 유전율 이방성
시료 혹은 액정 조성물의 유전율 이방성[△ε]은 하기와 같이 측정된 ε∥ 및 ε⊥를 식 3에 대입하여 계산하였다.
[식 3]
△ε = ε∥ - ε⊥
① 유전율 ε∥의 측정: 2 장의 유리 기판의 ITO 패턴이 형성된 면에 수직 배향제를 도포하여 수직 배향막을 형성하였다. 이어서, 수직 배향막이 서로 마주보며 2 장의 유리 기판 사이의 간격(셀 갭)이 4㎛가 되도록 2 장의 유리 기판 중 어느 하나의 기판에 스페이서를 도포한 후 2 장의 유리 기판을 합착시켰다. 그리고, 이 소자에 측정 대상인 시료 혹은 액정 조성물을 주입하고, 자외선으로 경화시키는 접착제로 밀폐하였다. 이후, Agilent에서 제조한 4294A 장비에 사용하여, 이 소자의 20℃에서 유전율 ε∥을 측정하였다.
② 유전율 ε⊥의 측정: 2 장의 유리 기판의 ITO 패턴이 형성된 면에 수평 배향제를 도포하여 수평 배향막을 형성하였다. 이어서, 수평 배향막이 서로 마주보며 2 장의 유리 기판 사이의 간격(셀 갭)이 4㎛가 되도록 2 장의 유리 기판 중 어느 하나의 기판에 스페이서를 도포한 후 2 장의 유리 기판을 합착시켰다. 그리고, 이 소자에 측정 대상인 시료 혹은 액정 조성물을 주입하고, 자외선으로 경화시키는 접착제로 밀폐하였다. 이후, Agilent에서 제조한 4294A 장비에 사용하여, 이 소자의 20℃에서 유전율 ε⊥을 측정하였다.
(4) 회전 점도
2 장의 유리 기판의 ITO 패턴이 형성된 면에 수평 배향제를 도포하여 수평 배향막을 형성하였다. 이어서, 수평 배향막이 서로 마주보며 2 장의 유리 기판 사이의 간격(셀 갭)이 20㎛가 되도록 2 장의 유리 기판 중 어느 하나의 기판에 스페이서를 도포한 후 2 장의 유리 기판을 합착시켰다. 그리고, 이 소자에 시료 혹은 액정 조성물을 주입하고, 자외선으로 경화시키는 접착제로 밀폐하였다. 이후, ESPEC Corp.에서 제조한 온도 controller(Model SU-241)를 장착한 Toyo Corp.의 Model 6254 장비를 사용하여, 이 소자의 20℃에서 회전 점도를 측정하였다.
(5) 녹는점
녹는점을 측정하고자 하는 시료 혹은 액정 조성물을 슬라이드 글라스 위에 올리고, 커버 글라스로 덮어 녹는점 측정을 위한 샘플을 제조하였다.
METTLER TOLEDO FP90 온도 조정기가 달린 기구에 상기 제조된 샘플을 넣고, FP82HT Hot stage로 온도를 3℃/min의 속도로 올리면서 샘플의 변화를 관찰하였다. 샘플이 고체상태에서 유동성을 나타내는 액정상으로 변화하는 지점의 온도를 기록하고, 이와 같은 작업을 3회 반복하여 평균값을 도출하였다. 이 값을 시료의 승온시의 녹는점으로 규정하였다.
그리고, 동일 장비를 이용하여 온도를 3℃/min의 속도로 낮추면서 샘플의 변화를 관찰하였다. 샘플이 액정상에서 결정상으로 변화하는 지점의 온도를 기록하고, 이와 같은 작업을 3회 반복하여 평균값을 도출하였다. 이 값을 시료의 감온시의 녹는점으로 규정하였다.
(6) 저온 안정성
10mL 바이알(vial)을 준비하고, 바이알에 물성을 측정하고자 하는 액정 화합물을 포함하는 시료 혹은 액정 조성물을 2mL 주입하였다. 그리고, -25℃에서의 시료 혹은 액정 조성물의 상태를 30일 동안 관찰하였다. -25℃에서 시료 혹은 액정 조성물의 상태가 안정적으로 유지되는 동안의 기간으로서 저온 안정성을 평가하였다. 하기에서는 30일이 경과한 후에도 시료 혹은 액정 조성물이 안정적인 상태를 유지하는 경우에 '30일 이상'이라고 표시하였다.
제조예 1: 액정 화합물 1-A1의 합성
Figure 112015052150250-pat00084
알코올 화합물 (A-1-2) (2.3g, 14.2mmol), 포타슘 카보네이트 (3.6g, 25.9mmol), 테트라부틸암모늄 브로마이드 (0.42g, 1.29mmol) 및 DMF (50mL)의 혼합물을 질소 분위기 하에서 교반하면서 상기 혼합물을 40℃로 가열하였다. 그리고, 상기 혼합물에 브롬 화합물 (A-1-1) (5.8g, 15mmol)을 DMF 50mL에 녹여 적하하였다. 이후, 얻어진 혼합물을 90℃로 가열하고, 약 2 시간 동안 반응시킨 다음 상기 혼합물을 얼음 용기에 넣어 냉각시켰다. 이어서, 상기 혼합물로부터 생성물을 톨루엔으로 추출하고, 이를 감압 증류 하여 갈색의 고체를 얻었다. 그리고, 이 고체를 실리카겔 컬럼 크로마토그래피 및 재결정(헥산 및 에틸 아세테이트의 혼합 용매 사용)을 통해 정제하여 흰색의 결정 (4.76g, 10.3mol)을 얻었다. (수율 73%) Mass spectrum: 307, 468[M+]
제조예 2: 액정 화합물 1-A2의 합성
Figure 112015052150250-pat00085
