KR20180102217A - 액정 매질용 화합물, 및 고주파 콤포넌트에 대한 이의 용도 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하기 화학식 I의 화합물, 고주파 콤포넌트에 대한 이의 용도, 상기 화합물을 포함하는 액정 매질 및 특히 기가헤르츠 영역에 대한 이러한 매질을 포함하는 고주파 콤포넌트, 특히 안테나에 관한 것이다. 상기 액정 매질은, 예컨대 조정가능한 "위상-어레이(phased-array)" 안테나에 대한 마이크로파의 위상 천이에 사용될 수 있다:
화학식 I

Description

액정 매질용 화합물, 및 고주파 콤포넌트에 대한 이의 용도{COMPOUNDS OF LIQUID CRYSTALLINE MEDIUM AND USE THEREOF FOR HIGH-FREQUENCY COMPONENTS}
본 발명은 벤젠 고리의 2,3-위치에 치환기를 갖는 1,4-에티닐벤젠 유도체(특허청구범위의 화학식 I 참고), 이의 고주파 콤포넌트에 대한 용도, 상기 화합물을 포함하는 액정 매질, 및 특히 기가헤르츠 영역에 대한 이러한 매질을 포함하는 고주파 콤포넌트, 특히 안테나에 관한 것이다. 상기 액정 매질은, 예컨대 조정가능한 "위상-어레이(phased-array)" 안테나에 대한 마이크로파의 위상 천이(pahse shifting)에 사용될 수 있다.
액정 매질은 전기 광학 디스플레이(액정 디스플레이-LCD)에서 정보를 표시하기 위해 종종 사용되어 왔다.
1,4-다이에티닐벤젠 유도체가 유럽특허 제 0968988 A1 호, 독일특허 제 19907941 A1 호, 독일특허 제　10120024 A1 호 및 일본특허 제 08012599 A 호의 명세서에서 액정 성분으로서 제안되었다. 그러나, 상기 명세서의 특정한 치환은 본 발명의 명세서에 기술된 화합물의 치환 패턴과 일치하지 않는다.
그러나, 최근에, 액정 매질은, 예컨대 독일특허 제 10　2004　029　429　A 호 및 일본특허 제 2005-120208　(A) 호에서와 같이, 마이크로파 기술용 콤포넌트에서의 용도도 또한 제안되어 왔다.
고주파 기술에서의 액정 매질의 산업상 가치있는 용도는 이의 유전 특성이 특히 기가헤르츠 영역에서 가변 전압에 의해 제어될 수 있다는 특성에 기초한다. 따라서, 이동부(moving part)를 포함하지 않는 조정가능한 안테나가 고안될 수 있다(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, Article ID 876989, 7 pages, 2009. doi:10.1155/2009/876989]).
문헌[A. Penirscheke, S. Mueller, 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]은 특히, 공지된 액정 단일 물질 K15(독일 소재의 메르크 카게아아(Merck KGaA))의 9 GHz의 주파수에서의 특성을 기술한다.
중심 페닐렌 고리에 알킬 치환기를 갖는 1-(페닐에티닐)톨란(이하에서 비스톨란 화합물이라고도 칭함)이 당해 분야의 숙련자에게 공지되어 있다. 예컨대, 문헌[S.-T. Wu, C.-S. Hsu, K.-F. Shyu Appl. Phys. Lett.(1999), 74(3), 344-346]은 측부 메틸 기를 갖는 하기 화학식의 다양한 액정 비스톨란 화합물을 개시한다:
Figure pat00001
측부 메틸 기를 갖는 이러한 유형의 액정 비스톨란 화합물 이외에, 문헌[C. S. Hsu, K. F. Shyu, Y.Y. Chuang, S.-T. Wu Liq. Cryst.(2000), 27(2), 283-287]은 또한 측부 에틸 기를 갖는 상응하는 화합물을 개시하며, 특히, "액정 광학 위상-어레이"에서의 이의 용도를 제안한다.
독일특허 제 10　2004　029　429　A 호(상기 참조)는 마이크로파 기술용, 특히 위상 천이기(phase shifter)에서의 전통적인 액정 매질의 용도를 개시한다. 상기 특허에서, 액정 매질은 이미 이의 상응하는 주파수 영역에서의 특성에 대해 조사되었다.
그러나, 현재까지 공지된 조성물 또는 개별적인 화합물은 일반적으로 단점이 있다. 이들 대부분은 다른 결점 외에도, 불리하게 높은 손실 및/또는 부적절한 위상 천이 또는 부적절한 재료 품질을 초래한다.
고주파 기술에서 사용하기 위해, 현재까지는 다소 통상적이지 않은 특정한 비-표준 특성 또는 특성의 조합을 갖는 액정 매질이 요구된다.
따라서, 개선된 특성을 갖는 액정 매질을 위한 새로운 성분이 필요하다. 특히, 마이크로파 영역에서의 손실은 감소되어야 하고, 재료 품질(η)이 개선되어야 한다. 조정가능한 안테나를 위해서는, 셀의 전극 사이의 전압의 변화에 대해 빠른 응답 시간을 갖는 액정 매질이 또한 요구된다.
또한, 성분의 저온 거동에서의 개선이 필요하다. 작동 특성 및 수명 둘 다에서의 개선이 여기에서 필요하다.
따라서, 상응하는 실용적인 용도를 위한 적절한 특성을 갖는 액정 매질에 대한 상당한 요구가 있다.
놀랍게도, 1개의 방향족 고리의 오르토 위치에 2개의 치환기를 갖는 본 발명에 따른 화합물이 상응하는 일치환된 화합물 또는 이중치환된 화합물(이때, 치환기는 서로 오르토 위치로 배열되어 있지 않음)에 비해, 유의하게 보다 높은 등명점(네마틱 상에서 등방성 상으로의 전이)를 갖는 것이 밝혀졌다. 동시에, 회전 점도(γ1)가 오르토 위치에 보다 적은 치환기를 갖거나 치환기가 없는 비교 화합물보다 유의하게 낮다. 이러한 효과는 고리 시스템이 견고한 에티닐렌 가교에 의해 거리가 유지되는 화합물에서 발생한다. 이러한 효과를 활용하여, 놀랍게도, 종래 기술의 재료의 단점을 갖지 않거나 적어도 상당히 감소된 정도로만 갖는, 적절한 네마틱 상 범위 및 높은 Δn을 갖는 액정 매질이 본 발명에 따른 화합물에 의해 달성될 수 있음이 이제 밝혀졌다.
