用于高頻技術(shù)的介晶化合物、液晶介質(zhì)和部件的制作方法
【專利說(shuō)明】用于高頻技術(shù)的介晶化合物、液晶介質(zhì)和部件
[0001] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?01280014523. 0的中國(guó)專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。 發(fā)明領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明設(shè)及液晶介質(zhì)，特別是用于高頻技術(shù)、尤其是用于高頻器件的部件的液晶 介質(zhì)，所述器件特別是天線、尤其是用于千兆赫茲區(qū)域和萬(wàn)億赫茲區(qū)域的，其在微米波或毫 米波區(qū)域操作。運(yùn)些部件使用特別的介晶、優(yōu)選液晶的化合物或者由其構(gòu)成的液晶介質(zhì)，例 如用于可調(diào)諧相控陣天線或者基于"反射陣列"的微波天線的可調(diào)諧單元狂ellen)的微波 的相位移。此外，本發(fā)明設(shè)及新型介晶化合物。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)和待解決的技術(shù)問(wèn)題
[0004] 長(zhǎng)期W來(lái)已經(jīng)將液晶介質(zhì)用于電光顯示器化CD)中W顯示信息。
[0005] 在中屯、亞苯基環(huán)上具有額外的烷基取代的、亦稱為=苯基二乙烘的雙二苯乙烘 度istolan-)化合物，已充分為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知。
[0006] 例如，Wu,S. -T.，Hsu,C. -S.和化yu，K. -F.，Appl.Phys.Lett.，74 (3)，（1999)，第 344-346頁(yè)公開了下式的各種具有側(cè)甲基的液晶雙二苯乙烘化合物：
[0007]
[0008] 除了運(yùn)些具有側(cè)甲基的液晶雙二苯乙烘化合物之外，化U，C.S.Shyu,K.F.， Chuang,Y.Y.和Wu,S. -T.，Liq.Cryst.，27 (2)，（2000)，第 283-287 頁(yè)也公開了具有側(cè)乙基 的相應(yīng)化合物，并提出了其用途，尤其是在"液晶光學(xué)相控陣"中的用途。
[0009]除了下式的強(qiáng)介電正性的異硫氯酸基雙二苯乙烘化合物之外，在D油；rowski，R.， Kula,P.Gauza，S.，Dziadiszek，J.化ban,S.和Wu,S. -T.，IDRC08，（2008)，第 35-38 頁(yè)中 提及了在中屯、環(huán)上具有和沒有側(cè)甲基的介電中性的雙二苯乙烘化合物
[0010]
[0011] JP2003-207631A)中提及具有；個(gè)C-CS鍵的化合物，例如W下化合物，
[0012]
[0013] 并提議用于光學(xué)膜、偏振器和光散射型液晶中。
[0014]然而，最近也提出了將液晶介質(zhì)用于微波技術(shù)的組件或部件中，如例如在DE10 2004 029 429A和在JP2005-120208 (A)中所描述的。
[0015] 在高頻技術(shù)中液晶介質(zhì)在工業(yè)上有價(jià)值的應(yīng)用基于它們的介電性能可W通過(guò) 可變電壓控制的性質(zhì)，特別是對(duì)于千兆赫茲區(qū)域和萬(wàn)億赫茲區(qū)域而言。因此可W構(gòu)造 不含機(jī)械活動(dòng)部件的可調(diào)諧天線（A.Gaebler,A.Moessinger,F.Goelden,等，"Liquid Crystal-ReconfigurableAntennaConceptsforSpaceApplicationsatMicrowave andMillimeterW曰ves"，InternationalJourn曰IofAntennasandProp曰g曰tion,B曰nd 2009,ArtikelID876989,（2009)，第I- 7 頁(yè)，doi:10. 1155/2009/876989)。
[0016] A.Penirschke,S.Milller,P.Scheele,C.Weil,M.Wittek,C.Hock,和 R.Jakoby:"C曰vityPerturb曰tionMethodforCh曰r曰cteris曰tionofLiquidCryst曰Isup to35GHz"，34th歐洲微波會(huì)議-阿姆斯特丹，第545 - 548頁(yè)，尤其描述了已知的液晶單個(gè) 物質(zhì)K15 (也稱為4-n-戊基-4'-臘基聯(lián)苯或者PP-5-N，MerckKGaA,德國(guó)）在9GHz頻率 下的性質(zhì)。
