(57)【要約】【課題】マイクロ波やミリ波の電磁波に対してより大きな誘電率異方性Δεの液晶材料を用いることにより大きな移相制御を可能とし、誘電損失ｔａｎδをより少なく、特に液晶分子の短軸方向での誘電損失ｔａｎδを低減することにより伝送効率を改善した可変機能デバイスを提供することにある。【解決手段】高周波線路を構成する導体線路とグランド導体との間に液晶層を配置してなる可変機能デバイスにおいて、該液晶層が一般式（１）【化１】2004285085.tif 000012で表される液晶化合物を少なくとも１種以上含有することを特徴とする可変機能性デバイス。【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波線路を構成する導体線路とグランド導体との間に液晶層を配置してなる可変機能デバイスにおいて、該液晶層が一般式（１）
【化１】
2004285085.tif 000010
（式中、Ａ、Ｂ及びＣは各々独立的に（２−１）〜（２−９）で表される環のいずれかであり、該Ａ、Ｂ、Ｃの少なくとも２つは（２−１）〜（２−５）、（２−８）、（２−９）のいずれかであり、この中の少なくとも１つの環はＲ１、Ｒ２、Ｚ１及びＺ２以外の少なくとも１個以上の置換基を有し、該置換基はＦ、Ｃｌ、ＣＮ、ＣＨ３又はＣＦ３のいずれかであり、
【化２】
2004285085.tif 000011
Ｚ１及びＺ２は各々独立的に単結合、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−（ＣＨ２）４−、−ＣＨ２ＣＨ２−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝Ｎ−Ｎ＝ＣＨ−、−ＣＯＯ−又は−ＯＣＯ−を表し、ｎは０、１又は２であり、Ｒ１、Ｒ２は各々独立的に炭素数１〜１０のアルキル基、アルコキシ基又は炭素数２〜１０のアルケニル基、アルケニルオキシ基を表し、該アルキル基、該アルコキシ基、該アルケニル基又は該アルケニルオキシ基中に存在する１個又は２個以上のＣＨ２基は、Ｏ原子が相互に直接結合しないものとして、−Ｏ−、−ＣＯ−又は−ＣＯＯ−で置換されていてもよく、あるいは、ＣＮ、Ｆ、Ｃｌ、ＣＦ３、ＯＣＦ３、ＣＦ２Ｈ、ＯＣＦ２ＨまたはＮＣＳであることができる。）で表される液晶化合物を少なくとも１種以上含有することを特徴とする可変機能デバイス。
【請求項２】
一般式（１）で表される化合物を少なくとも３０質量％以上含有する請求項１記載の可変機能デバイス。
【請求項３】
前記液晶層の複屈折率Δｎが、波長５８９ｎｍにおいて、０．２０以上である請求項１又は２記載の可変機能デバイス。
【請求項４】
前記液晶層の誘電率異方性Δεが、マイクロ波帯域において、０．５０以上である請求項１、２又は３記載の可変機能デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波帯域においてより大きい誘電率異方性とより小さい誘電損失ｔａｎδを有する液晶材料により、より改善された可変機能デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
多種多様な機能のシステムをひとつのハードウェアで切り替えて利用したり、ソフトウェアによりプログラム的に切り替えて利用するためには、高周波アナログステージで周波数帯や帯域幅などを電子的に可変できるデバイスの技術開発が必要です。このため、例えば，電子同調フィルタ，電圧制御発振器，可変特性増幅器，移相器・減衰器などの可変回路やデバイスなど性能・機能を可変制御できるものの開発が進められております。
【０００３】
可変機能デバイスとして液晶媒質を利用した高周波デバイスとして、駆動電圧が無印加時と印加時により液晶層の誘電率を変化させることによって、マイクロストリップ線路を伝搬する電磁波の移相を可変させたり、遅延させることが可能なマイクロ波帯可変移相器が開示されている（非特許文献１参照）。
【０００４】
又、液晶媒質を利用した可変機能デバイスの液晶層として、高分子分散型液晶（特許文献１参照）、二周波駆動液晶（特許文献２参照）を用いた技術が報告されている。しかし、従来の技術では誘電率異方性Δεが十分に大きくなく、駆動時の誘電損失ｔａｎδが大きいというデバイス特性としての問題があり、また、より広い温度で、より高速で、より低い駆動電圧による動作を可能とした液晶材料が要求されている。
【特許文献１】
特開２０００−３１５９０２号公報  （１頁）
【特許文献２】
特開２００１−２３７６０６号公報  （１頁）
【非特許文献１】
ドルフィ（Ｄ．Ｄｏｌｆｉ），「エレクトロニクスレター（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ）」，（英国），１９９３年，２９巻，１０号，ｐ．９２６−９２７