본 발명은 하기 화학식 I에 관한 것이다:
[화학식 I]
Figure pat00002
상기 식에서,
R1은 1 내지 15개의 C 원자를 갖는 분지형 또는 비분지형 알킬, 또는 2 내지 15개의 C 원자를 갖는 분지형 또는 비분지형 알케닐(이때, 또한, 이러한 라디칼내의 하나 이상의 비-인접 "-CH2-" 기는 -O-로 치환될 수 있고/있거나 하나 이상의 H 원자는 할로겐 원자, 특히 F 원자로 치환될 수 있음)을 나타내고;
X1은 F, Cl, 1 내지 4개의 C 원자를 갖는 플루오르화된 알킬, 1 내지 4개의 C 원자를 갖는 플루오르화된 알콕시, 2 내지 4개의 C 원자를 갖는 플루오르화된 알케닐, 2 내지 4개의 C 원자를 갖는 플루오르화된 알케닐옥시, CN, NCS 또는 SF5, 바람직하게는 F, CF3 또는 OCF3, 특히 바람직하게는 F 또는 OCF3을 나타내고;
L11 및 L13은 각각 서로 독립적으로, 1 내지 12개의 C 원자를 갖는 분지형 또는 비분지형 알킬, 2 내지 12개의 C 원자를 갖는 분지형 또는 비분지형 알케닐 또는 알키닐(이때, 또한, 이러한 라디칼내의 하나 이상의 비-인접 "-CH2-" 기는 -O-로 치환될 수 있음)을 나타내거나, 치환되거나 비치환된 사이클로알킬, 사이클로알케닐, 치환되거나 비치환된 페닐, 치환되거나 비치환된 아릴에티닐을 나타내고, 다르게는 L13은 또한 H를 나타내고;
L12 및 L14는 각각 서로 독립적으로, F, Cl, CN, 1 내지 12개의 C 원자를 갖는 분지형 또는 비분지형 알킬, 2 내지 12개의 C 원자를 갖는 분지형 또는 비분지형 알케닐 또는 알키닐(이때, 또한, 이러한 라디칼내의 하나 이상의 비-인접 "-CH2-" 기는 -O-로 치환될 수 있음)을 나타내거나, 치환되거나 비치환된 사이클로알킬, 사이클로알케닐, 치환되거나 비치환된 페닐, 치환되거나 비치환된 아릴에티닐, 각각 1 내지 12개의 C 원자를 갖는 플루오르화된 알킬 또는 플루오르화된 알콕시, 각각 2 내지 12개의 C 원자를 갖는 플루오르화된 알케닐 또는 플루오르화된 알케닐옥시를 나타내고, 다르게는 L14는 또한 H를 나타내고;
Figure pat00003
및
Figure pat00004
는 각각의 경우에 서로 독립적으로, 방향족 또는 헤테로방향족 고리 시스템, 예컨대, 1,4-페닐렌, 1,4-나프틸렌, 2,6-나프틸렌, 1,4-안트라세닐렌, 2,6-안트라세닐렌, 2,7-피레닐렌, 2,7-페난트레닐렌(이때, 또한, 1 또는 2개의 "CH" 기는 N으로 치환될 수 있고, 이때, 상기 고리 시스템은 마찬가지로 치환기 L11로 목적하는 바와 같이 치환될 수 있음)을 나타내거나, 지환족 고리 시스템, 예컨대 1,4-사이클로헥실렌(이때, 또한, 1 또는 2개의 비-인접 "-CH2-" 기는 -O- 및/또는 -S-로 치환될 수 있음)을 나타내거나, 1,4-사이클로헥세닐렌 또는 1,4-바이사이클로옥틸렌을 나타내고, 바람직하게는 각각의 경우에 서로 독립적으로,
(a) 1개 이상, 바람직하게는 1 또는 2개의 바람직하게는 비-인접 "CH" 기가 N으로 치환될 수 있는 1,4-페닐렌;
(b) 1 또는 2개의 비-인접 CH2 기가 또한 -O- 및/또는 -S-로 치환될 수 있고, H가 F로 치환될 수 있는 트랜스-1,4-사이클로헥실렌 또는 사이클로헥세닐렌;
(c) 화학식
Figure pat00005
의 라디칼;
또는
(d) 1,4-바이사이클로[2.2.2]옥틸렌, 사이클로부탄-1,3-다이일, 스피로[3.3]헵탄-2,6-다이일, 티오펜-2,5-다이일, 티오펜-2,4-다이일, 퓨란-2,5-다이일, 퓨란-2,4-다이일,
Figure pat00006
의 기로부터 선택된 라디칼
을 나타내고, 상기 기 (a), (b), (c) 및 (d)에서, 하나 이상의 H 원자는 또한 Br, Cl, F, CN, -NCS, -SCN, SF5, C1-C10 알킬, C1-C10 알콕시 또는 일플루오르화 또는 다중플루오르화된 C1-C10 알킬 또는 알콕시 기로 치환될 수 있고, 이때, A11 및 존재하는 경우 A12중 하나 이상의 고리는 바람직하게는 (a)에 따른 고리를 나타내고;
Z11은 각각의 경우에 서로 독립적으로, 단일 결합, -C≡C-, -CF=CF-, -CH=CH-, -OCF2-, -CH2-CH2- 또는 -OCH2-, 바람직하게는 단일 결합 또는 -C≡C-를 나타내고;
n은 0 내지 3, 바람직하게는 1 내지 3의 정수, 특히 바람직하게는 1 또는 2를 나타내고;
Figure pat00007
는 바람직하게는
Figure pat00008
을 나타낸다.
본 발명에 따른 화합물은 높은 등명점, 낮은 융점, 극히 높은 광학 이방성(Δn)을 갖는다. 놀랍게도, 빠른 응답 시간이 낮은 회전 점도(γ1)에 의해 달성된다. 따라서, 위상 천이가 보다 빠르게 조정될 수 있다. 마이크로파 스펙트럼에서의 비교적 낮은 손실 인자가 또한 유리하다. 상기 화합물은 단독으로 또는 추가의 메소젠성 성분과의 혼합물 형태로 넓은 온도 범위에 걸쳐 네마틱 상을 갖는다. 이러한 특성은 상기 화합물이 고주파 기술용 콤포넌트, 특히 액정 위상 천이기에 사용하기에 특히 적절하게 한다. 본 발명에 따른 액정 매질은 상응하는 특성, 예컨대 넓은 상 범위, 빠른 응답 시간 및 우수한 저온 안정성을 또한 갖는다.
화학식 I의 바람직한 화합물은 하기 파라미터중 하나 이상 선택된 것을 특징으로 한다.
지수 n은 바람직하게는 1 또는 2, 특히 바람직하게는 1이다.
고리 기 A11 및 A12는 각각의 경우에 서로 독립적으로, 바람직하게는 1,4-페닐렌(이때, 또한, 하나 이상의 H 원자는 Br, Cl, F, CN, C1-C10 알킬, 메톡시 또는 일플루오르화 또는 다중플루오르화된 메틸 또는 메톡시 기로 치환될 수 있음)이다.
가교 기 Z1은 각각의 경우에 서로 독립적으로, 바람직하게는 단일 결합, -C≡C-, -CF=CF- 또는 -CH=CH-이고, 특히 바람직하게는 존재하는 가교 기 Z1중 하나는 바람직하게는 -C≡C-이고 나머지는 존재하는 경우 바람직하게는 단일 결합이다.
