(57)【要約】【課題】エレクトロクリニック効果を発揮しないがスメクチックＡ相を示す温度範囲が広い液晶材料を提供する。【解決手段】ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間に、液晶材料を含む液晶層３０を備えている。この液晶材料では、両末端基のうちの少なくとも一方の炭化水素部分が分岐しているため、その炭化水素部分が分岐していない（直鎖状である）場合と比較して、スメクチックＡ相を示す温度範囲が広くなる。この液晶材料は、エレクトロクリニック効果を発揮しないが、広い温度範囲でスメクチックＡ相を示すことになる。【選択図】図１
2011088987.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
式（１）で表されると共にスメクチックＡ相を示す、液晶材料。
【化１】
2011088987.tif 000037
（Ｒ１およびＲ２は炭素数＝４〜１６の炭化水素基またはアルコキシ基であり、Ｘ１およびＸ２は式（１−１）または式（１−２）で表される基であり、Ｘ３は式（１−３）または式（１−４）で表される基であり、Ｙ１およびＹ２は式（１−５）〜式（１−１１）で表される基である。ただし、Ｒ１およびＲ２のうちの少なくとも一方の炭化水素部分は分岐しており、Ｙ１およびＹ２はそれぞれあってもなくてもよい。）
【化２】
2011088987.tif 000038
（Ｚ１〜Ｚ４は水素基、ハロゲン基、ハロゲン化アルキル基、シアノ基、水酸基またはニトロ基である。）
【化３】
2011088987.tif 000039
（Ｚ５〜Ｚ１１は水素基、ハロゲン基、ハロゲン化アルキル基、シアノ基、水酸基またはニトロ基である。）
【化４】
2011088987.tif 000040
【請求項２】
式（２−１）または式（２−２）で表される、請求項１記載の液晶材料。
【化５】
2011088987.tif 000041
（Ｒ３〜Ｒ６は炭素数＝４〜１６の炭化水素基またはアルコキシ基である。ただし、Ｒ３およびＲ４のうちの少なくとも一方の炭化水素部分は分岐しており、Ｒ５およびＲ６のうちの少なくとも一方の炭化水素部分は分岐している。）
【請求項３】
式（３−１）〜式（３−５）で表される、請求項２記載の液晶材料。
【化６】
2011088987.tif 000042
【請求項４】
一対の基板の間に液晶層を備え、前記液晶層は式（１）で表されると共にスメクチックＡ相を示す液晶材料を含む、液晶表示素子。
【化７】
2011088987.tif 000043
（Ｒ１およびＲ２は炭素数＝４〜１６の炭化水素基またはアルコキシ基であり、Ｘ１およびＸ２は式（１−１）または式（１−２）で表される基であり、Ｘ３は式（１−３）または式（１−４）で表される基であり、Ｙ１およびＹ２は式（１−５）〜式（１−１１）で表される基である。ただし、Ｒ１およびＲ２のうちの少なくとも一方の炭化水素部分は分岐しており、Ｙ１およびＹ２はそれぞれあってもなくてもよい。）
【化８】
2011088987.tif 000044
（Ｚ１〜Ｚ４は水素基、ハロゲン基、ハロゲン化アルキル基、シアノ基、水酸基またはニトロ基である。）
【化９】
2011088987.tif 000045
（Ｚ５〜Ｚ１１は水素基、ハロゲン基、ハロゲン化アルキル基、シアノ基、水酸基またはニトロ基である。）
【化１０】
2011088987.tif 000046
【請求項５】
一対の基板の間に液晶層を備え、その液晶層は式（１）で表されると共にスメクチックＡ相を示す液晶材料を含む、液晶光空間変調素子。
【化１１】
2011088987.tif 000047
（Ｒ１およびＲ２は炭素数＝４〜１６の炭化水素基またはアルコキシ基であり、Ｘ１およびＸ２は式（１−１）または式（１−２）で表される基であり、Ｘ３は式（１−３）または式（１−４）で表される基であり、Ｙ１およびＹ２は式（１−５）〜式（１−１１）で表される基である。ただし、Ｒ１およびＲ２のうちの少なくとも一方の炭化水素部分は分岐しており、Ｙ１およびＹ２はそれぞれあってもなくてもよい。）
【化１２】
2011088987.tif 000048
（Ｚ１〜Ｚ４は水素基、ハロゲン基、ハロゲン化アルキル基、シアノ基、水酸基またはニトロ基である。）
【化１３】
2011088987.tif 000049
（Ｚ５〜Ｚ１１は水素基、ハロゲン基、ハロゲン化アルキル基、シアノ基、水酸基またはニトロ基である。）
【化１４】
2011088987.tif 000050
【請求項６】
式（７）で表されると共にスメクチックＡ相を示す、液晶材料。
【化１５】
2011088987.tif 000051
（Ｒ１は炭素数＝４〜１６のアルキル基またはアルコキシ基であり、Ｒ２はアルキル基、アルコキシ基または式（７−１）〜式（７−４）で表される基である。Ｘは式（７−５）または式（７−６）で表される基であり、Ｙ１〜Ｙ３は水素基、ハロゲン基、シアノ基またはニトロ基であり、Ｙ４はハロゲン基、シアノ基またはニトロ基である。）
【化１６】
2011088987.tif 000052
（Ｒ３、Ｒ９、Ｒ１５およびＲ１９はアルキレン基であり、Ｒ４〜Ｒ８、Ｒ１０〜Ｒ１４、Ｒ１６〜Ｒ１８およびＲ２０〜Ｒ２２は水素基またはアルキル基である。ｎ１およびｎ２は１〜５の整数である。）
【化１７】
2011088987.tif 000053
（Ｙ５〜Ｙ８は水素基、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン基またはハロゲン化アルキル基である。）
【請求項７】
式（８−１）〜式（８−４）で表される、請求項６記載の液晶材料。
【化１８】
2011088987.tif 000054
（Ｒ２３、Ｒ２５、Ｒ２７およびＲ２９は炭素数＝４〜１６のアルキル基またはアルコキシ基であり、Ｒ２４，Ｒ２６、Ｒ２８およびＲ３０はアルキル基、アルコキシ基または式（７−１）〜式（７−４）に示した基である。）
【請求項８】
式（９−１）〜式（９−６）で表される、請求項７記載の液晶材料。
