[发明专利]液晶组合物及相位控制用元件

说明书

本发明的课题在于谋求一种液晶组合物及相位控制用元件，液晶组合物作为用于频率1GHz～10THz的电磁波信号的相位控制的元件中所使用的材料，所述液晶组合物具有向列相的高上限温度、向列相的低下限温度、进行电磁波信号的相位控制的频率区域中的大介电常数各向异性及小tanδ、以及对热的稳定性，且特性平衡优异。一种液晶组合物，包含选自式(1)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物作为第一成分，且用于1GHz至10THz的任一频率的电磁波信号的相位控制用元件中。

技术领域

本发明涉及一种用于频率1GHz～10THz的电磁波信号的相位控制的元件及所述元件中所使用的液晶组合物。所述组合物具有向列相及正介电常数各向异性。

背景技术

作为大多用于显示器用途的液晶组合物的新颖用途，在使用液晶组合物的进行电磁波的收发的天线等高频技术中的应用受到关注。

具体而言，作为用于频率1GHz～10THz的电磁波信号的相位控制的元件，可列举毫米波段·微波段天线及红外线激光元件等。关于这些元件，研究了各种方式，但因无机械可动部而认为故障少的使用液晶组合物的方式受到关注。

具有介电常数各向异性的液晶组合物在低于进行取向极化的弛豫的频率(弛豫频率)的频率(数100kHz至数100MHz左右以下)下，相对于液晶组合物的取向方向，垂直方向及水平方向的介电常数不同。

在高于弛豫频率的频率、即微波～太赫波(～10THz)的范围内，值也变小，但相对于液晶组合物的取向方向，观察到垂直方向及水平方向的介电常数的差，具有介电常数各向异性。其值在微波～太赫波(～10THz)的范围内大致一定(非专利文献1)。因此，液晶组合物通过根据外场(电场)使分子的取向方向发生变化，而可使一方向上的介电常数发生变化。

只要利用所述性质，则液晶组合物的分子的取向根据来自外部的电场而发生变化，从而可使介电常数发生变化。例如，能够实现可自外部电性控制高频传输线路的传输特性的微波器件。关于此种器件，报告有在波导管中填充向列液晶组合物的电压控制毫米波段可变移相器、或使用向列液晶组合物作为微带线路的电介质基板的微波·毫米波段的宽频可变移相器等(专利文献1及专利文献2)。

另外，近年来，正在进行相对于包含光的电磁波显示出自然界的物质所没有的行为的超材料技术的研究。根据其特性而应用于高频器件、微波器件或天线等技术领域中，并设计了各种电磁波控制元件。作为使用超材料的传输线路的电容控制材料，与相位控制同样，也考虑利用如下液晶组合物：分子取向根据来自外部的电场而发生变化，从而可使介电常数发生变化的液晶组合物。

此种用于电磁波信号的相位控制的元件理想的是具有高增益且低损耗等特性。当考虑高频信号的相位控制时，关于对液晶组合物要求的特性，要求在用于相位控制的频率区域中，能够实现广的相位控制的介电常数各向异性大，以及与液晶组合物的电磁波信号的吸收能量成比例的介电损耗正切(tanδ)小(非专利文献1)。

由于液晶组合物为电介质，因此相对于外场(电场)产生极化(介电极化)。介电常数为表示电介质对于电场的响应的物性量，介电常数的大小与介电极化有关系。产生介电极化的机制大致分为三种。电子极化、离子极化及取向极化。取向极化为伴随偶极矩的取向的极化，如上所示，在数100kHz至数100MHz左右的频率下弛豫，取向极化变小。其结果，高频(微波～太赫波(～10THz)的范围)下的介电极化仅参与电子极化及离子极化。此外，在无损耗的电介质中，介电常数(ε)与折射率(n)有ε＝n²的关系，若考虑液晶组合物的离子极化小，则认为因电子极化所引起的可见光下的折射率各向异性(Δn)越大，高频区域中的介电常数各向异性(Δε)也越进一步变大(非专利文献2)。因此，液晶组合物优选为具有大折射率各向异性。

另外，为了实现所述元件的转换特性及高能量效率，理想的是低驱动电压。因此，液晶组合物优选为在低频率(低于弛豫频率的频率)下也具有大介电常数各向异性。