KR102665014B1 - 이소티오시아나토 톨란 유도체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하기 화학식 I의 이소티오시아나토 톨란 유도체, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 액정 매질, 및 상기 매질을 포함하는 고주파 기술용 컴포넌트, 특히 고주파 장치, 예컨대 마이크로파의 위상을 변이하기 위한 장치, 특히 마이크로파 위상 배열 안테나를 위한 마이크로파 컴포넌트에 관한 것이다:
상기 식에서, 나타낸 기들은 청구범위 제1항에 정의된 의미를 갖는다.
상기 식에서, 나타낸 기들은 청구범위 제1항에 정의된 의미를 갖는다.
Description
본 발명은 이소티오시아나토 톨란 유도체, 이를 포함하는 액정 매질, 및 상기 매질을 포함하는 고주파 컴포넌트, 특히 고주파 장치, 예컨대 마이크로파의 상을 편이시키기 위한 장치, 가변 메타물질 구조, 및 빔 조향 안테나(예컨대 위상 배열 안테나)를 위한 마이크로파 컴포넌트에 관한 것이다.
수년 동안, 액정 매질은 정보를 나타내는 전자-광학 디스플레이(액정 디스플레이, LCD)에 사용되어져 왔다.
최근, 액정 매질은, 예컨대 DE 10 2004 029 429 A 및 JP 2005-120208 (A)에서와 같이 마이크로파 기술용 컴포넌트에도 사용이 제안되어 왔다.
고주파 기술에서 액정 매질의 산업상 가치있는 적용은 유전 특성이 가변 전압에 의해, 특히 기가헤르츠 범위에 대해 제어될 수 있는 이의 특성을 기반으로 한다. 이는 임의의 이동부를 함유하지 않는 가변 안테나의 구축을 가능하게 한다(문헌[A. Gaebler, A. Moessinger, F. Goelden, et al., "Liquid Crystal-Reconfigurable Antenna Concepts for Space Applications at Microwave and Millimeter Waves", International Journal of Antennas and Propagation, Vol. 2009 (2009), article ID 876989, 7 pages, doi:10.1155/2009/876989]).
특히, 문헌[A. Penirschke, S. Muller, P. Scheele, C. Weil, M. Wittek, C. Hock and R. Jakoby: "Cavity Perturbation Method for Characterization of Liquid Crystals up to 35 GHz", 34th European Microwave Conference - Amsterdam, pp. 545-548]에는 9 GHz의 주파수에서 단일 액정 물질 K15(독일의 메르크 카게아아(Merck KGaA))의 특성이 기재되어 있다.
JP 2002003844 A에는, 말단 NCS 기를 갖는 화합물, 예를 들어 하기 화학식의 화합물이 디스플레이 적용례를 위한 액정 매질에서의 용도에 대해 기재되어 있다:
상기 식에서, R1은, 예를 들어 알킬이다. 이러한 화합물의 사용은 DE 10 2004 029429 A1에서 고주파 기술용 컴포넌트에 대해 제안된 바 있다.
그러나, 일반적으로, 현재까지 공지된 조성물 또는 개별 화합물은 단점을 갖는다. 이 중 대부분은 다른 결점들 이외에도 불리하게 높은 손실, 부적절한 상 편이 또는 낮은 가변성을 야기하여 부적절한 소재 품질을 야기한다.
마이크로파 적용례에서의 사용을 위한 액정 물질의 분야에서의 개발은 완성과는 거리가 멀다. 마이크로파 장치의 특성을 향상시키기 위해, 이러한 장치가 최적화될 수 있게 하는 신규한 화합물을 개발하기 위한 시도가 지속적으로 이루어지고 있다. 고주파 기술에서의 사용을 위해, 특히, 지금까지와는 달리 통상적이지 않고 비범한 특성 또는 특성의 조합을 갖는 액정 매질이 요구된다.
따라서, 향상된 특성을 갖는 액정 매질을 위한 신규한 성분이 필요하다. 특히, 마이크로파 범위에서의 손실이 반드시 감소되어야 하고, 소재 품질(η)이 향상되어야 한다.
또한, 컴포넌트의 저온 거동에서의 향상이 요구된다. 작동 특성 및 제품 수명 둘다의 향상도 필요하다.
따라서, 상응하는 실시 적용례에 적합한 특성을 갖는 액정 매질이 상당히 요구된다.
본 발명의 목적은 마이크로파 적용례를 위한 컴포넌트에 사용하기 위한 액정 매질에서의 용도에 유리한 특성을 갖는 화합물을 제공하는 것이다.
놀랍게도, 본 발명에 따른 화합물을 사용하여 선행기술의 소재의 단점을 전혀 갖지 않거나 적어도 현저히 감소된 정도로만 갖는 적합한 네마틱 상(nematic phase) 범위 및 높은 Δn, 낮은 유전 손실, 높은 가변성 및 높은 소재 품질을 갖는 액정 매질을 성취할 수 있음이 밝혀졌다.
본 발명의 목적은 하기 화학식 I의 화합물에 의해 성취된다:
상기 식에서,
R1은 1 내지 15개의 C 원자를 갖는 알킬 또는 알콕시 라디칼이되, 상기 라디칼에서 하나 이상의 CH2 기는 서로 독립적으로 O 원자가 서로 직접 연결되지 않도록 -C≡C-, -CF2O-, -OCF2-, -CH=CH-, 
, 
, -O-, -CO-O- 또는 -O-CO-로 대체될 수 있고, 하나 이상의 H 원자는 할로겐으로 대체될 수 있고;
L1, L2, L3, L4, L5 및 L6은 서로 독립적으로 H, F, Cl, CF3 또는 RL이되, 기 L1, L2, L3 및 L4 중 하나 이상은 RL이고;
RL은 각각의 경우 동일하거나 상이하게 각각 10개 이하의 C 원자를 갖는 알킬, 알콕시, 알켄일, 알켄일옥시 또는 알콕시알킬이거나, 7개 이하의 C 원자를 갖는 사이클로알킬 또는 사이클로알켄일이거나, 10개 이하의 C 원자를 갖는 알킬사이클로알킬, 알킬사이클로알켄일, 알켄일사이클로알킬 또는 알켄일사이클로알켄일이고;
Y1 및 Y2는 서로 독립적으로 H, F 또는 Cl이다.
본 발명에 따른 화합물은 비교적 배우 높은 융점, 적합하게 높은 등명점, 높은 광학 이방성(Δn) 및 뚜렷한 양의 유전 이방성을 가짐으로써, 이를 기가헤르츠 영역에서 사용하기에 특히 적합하게 한다. 마이크로파 스펙트럼에서 비교적 낮은 손실 계수가 장점이 된다. 상기 화합물은 단독으로 또는 추가의 메소젠 성분(mesogenic component)과의 조합으로 광범위한 온도에 걸쳐 네마틱 상을 갖는다. 이러한 특성 전체는 상기 화합물을 고주파 기술용 컴포넌트 및 장치, 특히 마이크로파의 상을 편이시키기 위한 장치, 가변 필터, 가변 메타물질 구조, 및 전자 빔 조향 안테나(예컨대 상 배열 안테나)에 사용하기에 적합하게 한다. 본 발명에 따른 액정 매질은 상응하는 특성을 갖는다.
본 발명의 추가의 목적은 마이크로파 범위의 적용례, 특히 마이크로파(MW) 영역의 이상기 또는 액정 기반 안테나 소자 또는 가변 필터에 적합한 액정 매질을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 전자기 스펙트럼의 마이크로파 영역에서 작동가능한 컴포넌트 및 상기 컴포넌트를 포함하는 장치이다.
