WO2022145248A1 - 液晶材料の製造方法及び液晶材料の評価方法とその測定装置、並びに液晶材料 - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to a method for producing a liquid crystal composition, a method for measuring a delta delay, a measuring device thereof, and a liquid crystal material.
- Liquid crystal materials are used not only for displays such as televisions, monitors, mobile phones, smartphones, and tablet terminals, but also in the microwave band between mobile objects such as automobiles and communication satellites with the development of automatic driving technology for automobiles. It is attracting attention as an antenna application for transmitting and receiving radio waves.
- the liquid crystal operates by applying an external electric field like a display or the like, so that the transmission / reception direction of radio waves can be freely changed.
- the permittivity anisotropy ( ⁇ ) is the permittivity ( ⁇ ) in the direction parallel to the long axis of the liquid crystal molecule and the permittivity ( ⁇ ) in the direction perpendicular to the long axis of the liquid crystal molecule. It is a quantity defined by the difference between and, and is calculated from the permittivity (complex permittivity) of the liquid crystal material.
- the permittivity anisotropy ( ⁇ ) is generally obtained by measuring the permittivity at 1 kHz.
- ⁇ the permittivity anisotropy in liquid crystal materials for antennas, it is required to accurately measure the dielectric anisotropy in the applied microwave band as well as the magnitude of the dielectric anisotropy at 1 kHz.
- a dielectric in a resonator there have been various methods for measuring the dielectric constant (complex dielectric constant) of a dielectric in a microwave band represented by a liquid crystal material for an antenna, for example, (1) a dielectric in a resonator.
- Cavity resonator method that calculates the dielectric constant (complex dielectric constant) from the amount of change in the resonance frequency and Q value when the Examples thereof include a coaxial tube method for calculating the dielectric constant (complex dielectric constant), and (3) a centralized constant capacitance method in which a sample is filled between two electrodes and the capacitance between the electrodes is measured.
- the coaxial tube method of (2) above is generally adopted for measuring the dielectric constant (complex dielectric constant) of liquid crystal materials, which have many materials showing fluidity, because liquid materials and the like can be easily measured. ..
- the measurement of the permittivity (complex permittivity) by the coaxial tube method requires each measurement using a plurality of coaxial tubes having different lengths for one measurement sample. (Patent Document 1).
- the liquid crystal molecules in the measurement sample are not oriented in a specific direction depending on the presence or absence of voltage application. It is forced to make multiple measurements with the orientation in the direction. Therefore, in the measurement of the permittivity (complex permittivity) of the liquid crystal material using the coaxial tube method, the accumulation of measurement errors (error of electromagnetic wave reflection or loss of electromagnetic wave intensity) due to the attachment / detachment of the coaxial tube and the deterioration of measurement reproducibility are deteriorated. The current situation is that there is a problem.
- the present disclosure introduces a new physical quantity (nsec) called “delta delay” as an alternative to the dielectric constant calculated as one of the electrical characteristics in the conventional measurement method. It was confirmed that a liquid crystal material having uniform electrical characteristics can be obtained by specifying the electrical characteristics of the liquid crystal material by the "delta delay".
- an object of the present disclosure is to provide a liquid crystal material having uniform electrical characteristics and a method for producing the same, and a method for measuring a liquid crystal material having uniform electrical characteristics and a measuring device thereof.
- the present inventors have specified the electrical characteristics of the liquid crystal material using a physical quantity (delta delay (unit (nsec)), and the liquid crystal has uniform electrical characteristics as compared with the dielectric constant. They have found that materials can be manufactured or evaluated, and have completed the present invention.
- the configuration of the present invention that solves the above problems is as follows.
- the present disclosure describes the step (I) of preparing a liquid crystal material and The step (II) of measuring the liquid crystal material by the delta delay measuring mechanism for measuring the delta delay value of the liquid crystal material is provided.
- the delta delay measuring mechanism includes one coaxial tube including a linear inner conductor and an outer conductor having a gap through which the inner conductor is inserted, and a reference voltage V 0 is applied between the inner conductor and the outer conductor.
- the transmission delay time t 0 measured by propagating an electromagnetic wave having a continuously changing frequency to the liquid crystal material filled in the gap between the inner conductor and the outer conductor in the state, and the reference.
- the liquid crystal material which is a difference from the transmission delay time tv measured by propagating the electromagnetic wave to the liquid crystal material in a state where an execution voltage V larger than the voltage V 0 is applied between the inner conductor and the outer conductor. It is a method for manufacturing a liquid crystal material, which comprises a mechanism for calculating a delta delay value of.
- the electromagnetic wave continuously changes the frequency in the range of 0.1 to 26.5 GHz.
- the transmission delay time t 0 is measured by propagating an electromagnetic wave having a frequency that continuously changes with respect to the liquid crystal material in a non-biased state between the inner conductor and the outer conductor. Is preferable.
- the liquid crystal material preferably contains a liquid crystal compound having an isothiocyanate group (-NCS).
- an electromagnetic wave propagates in a liquid crystal material filled in the gap by using one coaxial tube having a linear inner conductor and an outer conductor having a gap through which the inner conductor is inserted. It is a method of measuring the delta delay, which is the amount of change in the transmission delay time.
- the process of preparing the liquid crystal material and A step of filling the liquid crystal material between the inner conductor and the outer conductor From the transmission delay time t 0 measured by propagating an electromagnetic wave with a frequency that continuously changes with the reference voltage V 0 applied between the inner conductor and the outer conductor to the liquid crystal material, and the reference voltage V 0 .
- a delta delay value of the liquid crystal material which is a difference from the transmission delay time tv measured by propagating the electromagnetic wave to the liquid crystal material in a state where a large execution voltage V is applied between the inner conductor and the outer conductor, is calculated. It is a method of measuring a delta delay including a step.
- the present disclosure includes a linear inner conductor, an outer conductor through which the inner conductor is inserted, and a coaxial tube having a gap capable of filling a liquid crystal material between the inner conductor and the outer conductor.
- An electric signal transmission / reception unit that inputs an electromagnetic wave electric signal to the coaxial tube and receives an electromagnetic wave output signal output in response to the electric signal. It has an analysis processing unit that analyzes and processes the electric signal and the output signal transmitted and received by the electric signal transmission / reception unit.
- the analysis processing unit has a transmission delay time t measured by propagating an electromagnetic wave having a frequency that continuously changes with respect to the liquid crystal material in a state where a reference voltage V0 is applied between the inner conductor and the outer conductor.
- This is a delta delay value measuring device, characterized in that the delta delay value of the liquid crystal material is calculated.
- the present disclosure is a liquid crystal material having a delta delay value of 0.01 or more.
- the present invention it is possible to provide a liquid crystal material having uniform electrical characteristics and a method for producing the same, and a method for measuring a liquid crystal material having uniform electrical characteristics and a measuring device thereof.
- FIG. 1 is a schematic view showing an example of the configuration of the delta delay measurement system in the present embodiment.
- FIG. 2 is a schematic view showing a cross-sectional view of FIG. 1 in the I-I direction.
- the present embodiment will be described in detail, but the present disclosure is not limited to the following description, and various modifications are made within the scope of the gist thereof. Can be carried out.
- the method for producing a liquid crystal material includes a step (I) of preparing the liquid crystal material, a step (II) of measuring the liquid crystal material by a delta delay measuring mechanism for measuring the delta delay value of the liquid crystal material, and a step (II).
- the delta delay measuring mechanism includes one coaxial tube including a linear inner conductor and an outer conductor having a gap through which the inner conductor is inserted, and a reference voltage V 0 is set between the inner conductor and the outer conductor.
- a transmission delay time t 0 measured by propagating an electromagnetic wave having a continuously changing frequency to the liquid crystal material filled in the gap between the inner conductor and the outer conductor in an applied state and The difference from the transmission delay time tv measured by propagating the electromagnetic waves to the liquid crystal material in a state where an execution voltage V larger than the reference voltage V 0 is applied between the inner conductor and the outer conductor. It is equipped with a mechanism for calculating the delta delay value of the liquid crystal material. Thereby, it is possible to provide a liquid crystal material having uniform electrical properties and a method for producing the same.
- the method for producing a liquid crystal material of the present embodiment includes a step (I) of preparing the liquid crystal material.
- the liquid crystal material in the present embodiment may be a material exhibiting fluidity and liquid crystal property, that is, a liquid exhibiting so-called liquid crystal property (for example, a solution or a suspension). Therefore, the liquid crystal material may be a material that exhibits liquid crystallinity and fluidity by itself, or may be a material that exhibits liquid crystallinity and fluidity as a whole of the composition mixed with other compounds.
- “showing liquid crystallinity” means having a rigid portion called mesogen and showing orientation.
- the type of liquid crystal to be expressed is not particularly limited, and examples thereof include a nematic phase, a smectic A phase, a (chiral) smectic C phase, a cholesteric phase, or a discotic phase, and the nematic phase is preferable.
- the term "exhibiting liquid crystallinity" as used herein means a state at room temperature (25 ° C.).
- the liquid crystal material when the liquid crystal material is a simple substance, the liquid crystal material can be prepared by synthesizing according to a known synthesis method.
- the liquid crystal material is a liquid crystal composition containing two or more kinds of compounds
- a general method for producing the liquid crystal composition can be adopted as the method for preparing the liquid crystal composition. Specifically, all the compounds that are the constituents of the liquid crystal composition are put into a mixing vessel, dissolved by heat conduction from an external high temperature medium via the wall of the mixing vessel, and stirred under reduced pressure or under an inert gas atmosphere. Examples thereof include a method of mixing by rotating the wings or the container itself.
- a heating method or the like may be adopted. All the compounds which are the constituent elements of the liquid crystal composition may be synthesized according to a known method, or a commercially available compound may be purchased. Further, in the preparation of the liquid crystal composition, for example, even if an arbitrary component such as a known polymerizable (liquid crystal) compound or an orientation aid and other additives such as an antioxidant is mixed with a plurality of types of liquid crystal compounds. good.
- the liquid crystal composition is, for example, a compound represented by the general formula (i) described below, a compound represented by the general formula (ii) described below, and the like. It can be produced by mixing the above-mentioned optional components and the following additives as needed. Examples of the additive include stabilizers, dye compounds, polymerizable compounds and the like.
- the stabilizer examples include hydroquinones, hydroquinone monoalkyl ethers, tertiary butylcatechols, pyrogallols, thiophenols, nitro compounds, ⁇ -naphthylamines, ⁇ -naphthols, nitroso compounds, and hindered phenols.
- the total content of the stabilizer in 100% by mass of the liquid crystal composition is preferably 0.005 to 1% by mass, preferably 0.02 to 0.5% by mass. , 0.03 to 0.1% by mass, preferably 0.03 to 0.1% by mass.
- the liquid crystal material according to this embodiment is preferably a compound having an isothiocyanate group (-NCS). Since the isothiocyanate group has a larger electronic polarization in the electric field than the fluorine group or the cyano group, when a single compound having an isothiocyanate group (-NCS) or a liquid crystal composition containing the compound is used as the liquid crystal material, delta. Shows a tendency for the delay value to increase.
- the liquid crystal material in the present embodiment preferably contains one or more compounds selected from the group consisting of the compounds represented by the following general formulas (i) to (ii). The following general formula (i):
- R i1 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms.
- One or more of -CH 2- in the alkyl group may be independently substituted with -O-, -S-, -CO- and / or -CS-.
- One or more of -CH 2 -CH 2 -CH 2- in the alkyl group may be independently substituted with -O-CO-O-.
- One or more hydrogen atoms in the alkyl group may be independently substituted with halogen atoms, Oxygen atoms and oxygen atoms do not bond directly, A i1 and A i2 independently represent either a hydrocarbon ring having 3 to 16 carbon atoms or a heterocycle having 3 to 16 carbon atoms. One or more hydrogen atoms in Ai1 and Ai2 may be independently substituted with the substituent Si1 .
- the substituent Si1 is a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a pentafluorosulfanyl group, a nitro group, a cyano group, an isocyano group, an amino group, a hydroxyl group, a mercapto group, a methylamino group, a dimethylamino group and a diethylamino group.
- One or more -CH 2- in the alkyl group may be independently substituted with -O-, -S- and / or -CO-.
- One or more -CH 2 -CH 2 -CH 2- in the alkyl group may be independently substituted with -O-CO-O-.
- One or more hydrogen atoms in the alkyl group may be independently substituted with halogen atoms, Oxygen atoms and oxygen atoms do not bond directly, If there are multiple substituents S i1 , they may be the same or different.
- Li 1 and Li 2 are independently hydrogen atom, fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom, pentafluorosulfanyl group, nitro group, cyano group, isocyano group, amino group, hydroxyl group, mercapto group, respectively.
- One or more -CH 2- in the alkyl group may be independently substituted with -O-, -S-, -CO- and / or -CS-.
- One or more -CH 2 -CH 2 -CH 2- in the alkyl group may be independently substituted with -O-CO-O-.
- One or more hydrogen atoms in the alkyl group may be independently substituted with halogen atoms, Oxygen atoms and oxygen atoms do not bond directly, Z i1 and Z i2 independently represent either a single bond or an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms.
- One or more of -CH 2- in the alkylene group may be independently substituted with -O-, -CF 2- and / or -CO-, respectively.
- n i1 represents an integer from 0 to 3, When there are a plurality of A i2 or Z i2 , they may be the same or different from each other. )
- R ii1 independently represents an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms.
- One or more of -CH 2- in the alkyl group may be independently substituted with -O-, -S-, -CO- and / or -CS-.
- One or more of -CH 2 -CH 2 -CH 2- in the alkyl group may be independently substituted with -O-CO-O-.
- One or more hydrogen atoms in the alkyl group may be independently substituted with halogen atoms, Oxygen atoms and oxygen atoms do not bond directly,
- the substituent Sii1 includes a halogen atom, a pentafluorosulfanyl group, a nitro group, a cyano group, an isocyano group, an amino group, a hydroxyl group, a mercapto group, a methylamino group, a dimethylamino group, a diethylamino group, a diisopropylamino group and a trimethylsilyl group. Represents either a dimethylsilyl group, a thioisocyano group or an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms.
- One or more of -CH 2- in the alkyl group may be independently substituted with -O-, -S-, -CO- and / or -CS-.
- One or more of -CH 2 -CH 2 -CH 2- in the alkyl group may be independently substituted with -O-CO-O-.
- One or more hydrogen atoms in the alkyl group may be independently substituted with halogen atoms, Oxygen atoms and oxygen atoms do not bond directly, If there are multiple substituents S ii1 , they may be the same or different.
- Z ii1 represents either a single bond or an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms.
- One or more of -CH 2- in the alkylene group may be independently substituted with -O-.
- One or more of -CH 2 -CH 2 -CH 2- in the alkyl group may be independently substituted with -O-CO-O-.
- the Ria and Rib independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, and an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.
- One or more of -CH 2- in the alkyl group may be independently substituted with -O-, -CO- and / or -S-.
- liquid crystal material in the present embodiment may be one kind of liquid crystal compound selected from the group consisting of the compounds represented by the general formulas (i) to (ii), or two or more kinds of liquid crystal compounds. May be a liquid crystal composition mixed with.
- Step (II) The method for manufacturing a liquid crystal material of the present embodiment includes a step (II) of measuring the liquid crystal material by a delta delay measuring mechanism for measuring the delta delay value of the liquid crystal material. Therefore, the step (II) is a step of measuring the delta delay value of the liquid crystal material prepared in the step (I). Since a liquid crystal material having a small measurement error can be provided by specifying the delta delay value, it is possible to provide a liquid crystal material having uniform electrical characteristics and a method for producing the same. In the above (II), only a part of the liquid crystal material prepared in the step (I) may be extracted and evaluated by a delta delay measuring mechanism for measuring the delta delay value.
- the "delta delay value" in the present specification is also referred to as a change amount ( ⁇ t) of the group delay amount, and when an electric signal (electromagnetic wave) having a frequency that continuously changes is given to the liquid crystal under the reference voltage V0 .
- Difference between the delay time until the generation of the electric flux density and the delay time until the generation of the electric flux density when an electric signal (electromagnetic wave) having a frequency that continuously changes is given to the liquid crystal under the execution voltage V. In other words, it is the absolute value of the difference between the group delay amount of the measured object under the execution voltage V and the group delay amount of the measured object under the reference voltage V 0 .
- the delta delay value in the present embodiment is measured by using the so-called FDR method, and as described later, a signal source, a signal separator (power splitter), a directional coupler (coupler), and at least 3 or more.
- a signal source for example, a signal separator (power splitter), a directional coupler (coupler), and at least 3 or more.
- the S parameter of a network analyzer composed of the receivers here, the reference receiver (R), the reflection receiver (A) and the transmission receiver (B)
- ⁇ is an angular frequency
- S21 is a parameter representing the input / output characteristics of the object to be measured having two ports, and represents the transmission coefficient from port1 to port2.
- ⁇ t the delta delay value calculated by the FDR method by applying a high frequency electric field to the liquid crystal material filled in the coaxial tube having the transmission line length l
- FIG. 1 is a schematic view showing an example of the configuration of the delta delay measurement system 100 in the present embodiment.
- a liquid crystal material is filled between the signal transmission terminal L and the signal reception terminal R connected to the vector network analyzer 2 via DC block capacitors 3a and b, coaxial components 4a and b, and adapters 5a and b.
- the coaxial tube 6 is connected.
- the DC power supply 7 is electrically connected via the coaxial components 4a and 4b.
- a processing device 1 is connected to the vector network analyzer 2.
- the measurement result by the delta delay measurement system 100 is displayed on the display unit of the vector network analyzer 2 and sent to the processing device 1 connected to the vector network analyzer 2.
- the processing device 1 devices such as a plotter and a computer (personal computer) can be switched as necessary, or can be connected in parallel at the same time.