따라서, 하기 화학식 I-1 내지 I-4로부터 선택된 구조가 바람직한 구조이다:
Figure pat00009
상기 식에서,
파라미터는 상기 화학식 I에 대해 주어진 의미를 갖고, 바람직하게는,
L11은 1 내지 12개의 C 원자를 갖는 비분지형 알킬, 2 내지 12개의 C 원자를 갖는 비분지형 알케닐 또는 알키닐, 바람직하게는 에틸을 나타내고/나타내거나;
L14는 F를 나타내고 X1은 F를 나타내거나, L14는 H를 나타내고 X1은 OCF3을 나타내고;
R1은 바람직하게는 1 내지 15개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼(이때, 또한, 이러한 라디칼내의 하나 이상의 "-CH2-" 기는 각각 서로 독립적으로, O 원자가 서로 직접적으로 연결되지 않도록 -C≡C-, -CH=CH-, -(CO)O-, -O(CO)-, -(CO) 또는 -O-로 치환될 수 있음)을 나타낸다. 기 R1은 바람직하게는 2 내지 7개의 C 원자를 갖는 알킬이다. 이때, R1은 예컨대 프로필, 부틸, 펜틸 또는 헥실을 나타낸다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시양태는 하기 예시적인 구조로부터 선택된다:
Figure pat00010
Figure pat00011
Figure pat00012
상기 식에서,
R1은 상기 명시된 의미를 갖고, 바람직하게는 2 내지 7개의 C 원자를 갖는 알킬 라디칼, 예컨대 프로필 라디칼 및 헥실 라디칼, 또는 프로필, 부틸, 펜틸 또는 헥실 라디칼을 나타낸다.
화학식 I의 화합물은 하기 일반적인 반응식(반응식 1 내지 3)에 따라 유리하게 수득될 수 있다. 하기 반응식의 파라미터 R1, Z1, L11 내지 L14 및 n, 및 고리 A11 및 A12는 상기 및 하기 정의된 바와 같다.
[반응식 1]
Figure pat00013
상기 식에서,
고리 A11 및 A12는 화학식 I에 대해 상기
Figure pat00014
및
Figure pat00015
에 각각 주어진 의미를 갖고, 나머지 파라미터는 마찬가지로 상기 화학식 I에 대해 주어진 의미를 갖는다.
[반응식 2]
Figure pat00016
상기 식에서,
알킬은 바람직하게는 1 내지 4개의 C 원자를 갖는 n-알킬 또는 사이클로알킬을 나타낸다.
[반응식 3]
Figure pat00017
상기 식에서,
알킬1 및 알킬2는 바람직하게는 서로 독립적으로, 1 내지 4개의 C 원자를 갖는 n-알킬 또는 사이클로알킬을 나타낸다.
본 발명에 따른 액정 매질은 하나 이상의 화학식 I의 화합물 및 선택적으로 하나 이상의 추가의, 바람직하게는 메소젠성 화합물을 포함한다. 따라서, 상기 액정 매질은 바람직하게는 2개 이상의 화합물(이는 바람직하게는 액정임)을 포함한다. 바람직한 매질은 화학식 I의 바람직한 화합물을 포함한다.
액정 매질의 추가의 성분은 바람직하게는 하기 화학식 II의 화합물로부터 선택된다:
[화학식 II]
Figure pat00018
상기 식에서,
L21은 R21 또는 X21을 나타내고;
L22는 R22 또는 X22를 나타내고;
R21 및 R22는 서로 독립적으로, 1 내지 17개, 바람직하게는 3 내지 10개의 C 원자를 갖는 비플루오르화된 알킬 또는 비플루오르화된 알콕시, 또는 2 내지 15개, 바람직하게는 3 내지 10개의 C 원자를 갖는 비플루오르화된 알케닐, 비플루오르화된 알키닐, 비플루오르화된 알케닐옥시 또는 비플루오르화된 알콕시알킬, 바람직하게는 알킬 또는 비플루오르화된 알케닐을 나타내고;
X21 및 X22는 서로 독립적으로, F, Cl, Br, -CN, -NCS, -SCN, -SF5, 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 플루오르화된 알킬 또는 플루오르화된 알콕시, 또는 2 내지 7개의 C 원자를 갖는 플루오르화된 알케닐, 플루오르화된 알케닐옥시 또는 플루오르화된 알콕시알킬, 바람직하게는 플루오르화된 알콕시, 플루오르화된 알케닐옥시, F 또는 Cl을 나타내고;
p 및 q는 독립적으로, 0 또는 1을 나타내고;
Z21 내지 Z23은 서로 독립적으로, 트랜스-CH=CH-, 트랜스-CF=CF-, -C≡C- 또는 단일 결합을 나타내고;
Figure pat00019
내지
Figure pat00020
는 서로 독립적으로,
Figure pat00021
를 나타내고;
R23은 1 내지 5개의 C 원자를 갖는 알킬, 2 내지 5개의 C 원자를 갖는 알케닐 또는 3 내지 6개의 C 원자를 갖는 사이클로알킬을 나타낸다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 액정 매질은 하나 이상의 화학식 I의 화합물 및 하나 이상의 화학식 II의 화합물을 포함한다.
본원에 따른 액정 매질은 화학식 I의 화합물을 바람직하게는 총 5 내지 95%, 바람직하게는 10 내지 90%, 특히 바람직하게는 15 내지 80%로 포함한다.
본 발명에 따른 액정 매질은 화학식 I 및 II의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물을 바람직하게는 포함하고, 더욱 바람직하게는 상기 화합물로 주로 이루어지고, 더욱 더 바람직하게는 상기 화합물로 본질적으로 이루어지고, 매우 바람직하게는 상기 화합물로 전적으로 이루어진다.
본원에서, 조성물과 관련하여 "포함하다"는 대상의 실체(entity), 즉, 매질 또는 성분이 명시된 성분 또는 화합물을 바람직하게는 10% 이상, 매우 바람직하게는 20% 이상의 총 농도로 포함하는 것을 의미한다.
이와 관련하여, "주로 이루어지다"는 대상의 실체가 명시된 성분 또는 화합물을 55% 이상, 바람직하게는 60% 이상, 매우 바람직하게는 70% 이상으로 포함하는 것을 의미한다.
이와 관련하여, "본질적으로 이루어지다"는 대상의 실체가 명시된 성분 또는 화합물을 80% 이상, 바람직하게는 90% 이상, 매우 바람직하게는 95% 이상으로 포함하는 것을 의미한다.
이와 관련하여, "전적으로 이루어지다"는 대상의 실체가 명시된 성분 또는 화합물을 98% 이상, 바람직하게는 99% 이상, 매우 바람직하게는 100.0%로 포함하는 것을 의미한다.
본원에 따른 액정 매질은 바람직하게는 화학식 I 및 II의 화합물을 총 10 내지 100%, 바람직하게는 20 내지 95%, 특히 바람직하게는 25 내지 90%로 포함한다.
본 발명에 따라서, 화학식 II의 화합물은 전체로서 혼합물의 바람직하게는 10% 내지 90%, 더욱 바람직하게는 15% 내지 85%, 더욱 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. 개별적인 첨가 화합물은 0.005 내지 6%, 바람직하게는 0.1 내지 3%의 농도로 사용된다. 이러한 추가 구성성분의 총 농도는 전체로서 혼합물을 기준으로 0% 내지 10%, 바람직하게는 0.1% 내지 6%이다. 그러나, 액정 혼합물의 잔여 구성성분, 즉, 액정 또는 메소젠성 화합물에 대한 농도 데이터는 이러한 첨가제의 농도가 고려되지 않고 명시된다.