【化１９】
2011088987.tif 000055
【請求項９】
一対の基板の間に液晶層を備え、その液晶層は式（７）で表されると共にスメクチックＡ相を示す液晶材料を含む、液晶表示素子。
【化２０】
2011088987.tif 000056
（Ｒ１は炭素数＝４〜１６のアルキル基またはアルコキシ基であり、Ｒ２はアルキル基、アルコキシ基または式（７−１）〜式（７−４）で表される基である。Ｘは式（７−５）または式（７−６）で表される基であり、Ｙ１〜Ｙ３は水素基、ハロゲン基、シアノ基またはニトロ基であり、Ｙ４はハロゲン基、シアノ基またはニトロ基である。）
【化２１】
2011088987.tif 000057
（Ｒ３、Ｒ９、Ｒ１５およびＲ１９はアルキレン基であり、Ｒ４〜Ｒ８、Ｒ１０〜Ｒ１４、Ｒ１６〜Ｒ１８およびＲ２０〜Ｒ２２は水素基またはアルキル基である。ｎ１およびｎ２は１〜５の整数である。）
【化２２】
2011088987.tif 000058
（Ｙ５〜Ｙ８は水素基、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン基またはハロゲン化アルキル基である。）
【請求項１０】
一対の基板の間に液晶層を備え、その液晶層は式（７）で表されると共にスメクチックＡ相を示す液晶材料を含む、液晶光空間変調素子。
【化２３】
2011088987.tif 000059
（Ｒ１は炭素数＝４〜１６のアルキル基またはアルコキシ基であり、Ｒ２はアルキル基、アルコキシ基または式（７−１）〜式（７−４）で表される基である。Ｘは式（７−５）または式（７−６）で表される基であり、Ｙ１〜Ｙ３は水素基、ハロゲン基、シアノ基またはニトロ基であり、Ｙ４はハロゲン基、シアノ基またはニトロ基である。）
【化２４】
2011088987.tif 000060
（Ｒ３、Ｒ９、Ｒ１５およびＲ１９はアルキレン基であり、Ｒ４〜Ｒ８、Ｒ１０〜Ｒ１４、Ｒ１６〜Ｒ１８およびＲ２０〜Ｒ２２は水素基またはアルキル基である。ｎ１およびｎ２は１〜５の整数である。）
【化２５】
2011088987.tif 000061
（Ｙ５〜Ｙ８は水素基、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン基またはハロゲン化アルキル基である。）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スメクチックＡ相を示す液晶材料、ならびにそれを用いた液晶表示素子および液晶光空間変調素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、モバイル機器などの小型用途から大画面テレビなどの大型用途まで、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：thin film transistor）などを用いたアクティブマトリクス駆動方式の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：liquid crystal display）が広く普及している。このＬＣＤでは、インパルス駆動方式などを採用して液晶材料の応答速度が高速化されているが、その液晶材料自体の応答速度が根本的に遅いため、動画ボケなどが生じやすいという問題がある。このため、ＬＣＤの動画表示品位は、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ：plasma display  panel ）および電界放出型ディスプレイ（ＦＥＤ：field emission display）などよりも未だ劣っている状況にある。
【０００３】
ＬＣＤの高速応答化については、フレームレートを６０Ｈｚから１２０Ｈｚまたは２４０Ｈｚに変更する対策（ハイフレーム駆動）がなされている。ところが、ＬＣＤの動画表示品位は、確かにＴＦＴを含む駆動系の要因に依存するところはあるが、本質的には液晶材料自体の応答特性に大きく依存する。よって、液晶材料自体の応答特性を改善しない限り、根本的な解決にはならないため、実質的にハイフレームレート駆動を実現できるとは言えない。そこで、ＬＣＤにおいて優れた動画表示品位を実現するために、ハイフレーム駆動に対応できる高速応答可能な液晶材料の登場が要望されている。
【０００４】
高速応答可能な液晶材料としては、ネマチック液晶（フレクソエレクトリック効果）、強誘電性液晶または反強誘電性液晶などが知られているが、最近では、スメクチック液晶（スメクチックＡ相のエレクトロクリニック効果）も検討されている。
【０００５】
エレクトロクリニック効果とは、スメクチックＡ相において一軸配向している液晶材料（液晶分子）に電界を印加した際に、その液晶分子の光軸（長軸）が電界強度に応じて傾斜する現象であり、電傾効果とも呼ばれている（例えば、非特許文献１参照。）。この場合には、偏光方向が直交する２枚の偏光板の間に液晶材料を配置すると、偏光板の光軸と液晶分子の光軸との間の角度（チルト角）に応じて透過光量が変化する。この透過光量は、Ｔ／Ｔ0 ＝ｓｉｎ2 （２θ）×ｓｉｎ2 （πΔｎｄ／λ）という式で表される。ここで、Ｔ＝透過光量、Ｔ0 ＝入射光量、θ＝チルト角、Δｎ＝液晶材料の複屈折、ｄ＝液晶層の厚さ、λ＝透過光の波長である。この式によれば、チルト角が±４５°であると透過率が最大になる。チルト角が最大になるリターデーション（＝Δｎｄ）における透過率とチルト角（°）との間の相関は、図３に示した通りである。
【０００６】
エレクトロクリニック効果により応答時間が数μｓ〜数十μｓになるため、液晶材料の応答速度が大幅に速くなる。また、電界強度が低い範囲ではチルト角が電界強度に比例するため、透過率の電圧変調が可能になる。このため、エレクトロクリニック効果を利用した表示モードは、アクティブマトリクス駆動方式に極めて適しており、ＬＣＤに限らずに他の光学用途においても有用である。
【０００７】