- the transmission characteristics of the liquid crystal material filled in the coaxial tube 6 are calculated from the measurement results of the transmission characteristics displayed on the display unit or the processing results by the processing device 3.
- the oscillation frequency range of the sweep frequency oscillator of the network analyzer 2 may be set to include the cutoff frequency when the liquid crystal material of the object to be measured is filled in the coaxial tube 6.
- the delta delay value may be displayed on the display unit of the vector network analyzer 2, may be calculated by reading directly from the frequency characteristics of the transmission coefficient recorded on the plotter, or may be differentiated with respect to the frequency of the transmission coefficient by the processing device 1. It may be calculated from the frequency which gives the maximum value by finding the value.
- the coaxial cable connector or the waveguide can be used for the signal transmission terminal portion L and the signal reception terminal portion R, but FIG. 1 shows an example of a coaxial cable connector as an example.
- the network analyzer 2 has a built-in sweep frequency oscillator (not shown), a level detector (not shown), a calibration circuit (not shown), and the like.
- FIG. 1 shows, as an example of the coaxial tube 6, a form in which a linear body as an inner conductor 8 is inserted inside a cylindrical outer conductor. Then, there is a gap (space) between the inner conductor 8 and the inner wall of the cylindrical outer conductor. An object to be measured such as a liquid crystal material is filled in the gap. The state in which the liquid crystal material is filled in the gap of the coaxial tube 6 will be described below with reference to FIG.
- FIG. 2A shows between the inner conductor 8 and the outer conductor 9 with no or weak current flowing from the DC power source 7 to the inner conductor 8 via the coaxial components 4a and 4b.
- FIG. 2A shows between the inner conductor 8 and the outer conductor 9 with no or weak current flowing from the DC power source 7 to the inner conductor 8 via the coaxial components 4a and 4b.
- It is a schematic diagram which shows the orientation of the liquid crystal molecule 10 in the state (non-biased state) in which the reference voltage Vo (for example, voltage 0V) is applied. Then, in FIG.
- Vo for example, voltage 0V
- a current is passed from the DC power supply 7 to the inner conductor 8 via the coaxial components 4a and 4b, and the execution voltage V (for example, over 0V) is shown between the inner conductor 8 and the outer conductor 9.
- V for example, over 0V
- FIG. 2A the long axis direction of the liquid crystal molecule 10 is randomly oriented with respect to the electric field E0 direction.
- the liquid crystal molecule 10 is in a so-called random orientation state.
- the liquid crystal molecules 10 are parallel to the electric field Ev direction in the long axis direction of the liquid crystal molecules 10 as shown in FIG. 2 (b). Takes an orientation state that follows.
- the delta delay measuring mechanism in the present embodiment includes one coaxial tube 6 including a linear inner conductor 8 and an outer conductor 9 having a gap through which the inner conductor 8 is inserted, and has a reference voltage V 0 as the inner conductor 8. And measured by propagating an electromagnetic wave having a continuously changing frequency to the liquid crystal material filled in the gap between the inner conductor 8 and the outer conductor 9 while being applied between the outer conductors 9. It is measured by propagating the electromagnetic wave to the liquid crystal material in a state where the transmission delay time t 0 and the execution voltage V larger than the reference voltage V 0 are applied between the inner conductor 8 and the outer conductor 9.
- the delta delay measuring mechanism in the present embodiment includes one coaxial tube 6 capable of filling the liquid crystal material as the measurement sample, and the transmission delay measured by propagating in the liquid crystal material under the reference voltage V0 . It has a mechanism for calculating the delta delay value of the liquid crystal material, which is the difference between the time t 0 and the transmission delay time tv measured by propagating in the liquid crystal material under the execution voltage V. Further, the difference in the transmission delay time corresponds to the difference in the group delay amount.
- the delta delay measurement mechanism uses only one coaxial tube 6, there are problems of accumulation of measurement error (error of electromagnetic wave reflection or loss of electromagnetic wave intensity) due to attachment / detachment of the coaxial tube 6 and deterioration of measurement reproducibility. Can be solved.
- the coaxial tube 6 in the present embodiment has a tubular outer conductor 9 having openings at both ends and a solid linear shape inserted without contacting the inner wall of the outer conductor 8. It has an internal conductor 8 which is a body. Therefore, the coaxial tube 6 has a gap in which the liquid crystal material can be filled in the coaxial tube 6 by separating the inner wall of the outer conductor 8 and the inner conductor 8 at a predetermined interval. Further, the coaxial tube 6 is composed of a coaxial tube main body and coaxial tube connectors installed at both ends of the coaxial tube main body to support the internal conductor 8 to be inserted.
- the material constituting such a coaxial tube 6 is not particularly limited, but is preferably made of a metal having excellent workability and corrosion resistance.
- the material constituting the coaxial tube 6 is preferably brass or brass.
- the shape of the coaxial tube 6 may be a columnar shape or a polygonal columnar shape, but the shape of the coaxial tube 6 is preferably a columnar shape.
- FIG. 1 describes a state in which the coaxial tube main body and the pair of coaxial tube connectors are separated from each other for convenience of explanation, in the actual coaxial tube 6, the coaxial tube main body and the coaxial tube connector are connected. Has been done. Further, in order to show that the coaxial tube main body and the coaxial tube connector are components of the coaxial tube 6, the coaxial tube main body and the coaxial tube connector are surrounded by a solid line.
- the internal conductor 8 is a solid linear body and is also referred to as a central conductor.
- the material constituting the inner conductor 8 is preferably a conductor wire having excellent conductivity and high rigidity, and is preferably, for example, a hard steel wire or a piano wire.
- the inner conductor 8 is preferably installed in the center of the cross section of the coaxial tube 6, and the long axis direction of the inner conductor 8 is preferably linear.
- the width of the gap that fills the object to be measured is about 1 mm, more specifically preferably. It is preferable to secure 0.5 to 1.5 mm.
- the cross-sectional inner diameter of the outer conductor 9, which is also the inner diameter of the coaxial tube 6, may be about 3 mm, more specifically, about 2.5 to 3.5 mm.
- the outer diameter of the cross section of the inner conductor 8 is preferably about 1 mm, more preferably 0.5 to 1.5 mm.
- the length of the internal conductor 8 in the major axis direction is preferably the same as the length including the coaxial tube main body and the coaxial tube connectors installed at both ends thereof.
- the length of the liquid crystal material filling portion in the coaxial tube main body in the major axis direction is preferably 10 to 100 mm, more preferably 10 to 50 mm. Further, it is preferable that the number of interiors of the inner conductor 8 is one.
- the outer conductor 9 and the inner conductor 8 need to be electrically insulated, and it is necessary that a fluid object to be measured does not leak from the gap. Therefore, it is preferable to install a sealing material using Teflon (registered trademark) resin or the like in the coaxial tube connector that supports the internal conductor 8.
- a network analyzer for example, a vector network analyzer 2
- the vector network analyzer 2 is developed as a device for analyzing an electronic circuit network, and is basically a device for measuring impedance and attenuation. Since the amplitude and phase can be measured, it is possible to measure the high frequency characteristics of various samples.
- the transmission delay time t 0 and the transmission delay time tv are measured under the condition that the liquid crystal material is at room temperature (25 ° C.).
- the measurement of S21 for calculating the group delay amount corresponding to the transmission delay time by using the measurement mechanism of the vector network analyzer 2 will be described below. Since the S parameter changes depending on the definition of port, the case where each port of the object to be measured having two ports (ports) is set to port1 and port2 will be described below for convenience of explanation.
- port1 and port2 may be regarded as two ports of the vector network analyzer 2.
- the vector network analyzer 2 includes a signal source, a signal separator (power splitter), a directional coupler (coupler), and at least three or more receivers (here, a reference receiver (R), a reflection receiver (A), and a transmission). It is composed of three receivers (B)).
- the signal of the electromagnetic wave output from the signal source is branched into two through the signal separator (power splitter), and the signal which is one electromagnetic wave is input to the reference receiver (R) and the other.
- the signal is output from port 1 as an incident signal, and the incident signal is input to the liquid crystal material filled in the coaxial tube 6 to be measured (for example, from the signal transmission terminal L side).
- the reflected signal reflected by the coaxial tube 6 (liquid crystal material) is received by the reflection receiver (A).
- the transmission signal received by the transmission receiving unit (B) and the reflected signal received by the reflection receiver (A) are compared with the reference signal received by the reference receiver (R) to detect the phase. Further, the reflection coefficient (S11) and the transmission coefficient (S21) of the liquid crystal material filled in the coaxial tube 6 are calculated from the difference from the reference signal. Then, the above is one cycle of forward transmission, and the above cycle is repeated while changing the frequency within the range of the set value (0.1 to 26.5 GHz). The cycle is also referred to as forward transmission output from port1.
- the continuously changing frequency of the electromagnetic wave (incident signal) propagated from the vector network analyzer 2 to the liquid crystal material may be, for example, in the range of 0.1 to 26.5 GHz, as will be described later. preferable. Further, in the present embodiment, the frequency in the range of 0.1 to 26.5 GHz is repeated a plurality of times (the frequency is continuously increased from 0.1 to 26.5 GHz, and when the frequency reaches 26.5 GHz, it is 0.1 again. Repeatedly increasing the frequency from 1 to 26.5 GHz), while superimposing the electromagnetic wave (incident signal) of the frequency on the internal conductor 8, direct current from the DC power supply 7 to the internal conductor 8 using the coaxial components 4a and b. It is necessary to apply (DC).
- DC coaxial components
- the liquid crystal molecule 10 shown in FIG. 2 (a) is in a random orientation state (conditions below the reference voltage Vo) and the long axis direction of the liquid crystal molecule 10 shown in FIG. 2 (b) is specified in the above cycle. It is performed for each of the states oriented in the direction of (condition of execution voltage V or higher). Thereby, the transmission coefficient (S21) corresponding to each of the cases where the orientation state of the liquid crystal molecules 10 in the liquid crystal material is different can be measured. As a result, by using the above general formula (I), the transmission delay time t 0 applied between the inner conductor 8 and the outer conductor 9 under the condition of the reference voltage Vo or less and the transmission under the condition of the execution voltage V or more.
- the delay time tv can be measured, and the delta delay value is measured from the absolute value of the difference between the two.
- the reflection coefficient (S11) and the transmission coefficient (S21) referred to here are referred to as S parameters.
- S11 reflection coefficient
- S21 transmission coefficient
- S11 reflection coefficient
- S21 transmission coefficient
- the liquid crystal material filled in the coaxial tube 6 to be measured is subjected to the reverse transmission output from the port 2 as in the above-mentioned forward transmission (for example, a signal).
- An incident signal is input (from the transmission terminal R side), and the reverse direction characteristic is measured.
- the reflection coefficient (S22) and the transmission coefficient (S12) in the opposite direction are calculated.
- the execution voltage V applied between the inner conductor 8 and the outer conductor 9 is preferably 5 V or more, preferably 50 to 150 V. Further, the transmission delay characteristic is measured after the applied voltage reaches a constant value (applied value).
- the frequency of the electromagnetic wave (incident signal) propagated from the vector network analyzer 2 to the liquid crystal material is preferably 0.1 to 26 while continuously changing in the range of 0.1 to 26.5 GHz.
- the range of .5 GHz is repeated a plurality of times and superimposed on the internal conductor 8. Since the frequency range is determined by the performance of the vector network analyzer 2 used for the measurement, it is necessary to select a vector network analyzer 2 that can use the frequency band for which the characteristic is desired to be obtained.
- the DC block capacitors 3a and 3b are not particularly limited as long as they can block the direct current to the vector network analyzer 2 when measuring the signal on which the direct current voltage is superimposed. ..
- the adapters 5a and 5b are not particularly limited as long as they can be used because they are electrically connected to the coaxial tube 6 and the coaxial components 4a and b.
- the DC voltage 7 is not particularly specified, it is necessary to apply a direct current voltage (DC) via the coaxial components 4a and 4b, and a DC power supply 7 suitable for the voltage applied to the internal conductor 8 is selected. It is necessary to.
- the present disclosure uses one coaxial tube 6 having a linear inner conductor 8 and an outer conductor 9 having a gap through which the inner conductor 8 is inserted, and electromagnetic waves propagate in the liquid crystal material filled in the gap.
- This is a method for measuring the delta delay, which is the amount of change in the transmission delay time.
- the delta delay measurement method includes a step of preparing a liquid crystal material, a step of filling the liquid crystal material between the inner conductor 8 and the outer conductor 9, and a reference voltage V 0 between the inner conductor 8 and the outer conductor 9.
- the transmission delay time t 0 which is measured by propagating an electromagnetic wave (incident signal) with a frequency that continuously changes when applied to the liquid crystal material, and the execution voltage V, which is larger than the reference voltage V 0 , are set to the inner conductor 8 and the outer conductor.
- the liquid crystal material is inserted in the gap of the coaxial tube 6 so that air bubbles do not enter between the inner conductor 8 and the outer conductor 9, which are the gaps of the coaxial tube 6. Should be satisfied. Further, the liquid crystal material is the same as the material described in the column of the above step (I). In the method for measuring the delta delay of the present embodiment, the liquid crystal material may be a commercially available compound or a synthesized compound.
- a voltage having a reference voltage of V0 or less is applied between the inner conductor 8 and the outer conductor 9 (for example, no voltage is applied (no voltage)). Bias))
- the transmission delay time t 0 is obtained from the above equation (I).
- a voltage equal to or higher than the execution voltage V is applied, S21 is calculated using the delta delay measurement system 100 described above, and then the transmission delay time tv is obtained from the above equation (I).
- the delta delay value is measured by calculating the absolute value of the difference between the transmission delay time t 0 and the transmission delay time tv .
- the present disclosure comprises a linear inner conductor 8, an outer conductor 9 through which the inner conductor 8 is inserted, and a coaxial tube 6 having a gap capable of filling a liquid crystal material between the inner conductor 8 and the outer conductor 9.
- the liquid crystal phase upper limit temperature is a temperature at which the liquid crystal composition undergoes a phase transition from the nematic phase to the isotropic phase.
- T ni is measured by preparing a slide in which the liquid crystal composition is sandwiched between a slide glass and a cover glass, and observing the slide with a polarizing microscope while heating the slide on a hot stage. It can also be measured by differential scanning calorimetry (DSC). The unit is "°C". The higher the T ni , the more the nematic phase can be maintained even at high temperatures, and the wider the driving temperature range can be taken.
- the liquid crystal phase upper limit temperature (T ni ) of the liquid crystal material in the present embodiment shall be appropriately set depending on whether the liquid crystal display element is used indoors or in an automobile where the outside temperature can be controlled, or outdoors. However, from the viewpoint of the driving temperature range, it is preferably 50 ° C. or higher, preferably 100 to 200 ° C., and preferably 110 ° C. to 180 ° C.
- the lower limit temperature of the liquid crystal phase is the temperature at which the liquid crystal composition undergoes a phase transition from another phase (glass, smectic phase, crystal phase) to the nematic phase.
- T ⁇ n is measured by filling a glass capillary with a liquid crystal composition, immersing it in a refrigerant at ⁇ 70 ° C., making a phase transition of the liquid crystal composition to another phase, and observing while raising the temperature. It can also be measured by differential scanning calorimetry (DSC). The unit is "°C". As T ⁇ n is lower, the nematic phase can be maintained even at a low temperature, so that the driving temperature range can be widened.
- the liquid crystal phase lower limit temperature (T ⁇ n ) of the liquid crystal material in the present embodiment is preferably 10 ° C. or lower, preferably ⁇ 70 to 0 ° C., and ⁇ 45 to ⁇ 5 ° C. from the viewpoint of the driving temperature. Is preferable.
- the liquid crystal composition is injected into a glass cell with a polyimide alignment film that has a cell gap (d) of about 3.0 ⁇ m and has undergone anti-parallel rubbing treatment, and the in-plane Re is checked by the retardation film / optical material inspection device RETS-100 (. Measured with Otsuka Electronics Co., Ltd.). The measurement is performed under the condition of temperature 25 ° C. and 589 nm, and there is no unit. ⁇ n at 25 ° C. and 589 nm of the liquid crystal material in the present embodiment is preferably 0.20 or more, preferably 0.25 to 0.60, and 0. It is preferably .30 to 0.55, and preferably 0.35 to 0.50.
- Rotational viscosity ( ⁇ 1 ) is the viscosity involved in the rotation of liquid crystal molecules.
- ⁇ 1 can be measured by filling a glass cell having a cell gap of about 10 ⁇ m with a liquid crystal composition and using LCM-2 (manufactured by Toyo Corporation).
- LCM-2 manufactured by Toyo Corporation
- a horizontally oriented cell is used for a liquid crystal composition having a positive dielectric anisotropy
- a vertically oriented cell is used for a liquid crystal composition having a negative dielectric anisotropy.
- the measurement is performed at a temperature of 25 ° C., and the unit is mPa ⁇ s.
- the smaller ⁇ 1 is, the faster the response speed of the liquid crystal composition is, which is suitable for any liquid crystal display element.
- the rotational viscosity ( ⁇ 1 ) of the liquid crystal composition of the liquid crystal material in the present embodiment at 25 ° C. is preferably 150 to 2000 mPa ⁇ s, preferably 200 to 1500 mPa ⁇ s, from the viewpoint of response speed. It is preferably 250 to 1000 mPa ⁇ s.
- the threshold voltage ( Vth ) correlates with the drive voltage of the liquid crystal composition.
- Vth can be determined from the transmittance when a TN cell having an 8.3 ⁇ m gap is filled with a liquid crystal composition and a voltage is applied. The measurement is performed at a temperature of 25 ° C., and the unit is "V". The lower the Vth , the lower the voltage that can be driven.