바람직한 컴포넌트는 이상기, 버랙터, 무선 및 라디오파 안테나 배열, 정합 회로 및 적응성 필터 등이다.
R1이 알킬 라디칼 및/또는 알콕시 라디칼인 경우, 이는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있다. 바람직하게는, 이는 2, 3, 4, 5, 6 또는 7개의 C 원자를 갖는 직쇄이고, 따라서 바람직하게는 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 에톡시, 프로폭시, 부톡시, 펜톡시, 헥속시 또는 헵톡시, 추가로, 메틸, 옥틸, 노닐, 데실, 운데실, 도데실, 트라이데실, 테트라데실, 펜타데실, 메톡시, 옥톡시, 노녹시, 데콕시, 운데콕시, 도데콕시, 트라이데콕시 또는 테트라데콕시이다.
R1은 2 내지 15개의 C 원자를 갖는 알켄일 라디칼일 수 있고, 이는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있다. 바람직하게는, 이는 직쇄이고 2 내지 7개의 C 원자를 갖는다. 따라서, 이는 바람직하게는 비닐, 프로프-1- 또는 -2-엔일, 부트-1-, -2- 또는 -3-엔일, 펜트-1-, -2-, -3- 또는 -4-엔일, 헥스-1-, -2-, -3-, -4- 또는 -5-엔일 또는 헵트 -1-, -2-, -3-, -4-, -5- 또는 -6-엔일이다.
R1은 옥사일킬, 바람직하게는 직쇄 2-옥사프로필(즉 메톡시메틸), 2-옥사부틸(즉 에톡시메틸) 또는 3-옥사부틸(즉 메톡시에틸), 2-, 3- 또는 4-옥사펜틸, 2-, 3-, 4- 또는 5-옥사헥실, 또는 2-, 3-, 4-, 5- 또는 6-옥사헵틸일 수 있다.
R1은 1 내지 15개의 C 원자를 갖는 알킬 라디칼일 수 있되, 여기서 하나의 CH2 기는 -O-로 대체되고 하나는 -CO-로 대체되고, 이들은 바람직하게는 인접한다. 따라서, 이는 아크릴옥시 기 -CO-O- 또는 옥시카보닐 기 -O-CO-를 함유한다. 이는 바람직하게는 직쇄이고 2 내지 6개의 C 원자를 갖는다.
R1은 1 내지 15개의 C 원자를 갖는 알킬 라디칼일 수 있되, 여기서 하나의 CH2 기는 비치환되거나 -CH=CH-로 치환되고, 인접한 CH2 기는 CO, CO-O 또는 O-CO로 대체되고, 상기 라디칼은 직쇄 또는 분지쇄일 수 있다. 이는 바람직하게는 직쇄이고 4 내지 13개의 C 원자를 갖는다.
R1은 1 내지 15개의 C 원자를 갖는 알킬 라디칼 또는 2 내지 15개의 C 원자를 갖는 알켄일 라디칼일 수 있되, 이는 각각 -CN 또는 -CF3으로 일치환되고, 바람직하게는 직쇄이다. -CN 또는 -CF3에 의한 치환은 임의의 목적하는 위치에서 가능하다.
R1은 알킬 라디칼일 수 있되, 여기서 2개 이상의 CH2 기는 -O- 및/또는 -CO-O-로 대체되고, 상기 라디칼은 직쇄 또는 분지쇄일 수 있다. 이는 바람직하게는 분지쇄이고, 3 내지 12개의 C 원자를 갖는다.
R1은 1 내지 15개의 C 원자를 갖는 알킬 라디칼 또는 2 내지 15개의 C 원자를 갖는 알켄일 라디칼일 수 있되, 이는 각각 할로겐(F, Cl, Br 또는 I)으로 적어도 일치환되고, 상기 라디칼은 바람직하게는 직쇄이고 할로겐은 바람직하게는 -F 또는 -Cl이다. 다치환의 경우, 할로겐은 바람직하게는 -F이다. 또한, 생성되는 라디칼은 과불화 라디칼, 예컨대 -CF3을 포함한다. 일치환의 경우, 불소 또는 염소 치환기가 임의의 목적하는 위치에 있을 수 있지만, 바람직하게는 ω-위치에 있다.
R1은 1 내지 15개, 바람직하게는 1 내지 5개, 특히 바람직하게는 1개의 C 원자를 갖는 알킬 또는 알콕시 라디칼이되, 상기 라디칼에서 하나 이상, 바람직하게는 하나의 CH2 기는 서로 독립적으로 
또는 
로 대체될 수 있다. R1은 바람직하게는 사이클로프로필, 사이클로부틸, 사이클로펜틸 또는 사이클로펜트-1-엔일이다.
화학식 I에서, 바람직하게는 L5 및 L6 둘다는 H이고, Y1은 F이고, Y2는 H 또는 F, 특히 바람직하게는 F이다.
또 다른 바람직한 양태에서, L1, L2, L3 및 L4 중 하나는 F이다.
화학식 I의 화합물은 특히 바람직하게는 하기 하위-화학식의 화합물 군으로부터 선택된다:
상기 식에서,
R1은 상기 제시된 의미를 갖고, 바람직하게는 7개 이하의 C 원자를 갖는 알킬 또는 알켄일, 특히 바람직하게는 에틸, n-프로필, n-부틸, n-펜틸 또는 n-헥실이고;
RL은 각각의 경우 동일하거나 상이하게 1 내지 5개의 C 원자를 갖는 알킬 또는 알켄일이거나, 각각 3 내지 6개의 C 원자를 갖는 사이클로알킬 또는 사이클로 알켄일, 바람직하게는 메틸, 에틸, n-프로필, n-부틸, 이소프로필, 사이클로프로필, 사이클로부틸, 사이클로펜틸 또는 사이클로펜트-1-엔일이다.
화학식 I의 화합물은 문헌(예를 들어 표준서, 예컨대 문헌[Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie [Methods of Organic Chemistry], Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart])에 그 자체로 공지되어 있는 방법에 의해 전술한 반응에 대해 공지되어 있고 적합한 반응 조건하에 정밀하게 제조된다. 그 자체로 공지되어 있는 변형이 사용될 수 있지만, 여기서 더 상세히 설명하진 않는다. 목적하는 경우, 출발 물질은 화학식 I의 화합물로 추가로 즉시 전환되는 대신, 이를 반응 혼합물로부터 단리함 없이 제자리(in situ) 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 화합물에 대한 바람직한 합성 경로가 하기 반응식에 제시되고 하기 실시예에 의해 추가로 예시된다. 합성은 적합한 출발 물질을 선택함으로써 화학식 I의 각각의 목적 화합물에 맞게 적응될 수 있다.
[반응식 1]
상기 반응식 1에서, 기들은 청구범위 제1항에 정의된 의미를 갖고, X1 및 X2는 이탈기이다. 이탈기의 예는 Cl, Br, I 및 설포네이트, 예컨대 토실레이트, 메실레이트, 트라이플루오로메탄 설포네이트 및 노실레이트 등이다. X1 및 X2는 동일하거나 상이할 수 있고, 바람직하게는 상이하다. 특히 바람직하게는, X1 또는 X2는 Br이고 X1 및 X2 중 다른 하나는 I이다.
본 발명의 또 다른 목적은 하기 화학식 I*의 화합물이다:
상기 식에서, 나타낸 기들은 화학식 I에 대해 제시된 의미를 갖는다.