[0017] DE10 2004 029 429A描述了液晶介質(zhì)在微波技術(shù)、尤其是在移相器中的用途。 在DE10 2004 029 429A中已經(jīng)研究了液晶介質(zhì)在相應(yīng)頻率范圍內(nèi)的性質(zhì)。
[0018] 為了在高頻技術(shù)中使用，要求液晶介質(zhì)具有特別的、迄今相對(duì)不尋常的、非常規(guī)的 性質(zhì)或者性質(zhì)的結(jié)合。
[0019] A.Gaebler,F.Goelden,S.Milller,A.Penirschke和R.Jakoby"DirectSimulation ofMaterialPermittivitesusinganEigen-SusceptibilityFormulationofthe VectorVariationalApproach", 12MTC2009 -國(guó)際儀器與測(cè)量技術(shù)會(huì)議（International InstrumentationandMeasurementTechnologyConference)，親jf方口坡，2009 (IEEE)，第 463-467頁(yè)描述了已知的液晶混合物E7(同樣是MerckKGaA，德國(guó)）的相應(yīng)性質(zhì)。
[0020] DE10 2004 029 429A描述了液晶介質(zhì)在微波技術(shù)、尤其是在移相器中的用途。 在DE10 2004 029 429A中已經(jīng)研究了液晶介質(zhì)在相應(yīng)頻率范圍內(nèi)的性質(zhì)。另外，其中提 及除了下式的化合物
[0021]
[0022] 之外，還包含下式化合物的液晶介質(zhì)：
[0023]
[0024] 包含例如下式的化合物的液晶介質(zhì)被提議用于高頻技術(shù)的部件中，
[00 巧]
[0026] 例女日在A.Lapanik,"Singlecompoundsandmixturesformicrowaveapplicat ions,Dielectric,microwavestudiesonselectedsystems",Dissertation,Technisch e肋itvcrsi城tDarmsta化，2009, (D17)中所述的。
[0027] 然而，迄今已知的組合物都受到嚴(yán)重缺點(diǎn)的困擾。除了其它缺陷之外，大部分缺陷 會(huì)導(dǎo)致不利地高的損失和/或不足的相位移或者較小的材料品質(zhì)（n)。
[0028] 因此，具有改善的性質(zhì)的新型液晶介質(zhì)是必需的。尤其是，必須減少在微波區(qū)域和 /或毫米波區(qū)域的損失W及必須提高材料品質(zhì)。
[0029] 另外，仍需要改善液晶介質(zhì)的低溫行為，W及因此部件的低溫行為。在此，需要改 進(jìn)操作性能W及膽存能力兩者。
[0030] 因此，迫切需要具有適用于相應(yīng)實(shí)際應(yīng)用的性質(zhì)的液晶介質(zhì)。
[00引]發(fā)明描述
[0032] 令人吃驚地現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，如果采用經(jīng)選擇的液晶介質(zhì)，可W實(shí)現(xiàn)用于高頻技術(shù)的部 件，其不具有現(xiàn)有技術(shù)材料的缺點(diǎn)或者至少僅僅在顯著減少的程度內(nèi)具有上述缺點(diǎn)。
[0033] 因此，本發(fā)明設(shè)及包含一種或多種式X化合物的液晶介質(zhì)，
X
[0035] 其中
[0036] XiM表示具有1、2或3個(gè)C原子的面代烷基、締基、烷氧基或締氧基、CN、NCS、SFs 或面素，優(yōu)選CFs、OCF3、CN、NCS、F或Cl,特別優(yōu)選CFs、OCF3、或F和非常特別優(yōu)選F，
[0037] LiM表示具有1-6個(gè)C原子的烷基、具有3-6個(gè)C原子的環(huán)烷基、具有4-6個(gè)C原 子的環(huán)締基或面素，優(yōu)選C&、C2H5、11-〔3&(-(邸2)2邸3)、I-CsM-CH(CHs)2)、環(huán)丙基、環(huán)下基、 環(huán)戊基、環(huán)己基、環(huán)戊-1-締基、環(huán)己-1-締基、F或Cl和特別優(yōu)選CH3X2H5、環(huán)丙基、環(huán)下基 或F和非常特別優(yōu)選F，
