(57)【要約】【課題】特定の液晶相を発現し、大きな誘電率を示す液晶材料を用いたコンデンサが求められている。【解決手段】  本発明の一態様に係るコンデンサは、互いに対向して配置される一対の電極と、当該一対の電極間に配置された誘電体とを含むコンデンサであって、前記誘電体が、特定の液晶相を発現する温度においてＳＨＧ活性であり且つ１００以上の誘電率を示す液晶材料を含む、前記コンデンサを提供する。また、本発明の一態様に係るコンデンサは、前記電極が多孔質導電体である。【選択図】図４
2018006517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向して配置される一対の電極と、当該一対の電極間に配置された誘電体とを含むコンデンサであって、
前記誘電体が、特定の液晶相を発現する温度においてＳＨＧ活性であり且つ１００以上の誘電率を示す液晶材料を含む、前記コンデンサ。
【請求項２】
前記電極が多孔質導電体である、請求項１に記載のコンデンサ。
【請求項３】
前記液晶材料が前記多孔質導電体に含浸されている、請求項２に記載のコンデンサ。
【請求項４】
前記特定の液晶相を発現する温度における前記液晶材料の誘電率が１０００以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のコンデンサ。
【請求項５】
前記特定の液晶相において、前記液晶材料が強誘電的又は反強誘電的挙動を示す、請求項１〜４のいずれか１項に記載のコンデンサ。
【請求項６】
前記特定の液晶相を発現する温度における前記液晶材料の入射角３０°におけるＳＨＧ光の強度は、前記液晶材料が前記特定の液晶相とは異なる相を発現する温度における前記液晶材料の入射角３０°におけるＳＨＧ光の強度よりも２〜１０倍以上大きい、請求項１〜５のいずれか１項に記載のコンデンサ。
【請求項７】
前記特定の液晶相とは異なる相が、前記液晶材料の結晶相または等方相である、請求項６に記載のコンデンサ。
【請求項８】
前記液晶材料が下記一般式（１）
【化１】
2018006517.tif 000012
（式中、
Ｒ１１は、Ｐ１１−Ｓｐ１１−、水素、または炭素数１〜２０のアルキルであり、このアルキル中の任意の−ＣＨ２−は、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＦ＝ＣＦ−、または−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、このアルキル基中の任意の水素はハロゲンで置き換えられてもよく；
Ｐ１１は、重合性基を表し；
Ｓｐ１１は、単結合またはスペーサー基を表し；
Ｒ１２は、Ｐ１２−Ｓｐ１２−、水素、ハロゲン、−ＣＮ、−Ｎ＝Ｃ＝Ｏ、−Ｎ＝Ｃ＝Ｓ、−ＣＦ３、−ＯＣＦ３、または炭素数１〜３のアルキルであり、このアルキル中の任意の−ＣＨ２−は、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯＯ−、または−ＯＣＯ−で置き換えられてもよく、このアルキル中の任意の−ＣＨ２ＣＨ２−は、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＦ＝ＣＦ−、または−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、このアルキル中の任意の水素はハロゲンで置き換えられてもよく、このアルキル中の−ＣＨ３は−ＣＮで置き換えられてもよく；
Ｐ１２は、重合性基を表し；
Ｓｐ１２は、単結合またはスペーサー基を表し；
Ａ１１〜Ａ１５は独立に、５〜８員環、または炭素数９以上の縮合環であり、これらの環の任意の水素がハロゲン、炭素数１〜５のアルキル、またはハロゲン化アルキルで置き換えられてもよく、この炭素数１〜５のアルキルまたはハロゲン化アルキルの任意の−ＣＨ２−は、−Ｏ−、−Ｓ−、または−ＮＨ−で置き換えられてもよく、前記環の−ＣＨ２−は、−Ｏ−、−Ｓ−、または−ＮＨ−で置き換えられてもよく、前記環の−ＣＨ＝は、−Ｎ＝で置き換えられてもよく；
Ｚ１１〜Ｚ１４は独立に単結合または炭素数１〜８のアルキレンであり、このアルキレン中の任意の−ＣＨ２−は、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＳＯ−、−ＯＣＳ−、−Ｎ＝Ｎ−、−ＣＨ＝Ｎ−、−Ｎ＝ＣＨ−、−Ｎ（Ｏ）＝Ｎ−、または−Ｎ＝Ｎ（Ｏ）−で置き換えられてもよく、このアルキレン中の任意の−ＣＨ２ＣＨ２−は、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＦ＝ＣＦ−、または−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、前記アルキレンの任意の水素は、ハロゲンで置き換えられてもよく；
ｎ１１〜ｎ１３は独立に０または１である）
で表される化合物を含有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載のコンデンサ。
【請求項９】
前記一般式（１）中、ｎ１１＋ｎ１２＋ｎ１３が２または３であり、Ａ１１〜Ａ１４が、下記（Ａ−１）〜（Ａ−５）からなる群から選択され、Ａ１５が、（Ａ−１）〜（Ａ−３）からなる群から選択され、さらに、Ａ１１〜Ａ１５中のハロゲン原子の数の合計が６以上である、請求項８に記載のコンデンサ。
【化２】
2018006517.tif 000013
【請求項１０】
前記液晶材料が下記式（２）および（３）で表される化合物からなる群から選択される少なくとも１つの化合物を含有する、請求項８又は９に記載のコンデンサ。
【化３】
2018006517.tif 000014
（式（２）中、Ｒ２１は、炭素数１〜１２のアルキル、炭素数２〜１２のアルケニル、または炭素数１〜１１のアルコキシであり、Ｚ２１およびＺ２２は独立に、単結合、−ＣＯＯ−、または−ＣＦ２Ｏ−であり、Ｘ２１は、フッ素、塩素、−ＣＦ３、または−ＯＣＦ３であり、Ｌ２１〜Ｌ２３は独立に水素またはフッ素であり、
式（３）中、Ｒ３１は、炭素数１〜１２のアルキルまたは炭素数１〜１１のアルコキシアルキルであり、Ｚ３１およびＺ３２は独立に、単結合、−ＣＯＯ−、または−ＣＦ２Ｏ−であり、Ｘ３１は、フッ素、塩素、−ＣＦ３、または−ＯＣＦ３であり、Ｌ３１〜Ｌ３４は独立に、水素またはフッ素である。）
【請求項１１】
前記液晶材料が、Ｘ３１及びＬ３１〜Ｌ３４中のハロゲン原子の数の合計が４以上である式（３）で表される化合物を３０重量％以上、並びに／又は、Ｘ２１及びＬ２１〜Ｌ２３中のハロゲン原子の数の合計が２以上である式（２）で表される化合物を３０重量％以上含む、請求項１０に記載のコンデンサ。