본 발명의 또 다른 목적은 화학식 I*의 화합물을 화학식 I의 화합물로 전환하는 화학식 I의 화합물의 제조 방법이다. 본 발명에 따른 방법에 바람직한 시약은 탄소 다이설파이드, 티오포스젠, 티오카보닐 다이이미다졸, 다이-2-피리딜 티오노카보네이트, 비스(다이메틸티오카바모일) 다이설파이드, 다이메틸티오카바모일 클로라이드 및 페닐 클로로티오노포르메이트이다.
기재된 반응은 단지 예시적인 것으로 간주되어야 한다. 화학식 I의 화합물을 수득하기 위해, 통상의 기술자는 기재된 화합물의 상응하는 변형을 수행할 수 있고 다른 적합한 합성 경로를 따를 수 있다.
이미 언급한 바와 같이, 화학식 I의 화합물은 액정 매질에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 포함하는 2개 이상의 액정 화합물을 포함하는 액정 매질에 관한 것이다.
본 발명에 따른 액정 매질은 하나 이상의 화학식 I의 화합물 및 바람직하게는 임의적으로 하나 이상의 추가의 메소젠 화합물을 포함한다. 따라서, 액정 매질은 바람직하게는 액정 화합물인 2개 이상의 화합물을 바람직하게 포함한다. 바람직한 매질은 화학식 I의 바람직한 화합물을 포함한다.
액정 매질의 추가의 성분은 바람직하게는 하기 화학식 II의 화합물로부터 선택된다:
상기 식에서,
L11은 R11 또는 X11이고;
L12는 R12 또는 X12이고;
R11 및 R12는 서로 독립적으로 1 내지 17개, 바람직하게는 3 내지 10개의 C 원자를 갖는 비불화 알킬 또는 비불화 알콕시이거나, 2 내지 15개, 바람직하게는 3 내지 10개의 C 원자를 갖는 비불화 알켄일, 비불화 알킨일, 비불화 알켄일옥시 또는 비불화 알콕시알킬이거나, 바람직하게는 알킬 또는 비불화 알켄일이고;
X11 및 X12는 서로 독립적으로 F, Cl, Br, -CN, -NCS, -SCN 또는 SF5이거나, 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 불화 알킬 또는 불화 알콕시이거나, 2 내지 7개의 C 원자를 갖는 불화 알켄일, 불화 알켄일옥시 또는 불화 알콕시알킬이거나, 바람직하게는 CF3, OCF3, Cl, F 또는 NCS이고;
p 및 q는 서로 독립적으로 0 또는 1이고;
Z11 내지 Z13은 서로 독립적으로 트랜스-CH=CH-, 트랜스-CF=CF-, -C≡C- 또는 단일 결합이고;
는 서로 독립적으로
이고;
L은 각각의 경우 동일하거나 상이하게 1 내지 12개의 C 원자를 갖는 분지쇄 또는 비분지쇄 알킬, 알켄일 또는 알킨일이거나(하나 이상의 -CH2- 기는 서로 독립적으로 O로 대체될 수 있음), C3-C6 사이클로알킬, C3-C6 사이클로알켄일, 불화 알킬 또는 알켄일, 불화 알콕시 또는 알켄일옥시, F, Cl, Br, CN, NCS, SCN 또는 SF5이다.
본 발명의 바람직한 양태에서, 액정 매질은 하나 이상의 화학식 I의 화합물 및 하나 이상의 화학식 II의 화합물을 포함한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 액정 매질은 5 내지 95%, 바람직하게는 10 내지 90%, 특히 바람직하게는 15 내지 80%의 화학식 I의 화합물을 포함한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 액정 매질은 10 내지 100%, 바람직하게는 20 내지 95%, 특히 바람직하게는 25 내지 90%의 화학식 I 및 II의 화합물을 포함한다.
본 발명에 따라, 화학식 II의 화합물은 전체 혼합물 중 바람직하게는 10 내지 90%, 보다 바람직하게는 15 내지 85%, 보다 더 바람직하게는 25 내지 80%, 매우 바람직하게는 30 내지 75%의 총 농도로 사용된다.
또한, 액정 매질은 추가의 첨가제, 예컨대 안정화제, 키랄 도판트 및 나노입자를 포함할 수 있다. 첨가된 개별화합물은 0.005 내지 6%, 바람직하게는 0.1 내지 3%의 농도로 사용된다. 이러한 추가 성분의 총 농도는 전체 혼합물을 기준으로 0 내지 10%, 바람직하게는 0.1 내지 6%이다. 그러나, 액정 혼합물 중 나머지 성분, 즉 액정 화합물 또는 메소젠 화합물에 대한 농도 데이터는 상기 첨가제의 농도를 고려함 없이 제시된다.
바람직하게는, 액정 매질은 0 내지 10 중량%, 0.01 내지 5 중량%, 특히 바람직하게는 0.1 내지 3 중량%의 안정화제를 포함한다. 바람직하게는, 매질은 2,6-다이-tert-부틸페놀, 2,2,6,6-테트라메틸피페리딘 또는 2-벤조트라이아졸-2-일페놀로부터 선택되는 하나 이상의 안정화제를 포함한다. 이러한 보조제는, 예를 들어 광 안정화제로서 통상의 기술자에게 공지되어 있고 시판된다.
따라서, 본 발명의 양태는 하나 이상의 화학식 I의 화합물이 하나 이상의 추가의 화합물 및 임의적으로 하나 이상의 첨가제와 혼합되는 것을 특징으로 하는 액정 매질의 제조 방법이다. 추가의 화합물은 바람직하게는 상기 제시된 화학식 II의 화합물 및 임의적으로 하나 이상의 추가의 화합물로부터 선택된다.
본원에서, 표현 "양의 유전"은 Δε이 3.0 초과인 화합물 또는 성분을 설명하고, "중성 유전"은 Δε이 -1.5 내지 3.0인 화합물 또는 성분을 설명하고, "음의 유전은 Δε이 -1.5 미만인 화합물 또는 성분을 설명한다. 각각의 화합물의 유전 이방성은 네마틱 호스트 혼합물 중 각각의 개별 화합물의 10% 용액의 결과로부터 측정된다. 호스트 혼합물 중 각각의 혼합물의 용해도가 10% 미만인 경우, 상기 농도는 5%로 하향조정된다. 시험 혼합물의 전기 용량은 수직 정렬을 갖는 셀 및 수평 정렬을 갖는 셀 둘다에서 측정된다. 상기 2개 형의 셀의 셀 두께는 약 20 μm이다. 인가되는 전압은 1 kHz의 주파수 및 전형적으로 0.5 내지 1.0 V의 유효값을 갖는 직사각형파이지만, 이는 항상 각각의 시험 혼합물의 전기 용량 임계값 미만이 되도록 선택된다.
Δ ε은 (ε∥ - ε⊥)로서 정의되고, ε평균은 (ε∥ + 2 ε⊥)/3이다.
양의 유전 화합물에 사용되는 호스트 혼합물은 혼합물 ZLI-4792이고, 중성 유전 및 음의 유전 화합물에 사용되는 것은 ZLI-3086이고, 이 둘다는 독일의 메르크 카게아아의 것이다. 화합물의 유전 상수의 절대값은 관심 화합물의 첨가시 호스트 혼합물의 각각의 값의 변화로부터 측정된다. 상기 값은 100%의 관심 화합물의 농도로 외삽된다.
20℃의 측정 온도에서 네마틱 상을 갖는 성분은 그 자체로 측정되고, 다른 모두는 화합물과 같이 취급된다.