- the Vth of the liquid crystal material in the present embodiment at 25 ° C. is preferably 3.0 V or less, preferably 0.3 to 3.0 V, and 0.5 to 2.7 V from the viewpoint of the drive voltage. It is preferably 0.7 to 2.5 V, preferably 0.9 to 2.3 V, preferably 1.1 to 2.1 V, and 1.3 to 2 It is preferably 1V.
- ⁇ (1 kHz) can be measured by the following method. First, the liquid crystal material to be measured is sealed in the cell subjected to the vertical alignment treatment, the permittivity ⁇ of the long axis of the liquid crystal molecule is measured, and then the liquid crystal material to be measured is sealed in the cell subjected to the horizontal alignment treatment. Measure the permittivity ⁇ in the short axis direction of the liquid crystal molecule.
- the permittivity anisotropy ⁇ (1 kHz) can be obtained.
- the permittivity can be measured by using a dielectric constant measuring device called an LCR meter and setting the measurement frequency to 1 kHz. The measurement is performed at a temperature of 25 ° C., and there is no unit.
- the ⁇ (1 kHz) of the liquid crystal material in the present embodiment at 25 ° C. is preferably 1 to 25, preferably 3 to 20, and preferably 5 to 15 from the viewpoint of the driving voltage.
- the liquid crystal material in the present embodiment is 0.01 or more, preferably 0.01 to 0.05, preferably 0.015 to 0.045, preferably 0.015 to 0.040, and preferably 0.020 to 0. It has a delta delay value of .035, preferably 0.025 to 0.325.
- a liquid crystal material having a delta delay value of 0.01 or more tends to have excellent electrical characteristics.
- the liquid crystal material preferably has an isothiocyanate group (-NCS).
- the liquid crystal material having a delta delay value of 0.01 or more contains one or more compounds selected from the group consisting of the compounds represented by the following general formulas (i) to (ii). Is preferable.
- Liquid crystal material Further, the liquid crystal material in the present embodiment may be one kind of liquid crystal compound selected from the group consisting of the compounds represented by the general formulas (i) to (ii), or two or more kinds. It may be a liquid crystal composition in which a liquid crystal compound is mixed.
- the liquid crystal material according to the present disclosure preferably contains one or more compounds represented by the following general formula (i) having an indane structure or a tetralin structure and an isothiocyanate group (-NCS).
- R i1 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms.
- the alkyl group having 1 to 20 carbon atoms is a linear, branched or cyclic alkyl group, and is preferably a linear alkyl group.
- the number of carbon atoms in the alkyl group having 1 to 20 carbon atoms is preferably 2 to 10, preferably 2 to 6.
- One or more of -CH 2- in the alkyl group may be independently substituted with -O-, -S-, -CO- and / or -CS-.
- one or more of -CH 2 -CH 2- in the alkyl group independently have -CO-O-, -O-CO-, -CO-S-, and -S-CO.
- one or more of -CH 2 -CH 2 -CH 2- in the alkyl group may be independently substituted with -O-CO-O-.
- one or more hydrogen atoms in the alkyl group may be independently substituted with halogen atoms.
- the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom and a bromine atom.
- the sulfur atom and the sulfur atom and / or the oxygen atom and the sulfur atom do not directly bond with each other.
- R i1 can represent an alkoxy group having 1 to 19 carbon atoms by substituting —O— for one —CH 2- in the alkyl group.
- the alkoxy group is a linear, branched or cyclic alkoxy group, and is preferably a linear alkoxy group.
- the number of carbon atoms in the alkoxy group is preferably 2 to 10, preferably 2 to 6.
- R i1 can represent a thioalkoxy group (alkylthio group, alkylsulfanyl group) having 1 to 19 carbon atoms by substituting -CH2- in one of the alkyl groups with -S-. can.
- the thioalkoxy group is a linear, branched or cyclic thioalkoxy group, and is preferably a linear thioalkoxy group.
- the number of carbon atoms in the thioalkoxy group is preferably 2 to 10, preferably 2 to 6.
- the alkenyl group is a linear, branched or cyclic alkenyl group, and is preferably a linear alkenyl group.
- the number of carbon atoms in the alkenyl group is preferably 2 to 10, preferably 2 to 6.
- R i1 represents an alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms by substituting one or more -CH 2 -CH 2- in the alkyl group with -C ⁇ C-. be able to.
- the alkynyl group is a linear, branched or cyclic alkynyl group, and is preferably a linear alkynyl group.
- the number of carbon atoms in the alkynyl group is preferably 2 to 10, preferably 2 to 6.
- alkenyloxy group having 2 to 19 carbon atoms can be represented.
- the alkenyloxy group is a linear, branched or cyclic alkenyloxy group, and is preferably a linear alkenyloxy group.
- the number of carbon atoms in the alkenyloxy group is preferably 2 to 10, preferably 2 to 6.
- R i1 can represent an alkyl halide group having 1 to 20 carbon atoms by substituting one or more hydrogen atoms in the alkyl group with a halogen atom.
- the halogenated alkyl group is a linear, branched or cyclic halogenated alkyl group, and is preferably a linear halogenated alkyl group.
- the number of carbon atoms in the alkyl halide group is preferably 2 to 10, preferably 2 to 6. Further, in R i1 , one -CH 2- in the alkyl group is replaced with -O-, and one or more hydrogen atoms in the alkyl group are replaced with halogen atoms.
- the halogenated alkoxy group is a linear, branched or cyclic halogenated alkoxy group, and is preferably a linear halogenated alkoxy group.
- the number of carbon atoms in the halogenated alkoxy group is preferably 2 to 10, preferably 2 to 6. Specific examples of the alkyl group having 1 to 20 carbon atoms (including the substituted one) in R i1 include groups represented by the formulas (R i1-1 ) to (R i1-36 ).
- the black dots represent the bonds to the indane structure or the tetralin structure.
- R i1 a linear alkyl group having 2 to 6 carbon atoms is preferable from the viewpoint of compatibility with other liquid crystal compounds.
- Ai1 and Ai2 independently represent either a hydrocarbon ring having 3 to 16 carbon atoms or a heterocycle having 3 to 16 carbon atoms.
- the hydrocarbon ring having 3 to 16 carbon atoms or the heterocycle having 3 to 16 carbon atoms has the following groups (a), groups (b), groups (c) and groups (d):
- the substituent Si1 is a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a pentafluorosulfanyl group, a nitro group, a cyano group, an isocyano group, an amino group, a hydroxyl group, a mercapto group, a methylamino group, a dimethylamino group and a diethylamino group. It represents any of a group, a diisopropylamino group, a trimethylsilyl group, a dimethylsilyl group, a thioisocyano group, and an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms.
- the alkyl group is a linear, branched or cyclic alkyl group, and is preferably a linear alkyl group.
- the number of carbon atoms in the alkyl group is preferably 2 to 10, preferably 3 to 6.
- one or more -CH 2 -CH 2 -CH 2- in the alkyl group may be substituted with -O-CO-O-.
- One or more hydrogen atoms in the alkyl group may be independently substituted with halogen atoms. Examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom and an iodine atom.
- the oxygen atom and the oxygen atom do not directly bond with each other.
- the sulfur atom and the sulfur atom and / or the oxygen atom and the sulfur atom do not directly bond with each other.
- the substituent Si1 a fluorine atom or a linear alkyl group having 1 to 3 carbon atoms is preferable.
- at least one of A i1 and A i2 is substituted with at least one substituent S i1 .
- a i2 is substituted with at least one substituent S i1 .
- substitution position of the substituent Si1 in Ai1 is preferably any one of the following formulas ( Ai1 -SP-1) to ( Ai1 -SP-2).
- the white dot represents the bond to Z i1 and the black dot represents the bond to Z i2 or the isothiocyanate group (-NCS). ..
- the substitution position of the substituent Si1 in Ai2 is preferably any one of the following formulas ( Ai2 -SP-1) to ( Ai2 -SP-2).
- a i1 preferably represents any of the following formulas (A i1-1 ) to (A i1 -4).
- the white dot represents the bond to Z i1
- the black dot represents the bond to Z i 2 or the isothiocyanate group ( -NCS ).
- a i2 preferably represents any of the following formulas (A i2-1 ) to (A i2 -3).
- the white dot represents the bond to Z i2 and the black dot represents the bond to Z i2 or the isothiocyanate group (-NCS).
- Li 1 and Li 2 are independently hydrogen atom, fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom, pentafluorosulfanyl group, nitro group, cyano group, isocyano group and amino group, respectively.
- the alkyl group having 1 to 20 carbon atoms is a linear, branched or cyclic alkyl group, and is preferably a linear alkyl group.
- the number of carbon atoms in the alkyl group having 1 to 20 carbon atoms is preferably 2 to 10, preferably 2 to 6.
- one or more hydrogen atoms in the alkyl group may be independently substituted with halogen atoms. Examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom and a bromine atom. However, when the alkyl group is substituted with a predetermined group, the oxygen atom and the oxygen atom do not directly bond with each other.
- Li1 and Lii2 can represent an alkoxy group having 1 to 19 carbon atoms by substituting —O— for one —CH2- in the alkyl group.
- the alkoxy group is a linear, branched or cyclic alkoxy group, and is preferably a linear alkoxy group.
- the number of carbon atoms in the alkoxy group is preferably 2 to 10, preferably 2 to 6.
- Li1 and Lii2 have a thioalkoxy group (alkylthio group, alkylsulfanyl group) having 1 to 19 carbon atoms by substituting -CH2- in one of the alkyl groups with -S-.
- the thioalkoxy group is a linear, branched or cyclic thioalkoxy group, and is preferably a linear thioalkoxy group.
- the number of carbon atoms in the thioalkoxy group is preferably 2 to 10, preferably 2 to 6.
- the alkenyl group is a linear, branched or cyclic alkenyl group, and is preferably a linear alkenyl group.
- the number of carbon atoms in the alkenyl group is preferably 2 to 10, preferably 2 to 6.
- one or more -CH 2 -CH 2- in the alkyl group is substituted with -C ⁇ C- , whereby alkynyl having 2 to 20 carbon atoms is used.
- the alkynyl group is a linear, branched or cyclic alkynyl group, and is preferably a linear alkynyl group.
- the number of carbon atoms in the alkynyl group is preferably 2 to 10, preferably 2 to 6.
- an alkenyloxy group having 2 to 19 carbon atoms can be represented.
- the alkenyloxy group is a linear, branched or cyclic alkenyloxy group, and is preferably a linear alkenyloxy group.
- the number of carbon atoms in the alkenyloxy group is preferably 2 to 10, preferably 2 to 6.
- Li 1 and Li 2 can represent a halogenated alkyl group having 1 to 20 carbon atoms by substituting one or more hydrogen atoms in the alkyl group with a halogen atom. ..
- the halogenated alkyl group is a linear, branched or cyclic halogenated alkyl group, and is preferably a linear halogenated alkyl group.
- the number of carbon atoms in the alkyl halide group is preferably 2 to 10, preferably 2 to 6.
- a halogenated alkoxy group having 1 to 19 carbon atoms can be represented.
- the halogenated alkoxy group is a linear, branched or cyclic halogenated alkoxy group, and is preferably a linear halogenated alkoxy group.
- the number of carbon atoms in the halogenated alkoxy group is preferably 2 to 10, preferably 2 to 6.
- Specific examples of alkyl groups having 1 to 20 carbon atoms (including substituted ones) in Li 1 and Li 2 are represented by the formulas (L i1 / -1) to (L i1 / 2-36). Examples include the base.
- the black dots represent the bonds to the indane structure or the tetralin structure.
- at least one of Li 1 and Li 2 is preferably a fluorine atom, and both Li 1 and Li 2 are preferably fluorine atoms.
- Z i1 and Z i2 independently represent either a single bond or an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms.
- the alkylene group is a linear, branched or cyclic alkylene group, and is preferably a linear alkylene group.
- the number of carbon atoms in the alkylene group is preferably 2 to 10, preferably 2 to 6.
- One or more of -CH 2- in the alkylene group may be independently substituted with -O-, -CF 2- and / or -CO-, respectively.
- one or more of -CH 2 -CH 2- in the alkylene group are independently -CH 2 -CH (CH 3 )-, -CH (CH 3 ) -CH 2- , respectively.
- the oxygen atom and the oxygen atom do not directly bond with each other.
- Specific examples (including substituted ones) of alkylene groups having 2 to 20 carbon atoms include groups represented by the formulas (Z i1 / -1) to (Z i1 / 2-24). ..
- white dots represent indane structures, tetralin structures, bonds to A i1 or A i2 , and black dots to A i1 or A i2 .
- At least one of Z i1 and Z i2 preferably has the formula (Z i1 / 2-4 ) (-C ⁇ C-), and both Z i1 and Z i2 have the formula (Z i1 / 2 -4) (-).
- C ⁇ C ⁇ ) is preferable.
- mi1 represents an integer of 0 to 1.
- mi1 preferably represents 1.
- n i1 represents an integer of 0 to 3.
- ni1 is preferably 1 or 2.
- the compound represented by the general formula (i) is preferably a compound represented by the following general formulas (i-1) to (i-3).
- R i1 , A i1 , A i2 , Z i1 , Li 1 and Li 2 are the R i 1 , A i1 and A i 2 in the general formula (i).
- Z i1 , Li 1 and Li 2 have the same meanings, and the preferred groups also have the same meaning.
- the compound represented by the general formula (i-1) is preferably a compound represented by the following general formulas (i-1-a) to (i-1-f).
- R i1 , S i1 , Li 1 and Li 2 are independent of each other, respectively, and R i 1 and S i 1 in the general formula (i).
- Lii1 and Lii2 have the same meaning, and preferred groups also have the same meaning.
- Specific examples of the compound represented by the general formula (i-1-a) include compounds represented by the following structural formulas (i-1-a.1) to (i-1-a.3). Be done.
- Specific examples of the compound represented by the general formula (i-1-b) include compounds represented by the following structural formulas (i-1-b.1) to (i-1-b.3). Be done.
- Specific examples of the compound represented by the general formula (i-1-c) include compounds represented by the following structural formulas (i-1-c.1) to (i-1-c.3). Be done.
- Specific examples of the compound represented by the general formula (i-1-d) include compounds represented by the following structural formulas (i-1-d.1) to (i-1-d.3). Be done.
- Specific examples of the compound represented by the general formula (i-1-e) include compounds represented by the following structural formulas (i-1-e.1) to (i-1-e.3). Be done.
- Specific examples of the compound represented by the general formula (i-1-f) include compounds represented by the following structural formulas (i-1-f.1) to (i-1-f.3). Be done.
- the compound represented by the general formula (i-2) is preferably a compound represented by the following general formulas (i-2-a) to (i-2-d).
- R i1 , S i1 , Li 1 and Li 2 are independent of each other, respectively, and R i 1 and S i 1 in the general formula (i).
- Lii1 and Lii2 have the same meaning, and preferred groups also have the same meaning.
- Specific examples of the compound represented by the general formula (i-2-a) include compounds represented by the following structural formulas (i-2-a.1) to (i-2-a.3). Be done.
- Specific examples of the compound represented by the general formula (i-2-b) include compounds represented by the following structural formulas (i-2-b.1) to (i-2-b.3). Be done.
- Specific examples of the compound represented by the general formula (i-2-c) include compounds represented by the following structural formulas (i-2-c.1) to (i-2-c.3). Be done.
- Specific examples of the compound represented by the general formula (i-2-d) include compounds represented by the following structural formulas (i-2-d.1) to (i-2-d.3). Be done.
- the compound represented by the general formula (i-3) is preferably a compound represented by the following general formulas (i-3-a) to (i-3-b).
- Specific examples of the compound represented by the general formula (i-3-a) include compounds represented by the following structural formulas (i-3-a.1) to (i-3-a.3). Be done.
- Specific examples of the compound represented by the general formula (i-3-b) include compounds represented by the following structural formulas (i-3-b.1) to (i-3-b.3). Be done.
- the liquid crystal material according to the present disclosure preferably contains one or more compounds represented by the following general formula (ii) having an isothiocyanate group (-NCS).
- R ii1 represents an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms.
- the alkyl group is a linear, branched or cyclic alkyl group, and is preferably a linear alkyl group.
- the number of carbon atoms in the alkyl group is preferably 2 to 10, preferably 2 to 6.
- -CH 2 -CH 2 -CH 2- in the alkyl group may be substituted with -O-CO-O-.
- one or more hydrogen atoms in the alkyl group may be independently substituted with halogen atoms.
- the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom and an iodine atom.
- the oxygen atom and the oxygen atom do not directly bond with each other.
- R ii1 can represent an alkoxy group having 1 to 19 carbon atoms by substituting —O— for one —CH2- in the alkyl group.
- the alkoxy group is a linear, branched or cyclic alkoxy group, and is preferably a linear alkoxy group.
- the number of carbon atoms in the alkoxy group is preferably 2 to 10, preferably 2 to 6.
- R ii1 can represent a thioalkoxy group (alkylthio group, alkylsulfanyl group) having 1 to 19 carbon atoms by substituting -CH2- in one of the alkyl groups with -S-. can.
- the thioalkoxy group is a linear, branched or cyclic thioalkoxy group, and is preferably a linear thioalkoxy group.
- the number of carbon atoms in the thioalkoxy group is preferably 2 to 10, preferably 2 to 6.
- the alkenyl group is a linear, branched or cyclic alkenyl group, and is preferably a linear alkenyl group.
- the number of carbon atoms in the alkenyl group is preferably 2 to 10, preferably 2 to 6.
- R ii1 represents an alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms by substituting one or more -CH 2 -CH 2- in the alkyl group with -C ⁇ C-. be able to.
- the alkynyl group is a linear, branched or cyclic alkynyl group, and is preferably a linear alkynyl group.
- the number of carbon atoms in the alkynyl group is preferably 2 to 10, preferably 2 to 6.
- an alkenyloxy group having 2 to 19 carbon atoms can be represented.