【請求項１２】
前記一対の電極間にスペーサーが狭持され、前記液晶材料が注入されている、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のコンデンサ。
【請求項１３】
さらに集電極を含む請求項１〜１２のいずれか１項に記載のコンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高誘電率を示す液晶材料を用いたコンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンデンサは互いに対向して配置される一対の電極と、その一対の電極間に配置される誘電体とからなり、電極間に電圧を印加することにより電荷が蓄えられ、短絡させることにより、その蓄えられた電荷が放出される素子である。
コンデンサの静電容量Ｃ（Ｆ：ファラド）は、下式（１）で表される。
Ｃ = εＳ×ε０×Ｓ／ｄ  ・・・・・（１）
式（１）中、εＳは使用する誘電体の比誘電率、ε０は真空の誘電率、Ｓは電極面積（ｍ２）、ｄは電極間距離（ｍ）である。
また、コンデンサに蓄えられる電荷の量Ｑ（Ｃ：クーロン）は、下式（２）で表される。
Ｑ＝ＣＶ  ・・・・・（２）
式（２）中、Ｃは静電容量（Ｆ）、Ｖは印加電圧（Ｖ）である。
コンデンサに蓄えられるエネルギーＥ（Ｊ：ジュール）は下式（３）で表される。
Ｅ＝Ｃ×Ｖ２／２  ・・・・・（３）
コンデンサは、化学電池と異なり、エネルギーを変換することなくそのまま蓄えるので、急速な充放電に適しているが、蓄えうるエネルギーは化学電池に比べて小さい。
【０００３】
コンデンサに蓄えられるエネルギーは、式（３）より、電圧を高くするか、静電容量を大きくすることにより、大きくなる。式（１）より、静電容量を大きくするためには、電極面積を大きくし、比誘電率の大きな誘電体を使用することが有効であることがわかる。
【０００４】
特許文献１（国際公開番号ＷＯ９９／２２３８８）には、誘電体として比誘電率が２５００とされる液晶材料を用い、電極として比表面積が大きな活性炭を用いたコンデンサが開示されている。特許文献１で用いられる液晶材料は、非特許文献１によると、K 50 SC* 54 SA66 I（ここで、Ｋは結晶相、ＳＣ＊は、キラルスメクチックＣ相、ＳＡはスメクチックＡ相、Ｉは等方相を表す）の相系列を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開番号ＷＯ９９／２２３８８
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Molecular Crystals and Liquid Crystals, Letters Section (1986), 4, (2), 31-37
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載のコンデンサは液体誘電体としてスメクチック相を発現する液晶材料を用いているが、スメクチック相での液晶材料は流動性に乏しく、振動や衝撃に弱い。流動性を有する液晶材料を用いたコンデンサであって、振動や衝撃に強く、高いエネルギー密度及び高い出力密度を有するコンデンサを大きなエネルギーを蓄えられるコンデンサが求められている。
【０００８】
このような状況の下、特定の液晶相を発現する液晶材料であって、該特定の液晶相において流動性を有し且つ大きな誘電率を示す前記液晶材料を用いたコンデンサが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の発明者らは、特定の液晶相を発現する液晶材料が流動性を有し、大きな誘電率を示すことを見出し、該液晶材料をコンデンサに用いることで、本発明の課題を解決するに至った。
【００１０】
本発明には以下の態様の発明が含まれる。
［１］
互いに対向して配置される一対の電極と、当該一対の電極間に配置された誘電体とを含むコンデンサであって、
前記誘電体が、特定の液晶相を発現する温度においてＳＨＧ活性であり且つ１００以上の誘電率を示す液晶材料を含む、前記コンデンサ。
［２］
前記電極が多孔質導電体である、［１］に記載のコンデンサ。
［３］
前記液晶材料が前記多孔質導電体に含浸されている、［２］に記載のコンデンサ。
［４］
前記特定の液晶相を発現する温度における前記液晶材料の誘電率が１０００以上である、［１］〜［３］のいずれかに記載のコンデンサ。
［５］
前記特定の液晶相において、前記液晶材料が強誘電的又は反強誘電的挙動を示す、［１］〜［４］のいずれかに記載のコンデンサ。
［６］
前記特定の液晶相を発現する温度における前記液晶材料の入射角３０°におけるＳＨＧ光の強度は、前記液晶材料が前記特定の液晶相とは異なる相を発現する温度における前記液晶材料の入射角３０°におけるＳＨＧ光の強度よりも２〜１０倍以上大きい、［１］〜［５］のいずれかに記載のコンデンサ。
［７］
前記特定の液晶相とは異なる相が、前記液晶材料の結晶相または等方相である、［６］に記載のコンデンサ。
［８］
前記液晶材料が下記一般式（１）
【化１】
2018006517.tif 000003
（式中、
Ｒ１１は、Ｐ１１−Ｓｐ１１−、水素、または炭素数１〜２０のアルキルであり、このアルキル中の任意の−ＣＨ２−は、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＦ＝ＣＦ−、または−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、このアルキル基中の任意の水素はハロゲンで置き換えられてもよく；
Ｐ１１は、重合性基を表し；
Ｓｐ１１は、単結合またはスペーサー基を表し；
Ｒ１２は、Ｐ１２−Ｓｐ１２−、水素、ハロゲン、−ＣＮ、−Ｎ＝Ｃ＝Ｏ、−Ｎ＝Ｃ＝Ｓ、−ＣＦ３、−ＯＣＦ３、または炭素数１〜３のアルキルであり、このアルキル中の任意の−ＣＨ２−は、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯＯ−、または−ＯＣＯ−で置き換えられてもよく、このアルキル中の任意の−ＣＨ２ＣＨ２−は、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＦ＝ＣＦ−、または−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、このアルキル中の任意の水素はハロゲンで置き換えられてもよく、このアルキル中の−ＣＨ３は−ＣＮで置き換えられてもよく；