ところが、従来のエレクトロクリニック効果を発揮する液晶材料では、ＬＣＤなどに関する実使用上の要求性能を考慮すると、スメクチックＡ相を示す温度範囲が狭いため、実用上において大きな問題があった。詳細には、エレクトロクリニック効果により大きなチルト角は得られても、そのスメクチックＡ相を示す温度範囲は２３℃〜５５℃であり、室温を僅かに上回る程度にすぎなかった（例えば、非特許文献２参照。）。
【０００８】
その一方で、ＴＦＴを用いて液晶材料を駆動させる場合には、分極反転電流に起因して実効電圧が低下してしまうため、液晶材料の分極量はできるだけ小さいことが好ましい。そこで、エレクトロクリニック効果を発揮する（分極している）液晶材料とエレクトロクリニック効果を発揮しない（分極していない）液晶材料とを混合した液晶混合物を用いて、実効電圧を低下させる必要がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】フィジカル  レビュー  レターズ，３８巻，１９７７年，８４８頁，ガロフ等（Physical Review Letters， vol.38，1977，p848，Garpff et al. ）
【非特許文献２】ケム．メイター，７，１９９５年，１３９７頁〜１４０２頁，ナシリ等（Chem.Mater，７，１９９５年，p1397〜p1402，Naciri et al. ）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
エレクトロクリニック効果により大きなチルト角を得ると共にスメクチックＡ相を示す温度範囲を広げるためには、上記した液晶混合物を得る必要がある。しかしながら、エレクトロクリニック効果を発揮するがスメクチックＡ相を示す温度範囲が狭い液晶材料は既に知られているが、エレクトロクリニック効果を発揮しないがスメクチックＡ相を示す温度範囲が広い液晶材料はほとんど知られていない。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、エレクトロクリニック効果を発揮しないがスメクチックＡ相を示す温度範囲が広い液晶材料を得ると共に、それを用いて広い温度範囲で動作可能な液晶表示素子および液晶光空間変調素子を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の液晶材料は、式（１）で表されると共にスメクチックＡ相を示すものである。また、本発明の液晶表示素子または液晶光空間変調素子は、一対の基板の間に液晶層を備え、その液晶層が上記した液晶材料を含むものである。
【００１３】
【化１】
2011088987.tif 000003
（Ｒ１およびＲ２は炭素数＝４〜１６の炭化水素基またはアルコキシ基であり、Ｘ１およびＸ２は式（１−１）または式（１−２）で表される基であり、Ｘ３は式（１−３）または式（１−４）で表される基であり、Ｙ１およびＹ２は式（１−５）〜式（１−１１）で表される基である。ただし、Ｒ１およびＲ２のうちの少なくとも一方の炭化水素部分は分岐しており、Ｙ１およびＹ２はそれぞれあってもなくてもよい。）
【００１４】
【化２】
2011088987.tif 000004
（Ｚ１〜Ｚ４は水素基、ハロゲン基、ハロゲン化アルキル基、シアノ基、水酸基またはニトロ基である。）
【００１５】
【化３】
2011088987.tif 000005
（Ｚ５〜Ｚ１１は水素基、ハロゲン基、ハロゲン化アルキル基、シアノ基、水酸基またはニトロ基である。）
【００１６】
【化４】
2011088987.tif 000006
【００１７】
また、本発明の他の液晶材料は、式（７）で表されると共にスメクチックＡ相を示すものである。また、本発明の液晶表示素子または液晶光空間変調素子は、一対の基板の間に液晶層を備え、その液晶層が上記した液晶材料を含むものである。
【００１８】
【化５】
2011088987.tif 000007
（Ｒ１は炭素数＝４〜１６のアルキル基またはアルコキシ基であり、Ｒ２はアルキル基、アルコキシ基または式（７−１）〜式（７−４）で表される基である。Ｘは式（７−５）または式（７−６）で表される基であり、Ｙ１〜Ｙ３は水素基、ハロゲン基、シアノ基またはニトロ基であり、Ｙ４はハロゲン基、シアノ基またはニトロ基である。）
【００１９】
【化６】
2011088987.tif 000008
（Ｒ３、Ｒ９、Ｒ１５およびＲ１９はアルキレン基であり、Ｒ４〜Ｒ８、Ｒ１０〜Ｒ１４、Ｒ１６〜Ｒ１８およびＲ２０〜Ｒ２２は水素基またはアルキル基である。ｎ１およびｎ２は１〜５の整数である。）
【００２０】
【化７】
2011088987.tif 000009
（Ｙ５〜Ｙ８は水素基、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン基またはハロゲン化アルキル基である。）
【００２１】
なお、液晶材料がスメクチックＡ相を示すかどうかについては、既存の手法および装置などを用いて確認できる。具体的には、例えば、示差走査熱量測定法を用いて液晶材料の温度を測定すれば、相転移の有無を確認できる。また、例えば、ホットステージなどを用いて液晶材料を加熱しながら偏光顕微鏡で液晶材料を観察すれば、液晶相の種類を同定できる。
【００２２】
液晶表示素子とは、液晶層に電界が印加されると、それに応じて液晶材料（液晶分子）の長軸が傾斜するため、液晶層の透過率が変化するものである。また、液晶光空間変調素子とは、液晶層に電界が印加されると、それに応じて液晶材料の長軸が傾斜するため、液晶層に入射した光が空間変調されるものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の液晶材料によれば、式（１）または式（７）に示した構造を有しているので、そのような構造を有していない場合と比較して、エレクトロクリニック効果を発揮しないがスメクチックＡ相を示す温度範囲を広げることができる。よって、本発明の液晶材料を用いた液晶表示素子または液晶光空間変調素子によれば、動作温度範囲を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態の液晶材料を用いた液晶表示素子の主要部の構成を表す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の液晶材料を用いた液晶光空間変調素子の主要部の構成を表す断面図である。