- the alkenyloxy group is a linear, branched or cyclic alkenyloxy group, and is preferably a linear alkenyloxy group.
- the number of carbon atoms in the alkenyloxy group is preferably 2 to 10, preferably 2 to 6.
- R ii1 can represent an alkyl halide group having 1 to 20 carbon atoms by substituting one or more hydrogen atoms in the alkyl group with a halogen atom.
- the halogenated alkyl group is a linear, branched or cyclic halogenated alkyl group, and is preferably a linear halogenated alkyl group.
- the number of carbon atoms in the alkyl halide group is preferably 2 to 10, preferably 2 to 6.
- one -CH 2- in the alkyl group is replaced with -O-, and one or more hydrogen atoms in the alkyl group are replaced with halogen atoms.
- the halogenated alkoxy group is a linear, branched or cyclic halogenated alkoxy group, and is preferably a linear halogenated alkoxy group.
- the number of carbon atoms in the halogenated alkoxy group is preferably 2 to 10, preferably 2 to 6.
- Specific examples of the alkyl group having 1 to 20 carbon atoms (including the substituted one) in R ii1 include groups represented by the formulas (R ii1-1 ) to (R ii 1-36).
- the black dots represent the bonds to A ii1 .
- the ring structure to which Rii1 is bonded is a phenyl group (aromatic)
- An alkenyl group having a number of 4 to 5 is preferable
- the ring structure to which Ri1 is bonded is a saturated ring structure such as cyclohexane, pyran and dioxane, a linear alkyl group having 1 to 5 carbon atoms and a straight chain are used.
- an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms and a linear alkenyl group having 2 to 5 carbon atoms are preferable.
- the total of carbon atoms and oxygen atoms when present is preferably 5 or less, and it is preferably linear.
- R ii1 from the viewpoint of compatibility with other liquid crystal compounds, a linear alkyl group having 2 to 8 carbon atoms or a linear alkoxy group having 2 to 8 carbon atoms is preferable.
- the substituent Sii1 includes a halogen atom, a pentafluorosulfanyl group, a nitro group, a cyano group, an isocyano group, an amino group, a hydroxyl group, a mercapto group, a methylamino group, a dimethylamino group, a diethylamino group, a diisopropylamino group and a trimethylsilyl group. It represents either a dimethylsilyl group, a thioisocyano group or an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms.
- halogen atom examples include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom and an iodine atom.
- the alkyl group having 1 to 20 carbon atoms is a linear, branched or cyclic alkyl group, and is preferably a linear alkyl group.
- the number of carbon atoms in the alkyl group having 1 to 20 carbon atoms is preferably 2 to 10, preferably 2 to 6.
- One or more of -CH 2- in the alkyl group may be independently substituted with -O-, -S-, -CO- and / or -CS-.
- one or more of -CH 2 -CH 2- in the alkyl group independently have -CO-O-, -O-CO-, -CO-S-, and -S-CO.
- One or more of -CH 2 -CH 2 -CH 2- in the alkyl group may be independently substituted with -O-CO-O-.
- one or more hydrogen atoms in the alkyl group may be independently substituted with halogen atoms.
- the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom and an iodine atom.
- the oxygen atom and the oxygen atom do not directly bond with each other.
- substituent Sii1 a fluorine atom or a chlorine atom is preferable. Further, it is preferable that at least one of A ii1 or A ii 2 is substituted with at least one substituent S ii1 . When there are a plurality of substituents Sii1 , they may be the same or different.
- the substitution position of the substituent S ii1 in A ii1 is preferably any one of the following formulas (A ii1 -SP-1) to (A ii1 -SP-4).
- the white dots represent the bonds to R ii1 or Z ii 1
- the black dots represent the bonds to Z ii 1.
- the substitution position of the substituent S ii1 in A ii2 is preferably any one of the following formulas (A ii2 -SP-1) to (A ii2 -SP-7).
- a ii 1 preferably represents any of the following formulas (A ii 1-1 ) to (A ii 1-6 ).
- the white dot represents the bond to R ii 1 or Z ii 1
- the black dot represents the bond to Z ii 1. More specifically, it is preferable that A ii 2 represents any of the following formulas (A ii2-1 ) to (A ii 2-5 ).
- the white dot represents the bond to Z ii1 and the black dot represents the bond to the isothiocyanate group (-NCS).
- Z ii1 represents any one of a single bond and an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms.
- One or more of -CH 2- in the alkylene group may be independently substituted with -O-.
- one or more of -CH 2 -CH 2- in the alkylene group are independently -CH 2 -CH (CH 3 )-, -CH (CH 3 ) -CH 2- , respectively.
- one or more of -CH 2 -CH 2 -CH 2- in the alkyl group may be independently substituted with -O-CO-O-.
- Ria and Rib independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, and an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.
- the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom and an iodine atom.
- the alkyl group is a linear, branched or cyclic alkyl group, and is preferably a linear alkyl group.
- the number of carbon atoms in the alkyl group is preferably 2 to 8, preferably 2 to 6.
- One or more of -CH 2- in the alkyl group may be independently substituted with -O-, -CO- and / or -S-.
- alkyl group having 1 to 10 carbon atoms when an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms is substituted with a predetermined group, the oxygen atom and the oxygen atom do not directly bond with each other. Further, from the viewpoint of the stability of the compound, it is preferable that the sulfur atom and the sulfur atom and / or the oxygen atom and the sulfur atom do not directly bond with each other.
- Specific examples (including substituted ones) of alkylene groups having 1 to 20 carbon atoms include groups represented by the formulas (Z ii1-1 ) to (Z ii1-24 ).
- nii1 represents an integer of 1 to 4, preferably 1 to 2.
- Z ii1 represents a single bond or ⁇ C ⁇ C ⁇ .
- n ii 1 is 2, it is preferable that at least one of Z ii 1 represents ⁇ C ⁇ C ⁇ .
- a plurality of A ii1 and Z ii1 exist in the general formula (ii) they may be the same or different from each other.
- the compound represented by the general formula (ii) is preferably a compound represented by the following general formulas (ii-1) to (ii-5).
- R ii1 , A ii 1 and A ii 2 have the same meanings as R ii 1 , A ii 1 and A ii 2 in the general formula (ii).
- the definition of A ii1-2 is the same as the definition of A ii1 in the general formula (ii).
- the compound represented by the general formula (ii-1) is preferably a compound represented by the following general formula (ii-1-a).
- R ii1 independently represents the same meaning as R ii 1 in the general formula (ii).
- Specific examples of the compound represented by the general formula (ii-1-a) include compounds represented by the following structural formulas (ii-1-a.1) to (ii-1-a.4). Be done.
- the compound represented by the general formula (ii-2) is preferably a compound represented by the following general formulas (ii-2-a) to (ii-2-c).
- R ii1 and S ii1 independently represent the same meanings as R ii1 and S ii1 in the general formula (i). ..
- Specific examples of the compound represented by the general formula (ii-2-a) include compounds represented by the following structural formulas (ii-2-a.1) to (ii-2-a.5). Be done.
- Specific examples of the compound represented by the general formula (ii-2-b) include compounds represented by the following structural formulas (ii-2-b.1) to (ii-2-b.3). Be done.
- Specific examples of the compound represented by the general formula (ii-2-c) include compounds represented by the following structural formulas (ii-2-c.1) to (ii-2-c.3). Be done.
- the compound represented by the general formula (ii-3) is preferably a compound represented by the following general formulas (ii-3-a) to (ii-3-d).
- R ii1 and S ii1 independently represent the same meanings as R ii1 and S ii1 in the general formula (ii). ..
- Specific examples of the compound represented by the general formula (ii-3-a) include compounds represented by the following structural formulas (ii-3-a.1) to (ii-3-a.4). Be done.
- Specific examples of the compound represented by the general formula (ii-3-b) include compounds represented by the following structural formulas (ii-3-b.1) to (ii-3-b.3). Be done.
- Specific examples of the compound represented by the general formula (ii-3-c) include compounds represented by the following structural formulas (ii-3-c.1) to (ii-3-c.3). Be done.
- the compound represented by the general formula (ii-4) is preferably a compound represented by the following general formulas (ii-4-a) to (ii-4-d).
- R ii1 and S ii1 independently represent the same meanings as R ii1 and S ii1 in the general formula (ii). ..
- Specific examples of the compound represented by the general formula (ii-4-a) include compounds represented by the following structural formulas (ii-4-a.1) to (ii-4-a.3). Be done.
- Specific examples of the compound represented by the general formula (ii-4-b) include compounds represented by the following structural formulas (ii-4-b.1) to (ii-4-b.3). Be done.
- Specific examples of the compound represented by the general formula (ii-4-c) include compounds represented by the following structural formulas (ii-4-c.1) to (ii-4-c.3). Be done.
- Specific examples of the compound represented by the general formula (ii-4-d) include compounds represented by the following structural formulas (ii-4-d.1) to (ii-4-d.3). Be done.
- the compound represented by the general formula (ii-5) is preferably a compound represented by the following general formulas (ii-5a) to (ii-5-b).
- R ii1 and S ii1 independently represent the same meanings as R ii1 and S ii1 in the general formula (ii). ..
- Specific examples of the compound represented by the general formula (ii-5-a) include compounds represented by the following structural formulas (ii-5-a.1) to (ii-5-a.4). Be done.
- Specific examples of the compound represented by the general formula (ii-5-b) include compounds represented by the following structural formulas (ii-5-b.1) to (ii-5-b.4). Be done.
- the compound represented by the general formula (ii-6) is preferably a compound represented by the following general formulas (ii-6-a) to (ii-6-b).
- R ii1 and S ii1 independently represent the same meanings as R ii1 and S ii1 in the general formula (ii). ..
- Specific examples of the compound represented by the general formula (ii-6-a) include compounds represented by the following structural formulas (ii-6-a.1) to (ii-6-a.4). Be done.
- Specific examples of the compound represented by the general formula (ii-6-b) include compounds represented by the following structural formulas (ii-6-b.1) to (ii-6-b.4). Be done.
- Classes used for liquid crystal materials of compounds represented by the general formula (ii-1), the general formula (ii-1-a) or the structural formulas (ii-1-a.1) to (ii-1-a.4) Is 1 type or 2 or more types, preferably 1 to 20 types, preferably 1 to 15 types, preferably 1 to 10 types, and preferably 1 to 5 types. 100% by mass of the liquid crystal material of the compound represented by the general formula (ii-1), the general formula (ii-1-a) or the structural formulas (ii-1-a.1) to (ii-1-a.4).
- the total content in the composition is preferably 1 to 40% by mass, preferably 2 to 35% by mass, and 3 to 30% by mass from the viewpoint of compatibility with other liquid crystal compositions. Is preferable.
- the type to be used is one type or two or more types, preferably 1 to 20 types, preferably 1 to 15 types, preferably 1 to 10 types, and preferably 1 to 5 types.
- the total content in% by mass is preferably 5 to 70% by mass, preferably 10 to 65% by mass, and 15 to 60% by mass from the viewpoint of compatibility with other liquid crystal compositions. It is preferable to have.
- the type of the compound represented by 1) used in the liquid crystal material is one or more, preferably 1 to 20, preferably 1 to 15, preferably 1 to 10, preferably 1 to 5.
- the type of the compound represented by 1) used in the liquid crystal material is one or more, preferably 1 to 20, preferably 1 to 15, preferably 1 to 10, preferably 1 to 5.
- Is. General formulas (ii-3), general formulas (ii-3-a) to (ii-3-d), structural formulas (ii-3-a.1) to (ii-3-a.4), structural formulas. (Ii-3-b.1) to (ii-3-b.3), structural formulas (ii-3-c.1) to (ii-3-c.3) or structural formulas (ii-3-d).
- the total content of the compound represented by the compound represented by 1) in 100% by mass of the liquid crystal material is preferably 20 to 65% by mass from the viewpoint of compatibility with other liquid crystal compositions. It is preferably 25 to 60% by mass, and preferably 30 to 55% by mass.
- the types of the compounds represented by 1) to (ii-4-d.3) used in the liquid crystal material are one or more, preferably 1 to 20, preferably 1 to 15, preferably 1. It is ⁇ 10 kinds, preferably 1 ⁇ 5 kinds.
- the total content of the compounds represented by 1) to (ii-4-d.3) in 100% by mass of the liquid crystal material is 1 to 30% by mass from the viewpoint of compatibility with other liquid crystal compositions. It is preferably 3 to 25% by mass, and preferably 5 to 20% by mass.
- the types of the compounds represented by (ii-5-b.1) to (ii-5-b.4) used in the liquid crystal material are one or more, preferably 1 to 20, preferably 1 to 1. 15 types, preferably 1 to 10 types, preferably 1 to 5 types.
- the total content of the compounds represented by (ii-5-b.1) to (ii-5-b.4) in 100% by mass of the liquid crystal material is determined from the viewpoint of compatibility with other liquid crystal compositions. It is preferably 5 to 45% by mass, preferably 10 to 40% by mass, and preferably 15 to 35% by mass.
- the type of the compound represented by (ii-6-b.1) to (ii-6-b.4) used for the liquid crystal material is one or more, preferably 1 to 20, preferably 1 to 1. 15 types, preferably 1 to 10 types, preferably 1 to 5 types.
- the total content of the compounds represented by (ii-6-b.1) to (ii-6-b.4) in 100% by mass of the liquid crystal material is determined from the viewpoint of compatibility with other liquid crystal compositions. It is preferably 1 to 25% by mass, preferably 3 to 20% by mass, and preferably 5 to 15% by mass.
- the combination of the compounds used in the liquid crystal material according to the present disclosure includes A) a compound represented by the general formula (i) (including a subordinate concept) and the general formula (ii-1) from the viewpoint of reducing the rotational viscosity ( ⁇ 1). ) (Including the subordinate concept), the compound represented by the general formula (ii-2) (including the subordinate concept), and the compound represented by the general formula (ii-3) (subordinate concept).
- the liquid crystal material according to the present disclosure preferably contains only a compound having an isothiocyanate group (-NCS) as the liquid crystal compound.
- the liquid crystal material produced by the present invention can be used for a liquid crystal display element, a sensor (preferably a distance measuring sensor for LiDAR (Light Detection And Ringing)), a liquid crystal lens, an optical communication device, an antenna, and the like. In particular, it is suitable for microwave band antenna applications.
- -Power supply A DC (direct current) power supply of "PMX250” manufactured by Kikusui Electronics Co., Ltd. was used.
- -Processing device A personal computer of "Dynabook BZ55" manufactured by Toshiba Corporation was used.
- -DC block capacitors Pasternack, Inc. The DC block of "PE8225” manufactured by the company was used.
- -Coaxial component Bias Tee of "BT1026-1" manufactured by Aurora Microwave was used.
- n in the table is a natural number.
- liquid crystal material As the liquid crystal material, the liquid crystal materials (a) and (b) having the composition ratios shown in Table 3 below were prepared. Both the liquid crystal materials (a) and (b) were liquid at 25 ° C. and showed a nematic phase.
- the transmission delay time (t 0 ) under no bias which is the group delay amount in the state where no voltage is applied, was measured. ..
- the transmission delay time (t 0 ) under no bias at 13 GHz was 0.3211 (nsec).
- an execution voltage (100V DC) is applied between the coaxial components (bias T) 4a and b, and the transmission delay time ( tv ) under the execution voltage, which is the group delay amount under 100V DC, is also measured.
- the transmission delay time (tv) under the execution voltage at 13 GHz was 0.3290 nsec.
- the vector network analyzer 2 transfers the liquid crystal material from 0.1 to 26.5 GHz from beginning to end. Electromagnetic waves (incident) of frequencies in the range (continuously increasing the frequency from 0.1 to 26.5 GHz, and when reaching 26.5 GHz, repeating continuously increasing the frequency from 0.1 to 26.5 GHz again) The signal) was propagating. The results are shown in Table 4 as Example 1.
- the dielectric anisotropy ( ⁇ ) of the liquid crystal material (a) was calculated by obtaining ⁇ g and L ( ⁇ L) in the above. In the measurement of the dielectric anisotropy ( ⁇ ), the liquid crystal material was at room temperature (25). The results were shown in Table 4 as Comparative Example 1. The dielectric anisotropy ( ⁇ ) of the liquid crystal material (a) was measured three times each.
- liquid crystal materials (c) to (h) having the composition ratios shown in Table 6 below were prepared.
- the liquid crystal materials (c) to (h) were all liquid at 25 ° C. and showed a nematic phase.
- the delta delay value and the dielectric anisotropy ( ⁇ ) were measured in the same manner as in the liquid crystal materials (a) and (b). The results are shown in Tables 6-12.
- the method for manufacturing a liquid crystal material of the present invention can be used for a liquid crystal display element, a sensor, a liquid crystal lens, an optical communication device, an antenna, and the like. In particular, it is suitable for microwave band antenna applications.