액정 매질은 바람직하게는 0 내지 10 중량%, 특히 0.01 내지 5 중량%, 특히 바람직하게는 0.1 내지 3 중량%의 안정화제를 포함한다. 상기 매질은 바람직하게는 2,6-다이-tert-부틸페놀, 2,2,6,6-테트라메틸피페리딘 또는 2-벤조트라이아졸-2-일페놀로부터 선택된 하나 이상의 안정화제를 포함한다. 이러한 보조제는 당해 분야의 숙련자에게 공지되어 있고, 예컨대 광 안정화제로서 상업적으로 입수가능하다.
따라서, 본 발명의 실시양태는 또한, 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 하나 이상의 추가의 화합물 및 선택적으로 하나 이상의 첨가제와 혼합하는 것을 특징으로 하는 액정 매질의 제조 방법이다. 추가의 화합물은 바람직하게는 상기 명시된 바와 같은 화학식 II의 화합물 및 선택적으로 하나 이상의 추가의 화합물로부터 선택된다.
본원에서, 유전적으로 양성이라는 표현은 Δε>3.0인 화합물 또는 성분을 나타내고, 유전적으로 중성이라는 표현은 -1.5≤Δε≤3.0인 화합물 또는 성분을 나타내고, 유전적으로 음성이라는 표현은 Δε<-1.5인 화합물 또는 성분을 나타낸다. 각각의 화합물의 유전 이방성은 네마틱 호스트 혼합물중의 개별적인 화합물의 10% 용액의 결과로부터 측정된다. 호스트 혼합물중의 개별적인 화합물의 용해도가 10% 미만인 경우, 농도는 5%까지 감소한다. 시험 혼합물의 정전용량은 호메오트로픽 정렬을 갖는 셀 및 호모지니어스 정렬을 갖는 셀 둘 다에서 측정된다. 상기 두 유형의 셀의 셀 두께는 약 20 μm이다. 인가된 전압은 1 kHz의 주파수 및 전형적으로 0.5 V 내지 1.0 V의 유효값을 갖는 방형파(rectangular wave)이지만, 항상 각각의 시험 혼합물의 정전용량 역치 미만이 되도록 선택된다.
Δε은 (ε∥ - ε⊥)로서 정의되고, 이때, ε평균은 (ε∥　+　2ε⊥)/3이다.
유전적으로 양성인 화합물에 사용된 호스트 혼합물은 혼합물 ZLI-4792이고, 유전적으로 중성 및 유전적으로 음성인 화합물에 사용된 호스트 혼합물은 혼합물 ZLI-3086이고, 상기 두 혼합물은 독일 소재의 메르크 카게아아로부터 입수되었다. 상기 화합물의 유전 상수의 절대값은 관심 화합물의 첨가로 인한 호스트 혼합물의 개별적인 값의 변화로부터 측정된다. 상기 값은 관심 화합물의 100%의 농도에 외삽된다.
20℃의 측정 온도에서 네마틱 상을 갖는 성분은 상기와 같이 측정되고, 다른 모든 것은 화합물처럼 취급된다.
본원에서 명시적으로 달리 언급되지 않는 한, 역치 전압이라는 용어는 광학 역치를 나타내며 10%의 상대 콘트라스트(V10)에 대한 값이고, 포화 전압이라는 용어는 광학 포화를 나타내며 90%의 상대 콘트라스트(V90)에 대한 값이다. 정전용량의 역치 전압(V0)은 프레데릭츠(Freedericks) 임계치(VFr)로도 지칭되며 명시적으로 언급된 경우에만 사용된다.
본원에 명시된 파라미터 범위는 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 모두 한계 값을 포함한다.
특성의 다양한 범위에 대해 명시된 상이한 상한치 및 하한치는 서로 조합되어 추가의 바람직한 범위를 생성한다.
본원 전반에 걸쳐, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 하기 조건 및 정의가 적용된다. 모든 농도는 중량%이고 전체로서 개별적인 혼합물에 관한 것이며, 모든 온도는 ℃이고 모든 온도차는 ℃의 차이이다. 액정에 대해 전형적인 모든 물성은 독일 소재의 메르크 카게아아의 문헌["Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", Status Nov. 1997]에 따라 측정되고, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 20℃의 온도에서 표기된다. 광학 이방성(Δn)은 589.3 nm의 파장에서 측정된다. 유전 이방성(Δε)은 1 kHz의 주파수에서 측정된다. 역치 전압뿐만 아니라 모든 다른 전기 광학적 특성은 독일 소재의 메르크 카게아아에서 제조된 시험 셀을 사용하여 측정된다. Δε 측정용 시험 셀은 약 20 μm의 셀 두께를 갖는다. 전극은 1.13 cm2의 면적 및 가드 링을 갖는 원형 ITO 전극이다. 배향 층은 호메오트로픽 배향(ε∥)에 대해서는 일본 소재의 닛산 케미칼스(Nissan Chemicals)에서 제조된 SE-1211이고, 호모지니어스 배향(ε⊥)에 대해서는 일본 소재의 재팬 신쎄틱 러버(Japan Synthetic Rubber)에서 제조된 폴리이미드 AL-1054이다. 정전용량은 0.3 Vrms의 전압을 갖는 사인파를 사용하는 솔라트론(Solatron) 1260 주파수 응답 분석기를 사용하여 측정된다. 전기 광학적 측정에 사용되는 광은 백색광이다. 상업적으로 입수가능한 독일 소재의 아우트로닉-멜처스(Autronic-Melchers)로부터의 DMS 기기를 사용하는 셋업이 여기서 사용된다. 특성 전압이 수직 관찰하에 측정된다. 역치 전압(V10), 중간-회색 전압(V50) 및 포화 전압(V90)은 각각 10%, 50% 및 90% 상대 콘트라스트에 대하여 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 기술된 바와 같이 마이크로파 주파수 영역에서의 이의 특성에 관해 조사된다. 또한, 이와 관련하여, 측정 방법이 마찬가지로 상세하게 기술된 문헌[A.Gaebler et al. "Direct Simulation of Material Permittivites...", 12MTC 2009 - International Instrumentation and Measurement Technology Conference, Singapore 2009 (IEEE), pp. 463-467] 및 독일특허 제 10　2004　029　429　A 호와 비교한다.
액정을 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 석영 모세관으로 도입한다. 상기 모세관은 180 μm의 내부 반경 및 350 μm의 외부 반경을 갖는다. 유효 길이는 2.0 cm이다. 충전된 모세관을 30 GHz의 공명 주파수를 갖는 공동(cavity)의 중심으로 도입한다. 상기 공동은 6.6 mm의 길이, 7.1 mm의 너비 및 3.6 mm의 높이를 갖는다. 이어서, 입력 신호(공급원)를 인가하고, 생성된 출력 신호를 상업적인 벡터 네트워크 분석기를 사용하여 기록한다. 다른 주파수(예컨대, 19 GHz)에 대해서는, 공동의 치수를 상응하게 조정한다.
액정으로 충전된 모세관이 있는 경우의 측정치와 액정으로 충전된 모세관이 없는 경우의 측정치 사이의 공명 주파수 및 Q 인자에서의 변화를 사용하여, 상기 언급된 문헌[A. Penirschke et al., 34th European Microwave Conference - Amsterdam, pp. 545-548]에 기술된 바와 같은 방정식 10 및 11에 의해 상응하는 표적 주파수에서의 유전 상수 및 손실 각도를 측정한다.