【図３】エレクトロクリニック効果における透過率とチルト角との間の相関を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明する順序は、下記の通りである。
１．第１実施形態（液晶材料）
２．第２実施形態（他の液晶材料）
３．本発明の液晶材料を用いた液晶表示素子
４．本発明の液晶材料を用いた液晶光空間変調素子
【００２６】
＜１．第１実施形態（液晶材料）＞
まず、本発明の第１実施形態の液晶材料について説明する。ここで説明する液晶材料は、多様な光学用途に用いられるものであり、その光学用途の具体例としては、後述するＬＣＤなどの液晶表示素子または光偏光スイッチなどの液晶光空間変調素子が挙げられる。
【００２７】
この液晶材料は、式（１）で表されるものであり、光学用途の使用温度域においてスメクチック液晶層を形成する（一軸配列したスメクチックＡ相を示す）性質を有している。スメクチック液晶層とは、液晶分子の長軸が層状に配列されている液晶層であり、スメクチックＡ相とは、スメクチック液晶層の法線方向と液晶分子の長軸方向とが一致している液晶相である。なお、光学用途の使用温度域とは、光学用途の各種機器などが一般的に使用される温度範囲であり、例えば、２０℃〜５０℃である。ただし、２０℃〜５０℃の範囲内の温度域を含んでいれば、全体の温度域は低温側および高温側に多少ずれてもよい。
【００２８】
【化８】
2011088987.tif 000010
（Ｒ１およびＲ２は炭素数＝４〜１６の炭化水素基またはアルコキシ基であり、Ｘ１およびＸ２は式（１−１）または式（１−２）で表される基であり、Ｘ３は式（１−３）または式（１−４）で表される基であり、Ｙ１およびＹ２は式（１−５）〜式（１−１１）で表される基である。ただし、Ｒ１およびＲ２のうちの少なくとも一方の炭化水素部分は分岐しており、Ｙ１およびＹ２はそれぞれあってもなくてもよい。）
【００２９】
【化９】
2011088987.tif 000011
（Ｚ１〜Ｚ４は水素基（−Ｈ）、ハロゲン基、ハロゲン化アルキル基、シアノ基（−ＣＮ）、水酸基（−ＯＨ）またはニトロ基（−ＮＯ2 ）である。）
【００３０】
【化１０】
2011088987.tif 000012
（Ｚ５〜Ｚ１１は水素基、ハロゲン基、ハロゲン化アルキル基、シアノ基、水酸基またはニトロ基である。）
【００３１】
【化１１】
2011088987.tif 000013
【００３２】
式（１）に示した液晶材料は、全体として分極していないため、スメクチックＡ相を示してもエレクトロクリニック効果を発揮できない。
【００３３】
Ｒ１およびＲ２について説明した炭素数（＝４〜１６）は、炭化水素基およびアルコキシ基の双方に適用される。このように炭素数が４〜１６であるのは、炭素数がその範囲内である場合において液晶材料がスメクチックＡ相を示すからである。この炭化水素基は、アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基のいずれでもよいし、Ｒ１とＲ２との間において同じ基でも異なる基でもよい。ただし、「Ｒ１およびＲ２のうちの少なくとも一方の炭化水素部分は分岐している」と説明しているように、Ｒ１の炭化水素部分、Ｒ２の炭化水素部分または双方の炭化水素部分は、１または２以上の側鎖を有する分岐状構造を有している。Ｒ１の炭化水素部分だけが分岐状である場合には、Ｒ２の炭化水素部分は直鎖状になると共に、Ｒ２の炭化水素部分だけが分岐状である場合には、Ｒ１の炭化水素部分は直鎖状になる。
【００３４】
炭素と水素とにより構成される部分をＲとしたとき、「炭化水素部分」とは、炭化水素基（−Ｒ）ではその全体（Ｒ）を意味すると共に、アルコキシ基（−ＯＲ）ではそのうちの一部（Ｒ）を意味する。炭化水素部分中における側鎖の位置および数、ならびに各側鎖の炭素数は、特に限定されない。ただし、側鎖の炭素数は、できるだけ少ないことが好ましい。液晶材料の駆動特性を確保するためには、液晶分子全体が直線状であることが好ましいからである。このため、側鎖としては、メチル基（−ＣＨ3 ）が好ましい。側鎖の位置、数および炭素数は、スメクチックＡ相を示す温度範囲に影響を及ぼす可能性がある。
【００３５】
Ｘ１およびＸ２は、同じ基でも異なる基でもよい。Ｘ１およびＸ２とＸ３との間においても、同様である。
【００３６】
Ｙ１およびＹ２は、同じ基でも異なる基でもよい。ただし、「Ｙ１およびＹ２はそれぞれあってもなくてもよい」と説明しているように、Ｙ１だけがあってＹ２がなくてもよいし、その逆でもよいし、双方がなくてもよい。Ｙ１がない場合には、Ｘ１とＸ２とがＹ１を介さずに直接結合することになると共に、Ｙ２がない場合には、Ｘ２とＸ３とがＹ２を介さずに直接結合することになる。
【００３７】
Ｚ１〜Ｚ１１について説明したハロゲン基の種類は、特に限定されないが、中でも、フッ素基（−Ｆ）、塩素基（−Ｃｌ）または臭素基（−Ｂｒ）であることが好ましい。ハロゲン化アルキル基とは、アルキル基のうちの少なくとも１つの水素がハロゲンにより置換された基であり、そのハロゲンの種類は、ハロゲン基について説明した場合と同様である。ハロゲン化アルキル基の炭素数は、特に限定されないが、できるだけ少ないことが好ましく、その一例としては、トリフルオロメチル基（−ＣＦ3 ）などが挙げられる。
【００３８】
中でも、式（１）に示した液晶材料は、式（２−１）または式（２−２）で表されることが好ましい。スメクチックＡ相を示す温度範囲が広いからである。なお、Ｒ３〜Ｒ６に関する詳細は、Ｒ１およびＲ２と同様である。
【００３９】
【化１２】
2011088987.tif 000014