- Processing device 2 Vector network analyzer 3a, b: DC block capacitor 4a, b: Coaxial component 5a, b: Adapter 6: Coaxial tube 7: DC power supply 8: Internal conductor 9: External conductor 10: Liquid crystal molecule 100: Delta delay measurement system
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Abstract
Description
液晶の動作に必要な周波数は数Hz~数kHzであるために、一般的には1kHzにおける誘電率を測定することで誘電率異方性(Δε)を求める。一方、アンテナ用途の液晶材料では、1kHzにおける誘電率異方性の大きさと共に、適用するマイクロ波帯における誘電率異方性を精度よく測定することが求められている。
しかし、同軸管法による誘電率(複素誘電率)の測定は、1つの測定試料に対して、長さの異なる同軸管を複数用いて、それぞれの測定を行う必要があることが知られている(特許文献1)。
上記課題を解決する本発明の構成は、以下の通りである。
前記液晶材料のデルタディレイ値を測定するデルタディレイ測定機構により、液晶材料を測定する工程(II)と、を有し、
前記デルタディレイ測定機構は、線状の内部導体及び当該内部導体が挿通される間隙を有する外部導体を含む同軸管を1本備え、基準電圧V0を前記内部導体及び前記外部導体間に印加した状態で前記内部導体と前記外部導体との間の前記間隙に充填された前記液晶材料に対して連続的に変化する周波数の電磁波を伝搬させることにより計測される伝送遅延時間t0と、前記基準電圧V0より大きい実行電圧Vを前記内部導体及び前記外部導体間に印加した状態で前記液晶材料に対して前記電磁波を伝搬させることにより計測される伝送遅延時間tvとの差分である前記液晶材料のデルタディレイ値を算出する機構を備えることを特徴とする、液晶材料の製造方法である。
前記液晶材料を準備する工程と、
前記液晶材料を前記内部導体と前記外部導体との間に充填する工程と、
基準電圧V0を前記内部導体及び前記外部導体間に印加した状態で連続的に変化する周波数の電磁波を前記液晶材料に伝搬させて計測される伝送遅延時間t0と、前記基準電圧V0より大きい実行電圧Vを前記内部導体及び前記外部導体間に印加した状態で前記液晶材料に前記電磁波を伝搬させて計測される伝送遅延時間tvとの差分である前記液晶材料のデルタディレイ値を算出する工程と、を備えるデルタディレイの測定方法である。
前記同軸管に電磁波の電気信号を入力し、かつ当該電気信号に応答して出力された電磁波の出力信号を受信する電気信号送受信部と、
前記電気信号送受信部により送受信される前記電気信号及び前記出力信号を解析処理する解析処理部と、を有し、
前記解析処理部は、基準電圧V0を前記内部導体及び前記外部導体間に印加した状態で前記液晶材料に対して連続的に変化する周波数の電磁波を伝搬させることにより計測される伝送遅延時間t0と、前記基準電圧V0より大きい実行電圧Vを前記内部導体及び前記外部導体間に印加した状態で前記液晶材料に対して前記電磁波を伝搬させることにより計測される伝送遅延時間tvとの差分である前記液晶材料のデルタディレイ値を算出することを特徴とする、デルタディレイ値の測定装置である。
本実施形態に係る液晶材料の製造方法は、液晶材料を調製する工程(I)と、前記液晶材料のデルタディレイ値を測定するデルタディレイ測定機構により、液晶材料を測定する工程(II)と、を有する。そして、前記デルタディレイ測定機構は、線状の内部導体及び当該内部導体が挿通される間隙を有する外部導体を含む同軸管を1本備え、基準電圧V0を前記内部導体及び前記外部導体間に印加した状態で前記内部導体と前記外部導体との間の前記間隙に充填された前記液晶材料に対して連続的に変化する周波数の電磁波を伝搬させることにより計測される伝送遅延時間t0と、前記基準電圧V0より大きい実行電圧Vを前記内部導体及び前記外部導体間に印加した状態で前記液晶材料に対して前記電磁波を伝搬させることにより計測される伝送遅延時間tvとの差分である前記液晶材料のデルタディレイ値を算出する機構を備える。
これにより、均質な電気的特性を有する液晶材料及びその製造方法を提供しうる。
(工程(I))
本実施形態の液晶材料の製造方法は、液晶材料を調製する工程(I)を有する。
本実施形態における液晶材料は、流動性及び液晶性を示す材料、いわゆる液晶性を示す液体(例えば、溶液、懸濁液)であればよい。したがって、液晶材料は、化合物単体で液晶性及び流動性を示す材料であってもよく、あるいは他の化合物と混合した組成物全体が液晶性及び流動性を示す材料であってもよい。
本明細書でいう「液晶性を示す」とは、メソゲンと呼ばれる剛直な部位を有し、配向性を示すことをいう。また、発現する液晶性の種類は特に制限されることはなく、ネマチック相、スメクチックA相、(キラル)スメクチックC相、コレステリック相又はディスコティック相が挙げられ、ネマチック相が好ましい。
また、本明細書でいう「液晶性を示す」とは、室温(25℃)における状態をいう。
添加物としては、安定剤、色素化合物、重合性化合物等が挙げられる。
安定剤としては、例えば、ヒドロキノン類、ヒドロキノンモノアルキルエーテル類、第三ブチルカテコール類、ピロガロール類、チオフェノール類、ニトロ化合物類、β-ナフチルアミン類、β-ナフトール類、ニトロソ化合物類、ヒンダードフェノール類、ヒンダードアミン類等が挙げられる。
安定剤を使用する場合における安定剤の液晶組成物100質量%中の合計含有量は、0.005~1質量%であることが好ましく、0.02~0.5質量%であることが好ましく、0.03~0.1質量%であることが好ましい。
イソチオシアネート基は、フッ素基又はシアノ基よりも電場中の電子分極が大きくなるため、液晶材料として、イソチオシアネート基(-NCS)を有する化合物単体又は当該化合物を含む液晶組成物を使用すると、デルタディレイ値が大きくなる傾向を示す。
本実施形態における液晶材料は、以下の一般式(i)~一般式(ii)で表される化合物からなる群から選択される化合物を1種又は2種以上含むことが好ましい。
下記一般式(i):
Ri1は、水素原子又は炭素原子数1~20のアルキル基を表し、
当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-O-、-S-、-CO-及び/又は-CS-で置換されていてもよく、
当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CO-O-、-O-CO-、-CO-S-、-S-CO-、-CO-NH-、-NH-CO-、-CH=CH-、-CF=CF-及び/又は-C≡C-で置換されていてもよく、
当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-O-CO-O-で置換されていてもよく、
当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CH=CH-CO-O-、-CH=CH-O-CO-、-CO-O-CH=CH-、-O-CO-CH=CH-で置換されていてもよく、
当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子で置換されていてもよいが、
酸素原子と酸素原子が直接結合することはなく、
Ai1及びAi2は、それぞれ独立して、炭素原子数3~16の炭化水素環又は炭素原子数3~16の複素環のいずれかを表し、
前記Ai1及びAi2中の1つ又は2つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、置換基Si1によって置換されていてもよく、
置換基Si1は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、ペンタフルオロスルファニル基、ニトロ基、シアノ基、イソシアノ基、アミノ基、ヒドロキシル基、メルカプト基、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基、トリメチルシリル基、ジメチルシリル基、チオイソシアノ基、炭素原子数1~20のアルキル基のいずれかを表し、
当該アルキル基における1つ又は2つ以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-O-、-S-及び/又は-CO-で置換されていてもよく、
当該アルキル基における1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-CO-O-、-O-CO-、-CO-S-、-S-CO-、-CO-NH-及び/又は-NH-CO-で置換されていてもよく、
当該アルキル基における1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-O-CO-O-で置換されていてもよく、
当該アルキル基における1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CH=CH-CO-O-、-CH=CH-O-CO-、-CO-O-CH=CH-及び/又は-O-CO-CH=CH-で置換されてもよく、
当該アルキル基における1つ又は2つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子で置換されていてもよいが、
酸素原子と酸素原子が直接結合することはなく、
置換基Si1が複数ある場合は、それらは同一であってもよく、異なっていてもよく、
Li1及びLi2は、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、ペンタフルオロスルファニル基、ニトロ基、シアノ基、イソシアノ基、アミノ基、ヒドロキシル基、メルカプト基、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基、トリメチルシリル基、ジメチルシリル基、チオイソシアノ基又は炭素原子数1から20のアルキル基のいずれかを表し、
当該アルキル基における1つ又は2つ以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-O-、-S-、-CO-及び/又は-CS-で置換されていてもよく、
当該アルキル基における1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-CO-O-、-O-CO-、-CO-S-、-S-CO-、-CO-NH-及び/又は-NH-CO-で置換されていてもよく、
当該アルキル基における1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-O-CO-O-で置換されてもよく、
当該アルキル基における1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CH=CH-CO-O-、-CH=CH-O-CO-、-CO-O-CH=CH-及び/又は-O-CO-CH=CH-で置換されていてもよく、
当該アルキル基における1つ又は2つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子で置換されていてもよいが、
酸素原子と酸素原子が直接結合することはなく、
Zi1及びZi2は、それぞれ独立して、単結合、炭素原子数1~20のアルキレン基のいずれかを表し、
当該アルキレン基中の1つ又は2つ以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-O-、-CF2-及び/又は-CO-で置換されていてもよく、
当該アルキレン基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CH2-CH(CH3)-、-CH(CH3)-CH2-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CH=C(CH3)-、-C(CH3)=CH-、-CH=N-、-N=CH-、-N=N-、-C≡C-、-CO-O-及び/又は-O-CO-で置換されてもよく、
当該アルキレン基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CH=N-N=CH-で置換されていてもよいが、
酸素原子と酸素原子が直接結合することはなく、
mi1は、0~1の整数を表し、
ni1は、0~3の整数を表すが、
Ai2又はZi2が複数存在する場合は、それらはそれぞれ同一であってもよく、異なっていてもよい。)
Rii1は、それぞれ独立して、炭素原子数1~20のアルキル基を表し、
当該アルキル基中の1つ又2つ以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-O-、-S-、-CO-及び/又は-CS-で置換されていてもよく、
当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CH=CH-、-CO-O-、-O-CO-、-CO-S-、-S-CO-、-CO-NH-、-NH-CO-、-CH=CH-、-CF=CF-及び/又は-C≡C-で置換されてもよく、
当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-O-CO-O-で置換されていてもよく、
当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子に置換されていてもよいが、
酸素原子と酸素原子が直接結合することはなく、
Aii1及びAii2は、それぞれ独立して、以下の基(a)、基(b)、基(c)及び基(d):
(a) 1,4-シクロヘキシレン基(この基中に存在する1つの-CH2-又は非隣接の2つ以上の-CH2-は-O-及び/又は-S-に置き換えられてもよい。)、
(b) 1,4-フェニレン基(この基中に存在する1つの-CH=又は非隣接の2つ以上の-CH=は-N=に置き換えられてもよい。)
(c) ナフタレン-2,6-ジイル基又はデカヒドロナフタレン-2,6-ジイル基(ナフタレン-2,6-ジイル基中に存在する1つの-CH=又は非隣接の2つ以上の-CH=は-N=に置換されていてもよい。)
(d)チオフェン-2,5-ジイル基、ベンゾチオフェン-2,5-ジイル基、ベンゾチオフェン-2,6-ジイル基、ジベンゾチオフェン-3,7-ジイル基、ジベンゾチオフェン-2,6-ジイル基、チエノ[3,2-b]チオフェン-2,5-ジイル基(この基中に存在する1つの-CH=又は隣接していない2つ以上の-CH=は-N=に置き換えられても良い。)
からなる群より選ばれる基を表し、
前記Aii1及びAii2中の一つ又は二つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、置換基Sii1により置換されていてもよく、
置換基Sii1は、ハロゲン原子、ペンタフルオロスルファニル基、ニトロ基、シアノ基、イソシアノ基、アミノ基、ヒドロキシル基、メルカプト基、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基、トリメチルシリル基、ジメチルシリル基、チオイソシアノ基又は炭素原子数1~20のアルキル基のいずれかを表し、
当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-O-、-S-、-CO-及び/又-CS-で置換されていてもよく、
当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CO-O-、-O-CO-、-CO-S-、-S-CO-、-CO-NH-、-NH-CO-、-CH=CH-、-CF=CF-及び/又は-C≡C-で置換されていてもよく、
当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-O-CO-O-で置換されていてもよく、
当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CH=CH-CO-O-、-CH=CH-O-CO-、-CO-O-CH=CH-、-O-CO-CH=CH-で置換されていてもよく、
当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子に置換されていてもよいが、
酸素原子と酸素原子が直接結合することはなく、
置換基Sii1が複数ある場合は、それらは同一であってもよく、異なっていてもよく、
Zii1は、単結合、炭素原子数1~20のアルキレン基のいずれかを表し、
当該アルキレン基中の1つ又は2つ以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-O-で置換されていてもよく、
当該アルキレン基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CH2-CH(CH3)-、-CH(CH3)-CH2-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CH=C(CH3)-、-C(CH3)=CH-、-CH=N-、-N=CH-、-N=N-、-C≡C-、-CO-O-及び/又は-O-CO-で置換されてもよく、
当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-O-CO-O-で置換されていてもよく、
当該アルキレン基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-C(Ria)=N-N=C(Rib)-で置換されていてもよいが、
酸素原子と酸素原子が直接結合することはなく、
前記Ria及びRibは、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数1~10のアルキル基を表し、
当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-O-、-CO-及び/又は-S-で置換されていてもよく、
当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-は、-CH=CH-、-CO-O-、-O-CO-及び/又は-C≡C-で置換されてもよいが、
酸素原子と酸素原子が直接結合することはなく、
nii1は、1~4の整数を表し、
Aii1及びZii1が複数存在する場合は、それらはそれぞれ同一であってもよく、異なっていてもよい。)
また、本実施形態における液晶材料は、一般式(i)~一般式(ii)で表される化合物からなる群から選択される1種の液晶化合物であっても、或いは2種以上の液晶化合物が混合された液晶組成物であってもよい。
本実施形態の液晶材料の製造方法は、液晶材料のデルタディレイ値を測定するデルタディレイ測定機構により、液晶材料を測定する工程(II)と、を有する。
したがって、工程(II)は、工程(I)で調製された液晶材料のデルタディレイ値を測定する工程である。
デルタディレイ値を規定することにより測定誤差の少ない液晶材料を提供できるため、均質な電気的特性を有する液晶材料及びその製造方法を提供しうる。
上記(II)において、工程(I)で調製された液晶材料のうち少なくとも一部の量だけを抽出してデルタディレイ値を測定するデルタディレイ測定機構により評価してもよい。
また、伝送線路長lの同軸管に充填された液晶材料に高周波電場を印加してFDR法により算出されるデルタディレイ値(Δt)は以下の式(II)でも表すことができる。
図1は、本実施形態におけるデルタディレイ測定系100の構成の一例を示す概略図である。ベクトルネットワークアナライザ2に接続された信号送信端子部Lと信号受信端子部Rとの間に、DCブロック用コンデンサ3a,b、同軸コンポーネント4a,b及びアダプタ5a,bを介して、液晶材料が充填された同軸管6が接続されている。そして、同軸コンポーネント4a,bを介して、DC電源7が電気的に接続されている。また、ベクトルネットワークアナライザ2には処理装置1が接続されている。
内部導体8と外部導体9との間の電圧が基準電圧Vo以下であると、図2(a)に示すとおり、液晶分子10の長軸方向は電界E0方向に対してランダムに向くため、液晶分子10はいわゆるランダム配向状態である。そして、内部導体8と外部導体9との間の電圧が実行電圧V以上であると、図2(b)に示すとおり、液晶分子10は電界Ev方向と平行に液晶分子10の長軸方向が倣う配向状態をとる。
<デルタディレイ測定機構>
本実施形態におけるデルタディレイ測定機構は、線状の内部導体8及び当該内部導体8が挿通される間隙を有する外部導体9を含む同軸管6を1本備え、基準電圧V0を前記内部導体8及び前記外部導体9間に印加した状態で前記内部導体8と前記外部導体9との間の前記間隙に充填された前記液晶材料に対して連続的に変化する周波数の電磁波を伝搬させることにより計測される伝送遅延時間t0と、前記基準電圧V0より大きい実行電圧Vを前記内部導体8及び前記外部導体9間に印加した状態で前記液晶材料に対して前記電磁波を伝搬させることにより計測される伝送遅延時間tvとの差分である液晶材料のデルタディレイ値を算出する機構を有する。
すなわち、本実施形態におけるデルタディレイ測定機構は、測定試料である液晶材料を充填可能な同軸管6を1本備え、かつ基準電圧V0下における液晶材料中を伝搬させることにより計測される伝送遅延時間t0と、実行電圧V下における液晶材料中を伝搬させることにより計測される伝送遅延時間tvとの差分である液晶材料のデルタディレイ値を算出する機構を有している。また、当該伝送遅延時間の差分は、群遅延量の差分に相当する。
上記の通り、デルタディレイ測定機構は同軸管6を1本のみ使用するため、同軸管6の脱着による測定誤差(電磁波の反射又は電磁波強度の損失の誤差)の累積及び測定再現性の低下という課題を解決することができる。
本実施形態における同軸管6は、図1及び図2に示すとおり、両端に開口部を備える管状の外部導体9と、当該外部導体8の内壁に当接することなく挿通された中実の線状体である内部導体8とを有する。そのため、同軸管6は、外部導体8の内壁と内部導体8とは所定の間隔で離間されることによって同軸管6内に液晶材料を充填できる間隙を有する。
また、同軸管6は、同軸管本体と、挿通される内部導体8を支持するために、同軸管本体の両端に設置される同軸管コネクタとから構成される。このような同軸管6を構成する材料としては、特に制限されることはないが、加工性及び耐蝕性に優れた金属製であることが好ましい。例えば、同軸管6を構成する材料としては、黄銅又は真鍮であることが好ましい。
さらに、同軸管6の形状は、円柱状又は多角柱状などが挙げられるが、円柱状であることが好ましい。