액정의 방향자(director)에 대한 수직 및 평행한 특성의 성분에 대한 값을 자기장에 액정을 정렬시킴으로써 수득한다. 이를 위해, 영구 자석의 자기장을 사용한다. 자기장의 강도는 0.35 테슬라이다. 자석의 정렬을 상응하게 설정하고 이어서 90°에 상응하게 회전시킨다.
마이크로파 영역에서의 유전 이방성은 하기 식으로 정의된다:
Figure pat00022
변조능 또는 동작능(τ)은 하기 식으로 정의된다:
Figure pat00023
재료 품질(η)은 하기 식으로 정의된다:
Figure pat00024
상기 식에서,
tanδεr,max는 최대 유전 손실 인자이며, 이는 tanδεr에 대해 측정된 값의 최대값으로부터 발생한다:
Figure pat00025
바람직한 액정 재료의 재료 품질(η)은 5 이상, 바람직하게는 6 이상, 바람직하게는 8 이상, 바람직하게는 10 이상, 바람직하게는 15 이상, 바람직하게는 17 이상, 특히 바람직하게는 20 이상, 매우 특히 바람직하게는 25 이상이다.
상응하는 성분에서, 바람직한 액정 재료는 15°/dB 이상, 바람직하게는 20°/dB 이상, 바람직하게는 30°/dB 이상, 바람직하게는 40°/dB 이상, 바람직하게는 50°/dB 이상, 특히 바람직하게는 80°/dB 이상, 매우 특히 바람직하게는 100°/dB 이상의 위상 천이기 품질을 갖는다.
본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는 각각의 경우에 적어도 -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℃ 이상까지 확장된다. 본원에서 네마틱 상을 갖는다는 표현은 한편으로는 해당 온도에서 저온에서 스멕틱 상이 없고 결정화가 관찰되지 않는다는 것을 의미하고, 다른 한편으로는 가열시에 네마틱 상으로부터 등명화(clearing)가 일어나지 않는다는 것을 의미한다. 저온에서의 조사는 해당 온도에서의 유동 점도계로 수행되며 5 μm의 셀 두께를 갖는 시험 셀중에 100시간 이상 동안 저장함으로써 확인한다. 고온에서는, 등명점은 모세관중에서 전통적인 방법으로 측정된다.
본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는 90℃ 이상, 더욱 바람직하게는 100℃ 이상, 더욱 더 바람직하게는 120℃ 이상, 특히 바람직하게는 150℃ 이상, 매우 특히 바람직하게는 170℃ 이상의 등명점을 갖는다.
본 발명에 따른 액정 매질의 1 kHz 및 20℃에서의 Δε은 바람직하게는 1 이상, 더욱 바람직하게는 2 이상, 매우 바람직하게는 3 이상이다.
본 발명에 따른 액정 매질의 589 nm(NaD) 및 20℃에서의 Δn은 바람직하게는 0.20 이상 내지 0.90 이하, 더욱 바람직하게는 0.25 이상 내지 0.90 이하, 더욱 더 바람직하게는 0.30 이상 내지 0.85 이하, 매우 특히 바람직하게는 0.35 이상 내지 0.80 이하이다.
본원의 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 액정 매질의 Δn은 바람직하게는 0.50 이상, 더욱 바람직하게는 0.55 이상이다.
또한, 본 발명에 따른 액정 매질은 마이크로파 영역에서 높은 이방성을 특징으로 한다. 예컨대, 복굴절은 약 8.3 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, 복굴절은 바람직하게는 0.80 이하이다.
사용되는 액정은 개별적인 물질이거나 혼합물이다. 이는 바람직하게는 네마틱 상을 갖는다.
본원에서, 화합물이라는 용어는 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 하나의 화합물 및 복수개의 화합물 둘 다를 의미한다.
본 발명에 따른 액정 매질 또는 하나 이상의 화합물을 포함하는 바람직한 콤포넌트는 위상 천이기, 버랙터(varactor), 안테나 어레이(예컨대, 라디오, 이동 통신, 마이크로파/레이더 및 기타 데이터 전송용), "매칭 회로 적응 필터(matching circuit adaptive filter)" 등이다. 상기 정의된 바와 같은 고주파 기술용 콤포넌트가 바람직하다. 또한, 상이한 인가 전기 전압에 의해 조정될 수 있는 콤포넌트가 바람직하다. 매우 특히 바람직한 콤포넌트는 위상 천이기이다. 바람직한 실시양태에서, 복수개의 위상 천이기는 기능적으로 연결되어, 예컨대 일반적으로 "위상-어레이" 안테나라고 칭하는 위상-제어된 그룹 안테나를 생성한다. 그룹 안테나는 간섭을 통한 번들링(bundling)을 달성하기 위해 매트릭스에 배열된 송신 또는 수신 요소의 위상 천이기를 사용한다. 열(row) 또는 격자(grid) 형태의 위상 천이기의 평행한 배열은 고주파용(예컨대, 기가헤르츠 영역)의 조정가능한 전송 또는 수신 안테나로서 작동할 수 있는 소위 "위상-어레이"의 구축을 가능케 한다. 본 발명에 따른 "위상-어레이" 안테나는 매우 광범위하게 사용가능한 수신 콘(cone)을 갖는다.
바람직한 용도는 자동차, 선박, 비행기, 우주 여행 및 위성 기술 영역의 유인 또는 무인 운송 수단의 레이더 장치 및 데이터 전송 장치이다.
적절한 콤포넌트, 특히 위상 천이기의 제조를 위해, 본 발명에 따른 액정 매질은 전형적으로 1 mm 미만의 두께, 수 mm의 너비 및 수 cm의 길이를 갖는 장방형 공동내로 도입된다. 상기 공동은 2개의 긴 면을 따라 장착된 마주보는 전극을 갖는다. 이러한 배열은 당해 분야의 숙련자에게 익숙하다. 가변 전압의 인가를 통해, 액정 매질의 유전적인 특성은 안테나가 작동되는 동안 안테나의 상이한 주파수 또는 방향을 설정하기 위해 조정될 수 있다.
"할로겐" 또는 "할로겐화된"이라는 용어는 F, Cl, Br 및 I, 특히 F 및 Cl, 특히 F를 나타낸다.
"알킬"이라는 용어는 바람직하게는 1 내지 15개의 C 원자를 갖는 직쇄 또는 분지형 알킬 기, 특히 직쇄 기 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실 및 헵틸을 포괄한다. 2 내지 10개의 C 원자를 갖는 기가 일반적으로 바람직하다.
"알케닐"이라는 용어는 바람직하게는 2 내지 15개의 C 원자를 갖는 직쇄 및 분지형 알케닐 기, 특히 직쇄 기를 포괄한다. 특히 바람직한 알케닐 기는 C2- 내지 C7-1E-알케닐, C4- 내지 C7-3E-알케닐, C5- 내지 C7-4-알케닐, C6- 내지 C7-5-알케닐 및 C7-6-알케닐, 특히 C2- 내지 C7-1E-알케닐, C4- 내지 C7-3E-알케닐 및 C5- 내지 C7-4-알케닐이다. 추가의 바람직한 알케닐 기의 예는 비닐, 1E-프로페닐, 1E-부테닐, 1E-펜테닐, 1E-헥세닐, 1E-헵테닐, 3-부테닐, 3E-펜테닐, 3E-헥세닐, 3E-헵테닐, 4-펜테닐, 4Z-헥세닐, 4E-헥세닐, 4Z-헵테닐, 5-헥세닐, 6-헵테닐 등이다. 5개 이하의 C 원자를 갖는 기가 일반적으로 바람직하다.
