(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022046078
(43)【公開日】2022-03-23
(54)【発明の名称】液晶流動発生素子
(51)【国際特許分類】
H02N 11/00 20060101AFI20220315BHJP
C09K 19/02 20060101ALI20220315BHJP
C09K 19/30 20060101ALI20220315BHJP
C09K 19/32 20060101ALI20220315BHJP
C09K 19/20 20060101ALI20220315BHJP
C09K 19/12 20060101ALI20220315BHJP
【ＦＩ】
H02N11/00 Z
C09K19/02
C09K19/30
C09K19/32
C09K19/20
C09K19/12
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020151940
(22)【出願日】2020-09-10
(71)【出願人】
【識別番号】000002886
【氏名又は名称】ＤＩＣ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100177471
【弁理士】
【氏名又は名称】小川 眞治
(74)【代理人】
【識別番号】100163290
【弁理士】
【氏名又は名称】岩本 明洋
(74)【代理人】
【識別番号】100149445
【弁理士】
【氏名又は名称】大野 孝幸
(72)【発明者】
【氏名】長谷部 浩史
【テーマコード（参考）】
4H027
【Ｆターム（参考）】
4H027BA01
4H027BB13
4H027BD02
4H027BD03
4H027BD07
4H027BD09
4H027BD24
4H027BE02
4H027CD01
4H027CD03
4H027CD05
4H027CE04
4H027CE05
4H027CG05
4H027CH04
4H027CK05
4H027CM05
4H027CN01
4H027CN03
4H027CN04
4H027CQ03
4H027CQ05
4H027CR04
4H027CR05
4H027CT01
4H027CT03
4H027CT04
4H027CT05
4H027CU01
4H027CU04
4H027CU05
4H027CW01
4H027CW02
4H027CW03
4H027DH04
4H027DK04
(57)【要約】
【課題】 本発明が解決しようとする課題は、長期の信頼性が確保可能で、かつ複雑な機構や複雑な電圧印加手段を必要としない流動発生装置を提供することである。
【解決手段】 本発明者は、電気泳動力および液晶の配向時の流動や重心周りの回転運動に拠らない機構を検討し、特定の電極構造と液晶材料の組み合わせが有効であることを見出した。すなわち、対向する基板の内面に設けられた少なくとも１対の電極は平行ではなく、角度を持って配置された電極構造を用い当該電極構造と液晶材料の組み合わせによって課題を解決できることを見出した。
【選択図】 図１
【解決手段】 本発明者は、電気泳動力および液晶の配向時の流動や重心周りの回転運動に拠らない機構を検討し、特定の電極構造と液晶材料の組み合わせが有効であることを見出した。すなわち、対向する基板の内面に設けられた少なくとも１対の電極は平行ではなく、角度を持って配置された電極構造を用い当該電極構造と液晶材料の組み合わせによって課題を解決できることを見出した。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
不均一電界を印加する手段を備えた液晶材料を用いた液晶流動発生素子。
【請求項2】
不均一電界を印加する手段が、くさび状に一定の角度を持って対向している電極対である請求項１記載の液晶流動発生素子。
【請求項3】
液晶材料の比抵抗が１×１０１２Ωcm以上である請求項１または２記載の液晶流動発生素子。
【請求項4】
液晶材料の誘電率異方性の絶対値が、２以上である請求項１から３のいずれか一項に記載の液晶流動発生素子。