알코올 화합물 (A-2-2) (4.1g, 25.6mmol), 포타슘 카보네이트 (6.4g, 46.6mmol), 테트라부틸암모늄 브로마이드 (0.75g, 2.3mmol) 및 DMF (70mL)의 혼합물을 질소 분위기 하에서 교반하면서 상기 혼합물을 40℃로 가열하였다. 그리고, 상기 혼합물에 브롬 화합물 (A-2-1) (12.9g, 27mmol)을 DMF 70mL에 녹여 적하하였다. 이후, 얻어진 혼합물을 90℃로 가열하고, 약 2 시간 동안 반응시킨 다음 상기 혼합물을 얼음 용기에 넣어 냉각시켰다. 이어서, 상기 혼합물로부터 생성물을 톨루엔으로 추출하고, 이를 감압 증류 하여 갈색의 고체를 얻었다. 그리고, 이 고체를 실리카겔 컬럼 크로마토그래피 및 재결정(헥산 및 에틸 아세테이트의 혼합 용매 사용)을 통해 정제하여 흰색의 결정 (10.2g, 18.1mol)을 얻었다. (수율 71%) Mass spectrum: 372, 401, 562[M+]
시험예 1: 제조예에서 제조된 액정 화합물의 물성 평가
제조예 1 및 2에서 제조된 액정 화합물과 기존의 고유전율 이방성을 가지는 액정 화합물 P-1, P-2 및 Q-1의 물성을 상술한 방법으로 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
Figure 112015052150250-pat00086
[액정 화합물 P-1]
Figure 112015052150250-pat00087
[액정 화합물 P-2]
Figure 112015052150250-pat00088
[액정 화합물 Q-1]
제조예 1
(1-A1)		 제조예 2
(1-A2)		 액정 화합물 P-1 액정 화합물 P-2 액정 화합물 Q-1
투명점[℃] 11 113 7 109 99
△n 0.13 0.21 0.14 0.22 0.20
△ε 23 30 22 30 31
γ1 152 299 132 160 232
녹는점(승온)[℃] 78 90 44 86 73
녹는점(감온)[℃] <30 38 41 71 58
저온 안정성 30일 이상 30일 이상 30일 이상 2일 30일 이상
액정 화합물의 저온 안정성에 영향을 미치는 인자인 감온시의 녹는점을 살펴보면, 기존의 액정 화합물 P-1, P-2 및 Q-1은 각각 41℃, 71℃ 및 58℃의 감온시 녹는점을 나타내었다. 그러나, 본 발명의 일 구현예에 따른 액정 화합물은 30℃ 이하 및 38℃로 기존 액정 화합물 대비 낮은 감온시의 녹는점을 나타내었다. 이로써, 본 발명의 일 구현예에 따른 액정 화합물은 기존 액정 화합물 대비 우수한 저온 안정성을 나타냄을 확인할 수 있었다.
실시예 및 비교예 : 액정 조성물의 제조
실시예 및 비교예에서 사용되는 액정 화합물은 코드로 표시된다. 상기 코드는 액정 화합물의 중심그룹을 이루는 환의 기호를 왼쪽부터 순차로 기재하고, 상기 중심그룹의 환을 연결하는 연결그룹을 순서에 맞게 기재한 후, 말단그룹을 오른쪽에 기재하여 작성한다. 이때, 중심그룹의 환과 중심그룹의 환을 연결하는 연결그룹 사이에는 별도의 구분 표시가 없으나, 중심그룹과 말단그룹 사이는 "-"을 기재하여 구분하며, 양 말단그룹은 "."을 기재하여 구분한다. 물질의 개별적인 약식 기호(코드)는 하기 표 2에 정리하였다.
중심그룹 연결그룹 말단그룹
구조 기호 구조 기호 구조 기호 구조 기호
Figure 112015052150250-pat00089
 A -CF2O- X -CnH2n +1 n
Figure 112015052150250-pat00090
 OK
Figure 112015052150250-pat00091
 B -CH2CH2- N -OCnH2n +1 On -OCF3 OCF3
Figure 112015052150250-pat00092
 B' -COO- L
Figure 112015052150250-pat00093
 V -F F
Figure 112015052150250-pat00094
 C
Figure 112015052150250-pat00095
 U1 -CF3 CF3
Figure 112015052150250-pat00096
 D
Figure 112015052150250-pat00097
 3=2 -C≡N CN
Figure 112015052150250-pat00098
 E
Figure 112015052150250-pat00099
 W
Figure 112015052150250-pat00100
 F
Figure 112015052150250-pat00101
 I
Figure 112015052150250-pat00102
 Ia
상기 표 2를 참고하면, 다음 코드는 하기 표시된 구조의 액정 화합물을 의미한다.
ACE-3.F:
Figure 112015052150250-pat00103
ACEXE-3.F:
Figure 112015052150250-pat00104
BB-3.V:
Figure 112015052150250-pat00105
BB-3.U1:
Figure 112015052150250-pat00106

