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用于电磁波信号的相位控制的高介电常数液晶组合物及元件

技术摘要:
本发明提供一种作为在用于频率1MHz~400THz的电磁波信号的相位控制的元件中使用的材料,特性良好且特性平衡优异的液晶组合物及元件。一种液晶组合物,含有选自式(1)所表示的群组中的化合物,且用于频率1MHz~400THz的电磁波信号的相位控制。式(1)中,环A0~环A4独立地  全部
背景技术:
作为用于频率1MHz~400THz的电磁波信号的相位控制的元件,可列举毫米波段、 微波段天线以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的方式受到关注。 根据来自外部的偏压电场,液晶的分子的取向发生变化,介电常数发生变化。只要 利用所述性质,则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的电压控制毫米波段可变移相器、使用向 列液晶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)。 此种用于电磁波信号的相位控制的元件理想的是具有可使用的温度范围广、高增 益且低损耗等特性。因此,液晶组合物的特性要求向列相的上限温度高、向列相的下限温度 低、粘度低、用于相位控制的频率区域中的折射率各向异性大、介电常数各向异性大、介电 损耗小、驱动频率区域中的比电阻大、对热的稳定性等。 现有的组合物在下述专利文献3至专利文献4中有公开。 此外,由于液晶材料为电介质,因此产生极化。产生极化的机制大致可分为三种。 电子极化、离子极化以及取向极化。取向极化是伴随液晶分子的取向的极化,因此介电弛豫 的损耗的影响不能忽视,但随着成为高频(例如1MHz以上),明显的损耗消失。结果,在高频 区域只与不存在损耗引起的介电常数的变化的电子极化及离子极化有关。此外,在不存在 损耗的电介质中,介电常数与折射率成比例(ε=n2),因此可以说在所述高频区域所测定的 介电常数及折射率几乎没有变化(参考文献1:固体物性-晶格振动/电介质(裳华房公司,作 道恒太郎著))。 [现有技术文献] [专利文献] [专利文献1]国际公开2017/201515 [专利文献2]美国公开2018/0239213 [专利文献3]日本专利特开2004-285085 [专利文献4]日本专利特开2011-74074
技术实现要素:
[发明所要解决的问题] 本发明的目的在于提供一种可对用于频率1MHz~400THz的电磁波信号的相位控 制的元件赋予高增益特性、且具有非常大的介电常数各向异性的液晶组合物。 15 CN 111575021 A 说 明 书 2/43 页 [解决问题的技术手段] 发明人等发现,包含具有特定结构的液晶化合物的液晶组合物解决所述问题,从 而完成了本发明。 本发明具有以下的构成。 [1]一种液晶组合物,含有选自式(1)所表示的化合物的群组中的化合物作为液晶 性化合物,且用于频率1MHz~400THz的电磁波信号的相位控制。 式(1)中,环A0、环A1、环A2、环A3及环A4独立地为以下的式(I)至式(XIV)中的任一个 所表示的基; Z0、Z1、Z2及Z3独立地为单键或-CF2O-,此处,在Z0、Z1、Z2及Z3中,-CF2O-为一个以下; p为0或1; R1为碳数1至12的烷基、碳数1至12的烷氧基、碳数1至12的烷硫基、或碳数2至12的 烯基、碳数2至12的烯氧基,所述R1中的至少一个-CH2-可以O原子不相互直接键结的形式经- O-、-CO-或-COO-取代; R11为R1、-CN、-F、-Cl、-CF3、-OCF3、-CF2H、-OCF2H、-NCS、-SF5或-NO2,此处,在R11为R1 的情况下,各个R1可相同也可不同; 在式(VI)及式(VII)中,R2为碳数1至5的烷基、碳数1至5的烷氧基、碳数1至5的烷 硫基、或碳数2至5的烯基、碳数2至5的烯氧基。 16 CN 111575021 A 说 明 书 3/43 页 [2]根据[1]所述的液晶组合物,其中作为式(1)所表示的化合物,包含选自以下的 式(2)及式(3)中的至少一种化合物。 式(2)及式(3)中, Z20及Z30中的一个为单键,另一个为-CF2O-; p为0或1; R10为碳数1至12的烷基、碳数1至12的烷氧基、碳数1至12的烷硫基、或碳数2至12的 烯基、碳数2至12的烯氧基,所述R10中的至少一个-CH2-可以O原子不相互直接键结的形式 经-O-、-CO-或-COO-取代; X10为-CN、-F、-Cl、-CF3、-OCF3、-CF2H、-OCF2H、-NCS、-SF5或-NO2; 17 CN 111575021 A 说 明 书 4/43 页 X11分别独立地为H或F; X12为-CH2-或-O-。 [3]根据[2]所述的液晶组合物,含有选自式(2-1)至式(2-41)及式(3-1)至式(3- 13)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物。 18 CN 111575021 A 说 明 书 5/43 页 19 CN 111575021 A 说 明 书 6/43 页 20 CN 111575021 A 说 明 书 7/43 页 21 CN 111575021 A 说 明 书 8/43 页 22 CN 111575021 A 说 明 书 9/43 页 23 CN 111575021 A 说 明 书 10/43 页 24 CN 111575021 A 说 明 书 11/43 页 25 CN 111575021 A 说 明 书 12/43 页 式(2-1)至式(2-41)及式(3-1)至式(3-13)中, R20为碳数1至8的烷基、碳数1至8的烷氧基、碳数1至8的烷硫基、或碳数2至8的烯 基、碳数2至8的烯氧基,所述R20中的至少一个-CH2-可以O原子不相互直接键结的形式经-O- 取代。 [4]根据[2]或[3]所述的液晶组合物,其中作为式(1)所表示的化合物,还包含选 自以下的式(4)中的至少一种化合物。 26 CN 111575021 A 说 明 书 13/43 页 式(4)中, 环A0、环A1及环A2独立地为式(I)至式(XIV)所表示的基; p为0或1; R10为碳数1至12的烷基、碳数1至12的烷氧基、碳数1至12的烷硫基、或碳数2至12的 烯基、碳数2至12的烯氧基,所述R10中的至少一个-CH2-可以O原子不相互直接键结的形式 经-O-、-CO-或-COO-取代; R30为R10、-CN、-F、-Cl、-CF3、-OCF3、-CF2H、-OCF2H、-NCS、-SF5或-NO2,此处,在R30为 R10的情况下,各个R10可相同也可不同; X11分别独立地为H或F; 式(VI)及式(VII)中,R2为碳数1至5的烷基、碳数1至5的烷氧基、碳数1至5的烷硫 基、或碳数2至5的烯基、碳数2至5的烯氧基。 [5]根据[1]至[4]中任一项所述的液晶组合物,包含选自光稳定剂及抗氧化剂中 27 CN 111575021 A 说 明 书 14/43 页 的一种以上。 [6]根据[1]至[5]中任一项所述的液晶组合物,包含光学活性化合物。 [7]根据[1]至[6]中任一项所述的液晶组合物,包含自由基聚合性单体。 [8]一种元件,含有根据[1]至[7]中任一项所述的液晶组合物,且用于频率1MHz~ 400THz的电磁波信号的相位控制。 [发明的效果] 本发明的组合物在1MHz~400THz的频率下具有大的介电常数各向异性,因此使用 其的元件能够大幅度地调整电磁波信号的相位。另外,本发明的组合物在1MHz~400THz的 频率下的介电损耗小,进而向列相的温度范围宽,还具有对热的高稳定性。因此,使用了本 发明的组合物的元件在实用上具有优异的特性。
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