【請求項5】
請求項１から４のいずれか一項に記載の液晶流動発生素子を用いたアクチュエーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は電界印加によって液晶の流動を発生させる装置に関する。
【背景技術】
【0002】
流体に高電圧を印加することによって流体運動が発生する現象が知られており、Electro Hydro Dynamics現象と呼ばれている。電気を直接「流れ」に変換でき、コンプレッサーやポンプ等の金属製の複雑な機構部品を用いずに小型・軽量で流体運動が得られるという利点があるため、ソフトアクチュエータの動力源として将来が期待される。このような流動発生装置としては、流体の導電率と粘度をある特定の範囲に設定したものが知られている（特許文献１）。導電率としては４×１０－１２～５×１０－８Ｓ/ｍ（比抵抗で表すと、２×１０７～２．５×１０１１Ωｃｍ）が適切な範囲であると記載されている。これは流体運動の力の起源が、電気泳動力と呼ばれる流体中の電荷密度と印加電圧の積で表される力が支配的であることに起因していると推測される。換言すれば、流体運動を引き起こすためには電気伝導に関与する、ある程度のイオン性不純物等が必要であることを示唆している。このような開示された範囲の導電率の材料に高電圧を印加した場合、絶縁劣化が進みやすく、長期の信頼性の確保が困難という課題がある。
【0003】
一方、電気泳動力に拠らずに、流体として液晶を用い、液晶の配向時の流動や重心周りの回転運動を用いることによる液晶流動形成機構が開示されている（特許文献２）。このような機構は、継続的な流動形成を行うために常に液晶の配向初期状態と配向変化状態との間を配向変化させることが必要であり、そのための電極やコイルを配置しなければならず、機構が複雑になりがちであり、かつ電圧も時間とともに変化させなければならないという問題があった。
【0004】
以上のような背景から、長期の信頼性が確保可能で、かつ複雑な機構や電圧印加手段を必要としない流動発生装置が強く求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特許第３２４５３８６号
【特許文献2】特許第３５８６７３４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明が解決しようとする課題は、長期の信頼性が確保可能で、かつ複雑な機構や複雑な電圧印加手段を必要としない流動発生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明者は、電気泳動力および液晶の配向時の流動や重心周りの回転運動に拠らない機構を検討し、特定の電極構造と液晶材料の組み合わせによって課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、対向する基板の内面に設けられた少なくとも１対の電極は平行ではなく、角度を持って配置された電極構造を用い当該電極構造と液晶材料の組み合わせによって課題を解決できることを見出した。
【発明の効果】
【0008】
本発明の液晶流動発生素子は、信頼性が高く、複雑な機構を必要としないので、人間の運動を助けるアシストスーツ、「スマートな」義手・義足用のアクチュエータの動力源として有用である。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明に係る液晶流動発生素子の電極構造の断面図の一例である。
【図2】本発明に係る液晶流動発生素子の電極構造の断面図の一例である。
【図3】本発明に係る液晶流動発生素子の概要図の一例である。
【図4】本発明に係る液晶流動発生素子中の液晶の流動を示す図の一例である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明の液晶流動発生素子は、不均一電界を印加する手段を備えている。一般にディスプレイなどに使用される液晶表示素子は対向する平行な基板の内面に少なくとも1対の電極を備え、その間に液晶を挟持した構成となっている。実質、平行平板電極間に液晶が挟持されていると見なすことができる。一方、本発明の液晶流動発生素子は、対向する基板の内面に設けられた少なくとも１対の電極は平行ではなく、角度を持って配置されている必要がある。図１にその一例を示す。