하기 표 3의 조성에 따라, 발명의 일 구현예에 따른 액정 화합물을 포함하는 실시예 1 내지 6의 액정 조성물과 발명의 일 구현예에 따른 액정 화합물을 포함하지 않는 비교예 1 내지 4의 액정 조성물을 제조하였다. 그리고, 상기 액정 조성물의 물성을 평가하여 표 3에 나타내었다.
Code 비교예 실시예
1 2 3 4 1 2 3 4 5 6
BB-3.V 36.2 39.9 15.0 22.4 30.8 33.9 30.8 33.9 13.1 20.2
BB-3.U1 9.3 6.9 6.0 7.9 5.9 7.9 5.9
ACE-2.F 2.4 3.6 2.0 3.1 2.0 3.1
ACE-3.F 7.5 7.7 6.4 6.5 6.4 6.5
ACE-5.F 8.0 5.4 6.8 4.6 6.8 4.6
BAA-5.2 4.2 2.2 3.6 1.9 3.6 1.9
BBE-3.F 7.0 7.4 5.5 6.0 6.0 7.9 6.5
BBA-3.OCF3 4.5 6.5 6.0 10.8 3.8 5.5 3.8 5.5 14.0 7.4
BBCE-3.F 2.1 4.3 8.6 1.8 3.7 1.8 3.7 1.8
ACA-2.3 2.6 2.2 2.2
ACA-3.3 1.6 1.4 1.4
BAE-3.F 5.0 7.1 8.0 4.6 4.3 6.0 4.3 6.0 11.3 7.2
BAA-3.2 4.4 4.8 7.0 3.7 4.1 3.7 4.1 3.3 2.7
BBA-V.1 5.2 4.0 11.0 4.4 4.4 6.5 7.2
BAC-3.F 6.6
BCE-3.F 6.0
BBA-3.1 3.7 6.5 7.2
ACA-2.F 6.3 1.8 5.4 5.4
ACA-3.F 5.3 6.0 4.6 4.5 4.5 4.2 1.1
ACA-5.F 1.8
P-1 26.0 25.6 15.7
P-2 8.2
제조예 1
(1-A1)		 15 10 15 10 15.7 26.7
제조예 2
(1-A2)		 5 5 7.2
저온
안정성		 30일 이상 30일 이상 10일 8일 30일 이상 30일 이상 30일 이상 30일 이상 30일 이상 30일 이상
투명점
[℃]		 78.5 75.0 75.1 75.6 68.1 73.4 65.0 70.2 75.6 75.0
Δn 0.1093 0.1183 0.1198 0.1202 0.1119 0.1165 0.1190 0.1238 0.1152 0.1118
Δε 4.5 5.3 11.0 11.0 7.3 7.7 7.7 8.1 11.1 11.3
(표 3의 조성의 단위는 중량%이다.)
상기 표 3을 참조하면, 기존의 액정 조성물인 비교예 1 및 2의 조성물은 4.5 및 5.3 정도의 유전율 이방성을 나타내나, 이에 발명의 일 구현예에 따른 화학식 1의 액정 화합물이 첨가된 실시예 1 내지 6의 액정 조성물은 7.3 내지 11.3으로 증가된 유전율 이방성을 보였다.
한편, 고유전율 이방성을 위한 기존의 액정 화합물 P1 및 P2가 첨가된 비교예 3 및 4의 액정 조성물도 11.0 정도의 고유전율 이방성을 나타냈다. 그러나, 비교예 3 및 4의 액정 조성물은 -25℃의 저온에서 8 내지 10일 정도 밖에 그 상태를 유지하지 못했다. 이에 반해, 실시예 5 및 6의 액정 조성물은 비교예 3 및 4의 조성물 대비 더 증가된 유전율 이방성을 나타내면서 -25℃의 저온에서 30일 이상 안정적인 상태를 유지하였다.
이로써, 발명의 일 구현예에 따른 화학식 1의 액정 화합물은 고유전율 이방성을 나타내면서도 우수한 저온 안정성을 나타내는 액정 조성물을 제공하여 각종 디스플레이 요구 조건을 보다 용이하게 충족시킬 것으로 기대된다.