명확히 달리 언급되지 않는 한, 본원에서 용어 "임계 전압"은 광학 임계 전압이고 10% 상대 대조 전압(V10)에 대해 언급되고, 용어 "포화 전압"은 광학 포화 전압을 지칭하고 90% 상대 대조 전압(V90)에 대해 언급된다. 전기 용량 임게 전압(V0)은 프리데릭 임계 전압(VFr)으로도 지칭되고 명확히 언급되는 경우에만 사용된다.
명확히 달리 언급되지 않는 한, 본원에 제시된 매개변수 범위는 모두 한계값을 포함한다.
또 다른 하나와 조합하여 특성의 다양한 범위에 대해 제시된 상이한 상한값 및 하한값은 추가의 바람직한 범위를 생성한다.
본원 전체에서, 명확히 달리 언급되지 않는 한, 하기 조건 및 정의가 적용된다. 모든 농도는 중량%로 언급되고 각각의 전체 혼합물에 관한 것이고, 모든 온도는 섭씨 온도로 언급되고, 모든 온도 차이는 차등 도로 언급된다. 명확히 달리 언급되지 않는 한, 액정 매질에 적형적인 모든 물리적 특성은 문헌["Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", status Nov. 1997, Merck KGaA, Germany]에 따라 측정되고 20℃의 온도에 대해 언급된다. 광학 이방성(Δn)은 589.3 nm의 파장에서 측정된다. 유전 이방성(Δε)은 1 kHz의 주파수에서 측정된다. 입계 전압 및 모든 다른 전자-광학 특성은 일본의 메르크 리미티드(Merck Ltd.)에서 제지된 시험 셀을 사용하여 측정된다. Δε의 측정을 위한 시험 셀은 약 20 μm의 두께를 갖는다. 전극은 1.13 cm2의 면적 및 가드 링을 갖는 원형 ITO 전극이다. 배향 층은 수직 배향(ε⊥)에 대해 일본의 닛산 케미칼스(Nissan Chemicals)의 SE-1211이고 수평 배향(ε∥)에 대해 일본의 재팬 신테틱 러버(Japan Synthetic Rubber)의 폴리이미드 AL-1054이다. 전기 용량은 솔라트론(Solatron) 1260 주파수 응답 분석기를 사용하여 0.3 Vrms의 접압을 갖는 사인파를 사용하여 측정된다. 정자-광학 측정에 사용되는 광은 백색광이다. 독일의 아우트로닉-멜처스(Autronic-Melchers)에서 시판되는 DMS 계기가 여기서 사용된다. 특징 접압은 수직 관찰하에 측정된다. 임계 전압(V10), 중간-회색 전압(V50) 및 포화 전압(V90)은 각각 10%, 50% 및 90% 대조 전압에 대해 측정된다.
액정 매질은 문헌[A. Penirschke et al. "Cavity Perturbation Method for Characterization of Liquid Crystals up to 35 GHz", 34th European Microwave Conference - Amsterdam, pp. 545-548]에 기재되어 있는 마이크로파 주파수 범위에서 이의 특성에 대해 시험된다. 마찬가지로, 측정 방법이 상세히 기재되어 있는 문헌[A. Gaebler et al. "Direct Simulation of Material Permittivities...", 12MTC 2009 - International Instrumentation and Measurement Technology Conference, Singapore, 2009 (IEEE), pp. 463-467] 및 DE 10 2004 029 429 A를 이와 관련하여 비교한다.
액정은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 석영 모세관에 도입된다. 상기 모세관은 0.5 mm의 내부 직경 및 0.78 mm의 외부 직경을 갖는 다. 유효 길이는 2.0 cm이다. 충전된 모세관은 19 GHz의 공명 주파수를 갖는 실린더형 공동의 중심에 도입된다. 상기 공동은 11.5 mm의 길이 및 6 mm의 반경을 갖는다. 이어서, 입력 신호(공급원)가 인가되고, 공극의 응답에 따른 주파수가 시판되는 벡터 네트워크 분석기(N5227A PNA 마이크로파 네트워크 분석기, 미국의 키사이트 테크놀로지스 인코포레이티드(Keysight Technologies Inc.))를 사용하여 기록된다. 다른 주파주에 대해, 공극의 치수가 상응하게 적응된다.
액정으로 충전된 모세관 측정과 액정으로 충전된 모세관이 없는 측정간의 공명 주파수 및 Q 계수의 변화는 전술한 문헌[A. Penirschke et al., 34th European Microwave Conference - Amsterdam, pp. 545-548]에 기재된 등식 10 및 11에 의해 상응하는 표적 주파수에서 유전 상수 및 손실 각을 측정하는데 사용된다.
액정의 직각 및 평행한 특성의 성분에 대한 값은 자기장에서 액정의 정렬에 의해 수득된다. 이를 위해, 영구 자석의 자기장이 사용된다. 자기장의 강도는 0.35 테슬라이다.
마이크로파 영역에서 유전 이방성은 하기 수학식 1로 정의된다.
[수학식 1]
Δεr ≡ (εr ,∥ - εr ,⊥)
가변성(τ)은 하기 수학식 2로 정의된다.
[수학식 2]
τ ≡ (Δεr/εr ,∥)
소재 품질(η)은 하기 수학식 3으로 정의된다.
[수학식 3]
η ≡ (τ/tanδε,최대)
상기 수학식 3에서, 최대 유전 손실 계수 tanδε,최대는 하기 수학식 4로 정의된다.
[수학식 4]
tanδε,최대 ≡ max{tanδε ,⊥, tanδε ,∥}
이는 tanδε,r에 대해 측정된 값의 최대값으로부터 생성된다.
바람직한 액정 물질의 소재 품질(η)은 6 이상, 바람직하게는 7 이상, 바람직하게는 10 이상, 바람직하게는 15 이상, 특히 바람직하게는 25 이상, 매우 특히 바람직하게는 30 이상이다.
상응하는 성분에서, 바람직한 액정 물질은 15°/dB 이상, 바람직하게는 20°/dB 이상, 보다 바람직하게는 30°/dB 이상, 보다 바람직하게는 40°/dB 이상, 보다 바람직하게는 50°/dB 이상, 특히 바람직하게는 80°/dB 이상, 매우 특히 바람직하게는 100°/dB 이상의 이상기 품질을 갖는다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 액정 매질은 각각의 경우 -20 내지 80℃, 바람직하게는 -30 내지 85℃, 매우 특히 바람직하게는 -40 내지 100℃의 네마틱 상을 갖는다. 상기 상은 특히 바람직하게는 120℃ 이상, 바람직하게는 140℃ 이상, 매우 특히 바람직하게는 180℃ 이상에 이른다. 상기 표현은 스멕틱 상(smectic phase) 및 결정화가 저온 및 상응하는 온도에서 관찰되지 않는 한편 가열시 네마틱 상으로부터 등명점이 발생하지 않음을 의미한다. 저온에서의 시험은 상응하는 온도에서 유동 점도계로 수행되고 100시간 이상 동안 5 μm의 셀 두께를 갖는 시험 셀 및 벌크 혼합물에서의 저장에 의해 검증된다. 고온에서, 등명점은 모세관에서 통상적인 방법에 의해 측정된다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 액정 매질은 90℃ 이상, 보다 바람직하게는 100℃ 이상, 보다 더 바람직하게는 120℃ 이상, 특히 바람직하게는 150℃ 이상, 매우 특히 바람직하게는 170℃ 이상의 등명점을 갖는다.
본 발명에 따른 액정 매질의 Δε(1 kHz 및 20℃)은 바람직하게는 1 이상, 보다 바람직하게는 2 이상, 매우 바람직하게는 3 이상이다.