【0011】
これは一般にくさび型セルと呼ばれる形状を有している。図１のセル左端の電極間の距離は、右端の電極間の距離と比較して短いことがわかる。このような構成の電極間に電圧を印加すると、セル左端は、セル右端と比較して電界強度が高くなることがわかる。このような電極間に液晶を挟持して電圧を印加すると、セル右端からセル左端方向に向かって液晶が流動する。これは、不均一電界によって液晶の配向方向が一定ではなくなり、結果として誘電率の不均一性が誘起されることにより生じる力、誘電泳動力に基づくものと考えらえる。
【0012】
不均一電界を印加するための手段としては上述したように電極間の距離が変化するくさび型セルが代表的なものである。このようなくさび型構造は単独であっても複数組み合わせたものであっても良い。複数組み合わせた構造の例を図２に示す。
【0013】
図２に示したように、くさび構造は２つ以上あっても良いが、単位くさび構造によって誘起される液晶の流動方向は同一方向に揃えておく必要がある。単位くさび構造によって誘起される液晶の流動方向を同一方向に揃えておけば、単位くさび構造を直列に増やすことによって流動圧力を増やすことができる。
【0014】
単位くさび構造をなす対向する２つの電極がなす角度は１５～５５°が好ましく、２０～４０°が更に好ましく、２５～３５°が特に好ましい。
【0015】
【0016】
電極間において最も狭い間隔は５μｍ以上が好ましく、１０μｍ以上が好ましい。１０μm以下にすると液晶流動の速度が遅くなってしまう傾向がある。電極間において最も広い間隔は１００００μｍ以下が好ましく、７５００μｍ以下が好ましく、５０００μｍ以下が好ましいい。１００００μｍ以上にすると、液晶流動に必要な印加電圧が過大になってしまう可能性がある。
【0017】
【0018】
電極表面に配向膜と呼ばれる液晶の配向規制をする高分子薄膜を設けても良い。その場合には、電圧印加によってセル全体の誘電率の高低が最大になるように配向膜の配向種類を変えることが好ましい。例えば、誘電率の異方性が正の液晶を用いる場合、電極表面に形成する配向膜は水平配向膜（電極面に対して水平方向に液晶長軸を配向させる膜）を使用するのが好ましい。誘電率の異方性が負の液晶を用いる場合、電極表面に形成する配向膜は垂直配向膜（電極面に対して垂直方向に液晶長軸を配列させる膜）を使用するのが好ましい。
【0019】
図１や図２において側面の蓋をするための側壁に配向処理をしても良い。この場合には、電圧印加によってセル全体の誘電率の高低が最大になるようにすると観点の他に液晶の流動を妨げないように設定しても良い。この点から、図1や図２において、水平方向にラビングした水平配向膜を利用することが好ましい。
【0020】
印加する適切な電圧は、電極間の距離によって変化するので、電界強度が目安となる。電極間隔が最も狭い場所において、電界強度が１～５０Ｖ/μｍになるように設定するのが好ましく、４～４５Ｖ/μｍになるように設定するのが更に好ましく、８～４０Ｖ/μｍに設定するのが好ましい。
【0021】
基板としては、液晶デバイス、ディスプレイ、光学部品や光学フィルムに通常使用する基材が好適に使用できる。そのような基材としては、ガラス基材、金属基材、セラミックス基材やプラスチック基材等の有機材料が挙げられる。特に基材が有機材料の場合、セルロース誘導体、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリアリレート、ポリエーテルサルホン、ポリイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテル、ナイロン又はポリスチレン等が挙げられる。中でもポリエステル、ポリスチレン、ポリオレフィン、セルロース誘導体、ポリアリレート、ポリカーボネート等のプラスチック基材が好ましい。基材の形状としては、平板の他、曲面を有するものであっても良い。また、基板は屈曲性を有していることが好ましい。屈曲性を有することで、ソフトアクチュエータの動力源として好適に組み合わせることができる。