なお、図1では、説明の便宜上、同軸管本体と1対の同軸管コネクタとが離間された状態を記載しているが、実際の同軸管6は、同軸管本体と同軸管コネクタとが連結されている。また、同軸管本体と同軸管コネクタとが同軸管6の構成要素であることを示すために、実線により同軸管本体及び同軸管コネクタを囲っている。
本実施形態において、外部導体9と内部導体8との間に被測定物(液晶材料)を満たす間隙を確保する必要があるために、同軸管6の断面内径(=外部導体9の断面内径)よりも内部導体8の断面外径を小さくする必要がある。被測定物を満たす間隙の幅、すなわち外部導体9と内部導体8との最短離間距離(外部導体9の断面内径-内部導体8の断面外径)は、1mm程度、より具体的には好ましくは0.5~1.5mm確保することが好ましい。また、同軸管6の内径でもある外部導体9の断面内径は、3mm程度、より具体的には好ましくは2.5~3.5mm程度であればよい。さらには、内部導体8の断面外径は1mm程度、より具体的には好ましくは0.5~1.5mmであることが好ましい。
本実施形態において、前記伝送遅延時間t0と前記伝送遅延時間tvとの差分である液晶材料のデルタディレイ値を算出する機構としては、回路網解析器、例えばベクトルネットワークアナライザ2が挙げられる。一般的にベクトルネットワークアナライザ2は、電子回路網を解析する装置として開発され、基本的にインピーダンスと減衰量を測定する装置である。振幅及び位相の測定が可能なために、様々な試料の高周波特性を測定することが可能である。
なお、前記伝送遅延時間t0と前記伝送遅延時間tvの測定は、液晶材料が室温(25℃)の条件の下に行う。
ベクトルネットワークアナライザ2は、信号源、信号分離器(パワースプリッタ)、方向性結合器(カップラ)及び少なくとも3以上の受信機(ここでは、基準受信機(R)、反射受信機(A)及び伝送受信機(B)の3つとする)から構成される。そして、前記信号源から出力された電磁波の信号が前記信号分離器(パワースプリッタ)を介して2つに分岐されて、一方の電磁波である信号は基準受信機(R)に入力され、他方の信号は入射信号としてport1から出力され、被測定物である同軸管6に充填された液晶材料に対して(例えば、信号送信端子部L側から)前記入射信号が入力される。当該同軸管6(液晶材料)で反射された反射信号は反射受信機(A)で受信する。そして、同軸管6(液晶材料)を通過した伝送信号(=液晶材料内を伝搬して通過した入射信号)は伝送受信部(B)で受信される。これにより、伝送受信部(B)で受信した伝送信号及び反射受信機(A)で受信した反射信号をそれぞれ、基準受信機(R)で受けた基準信号と比較して位相を検出する。また、基準信号との差から同軸管6に充填された液晶材料の反射係数(S11)と伝送係数(S21)を演算する。そして、上記までが順方向伝送の1サイクルとなり、設定値の範囲(0.1~26.5GHz)で周波数を変化させながら上記サイクルを繰り返す。また、上記サイクルは、port1から出力される順方向伝送とも称する。
これにより、上記一般式(I)を用いることによって、内部導体8及び外部導体9間に印加された、基準電圧Vo以下の条件での伝送遅延時間t0及び実行電圧V以上の条件での伝送遅延時間tvを計測でき、両者の差分の絶対値からデルタディレイ値を測定する。
なお、ここでいう、反射係数(S11)及び伝送係数(S21)はSパラメータと称され、例えば、S11(反射係数)は、入射信号に対する反射信号の大きさと位相の変化量を表し、S21(伝送係数)は、入射信号に対する伝送信号の大きさと位相の変化量を表す。
本実施形態において、DCブロック用コンデンサ3a,bは、直流電圧が重畳されている信号を計測する場合にベクトルネットワークアナライザ2への直流の阻止ができるものであれば、特に制限されることはない。また、アダプタ5a,bは、同軸管6と同軸コンポーネント4a,bと電気的に接続するため使用できるものであれば特に制限されることはない。同様に、DC電圧7も特に指定はないが、同軸コンポーネント4a,bを介して直流電圧(DC)を印可することが必要であり、内部導体8に印可する電圧に合ったDC電源7を選定することが必要である。
本開示は、線状の内部導体8及び当該内部導体8が挿通される間隙を有する外部導体9を有する同軸管6を1本用いて、前記間隙中に充填された液晶材料中を電磁波が伝搬する伝送遅延時間の変化量であるデルタディレイの測定方法である。また、当該デルタディレイの測定方法は、液晶材料を準備する工程と、液晶材料を内部導体8と外部導体9との間に充填する工程と、基準電圧V0を内部導体8及び外部導体9間に印加した状態で連続的に変化する周波数の電磁波(入射信号)を液晶材料に伝搬させて計測される伝送遅延時間t0と、基準電圧V0より大きい実行電圧Vを内部導体8及び外部導体9間に印加した状態で液晶材料に(入射信号)を伝搬させて計測される伝送遅延時間tvとの差分である液晶材料のデルタディレイ値を算出する工程と、を備える。
本開示は、線状の内部導体8、内部導体8が内部に挿通される外部導体9及び内部導体8と外部導体9との間に液晶材料を充填可能な間隙を有する同軸管6を1本と、同軸管6に電磁波の電気信号(=入射信号)を入力し、かつ当該電気信号に応答して出力された電磁波の出力信号(=伝送信号)を受信する電気信号送受信部(=反射受信機(A)及び伝送受信機(B))と、前記電気信号送受信部により送受信される前記電気信号及び前記出力信号を解析処理する解析処理部(=ベクトルネットワークアナライザ2及び処理装置)と、を有し、
前記解析処理部は、基準電圧V0を内部導体8及び外部導体9間に印加した状態で液晶材料に対して連続的に変化する周波数の電磁波(=入射信号)を伝搬させることにより計測される伝送遅延時間t0と、基準電圧V0より大きい実行電圧Vを内部導体8及び外部導体間9に印加した状態で液晶材料に対して電磁波(=入射信号)を伝搬させることにより計測される伝送遅延時間tvとの差分である前記液晶材料のデルタディレイ値を算出することを特徴とする、デルタディレイ値の測定装置である。
したがって、当該デルタディレイ値の測定装置は、上記のデルタディレイの測定系100に対応するため、ここでの説明は省略する。
液晶相上限温度(Tni)は、液晶組成物がネマチック相から等方相へ相転移する温度である。
Tniは、液晶組成物をスライドガラスとカバーガラスで挟持したプレパラートを作成し、ホットステージ上で加熱しながら偏光顕微鏡観察することで測定する。
また、示差走査熱量測定(DSC)により測定することもできる。
単位は「℃」を用いる。
Tniが高いほど高温でもネマチック相を維持することができ、駆動温度範囲を広く取ることができる。
本実施形態における液晶材料の液晶相上限温度(Tni)は、液晶表示素子の外温のコントロールが可能な屋内や自動車内などで使用する場合や屋外で使用する場合に応じて適宜設定することができるが、駆動温度範囲の観点から、50℃以上であることが好ましく、100~200℃であることが好ましく、110℃~180℃であることが好ましい。
T→nは、液晶組成物をガラスキャピラリーに充填し、-70℃の冷媒に浸漬させて液晶組成物を他の相に相転移させ、温度を上昇させながら観察することで測定する。
また、示差走査熱量測定(DSC)により測定することもできる。
単位は「℃」を用いる。
T→nが低いほど低温でもネマチック相を維持することができるため、駆動温度範囲を広く取ることができる。
本実施形態における液晶材料の液晶相下限温度(T→n)は、駆動温度の観点から、10℃以下であることが好ましく、-70~0℃であることが好ましく、-45~-5℃であることが好ましい。
25℃、589nmにおけるΔnはアッベ屈折計を用いて液晶組成物の異常光屈折率(ne)と常光屈折率(no)の差(ne-no)から求める。
また、位相差測定装置から、Δnを求めることもできる。
位相差Re、液晶層の厚さd及びΔnとの間には、Δn=Re/dの関係が成り立つ。
セルギャップ(d)が約3.0μmで、アンチパラレルラビング処理を施したポリイミド配向膜付きガラスセルに液晶組成物を注入し、面内のReを位相差フィルム・光学材料検査装置RETS-100(大塚電子株式会社製)で測定する。
測定は温度25℃、589nmの条件で行い、単位はない。
本実施形態における液晶材料の25℃、589nmにおけるΔnは、波長の光の位相変調力の観点から、0.20以上であることが好ましく、0.25~0.60であることが好ましく、0.30~0.55であることが好ましく、0.35~0.50であることが好ましい。
γ1は、液晶組成物をセルギャップ約10μmのガラスセルに充填し、LCM-2(東陽テクニカ製)を用いて測定することができる。
誘電率異方性が正の液晶組成物の場合は水平配向セル、誘電率異方性が負の液晶組成物の場合は垂直配向セルを使用する。
測定は温度25℃で行い、単位はmPa・sを用いる。
γ1が小さいほど液晶組成物の応答速度が速くなるためいずれの液晶表示素子においても好適である。
本実施形態における液晶材料の25℃における液晶組成物の回転粘度(γ1)は、応答速度の観点から、150~2000mPa・sであることが好ましく、200~1500mPa・sであることが好ましく、250~1000mPa・sであることが好ましい。
Vthは、8.3μmギャップのTNセルに液晶組成物を充填し、電圧を印加した際の透過率から決定することができる。
測定は温度25℃で行い、単位は「V」を用いる。
Vthが低いほど低電圧で駆動できる。
本実施形態における液晶材料の25℃におけるVthは、駆動電圧の観点から、3.0V以下であることが好ましく、0.3~3.0Vであることが好ましく、0.5~2.7Vであることが好ましく、0.7~2.5Vであることが好ましく、0.9~2.3Vであることが好ましく、1.1~2.1Vであることが好ましく、1.3~2.1Vであることが好ましい。
つまり、Δε(1kHz)は、誘電率ε∥と誘電率ε⊥の差であり、誘電率は分極のしやすさの指標である。
Δε(1kHz)は以下の方法により測定することができる。
まず、垂直配向処理されたセルに測定対象の液晶材料を封入して、液晶分子長軸の誘電率ε∥を測定し、次いで水平配向処理されたセルに測定対象の液晶材料を封入して、液晶分子短軸方向の誘電率ε⊥を測定する。
これらの測定値の差により、誘電率異方性Δε(1kHz)を求めることができる。
なお、誘電率はLCRメーターと呼ばれる誘電率測定装置を用いて測定周波数を1kHzにすることによって測定することができる。
また、測定は温度25℃で行い、単位はない。
本実施形態における液晶材料の25℃におけるΔε(1kHz)は、駆動電圧の観点から、1~25であることが好ましく、3~20であることが好ましく、5~15であることが好ましい。
0.01以上のデルタディレイ値を有するためには、電場中の電子分極が、フッ素基又はシアノ基よりも大きい基を有する化合物を組み合わせることが必要となる。そのため、液晶材料は、イソチオシアネート基(-NCS)を有することが好ましい。
当該0.01以上のデルタディレイ値を有する液晶材料は、以下の一般式(i)~一般式(ii)で表される化合物からなる群から選択される化合物を1種又は2種以上含むことが好ましい。
液晶材料また、本実施形態における液晶材料は、一般式(i)~一般式(ii)で表される化合物からなる群から選択される1種の液晶化合物であっても、或いは2種以上の液晶化合物が混合された液晶組成物であってもよい。
炭素原子数1~20のアルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、直鎖状のアルキル基であることが好ましい。
炭素原子数1~20のアルキル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-O-、-S-、-CO-及び/又は-CS-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CO-O-、-O-CO-、-CO-S-、-S-CO-、-CO-NH-、-NH-CO-、-CH=CH-、-CF=CF-及び/又は-C≡C-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-O-CO-O-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CH=CH-CO-O-、-CH=CH-O-CO-、-CO-O-CH=CH-、-O-CO-CH=CH-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子で置換されていてもよい。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子が挙げられる。
但し、当該アルキル基が所定の基により置換される場合においては、酸素原子と酸素原子が直接結合することはない。
また、化合物の安定性の観点から、硫黄原子と硫黄原子及び/又は酸素原子と硫黄原子が直接結合することはないことが好ましい。
例えば、Ri1は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-O-に置換されることにより、炭素原子数1~19のアルコキシ基を表すことができる。
当該アルコキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルコキシ基であり、直鎖状のアルコキシ基であることが好ましい。
当該アルコキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Ri1は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-S-に置換されることにより、炭素原子数1~19のチオアルコキシ基(アルキルチオ基、アルキルスルファニル基)を表すことができる。
当該チオアルコキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のチオアルコキシ基であり、直鎖状のチオアルコキシ基であることが好ましい。
当該チオアルコキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Ri1は、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-が、-CH=CH-に置換されることにより、炭素原子数2~20のアルケニル基を表すことができる。
当該アルケニル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルケニル基であり、直鎖状のアルケニル基であることが好ましい。
当該アルケニル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Ri1は、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-が、-C≡C-に置換されることにより、炭素原子数2~20のアルキニル基を表すことができる。
当該アルキニル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキニル基であり、直鎖状のアルキニル基であることが好ましい。
当該アルキニル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Ri1は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-O-に置換され、且つ一つ又は2つ以上の-CH2-CH2-が、-CH=CH-に置換されることにより、炭素原子数2~19のアルケニルオキシ基を表すことができる。
当該アルケニルオキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルケニルオキシ基であり、直鎖状のアルケニルオキシ基であることが好ましい。
当該アルケニルオキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Ri1は、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子が、ハロゲン原子に置換されることにより、炭素原子数1~20のハロゲン化アルキル基を表すことができる。
当該ハロゲン化アルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状のハロゲン化アルキル基であり、直鎖状のハロゲン化アルキル基であることが好ましい。
当該ハロゲン化アルキル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Ri1は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-O-に置換され、且つ当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子が、ハロゲン原子に置換されることにより、炭素原子数1~19のハロゲン化アルコキシ基を表すことができる。
当該ハロゲン化アルコキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のハロゲン化アルコキシ基であり、直鎖状のハロゲン化アルコキシ基であることが好ましい。
当該ハロゲン化アルコキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
Ri1における炭素原子数1~20のアルキル基(置換されたものも含む)の具体例としては、式(Ri1-1)~(Ri1-36)で表される基等が挙げられる。
なお、Ri1としては、他の液晶化合物との相溶性の観点から、炭素原子数2~6の直鎖状のアルキル基が好ましい。
一般式(i)中、Ai1及びAi2は、それぞれ独立して、炭素原子数3~16の炭化水素環又は炭素原子数3~16の複素環のいずれかを表す。
炭素原子数3~16の炭化水素環又は炭素原子数3~16の複素環は、より具体的には、以下の基(a)、基(b)基(c)及び基(d):
(a)1,4-シクロへキシレン基(この基中に存在する1つの-CH2-又は隣接していない2つ以上の-CH2-は-O-又は-S-に置き換えられても良い。)
(b)1,4-フェニレン基(この基中に存在する1つの-CH=又は隣接していない2つ以上の-CH=は-N=に置き換えられても良い。)
(c)1,4-シクロヘキセニレン基、ビシクロ[2.2.2]オクタン-1,4-ジイル基、ナフタレン-2,6-ジイル基、ナフタレン-1,4-ジイル基、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基、5,6,7,8-テトラヒドロナフタレン-1,4-ジイル基、デカヒドロナフタレン-2,6-ジイル基、アントラセン-2,6-ジイル基、アントラセン-1,4-ジイル基、アントラセン-9,10-ジイル基、フェナントレン-2,7-ジイル基(ナフタレン-2,6-ジイル基、ナフタレン-1,4-ジイル基、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン-2,6-ジイル基、5,6,7,8-テトラヒドロナフタレン-1,4-ジイル基、アントラセン-2,6-ジイル基、アントラセン-1,4-ジイル基、アントラセン-9,10-ジイル基又はフェナントレン-2,7-ジイル基中に存在する1つの-CH=又は2つ以上の-CH=は-N=に置き換えられても良い。)
(d)チオフェン-2,5-ジイル基、ベンゾチオフェン-2,5-ジイル基、ベンゾチオフェン-2,6-ジイル基、ジベンゾチオフェン-3,7-ジイル基、ジベンゾチオフェン-2,6-ジイル基、チエノ[3,2-b]チオフェン-2,5-ジイル基(この基中に存在する1つの-CH=又は隣接していない2つ以上の-CH=は-N=に置き換えられても良い。)
からなる群より選ばれる基を表すことが好ましい。
Ai1及びAi2中の1つ又は2つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、置換基Si1によって置換されていてもよい。
置換基Si1は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、ペンタフルオロスルファニル基、ニトロ基、シアノ基、イソシアノ基、アミノ基、ヒドロキシル基、メルカプト基、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基、トリメチルシリル基、ジメチルシリル基、チオイソシアノ基、炭素原子数1~20のアルキル基のいずれかを表す。
当該アルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、直鎖状のアルキル基であることが好ましい。
当該アルキル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは3~6である。
当該アルキル基における1つ又は2つ以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-O-、-S-及び/又は-CO-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基における1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-CO-O-、-O-CO-、-CO-S-、-S-CO-、-CO-NH-及び/又は-NH-CO-で置換されてもよい。
また、当該アルキル基における1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-は、-O-CO-O-で置換されてもよい。
また、当該アルキル基における1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CH=CH-CO-O-、-CH=CH-O-CO-、-CO-O-CH=CH-及び/又は-O-CO-CH=CH-で置換されても良い。
当該アルキル基における1つ又は2つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子で置換されていてもよい。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
但し、当該アルキル基が所定の基により置換される場合においては、酸素原子と酸素原子が直接結合することはない。
また、化合物の安定性の観点から、硫黄原子と硫黄原子及び/又は酸素原子と硫黄原子が直接結合することはないことが好ましい。
置換基Si1としては、フッ素原子又は炭素数1~3の直鎖状のアルキル基が好ましい。
また、Ai1及びAi2の少なくとも一つは少なくとも一つの置換基Si1で置換されていることが好ましい。
また、Ai2は、少なくとも一つの置換基Si1で置換されていることが好ましい。
なお、置換基Si1が複数ある場合は、それらは同一であってもよく、異なっていてもよい。