본 발명에 따른 액정 매질의 Δn은 589 nm(NaD) 및 20℃에서 바람직하게는 0.20 내지 0.90, 보다 바람직하게는 0.25 내지 0.90, 보다 더 바람직하게는 0.30 내지 0.85, 매우 특히 바람직하게는 0.35 내지 0.80이다.
본 발명의 바람직한 양태에서, 본 발명에 따른 액정 매질의 Δn은 바람직하게는 0.50 이상, 보다 바람직하게는 0.55 이상이다.
또한, 본 발명에 따른 액정 매질은 마이크로파 영역에서 높은 이방성으로써 특징지어진다. 예를 들어, 복굴절률은 약 19 GHz에서, 바람직하게는 0.14 이상, 특히 바람직하게는 0.15 이상, 특히 바람직하게는 0.20 이상, 특히 바람직하게는 0.25 이상, 매우 특히 바람직하게는 0.30 이상이다. 또한, 복굴절률은 바람직하게는 0.80 이하이다.
사용되는 액정은 단일 물질 또는 혼합물이다. 이는 바람직하게는 네마틱 상을 갖는다.
본원에서, 명확히 달리 언급되지 않는 한, 용어 "화합물"은 하나의 화합물 및 복수의 화합물을 의미한다.
본 발명에 따른 액정 매질 또는 하나 이상의 화합물을 포함하는 바람직한 컴포넌트는 이상기, 버랙터, 안테나 배열(예를 들어 라디오, 모바일 통신수단, 마이크로파/레이더 및 기타 데이터 전송을 위한 것), 가변 메타물질 구조, 정합 네트워크 및 가변 필터 등이다. 상기 정의된 고주파 기술용 컴포넌트가 바람직하다. 상이한 인가 전기 전압에 의해 조절될 수 있는 컴포넌트도 바람직하다. 이상기가 특히 바람직한 컴포넌트이다. 바람직한 양태에서, 다수의 이상기가 기능적으로 연결되어, 예를 들어 상-제어 그룹 안테나(일반적으로 "상 배열" 안테나로 지칭됨)이 생성된다. 그룹 안테나는 간섭을 통한 번들링(bundling)을 성취하기 위해 매트릭스에 정렬된 송신 도는 수신 소자의 위상 변이를 사용한다. 열(row) 또는 그리드(grid) 형태의 이상기의 평행 정렬은 이른바 상 배열의 구축을 가능하게 하고, 이는 고주파(예를 들어 기가헤르츠 영역)용 가변 또는 수동 송신 또는 수신 안테나로서 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 상 배열 안테나의 안테나 빔은 넓은 각 영역에 걸쳐 조향될 수 있다.
바람직한 적용례는 자동차, 조선, 항공, 우주 여행 및 인공위성 기술 분야로부터의 비모바일 단말(non-mobile terminal), 또는 유인 또는 무인 이동수단 레이더 설치 및 데이터 송신 장치이다.
적합한 고주파 기술용 컴포넌트, 특히 적합한 이상기의 제조를 위해, 전형적으로, 본 발명에 따른 액정 매질은 1 mm 미만의 두께, 수 mm의 너비 및 수 cm의 길이를 갖는 직사각형 공극으로 유도된다. 상기 공극은 2개의 긴 측면에 걸쳐 설치된 상대 전극을 갖는다. 이러한 정렬은 통상의 기술자에게 익숙하다. 가변 전압의 인가를 통해, 액정 매질의 유전 특성은 안테나의 상이한 주파수 또는 방향이 설정되도록 안테나의 작동 동안 조정될 수 있다.
표현 "할로겐" 또는 "할로겐화"는 F, Cl, Br 또는 I, 특히 F 또는 Cl, 특히 F를 지칭한다. 따라서, 할로겐화 알킬 라디칼은 염화 또는 불화 알킬 라디칼을 의미한다.
바람직하게는, 표현 "알킬"은 1 내지 15개의 C 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄 알킬 기, 특히 직쇄 기 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실 또는 헵틸을 포괄한다. 2 내지 10개의 C 원자를 갖는 기가 일반적으로 바람직하다.
바람직하게는, 표현 "알켄일"은 2 내지 15개의 C 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄 알켄일 기, 특히 직쇄 기를 포괄한다. 특히 바람직한 알켄일 기는 C2- 내지 C7-1E-알켄일, C4- 내지 C7-3E-알켄일, C5- 내지 C7-4-알켄일, C6- 내지 C7-5-알켄일 및 C7-6-알켄일, 특히 C2- 내지 C7-1E-알켄일, C4- 내지 C7-3E-알켄일 및 C5- 내지 C7-4-알켄일이다. 추가로 바람직한 알켄일 기의 예는 비닐, 1E-프로펜일, 1E-부텐일, 1E-펜텐일, 1E-헥센일, 1E-헵텐일, 3-부텐일, 3E-펜텐일, 3E-헥센일, 3E-헵텐일, 4-펜텐일, 4Z-헥센일, 4E-헥센일, 4Z-헵텐일, 5-헥센일 및 6-헵텐일 등이다. 5개 이하의 C 원자를 갖는 기가 일반적으로 바람직하다.
바람직하게는, 표현 "알콕시"는 화학식 CnH2n +1-O-(n은 1 내지 10임)의 직쇄 라디칼을 포괄한다. n은 바람직하게는 1 내지 6이다. 바람직한 알콕시 기는, 예를 들어 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, n-부톡시, n-펜톡시, n-헥속시, n-헵톡시, n-옥톡시, n-노녹시, n-데콕시이다.
바람직하게는, 표현 "옥사알킬" 또는 "알콕시알킬"은 화학식 CnH2n+1-O-(CH2)m(n 및 m은 각각 서로 독립적으로 1 내지 10임)의 직쇄 라디칼을 포괄한다. 바람직하게는, n은 1이고, m은 1 내지 6이다.
바람직하게는, 표현 "불화 알킬 라디칼"은 일불화 또는 다불화 라디칼을 포괄한다. 과불화 라디칼이 포함된다. CF3, CH2CF3, CH2CHF2, CHF2, CH2F, CHFCF3 및 CF2CHFCF3, 특히 바람직하게는 CF3이 바람직하다.
표현 "불화 알콕시 라디칼"은 일불화 또는 다불화 라디칼을 포괄한다. 과불화 라디칼이 바람직하다. OCF3 라디칼이 특히 바람직하다.
바람직하게는, 표현 "하나 이상의 -CH2- 기가 -O-로 대체될 수 있는 알켄일/알킨일 기"는 비말단 CH2 기가 대체된 상기 유형의 기에 관한 것이다. OH 기는 일반적인 의미에 포함된다.
표현 "치환된 사이클로알킬"은 알킬(특히 1 내지 8개의 C 원자를 갖는 알킬)로 일치환 또는 다치환된 사이클로알킬을 포괄한다.
표현 "치환된 페닐"은 R1과 같이 정의된 기로 일치환 또는 다치환된 페닐, 특히 F, Cl, 알킬 또는 알콕시로 치환된 페닐을 포괄한다.