【0022】
電極は、良伝導体であれば特に制限なく利用することができる。鉄、銅、アルミニウム等の金属の他に、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウムスズ（Ｉｎ２Ｏ３―ＳｎＯ２）、酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ２Ｏ３―ＺｎＯ）、ニオブ添加二酸化チタン（Ｔｉ1-xＮｂxＯ２）、フッ素ドープ酸化スズ、グラフェンナノリボン又は金属ナノワイヤー等が使用することができる。
【0023】
使用する液晶は、単独化合物であっても良いが、液晶温度範囲、誘電率異方性や粘度を調節するために液晶組成物を使用することが好ましい。液晶組成物の誘電率異方性（Δε）の値が正のいわゆるｐ型液晶組成物であっても、Δεの値が負のいわゆるｎ型液晶組成物であっても良い。これら液晶組成物は、下記一般式（Ｊ）で表される化合物、一般式（Ｎ－１）で表される化合物及び一般式（Ｌ）で表される化合物から選ばれる化合物を適宜組み合わせて使用することが出来る。ｎ型液晶を用いると、電極間隔が最も狭くなる隘路部において、流動方向と液晶の長軸方向が一致するので粘性抵抗を受けにくくなる。隘路における抵抗が流量に及ぼす影響で支配的（隘路が数１０から数百μｍレベルの大きさ）になる場合、ｎ型液晶を用いることは有用である。
【0024】
ｐ型液晶組成物は、一般式（Ｊ）で表される化合物を１種類又は２種類以上含有することが好ましい。これら化合物は誘電的に正の化合物（Δεが２より大きい。）に該当する。
【0025】
【化1】
【0026】
（式中、ＲＪ１は炭素原子数１～８のアルキル基を表し、該アルキル基中の１個又は非隣接の２個以上の－ＣＨ２－はそれぞれ独立して－ＣＨ＝ＣＨ－、－Ｃ≡Ｃ－、－Ｏ－、－ＣＯ－、－ＣＯＯ－又は－ＯＣＯ－によって置換されていてもよく、
ｎＪ１は、０、１、２、３又は４を表し、
ＡＪ１、ＡＪ２及びＡＪ３はそれぞれ独立して、
（ａ） １，４－シクロヘキシレン基（この基中に存在する１個の－ＣＨ２－又は隣接していない２個以上の－ＣＨ２－は－Ｏ－に置き換えられてもよい。）
（ｂ） １，４－フェニレン基（この基中に存在する１個の－ＣＨ＝又は隣接していない２個以上の－ＣＨ＝は－Ｎ＝に置き換えられてもよい。）及び
（ｃ） ナフタレン－２，６－ジイル基、１，２，３，４－テトラヒドロナフタレン－２，６－ジイル基又はデカヒドロナフタレン－２，６－ジイル基（ナフタレン－２，６－ジイル基又は１，２，３，４－テトラヒドロナフタレン－２，６－ジイル基中に存在する１個の－ＣＨ＝又は隣接していない２個以上の－ＣＨ＝は－Ｎ＝に置き換えられても良い。）
からなる群より選ばれる基を表し、上記の基（ａ）、基（ｂ）及び基（ｃ）はそれぞれ独立してシアノ基、フッ素原子、塩素原子、メチル基、トリフルオロメチル基又はトリフルオロメトキシ基で置換されていても良く、
ＺＪ１及びＺＪ２はそれぞれ独立して単結合、－ＣＨ２ＣＨ２－、－（ＣＨ２）４－、－ＯＣＨ２－、－ＣＨ２Ｏ－、－ＯＣＦ２－、－ＣＦ２Ｏ－、－ＣＯＯ－、－ＯＣＯ－又は－Ｃ≡Ｃ－を表し、
ｎＪ１が２、３又は４であってＡＪ２が複数存在する場合は、それらは同一であっても異なっていても良く、ｎＪ１が２、３又は４であってＺＪ１が複数存在する場合は、それらは同一であっても異なっていても良く、
ＸＪ１は、水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、トリフルオロメトキシ基又は２，２，２－トリフルオロエチル基を表す。）