（Ｒ３〜Ｒ６は炭素数＝４〜１６の炭化水素基またはアルコキシ基である。ただし、Ｒ３およびＲ４のうちの少なくとも一方の炭化水素部分は分岐しており、Ｒ５およびＲ６のうちの少なくとも一方の炭化水素部分は分岐している。）
【００４０】
式（２−１）または式（２−２）に示した液晶材料の具体例は、式（３−１）〜式（３−５）で表される。スメクチックＡ相を示す温度範囲が十分に広いからである。
【００４１】
【化１３】
2011088987.tif 000015
【００４２】
この他の液晶材料の具体例は、式（３−６）〜式（３−５１）で表される。これらの場合においても、スメクチックＡ相を示す温度範囲が広くなる。
【００４３】
【化１４】
2011088987.tif 000016
【００４４】
【化１５】
2011088987.tif 000017
【００４５】
【化１６】
2011088987.tif 000018
【００４６】
【化１７】
2011088987.tif 000019
【００４７】
【化１８】
2011088987.tif 000020
【００４８】
【化１９】
2011088987.tif 000021
【００４９】
この液晶材料によれば、式（１）に示したように、Ｒ１およびＲ２のうちの少なくとも一方の炭化水素部分が分岐しているので、その炭化水素部分が分岐していない（直鎖状である）場合と比較して、スメクチックＡ相を示す温度範囲が広くなる。よって、エレクトロクリニック効果を発揮しないがスメクチックＡ相を示す温度範囲を広げることができる。これにより、エレクトロクリニック効果を発揮するがスメクチックＡ相を示す温度範囲が狭い液晶材料と混合すれば、エレクトロクリニック効果による利点を活かしつつ、広い温度範囲でスメクチックＡ相を示すことができる。
【００５０】
＜２．第２実施形態（他の液晶材料）＞
次に、本発明の第２実施形態の液晶材料について説明する。ここで説明する液晶材料の用途は、例えば、第１の実施形態と同様である。
【００５１】
この液晶材料は、式（７）で表されるものであり、第１実施形態と同様に、一軸配列したスメクチックＡ相を示す性質を有している。
【００５２】
【化２０】
2011088987.tif 000022
（Ｒ１は炭素数＝４〜１６のアルキル基またはアルコキシ基であり、Ｒ２はアルキル基、アルコキシ基または式（７−１）〜式（７−４）で表される基である。Ｘは式（７−５）または式（７−６）で表される基であり、Ｙ１〜Ｙ３は水素基、ハロゲン基、シアノ基またはニトロ基であり、Ｙ４はハロゲン基、シアノ基またはニトロ基である。）
【００５３】
【化２１】
2011088987.tif 000023
（Ｒ３、Ｒ９、Ｒ１５およびＲ１９はアルキレン基であり、Ｒ４〜Ｒ８、Ｒ１０〜Ｒ１４、Ｒ１６〜Ｒ１８およびＲ２０〜Ｒ２２は水素基またはアルキル基である。ｎ１およびｎ２は１〜５の整数である。）
【００５４】
【化２２】
2011088987.tif 000024
（Ｙ５〜Ｙ８は水素基、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン基またはハロゲン化アルキル基である。）
【００５５】
式（７）に示した液晶材料は、全体として分極していないため、スメクチックＡ相を示してもエレクトロクリニック効果を発揮できない。
【００５６】
液晶材料は、３つの環（ベンゼン環またはシクロヘキサン環）が他の原子団（連結基）を介さずに直線状に連結された構造部（３連環部）を有していると共に、一末端に巨大な基（−Ｒ２）としてシロキサン基またはシロキサン基を含む基を有している。この液晶材料では、上記した３連環部のうち、Ｒ２に連結された環（ベンゼン環）に、電子吸引性基（−Ｙ４）が導入されている。
【００５７】
Ｒ１について説明した炭素数（＝４〜１６）は、炭化水素基およびアルコキシ基の双方に適用される。このように炭素数が４〜１６であるのは、炭素数がその範囲内である場合において液晶材料がスメクチックＡ相を示すからである。この炭化水素基は、アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基のいずれでもよい。なお、Ｒ１は、不斉炭素原子を有していてもよい。
【００５８】
Ｒ２の炭素数は、特に限定されない。Ｒ２のケイ素数が６以下であるのは、ケイ素数がその範囲内である場合において液晶材料がスメクチックＡ相を示すからである。Ｒ２のうち、式（７−１）および式（７−２）はオルガノシロキサン系の基であり、式（７−３）および式（７−４）はオルガノシラン系の基である。
【００５９】
Ｒ３、Ｒ９、Ｒ１５およびＲ１９の炭素数は、特に限定されない。Ｒ４〜Ｒ８は、全て同じ基でも全て異なる基でもよいし、そのうちの一部だけが同じ基でもよい。これらのことは、Ｒ１０〜Ｒ１３、Ｒ１６〜Ｒ１８およびＲ２０〜Ｒ２２についても同様である。ただし、側鎖であるＲ４〜Ｒ６、Ｒ８、Ｒ１０〜Ｒ１２、Ｒ１４、Ｒ１６、Ｒ１８、Ｒ２０およびＲ２２の炭素数は、できるだけ少ないことが好ましい。液晶材料の駆動特性を確保するためには、液晶分子全体が直線状であることが好ましいからである。このため、側鎖としては、メチル基が好ましい。側鎖の位置、数および炭素数は、スメクチックＡ相を示す温度範囲に影響を及ぼす可能性がある。
【００６０】
Ｙ１〜Ｙ３は、全て同じ基でも全て異なる基でもよいし、そのうちの一部だけが同じ基でもよい。Ｙ１〜Ｙ３について説明したハロゲン基の種類は、特に限定されないが、中でも、フッ素基、塩素基または臭素基であることが好ましい。
【００６１】
Ｙ４は、上記したように、電子吸引性基（ハロゲン基、シアノ基またはニトロ基）であり、水素基などの非電子吸引性基ではない。このため、式（１）に示した３連環部を構成する３つの環のうち、左側および中央の環には電子吸引性基が導入されない場合があり得るが、右側の環には必ず電子吸引性基が導入される。
【００６２】