본원에서, "고주파 기술"은 1 MHz 내지 10 THz, 바람직하게는 1 GHz 내지 3 THz, 보다 바람직하게는 2 GHz 내지 1 THz, 특히 바람직하게는 5 내지 300 GHz의 주파수를 갖는 적용례를 의미한다. 바람직하게는, 적용례는 메세지 송신 마이크로파 스펙트럼 또는 인접 영역에서이고, 여기서 상 배열 모듈은 송신 또는 수신 안테나에 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 액정 매질은 하나 이상, 바람직하게는 2 내지 30개, 보다 바람직하게는 3 내지 20개, 매우 바람직하게는 3 내지 16개의 화합물로 이루어진다. 이러한 화합물들은 통상적인 방법으로 혼합된다. 일반적으로, 더 소량으로 사용되는 목적량의 화합물이 더 다량으로 사용되는 화합물에 용해된다. 온도가 더 고농도로 사용되는 화합물의 등명점을 초과하는 경우, 용해 과정의 완결을 관찰하는 것이 특히 용이하다. 그러나, 예를 들어 이른바 프리-믹스(pre-mix)를 사용하거나(이는, 예를 들어 혼합물의 동종 또는 공정 혼합물일 수 있음), 이른바 멀티보틀(multibottle) 시스템을 사용하여(이의 구성 성분은 그 자체로 사용준비된 혼합물임) 다른 통상적인 방법으로 매질을 제조하는 것이 가능하다.
액정의 모든 온도, 예컨대 융점 T(C,N) 또는 T(C,S), 스멕틱 상(S)으로부터 네마틱 상(N)으로의 전이 상 T(S,N) 및 등명점 T(N,I)은 섭씨 온도로 언급된다. 모든 온도 차이는 차등 도로 언급된다.
본원 및 하기 실시예에서, 액정 화합물의 구조는 두문자어(acronym)에 의해 제시되고, 여기서 화학식의 변환은 하기 표 A 및 B에 따라 수행된다. 모든 라디칼 CnH2n+1 및 CmH2m +1은 각각 n 및 m개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼이고, n, m 및 k는 정수, 바람직하게는 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 또는 12이다. 표 B의 코드화는 자명하다. 표 A에서, 단지 모구조의 두문자어만이 제시된다. 개별 경우에서, 모구조에 대한 두문자어에 치환기 R1*, R2*, L1* 및 L2*에 대한 코드가 이어지고 이는 대시 기호에 의해 분리된다.
적합한 혼합물 성분을 하기 표 A 및 B에서 찾을 수 있다.
[표 A]
[표 B]
하기 표 C는 본 발명에 따른 혼합물에 일반적으로 첨가되는 가능한 키랄 도펀트를 제시한다. 혼합물은 바람직하게는 0 내지 10 중량%, 특히 0.001 내지 5 중량%, 특히 바람직하게는 0.001 내지 3 중량%의 키랄 도펀트를 포함한다.
[표 C]
예를 들어, 본 발명에 따른 혼합물에 0 내지 10%로 첨가될 수 있는 안정화제가 하기 표 D에 제시된다.
[표 D]
하기 실시예는 본 발명을 어떻게든 한정함 없이 예시한다. 그러나, 어떤 특성이 성취되고 이들이 어떤 범위에서 변형될 수 있는 지는 물리적 특성으로부터 통상의 기술자에게 명확하다. 따라서, 특히, 바람직하게 성취될 수 있는 다양한 특성의 조합이 당업자에게 잘 정의되어 있다.
본원에서, 명확히 달리 제시되지 않는 한, 용어의 복수형은 단수형 및 복수형 둘다를 나타내고, 이의 역도 마찬가지이다. 설명에 의한 본 발명에 따른 양태 및 이형의 추가의 조합도 청구범위로부터 발생한다.
실시예
합성
실시예
실시예
1: 5
-[2-(2-에틸-4-n-
펜틸
-페닐)
에틴일
]-1,3-
다이플루오로
-2-
이소티오시아나토
-벤젠(1)
단계 1: 4-[2-(4-브로모-2-에틸-페닐)에틴일]-2,6-다이플루오로-아닐린
트라이에틸아민(200 mL) 및 THF(450 mL) 중 4-브로모-2-에틸-1-요오도벤젠(95.0 g, 0.3 mol)의 용액에 Pd(PPh3)2Cl2(4.0 g, 5.8 mmol) 및 CuI(1.1 g, 5.8 mmol)를 첨가하였다. 생성된 용액을 0℃로 냉각하고 트라이에틸아민(100 mL) 중 4-에틴일-2,6-다이플로오로-아닐린(45.0 g, 0.29 mol)의 용액을 적가하였다. 반응 혼합물을 주위 온도로 가온하고 밤새 교반한 후, 이를 여과하고 감압하에 농축하였다. 잔사를 속성 크로마토그래피(석유 에터/톨루엔)로 정제하여 4-[2-(4-브로모-2-에틸-페닐)에틴일]-2,6-다이플루오로-아닐린을 무색 결정으로서 수득하였다.
단계 2: 4-[2-(2-에틸-4-n-펜틸-페닐)에틴일]-2,6-다이플루오로-아닐린
톨루엔(300 mL) 및 물(26 액적) 중 K3PO4(40.8 g, 0.19 mol)의 현탁액에 Pd(dba)2(1.47 g, 2.65 mmol) 및 SPhos(1.10 g, 2.69 mmol)를 첨가하였다. 생성된 혼합물을 10분 동안 실온에서 교반한 후, 4-[2-(4-브로모-2-에틸-페닐)에틴일]-2,6-다이플루오로-아닐린(43.0 g, 0.13 mol), n-펜탄 보론산(22.4 g, 0.19 mol) 및 톨루엔(130 mL)을 첨가하였다. 반응 혼합물을 20시간 동안 환류하에 교반하고 물로 처리하였다. 수성 상을 분리하고 메틸 tert-부틸 에터로 추출하였다. 합친 유기층을 물 및 NaCl 포화 용액으로 세척하고 Na2SO4로 건조시키고 여과하고 진공하에 농축하였다. 잔사를 속성 크로마토그래피(석유 에터/메틸 tert-부틸 에터)로 정제하여 4-[2-(2-에틸-4-n-펜틸-페닐)에틴일]-2,6-다이플루오로-아닐린을 황색빛 오일로서 수득하였다.
단계 3: 5-[2-(2-에틸-4-n-펜틸-페닐)에틴일]-1,3-다이플루오로-2-이소티오시아나토-벤젠(1)
다이클로로메탄(490 mL) 및 DMF(18 mL, 0.24 mol) 중 4-[2-(2-에틸-4-n-펜틸-페닐)에틴일]-2,6-다이플루오로-아닐린(38.8 g, 0.12 mol)의 용액을 실온에서 티오카보닐 다이이미다졸(42.1 g, 0.24 mol)로 처리하였다. 생성된 혼합물을 밤새 동일한 온도에서 교반하고 32℃에서 추가로 2일 동안 교반한 후, 여과하고 감압하에 농축하였다. 잔사를 속성 크로마토그래피(석유 에터) 및 석유 에터로부터의 재결정화로 정제하여 5-[2-(2-에틸-4-n-펜틸-페닐)에틴일]-1,3-다이플루오로-2-이소티오시아나토-벤젠을 무색 결정으로서 수득하였다.
1H NMR: δ = 7.38 ppm (d, J = 7.8 Hz, 1H), 7.11 - 7.05 (m, 3H), 7.01 (dd, J = 7.8, 1.7 Hz, 1H), 2.82 (q, J = 7.6 Hz, 2H), 2.63 - 2.55 (m, 2H), 1.68 - 1.57 (m, 2H), 1.41 - 1.25 (m, 7H), 0.93 - 0.86 (m, 3H).
EI-MS: 369.0.
상 순서: Tg -68 K 34 I.
Δε: 12.1.
Δn: 0.3003.
Clp: -52.8℃.
γ1: 112 mPa·s.
실시예 1과 유사하게 하기 화합물을 수득하였다.