Ｐ１２は、重合性基を表し；
Ｓｐ１２は、単結合またはスペーサー基を表し；
Ａ１１〜Ａ１５は独立に、５〜８員環、または炭素数９以上の縮合環であり、これらの環の任意の水素がハロゲン、炭素数１〜５のアルキル、またはハロゲン化アルキルで置き換えられてもよく、この炭素数１〜５のアルキルまたはハロゲン化アルキルの任意の−ＣＨ２−は、−Ｏ−、−Ｓ−、または−ＮＨ−で置き換えられてもよく、前記環の−ＣＨ２−は、−Ｏ−、−Ｓ−、または−ＮＨ−で置き換えられてもよく、前記環の−ＣＨ＝は、−Ｎ＝で置き換えられてもよく；
Ｚ１１〜Ｚ１４は独立に単結合または炭素数１〜８のアルキレンであり、このアルキレン中の任意の−ＣＨ２−は、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＳＯ−、−ＯＣＳ−、−Ｎ＝Ｎ−、−ＣＨ＝Ｎ−、−Ｎ＝ＣＨ−、−Ｎ（Ｏ）＝Ｎ−、または−Ｎ＝Ｎ（Ｏ）−で置き換えられてもよく、このアルキレン中の任意の−ＣＨ２ＣＨ２−は、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＦ＝ＣＦ−、または−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、前記アルキレンの任意の水素は、ハロゲンで置き換えられてもよく；
ｎ１１〜ｎ１３は独立に０または１である）
で表される化合物を含有する、［１］〜［７］のいずれかに記載のコンデンサ。
［９］
前記一般式（１）中、ｎ１１＋ｎ１２＋ｎ１３が２または３であり、Ａ１１〜Ａ１４が、下記（Ａ−１）〜（Ａ−５）からなる群から選択され、Ａ１５が、（Ａ−１）〜（Ａ−３）からなる群から選択され、さらに、Ａ１１〜Ａ１５中のハロゲン原子の数の合計が６以上である、［８］に記載のコンデンサ。
【化２】
2018006517.tif 000004
［１０］
前記液晶材料が下記式（２）および（３）で表される化合物からなる群から選択される少なくとも１つの化合物を含有する、［８］又は［９］に記載のコンデンサ。
【化３】
2018006517.tif 000005
（式（２）中、Ｒ２１は、炭素数１〜１２のアルキル、炭素数２〜１２のアルケニル、または炭素数１〜１１のアルコキシであり、Ｚ２１およびＺ２２は独立に、単結合、−ＣＯＯ−、または−ＣＦ２Ｏ−であり、Ｘ２１は、フッ素、塩素、−ＣＦ３、または−ＯＣＦ３であり、Ｌ２１〜Ｌ２３は独立に水素またはフッ素であり、
式（３）中、Ｒ３１は、炭素数１〜１２のアルキルまたは炭素数１〜１１のアルコキシアルキルであり、Ｚ３１およびＺ３２は独立に、単結合、−ＣＯＯ−、または−ＣＦ２Ｏ−であり、Ｘ３１は、フッ素、塩素、−ＣＦ３、または−ＯＣＦ３であり、Ｌ３１〜Ｌ３４は独立に、水素またはフッ素である。）
［１１］
前記液晶材料が、Ｘ３１及びＬ３１〜Ｌ３４中のハロゲン原子の数の合計が４以上である式（３）で表される化合物を３０重量％以上、並びに／又は、Ｘ２１及びＬ２１〜Ｌ２３中のハロゲン原子の数の合計が２以上である式（２）で表される化合物を３０重量％以上含む、［１０］に記載のコンデンサ。
［１２］
前記一対の電極間にスペーサーが狭持され、前記液晶材料が注入されている［１］〜［１１］のいずれかに記載のコンデンサ。
［１３］
さらに集電極を含む［１］〜［１２］のいずれかに記載のコンデンサ。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一態様に係るコンデンサは、特定の液晶相を発現する液晶材料であって、特定の液晶相において流動性を有する前記液晶材料を用いており、振動や衝撃に弱いという問題が解消される。また、本発明の一態様は、高いエネルギー密度及び高い出力密度を有するコンデンサを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一態様に係るコンデンサの模式図である。
【図２】本発明の一態様に係るコンデンサに用いる液晶材料のＰＯＭ（偏光顕微鏡）画像である。
【図３】本発明の一態様に係るコンデンサの模式図である。
【図４】本発明の一態様に係るコンデンサに用いる液晶材料の誘電緩和スペクトル図である。
【図５】本発明の一態様に係るコンデンサに用いる液晶材料のＳＨＧ光強度スペクトル図である。
【図６】従来の有機材料のＳＨＧ光強度スペクトル図である。
【図７】本発明の一態様に係るコンデンサに用いる液晶材料のＳＨＧ光強度スペクトル図である。
【図８】本発明の一態様に係るコンデンサに用いる液晶材料に含まれる化合物の濃度と誘電率との関係を示すグラフである。
【図９】本発明の一態様に係るコンデンサのスイッチング電流応答特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書において、
「液晶化合物」とは、メソゲン部位（mesogen）を有する有機化合物を表し、液晶相を発現する有機化合物に限定されない。具体的には、ネマチック相、スメクチック相などの液晶相を発現する有機化合物および液晶相を有しないが液晶組成物の成分として有用な有機化合物の総称である。
「液晶媒体」とは、液晶相を発現する組成物、または当該組成物と他の材料との複合体の総称である。
「液晶材料」とは、液晶化合物および液晶媒体の総称である。
「特定の液晶相」とは、ＳＨＧ（第２次高調波発生（Second harmonic generator））光の強度が、同じ液晶材料の他の相（例えば等方相）、または５ＣＢ（4-pentyl-4’-cyanobiphenyl）などの他の一般的液晶材料と比べて極端に大きい相である。この相において、１００以上の大きな誘電率を示し、誘電率の温度特性も穏やかとなる。なお、本明細書中、「特定の液晶相」を「Sandy相」と称することがある。Sandy相という語は、その特徴的な偏光顕微鏡像から名付けられた造語である。特定の液晶相（Sandy相）では特異的に、高い強度のＳＨＧ光を観測できる。また、特定の液晶相における液晶材料は、流動性を有する。
「素子」とは、液晶材料を用いた素子である。「素子」には、特定の液晶相を発現する温度において１００以上、好ましくは１０００以上の誘電率を示す液晶材料を有する素子であって、前記特定の液晶相を発現する温度で前記液晶材料に電圧を印加する構成をさらに有する前記素子も含まれる。また「素子」を「液晶素子」と称する場合もある。
「コンデンサ」とは、液晶材料を用いた素子であって、電荷を蓄え放出する素子である。コンデンサをキャパシタと称することもある。
「誘電率」とは、無次元の比誘電率を表す。