Claims (16)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 액정 화합물:
    [화학식 1]
    Figure 112015052150250-pat00107

    상기 화학식 1에서,
    R1은 수소 및 탄소수 1 내지 15의 알킬 중 어느 하나의 라디칼이거나, 혹은 상기 라디칼 중 1 내지 3개의 H가 할로겐으로 치환되거나 또는 하나 이상의 -CH2-가 산소 원자들이 직접 연결되지 않도록 -C≡C-, -CF2O-, -CH=CH-, -O-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 대체된 라디칼이고,
    X1는 F, Cl, CN, NCS 및 1 내지 3개의 F를 포함하는 탄소수 1 내지 5의 플루오로알킬 중 어느 하나의 라디칼이거나, 혹은 상기 라디칼 중 하나 이상의 -CH2-가 각각 산소 원자로 대체된 라디칼이며,
    Y1은 H 또는 F이고,
    A1 및 A2 환은 각각 독립적으로 하기 구조의 환 중 어느 하나이며,
    Figure 112015052150250-pat00108

    Z1은 단일 결합, -CH2CH2-, -CH=CH-, -CH2O-, -OCH2-, -C≡C-, -CH2CF2-, -CHFCHF-, -CF2CH2-, -CH2CHF-, -CHFCH2-, -C2F4-, -COO-, -OCO-, -CF2O- 또는 -OCF2-이고,
    n은 0 또는 1이다.
  2. 제 1 항에 있어서, R1은 수소, -CH=CH2, -CH2-CH2-CH=CH2, -CH=CH-CH3 또는 -CH2-CH2-CH=CH-CH3 및 탄소수 1 내지 3의 알킬 중 어느 하나의 라디칼인 액정 화합물.
  3. 제 1 항에 있어서, X1는 F, Cl, CF3 또는 OCF3인 액정 화합물.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물이 하기 구조의 액정 화합물 중 하나인 액정 화합물:
    Figure 112015052150250-pat00109
    [1-1]
    Figure 112015052150250-pat00110
    [1-2]
    Figure 112015052150250-pat00111
    [1-3]
    Figure 112015052150250-pat00112
    [1-4]
    Figure 112015052150250-pat00113
    [1-5]
    Figure 112015052150250-pat00114
    [1-6]
    Figure 112015052150250-pat00115
    [1-7]
    Figure 112015052150250-pat00116
    [1-8]
    Figure 112015052150250-pat00117
    [1-9]
    Figure 112015052150250-pat00118
    [1-10]
    Figure 112015052150250-pat00119
    [1-11]
    Figure 112015052150250-pat00120
    [1-12]
    Figure 112015052150250-pat00121
    [1-13]
    Figure 112015052150250-pat00122
    [1-14]
    Figure 112015052150250-pat00123
    [1-15]
    Figure 112015052150250-pat00124
    [1-16]

