(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。【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】2005120208.tif 000014で表される液晶化合物を少なくとも１種以上含有し、その含有率が20%以上であ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】
2005120208.tif 000012
（式中、A、B及びCは各々独立的に式（2-1）〜式（2-9）で表される構造の何れかを表すが、該A、B、Cの少なくとも2つは式（2-1）〜式（2-5）の何れかを表し、
【化２】
2005120208.tif 000013
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１又は2を表し、R1及びR2は各々独立的に炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のアルケニルオキシ基、シアノ基、フッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基、ジフルオロメチル基、ジフルオロメトキシ基又は−NCSを表すが、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良い。）で表される液晶化合物を少なくとも１種以上含有し、その含有量が２０質量％以上であ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）においてｎが１を表す請求項１記載の可変機能デバイス。
【請求項３】
液晶層の複屈折率Δｎが、波長５８９ｎｍにおいて、０．１８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】
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】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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が必要である。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いる。
【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）。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。
【０００４】
しかし、可変機能デバイスにおいて、従来の技術では液晶層の誘電率異方性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った。また、従来の液晶組成物を用いた可変機能デバイスにおいては、動作温度範囲、高速応答性、駆動電圧の点においても十分な特性を有しているとは言えず、これらの特性を改善した可変機能デバイスの開発が求められている。
【０００５】
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、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、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より有用であり、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。
【０００８】
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）
【０００９】
【化１】
2005120208.tif 000002
（式中、A、B及びCは各々独立的に式（2-1）〜式（2-9）で表される構造の何れかを表すが、該A、B、Cの少なくとも2つは式（2-1）〜式（2-5）の何れかを表し、
【００１０】
【化２】
2005120208.tif 000003
【００１１】
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１又は2を表し、R1及びR2は各々独立的に炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のアルケニルオキシ基、シアノ基、フッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基、ジフルオロメチル基、ジフルオロメトキシ基又は−NCSを表すが、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良い。）で表される液晶化合物を少なくとも１種以上含有し、その含有量が２０質量％以上であることを特徴とする可変機能デバイスを提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、特定の液晶化合物を使用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る。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することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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種以上含有するが、2種〜40種含有することが好ましく、2種〜20種含有することが更に好ましい。
【００１４】
液晶層の液晶組成物は、一般式（1）で表される化合物を少なくとも20質量％含有し、100質量％で構成することもできるが、少なくとも30質量％以上含有することが好ましく、40質量％含有することがさらに好ましい。
【００１５】
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及びCの少なくとも2つは式（2-1）〜式（2-5）で表されるいずれかの環構造を有するが、B及びCは式（2-1）〜式（2-5）で表されるいずれかの環構造を有することが好ましい。
【００１６】
R1及びR2は各々独立的に炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のアルケニルオキシ基、シアノ基又はフッ素原子を表すことが好ましく、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数1〜8のアルコキシ基、炭素数2〜8のアルケニル基、炭素数2〜8のアルケニルオキシ基、シアノ基又はフッ素原子がより好ましく、炭素数1〜8のアルキル基又はシアノ基
が特に好ましい。
【００１７】
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-を表すが、単結合、-C≡C-、-CH2O-、-CH=N-N=CH-又は-COO-を表すことが好ましく、単結合又は-C≡Cを表すことがより好ましい。
【００１８】
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-28）で表される化合物群が好ましい。
【００１９】
【化３】
2005120208.tif 000004
【００２０】
【化４】
2005120208.tif 000005
【００２１】
【化５】
2005120208.tif 000006
【００２２】
【化６】
2005120208.tif 000007
【００２３】
【化７】
2005120208.tif 000008
【００２４】
【化８】
2005120208.tif 000009
【００２５】
（式中、R1、R2、Z1及びZ2は一般式（１）における記載と同じ意味を表す。）
液晶組成物の複屈折率Δnは、波長589nmにおいて、0.18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い。液晶分子長軸方向の誘電損失は0.02以下であることが好ましく、0.016以下であることがより好ましく、液晶分子短軸方向の誘電損失は0.035以下であることが好ましい。
【００２６】
本願発明において、可変機能デバイスとは液晶層によりデバイスの伝送特性を可変できるものであれば特に制限はないが、マイクロ波帯の可変特性高周波電送線路として用いることが有用であり、マイクロストリップ線路において、位相特性を可変するマイクロ波帯可変位相器として用いることが好ましい。
又、マイクロ波帯可変位相器をビーム走査型のアンテナとして応用することもできる。
【実施例１】
【００２７】
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。
【００２８】
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）
（実施例1）
次に示す液晶組成物を作成し、諸特性を測定した。
【００２９】
【化９】
2005120208.tif 000010
【００３０】
TN-I      ：134℃
Δε      ：0.63
Δn      ：0.303
Vth      ：1.81V
水平成分のtanδ      ：0.014
垂直成分のtanδ      ：0.030
当該液晶組成物は、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。
【００３１】
可変機能デバイスとして図１に示す可変特性高周波電送線路を作製し、液晶層としての当該液晶組成物を使用したところ、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。
【００３２】
（比較例１）
比較例として、次に示す液晶組成物を作成し、諸特性を測定した。
【００３３】
【化１０】
2005120208.tif 000011
【００３４】
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
比較例に記載の液晶組成物は、実施例１記載の液晶組成物に較べネマチック相-等方性液体相転移温度（TN-I）が低く、誘電率異方性Δεが小さい割にはtanδが大きい。
【００３５】
比較例１記載の液晶組成物を用い、実施例１と同様に可変機能デバイスとして可変特性高周波電送線路を作製したところ、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。
【００３６】
実施例１記載の可変特性高周波電送線路をビーム走査型アンテナとして応用した場合、３倍以上の可変幅を有するアンテナを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【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】
【００３８】
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】
2005120208.tif 000015