「ネマチック相」には、ネマチック相に加えて、サイボタクチックネマチック相も含まれる。
【００１４】
本明細書において、「液晶化合物」、「液晶組成物」、及び「液晶素子」をそれぞれ「化合物」、「組成物」、及び「素子」と略すことがある。液晶相の上限温度は、液晶相−等方相の相転移温度であり、「相転移温度」のことを、単に「透明点」または「上限温度」と略すことがある。液晶相の下限温度を単に「下限温度」と略すことがある。
【００１５】
本明細書において、特に断りが無ければ、百分率で表した化合物の量は組成物の全量に基づいた重量百分率（重量％）である。
【００１６】
本明細書中、「アルキル」は、直鎖でも分岐鎖でもよく、具体例としては、−ＣＨ３、−Ｃ２Ｈ５、−Ｃ３Ｈ７、−Ｃ４Ｈ９、−Ｃ５Ｈ１１、−Ｃ６Ｈ１３、−Ｃ７Ｈ１５、−Ｃ８Ｈ１７、−Ｃ９Ｈ１９、−Ｃ１０Ｈ２１、−Ｃ１１Ｈ２３、または−Ｃ１２Ｈ２５が挙げられる。また、「アルキル」の具体例としては、−Ｃ１３Ｈ２７、−Ｃ１４Ｈ２９、−Ｃ１５Ｈ３１、−Ｃ１６Ｈ３３、−Ｃ１７Ｈ３５、−Ｃ１８Ｈ３７、−Ｃ１９Ｈ３９、または−Ｃ２０Ｈ４１等が挙げられる。
【００１７】
本明細書中、「アルケニル」は、直鎖でも分岐鎖でもよく、具体例としては、−ＣＨ＝ＣＨ２、−ＣＨ＝ＣＨＣＨ３、−ＣＨ２ＣＨ＝ＣＨ２、−ＣＨ＝ＣＨＣ２Ｈ５、−ＣＨ２ＣＨ＝ＣＨＣＨ３、−（ＣＨ２）２−ＣＨ＝ＣＨ２、−ＣＨ＝ＣＨＣ３Ｈ７、−ＣＨ２ＣＨ＝ＣＨＣ２Ｈ５、−（ＣＨ２）２−ＣＨ＝ＣＨＣＨ３、または−（ＣＨ２）３−ＣＨ＝ＣＨ２が挙げられる。また、「アルケニル」の具体例としては、−（ＣＨ２）４−ＣＨ＝ＣＨ２、−（ＣＨ２）５−ＣＨ＝ＣＨ２、−（ＣＨ２）６−ＣＨ＝ＣＨ２、−（ＣＨ２）７−ＣＨ＝ＣＨ２、−（ＣＨ２）８−ＣＨ＝ＣＨ２、−（ＣＨ２）９−ＣＨ＝ＣＨ２、または−（ＣＨ２）１０−ＣＨ＝ＣＨ２等が挙げられる。
【００１８】
本明細書中、「アルキニル」は、直鎖でも分岐鎖でもよく、具体例としては、−Ｃ≡ＣＨ、−Ｃ≡ＣＣＨ３、−ＣＨ２Ｃ≡ＣＨ、−Ｃ≡ＣＣ２Ｈ５、−ＣＨ２Ｃ≡ＣＣＨ３、−（ＣＨ２）２−Ｃ≡ＣＨ、−Ｃ≡ＣＣ３Ｈ７、−ＣＨ２Ｃ≡ＣＣ２Ｈ５、−（ＣＨ２）２−Ｃ≡ＣＣＨ３、または−Ｃ≡Ｃ（ＣＨ２）５が挙げられる。
【００１９】
本明細書中、「アルコキシ」は、直鎖でも分岐鎖でもよく、具体例としては、−ＯＣＨ３、−ＯＣ２Ｈ５、−ＯＣ３Ｈ７、−ＯＣ４Ｈ９、−ＯＣ５Ｈ１１、−ＯＣ６Ｈ１３および−ＯＣ７Ｈ１５、−ＯＣ８Ｈ１７、−ＯＣ９Ｈ１９、−ＯＣ１０Ｈ２１、または−ＯＣ１１Ｈ２３が挙げられる。
【００２０】
本明細書中、「アルコキシアルキル」は、直鎖でも分岐鎖でもよく、具体例としては、−ＣＨ２ＯＣＨ３、−ＣＨ２ＯＣ２Ｈ５、−ＣＨ２ＯＣ３Ｈ７、−（ＣＨ２）２−ＯＣＨ３、−（ＣＨ２）２−ＯＣ２Ｈ５、−（ＣＨ２）２−ＯＣ３Ｈ７、−（ＣＨ２）３−ＯＣＨ３、−（ＣＨ２）４−ＯＣＨ３、または−（ＣＨ２）５−ＯＣＨ３が挙げられる。また、「アルコキシアルキル」の具体例としては、−（ＣＨ２）６−ＯＣＨ３、−（ＣＨ２）７−ＯＣＨ３、−（ＣＨ２）８−ＯＣＨ３、−（ＣＨ２）９−ＯＣＨ３、または−（ＣＨ２）１０−ＯＣＨ３等が挙げられる。
【００２１】
本明細書中、「アルケニルオキシ」は、直鎖でも分岐鎖でもよく、具体例としては、−ＯＣＨ２ＣＨ＝ＣＨ２、−ＯＣＨ２ＣＨ＝ＣＨＣＨ３、または−ＯＣＨ２ＣＨ＝ＣＨＣ２Ｈ５が挙げられる。
【００２２】
本明細書中、「ハロゲン」の具体例としては、フッ素、塩素、臭素、またはヨウ素が挙げられる。
【００２３】
本明細書中、「重合性基」の具体例としてはアクリル基、メタクリル基、ビニルオキシ基、イソシアナート基、イソチオシアナート基、エポキシ基、アジリジン基、アズラクトン基、クロロ−ｓ−トリアジン基、またはβ−クロロエチルアミのスルホニル基等が挙げられるがこれらに限定されない。
【００２４】
本明細書中、「スペーサー基」の具体例としては、−Ｃ２Ｈ４−、−Ｃ３Ｈ６−、−Ｃ４Ｈ８−、−Ｃ５Ｈ１０−、−Ｃ６Ｈ１２−、−Ｃ７Ｈ１４−、−Ｃ８Ｈ１６−、−Ｃ９Ｈ１８−、もしくは−Ｃ１０Ｈ２０−等、またはこれらの基の１個以上のＣＨ２が酸素やＣＯＯに置き換えられた基が挙げられるがこれに限定されない。ただし、酸素原子は隣り合わない。
【００２５】
以下、図面を参照して、本発明の一態様に係るコンデンサ及び該コンデンサの誘電体として用いる液晶材料についてより詳細に説明する。
【００２６】
１．コンデンサ
本発明の一態様に係るコンデンサは、互いに対向して配置される一対の電極と、当該一対の電極間に配置された誘電体とを含み、前記誘電体が、特定の液晶相を発現する温度においてＳＨＧ活性であり且つ１００以上の誘電率を示す液晶材料を含む。
【００２７】
また、本発明の一態様に係るコンデンサでは、前記電極は比較的大きな比表面積を有する導電体であって、好ましくは多孔質導電体である。ここで、当該比表面積は、好ましくは９６０ｍ２／ｇ以上である。また、本発明の一態様に係るコンデンサでは、前記液晶材料が前記多孔質導電体に含浸されている。また、本発明の一態様に係るコンデンサは、下記式（１）〜（３）に示す化合物のうちの少なくとも１種の化合物を含む液晶材料が特定の液晶相を発現する温度において動作されるコンデンサである。また、本発明の一態様に係るコンデンサは、該複合材料が特定の液晶相以外の他の相を発現する状態で、動作されてもよい。また、本発明の一態様に係るコンデンサでは、必要に応じてセパレータ、スペーサ、および集電極をさらに含む。
【００２８】
２．液晶材料
本発明の一態様に係るコンデンサの誘電体として用いる液晶材料は、下記特徴のうちの１つ以上を呈する。
（ａ）特定の液晶相を発現する温度において、液晶材料に印加する交流電圧の周波数（測定周波数）の広い範囲で１００以上の高い誘電率を示し、好ましくは１０００以上の高い誘電率を示し、最大１００００以上の高い誘電率を示す。
（ｂ）−４０〜室温〜１５０℃のいずれかの温度、好ましくは−３０〜１００℃のいずれかの温度、さらに好ましくは特定の液晶相を発現する温度範囲で、１０００以上の高誘電率を示す。
（ｃ）特定の液晶相よりも高温側で発現するネマチック相における緩和周波数より、低温側の特定の液晶相における緩和周波数が高い周波数域にある。なお、一般的に、通常の液晶材料では、低温時に粘度が上がることにより応答できる周波数が低下するため、低温側の緩和周波数は、高温側の緩和周波数よりも低い。
（ｄ）特定の液晶相を発現する状態では、高い正の誘電率異方性Δε（εpara−εperp）を呈する。
【００２９】