    Figure 112015052150250-pat00125
    [1-17]
    Figure 112015052150250-pat00126
    [1-18]
    Figure 112015052150250-pat00127
    [1-19]
    Figure 112015052150250-pat00128
    [1-20]
    Figure 112015052150250-pat00129
    [1-21]
    Figure 112015052150250-pat00130
    [1-22]
    Figure 112015052150250-pat00131
    [1-23]
    Figure 112015052150250-pat00132
    [1-24]
    상기 식에서, R1은 각각 독립적으로 수소 및 탄소수 1 내지 15의 알킬 중 어느 하나의 라디칼이거나, 혹은 상기 라디칼 중 1 내지 3개의 H가 할로겐으로 치환되거나 또는 하나 이상의 -CH2-가 산소 원자들이 직접 연결되지 않도록 -C≡C-, -CF2O-, -CH=CH-, -O-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 대체된 라디칼이다.
  5. 제 1 항에 따른 화학식 1로 표시되는 액정 화합물을 포함하는 액정 조성물.
  6. 제 5 항의 화학식 1로 표시되는 액정 화합물을 전체 액정 화합물 100 중량부에 대해 1 내지 50 중량부로 포함하는 액정 조성물.
  7. 제 5 항에 있어서, 하기 화학식 2 내지 5로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 액정 화합물을 추가로 포함하는 액정 조성물:
    [화학식2]
    Figure 112020084603816-pat00133

    [화학식3]
    Figure 112020084603816-pat00134

    [화학식4]
    Figure 112020084603816-pat00135

    [화학식5]
    Figure 112020084603816-pat00136

    상기 화학식 2 내지 5에서,
    R21, R22, R31, R32, R41 및 R51은 각각 독립적으로 수소 및 탄소수 1 내지 15의 알킬 중 어느 하나의 라디칼이거나, 혹은 상기 라디칼 중 1 내지 3개의 H가 할로겐으로 치환되거나 또는 하나 이상의 -CH2-가 산소 원자들이 직접 연결되지 않도록 -C≡C-, -CF2O-, -CH=CH-, -O-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 대체된 라디칼이고,
    X2 및 X3는 각각 독립적으로 F, Cl, CN, NCS 및 1 내지 3개의 F를 포함하는 탄소수 1 내지 5의 플루오로알킬 중 어느 하나의 라디칼이거나, 혹은 상기 라디칼 중 하나 이상의 -CH2-가 산소 원자로 대체된 라디칼이며,
    Y2는 H, F 또는 메틸기이고, Y3 내지 Y6은 각각 독립적으로 H 또는 F이고,
    A3, A4, A5 및 A7환은 각각 독립적으로 1,4-시클로헥실렌기 또는 1,4-페닐렌기이며,
    A6환은 1,4-시클로헥실렌기, 1,4-페닐렌기, 2-플루오르-1,4-페닐렌기, 3-플루오르-1,4-페닐렌 또는 2,3-디플루오르-1,4-페닐렌기이고,
    A11, A12, A33, A51, A52 및 A53 환은 각각 독립적으로 하기 구조의 환 중 어느 하나이며,
    Figure 112020084603816-pat00137