上記一般式（Ｊ）中、ＡＪ１、ＡＪ２及びＡＪ３はそれぞれ独立してΔｎを大きくすることが求められる場合には芳香族であることが好ましく、応答速度を改善するためには脂肪族であることが好ましく、トランス－１，４－シクロへキシレン基、１，４－フェニレン基、１，４－シクロヘキセニレン基、１，４－ビシクロ［２．２．２］オクチレン基、ピペリジン－１，４－ジイル基、ナフタレン－２，６－ジイル基、デカヒドロナフタレン－２，６－ジイル基又は１，２，３，４－テトラヒドロナフタレン－２，６－ジイル基を表すことが好ましく、それらはフッ素原子により置換されていてもよく、下記の構造を表すことがより好ましく、
ｎＪ１は、０、１、２、３又は４を表し、
ＡＪ１、ＡＪ２及びＡＪ３はそれぞれ独立して、
（ａ） １，４－シクロヘキシレン基（この基中に存在する１個の－ＣＨ２－又は隣接していない２個以上の－ＣＨ２－は－Ｏ－に置き換えられてもよい。）
（ｂ） １，４－フェニレン基（この基中に存在する１個の－ＣＨ＝又は隣接していない２個以上の－ＣＨ＝は－Ｎ＝に置き換えられてもよい。）及び
（ｃ） ナフタレン－２，６－ジイル基、１，２，３，４－テトラヒドロナフタレン－２，６－ジイル基又はデカヒドロナフタレン－２，６－ジイル基（ナフタレン－２，６－ジイル基又は１，２，３，４－テトラヒドロナフタレン－２，６－ジイル基中に存在する１個の－ＣＨ＝又は隣接していない２個以上の－ＣＨ＝は－Ｎ＝に置き換えられても良い。）
からなる群より選ばれる基を表し、上記の基（ａ）、基（ｂ）及び基（ｃ）はそれぞれ独立してシアノ基、フッ素原子、塩素原子、メチル基、トリフルオロメチル基又はトリフルオロメトキシ基で置換されていても良く、
ＺＪ１及びＺＪ２はそれぞれ独立して単結合、－ＣＨ２ＣＨ２－、－（ＣＨ２）４－、－ＯＣＨ２－、－ＣＨ２Ｏ－、－ＯＣＦ２－、－ＣＦ２Ｏ－、－ＣＯＯ－、－ＯＣＯ－又は－Ｃ≡Ｃ－を表し、
ｎＪ１が２、３又は４であってＡＪ２が複数存在する場合は、それらは同一であっても異なっていても良く、ｎＪ１が２、３又は４であってＺＪ１が複数存在する場合は、それらは同一であっても異なっていても良く、
ＸＪ１は、水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、トリフルオロメトキシ基又は２，２，２－トリフルオロエチル基を表す。）
上記一般式（Ｊ）中、ＡＪ１、ＡＪ２及びＡＪ３はそれぞれ独立してΔｎを大きくすることが求められる場合には芳香族であることが好ましく、応答速度を改善するためには脂肪族であることが好ましく、トランス－１，４－シクロへキシレン基、１，４－フェニレン基、１，４－シクロヘキセニレン基、１，４－ビシクロ［２．２．２］オクチレン基、ピペリジン－１，４－ジイル基、ナフタレン－２，６－ジイル基、デカヒドロナフタレン－２，６－ジイル基又は１，２，３，４－テトラヒドロナフタレン－２，６－ジイル基を表すことが好ましく、それらはフッ素原子により置換されていてもよく、下記の構造を表すことがより好ましく、
【0027】
【化2】
【0028】
下記の構造を表すことがより好ましい。
【0029】
【化3】
【0030】
上記一般式（Ｊ）中、ＡＪ３は下記の構造を表すことがより好ましい。
【0031】
【化4】
【0032】
上記一般式（Ｊ）中、ＸＪ１はフッ素原子又はトリフルオロメトキシ基が好ましく、フッ素原子が好ましい。
【0033】
上記一般式（Ｊ）中、ＸＪ１は、水素原子、フッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、トリフルオロメトキシ基又は２，２，２－トリフルオロエチル基を表すことが好ましく、フッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、トリフルオロメトキシ基又は２，２，２－トリフルオロエチル基を表すことがより好ましく、フッ素原子、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、トリフルオロメトキシ基又は２，２，２－トリフルオロエチル基を表すことがさらに好ましく、フッ素原子又はトリフルオロメチル基を表すことが特に好ましい。
【0034】
ｎ型液晶組成物は、一般式（Ｎ－１）で表される化合物から選ばれる化合物を１種類又は２種類以上含有することが好ましい。これら化合物は誘電的に負の化合物（Δεの符号が負で、その絶対値が２より大きい。）に該当する。