Ai1における置換基Si1の置換位置としては、下記式(Ai1-SP-1)~(Ai1-SP-2)のいずれかであることが好ましい。
Ai2における置換基Si1の置換位置としては、下記式(Ai2-SP-1)~(Ai2-SP-2)のいずれかであることが好ましい。
より具体的には、Ai1は、下記式(Ai1-1)~(Ai1-4)のいずれかを表すことが好ましい。
より具体的には、Ai2は、下記式(Ai2-1)~(Ai2-3)のいずれかを表すことが好ましい。
一般式(i)中、Li1及びLi2は、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、ペンタフルオロスルファニル基、ニトロ基、シアノ基、イソシアノ基、アミノ基、ヒドロキシル基、メルカプト基、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基、トリメチルシリル基、ジメチルシリル基、チオイソシアノ基又は炭素原子数1から20のアルキル基のいずれかを表す。
炭素原子数1~20のアルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、直鎖状のアルキル基であることが好ましい。
炭素原子数1~20のアルキル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
当該アルキル基における1つ又は2つ以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-O-、-S-、-CO-及び/又は-CS-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基における1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CH=CH-、-CF=CF-、-C≡C-、-CO-O-、-O-CO-、-CO-S-、-S-CO-、-CO-NH-及び/又は-NH-CO-で置換されてもよい。
また、当該アルキル基における1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-は、-O-CO-O-で置換されてもよい。
また、当該アルキル基における1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CH=CH-CO-O-、-CH=CH-O-CO-、-CO-O-CH=CH-及び/又は-O-CO-CH=CH-で置換されてもよい。
また、当該アルキル基における1つ又は2つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子で置換されていてもよい。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子が挙げられる。
但し、当該アルキル基が所定の基により置換される場合においては、酸素原子と酸素原子が直接結合することはない。
また、化合物の安定性の観点から、硫黄原子と硫黄原子及び/又は酸素原子と硫黄原子が直接結合することはないことが好ましい。
例えば、Li1及びLi2は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-O-に置換されることにより、炭素原子数1~19のアルコキシ基を表すことができる。
当該アルコキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルコキシ基であり、直鎖状のアルコキシ基であることが好ましい。
当該アルコキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Li1及びLi2は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-S-に置換されることにより、炭素原子数1~19のチオアルコキシ基(アルキルチオ基、アルキルスルファニル基)を表すことができる。
当該チオアルコキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のチオアルコキシ基であり、直鎖状のチオアルコキシ基であることが好ましい。
当該チオアルコキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Li1及びLi2は、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-が、-CH=CH-に置換されることにより、炭素原子数2~20のアルケニル基を表すことができる。
当該アルケニル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルケニル基であり、直鎖状のアルケニル基であることが好ましい。
当該アルケニル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Li1及びLi2は、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-が、-C≡C-に置換されることにより、炭素原子数2~20のアルキニル基を表すことができる。
当該アルキニル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキニル基であり、直鎖状のアルキニル基であることが好ましい。
当該アルキニル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Li1及びLi2は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-O-に置換され、且つ一つ又は2つ以上の-CH2-CH2-が、-CH=CH-に置換されることにより、炭素原子数2~19のアルケニルオキシ基を表すことができる。
当該アルケニルオキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルケニルオキシ基であり、直鎖状のアルケニルオキシ基であることが好ましい。
当該アルケニルオキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Li1及びLi2は、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子が、ハロゲン原子に置換されることにより、炭素原子数1~20のハロゲン化アルキル基を表すことができる。
当該ハロゲン化アルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状のハロゲン化アルキル基であり、直鎖状のハロゲン化アルキル基であることが好ましい。
当該ハロゲン化アルキル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
Li1及びLi2は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-O-に置換され、且つ当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子が、ハロゲン原子に置換されることにより、炭素原子数1~19のハロゲン化アルコキシ基を表すことができる。
当該ハロゲン化アルコキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のハロゲン化アルコキシ基であり、直鎖状のハロゲン化アルコキシ基であることが好ましい。
当該ハロゲン化アルコキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
Li1及びLi2における炭素原子数1~20のアルキル基(置換されたものも含む)の具体例としては、式(Li1/2-1)~(Li1/2-36)で表される基等が挙げられる。
他の液晶化合物との相溶性の観点から、Li1及びLi2の少なくとも一つは、フッ素原子であることが好ましく、Li1及びLi2が共にフッ素原子であることが好ましい。
Zi1及びZi2は、それぞれ独立して、単結合、炭素原子数1~20のアルキレン基のいずれかを表す。
当該アルキレン基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基であり、直鎖状のアルキレン基であることが好ましい。
当該アルキレン基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
当該アルキレン基中の1つ又は2つ以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-O-、-CF2-及び/又は-CO-で置換されていてもよい。
また、当該アルキレン基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CH2-CH(CH3)-、-CH(CH3)-CH2-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CH=C(CH3)-、-C(CH3)=CH-、-CH=N-、-N=CH-、-N=N-、-C≡C-、-CO-O-及び/又は-O-CO-で置換されてもよい。
また、当該アルキレン基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CH=N-N=CH-で置換されていてもよい。
但し、当該アルキレン基が所定の基により置換される場合においては、酸素原子と酸素原子が直接結合することはない。
炭素原子数2~20のアルキレン基の具体例(置換されたものも含む)としては、式(Zi1/2-1)~(Zi1/2-24)で表される基等が挙げられる。
Zi1及びZi2の少なくとも一つは、式(Zi1/2-4)(-C≡C-)あることが好ましく、Zi1及びZi2が共に式(Zi1/2-4)(-C≡C-)であることが好ましい。
一般式(i)中、mi1は、0~1の整数を表す。
他の液晶化合物との相溶性、合成の容易さ及び原料の入手性の観点から、mi1は、1を表すことが好ましい。
一般式(i)中、ni1は、0~3の整数を表す。
他の液晶化合物との相溶性、合成の容易さ及び原料の入手性の観点から、ni1は、1又は2であることが好ましい。
Ai2又はZi2が複数存在する場合は、それらはそれぞれ同一であってもよく、異なっていてもよい。
一般式(i)で表される化合物としては、下記一般式(i-1)~(i-3)で表される化合物であることが好ましい。
一般式(i-1)で表される化合物としては、下記一般式(i-1-a)~(i-1-f)で表される化合物であることが好ましい。
一般式(i-1-a)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(i-1-a.1)~(i-1-a.3)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(i)、一般式(i-1)~(i-3)、一般式(i-1-a)~(i-1-f)、一般式(i-2-a)~(i-2-d)、一般式(i-3-a)~(i-3-b)、構造式(i-1-a.1)~(i-1-a.3)、構造式(i-1-b.1)~(i-1-b.3)、構造式(i-1-c.1)~(i-1-c.3)、構造式(i-1-d.1)~(i-1-d.3)、構造式(i-1-e.1)~(i-1-e.3)、構造式(i-1-f.1)~(i-1-f.3)、構造式(i-2-a.1)~(i-2-a.3)、構造式(i-2-b.1)~(i-2-b.3)、構造式(i-2-c.1)~(i-2-c.3)、構造式(i-2-d.1)~(i-2-d.3)、構造式(i-3-a.1)~(i-3-a.3)又は構造式(i-3-b.1)~(i-3-b.3)で表される化合物の液晶組成物100質量%中の合計含有量は、0.5~100質量%であることが好ましく、1~50質量%であることが好ましく、1.5~25質量%であることが好ましい。
一般式(i)、一般式(i-1)~(i-3)、一般式(i-1-a)~(i-1-f)、一般式(i-2-a)~(i-2-d)、一般式(i-3-a)~(i-3-b)、構造式(i-1-a.1)~(i-1-a.3)、構造式(i-1-b.1)~(i-1-b.3)、構造式(i-1-c.1)~(i-1-c.3)、構造式(i-1-d.1)~(i-1-d.3)、構造式(i-1-e.1)~(i-1-e.3)、構造式(i-1-f.1)~(i-1-f.3)、構造式(i-2-a.1)~(i-2-a.3)、構造式(i-2-b.1)~(i-2-b.3)、構造式(i-2-c.1)~(i-2-c.3)、構造式(i-2-d.1)~(i-2-d.3)、構造式(i-3-a.1)~(i-3-a.3)又は構造式(i-3-b.1)~(i-3-b.3)で表される化合物は、公知の合成方法を用いて合成することができる。
(一般式(ii)で表される化合物)
本開示に係る液晶材料は、イソチオシアネート基(-NCS)を有する下記一般式(ii)で表される化合物の1種又は2種以上を含むことが好ましい。
当該アルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、直鎖状のアルキル基であることが好ましい。
当該アルキル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
当該アルキル基中の1つ又2つ以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-O-、-S-、-CO-及び/又は-CS-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-は、-CH=CH-、-CO-O-、-O-CO-、-CO-S-、-S-CO-、-CO-NH-、-NH-CO-、-CH=CH-、-CF=CF-及び/又は-C≡C-で置換されてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-は、-O-CO-O-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子に置換されていてもよい。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
但し、当該アルキル基が所定の基により置換される場合においては、酸素原子と酸素原子が直接結合することはない。
また、化合物の安定性の観点から、硫黄原子と硫黄原子及び/又は酸素原子と硫黄原子が直接結合することはないことが好ましい。
例えば、Rii1は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-O-に置換されることにより、炭素原子数1~19のアルコキシ基を表すことができる。
当該アルコキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルコキシ基であり、直鎖状のアルコキシ基であることが好ましい。
当該アルコキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Rii1は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-S-に置換されることにより、炭素原子数1~19のチオアルコキシ基(アルキルチオ基、アルキルスルファニル基)を表すことができる。
当該チオアルコキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のチオアルコキシ基であり、直鎖状のチオアルコキシ基であることが好ましい。
当該チオアルコキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Rii1は、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-が、-CH=CH-に置換されることにより、炭素原子数2~20のアルケニル基を表すことができる。
当該アルケニル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルケニル基であり、直鎖状のアルケニル基であることが好ましい。
当該アルケニル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Rii1は、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-が、-C≡C-に置換されることにより、炭素原子数2~20のアルキニル基を表すことができる。
当該アルキニル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキニル基であり、直鎖状のアルキニル基であることが好ましい。
当該アルキニル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Rii1は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-O-に置換され、且つ一つ又は2つ以上の-CH2-CH2-が、-CH=CH-に置換されることにより、炭素原子数2~19のアルケニルオキシ基を表すことができる。
当該アルケニルオキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルケニルオキシ基であり、直鎖状のアルケニルオキシ基であることが好ましい。
当該アルケニルオキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Rii1は、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子が、ハロゲン原子に置換されることにより、炭素原子数1~20のハロゲン化アルキル基を表すことができる。
当該ハロゲン化アルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状のハロゲン化アルキル基であり、直鎖状のハロゲン化アルキル基であることが好ましい。
当該ハロゲン化アルキル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
また、Rii1は、当該アルキル基中の1つの-CH2-が-O-に置換され、且つ当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子が、ハロゲン原子に置換されることにより、炭素原子数1~19のハロゲン化アルコキシ基を表すことができる。
当該ハロゲン化アルコキシ基は、直鎖状、分岐状又は環状のハロゲン化アルコキシ基であり、直鎖状のハロゲン化アルコキシ基であることが好ましい。
当該ハロゲン化アルコキシ基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
Rii1における炭素原子数1~20のアルキル基(置換されたものも含む)の具体例としては、式(Rii1-1)~(Rii1-36)で表される基等が挙げられる。
Rii1が結合する環構造がフェニル基(芳香族)である場合には、直鎖状の炭素原子数1~5のアルキル基、直鎖状の炭素原子数1~4のアルコキシ基及び炭素原子数4~5のアルケニル基が好ましく、Ri1が結合する環構造がシクロヘキサン、ピラン及びジオキサンなどの飽和した環構造の場合には、直鎖状の炭素原子数1~5のアルキル基、直鎖状の炭素原子数1~4のアルコキシ基及び直鎖状の炭素原子数2~5のアルケニル基が好ましい。
また、Rii1としては、ネマチック相を安定化させるためには、炭素原子及び存在する場合の酸素原子の合計が5以下であることが好ましく、直鎖状であることが好ましい。
なお、Rii1としては、他の液晶化合物との相溶性の観点から、炭素原子数2~8の直鎖状のアルキル基又は炭素原子数2~8の直鎖状のアルコキシ基が好ましい。
一般式(ii)中、Aii1及びAii2は、それぞれ独立して、以下の基(a)、基(b)、基(c)及び基(d):
(a) 1,4-シクロヘキシレン基(この基中に存在する1つの-CH2-又は非隣接の2つ以上の-CH2-は-O-及び/又は-S-に置き換えられてもよい。)、
(b) 1,4-フェニレン基(この基中に存在する1つの-CH=又は非隣接の2つ以上の-CH=は-N=に置き換えられてもよい。)
(c) ナフタレン-2,6-ジイル基、又はデカヒドロナフタレン-2,6-ジイル基(ナフタレン-2,6-ジイル基中に存在する1つの-CH=又は非隣接の2つ以上の-CH=は-N=に置換されていてもよい。)
(d)チオフェン-2,5-ジイル基、ベンゾチオフェン-2,5-ジイル基、ベンゾチオフェン-2,6-ジイル基、ジベンゾチオフェン-3,7-ジイル基、ジベンゾチオフェン-2,6-ジイル基、チエノ[3,2-b]チオフェン-2,5-ジイル基(この基中に存在する1つの-CH=又は隣接していない2つ以上の-CH=は-N=に置き換えられても良い。)
からなる群より選ばれる基を表す。
Aii1及びAii2中の一つ又は二つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、置換基Sii1により置換されていてもよい。
置換基Sii1は、ハロゲン原子、ペンタフルオロスルファニル基、ニトロ基、シアノ基、イソシアノ基、アミノ基、ヒドロキシル基、メルカプト基、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基、トリメチルシリル基、ジメチルシリル基、チオイソシアノ基又は炭素原子数1~20のアルキル基のいずれかを表す。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
炭素原子数1~20のアルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、直鎖状のアルキル基であることが好ましい。
炭素原子数1~20のアルキル基における炭素原子数は、好ましくは2~10、好ましくは2~6である。
当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-O-、-S-、-CO-及び/又-CS-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CO-O-、-O-CO-、-CO-S-、-S-CO-、-CO-NH-、-NH-CO-、-CH=CH-、-CF=CF-及び/又は-C≡C-で置換されていてもよい。
当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-O-CO-O-で置換されていてもよい。
当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CH=CH-CO-O-、-CH=CH-O-CO-、-CO-O-CH=CH-、-O-CO-CH=CH-で置換されていてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子に置換されていてもよい。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