    Z11, Z12, Z13, Z51, Z52 및 Z53은 각각 독립적으로 단일 결합, -CH2CH2-, -CH=CH-, -CH2O-, -OCH2-, -C≡C-, -CH2CF2-, -CHFCHF-, -CF2CH2-, -CH2CHF-, -CHFCH2-, -C2F4-, -COO-, -OCO-, -CF2O- 또는 -OCF2-이고,
    o는 1 또는 2이며,
    f는 1, 2 또는 3이고, g는 0, 1 또는 2이며, h는 0 또는 1이되, f, g 및 h의 합은 2 또는 3이며,
    j는 1, 2 또는 3이고, k는 0, 1 또는 2이며, m은 0 또는 1이되, j, k 및 m의 합은 2 또는 3이다.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 하기 구조의 액정 화합물 중 선택되는 화합물인 액정 조성물:
    Figure 112015052150250-pat00138
    [2-1]
    Figure 112015052150250-pat00139
    [2-2]
    Figure 112015052150250-pat00140
    [2-3]
    Figure 112015052150250-pat00141
    [2-4]
    상기 식에서, R21 및 R22는 각각 독립적으로 수소 및 탄소수 1 내지 15의 알킬 중 어느 하나의 라디칼이거나, 혹은 상기 라디칼 중 1 내지 3개의 H가 할로겐으로 치환되거나 또는 하나 이상의 -CH2-가 산소 원자들이 직접 연결되지 않도록 -C≡C-, -CF2O-, -CH=CH-, -O-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 대체된 라디칼이다.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 하기 구조의 액정 화합물 중 선택되는 화합물인 액정 조성물:
    Figure 112015052150250-pat00142
    [3-1]
    Figure 112015052150250-pat00143
    [3-2]
    Figure 112015052150250-pat00144
    [3-3]
    Figure 112015052150250-pat00145
    [3-4]
    Figure 112015052150250-pat00146
    [3-5]
    Figure 112015052150250-pat00147
    [3-6]
    Figure 112015052150250-pat00148
    [3-7]
    Figure 112015052150250-pat00149
    [3-8]
    Figure 112015052150250-pat00150
    [3-9]
    Figure 112015052150250-pat00151
    [3-10]
    Figure 112015052150250-pat00152
    [3-11]
    Figure 112015052150250-pat00153
    [3-12]
    Figure 112015052150250-pat00154
    [3-13]
    Figure 112015052150250-pat00155
    [3-14]
    상기 식에서, R31 및 R32는 각각 독립적으로 수소 및 탄소수 1 내지 15의 알킬 중 어느 하나의 라디칼이거나, 혹은 상기 라디칼 중 1 내지 3개의 H가 할로겐으로 치환되거나 또는 하나 이상의 -CH2-가 산소 원자들이 직접 연결되지 않도록 -C≡C-, -CF2O-, -CH=CH-, -O-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 대체된 라디칼이다.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 화학식 4로 표시되는 화합물은 하기 구조의 액정 화합물 중 선택되는 화합물인 액정 조성물:
    Figure 112020084603816-pat00156
    [4-1]
    Figure 112020084603816-pat00157
    [4-2]
    Figure 112020084603816-pat00158
    [4-3]
    Figure 112020084603816-pat00159
    [4-4]
    Figure 112020084603816-pat00160
    [4-5]
    Figure 112020084603816-pat00161
    [4-6]
    Figure 112020084603816-pat00162
    [4-7]
    Figure 112020084603816-pat00163
    [4-8]
    Figure 112020084603816-pat00164
    [4-9]
    Figure 112020084603816-pat00165
    [4-10]
    Figure 112020084603816-pat00166
    [4-11]
    Figure 112020084603816-pat00167
    [4-12]
    Figure 112020084603816-pat00168
    [4-13]
    Figure 112020084603816-pat00169
    [4-14]
    Figure 112020084603816-pat00170
    [4-15]
    Figure 112020084603816-pat00171
    [4-16]
    Figure 112020084603816-pat00172
    [4-17]
    Figure 112020084603816-pat00173
    [4-18]
    상기 식에서, R41은 각각 독립적으로 수소 및 탄소수 1 내지 15의 알킬 중 어느 하나의 라디칼이거나, 혹은 상기 라디칼 중 1 내지 3개의 H가 할로겐으로 치환되거나 또는 하나 이상의 -CH2-가 산소 원자들이 직접 연결되지 않도록 -C≡C-, -CF2O-, -CH=CH-, -O-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 대체된 라디칼이며,
    X2는 F, Cl, CN, NCS 및 1 내지 3개의 F를 포함하는 탄소수 1 내지 5의 플루오로알킬 중 어느 하나의 라디칼이거나, 혹은 상기 라디칼 중 하나 이상의 -CH2-가 산소 원자로 대체된 라디칼이다.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 화학식 5로 표시되는 화합물은 하기 구조의 액정 화합물 중 선택되는 화합물인 액정 조성물:
    Figure 112015052150250-pat00174
    [5-1]
    Figure 112015052150250-pat00175
    [5-2]
    Figure 112015052150250-pat00176
    [5-3]
    Figure 112015052150250-pat00177
    [5-4]
    Figure 112015052150250-pat00178
    [5-5]
    Figure 112015052150250-pat00179
    [5-6]
    Figure 112015052150250-pat00180
    [5-7]
    Figure 112015052150250-pat00181
    [5-8]
    상기 식에서, R51은 각각 독립적으로 수소 및 탄소수 1 내지 15의 알킬 중 어느 하나의 라디칼이거나, 혹은 상기 라디칼 중 1 내지 3개의 H가 할로겐으로 치환되거나 또는 하나 이상의 -CH2-가 산소 원자들이 직접 연결되지 않도록 -C≡C-, -CF2O-, -CH=CH-, -O-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 대체된 라디칼이며,
    X3은 F, Cl, CN, NCS 및 1 내지 3개의 F를 포함하는 탄소수 1 내지 5의 플루오로알킬 중 어느 하나의 라디칼이거나, 혹은 상기 라디칼 중 하나 이상의 -CH2-가 산소 원자로 대체된 라디칼이다.
  12. 제 5 항에 있어서, 하기 화학식 6 및 화학식 7로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 산화 방지제를 추가로 포함하는 액정 조성물:
    [화학식 6]
    Figure 112015052150250-pat00182