【0035】
【化5】
【0036】
（式中、ＲＮ１１、ＲＮ１２、はそれぞれ独立して炭素原子数１～８のアルキル基を表し、該アルキル基中の１個又は非隣接の２個以上の－ＣＨ２－はそれぞれ独立して－ＣＨ＝ＣＨ－、－Ｃ≡Ｃ－、－Ｏ－、－ＣＯ－、－ＣＯＯ－又は－ＯＣＯ－によって置換されていてもよく、
ＡＮ１１、ＡＮ１２、はそれぞれ独立して、
（ａ） １，４－シクロヘキシレン基（この基中に存在する１個の－ＣＨ２－又は隣接していない２個以上の－ＣＨ２－は－Ｏ－に置き換えられてもよい。）及び
（ｂ） １，４－フェニレン基（この基中に存在する１個の－ＣＨ＝又は隣接していない２個以上の－ＣＨ＝は－Ｎ＝に置き換えられてもよい。）
（ｃ） ナフタレン－２，６－ジイル基、１，２，３，４－テトラヒドロナフタレン－２，６－ジイル基又はデカヒドロナフタレン－２，６－ジイル基（ナフタレン－２，６－ジイル基又は１，２，３，４－テトラヒドロナフタレン－２，６－ジイル基中に存在する１個の－ＣＨ＝又は隣接していない２個以上の－ＣＨ＝は－Ｎ＝に置き換えられても良い。）
（ｄ） １，４－シクロヘキセニレン基
からなる群より選ばれる基を表し、上記の基（ａ）、基（ｂ）、基（ｃ）及び基（ｄ）はそれぞれ独立してシアノ基、フッ素原子又は塩素原子で置換されていても良く、
ＺＮ１１、ＺＮ１２、はそれぞれ独立して単結合、－ＣＨ２ＣＨ２－、－（ＣＨ２）４－、－ＯＣＨ２－、－ＣＨ２Ｏ－、－ＣＯＯ－、－ＯＣＯ－、－ＯＣＦ２－、－ＣＦ２Ｏ－、－ＣＨ＝Ｎ－Ｎ＝ＣＨ－、－ＣＨ＝ＣＨ－、－ＣＦ＝ＣＦ－又は－Ｃ≡Ｃ－を表し、
ｎＮ１１、ｎＮ１２、はそれぞれ独立して０～３の整数を表すが、ｎＮ１１＋ｎＮ１２は１、２又は３であり、ＡＮ１１～ＡＮ１２、ＺＮ１１～ＺＮ１２が複数存在する場合は、それぞれ、それらは同一であっても異なっていても良い。）
本発明の液晶組成物は、一般式（Ｌ）で表される化合物を１種類又は２種類以上含有することが好ましい。一般式（Ｌ）で表される化合物は誘電的にほぼ中性の化合物（Δεの値が－２～２）に該当する。
ＡＮ１１、ＡＮ１２、はそれぞれ独立して、
（ａ） １，４－シクロヘキシレン基（この基中に存在する１個の－ＣＨ２－又は隣接していない２個以上の－ＣＨ２－は－Ｏ－に置き換えられてもよい。）及び
（ｂ） １，４－フェニレン基（この基中に存在する１個の－ＣＨ＝又は隣接していない２個以上の－ＣＨ＝は－Ｎ＝に置き換えられてもよい。）
（ｃ） ナフタレン－２，６－ジイル基、１，２，３，４－テトラヒドロナフタレン－２，６－ジイル基又はデカヒドロナフタレン－２，６－ジイル基（ナフタレン－２，６－ジイル基又は１，２，３，４－テトラヒドロナフタレン－２，６－ジイル基中に存在する１個の－ＣＨ＝又は隣接していない２個以上の－ＣＨ＝は－Ｎ＝に置き換えられても良い。）
（ｄ） １，４－シクロヘキセニレン基
からなる群より選ばれる基を表し、上記の基（ａ）、基（ｂ）、基（ｃ）及び基（ｄ）はそれぞれ独立してシアノ基、フッ素原子又は塩素原子で置換されていても良く、
ＺＮ１１、ＺＮ１２、はそれぞれ独立して単結合、－ＣＨ２ＣＨ２－、－（ＣＨ２）４－、－ＯＣＨ２－、－ＣＨ２Ｏ－、－ＣＯＯ－、－ＯＣＯ－、－ＯＣＦ２－、－ＣＦ２Ｏ－、－ＣＨ＝Ｎ－Ｎ＝ＣＨ－、－ＣＨ＝ＣＨ－、－ＣＦ＝ＣＦ－又は－Ｃ≡Ｃ－を表し、
ｎＮ１１、ｎＮ１２、はそれぞれ独立して０～３の整数を表すが、ｎＮ１１＋ｎＮ１２は１、２又は３であり、ＡＮ１１～ＡＮ１２、ＺＮ１１～ＺＮ１２が複数存在する場合は、それぞれ、それらは同一であっても異なっていても良い。）
本発明の液晶組成物は、一般式（Ｌ）で表される化合物を１種類又は２種類以上含有することが好ましい。一般式（Ｌ）で表される化合物は誘電的にほぼ中性の化合物（Δεの値が－２～２）に該当する。
【0037】
【化6】
【0038】
（式中、ＲＬ１及びＲＬ２はそれぞれ独立して炭素原子数１～８のアルキル基を表し、該アルキル基中の１個又は非隣接の２個以上の－ＣＨ２－はそれぞれ独立して－ＣＨ＝ＣＨ－、－Ｃ≡Ｃ－、－Ｏ－、－ＣＯ－、－ＣＯＯ－又は－ＯＣＯ－によって置換されていてもよく、