"알콕시"라는 용어는 바람직하게는 화학식 CnH2n+1-O-의 직쇄 라디칼을 포괄하되, 이때, n은 1 내지 10을 나타낸다. n은 바람직하게는 1 내지 6이다. 바람직한 알콕시 기는, 예컨대, 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, n-부톡시, n-펜톡시, n-헥속시, n-헵톡시, n-옥톡시, n-노녹시, n-데콕시이다.
"옥사알킬" 또는 "알콕시알킬"이라는 용어는 바람직하게는 화학식 CnH2n+1-O-(CH2)m의 직쇄 라디칼을 포괄하되, 이때 n 및 m은 각각 서로 독립적으로, 1 내지 10을 나타낸다. 바람직하게는, n은 1이고, m은 1 내지 6이다.
"플루오르화된 알킬 라디칼"이라는 용어는 바람직하게는 일플루오르화 또는 다중플루오르화된 라디칼을 포괄한다. 퍼플루오르화된 라디칼이 포함된다. CF3, CH2CF3, CH2CHF2, CHF2, CH2F, CHFCF3 및 CF2CHFCF3이 특히 바람직하다.
"플루오르화된 알콕시 라디칼"이라는 용어는 일플루오르화 또는 다중플루오르화된 라디칼을 포괄한다. 퍼플루오르화된 라디칼이 바람직하다. OCF3 라디칼이 특히 바람직하다.
"치환된 사이클로알킬"이라는 용어는 알킬, 특히 1 내지 8개의 C 원자를 갖는 알킬로 일치환 또는 다중치환된 사이클로알킬을 포괄한다.
"치환된 페닐"이라는 용어는 R1과 같이 정의된 기로 일치환 또는 다중치환된 페닐을 포괄하되, 특히 F, Cl, 알킬 또는 알콕시로 치환된 페닐이다.
본원에서, 고주파 기술은 1　MHz 내지 10 THz, 바람직하게는 1　GHz 내지 3 THz, 더욱 바람직하게는 2　GHz 내지 1 THz, 특히 바람직하게는 5 내지 300 GHz의 주파수를 갖는 적용을 의미한다. 바람직하게는, "위상-어레이" 모듈이 송신 또는 수신 안테나에 사용될 수 있는 메세지 전송에 적절한 마이크로파 스펙트럼 또는 인접 영역에서 적용된다.
본 발명에 따른 액정 매질은 1종 이상, 바람직하게는 2 내지 30종, 더욱 바람직하게는 3 내지 20종, 매우 바람직하게는 3 내지 16종의 화합물로 이루어진다. 이러한 화합물은 전통적인 방식으로 혼합된다. 일반적으로, 보다 적은 양으로 사용되는 화합물의 목적하는 양이 보다 많은 양으로 사용되는 화합물중에 용해된다. 온도가 보다 높은 농도로 사용된 화합물의 등명점을 초과할 경우, 용해 과정의 종결을 관찰하는 것이 특히 쉽다. 그러나, 다른 전통적인 방식, 예컨대 소위 예비-혼합물(예컨대, 화합물의 균질 또는 공융 혼합물일 수 있음)을 사용하거나, 구성성분 자체를 바로 사용할 수 있는 혼합물인 소위 "멀티보틀(multibottle)" 시스템을 사용하여 매질을 제조하는 것이 또한 가능하다.
모든 온도, 예컨대 액정의 융점 T(C,N) 또는 T(C,S), 스멕틱(S) 상에서 네마틱(N) 상으로의 전이 온도 T(S,N) 및 등명점 T(N,I)는 ℃로 기재된다. 모든 온도차는 ℃의 차이이다.
본원 및 하기 실시예에서, 액정 화합물의 구조는 두문자어로 명시되며, 이때, 화학식으로의 변형은 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 정수이고, 바람직하게는 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 또는 12를 나타낸다. 하기 표 B의 부호는 그 자체로 자명하다. 하기 표 A에는, 오직 모 구조에 대한 두문자어만 명시되어 있다. 개별적인 경우에, 모 구조에 대한 두문자어 다음에, 대시(dash)에 의해 분리된 치환기 R1*, R2*, L1* 및 L2*에 대한 부호가 뒤따른다:
Figure pat00026
적절한 혼합물 성분이 하기 표 A 및 B에 주어져 있다.
[표 A]
Figure pat00027
Figure pat00028
[표 B]
Figure pat00029
하기 실시예는 본 발명을 어떠한 방식으로도 제한함이 없이 예시한다.
그러나, 당해 분야의 숙련자에게는 물성으로부터 어떠한 특성이 달성될 수 있고 어떠한 범위로 변형될 수 있는지가 명백해진다. 특히, 바람직하게 달성될 수 있는 다양한 특성의 조합이 따라서 당해 분야의 숙련자에게 잘 정의되어 있다.
사용된 약어:
DMPU: 1,3-다이메틸-3,4,5,6-테트라하이드로-2(1H)-피리미디논
DBU: 1,8-다이아자바이사이클로[5.4.0]운데크-7-엔 또는 2,3,4,6,7,8,9,10-옥타하이드로피리미도[1,2-a]아제핀(IUPAC)
THF: 테트라하이드로퓨란
Li-TMP: 리튬 2,2,6,6-테트라메틸피페리다이드.
실시예
사용된 아세틸렌 및 보론산은 상업적으로 입수가능하거나, 하기 반응식 I 내지 VIII 또는 공지된 합성법과 유사하게 제조할 수 있다. 라디칼 "C4H9"는 비분지형 n-부틸 라디칼을 나타낸다. 상응하는 상황은 C3H7, C6H13 등에 대해서도 적용된다.
합성 실시예 1: 화합물의 제조
Figure pat00030
단계 1.1
Figure pat00031
1-브로모-3,4,5-트라이플루오로벤젠(100 g) 및 요오도에탄(50 ml)을 THF(1 l)중에 용해시키고, THF중의 리튬 테트라메틸피페리다이드(91 g) 용액을 0℃에서 한 방울씩 첨가하였다. 이어서, 반응 혼합물을 주위 온도까지 가온하고, 배취를 물을 사용하여 가수분해시키고, 25% HCl을 사용하여 산성화시키고 추출에 의해 후처리하였다. 조질 생성물을 분별 증류로 정제하여 무색 액체(70 g, 0.2 바(bar)에서 125℃의 비점을 가짐)를 수득하였다.