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、マイクロ波やミリ波の電磁波に対してより大きな誘電率異方性Δεの液晶材料を用いることにより大きな移相制御を可能とし、誘電損失ｔａｎδをより少なく、特に液晶分子の短軸方向での誘電損失ｔａｎδを低減することにより伝送効率を改善した可変機能デバイスを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願発明の発明者らは上記課題を解決するため鋭意検討を行った結果、マイクロ波やミリ波の電磁波を制御する可変機能デバイスにおいて、特定の液晶化合物を構成部材として用いることにより、より大きな誘電率異方性Δεを発現し、更に誘電損失ｔａｎδを低減できることを見いだし本願発明の完成に至った。
【０００７】
本発明は、高周波線路を構成する導体線路とグランド導体との間に液晶層を配置してなる可変機能デバイスにおいて、該液晶層が一般式（１）
【０００８】
【化３】
2004285085.tif 000002
（式中、Ａ、Ｂ及びＣは各々独立的に（２−１）〜（２−９）で表される環のいずれかであり、該Ａ、Ｂ、Ｃの少なくとも２つは（２−１）〜（２−５）、（２−８）、（２−９）のいずれかであり、この中の少なくとも１つの環はＲ１、Ｒ２、Ｚ１及びＺ２以外の少なくとも１個以上の置換基を有し、該置換基はＦ、Ｃｌ、ＣＮ、ＣＨ３又はＣＦ３のいずれかであり、
【０００９】
【化４】
2004285085.tif 000003
【００１０】
Ｚ１及びＺ２は各々独立的に単結合、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−（ＣＨ２）４−、−ＣＨ２ＣＨ２−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝Ｎ−Ｎ＝ＣＨ−、−ＣＯＯ−又は−ＯＣＯ−を表し、ｎは０、１又は２であり、Ｒ１、Ｒ２は各々独立的に炭素数１〜１０のアルキル基、アルコキシ基又は炭素数２〜１０のアルケニル基、アルケニルオキシ基を表し、該アルキル基、該アルコキシ基、該アルケニル基又は該アルケニルオキシ基中に存在する１個又は２個以上のＣＨ２基は、Ｏ原子が相互に直接結合しないものとして、−Ｏ−、−ＣＯ−又は−ＣＯＯ−で置換されていてもよく、あるいは、ＣＮ、Ｆ、Ｃｌ、ＣＦ３、ＯＣＦ３、ＣＦ２Ｈ、ＯＣＦ２ＨまたはＮＣＳであることができる。）で表される液晶化合物を少なくとも１種以上含有することを特徴とする可変機能デバイスを提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の液晶層は、ネマチック液晶、スメクチック液晶、コレステリック液晶、強誘電性液晶のいずれも使用することができるが、ネマチック液晶が配向性の容易性から好ましい。液晶層に含有する化合物は、一般式（１）で表される化合物を少なくとも１種以上含有することが好ましく、２種〜４０種含有することもできるが、２種〜２０種含有することが更に好ましい。液晶層の液晶組成物は、一般式（１）の化合物を少なくとも３０質量％以上含有することが好ましく、１００質量％で構成することもできる。
【００１２】
一般式（１）で表される化合物は、その部分構造において、Ａ、Ｂ、Ｃの少なくとも２つは（２−１）〜（２−５）、（２−８）、（２−９）のいずれかの環構造を有するが、（２−１）又は（２−３）〜（２−５）であることが好ましい。
【００１３】
（２−１）〜（２−５）、（２−８）、（２−９）の少なくとも１つの環は少なくとも１個以上の置換基を有し、その置換基としてはＦ、Ｃｌ、ＣＮ、ＣＨ３又はＣＦ３のいずれかから選ばれた置換基であるが、Ｆ、ＣＨ３又はＣＦ３であることがより好ましい。
【００１４】
また、本発明のデバイスは低電圧駆動も可能であるが、幅広い動作温度範囲、駆動電圧に比較してより速い応答性を所望する場合には、置換基を有する化合物の含有率を７０質量％以下にすることが好ましく、５０質量％以下にすることが更に好ましい。
【００１５】
Ｒ１、Ｒ２は各々独立的に炭素数１〜１０のアルキル基、アルコキシ基又は炭素数２〜１０のアルケニル基、アルケニルオキシ基を表すが、これらの側鎖基の一方はＣＮ、Ｆ、Ｃｌ、ＣＦ３、ＯＣＦ３、ＣＦ２Ｈ、ＯＣＦ２  ＨまたはＮＣＳである極性基を有する化合物を含有することが好ましく、極性基を有する化合物は、３０質量％以上含有することが更に好ましい。
【００１６】
Ｚ１、Ｚ２は、単結合、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＯＣＨ２−、−（ＣＨ２）４−、−ＣＨ２ＣＨ２−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ＝Ｎ−Ｎ＝ＣＨ−、−ＣＯＯ−又は−ＯＣＯ−であることができるが、単結合、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ２Ｏ−、−ＣＨ＝Ｎ−Ｎ＝ＣＨ−、−ＣＯＯ−のいずれかが更に好ましい。