Ｙ５〜Ｙ８は、全て同じ基でも全て異なる基でもよし、そのうちの一部だけが同じ基でもよい。Ｙ５〜Ｙ８について説明したハロゲン基の種類およびハロゲン化アルキル基におけるハロゲンの種類は、Ｙ１〜Ｙ３について説明した場合と同様である。また、アルキル基、アルコキシ基およびハロゲン化アルキル基の炭素数は、特に限定されないが、できるだけ少ないことが好ましい。その理由は、側鎖であるＲ４〜Ｒ６およびＲ８等について説明した場合と同様である。アルキル基、アルコキシ基およびハロゲン化アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基（−Ｃ2 Ｈ5 ）、メトキシ基（−ＯＣＨ3 ）、エトキシ基（−ＯＣ2 Ｈ5 ）およびトリフルオロメチル基などが挙げられる。
【００６３】
中でも、式（７）に示した液晶材料は、式（８−１）〜式（８−４）で表されることが好ましい。スメクチックＡ相を示す温度範囲が広いからである。なお、Ｒ２３〜Ｒ３０に関する詳細は、Ｒ１およびＲ２と同様である。
【００６４】
【化２３】
2011088987.tif 000025
（Ｒ２３、Ｒ２５、Ｒ２７およびＲ２９は炭素数＝４〜１６のアルキル基またはアルコキシ基であり、Ｒ２４，Ｒ２６、Ｒ２８およびＲ３０はアルキル基、アルコキシ基または式（７−１）〜式（７−４）に示した基である。）
【００６５】
式（８−１）〜式（８−４）に示した液晶材料の具体例は、式（９−１）〜式（９−６）で表される。スメクチックＡ相を示す温度範囲が十分に広いからである。
【００６６】
【化２４】
2011088987.tif 000026
【００６７】
この他の液晶材料の具体例は、式（９−７）〜式（９−３０）で表される。これらの場合においても、スメクチックＡ相を示す温度範囲が広くなる。
【００６８】
【化２５】
2011088987.tif 000027
【００６９】
【化２６】
2011088987.tif 000028
【００７０】
【化２７】
2011088987.tif 000029
【００７１】
この液晶材料によれば、式（７）に示したように、３つの環（ベンゼン環またはシクロヘキサン環）が直鎖状に連結された３連環部を有していると共に、そのうちの巨大な末端基（−Ｒ２）が連結された環に電子吸引性基（−Ｙ４）が導入されている。このため、上記した３連環部および電子吸引性基を有していない場合と比較して、スメクチックＡ相を示す温度範囲が広くなる。よって、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７２】
次に、本発明の液晶材料に関するいくつかの適用例について説明する。
【００７３】
＜３．本発明の液晶材料を用いた液晶表示素子＞
本発明の液晶材料は、例えば、液晶表示素子に適用される。図１は、液晶表示素子の主要部の断面構成を表している。
【００７４】
ここで説明する液晶表示素子は、例えば、液晶材料を用いて光の透過率を制御することにより画像が形成され、その画像が観察者により直接見られることになる直視型の表示素子である。このような液晶表示素子の具体例としては、直視型ＬＣＤまたは高温ポリシリコンＴＦＴ−ＬＣＤなどが挙げられる。
【００７５】
図１に示した液晶表示素子は、例えば、ＴＦＴを用いたアクティブマトリクス駆動方式の透過型液晶表示素子であり、一対の基板であるＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間に液晶層３０を備えている。
【００７６】
ＴＦＴアレイ基板１０は、支持基板１１に画素電極１２がマトリクス状に形成されたものである。支持基板１１は、例えば、ガラスなどの透過性材料により形成されており、画素電極１２は、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ：indium tin oxide）などの透過性導電性材料により形成されている。なお、画素電極１２には、スイッチング用のＴＦＴを含む画素選択用の駆動回路（図示せず）が接続されている。
【００７７】
対向基板２０では、支持基板２１に対向電極２２が全面形成されたものである。支持基板２１は、例えば、ガラスなどの透過性材料により形成されており、対向電極２２は、例えば、ＩＴＯなどの導電性材料により形成されている。
【００７８】
ＴＦＴアレイ基板１０および対向基板２０は、液晶層３０を挟んで画素電極１２と対向電極２２とが対向するように配置されていると共に、球状または柱状のスペーサ（図示せず）により離間されるようにシール材を用いて貼り合わされている。なお、両基板の液晶層３０に接する側には、配向膜（図示せず）が設けられている。
【００７９】
液晶層３０は、本発明の液晶材料を含む液晶混合物であり、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間に封入されている。
【００８０】
この他、液晶表示素子は、例えば、位相差板、偏光板、配向膜およびバックライトユニットなどの他の構成要素（いずれも図示せず）も備えている。なお、バックライトユニットは、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ：light emitting diode）などの光源を含んでいる。
【００８１】
この液晶表示素子では、画素電極１２と対向電極２２との間に電界が印加されると、その電界強度に応じてエレクトロクリニック効果により液晶材料のチルト角が変化する。これにより、バックライトユニットから発生した光の透過量（透過率）が制御されるため、階調画像が表示される。
【００８２】
この際、例えば、１Ｈ（Ｈは水平走査期間）反転駆動方式あるいは１Ｆ（Ｆはフィールド）反転駆動方式などが用いられる。これらの交流駆動方式では、駆動電圧の高さ（振幅の大きさ）に応じて色レベル（階調）が変化する。この場合には、駆動電圧を大きくすれば、画像のコントラストが向上する。
【００８３】
この液晶表示素子によれば、液晶層３０が本発明の液晶材料を含んでいるので、動作温度範囲を広げることができる。この場合には、特に、本発明の液晶材料とエレクトロクリニック効果を発揮するがスメクチックＡ相を示す温度範囲が狭い他の液晶材料とを混合すれば、広い温度範囲で動画表示品位を向上させることができる。