但し、当該アルキル基が所定の基により置換される場合においては、酸素原子と酸素原子が直接結合することはない。
また、化合物の安定性の観点から、硫黄原子と硫黄原子及び/又は酸素原子と硫黄原子が直接結合することはないことが好ましい。
置換基Sii1としては、フッ素原子又は塩素原子が好ましい。
また、Aii1の少なくとも一つ又はAii2は、少なくとも一つの置換基Sii1で置換されていることが好ましい。
なお、置換基Sii1が複数ある場合は、それらは同一であってもよく、異なっていてもよい。
Aii1における置換基Sii1の置換位置としては、下記式(Aii1-SP-1)~(Aii1-SP-4)のいずれかであることが好ましい。
Aii2における置換基Sii1の置換位置としては、下記式(Aii2-SP-1)~(Aii2-SP-7)のいずれかであることが好ましい。
より具体的には、Aii1は、下記式(Aii1-1)~(Aii1-6)いずれかを表すことが好ましい。
より具体的には、Aii2は、下記式(Aii2-1)~(Aii2-5)のいずれかを表ことが好ましい。
一般式(ii)中、Zii1は、単結合、炭素原子数1~20のアルキレン基のいずれかを表す。
当該アルキレン基中の1つ又は2つ以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-O-で置換されていてもよい。
また、当該アルキレン基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-CH2-CH(CH3)-、-CH(CH3)-CH2-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CH=C(CH3)-、-C(CH3)=CH-、-CH=N-、-N=CH-、-N=N-、-C≡C-、-CO-O-及び/又は-O-CO-で置換されてもよい。
また、当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-O-CO-O-で置換されていてもよい。
また、当該アルキレン基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-CH2-CH2-は、それぞれ独立して、-C(Ria)=N-N=C(Rib)-で置換されていてもよい。
但し、炭素原子数1~10のアルキル基が所定の基により置換される場合においては、酸素原子と酸素原子が直接結合することはない。
また、化合物の安定性の観点から、硫黄原子と硫黄原子及び/又は酸素原子と硫黄原子が直接結合することはないことが好ましい。
Ria及びRibは、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数1~10のアルキル基を表す。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
当該アルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、直鎖状のアルキル基であることが好ましい。
当該アルキル基における炭素原子数は、好ましくは2~8、好ましくは2~6である。
当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-O-、-CO-及び/又は-S-で置換されていてもよい。
当該アルキル基中の1つ又は2つ以上の-CH2-CH2-は、-CH=CH-、-CO-O-、-O-CO-及び/又は-C≡C-で置換されてもよい。
但し、炭素原子数1~10のアルキル基が所定の基により置換される場合においては、酸素原子と酸素原子が直接結合することはない。
また、化合物の安定性の観点から、硫黄原子と硫黄原子及び/又は酸素原子と硫黄原子が直接結合することはないことが好ましい。
炭素原子数1~20のアルキレン基の具体例(置換されたものも含む)としては、式(Zii1-1)~(Zii1-24)で表される基等が挙げられる。
一般式(ii)中、nii1は、1~4、好ましくは1~2の整数を表す。
nii1が1である場合においては、Zii1は単結合又は-C≡C-を表すことが好ましい。
また、nii1が2である場合においては、Zii1の少なくとも一つは-C≡C-を表すことが好ましい。
なお、一般式(ii)において、Aii1及びZii1が複数存在する場合は、それらはそれぞれ同一であってもよく、異なっていてもよい。
一般式(ii)で表される化合物としては、下記一般式(ii-1)~(ii-5)で表される化合物であることが好ましい。
一般式(ii-3)~(ii-6)中、Aii1-2の定義は、上記一般式(ii)中のAii1の定義に同じである。
一般式(ii-1)で表される化合物としては、下記一般式(ii-1-a)で表される化合物であることが好ましい。
一般式(ii-1-a)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(ii-1-a.1)~(ii-1-a.4)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(ii-2-a)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(ii-2-a.1)~(ii-2-a.5)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(ii-3-a)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(ii-3-a.1)~(ii-3-a.4)で表される化合物等が挙げられる。
立して、上記一般式(ii)中のRii1及びSii1とそれぞれ同じ意味を表す。
一般式(ii-4-a)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(ii-4-a.1)~(ii-4-a.3)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(ii-5-a)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(ii-5-a.1)~(ii-5-a.4)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(ii-6-a)で表される化合物の具体例としては、下記構造式(ii-6-a.1)~(ii-6-a.4)で表される化合物等が挙げられる。
一般式(ii-1)、一般式(ii-1-a)又は構造式(ii-1-a.1)~(ii-1-a.4)で表される化合物の液晶材料100質量%中の合計含有量は、他の液晶組成物との相溶性の観点から、1~40質量%であることが好ましく、2~35質量%であることが好ましく、3~30質量%であることが好ましい。
一般式(ii-2)、一般式(ii-2-a)~(ii-2-c)、構造式(ii-2-a.1)~(ii-2-a.5)、構造式(ii-2-b.1)~(ii-2-b.3)又は構造式(ii-2-c.1)~(ii-2-c.3)で表される化合物の液晶材料に用いる種類は、1種又は2種以上、好ましくは1~20種、好ましくは1~15種、好ましくは1~10種、好ましくは1~5種である。
一般式(ii-2)、一般式(ii-2-a)~(ii-2-c)、構造式(ii-2-a.1)~(ii-2-a.5)、構造式(ii-2-b.1)~(ii-2-b.3)又は構造式(ii-2-c.1)~(ii-2-c.3)で表される化合物の液晶材料100質量%中の合計含有量は、他の液晶組成物との相溶性の観点から、5~70質量%であることが好ましく、10~65質量%であることが好ましく、15~60質量%であることが好ましい。
一般式(ii-3)、一般式(ii-3-a)~(ii-3-d)、構造式(ii-3-a.1)~(ii-3-a.4)、構造式(ii-3-b.1)~(ii-3-b.3)、構造式(ii-3-c.1)~(ii-3-c.3)又は構造式(ii-3-d.1)で表される化合物の液晶材料に用いる種類は、1種又は2種以上、好ましくは1~20種、好ましくは1~15種、好ましくは1~10種、好ましくは1~5種である。
一般式(ii-3)、一般式(ii-3-a)~(ii-3-d)、構造式(ii-3-a.1)~(ii-3-a.4)、構造式(ii-3-b.1)~(ii-3-b.3)、構造式(ii-3-c.1)~(ii-3-c.3)又は構造式(ii-3-d.1)で表される化合物で表される化合物の液晶材料100質量%中の合計含有量は、他の液晶組成物との相溶性の観点から、20~65質量%であることが好ましく、25~60質量%であることが好ましく、30~55質量%であることが好ましい。
一般式(ii-4)、一般式(ii-4-a)~(ii-4-d)、構造式(ii-4-a.1)~(ii-4-a.3)、構造式(ii-4-b.1)~(ii-4-b.3)、構造式(ii-4-c.1)~(ii-4-c.3)又は構造式(ii-4-d.1)~(ii-4-d.3)で表される化合物の液晶材料に用いる種類は、1種又は2種以上、好ましくは1~20種、好ましくは1~15種、好ましくは1~10種、好ましくは1~5種である。
一般式(ii-4)、一般式(ii-4-a)~(ii-4-d)、構造式(ii-4-a.1)~(ii-4-a.3)、構造式(ii-4-b.1)~(ii-4-b.3)、構造式(ii-4-c.1)~(ii-4-c.3)又は構造式(ii-4-d.1)~(ii-4-d.3)で表される化合物の液晶材料100質量%中の合計含有量は、他の液晶組成物との相溶性の観点から、1~30質量%であることが好ましく、3~25質量%であることが好ましく、5~20質量%であることが好ましい。
一般式(ii-5)、一般式(ii-5-a)~(ii-5-b)、構造式(ii-5-a.1)~(ii-5-a.4)又は構造式(ii-5-b.1)~(ii-5-b.4)で表される化合物の液晶材料に用いる種類は、1種又は2種以上、好ましくは1~20種、好ましくは1~15種、好ましくは1~10種、好ましくは1~5種である。
一般式(ii-5)、一般式(ii-5-a)~(ii-5-b)、構造式(ii-5-a.1)~(ii-5-a.4)又は構造式(ii-5-b.1)~(ii-5-b.4)で表される化合物の液晶材料100質量%中の合計含有量は、他の液晶組成物との相溶性の観点から、5~45質量%であることが好ましく、10~40質量%であることが好ましく、15~35質量%であることが好ましい。
一般式(ii-6)、一般式(ii-6-a)~(ii-6-b)、構造式(ii-6-a.1)~(ii-6-a.4)又は構造式(ii-6-b.1)~(ii-6-b.4)で表される化合物の液晶材料に用いる種類は、1種又は2種以上、好ましくは1~20種、好ましくは1~15種、好ましくは1~10種、好ましくは1~5種である。
一般式(ii-6)、一般式(ii-6-a)~(ii-6-b)、構造式(ii-6-a.1)~(ii-6-a.4)又は構造式(ii-6-b.1)~(ii-6-b.4)で表される化合物の液晶材料100質量%中の合計含有量は、他の液晶組成物との相溶性の観点から、1~25質量%であることが好ましく、3~20質量%であることが好ましく、5~15質量%であることが好ましい。
一般式(ii)、一般式(ii-1)~(ii-6)、一般式(ii-1-a)、一般式(ii-2-a)~(ii-2-c)、一般式(ii-3-a)~(ii-3-d)、一般式(ii-4-a)~(ii-4-d)、一般式(ii-5-a)~(ii-5-b)、一般式(ii-6-a)~(ii-6-b)、構造式(ii-1-a.1)~(ii-1-a.4)、構造式(ii-2-a.1)~(ii-2-a.5)、構造式(ii-2-b.1)~(ii-2-b.3)、構造式(ii-2-c.1)~(ii-2-c.3)、構造式(ii-3-a.1)~(ii-3-a.4)、構造式(ii-3-b.1)~(ii-3-b.3)、構造式(ii-3-c.1)~(ii-3-c.3)、構造式(ii-3-d.1)、構造式(ii-4-a.1)~(ii-4-a.3)、構造式(ii-4-b.1)~(ii-4-b.3)、構造式(ii-4-c.1)~(ii-4-c.3)、構造式(ii-4-d.1)~(ii-4-d.3)、構造式(ii-5-a.1)~(ii-5-a.4)、構造式(ii-5-b.1)~(ii-5-b.4)、構造式(ii-6-a.1)~(ii-6-a.4)又は構造式(ii-6-b.1)~(ii-6-b.4)で表される化合物は、公知の合成方法を用いて合成することができる。
また、本開示に係る液晶材料は、液晶化合物としてイソチオシアネート基(-NCS)を有する化合物のみを含むことが好ましい。
本発明により製造した液晶材料は、液晶表示素子、センサ(好ましくはLiDAR(Light Detection And Ranging)用の測距センサ)、液晶レンズ、光通信機器、アンテナ等に用いることができる。とりわけ、マイクロ波帯のアンテナ用途に好適である。
<実施例及び比較例で使用した測定及び評価に使用する機器>
・第一の同軸管(実施例の同軸管6、比較例(基準の同軸管)):
構成キット長(同軸管本体における液晶材料充填部の長軸方向の長さ)(30mm) 内寸Φ(内径)3mm 中心導線径φ1mm 内容積0.19cc
・同軸管(比較例(比較の同軸管)):
試料キット長(同軸管本体における液晶材料充填部の長軸方向の長さ)(80mm) 内寸Φ(内径)3mm 中心導線径φ1mm 内容積0.50cc
・ベクトルネットワークアナライザ:キーサイトテクノロジー株式会社製「P5005A」のベクトルネットワークアナライザを使用した。
・電源:菊水電子工業株式会社製「PMX250」のDC(直流)電源を使用した。
・処理装置:東芝株式会社製「Dynabook BZ55」のパーソナルコンピュータを使用した。
・DCブロック用コンデンサ:Pasternack,Inc.社製「PE8225」のDCブロックを使用した。
・同軸コンポーネント:Auriga Microwave社製「BT1026-1」のBias Teeを使用した。
以下の実施例及び比較例の組成物は各化合物を表中の割合で含有し、含有量は「質量%」で記載した。
以下の化合物の記載は、以下の略号を用いる。なお、シス体とトランス体を取りうる化合物は、特に断りがない限りトランス体を表す。
<環構造>
<液晶材料の調製又は準備>
液晶材料として、以下の表3に記載の組成比の液晶材料(a)及び(b)を調製した。
なお、液晶材料(a)及び(b)は共に25℃において、液体であり、ネマチック相を示した。
-液晶材料(a)のデルタディレイ値の測定-
次に、図1と同様の回路網になるように、円柱状の同軸管6以外の上記の「使用する機器」の欄に記載の機器をそれぞれ配置、接続して、デルタディレイ測定系(測定機構)を構成した。そして、内径3mm、同軸管本体における液晶材料充填部の長軸方向の長さ30mmの管状の外部導体9中に直径1mmの中心導線8が内装された同軸管6の間隙内に気泡が入らないように上記液晶材料(a)を満たした。その後、液晶材料(a)を充填した同軸管6をベクトルネットワークアナライザ2と接続した後、まずは電圧を印可しない状態での群遅延量である無バイアス下の伝送遅延時間(t0)を測定した。この際に13GHzにおける無バイアス下の伝送遅延時間(t0)は、0.3211(nsec)であった。
その後、同軸コンポーネント(バイアスT)4a,b間に実行電圧(100Vの直流)を印可し、同様に100Vの直流下の群遅延量である実行電圧下での伝送遅延時間(tv)を測定したところ、13GHzにおける実行電圧下の伝送遅延時間(tv)は、0.3290nsecであった。
その後、同様の測定をさらに2回行い、合計3回の無バイアス下の伝送遅延時間(t0)及び実行電圧下の伝送遅延時間(tv)をそれぞれ測定した。
そして、得られた無バイアス下の伝送遅延時間(t0)及び実行電圧下の伝送遅延時間(tv)の値を、処理装置1のパーソナルコンピュータを用いて演算処理・解析を行い、液晶材料(a)のデルタディレイ値(Δt=|tv-t0|)を算出した。なお、伝送遅延時間(tv)及び伝送遅延時間(t0)の測定は、液晶材料が室温(25℃)の条件の下に行った。また、デルタディレイ値の測定において液晶材料(a)を充填した同軸管6をベクトルネットワークアナライザ2と接続した後は終始、ベクトルネットワークアナライザ2から液晶材料に対して、0.1から26.5GHzの範囲の周波数(0.1から26.5GHzまで周波数を連続的増加させ、26.5GHzに到達した際、再び0.1から26.5GHzまで周波数を連続的増加させることを繰り返す)の電磁波(入射信号)を伝搬させていた。その結果を実施例1として表4に示す。
同軸管6の間隙内に気泡が入らないように上記液晶材料(b)を満たす以外は上記液晶材料(a)のデルタディレイ値の測定方法と同様にして、合計3回の無バイアス下の伝送遅延時間(t0)及び実行電圧下の伝送遅延時間(tv)を測定した後、液晶材料(b)デルタディレイ値(Δt=|tv-t0|)を算出した。その結果を実施例2として表5に示す。
-液晶材料(a)の誘電率異方性(Δε)の測定方法-
比較例で使用した誘電率異方性(Δε)測定機構は、同軸管6以外上記実施例で使用したデルタディレイ値の測定機構と同一のものを使用した。液晶材料(a)の誘電率異方性(Δε)の測定では、2つの円柱状の同軸管を使用した。一方は、基準の同軸管として長さ30mmの同軸管を用い、他方は、前記基準の同軸管と同じ直径で長さが80mmの同軸管を比較の同軸管とした。そして、この2つの同軸管に液晶材料(a)をそれぞれ充填した後、「有機分子エレクトロニクスの現状と将来展望論文小特集(10kHz~40GHzにおけるネマチック液晶の誘電測定と可変遅延線への応用)亀井 利久著、第1150頁~第1151頁)に記載の同軸管法に従って誘電率異方性を算出した。具体的には、当該誘電率異方性の測定は、まず、中心導線に電圧を印可しない状態で、30mmの同軸管と80mmの同軸管との測定結果から、13GHzにおけるΔτgとL(ΔL)を求めた。次に中心導線に100VのDC電圧を印可した状態で、同様に13GHzにおけるΔτgとL(ΔL)を求めて、液晶材料(a)の誘電率異方性(Δε)を算出した。なお、誘電率異方性(Δε)の測定は、液晶材料が室温(25℃)の条件の下に行った。その結果を比較例1として表4に示す。また、液晶材料(a)の誘電率異方性(Δε)の測定はそれぞれ3回行った。
同軸管6の間隙内に気泡が入らないように上記液晶材料(b)を満たす以外は、上記液晶材料(a)の誘電率異方性(Δε)の測定方法と同様にして、合計3回の誘電率異方性(Δε)を測定した。その結果を比較例2として表5に示す。
上記表2及び表3の結果から、デルタディレイ値は、誘電率異方性(Δε)の値より変動係数が極めて低いことが確認される。したがって、特定のデルタディレイ値を有する液晶材料であるということは、特定の誘電率異方性(Δε)の値を有する液晶材料と比べて、電気的に均質であることが確認される。特に、実施例2の液晶材料(b)は、実施例1の液晶材料(a)より、デルタディレイが大きくなっても、デルタディレイの変動係数が小さく、電気的により均質な液晶材料を提供することができることが確認された。
そして、液晶材料(c)~(h)を用いて液晶材料(a)及び(b)と同様にデルタディレイ値及び誘電率異方性(Δε)を測定した。結果を表6~12に示す。
2:ベクトルネットワークアナライザ
3a,b:DCブロック用コンデンサ
4a,b:同軸コンポーネント
5a,b:アダプタ
6:同軸管
7:DC電源
8:内部導体
9:外部導体
10:液晶分子
100:デルタディレイ測定系
Claims (7)
- 液晶材料を調製する工程(I)と、
前記液晶材料のデルタディレイ値を測定するデルタディレイ測定機構により、液晶材料を測定する工程(II)と、を有し、
前記デルタディレイ測定機構は、線状の内部導体及び当該内部導体が挿通される間隙を有する外部導体を含む同軸管を1本備え、基準電圧V0を前記内部導体及び前記外部導体間に印加した状態で前記内部導体と前記外部導体との間の前記間隙に充填された前記液晶材料に対して連続的に変化する周波数の電磁波を伝搬させることにより計測される伝送遅延時間t0と、前記基準電圧V0より大きい実行電圧Vを前記内部導体及び前記外部導体間に印加した状態で前記液晶材料に対して前記電磁波を伝搬させることにより計測される伝送遅延時間tvとの差分である前記液晶材料のデルタディレイ値を算出する機構を有する、液晶材料の製造方法。 - 前記電磁波は、0.1~26.5GHzの範囲の周波数を連続的に変化する、請求項1に記載の液晶材料の製造方法。
- 前記伝送遅延時間t0は、前記内部導体及び前記外部導体間に無バイアス状態で前記液晶材料に対して連続的に変化する周波数の電磁波を伝搬させることにより計測される、請求項1又は2に記載の液晶材料の製造方法。
- 前記液晶材料は、-NCS基を有する液晶化合物を含む、請求項1又は2に記載の液晶材料の製造方法。
- 線状の内部導体及び当該内部導体が挿通される間隙を有する外部導体を有する同軸管を1本用いて、前記間隙中に充填された液晶材料中を電磁波が伝搬する伝送遅延時間の変化量であるデルタディレイの測定方法であって、
前記液晶材料を準備する工程と、
前記液晶材料を前記内部導体と前記外部導体との間に充填する工程と、
基準電圧V0を前記内部導体及び前記外部導体間に印加した状態で連続的に変化する周波数の電磁波を前記液晶材料に伝搬させて計測される伝送遅延時間t0と、前記基準電圧V0より大きい実行電圧Vを前記内部導体及び前記外部導体間に印加した状態で前記液晶材料に前記電磁波を伝搬させて計測される伝送遅延時間tvとの差分である前記液晶材料のデルタディレイ値を算出する工程と、を備えるデルタディレイの測定方法。 - 線状の内部導体、当該内部導体が内部に挿通される外部導体及び前記内部導体と前記外部導体との間に液晶材料を充填可能な間隙を有する同軸管1本と、
前記同軸管に電磁波の電気信号を入力し、かつ当該電気信号に応答して出力された電磁波の出力信号を受信する電気信号送受信部と、
前記電気信号送受信部により送受信される前記電気信号及び前記出力信号を解析処理する解析処理部と、を有し、
前記解析処理部は、基準電圧V0を前記内部導体及び前記外部導体間に印加した状態で前記液晶材料に対して連続的に変化する周波数の電磁波を伝搬させることにより計測される伝送遅延時間t0と、前記基準電圧V0より大きい実行電圧Vを前記内部導体及び前記外部導体間に印加した状態で前記液晶材料に対して前記電磁波を伝搬させることにより計測される伝送遅延時間tvとの差分である前記液晶材料のデルタディレイ値を算出することを特徴とする、デルタディレイ値の測定装置。 - 0.01以上のデルタディレイ値を有する液晶材料。
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