합성
실시예
2
1H NMR: 7.32 (d, J = 1.7 Hz, 1H), 7.29 - 7.24 (m, 1H), 7.13 (d, J = 7.8 Hz, 1H), 7.11 - 7.05 (m, 2H), 2.71 - 2.57 (m, 4H), 1.64 - 1.53 (m, 2H), 1.36 (hept, J = 3.8, 3.2 Hz, 4H), 1.23 (t, J = 7.5 Hz, 3H), 0.96 - 0.86 (m, 3H). EI-MS: 369.1.
상 순서: Tg -59 K 51 I.
Δε: 13.9.
Δn: 0.2691.
Clp: -84.6℃.
γ1: 140 mPa·s.
합성
실시예
3
1H NMR: 7.38 (d, J = 7.9 Hz, 1H), 7.31 (dd, J = 16.7, 1.3 Hz, 1H), 7.21 (dd, J = 7.9, 1.6 Hz, 1H), 7.11 - 7.05 (m, 2H), 2.80 (q, J = 7.6 Hz, 2H), 2.40 (t, J = 7.0 Hz, 2H), 1.64 (h, J = 7.2 Hz, 2H), 1.27 (t, J = 7.6 Hz, 3H), 1.06 (t, J = 7.4 Hz, 3H).
EI-MS: 365.1.
상 순서: K 85 I.
Δε: 12.5.
Δn: 0.4024.
Clp: -34.1℃.
γ1: 288 mPa·s.
합성
실시예
4
1H NMR: 7.34 (d, J = 8.1 Hz, 2H), 7.28 - 7.22 (m, 2H), 7.13 - 7.04 (m, 2H), 2.78 (q, J = 7.5 Hz, 2H), 2.44 (t, J = 7.0 Hz, 2H), 1.65 (h, J = 7.2 Hz, 2H), 1.24 (t, J = 7.6 Hz, 3H), 1.06 (t, J = 7.4 Hz, 3H).
EI-MS: 365.2.
상 순서: K 77 I.
Δε: 16.3.
Δn: 0.3964.
Clp: -21.0℃
γ1: 229 mPa·s.
합성
실시예
5
1H NMR: 7.40 (d, J = 7.9 Hz, 1H), 7.29 (s, 1H), 7.19 (dd, J = 7.9, 1.6 Hz, 1H), 7.16 - 7.09 (m, 2H), 6.92 (d, J = 1.5 Hz, 1H), 2.42 (t, J = 7.1 Hz, 2H), 2.31 (ddd, J = 13.6, 8.5, 5.2 Hz, 1H), 1.66 (h, J = 7.3 Hz, 2H), 1.28 (s, 2H), 1.07 (t, J = 7.3 Hz, 5H), 0.79 (dt, J = 6.7, 4.8 Hz, 2H).
EI-MS: 377.0.
상 순서: K 110 I.
합성
실시예
6
1H NMR: 7.32 - 7.26 (m, 2H), 7.06 - 7.00 (m, 1H), 6.89 (dd, J = 7.9, 1.6 Hz, 1H), 6.60 (d, J = 1.8 Hz, 1H), 2.53 - 2.43 (m, 2H), 2.27 - 2.18 (m, 1H), 1.56 - 1.45 (m, 2H), 1.23 (ddt, J = 13.5, 9.6, 6.0 Hz, 4H), 1.01 - 0.91 (m, 2H), 0.85 - 0.75 (m, 3H), 0.68 (dtd, J = 6.4, 4.7, 1.4 Hz, 2H).
EI-MS: 381.1.
상 순서: K 63 I.
Δε: 10.9.
Δn: 0.2807.
Clp: -70.1℃.
γ1: 203 mPa·s.
합성
실시예
7
1H NMR: 7.40 (d, J = 7.8 Hz, 1H), 7.15 - 7.07 (m, 3H), 7.03 (dd, J = 7.8, 1.7 Hz, 1H), 2.65 - 2.57 (m, 2H), 2.49 (s, 3H), 1.69 - 1.58 (m, 2H), 1.42 - 1.28 (m, 4H), 0.95 - 0.90 (m, 3H).
EI-MS: 355.0.
상 순서: Tg -67 K 40 N (-23.9) I.
Δε: 14.9.
Δn: 0.3366.
Clp: -7.4℃.
γ1: 133 mPa·s.
합성
실시예
8
1H NMR: 7.29 (d, J = 1.7 Hz, 1H), 7.27 (dd, J = 7.9, 1.6 Hz, 1H), 7.12 (d, J = 7.7 Hz, 1H), 7.10 - 7.07 (m, 2H), 2.63 - 2.56 (m, 2H), 2.30 (s, 3H), 1.62 - 1.54 (m, 2H), 1.36 (h, J = 3.7 Hz, 4H), 0.96 - 0.87 (m, 3H).
EI-MS: 355.1.
상 순서: K 44 I.
Δε: 16.8.
Δn: 0.3172.
Clp: -28.2℃.
γ1: 152 mPa·s.
합성
실시예
9
1H NMR: 7.11 - 7.06 (m, 2H), 6.90 (s, 2H), 2.56 - 2.51 (m, 2H), 2.45 (s, 6H), 1.64 - 1.55 (m, 2H), 1.32 (ddt, J = 11.3, 8.2, 5.4 Hz, 4H), 0.90 (t, J = 7.0 Hz, 3H).
EI-MS: 369.1.
상 순서: K 66 I
Δε: 11.2.
Δn: 0.3051.
Clp: -47.6℃.
γ1: 175 mPa·s.
합성
실시예
10
1H NMR: 7.24 (s, 1H), 7.10 - 7.04 (m, 2H), 6.99 (s, 1H), 2.60 - 2.52 (m, 2H), 2.41 (s, 3H), 2.25 (s, 3H), 1.55 (ddt, J = 10.0, 7.1, 5.1 Hz, 2H), 1.35 (dq, J = 7.2, 3.5 Hz, 4H), 0.94 - 0.88 (m, 3H).
EI-MS: 379.1.
상 순서: K 63 I.
Δε: 13.1.
Δn: 0.2883.
Clp: -63.8℃.
γ1: 212 mPa·s.
합성
실시예
11
합성
실시예
12
합성
실시예
13
합성
실시예
14
합성
실시예
15
합성
실시예
16
합성
실시예
17
합성
실시예
18
합성
실시예
19
합성
실시예
20
합성
실시예
21
합성
실시예
22
합성
실시예
23
합성
실시예
24
합성
실시예
25
합성
실시예
26
합성
실시예
27
합성
실시예
28
합성
실시예
29
합성
실시예
30
합성
실시예
31
합성
실시예
32
합성
실시예
33
1H NMR (400 MHz, 클로로포름-d) δ 7.21 (d, J = 1.6 Hz, 1H), 7.16 (dd, J = 7.9, 1.7 Hz, 1H), 7.12 - 7.05 (m, 2H), 6.41 - 6.21 (m, 2H), 2.46 (s, 3H), 2.20 (td, J = 7.3, 5.9 Hz, 2H), 1.55 - 1.45 (m, 2H), 0.96 (t, J = 7.4 Hz, 3H).
EI-MS: 353.1.
상 순서: K 49 N 69.2 I.
Δε: 17.1.
Δn: 0.4378.
Clp: 68.4℃.
γ1: 334 mPa·s.
합성
실시예
34
1H NMR (500 MHz, 클로로포름-d) δ 7.33 (d, J = 7.9 Hz, 1H), 7.17 - 7.06 (m, 2H), 7.06 - 6.97 (m, 2H), 6.34 - 6.15 (m, 2H), 2.75 (q, J = 7.6 Hz, 2H), 2.19 - 2.08 (m, 2H), 1.53 - 1.37 (m, 4H), 1.22 (t, J = 7.6 Hz, 3H), 0.89 (t, J = 7.4 Hz, 3H).