本発明の一態様に係るコンデンサの誘電体として用いる液晶材料は、バルク（界面と接しない本体部分）においてＳＨＧを発現する。ＳＨＧの発現の必要条件は系の非対称性であることを考慮すると、ＳＨＧを示すことがある該液晶材料は、特定の液晶相において非対称性を有する。このことから、一般的な液晶材料に比べて、本発明の一態様に係るコンデンサに用いられる液晶材料は、特定の液晶相において、バルクにおいても、より多くの分子の平行会合（分子の双極子モーメントの向きが略同一方向に揃って会合した状態）を有し、その結果、極めて大きな誘電率を発現すると推定される。
【００３０】
より詳細には、本発明の一態様に係るコンデンサに用いられる液晶材料は、特定の液晶相を発現する液晶材料であって、該特定の液晶相を発現する温度において、誘電率の値が１００以上である。本発明の一態様に係るコンデンサに用いられる液晶材料は、下記一般式（１）の化合物を含み、３０重量％以上、好ましくは５０重量％以上、さらに好ましくは８０重量％以上含む。
【化１】
2018006517.tif 000006
【００３１】
式（１）中、Ｒ１１は、Ｐ１１−Ｓｐ１１−、水素、または炭素数１〜２０のアルキルであり、このアルキル中の任意の−ＣＨ２−は、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＦ＝ＣＦ−、または−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、このアルキル基中の任意の水素はハロゲンで置き換えられてもよい。ここで、Ｐ１１は重合性基を表し、Ｓｐ１１は単結合またはスペーサー基を表す。好ましくは、Ｒ１１は、炭素数１〜７のアルキルであり、このアルキル中の任意の−ＣＨ２−が、−Ｏ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、または−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、該アルキル基の任意の水素がハロゲンに置き換えられてもよい。
【００３２】
Ｒ１２は、Ｐ１２−Ｓｐ１２−、水素、ハロゲン、−ＣＮ、−Ｎ＝Ｃ＝Ｏ、−Ｎ＝Ｃ＝Ｓ、−ＣＦ３、−ＯＣＦ３、または炭素数１〜３のアルキルであり、このアルキル中の任意の−ＣＨ２−は、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯＯ−、または−ＯＣＯ−で置き換えられてもよく、このアルキル中の任意の−ＣＨ２ＣＨ２−は、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＦ＝ＣＦ−、または−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、このアルキル中の任意の水素はハロゲンで置き換えられてもよく、このアルキル中の−ＣＨ３は−ＣＮで置き換えられてもよい。ここで、Ｐ１２は重合性基を表し、Ｓｐ１２は単結合またはスペーサー基を表す。好ましくは、Ｒ１２は、ハロゲン、−ＣＮ、−Ｎ＝Ｃ＝Ｓ、−ＣＦ３、−ＯＣＦ３、または炭素数１〜３のアルキルであり、このアルキルの任意の水素がハロゲンで置き換えられていてもよい。
【００３３】
Ａ１１〜Ａ１５は独立に、５〜８員環または炭素数９以上の縮合環であり、これらの環の任意の水素がハロゲン、炭素数１〜５のアルキル、またはハロゲン化アルキルで置き換えられてもよい。この炭素数１〜５のアルキルまたはハロゲン化アルキルの任意の−ＣＨ２−は、−Ｏ−、−Ｓ−、または−ＮＨ−で置き換えられてもよく、該環の−ＣＨ２−は、−Ｏ−、−Ｓ−、または−ＮＨ−で置き換えられてもよく、該環の−ＣＨ＝は、−Ｎ＝で置き換えられてもよい。好ましくは、Ａ１１〜Ａ１４が、下記（Ａ−１）〜（Ａ−５）からなる群から選択される環であり、Ａ１５が、下記（Ａ−１）〜（Ａ−３）からなる群から選択される環である。さらに、Ａ１１〜Ａ１５中のハロゲン原子の数の合計が６以上である上記一般式（１）の化合物は、誘電率異方性が比較的大きくなるため、このような化合物を比較的多く含む液晶材料は特定の液晶相を発現しやすくなる。本発明の一態様に係るコンデンサの誘電体は、Ａ１１〜Ａ１５中のハロゲン原子の数の合計が６以上である上記一般式（１）の化合物を、液晶材料の総重量に対して３０重量％以上、好ましくは５０重量％以上、さらに好ましくは８０重量％以上含有する液晶材料を含む。
【化２】
2018006517.tif 000007
【００３４】
Ｚ１１〜Ｚ１４は独立に、単結合または炭素数１〜８のアルキレンであり、このアルキレン中の任意の−ＣＨ２−は、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＳＯ−、−ＯＣＳ−、−Ｎ＝Ｎ−、−ＣＨ＝Ｎ−、−Ｎ＝ＣＨ−、−Ｎ（Ｏ）＝Ｎ−、または−Ｎ＝Ｎ（Ｏ）−で置き換えられてもよく、このアルキレン中の任意の−ＣＨ２ＣＨ２−は、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＦ＝ＣＦ−、または−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられてもよく、任意の水素はハロゲンで置き換えられてもよい。好ましくは、Ｚ１１〜Ｚ１４は独立に、単結合、−ＣＯＯ−、または−ＣＦ２Ｏ−である。さらに好ましくは、Ｚ１１〜Ｚ１４のうちの少なくとも一つは、−ＣＯＯ−または−ＣＦ２Ｏ−である。
【００３５】
そして、ｎ１１〜ｎ１３は独立に、０または１であるであるが、好ましくは、ｎ１１〜ｎ１３の合計（ｎ１１＋ｎ１２＋ｎ１３）が２または３である。
【００３６】
また、本発明の一態様に係るコンデンサに用いられる液晶材料は、下記式（２）および（３）で表される化合物からなる群から選択される少なくとも１つの化合物を３０重量％以上、好ましくは５０重量％以上、さらに好ましくは８０重量％以上含んでいてもよい。
【化３】
2018006517.tif 000008
【００３７】
式（２）中、Ｒ２１は、炭素数１〜１２のアルキル、炭素数２〜１２のアルケニル、または炭素数１〜１１のアルコキシであり、Ｚ２１およびＺ２２は独立して、単結合、−ＣＯＯ−、または−ＣＦ２Ｏ−であり、Ｘ２１は、フッ素、塩素、−ＣＦ３、または−ＯＣＦ３であり、Ｌ２１〜Ｌ２３は独立して、水素またはフッ素である。また、式（３）中、Ｒ３１は、炭素数１〜１２のアルキルまたは炭素数１〜１１のアルコキシアルキルであり、Ｚ３１およびＺ３２は独立して、単結合、−ＣＯＯ−、または−ＣＦ２Ｏ−であり、Ｘ３１は、フッ素、塩素、−ＣＦ３、または−ＯＣＦ３であり、Ｌ３１〜Ｌ３４は独立して、水素またはフッ素である。