[003引Y"郝Y1°2彼此獨(dú)立地表示H、F或Cl,優(yōu)選H或F，特別優(yōu)選一個(gè)表示F和另一個(gè) 表示H或F，
[0039] RiM和R1°2彼此獨(dú)立地表示各具有1-15個(gè)C原子的未氣化烷基或未氣化烷氧基， 各具有2-15個(gè)C原子的未氣化締基、未氣化締氧基或未氣化烷氧基烷基，或各具有最多15 個(gè)C原子的環(huán)烷基、烷基環(huán)烷基、環(huán)締基、烷基環(huán)締基、烷基環(huán)烷基烷基或烷基環(huán)締基烷基，
[0040] 優(yōu)選地
[0041] RiM彼此獨(dú)立地表示各具有1-7個(gè)C原子的未氣化烷基或未氣化烷氧基，或各具有 2-7個(gè)C原子的未氣化締基、未氣化締氧基或未氣化烷氧基烷基，
[0042]特別優(yōu)選地
[0043] RiM表示具有1-7個(gè)C原子的未氣化烷基或各具有2-7個(gè)C原子的未氣化締基、未 氣化締氧基或未氣化烷氧基烷基，
[0044] 優(yōu)選地
[0045] R1°2表示具有1-5個(gè)C原子的未氣化烷基，具有3-7個(gè)C原子的未氣化環(huán)烷基或 環(huán)締基，各具有4-12個(gè)C原子的未氣化烷基環(huán)己基或未氣化環(huán)己基烷基或具有5-15個(gè)C 原子的未氣化烷基環(huán)己基烷基，特別優(yōu)選環(huán)丙基、環(huán)戊基或環(huán)己基，和非常特別優(yōu)選R2表示 n-烷基（特別優(yōu)選甲基、乙基或n-丙基）或環(huán)烷基（特別優(yōu)選環(huán)丙基）。
[0046] 根據(jù)本發(fā)明的液晶介質(zhì)特別適合在用于高頻技術(shù)或者用于電磁頻譜的微波區(qū)域 和/或毫米波區(qū)域的部件中使用。本發(fā)明設(shè)及該介質(zhì)的運(yùn)種用途和運(yùn)些部件。
[0047] 在本發(fā)明第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，高頻技術(shù)的部件含有液晶介質(zhì)，其包含由一種、 兩種或更多種式X化合物組成的組分A。
[0048] 根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施方式，用于高頻技術(shù)的部件含有液晶介質(zhì)，該液晶介質(zhì) 包含
[0049] -第一組分，組分A，其包含一種或多種上述式X的化合物，和
[0050] --種或多種選自W下定義的組分B-F的其它組分，
[0051] -強(qiáng)介電正性組分，組分B，其具有10.0或更大的介電各向異性，
[0052] -強(qiáng)介電負(fù)性組分，組分C，其具有-5. 0或更小的介電各向異性，
[0053] -其它組分，組分D，其具有在大于-5. 0至小于10. 0范圍內(nèi)的介電各向異性并且 由具有7個(gè)或更多個(gè)、優(yōu)選8個(gè)或更多個(gè)五元或六元環(huán)的化合物組成；
[0054] -其它組分，組分E，其同樣具有在大于-5. 0至小于10. 0范圍內(nèi)的介電各向異性 并且由具有最多6個(gè)五元或六元環(huán)的化合物組成，和
[00巧]-其它組分，組分F，其同樣具有在大于-5. 0至小于10. 0范圍內(nèi)的介電各向異性 并且由W下所示式I化合物組成。
[0056] 五元環(huán)的典型實(shí)例為
[0058] 六元環(huán)的典型實(shí)例為
[0059]
[0060] 五元和六元環(huán)也包括飽和W及部分飽和的環(huán)、W及雜環(huán)。
[0061] 為了本申請(qǐng)的目的，在將化合物劃分為組分D或E時(shí)，將由運(yùn)些環(huán)的兩個(gè)，即由2 個(gè)五元環(huán)、1個(gè)五元環(huán)或者由2個(gè)六元環(huán)，例如
[0062]
[0063] 組成的稠合環(huán)體系視為運(yùn)些五元或者六元環(huán)之一。
[0064] 相應(yīng)地，將由在縱向方向上引入分子中的運(yùn)些環(huán)中的S個(gè)或者更多個(gè)的組合組成 的稠環(huán)體系，例如
[0065]
[0066] 視為兩個(gè)運(yùn)樣的五元或者六元環(huán)。
[0067] 與此相反，將在橫向方向上引入分子中的稠環(huán)體系，例如
[0068]
[0069] 視為一個(gè)運(yùn)樣的五元或者六元環(huán)。