【００８４】
＜４．本発明の液晶材料を用いた液晶光空間変調素子＞
また、本発明の液晶材料は、例えば、液晶光空間変調素子に適用される。図２は、液晶光空間変調素子の主要部の断面構成を表している。
【００８５】
ここで説明する液晶光空間変調素子は、光源から発生した光を平面的に分割し、その個々の光束の強度および位相などを変化させる素子である。このような液晶光空間変調素子の具体例としては、プロジェクションディスプレイに用いられるマイクロ液晶デバイス（ＬＣｏＳ：liquid crystal on silicon ）またはライトバルブ、あるいは光偏光スイッチなどが挙げられる。なお、ライトバルブは、例えば、上記した液晶表示素子とほぼ同様の構成を有している。この場合には、光源から発生した光が赤色、緑色および青色の光に分離され、各色の光が液晶表示素子と同様の構成を有する３つのライトバルブにより変調されたのちに合成されることにより、投射面に像が拡大投影される。
【００８６】
図２に示した液晶光空間変調素子は、例えば、光偏光スイッチであり、一対の基板である透明基板４０，５０の間に、本発明の液晶材料を含む液晶層７０を備えている。透明基板４０，５０は、液晶層７０を挟むように対向配置された電極６１，６２により離間されており、交流電源などの駆動装置（図示せず）から電極６１，６２の間に交流電界が印加されるようになっている。
【００８７】
透明基板４０，５０は、例えば、ガラスなどの透過性材料により形成されていると共に、それぞれの主面同士が平行になるように対向配置されている。透明基板４０，５０の対向面（互いに対向する側の面）には、例えば、垂直配向剤が塗布されており、電極６１，６２の間に電界が印加されていない状態では、液晶分子の長軸が主面に対して垂直に配向するようになっている。
【００８８】
この液晶光空間変調素子では、透明基板４０に対して光Ｌが垂直に入射すると、その光Ｌは、電極６１，６２の間に印加された電界Ｅにより、その電界方向と直交する方向に偏光されながら透明基板５０から出射される。この場合には、Ｅ＝０であると、光Ｌは偏光されない。これに対して、Ｅ＞０であると、光Ｌは電界方向と直交する方向（＋方向）に偏光されると共に、Ｅ＜０であると、光ＬはＥ＞０の場合とは逆方向（−方向）に偏光される。このときの偏光量（シフト量）は、電界強度に応じて変化する。
【００８９】
この液晶光空間変調素子によれば、液晶層７０が本発明の液晶材料を含んでいるので、動作温度範囲を広げることができる。
【実施例】
【００９０】
次に、本発明の実施例について詳細に説明する。
【００９１】
（実験例１）
以下の手順により、式（３−１）に示した液晶材料を合成した。最初に、ビフェノールのピリジン溶液に塩化ベンゾイルを滴下して室温で終夜攪拌したのち、精製して式（４−１）で表される中間生成物１を得た。
【００９２】
続いて、中間生成物１を酢酸に分散させたのち、１５℃に保ちながら硝酸を滴下した。続いて、さらに水を加えて攪拌したのち、得られた析出物を精製して式（４−２）で表される中間生成物２を得た。
【００９３】
続いて、アルゴン（Ａｒ）置換したフラスコ中に中間生成物２とトリフェニルホスフィンと３，３−ジメチルブタノールとのテトラヒドロフラン溶液を入れたのち、アゾジカルボン酸ジエチルのトルエン溶液を滴下した。続いて、室温で終夜攪拌したのち、精製して式（４−３）で表される中間生成物３を得た。
【００９４】
続いて、中間生成物３のメタノール溶液に水酸化リチウム水溶液を加えたのち、室温で終夜攪拌した。続いて、溶媒を揮発させてから塩酸で中和したのち、エチルエーテルで目的物を抽出した。続いて、硫酸マグネシウムで脱水してから溶媒を揮発させたのち、精製して式（４−４）で表される中間生成物４を得た。
【００９５】
最後に、中間生成物４とｐ−ドデシルオキシ安息香酸と４−ジメチルアミノピリジンとのジクロロメタン溶液を加えて室温で終夜攪拌したのち、精製して式（３−１）に示した液晶材料を得た。
【００９６】
【化２８】
2011088987.tif 000030
【００９７】
（実験例２〜４）
３，３−ジメチルブタノールの代わりに２−メチル−２−ヘプタノールまたは２−メチル−１−ペンタノールを用いたことを除き、実験例１と同様の合成手順を経ることにより、式（３−２）または式（３−３）に示した液晶材料を得た。また、３，３−ジメチルブタノールの代わりにオクタノールおよびｐ−ドデシルオキシ安息香酸の代わりに４−（３，７−ジメチルオクチルオキシ）安息香酸を用いたことを除き、実験例１と同様の合成手順を経ることにより、式（３−４）に示した液晶材料を得た。
【００９８】
（実験例５）
アルゴン置換したフラスコ中に４−ブロモ−３−メチルフェノールとトリフェニルホスフィンと１−オクタノールとのテトラヒドロフラン溶液を入れたのち、アゾジカルボン酸ジエチルのトルエン溶液を滴下した。続いて、室温で終夜攪拌したのち、精製して式（５−１）で表される中間生成物５を得た。
【００９９】
また、４−ブロモ−３−メチルフェノールの代わりに４−ブロモ−３−フルオロフェノールおよび１−オクタノールの代わりに２−メチル−１−ペンタノールを用いたことを除いて同様の手順を経ることにより、式（５−２）で表される中間生成物６を得た。
【０１００】
続いて、窒素（Ｎ2 ）置換したフラスコ中に中間生成物５と炭酸カリウムとビス（ピナコラト）ジボロンとパラジウム触媒とのトルエン溶液を入れて一晩還流したのち、精製して式（５−３）で表される中間生成物７を得た。
【０１０１】
また、中間生成物５の代わりに中間生成物６を用いたことを除いて同様の手順を経ることにより、式（５−４）で表される中間生成物８を得た。
【０１０２】
続いて、窒素置換したフラスコ中に中間生成物７と４−ブロモ−３−フルオロヨードベンゼンとパラジウム触媒とのトルエン溶液を入れて一晩還流したのち、精製して式（５−５）で表される中間生成物９を得た。
【０１０３】