단계 1.2
Figure pat00032
4-(4-부틸페닐에티닐)-에티닐벤젠(5 g)을 초기에 THF(50　ml)에 도입하고 -78℃까지 냉각시켰다. 헥산중의 리튬 비스(트라이메틸실릴)아미드(1 M, 20 ml)를 상기 용액에 한 방울씩 첨가하고, 상기 혼합물을 -78℃에서 1시간 동안 반응시켰다. 이어서, 메톡시-9-BBN 용액(1 M, 20 ml)을 한 방울씩 첨가하고, 혼합물을 -78℃에서 2시간 동안 교반하였다. THF(40 ml)중에 용해시킨 1-브로모-2-에틸-3,4,5-트라이플루오로벤젠(4.6 g)을 트리스(다이벤질리덴아세톤)다이팔라듐(0.2 g) 및 2-다이사이클로헥실포스피노-2',6'-다이메톡시바이페닐(0.35　g)로부터 제조한 촉매와 함께 제 2 장치에 초기에 도입하고, 제 1 반응으로부터의 반응 용액을 실온에서 이에 첨가하였다. 혼합물을 환류하에 15시간 동안 가열하였다. 배취를 물을 사용하여 가수분해시키고 추출에 의해 후처리하였다. 조질 생성물을 크로마토그래피(펜탄/실리카 겔)로 정제하였다. 펜탄으로부터 재결정화시켜 표제 생성물(3.6 g)을 수득하였다.
상순(Phase sequence): C 84 N 85.1 I.
ZLI-4792중의 10% 용액으로부터 추정한 데이터:
T(N,I) = 108℃, Δε = +18.4; Δn = 0.326 및 γ1 = 603 mPa·s.
합성 실시예 1로부터의 화합물을 혼합물 실시예 1 및 2에서 사용하였다.
합성 실시예 2:
Figure pat00033
상기 화합물을 실시예 1과 유사하게 제조하였다.
상순: C 82 I.
ZLI-4792중의 10% 용액으로부터 추정한 데이터:
T(N,I) = 15℃, Δε = +13.4; Δn = 0.315 및 γ1 = 803 mPa·s.
합성 실시예 2로부터의 화합물을 혼합물 실시예 3 및 4에서 사용하였다.
합성 실시예 3:
Figure pat00034
상기 화합물을 실시예 1과 유사하게 제조하였다.
상순: Tg -32 C 97 I.
ZLI-4792중의 10% 용액으로부터 추정한 데이터:
T(N,I) = -1℃, Δε = +13.8; Δn = 0.295 및 γ1 = 1200 mPa·s.
합성 실시예 3으로부터의 화합물을 혼합물 실시예 5 및 6에서 사용하였다.
합성 실시예 4:
Figure pat00035
상기 화합물을 실시예 1과 유사하게 제조하였다.
상순: C 122 N (81.3) I.
ZLI-4792중의 10% 용액으로부터 추정한 데이터:
T(N,I) = 95℃, Δε = +13.0; Δn = 0.351 및 γ1 = 1580 mPa·s.
합성 실시예 4로부터의 화합물을 혼합물 실시예 7 및 8에서 사용하였다.
비교 실시예 1 내지 3:
Figure pat00036
상순: Tg -54 C 14 N 119.2 I.
ZLI-4792중의 10% 용액으로부터 추정한 데이터:
T(N,I) = 131℃, Δε = +1.8; Δn = 0.393 및 γ1 = 1718 mPa·s.
비교 실시예 1 내지 3:
약어로 PTP(2)TP-6-3을 갖는 액정 물질을 문헌[Hsu, C.S., Shyu, K.F., Chuang, Y.Y and Wu, S.-T., Liq. Cryst., 27 (2), (2000), pp. 283-287]의 방법으로 제조하고, 특히 마이크로파 영역에서 이의 물성에 대해 조사하였다. 상기 화합물은 네마틱 상 및 114.5℃의 등명점(T(N,I))을 갖는다. 20℃에서의 추가의 물성은 다음과 같다: ne(589.3 nm)　=　1.8563; Δn(589.3　nm) = 0.3250; ε∥(1 kHz)　=　3.40; Δε(1 kHz)　=　+0.8 및 γ1　=　2100　mPa·s. 상기 화합물은 마이크로파 영역 및/또는 밀리미터파 영역에서의 용도, 특히 위상 천이기에 적절하다.
Figure pat00037
또한, 화합물 n-1-펜틸-4'-시아노바이페닐("PP-5-N" 또는 "5CB"라고도 칭함) 및 액정 혼합물 ZLI-4792(독일 다름스타트 소재 메르크 카게아아로부터의 제품)를 19 GHz에서의 이의 특성에 대해 조사하였다. 결과를 하기 표 2에 요약하였다.
Figure pat00038
주: *) P2-6-3: PTP(2)TP-6-3
$) PP-3-N: 4-시아노-4'-n-프로필바이페닐, 또한 "5CB"
§)ZLI: ZLI-4792
t.b.d.: 추후 결정
혼합물 실시예 1
하기 표에 명시된 바와 같은 조성 및 특성을 갖는 액정 매질 M-1을 제조하였다. 화합물 (1)(표에서 1번)은 합성 실시예 1로부터 유래한다.
Figure pat00039
주: t.b.d.: 추후 결정
이러한 혼합물이 마이크로파 영역 및/또는 밀리미터파 영역에서의 용도, 특히 위상 천이기에 매우 적절하다.
Figure pat00040
주: t.b.d.: 추후 결정
비교를 위해, 화합물 (1)이 없는 매질 C-1을 매질 M-1의 화합물 2 내지 15로부터 제조하였다(이때, 화합물 2 내지 15는 동일한 상대적인 양으로 존재함).
혼합물 실시예 2
하기 표에 명시된 조성 및 특성을 갖는 액정 혼합물 M-2를 제조하였다.
Figure pat00041
주: t.b.d.: 추후 결정
이러한 혼합물이 마이크로파 영역에서의 용도, 특히 "위상-어레이" 안테나용 위상 천이기에 사용된다.
Figure pat00042
이러한 혼합물이 마이크로파 영역 및/또는 밀리미터파 영역에서의 용도, 특히 위상 천이기에 매우 적절하다.
혼합물 실시예 3
하기 표에 명시된 조성 및 특성을 갖는 액정 매질 M-3을 제조하였다. 화합물 (2)(표에서 1번)는 합성 실시예 2로부터 유래한다.
Figure pat00043
주: t.b.d.: 추후 결정
이러한 혼합물이 마이크로파 영역 및/또는 밀리미터파 영역에서의 용도, 특히 위상 천이기에 매우 적절하다.
Figure pat00044
주: t.b.d.: 추후 결정
혼합물 실시예 4
하기 표에 명시된 조성 및 특성을 갖는 액정 혼합물 M-4를 제조하였다.
Figure pat00045
주: t.b.d.: 추후 결정
이러한 혼합물이 마이크로파 영역 및/또는 밀리미터파 영역에서의 용도, 특히 위상 천이기에 매우 적절하다.
Figure pat00046
혼합물 실시예 5
하기 표에 명시된 조성 및 특성을 갖는 액정 매질 M-5를 제조하였다. 화합물 (3)(표에서 1번)은 합성 실시예 3으로부터 유래한다.
Figure pat00047
주: t.b.d.: 추후 결정
이러한 혼합물이 마이크로파 영역 및/또는 밀리미터파 영역에서의 용도, 특히 위상 천이기에 매우 적절하다.