[0070] 本發(fā)明同樣設(shè)及之前所述的W及下文所述的液晶介質(zhì)，W及設(shè)及其在電光顯示器 和特別是在用于高頻技術(shù)的部件中的用途。
[0071] 在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，液晶介質(zhì)包含一種或多種式X的化合物，優(yōu)選選 自式X-I和/或X-2的化合物，優(yōu)選選自式X-I:
[0073] 其中參數(shù)具有上文在式X中給出的含義，并優(yōu)選
[0074] Ri°2表示具有1-6個(gè)C原子的烷基、具有2-6個(gè)C原子的締基、具有3-6個(gè) C原子的環(huán)烷基或具有4-6個(gè)C原子的環(huán)締基，優(yōu)選C&、〔2馬、n-CsH,(-(邸2) 2邸3)、 i-CsH, (-CH(CHs) 2)、-CH=邸2、環(huán)丙基、環(huán)下基、環(huán)戊基、環(huán)己基、環(huán)戊-1-締基或環(huán)己-1-締 基，和特別優(yōu)選C&、CzHs、環(huán)丙基或環(huán)下基，
[00巧]并且其它參數(shù)具有上文在式X中給出的各自含義，并優(yōu)選
[0076] RiM表示具有1-7個(gè)C原子的未氣化烷基，
[0077] yiM表示F和
[007引 XiM表示F和Y1°2表示F或X1°嗦示OCF3和Y1°2表示H。
[0079] 在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，組分A主要地、甚至更優(yōu)選基本上和非常特別優(yōu) 選完全由式X的化合物組成。
[0080] 在本發(fā)明一個(gè)特別優(yōu)選實(shí)施方式中，液晶介質(zhì)包含一種或多種式X-I的化合物， 優(yōu)選選自式X-Ia至X-Ic和X-2a至X-2C的化合物，特別優(yōu)選選自式X-Ia至X-Ic的化合 物，非常特別優(yōu)選式X-Ic的，
[0083] 其中參數(shù)具有W上在式X-I或式X-2下給出的含義，并優(yōu)選
[0084] RiM表示具有2-7個(gè)C原子的烷基，例如丙基和己基或在各自情況下表示丙基、下 基、戊基或己基。
[0085] 液晶介質(zhì)任選包含組分F，其由一種或多種式I化合物組成，
[0093] 特別優(yōu)選地
[0094]
[0095] L"表示具有1-6個(gè)C原子的烷基、具有3-6個(gè)C原子的環(huán)烷基或具有4-6個(gè)C原 子的環(huán)締基，優(yōu)選邸3、〔2馬、11-〔3& (-(邸2) 2邸3)、i-CsHy(-CH(CHs) 2)、環(huán)丙基、環(huán)下基、環(huán)戊基、 環(huán)己基、環(huán)戊-1-締基或環(huán)己-1-締基，和特別優(yōu)選C&、CzHs、環(huán)丙基或環(huán)下基，
[0096]Xi嗦示H、具有1-3個(gè)C原子的烷基或面素，優(yōu)選H、F或Cl,特別優(yōu)選H或F和非 常特別優(yōu)選F，
[0097]RU-RM彼此獨(dú)立地表示各具有1-15個(gè)C原子的未氣化烷基或未氣化烷氧基，各具 有2-15個(gè)C原子的未氣化締基、未氣化締氧基或未氣化烷氧基烷基，或各具有最多15個(gè)C 原子的環(huán)烷基、烷基環(huán)烷基、環(huán)締基、烷基環(huán)締基、烷基環(huán)烷基烷基或烷基環(huán)締基烷基，和替 代地Ri呀PRM之一或二者還表示H，
[009引優(yōu)選地
[0099]Rii和R12彼此獨(dú)立地表示各具有1-7個(gè)C原子的未氣化烷基或未氣化烷氧基，或 各具有2-7個(gè)C原子的未氣化締基、未氣化締氧基或未氣化烷氧基烷基，
[0100] 特別優(yōu)選地
[0101]Rii表示具有1-7個(gè)C原子的未氣化烷基或未氣化締基，各具有2-7個(gè)C原子的未 氣化締氧基或未氣化烷氧基烷基，和
[0102] 特別優(yōu)選地
[0103] r12表示各具有1-7個(gè)C原子的未氣化烷基或未氣化烷氧基，和
[0104] 優(yōu)選地
[0105] R"和RM表示H、具有1-5個(gè)C原子的未氣化烷基、具有3-7個(gè)C原子的未氣化環(huán) 烷基或環(huán)締基、各具有4-12個(gè)C原子的未氣化烷基環(huán)己基或未氣化環(huán)己基烷基或具有5-15 個(gè)C原子的未氣化烷基環(huán)己基烷基，特別優(yōu)選環(huán)丙基、環(huán)下基、環(huán)戊基或環(huán)己基，和非常特 別優(yōu)選R"和RM的至少一個(gè)表示n-烷基，特別優(yōu)選甲基、乙基或n-丙基，和另一個(gè)表示H 或n-烷基，特別優(yōu)選H、甲基、乙基或n-丙基。