【００３８】
さらに、Ｘ２１及びＬ２１〜Ｌ２３中のハロゲン原子の数の合計が２以上である上記式（２）の化合物は、誘電率異方性が比較的大きくなるため、このような化合物を含む液晶材料は特定の液晶相を発現しやすくなる。同様に、Ｘ３１及びＬ３１〜Ｌ３４中のハロゲン原子の数の合計が４以上である上記式（３）の化合物は、誘電率異方性が比較的大きくなるため、このような化合物を含む液晶材料は特定の液晶相を発現しやすくなる。本発明の一態様に係るコンデンサの誘電体は、Ｘ２１及びＬ２１〜Ｌ２３中のハロゲン原子の数の合計が２以上である上記式（２）の化合物を３０重量％以上、好ましくは５０重量％以上、さらに好ましくは８０重量％含有する液晶材料を含む。また、本発明の一態様に係るコンデンサの誘電体は、Ｘ３１及びＬ３１〜Ｌ３４中のハロゲン原子の数の合計が４以上である上記式（３）の化合物を３０重量％以上、好ましくは５０重量％以上、さらに好ましくは８０重量％含有する液晶材料を含む。また、本発明の一態様に係るコンデンサの誘電体は、Ｘ２１及びＬ２１〜Ｌ２３中のハロゲン原子の数の合計が２以上である上記式（２）の化合物並びにＸ３１及びＬ３１〜Ｌ３４中のハロゲン原子の数の合計が４以上である上記式（３）の化合物をそれぞれ３０重量％以上含有する液晶材料を含む。ただし、両化合物の総重量は、該液晶材料の総重量に対して１００重量％を超えない。
【００３９】
また、本発明の一態様に係るコンデンサに用いられる液晶材料は、メソゲン部位を有さない重合体および／または、メソゲン部位を有する重合体を含んでいてもよい。また、メソゲン部位を有する重合体として、末端にＲ１１としてＰ１１−Ｓｐ１１−を有する一般式（１）に示す化合物が重合してできた重合体を含んでいてもよい。重合性基Ｐ１１は、例えばアクリル基、メタクリル基、ビニル基、イソシアナート基、イソチオシアナート基、エポキシ基、アジリジン基、またはアズラクトン基等である。該重合体には、重合開始剤、硬化剤、触媒、安定剤、二色性色素、またはフォトクロミック化合物等を、該液晶材料の効果を損なわない範囲で含まれていてもよい。
【００４０】
また、本発明の一態様に係るコンデンサの誘電体として用いることができる複合材料は、上記式（１）〜（３）に示す化合物のうちの少なくとも１種の化合物と高分子化合物との複合材料であってもよく、例えば、液晶材料内に高分子のネットワークが形成されていてもよい。該複合材料は、高分子と液晶材料を溶媒中で溶解し、溶媒を蒸発させることで得ることができる。また、溶媒を用いずに、高分子化合物と液晶材料を好ましくは等方相を発現する温度で溶解させ混合した後、冷却することで得ることができる。また、液晶材料中に、モノマーを添加し混合した後、該モノマーを熱または光により重合させることにより、該複合材料を得ることができる。なおこの場合、該複合材料は重合開始剤等をさらに含んでいてもよい。また、必要に応じて、該複合材料には、加圧成形処理、又は高い電圧（数ｋＶ）を印加するポーリング処理（分極処理）を施して、該複合材料中の液晶材料（化合物）の分極方向を予め揃えておくようにしてもよい。なお、該複合材料は、いずれの製法により得られたものであってもよく、またここで挙げた製法で形成されたものに特に限定されない。
【００４１】
３．電極
本発明の一態様に係るコンデンサに用いる一対の電極であって、それらの間に誘電体が配置される前記電極は、比表面積が大きければ特に限定されないが、多孔質導電体を用いることができる。このような多孔質導電体として、具体的にはタンタル、ニオブ、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、マグネシウム、ハフニウム等の金属材料（被膜形成金属）からなる電極や活性炭織布が挙げられる。本発明の一態様に係るコンデンサでは、誘電体として用いる上記液晶材料が含浸された多孔質導電体を電極（分極性電極ともいう）として用いてもよい。本発明の一態様に係るコンデンサでは、活性炭微粒子またはカーボンナノチューブやフラーレン等の導電性のナノ構造体を付けた金属板を電極として用いてもよい。
【００４２】
多孔質導電体は一般的に、約５０ｎｍ以上の細孔径を有するマクロ孔、約２ｎｍ〜約５０ｎｍの細孔径を有するメソ孔、及び約２ｎｍ以下の細孔径を有するミクロ孔を含む。多孔質導電体を電極として用いる場合、液晶材料の分子が孔内に侵入し、電界の印加に応じてその向きを変更できるように、多孔質導電体の孔（特にマクロ孔及びメソ孔）の大きさは、液晶材料の分子よりも大きいことが好ましい。例えば、後述する化合物ＤＩＯ−３の１分子の長軸の長さは、約５ｎｍであるため、多孔質導電体を電極として用いる場合には、大きさが５ｎｍを超える孔の割合が大きいものを選択するようにするとよい。
【００４３】
また、本発明の一態様に係るコンデンサは、さらに集電極を含んでいてもよく、前記集電極として、電気伝導率が比較的大きい金、銀、銅、又はアルミニウムなどの金属板又金属箔を用いてもよい。
【００４４】
図１は、活性炭織布１１を電極に用いた本発明の一態様に係るコンデンサ１０の模式図である。具体的には、コンデンサ１０は、液晶材料（例えば後述する化合物ＤＩＯ−３）の溶液が含浸された一対の活性炭織布１１（分極性電極）、活性炭織布１１で挟まれたビーズスペーサ１２（スペーサ）、該液晶材料の電解液１３、及び活性炭織布１１それぞれに接続されたアルミ箔１４（集電極）を備える。図１（ｂ）は、コンデンサ１０を一部拡大した模式図あり、図中矢印は、該コンデンサに電圧が印加された時の液晶材料（例えば化合物ＤＩＯ−３）分子の分極方向を表す。活性炭織布１１に形成された複数の孔１１ａに、液晶材料が入り込むため、該液晶材料に接する比表面積は比較的大きい。なお、図１（ｂ）ではスペーサ１２は省略して描かれている。
【００４５】
コンデンサ１０は、限定されないが以下の方法により製造してもよい。まず、一対の電極となる活性炭織布（例えば、UEDA ENVIRONMENTAL SOLUTIONS社製、品番「UCG-CPT」（BET Surface Area: 1,727.5948 m2/g、Langmuir Surface Area: 2,338.5818 m2/g、t-Plot Micropore Area: 997.9296 m2/g）を適当な大きさに切りとり（例えば２０ｍｍの円形）、その後、該活性炭織布を真空下で融点温度以上（例えば、後述する化合物ＤＩＯ−３を用いる場合は１００℃以上）に加熱された液晶材料の溶液に浸した後、温度を保ったまま常圧に戻し、該活性炭織布を加圧することで液晶材料の溶液を活性炭織布中に浸透させる。このようにして、液晶材料が含浸された活性炭織布から一対の分極性電極を作製する。スペーサとして例えば合成樹脂製のビーズスペーサを使用し、該電極間の距離を一定に保持し、活性炭織布にアルミ箔等の集電極を取り付け、ステンレス製の外装缶等で収容することでコンデンサ１０を作製する。なお、該集電極は配線を介して充電用電源及び／又は放電用負荷などに接続される。このコンデンサ１０に１００℃及び常圧において、さらに誘電体として液晶材料の溶液をキャピラリー注入する。このようにして、液晶材料を用いたコンデンサを作製する（図１）。