Figure pat00048
주: t.b.d.: 추후 결정
혼합물 실시예 6
하기 표에 명시된 조성 및 특성을 갖는 액정 혼합물 M-6을 제조하였다.
Figure pat00049
주: t.b.d.: 추후 결정
이러한 혼합물이 마이크로파 영역 및/또는 밀리미터파 영역에의 용도, 특히 위상 천이기에 매우 적절하다.
Figure pat00050
혼합물 실시예 7
하기 표에 명시된 조성 및 특성을 갖는 액정 매질 M-7을 제조하였다. 화합물 (4)(표에서 1번)는 합성 실시예 4로부터 유래한다.
Figure pat00051
주: t.b.d.: 추후 결정
이러한 혼합물이 마이크로파 영역 및/또는 밀리미터파 영역에서의 용도, 특히 위상 천이기에 매우 적절하다.
Figure pat00052
주: t.b.d.: 추후 결정
혼합물 실시예 8
하기 표에 명시된 조성 및 특성을 갖는 액정 혼합물 M-8을 제조하였다.
Figure pat00053
주: t.b.d.: 추후 결정
이러한 혼합물이 마이크로파 영역 및/또는 밀리미터파 영역에서의 용도, 특히 위상 천이기에 매우 적절하다.
Figure pat00054
본 명세서에 따른 본 발명의 실시양태 및 변형체의 추가의 조합도 또한 하기 특허청구범위로부터 유래한다.

Claims (14)

  1. 하기 화학식 I의 화합물:
    화학식 I
    Figure pat00055

    상기 식에서,
    R1은 1 내지 15개의 C 원자를 갖는 분지형 또는 비분지형 알킬, 또는 2 내지 15개의 C 원자를 갖는 분지형 또는 비분지형 알케닐이되, 또한, 이러한 라디칼 내의 하나 이상의 비-인접 -CH2- 기는 -O-로 치환될 수 있고/있거나 하나 이상의 H 원자는 할로겐 원자로 치환될 수 있고;
    X1은 F, Cl, 1 내지 4개의 C 원자를 갖는 플루오르화된 알킬, 1 내지 4개의 C 원자를 갖는 플루오르화된 알콕시, 2 내지 4개의 C 원자를 갖는 플루오르화된 알케닐, 2 내지 4개의 C 원자를 갖는 플루오르화된 알케닐옥시, CN, NCS 또는 SF5를 나타내고;
    L11 및 L13은 각각의 경우에 서로 독립적으로, 1 내지 12개의 C 원자를 갖는 분지형 또는 비분지형 알킬, 2 내지 12개의 C 원자를 갖는 분지형 또는 비분지형 알케닐 또는 알키닐, 또는 치환되거나 비치환된 사이클로알킬, 사이클로알케닐을 나타내고, 다르게는 L13은 또한 H를 나타내고;
    L12 및 L14는 각각의 경우에 서로 독립적으로, F, Cl, CN, 1 내지 12개의 C 원자를 갖는 분지형 또는 비분지형 알킬, 2 내지 12개의 C 원자를 갖는 분지형 또는 비분지형 알케닐 또는 알키닐, 치환되거나 비치환된 사이클로알킬, 사이클로알케닐, 각각 1 내지 12개의 C 원자를 갖는 플루오르화된 알킬 또는 플루오르화된 알콕시, 또는 각각 2 내지 12개의 C 원자를 갖는 플루오르화된 알케닐 또는 플루오르화된 알케닐옥시를 나타내고, 다르게는 L14는 또한 H를 나타내고;
    Figure pat00056
    및
    Figure pat00057
    는 각각의 경우에 서로 독립적으로, 1,4-페닐렌, 1,4-나프틸렌, 2,6-나프틸렌, 1,4-안트라세닐렌, 2,6-안트라세닐렌, 2,7-피레닐렌, 또는 2,7-페난트레닐렌을 나타내되, 상기 고리 시스템은 마찬가지로 치환기 L11로 목적하는 바와 같이 치환될 수 있고;
    Z1은 각각의 경우에 서로 독립적으로, 단일 결합, -C≡C-, -CF=CF- 또는 -CH=CH-를 나타내고;
    n은 1 또는 2를 나타낸다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    L12 및 L14가 둘 다 H를 나타내지 않는 화합물.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    L11 및/또는 L12가 서로 독립적으로, 1 내지 12개의 C 원자를 갖는 할로겐화되거나 비치환된 알킬 라디칼을 나타내는 화합물.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    n이 1인 화합물.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    R1이 1 내지 15개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼을 나타내는 화합물.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    존재하는 가교 기 Z1 중 하나는 -C≡C-이고, 나머지는 존재하는 경우 단일 결합인 화합물.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하기 화학식 I-1 내지 I-4의 화합물의 군으로부터 선택되되, 파라미터는 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 주어진 의미를 갖는 화합물:
    Figure pat00058
    .
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    Figure pat00059
    가
    Figure pat00060
    을 나타내는 화합물.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 포함하는 액정 매질.
  10. 제 9 항에 있어서,
    하기 화학식 II의 화합물로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 추가로 포함하는 액정 매질:
    화학식 II
    Figure pat00061

    상기 식에서,
    L21은 R21 또는 X21을 나타내고;
    L22는 R22 또는 X22를 나타내고;
    R21 및 R22는 서로 독립적으로, 1 내지 17개의 C 원자를 갖는 비플루오르화된 알킬 또는 비플루오르화된 알콕시, 또는 2 내지 15개의 C 원자를 갖는 비플루오르화된 알케닐, 비플루오르화된 알키닐, 비플루오르화된 알케닐옥시 또는 비플루오르화된 알콕시알킬, 바람직하게는 알킬 또는 비플루오르화된 알케닐을 나타내고;
    X21 및 X22는 서로 독립적으로, F, Cl, Br, -CN, -NCS, -SCN, -SF5, 1 내지 7개의 C 원자를 갖는 플루오르화된 알킬 또는 플루오르화된 알콕시, 또는 2 내지 7개의 C 원자를 갖는 플루오르화된 알케닐, 플루오르화된 알케닐옥시 또는 플루오르화된 알콕시알킬을 나타내고;
    p 및 q는 서로 독립적으로, 0 또는 1을 나타내고;
    Z21 내지 Z23은 서로 독립적으로, 트랜스-CH=CH-, 트랜스-CF=CF-, -C≡C- 또는 단일 결합을 나타내고;
    Figure pat00062
    내지
    Figure pat00063
    는 서로 독립적으로,
    Figure pat00064
    를 나타내고;
    R23은 1 내지 5개의 C 원자를 갖는 알킬, 2 내지 5개의 C 원자를 갖는 알케닐, 또는 3 내지 6개의 C 원자를 갖는 사이클로알킬을 나타낸다.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    매질 중의 화학식 I의 화합물의 농도가 총 5% 내지 95%인 액정 매질.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항 이상에 따른 액정 매질을 포함하는 고주파 기술용 콤포넌트.
  13. 제 12 항에 있어서,
    하나의 위상 천이기(phase shifter) 또는 복수 개의 기능적으로 연결된 위상 천이기인 콤포넌트.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 따른 콤포넌트를 하나 이상 포함하는 위상-어레이(phased-array) 안테나.
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