JP6896365B2 - 液晶材料 - Google Patents
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Description
[1]特定の液晶相を発現する温度において1000以上の誘電率を示す液晶材料。
[2]前記特定の液晶相を発現する温度における前記液晶材料の誘電率が3000以上である、上記[1]に記載の液晶材料。
[3]前記特定の液晶相を発現する温度における前記液晶材料のSHG光の強度は、前記液晶材料が前記特定の液晶相とは異なる相を発現する温度における前記液晶材料のSHG光の強度よりも2〜10倍以上大きい、上記[1]又は[2]に記載の液晶材料。
[4]前記特定の液晶相とは異なる相が、前記液晶材料の結晶相、ネマチック相、および/または等方相である、上記[3]に記載の液晶材料。
[5]前記液晶材料が下記一般式(1)
[6]前記一般式(1)中、n11+n12+n13が2または3であり、A11〜A14が、下記(A−1)〜(A−5)からなる群から選択され、A15が、(A−1)〜(A−3)からなる群から選択され、さらに、A11〜A15中のハロゲン原子数の合計が6以上である、上記[5]に記載の液晶材料。
「液晶化合物」とは、メソゲン部位(mesogen)を有する有機化合物を表し、液晶相を発現する有機化合物に限定されない。具体的には、ネマチック相、スメクチック相などの液晶相を発現する有機化合物および液晶相を有しないが液晶組成物の成分として有用な有機化合物の総称である。
「液晶媒体」とは、液晶相を発現する組成物、または当該組成物と他の材料との複合体の総称である。
「液晶材料」とは、液晶化合物および液晶媒体の総称である。
「特定の液晶相」とは、SHG(第2次高調波発生(Second harmonic generator))光の強度が、同じ液晶材料の他の相(例えば結晶相、ネマチック相、もしくは等方相)、または5CB(4-pentyl-4’-cyanobiphenyl)などの他の一般的液晶材料と比べて極端に大きい相である。この相において、極めて大きな誘電率を示し、誘電率の温度特性も穏やかとなる。なお、本明細書中、「特定の液晶相」を「Sandy相」と称することがある。Sandy相という語は、その特徴的な偏光顕微鏡像から名付けられた造語である。
「素子」とは、液晶材料を用いた素子である。「素子」には、特定の液晶相を発現する温度において1000以上の誘電率を示す液晶材料を有する素子であって、前記特定の液晶相を発現する温度で前記液晶材料に電圧を印加する構成をさらに有する前記素子も含まれる。また「素子」を「液晶素子」と称する場合もある。
「誘電率」とは、無次元の比誘電率を表す。
(a)特定の液晶相を発現する温度において、液晶材料に印加する交流電圧の周波数(測定周波数)の広い範囲で1000以上の高い誘電率を示し、最大10,000以上の高い誘電率を示す。
(b)室温〜150℃、好ましくは40〜120℃、さらに好ましくは特定の液晶相を発現する広い温度範囲で、1000以上の高誘電率を示す。
(c)特定の液晶相よりも高温側で発現するネマチック相における緩和周波数より、低温側の特定の液晶相における緩和周波数が高周波域にある。なお、一般的に、通常の液晶材料では、低温時に粘度が上がることにより応答できる周波数が低下するため、低温側の緩和周波数は、高温側の緩和周波数よりも低い。
(d)特定の液晶相を発現する状態では、高い正の誘電率異方性Δε(εpara−εperp)を呈する。
本発明の液晶材料は、特定の液晶相を発現する液晶材料であって、該特定の液晶相を発現する温度において、誘電率の値が1000以上である。本発明の液晶材料は、下記一般式(1)の化合物を含み、好ましくは60重量%以上、さらに好ましくは80重量%以上含む。
本明細書における素子の例は、特定の液晶相を発現する液晶材料であって、特定の液晶相を発現する温度において、誘電率の値が1000以上である液晶材料を用いる素子である。本明細書における素子の例は、上記式(1)〜(3)に示す化合物のうちの少なくとも1種の化合物を含む液晶材料が特定の液晶相を発現する温度において、該液晶材料に電圧を印加する構成である。該構成は、例えば液晶表示デバイスの液晶層以外の構成やキャパシタの誘電体以外の構成等であってもよい。また、素子が、該液晶材料と、特定の液晶相を発現する温度において該液晶材料に光を透過させる構成(例えば該液晶材料の非線形光学効果を発現させるためのレーザー光源等)を有するようにしてもよい。また、該素子は、該液晶材料が特定の液晶相以外の他の相を発現する状態で、該液晶材料に電圧を印加するようにしてもよい。
本実施例及び下記実施例では、上記式(3)に示す化合物のR31が炭素数3のアルキル基であり、L33が水素であり、Z32が単結合であり、L31、L32、L34、およびX31がフッ素であり、Z31が−COO−である下記式(4)で表される化合物DIO−3を液晶材料として用いた。
本実施例では、化合物DIO−3の誘電緩和スペクトルの測定を行った。測定装置は、126096W型誘電体測定システム(東陽テクニカ社製)であり、サイン波0.1Vを印加し、降温しつつ測定した。なお、所望の温度に到達した後、その温度で5分間温度を維持した後、測定を開始した。用いたセルは、EHC社製垂直配向セルで、セル厚は10ミクロンである。結果を図3に示す。図3中、縦軸は誘電率εであって10−3(1.0E-03)〜105(1.0E+05)の範囲を表し、横軸は印加する交流電圧の周波数(測定周波数)(Hz)であって1Hz(1.E+00)〜107Hz(1.E+07)の範囲を表し、凡例の数字(30〜120)は測定温度(℃)を表す。
本実施例では、化合物DIO−3のホメオトロピック配向時(7V印加)のSHGスペクトルの測定を行った(偏光条件p−p)。測定装置は、東京インスツルメンツ社製の非線形光学材料評価システムであり、用いたセルはEHC社製垂直配向セル(セル厚10ミクロン)である。結果を図4に示す。図4中、縦軸はSHG強度(任意単位(a.u.))を表し、横軸はレーザー光の入射角(°)であって−50°〜50°の範囲を表し、凡例中の数字(25〜65)は測定温度(℃)を表す。
本実施例では、化合物DIO−3の略ランダム配向時(電圧無印加)のSHGスペクトル測定を行った。測定装置は、東京インスツルメンツ社製非線形光学材料評価システムであり、用いたセルはEHC社製垂直配向セル(セル厚10ミクロン)である。結果を図6に示す。図6の凡例の数字65〜120は測定温度(℃)を表す。
11A 第1偏光フィルタ
12A 第1ガラス基板
13A 第1透明電極
14A 第1配向膜
15 液晶層
14B 第2配向膜
13B 第2透明電極
12B 第2ガラス基板
11B 第2偏光フィルタ
Claims (4)
- 特定の液晶相を発現する温度において1000以上の誘電率を示す液晶材料であって、
前記液晶材料が下記式(3)で表される化合物を80重量%以上含み、
前記特定の液晶相を発現する温度における前記液晶材料の入射角30°におけるSHG光の強度は、前記液晶材料が結晶相を発現する温度における前記液晶材料の入射角30°におけるSHG光の強度よりも2〜10倍以上大きい、前記液晶材料。
- 前記特定の液晶相を発現する温度における前記液晶材料の誘電率が3000以上である、請求項1に記載の液晶材料。
- 前記液晶材料が、前記特定の液晶相において正の誘電率異方性を有する、請求項1または2に記載の液晶材料。
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