[0106] 在本發(fā)明一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，組分F包含一種或多種式I化合物，優(yōu)選組 分F主要地、甚至更優(yōu)選基本上和非常特別優(yōu)選完全由式I化合物組成。
[0107] 式I化合物優(yōu)選為選自式I-I至1-4化合物的化合物
[0110] 其中
[0111] L"表示具有1-6個(gè)C原子的烷基、具有2-6個(gè)C原子的締基、具有3-6個(gè) C原子的環(huán)烷基或具有4-6個(gè)C原子的環(huán)締基，優(yōu)選C&、〔2馬、n-CsH,(-(邸2) 2邸3)、 i-CsH, (-CH(CHs) 2)、-CH=邸2、環(huán)丙基、環(huán)下基、環(huán)戊基、環(huán)己基、環(huán)戊-1-締基或環(huán)己-1-締 基，和特別優(yōu)選C&、CzHs、環(huán)丙基或環(huán)下基，
[011引 X"表示H、具有1-3個(gè)C原子的烷基或面素，優(yōu)選H、F或Cl，特別優(yōu)選H、F或CH3， 甚至更優(yōu)選H或F和非常特別優(yōu)選F，
[0113] 并且其它參數(shù)具有上述為式I所示的各自含義，并優(yōu)選
[0114] Rii表示具有1-7個(gè)C原子的未氣化烷基，和
[0115] R12表示具有1-7個(gè)C原子的未氣化烷基或具有1-7個(gè)C原子的未氣化烷氧基。
[0116] 在本發(fā)明一個(gè)特別優(yōu)選實(shí)施方式中，液晶介質(zhì)包含一種或多種式I-I化合物，優(yōu) 選選自式I-Ia-I至I-la-12和I-化-1至I-化-12的化合物
[0117]
[0121] 其中參數(shù)具有W上在式I-I下給出的含義，和優(yōu)選
[0122] Rii和RI2彼此獨(dú)立地表示具有2-7個(gè)C原子的烷基，例如丙基和己基或在各自情 況下表不丙基、下基、戊基或己基。
[0123] 在本發(fā)明一個(gè)非常特別優(yōu)選實(shí)施方式中，液晶介質(zhì)或者液晶介質(zhì)的組分F包含 一種或多種式I化合物，優(yōu)選選自式I-la-2、I-la-5、I-la-7、I-la-8、I-la-9、I-la-10、 I-化-5、I-化-7、I-化-8、I-化-9、I-化-10化合物，其中參數(shù)具有W上給出的含義，并特別優(yōu) 選
[0124] Rii和RI2彼此獨(dú)立地表示具有1-7個(gè)C原子的未氣化烷基或具有1-6個(gè)C原子的 未氣化烷氧基，
[0125] 尤其優(yōu)選Rii和R12之一表示烷基和另一個(gè)表示烷基或烷氧基，
[0126] 和非常特別優(yōu)選Rii和RI2具有彼此不同的含義。
[0127] 在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，液晶介質(zhì)或者液晶介質(zhì)的組分F包含一種或多種 式1-2的化合物，其中優(yōu)選
[0128] Rii和RI2彼此獨(dú)立地表示具有2-7個(gè)C原子的烷基，例如丙基和己基，或在各自情 況下表示丙基、下基、戊基或己基。
[0129] 在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，液晶介質(zhì)或者液晶介質(zhì)的組分F包含一種或多種 式1-3的化合物，優(yōu)選選自式I-3a-l至I-3a-3和I-3b-l至I-3b-3化合物，優(yōu)選1-3曰-2、 I-3b-2化合物，
[0131] 其中參數(shù)具有W上在式1-3下給出的含義，并優(yōu)選
[0132]Rii和RI2彼此獨(dú)立地表示具有2-7個(gè)C原子的烷基，例如丙基和己基，或在各自情 況下表示丙基、下基、戊基或己基。
[0133] 在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，液晶介質(zhì)或者液晶介質(zhì)的組分F包含一種或多種 式1-4化合物，優(yōu)選選自式I-4a-l至I-4a-3和I-4b-l至I-4b-3的化合物，優(yōu)選I-4b-2 的化合物，
[0134]
[0135] 其中參數(shù)具有W上在式1-4下給出的含義，并優(yōu)選
[0136] Rii和RI2彼此獨(dú)立地表示具有2-7個(gè)C原子的烷基，例如丙基和己基，或在各自情 況下表示丙基、下基、戊基或己基。