상 순서: K 73 I.
Δε: 14.5.
Δn: 0.4197.
Clp: 13.2℃.
합성
실시예
35
1H NMR (400 MHz, 클로로포름-d) δ 7.42 (d, J = 7.9 Hz, 1H), 7.30 (s, 2H), 7.14 - 7.04 (m, 2H), 6.66 - 6.55 (m, 1H), 6.17 (dt, J = 15.5, 7.0 Hz, 1H), 2.69 (q, J = 7.5 Hz, 2H), 2.23 (qd, J = 7.1, 1.5 Hz, 2H), 1.52 (h, J = 7.3 Hz, 2H), 1.21 (t, J = 7.5 Hz, 3H), 0.97 (t, J = 7.3 Hz, 3H).
EI-MS: 367.2.
상 순서: K 65 I.
Δε: 15.9.
Δn: 0.3534.
Clp: -26.7℃.
γ1: 271 mPa·s.
합성
실시예
36
1H NMR (400 MHz, 클로로포름-d) δ 7.18 (d, J = 1.6 Hz, 2H), 7.13 - 7.06 (m, 2H), 7.05 (d, J = 1.7 Hz, 1H), 2.62 (q, J = 7.6 Hz, 4H), 1.24 (t, J = 7.6 Hz, 6H).
EI-MS: 327.1.
상 순서: K 113 I.
Δε: 8.4.
Δn: 0.1764.
Clp: -194.8℃.
γ1: 36 mPa·s.
합성
실시예
37
합성
실시예
38
사용
실시예
하기 표에 제시된 조성 및 특성을 갖는 네마틱 액정 매질 N-1을 제조하였다.
혼합물
실시예
혼합물 실시예 M-1을 상기 액정 호스트 물질 N-1 및 합성 실시예 1의 화합물 1로부터 제조하였고, 이는 90 중량%의 N-1 및 10 중량%의 화합물 1로 이루어졌다. 이에 따라, 혼합물 실시예 M-2 내지 M-10 및 M-33 내지 M-35를 각각 액정 호스트 혼합물 N-1, 및 합성 실시예 2 내지 10 및 33 내지 35의 화합물 2 내지 10 및 3 내지 35로부터 제조하였고, 이는 각각 90 중량%의 N-1, 및 10 중량%의 화합물 2 내지 10 및 33 내지 35로 이루어졌다.
| 19 GHz(20℃)에서 혼합물 M-1 내지 M-10 및 N-1의 특성 | ||||||
| 혼합물 | εr ,∥ | tanδεr ,∥ | εr ,⊥ | tanδεr ,⊥ | τ | η |
| M-1 | 2.5453 | 0.0050 | 2.2306 | 0.0120 | 0.1237 | 10.3 |
| M-2 | 2.5437 | 0.0051 | 2.2370 | 0.0118 | 0.1206 | 10.2 |
| M-3 | 2.5960 | 0.0048 | 2.2620 | 0.0117 | 0.1287 | 11.0 |
| M-4 | 2.5568 | 0.0052 | 2.2336 | 0.0116 | 0.1264 | 10.9 |
| M-5 | - | - | - | - | - | - |
| M-6 | 2.5513 | 0.0049 | 2.2414 | 0.0117 | 0.1215 | 10.4 |
| M-7 | 2.5865 | 0.0050 | 2.2724 | 0.0122 | 0.1215 | 10.0 |
| M-8 | 2.5787 | 0.0051 | 2.2713 | 0.0121 | 0.1192 | 9.9 |
| M-9 | 2.5849 | 0.0049 | 2.2741 | 0.0120 | 0.1203 | 10.0 |
| M-10 | 2.5708 | 0.0050 | 2.2668 | 0.0117 | 0.1183 | 10.1 |
| M-33 | 2.6260 | 0.0048 | 2.2917 | 0.0121 | 0.1273 | 10.5 |
| M-34 | 2.6191 | 0.0050 | 2.3083 | 0.0120 | 0.1186 | 9.9 |
| M-35 | 2.6042 | 0.0050 | 2.2876 | 0.0120 | 0.1216 | 10.1 |
| N-1 | 2.56 | 0.0049 | 2.29 | 0.0126 | 0.107 | 8.5 |
상기 표 1에서 볼 수 있듯이, 본 발명에 따른 화학식 I의 화합물의 사용은 유전 손실의 감소에 기인하여 매질 N-1의 물질 품질(η)의 향상을 야기한다.
Claims (17)
- 하기 화학식 I-1 내지 I-12의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물:
상기 식에서,
R1은 1 내지 15개의 C 원자를 갖는 알킬 또는 알콕시 라디칼이되, 상기 라디칼에서 하나 이상의 CH2 기는 서로 독립적으로 O 원자가 서로 직접 연결되지 않도록 -C≡C-, -CF2O-, -OCF2-, -CH=CH-, , , -O-, -CO-O- 또는 -O-CO-로 각각 대체될 수 있고, 하나 이상의 H 원자는 할로겐으로 대체될 수 있고;
RL은 각각의 경우 동일하거나 상이하게 1 내지 5개의 C 원자를 갖는 알킬 또는 알켄일이거나, 3 내지 6개의 C 원자를 갖는 사이클로알킬 또는 사이클로알켄일이다. - 제1항에 따른 하나 이상의 화합물을 포함하는 액정 매질.
- 제2항에 있어서,
하나 이상의 하기 화학식 II의 화합물을 추가로 포함하는 액정 매질:
상기 식에서,
L11은 R11 또는 X11이고;
L12는 R12 또는 X12이고;
R11 및 R12는 서로 독립적으로 1 내지 17개의 C 원자를 갖는 비불화 알킬 또는 비불화 알콕시이거나, 2 내지 15개의 C 원자를 갖는 비불화 알켄일, 비불화 알킨일, 비불화 알켄일옥시 또는 비불화 알콕시알킬이고;
X11 및 X12는 서로 독립적으로 F, Cl, Br, -CN, -NCS, -SCN 또는 SF5이거나, 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 불화 알킬 또는 불화 알콕시이거나, 2 내지 7개의 C 원자를 갖는 불화 알켄일, 불화 알켄일옥시 또는 불화 알콕시알킬이고;
p 및 q는 서로 독립적으로 0 또는 1이고;
Z11 내지 Z13은 서로 독립적으로 트랜스-CH=CH-, 트랜스-CF=CF-, -C≡C- 또는 단일 결합이고;
내지
는 서로 독립적으로
이고;
L은 각각의 경우, 서로 독립적으로, 하나 이상의 -CH2- 기는 서로 독립적으로 O로 대체될 수 있는 1 내지 12개의 C 원자를 갖는 분지쇄 또는 비분지쇄 알킬, 알켄일 또는 알킨일이거나, C3-C6 사이클로알킬, C3-C6 사이클로알켄일, 불화 알킬 또는 알켄일, 불화 알콕시 또는 알켄일옥시, F, Cl, Br, CN, NCS, SCN 또는 SF5이다. - 제2항에 따른 액정 매질을 포함하는 고주파 기술용 컴포넌트.
- 제4항에 있어서,
마이크로파 범위에서 작동하기에 적합한, 컴포넌트. - 제4항에 있어서,
액정 기반 안테나 소자, 이상기, 가변 필터, 가변 메타물질 구조, 정합 네트워크 또는 버랙터인, 컴포넌트. - 제4항에 따른 하나 이상의 컴포넌트를 포함하는 마이크로파 안테나 배열.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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