【００４６】
また、本発明の一態様は、液晶材料として用いたコンデンサ、該コンデンサの温度を検知する温度センサ、及び該コンデンサの温度を制御する温度制御手段（例えば放熱体、フィン、ヒーター、水冷器、保温材、断熱材などの任意の組み合わせ）を具備する蓄電モジュールである。該温度センサは、熱電対、側温抵抗体、放射温度計、又は熱膨張温度計等を用いた温度センサであってもよい。該温度制御手段は、該温度センサからの情報を基に、液晶材料が結晶相を発現する温度を超える温度（例えば後述する化合物ＤＩＯ−３を用いる場合は約３０℃以上、好ましくは特定の液晶相を発現する温度（３０℃〜６７℃））に該コンデンサを保つように機能する。
【実施例】
【００４７】
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例によっては制限されない。なお特に言及のない限り、「％」は「重量％」を意味する。
【００４８】
［実施例１］（化合物ＤＩＯ−３の相転移温度）
本実施例及び下記実施例では、上記式（３）に示す化合物のＲ３１が炭素数３のアルキル基であり、Ｌ３３が水素であり、Ｚ３２が単結合であり、Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ３４、およびＸ３１がフッ素であり、Ｚ３１が−ＣＯＯ−である下記式（４）で表される化合物ＤＩＯ−３を液晶材料として用いた。
【化４】
2018006517.tif 000009
【００４９】
無配向処理セル、水平配向処理セル、および垂直配向処理セルの３種類のセルを用いて、化合物ＤＩＯ−３の相転移温度をＤＳＣ（示差走査熱量測定装置DSC1、METTLER TOLEDO社製）と偏光顕微鏡を用いて同定した。ＤＳＣの測定条件は、昇降温速度が５℃／分である（図２の偏光顕微鏡（ＰＯＭ）画像）。図２中、上段が無配向処理セルを用いた偏光顕微鏡画像を示し、中段が水平配向処理セルを用いた偏光顕微鏡画像を示し、下段が垂直配向処理セルを用いた偏光顕微鏡画像を示す。また、図２の凡例のCryは結晶相、SdはSandy相、XはUnknown相、Nはネマチック相を表す。測定結果から、化合物ＤＩＯ−３の相転移温度は、以下の表１のとおりであった。
【表１】
2018006517.tif 000010
【００５０】
表中、「Sandy相」は、特定の液晶相を表す。また、Sandy相における化合物ＤＩＯ−３は流動性を有する。なお、昇温時のSandy相が発現する下限温度（44.1℃）と降温時のSandy相が発現する下限温度（30.0℃）が異なるのは、測定条件、液晶材料に含まれる不純物、又はセルの構造等による例えば結晶化による影響であると考えられる。
【００５１】
[実施例２]（コンデンサ１／誘電緩和）
本実施例では、化合物ＤＩＯ−３の誘電緩和スペクトルの測定を行った。測定装置は、126096W型誘電体測定システム（東陽テクニカ社製）であり、サイン波０．１Ｖを印加し、降温しつつ測定した。なお、所望の温度に到達した後、その温度で５分間温度を維持した後、測定を開始した。用いたセルは、ＥＨＣ社製の垂直配向処理セルで、セル厚（電極間距離）は１０μｍ、一対の対向する電極の表面積は１ｃｍ２、セル中の化合物ＤＩＯ−３の濃度は１００重量％である。ここで、図３に示すように、垂直配向処理セル２０は、基板２２と、基板２２上に形成された電極（ＩＴＯ）２３と、電極３上に形成されたポリイミドの垂直配向膜２４と、化合物ＤＩＯ−３（２１）を含むセル２０である。垂直配向処理セル２０は、一対の電極２３の間に配置された誘電体としての化合物ＤＩＯ−３（２１）を含むコンデンサの一態様である。
【００５２】
化合物ＤＩＯ−３の誘電緩和特性の測定結果を図４に示す。図４中、縦軸は誘電率εであって１０−３（1.0E-03）〜１０５（1.0E+05）の範囲を表し、横軸は印加する交流電圧の周波数（測定周波数）（Ｈｚ）であって１Ｈｚ（1.E+00）〜１０７Ｈｚ（1.E+07）の範囲を表し、凡例の数字（３０〜１２０）は測定温度（℃）を表す。
【００５３】
Sandy相を発現する温度範囲の中の４８℃〜６６℃の温度範囲で、１Ｈｚ（1.E+00）〜１ＫＨｚ（1.E+03）において１００００程度の非常に大きな誘電率を示し、１ＫＨｚから高い周波数側で緩やかに誘電率が低下するが、１０ＫＨｚ（1.E+04）においても１０００程度の大きな誘電率を示した。また、該温度範囲（４８℃〜６６℃）では、特に１Ｈｚ（1.E+00）〜１０ＫＨｚ（1.E+04）の範囲において、それぞれの温度に対する各プロットが重なっており、誘電率の温度依存性が小さいことがわかった。
【００５４】
[実施例３]（化合物ＤＩＯ−３のＳＨＧスペクトル）
本実施例では、化合物ＤＩＯ−３のホメオトロピック配向時（７Ｖ印加）のＳＨＧスペクトルの測定を行った（偏光条件ｐ−ｐ）。測定装置は、東京インスツルメンツ社製の非線形光学材料評価システムであり、用いたセルは実施例２と同じＥＨＣ社製の垂直配向処理セル（セル厚１０μｍ）である。結果を図５に示す。図５中、縦軸はＳＨＧ強度（任意単位（a.u.））を表し、横軸はレーザー光の入射角（°）であって−５０°〜５０°の範囲を表し、凡例中の数字（２５〜６５）は測定温度（℃）を表す。
【００５５】
図５に示すように、Sandy相を発現する温度範囲の中の４５℃〜６５℃の温度範囲において、極めて大きなＳＨＧ強度を示した。特に、例えば入射角３０°のＳＨＧ強度を比較すると、該温度範囲（４５℃〜６５℃）におけるＳＨＧ強度は、結晶相を発現する温度範囲（２５℃〜４０℃）におけるＳＨＧ強度と比べて２〜１０倍以上又は１０〜２０倍以上大きい値を示した。すなわち、Sandy相内では、化合物ＤＩＯ−３分子の平行会合が存在していると強く示唆される。
【００５６】