最後に、窒素置換したフラスコ中に中間生成物８，９と炭酸ナトリウムとパラジウム触媒とのトルエン溶液を入れて一晩還流したのち、精製して式（３−５）で表される液晶材料を得た。
【０１０４】
【化２９】
2011088987.tif 000031
【０１０５】
（実験例６，７）
３，３−ジメチルブタノールの代わりにオクタノールを用いたことを除き、実験例１と同様の合成手順を経ることにより、式（６−１）で表される液晶材料を得た。また、１−オクタノールの代わりに１−ドデカノールおよび２−メチル−１−ペンタノールの代わりに１−オクタノールを用いたことを除き、実験例１と同様の合成手順を経ることにより、式（６−２）で表される液晶材料を得た。
【０１０６】
【化３０】
2011088987.tif 000032
【０１０７】
実験例１〜７の液晶材料について、ホットステージ、示差走査熱量測定装置および偏光顕微鏡を用いてスメクチックＡ相を示す温度範囲（℃）およびその温度幅（℃）を調べたところ、表１に示した結果が得られた。この場合には、液晶材料の相転移温度に基づいてスメクチックＡ相を同定した。
【０１０８】
【表１】
2011088987.tif 000033
【０１０９】
実験例１〜５では、実験例６，７よりも温度範囲が大幅に広くなった。しかも、実験例１〜５の温度範囲は、光学用途における使用温度域（＝２０℃〜５０℃）にほぼ対応する範囲であった。この結果は、式（１）中のＲ２が分岐しているか否かだけが異なる液晶材料を用いている実験例２，６の比較から明らかなように、Ｒ２が分岐していると、分岐していない場合よりも温度範囲が広くなることを表している。よって、式（１）に示した液晶材料では、光学用途における使用温度域においてスメクチックＡ相を示す温度範囲が広くなることが確認された。なお、ここでは式（１）中におけるＲ１またはＲ２のいずれかの炭化水素部分が分岐している場合について説明し、双方の炭化水素部分が分岐している場合については説明していない。しかしながら、いずれかの炭化水素部分が分岐していると温度範囲が広くなることは表１の結果から明らかであり、双方の炭化水素部分が分岐していると温度範囲が狭くなる特別な理由も見当たらない。よって、双方の炭化水素部分が分岐している場合においても温度範囲が広くなるはずである。
【０１１０】
（実験例８）
以下の手順により、式（９−１）に示した液晶材料を合成した。最初に、アルゴン置換したフラスコ中に４−ブロモ−２−メチルフェノールとメチルトリフェニルホスフィンとｎ−オクタノールとのトルエン溶液を入れたのち、アゾジカルボン酸ジエチルのトルエン溶液を滴下して室温で終夜攪拌した。続いて、溶媒を揮発させたのち、カラムクロマトグラフィーを用いて式（１０−１）で表される中間生成物１０を得た。
【０１１１】
続いて、窒素置換したフラスコ中に中間生成物１０と炭酸カリウムとビス（ピナコラト）ジボロンとパラジウム触媒とのトルエン溶液を入れて一晩還流したのち、精製して式（１０−２）で表される中間生成物１１を得た。
【０１１２】
続いて、窒素置換したフラスコ中に中間生成物１１と４−ブロモ−３−フルオロヨードベンゼンと炭酸ナトリウムとパラジウム触媒とのトルエン溶液を入れて一晩還流したのち、精製して式（１０−３）で表される中間生成物１２を得た。
【０１１３】
一方、アルゴン置換したフラスコ中に４−ブロモ−２−フルオロフェノールとトリフェニルホスフィンと（Ｓ）−５−ヘキセン−２−オールとのトルエン溶液を入れたのち、アゾジカルボン酸ジエチルのトルエン溶液を滴下して室温で終夜攪拌した。続いて、溶媒を揮発させたのち、カラムクロマトグラフィーを用いて式（１０−４）で表される中間生成物１３を得た。
【０１１４】
続いて、中間生成物１３と１，１，３，３，３−ペンタメチルジシロキサンとのテトラヒドロフラン溶液に触媒としてジクロロ（ジシクロペンタジエル）白金（ＩＩ）を加えたのち、アルゴン雰囲気中で６０℃×２４時間攪拌した。続いて、溶媒を揮発させたのち、カラムクロマトグラフィーを用いて式（１０−５）で表される中間生成物１４を得た。
【０１１５】
続いて、窒素置換したフラスコ中に、中間生成物１４と炭酸カリウムとビス（ピナコラト）ジボロンとパラジウム触媒とのトルエン溶液を入れて一晩還流したのち、精製して式（１０−６）で表される中間生成物１５を得た。
【０１１６】
最後に、窒素置換したフラスコ中に中間生成物１２，１５と炭酸ナトリウムとパラジウム触媒とのトルエン溶液を入れて還流したのち、精製して式（９−１）に示した液晶材料を得た。
【０１１７】
【化３１】
2011088987.tif 000034
【０１１８】
（実験例９〜１５）
式（９−２）〜式（９−６）、式（１１−１）または式（１１−２）で表される液晶材料を用いた。
【０１１９】
【化３２】
2011088987.tif 000035
【０１２０】
実験例８〜１５の液晶材料について、実験例１〜７と同様に温度範囲および温度幅を調べたところ、表２に示した結果が得られた。
【０１２１】
【表２】
2011088987.tif 000036
【０１２２】
実験例８〜１３では、実験例１〜７と同様の結果が得られた。よって、式（７）に示した液晶材料では、光学用途における使用温度域においてスメクチックＡ相を示す温度範囲が広くなることが確認された。
【０１２３】
以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明はそれらで説明した態様に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、本発明の液晶材料は、液晶表示素子および液晶光空間変調素子に限らず、他の光学用途に適用されてもよい。
【符号の説明】
【０１２４】
１０…ＴＦＴアレイ基板、１１，２１…支持基板、１２…画素電極、２０…対向基板、２２…対向電極、３０，７０…液晶層、４０，５０…透明基板、６１，６２…電極。
【図１】
2011088987.tif 000062
【図２】
2011088987.tif 000063
【図３】
2011088987.tif 000064