【００１７】
このような観点から、一般式（１）の化合物のより具体的な好ましい形態として、下記の一般式（Ｉ−１）〜（Ｉ−２０）で表される化合物群が好ましい。
【００１８】
【化５】
2004285085.tif 000004
【００１９】
【化６】
2004285085.tif 000005
【００２０】
（式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｚ１、Ｚ２は請求項１記載と同じであり、Ｘ１〜Ｘ１２は少なくとも１個がＦ、Ｃｌ、ＣＮ、ＣＨ３又はＣＦ３のいずれかで置換基されている。）
液晶組成物の複屈折率Δｎは、波長５８９ｎｍにおいて、０．２０以上であることが好ましく、０．２５以上であることが更に好ましく、より大きくすることでより大きな移相変換を可能とすることができる。また、液晶組成物の誘電率異方性Δεが、マイクロ波帯域において、０．５０以上であることが好ましく、上記と同様の効果を得ることができる。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。また、以下の実施例及び比較例の組成物における「％」は『質量％』を意味する。液晶組成物の複素誘電率は同軸共振器を用いて測定した。液晶層での液晶分子の配向は、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）を配向膜として塗布し、ラビングし、ホモジニアス配向させた。印加電圧は２０Ｖ迄の直流電圧を使用した。電磁波の周波数は６〜１２ＧＨｚの帯域（Ｘバンド）で測定した。
実施例中、測定した特性は以下の通りである。
ＴＮ−Ｉ      ：ネマチック相−等方性液体相転移温度（℃）
Δε      ：誘電異方性（２５℃及びＸバンド）
Δｎ      ：複屈折（２０℃及び５８９ｎｍ）
Ｖｔｈ      ：しきい値電圧（Ｖ）（２５℃）
水平成分のｔａｎδ      ：液晶分子長軸方向の誘電損失（２５℃及びＸバンド）
垂直成分のｔａｎδ      ：液晶分子短軸方向の誘電損失（２５℃及びＸバンド）
【００２２】
（実施例１）
【化７】
2004285085.tif 000006
【００２３】
ＴＮ−Ｉ      ：１２３．６℃
Δε      ：０．６１
Δｎ      ：０．２９８
Ｖｔｈ      ：１．７３Ｖ
水平成分のｔａｎδ      ：０．０１５
垂直成分のｔａｎδ      ：０．０２９
実施例１は、高いネマチック相−等方性液体相転移温度（ＴＮ−Ｉ）、大きな誘電率異方性Δεに対し比較的小さなｔａｎδを有する。この液晶を用いた可変機能デバイスを作製したところ、移相変化が大きく３３０ＭＨｚの周波数の可変幅を得ることができた。これにより、後述の比較例に比べ約３倍の幅のビーム走査型アンテナを作製できる。
【００２４】
（比較例１）
【化８】
2004285085.tif 000007
ＴＮ−Ｉ      ：７２．４℃
Δε      ：０．１０
Δｎ      ：０．１４１
Ｖｔｈ      ：１．６１Ｖ
水平成分のｔａｎδ      ：０．０１８
垂直成分のｔａｎδ      ：０．０４７
【００２５】
（比較例２）
【化９】
2004285085.tif 000008
ＴＮ−Ｉ      ：６４．８℃
Δε      ：０．４０
Δｎ      ：０．２２５
Ｖｔｈ      ：１．６０Ｖ
水平成分のｔａｎδ      ：０．０２２
垂直成分のｔａｎδ      ：０．０３８
比較例１及び２の液晶を用いた可変機能デバイスを作製したところ、移相変化が実施例１と比べ小さく９０ＭＨｚ以下の周波数の可変幅しか得ることができなかった。これにより、本発明の優位性が明らかとなった。
【００２６】
（実施例２）
【化１０】
2004285085.tif 000009
【００２７】
ＴＮ−Ｉ      ：１２０．９℃
Δε      ：０．６３
Δｎ      ：０．２９９
Ｖｔｈ      ：１．４９Ｖ
水平成分のｔａｎδ      ：０．０１９
垂直成分のｔａｎδ      ：０．０３２
【００２８】
【発明の効果】
本発明は、液晶化合物の部分構造、特に置換基を有する化合物に着目した液晶組成物を用いることにより、マイクロ波帯域においてより大きい誘電率異方性とより小さい誘電損失ｔａｎδを有する液晶層を作製可能とし、より改善された可変機能デバイスを作製することができた。特に、大きな移相変化３３０ＭＨｚの周波数の可変幅を得ることができ、従来に比べ約３倍も改善したビーム走査型アンテナを作製できる特段の効果を有していた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る可変特性高周波電送線路の構造を示す図である。
【符号の説明】
１、６・・・セラミックス基板
２・・・液晶層
３・・・導体線路（金属ライン）
４・・・配向膜
５・・・グランド面（金属膜）
【図１】
2004285085.tif 000013