ここで、比較例として、図６に、実施例２と同じＥＨＣ社製の垂直配向処理セルの空セルのＳＨＧスペクトルと、この空セルに封入した従来の液晶材料である５ＣＢ（4-pentyl-4’-cyanobiphenyl）のＳＨＧスペクトルを示す。図５のデータを出すのに用いた装置及び同じ測定条件で測定した。図６中、縦軸はＳＨＧ強度（任意単位（a.u.））を表し、横軸はレーザー光の入射角（°）であって−５０°〜５０°の範囲を表し、凡例の数字５０、２５は測定温度（℃）を表す。図６に示すように、例えば入射角３０°のＳＨＧ強度を比較すると、５ＣＢのＳＨＧ強度（２５℃及び５０℃ともに約１０以下）に比べ、化合物ＤＩＯ−３のＳＨＧ強度（約２５０前後）は極めて大きいことがわかった。
【００５７】
[実施例４]（化合物ＤＩＯ−３のＳＨＧスペクトル）
本実施例では、化合物ＤＩＯ−３の略ランダム配向時（電圧無印加）のＳＨＧスペクトル測定を行った。測定装置は、東京インスツルメンツ社製非線形光学材料評価システムであり、用いたセルは実施例２と同じＥＨＣ社製の垂直配向処理セル（セル厚１０μｍ）である。結果を図７に示す。図７の凡例の数字６５〜１２０は測定温度（℃）を表す。
【００５８】
実施例３の図５に示す６５℃のＳＨＧスペクトルと図７の６５℃のＳＨＧスペクトルとが大きく異なる理由としては、本実施例のように電圧無印加により、化合物ＤＩＯ−３はSandy相において垂直配向しておらず、略ランダム配向をとるためであると考えられる。図７に示すように、Sandy相を発現する６５℃のＳＨＧスペクトルがSandy相ではない高温側（８２℃、１２０℃）のＳＨＧスペクトルよりも大きな値を取るという結果より、界面ではなく、バルク内での平行会合の存在が強く示唆された。また、Sandy相において、特異的にＳＨＧ光強度が強くなることがわかった。
【００５９】
[実施例５]（コンデンサ２／液晶材料中の化合物の濃度特性）
本実施例では、実施例２と同様に、化合物ＤＩＯ−３を含有する液晶材料を誘電体として含む垂直配向処理セルを用いたコンデンサを作製した。
該コンデンサにおける該液晶材料中の化合物ＤＩＯ−３の濃度を変えながら、該液晶材料の誘電率（ε）と温度（℃）との関係を調べた（図８）。また、６４℃における該コンデンサの静電容量を計測した。本実施例の実験条件は、測定周波数を１０００Ｈｚに固定して行った点を除いて、実施例２と同じである。本実施例の液晶材料は、化合物ＤＩＯ−３、及び誘電率が５程度の一般的な液晶組成物Ｊからなる。
ここで、液晶組成物Ｊは、以下の化学式（５）に示す液晶化合物を２５重量％、化学式（６）に示す液晶化合物を２５重量％、及び化学式（７）に示す液晶化合物を５０重量％含む。
【化５】
2018006517.tif 000011
【００６０】
図８中、「ＤＩＯ／Ｊ」は、垂直配向処理セル（コンデンサ）中の液晶材料中に含まれる化合物ＤＩＯ−３（ＤＩＯ）と一般的な液晶組成物Ｊとの重量％の比を表す。また、図８中、黒丸は、該液晶材料が化合物ＤＩＯ−３を１００重量％含有する試料の測定データである。同様に、白抜きひし形は、該液晶材料が化合物ＤＩＯ−３を９５重量％、液晶組成物Ｊを５重量％含有する試料の測定データである。また、黒塗り三角は、該液晶材料が化合物ＤＩＯ−３を９３重量％、液晶組成物Ｊを７重量％含有する試料の測定データであり、アスタリスクは、該液晶材料が化合物ＤＩＯ−３を９１重量％、液晶組成物Ｊを９重量％含有する試料の測定データである。
【００６１】
図８に示す結果から、液晶材料中に化合物ＤＩＯ−３と比較的小さい誘電率を示す液晶組成物Ｊとが含まれる場合には、液晶材料中の化合物ＤＩＯ−３の濃度が９１重量％以上であれば、少なくともいずれかの温度又は温度範囲で誘電率が１００以上を示すことがわかった。また、液晶材料中に化合物ＤＩＯ−３と比較的小さい誘電率を示す液晶組成物Ｊとが含まれる場合には、液晶材料中の化合物ＤＩＯ−３の濃度が９３重量％未満の試料を用いた場合、結晶相を発現する温度より高温側（約３０℃以上）で誘電率の値が比較的低下するため、化合物ＤＩＯ−３を含む液晶材料をコンデンサに用いる場合、液晶材料の全重量に対して化合物ＤＩＯ−３が９３重量％超、好ましくは９５重量％以上含まれたものを用いるとよい。
また、液晶材料中に化合物ＤＩＯ−３を１００重量％含むコンデンサの６４℃での静電容量の値は、１．１５×１０−６Ｆ（１．１５μＦ）であった。
【００６２】
[実施例６]（コンデンサ３／充放電特性、強誘電特性）
本実施例では、東陽テクニカ社製の液晶物性パラメータ評価装置（品番：VHRION-CV-VT）を用いて、実施例５で作製したコンデンサがどの程度速く充電及び放電できるかを調べた。具体的には、該コンデンサを６０℃に保ったまま、該コンデンサに印加する三角波の電圧を０Ｖ〜１０Ｖ、１０Ｖ〜０Ｖ、０Ｖ〜−１０Ｖ、そして−１０Ｖ〜０Vへと０．２５秒ごとに切り替え、該コンデンサのスイッチング電流応答特性を調べた（図９）。該コンデンサの液晶材料は化合物ＤＩＯ−３を１００重量％含むものを用いた。図９に示すように、該コンデンサの電流応答は速く、急速な充放電に十分に対応できることがわかった。なお、図９中、ピークＡは、分極方向が電界方向に揃ったことによるピーク、ピークＢは、分極方向が巨視的にランダムあるいは反平行になったことによるピーク、ピークＣは、分極方向が電界方向に揃ったことによるピーク（ピークＡのケースと分極方向が反対）、ピークＤは、分極方向が巨視的にランダムあるいは反平行になったことによるピークと考えられる。このことから、液晶材料の化合物ＤＩＯ−３は、外部電場に応じて分極の向きを変えており、強誘電的又は反強誘電的挙動を示すことも分かった。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、特定の液晶相を発現する液晶材料を用いたコンデンサに適用可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１０  コンデンサ
１１  活性炭織布（分極性電極）
１１ａ  活性炭織布に形成された孔
１２  液晶材料（電解液）
１３  ビーズスペーサ（スペーサ）
１４  アルミ箔（集電極）
２０  コンデンサ（垂直配向処理セル）
２１  液晶材料の分子
２２  基板
２３  電極
２４  垂直配向膜
【図１】
2018006517.tif 000015
【図２】
2018006517.tif 000016
【図３】
2018006517.tif 000017
【図４】
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【図５】
2018006517.tif 000019
【図６】
2018006517.tif 000020
【図７】
2018006517.tif 000021
【図８】
2018006517.tif 000022
【図９】
2018006517.tif 000023