    [화학식 7]
    Figure 112015052150250-pat00183

    상기 화학식 6 및 7에서, R19 및 R20은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 15의 알킬기 및 탄소수 1 내지 15의 알콕시기 중 어느 하나의 라디칼이거나, 혹은 상기 라디칼 중 하나 이상의 -CH2-가 산소 원자들이 직접 연결되지 않도록 -C≡C-, -CH=CH-, -CF2O-, -O-, -COO- 또는 -OCO-로 치환되거나 또는 상기 라디칼 중 하나 이상의 H가 할로겐으로 대체된 라디칼이고,
    A13는 사이클로헥실렌, 테트라하이드로피라닐렌(tetrahydropyranylene) 또는 다이옥세이닐렌(dioxanylene)이다.
  13. 제 5 항에 있어서, 하기 화학식 8 및 9로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 UV 안정제를 추가로 포함하는 액정 조성물:
    [화학식 8]
    Figure 112015052150250-pat00184

    상기 화학식 8에서, R23 및 R24는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 15의 알킬 및 탄소수 1 내지 15의 알콕시 중 어느 하나의 라디칼이거나, 혹은 상기 라디칼 중 하나 이상의 -CH2-가 산소 원자들이 직접 연결되지 않도록 -C≡C-, -CH=CH-, -CF2O-, -O-, -COO- 또는 -OCO-로 치환되거나 또는 상기 라디칼 중 하나 이상의 H가 할로겐으로 대체된 라디칼이고,
    q는 0 내지 12의 정수이며,
    [화학식 9]
    Figure 112015052150250-pat00185

    상기 화학식 9에서 R25는 수소, 탄소수 1 내지 15의 알킬 및 탄소수 1 내지 15의 알콕시 중 어느 하나의 라디칼이거나, 혹은 상기 라디칼 중 하나 이상의 -CH2-가 산소 원자들이 직접 연결되지 않도록 -C≡C-, -CH=CH-, -CF2O-, -O-, -COO- 또는 -OCO-로 치환되거나 또는 상기 라디칼 중 하나 이상의 H가 할로겐으로 대체된 라디칼이고,
    d는 0 내지 12의 정수이다.
  14. 제 5 항에 있어서, 하기 화학식 10으로 표시되는 화합물을 추가로 포함하는 액정 조성물:
    [화학식 10]
    Figure 112015052150250-pat00186

  15. 제 5 항에 따른 액정 조성물을 포함하는 액정 표시 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 액정 표시 장치는 TN (Twist nematic), STN (Super-twisted nematic), IPS (In-plane switching), FFS (Fringe field switching), PLS (Plane line switching), AH-IPS (advanced high-performance IPS), ADS (Advanced-super dimensional switching) 또는 PSA (Polymer sustained alignment) 모드를 채용하는 액정 표시 장치.
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