ｎＬ１は０、１、２又は３を表し、
ＡＬ１、ＡＬ２及びＡＬ３はそれぞれ独立して
（ａ） １，４－シクロヘキシレン基（この基中に存在する１個の－ＣＨ２－又は隣接していない２個以上の－ＣＨ２－は－Ｏ－に置き換えられてもよい。）及び
（ｂ） １，４－フェニレン基（この基中に存在する１個の－ＣＨ＝又は隣接していない２個以上の－ＣＨ＝は－Ｎ＝に置き換えられてもよい。）
（ｃ） ナフタレン－２，６－ジイル基、１，２，３，４－テトラヒドロナフタレン－２，６－ジイル基又はデカヒドロナフタレン－２，６－ジイル基（ナフタレン－２，６－ジイル基又は１，２，３，４－テトラヒドロナフタレン－２，６－ジイル基中に存在する１個の－ＣＨ＝又は隣接していない２個以上の－ＣＨ＝は－Ｎ＝に置き換えられても良い。）
からなる群より選ばれる基を表し、上記の基（ａ）、基（ｂ）及び基（ｃ）はそれぞれ独立してシアノ基、フッ素原子又は塩素原子で置換されていても良く、
ＺＬ１及びＺＬ２はそれぞれ独立して単結合、－ＣＨ２ＣＨ２－、－（ＣＨ２）４－、－ＯＣＨ２－、－ＣＨ２Ｏ－、－ＣＯＯ－、－ＯＣＯ－、－ＯＣＦ２－、－ＣＦ２Ｏ－、－ＣＨ＝Ｎ－Ｎ＝ＣＨ－、－ＣＨ＝ＣＨ－、－ＣＦ＝ＣＦ－又は－Ｃ≡Ｃ－を表し、
ｎＬ１が２又は３であってＡＬ２が複数存在する場合は、それらは同一であっても異なっていても良く、ｎＬ１が２又は３であってＺＬ２が複数存在する場合は、それらは同一であっても異なっていても良いが、一般式（Ｎ－１）及び一般式（Ｊ）で表される化合物を除く。）
組成物は、室温（２５℃）において液晶相を呈することが好ましく、ネマチック相を呈することが更に好ましい。また、液晶上限温度は５０℃以上が好ましく、７５℃以上が更に好ましい。更に、液晶下限温度は－１０℃以下が好ましく、－２０℃以下が更に好ましい。
ｎＬ１は０、１、２又は３を表し、
ＡＬ１、ＡＬ２及びＡＬ３はそれぞれ独立して
（ａ） １，４－シクロヘキシレン基（この基中に存在する１個の－ＣＨ２－又は隣接していない２個以上の－ＣＨ２－は－Ｏ－に置き換えられてもよい。）及び
（ｂ） １，４－フェニレン基（この基中に存在する１個の－ＣＨ＝又は隣接していない２個以上の－ＣＨ＝は－Ｎ＝に置き換えられてもよい。）
（ｃ） ナフタレン－２，６－ジイル基、１，２，３，４－テトラヒドロナフタレン－２，６－ジイル基又はデカヒドロナフタレン－２，６－ジイル基（ナフタレン－２，６－ジイル基又は１，２，３，４－テトラヒドロナフタレン－２，６－ジイル基中に存在する１個の－ＣＨ＝又は隣接していない２個以上の－ＣＨ＝は－Ｎ＝に置き換えられても良い。）
からなる群より選ばれる基を表し、上記の基（ａ）、基（ｂ）及び基（ｃ）はそれぞれ独立してシアノ基、フッ素原子又は塩素原子で置換されていても良く、
ＺＬ１及びＺＬ２はそれぞれ独立して単結合、－ＣＨ２ＣＨ２－、－（ＣＨ２）４－、－ＯＣＨ２－、－ＣＨ２Ｏ－、－ＣＯＯ－、－ＯＣＯ－、－ＯＣＦ２－、－ＣＦ２Ｏ－、－ＣＨ＝Ｎ－Ｎ＝ＣＨ－、－ＣＨ＝ＣＨ－、－ＣＦ＝ＣＦ－又は－Ｃ≡Ｃ－を表し、
ｎＬ１が２又は３であってＡＬ２が複数存在する場合は、それらは同一であっても異なっていても良く、ｎＬ１が２又は３であってＺＬ２が複数存在する場合は、それらは同一であっても異なっていても良いが、一般式（Ｎ－１）及び一般式（Ｊ）で表される化合物を除く。）
組成物は、室温（２５℃）において液晶相を呈することが好ましく、ネマチック相を呈することが更に好ましい。また、液晶上限温度は５０℃以上が好ましく、７５℃以上が更に好ましい。更に、液晶下限温度は－１０℃以下が好ましく、－２０℃以下が更に好ましい。
【0039】
組み合わせることができる化合物の種類に特に制限は無いが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの所望の性能に応じて組み合わせて使用する。使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態としては１種類であり、２種類であり、３種類である。またさらに、本発明の別の実施形態では４種類であり、５種類であり、６種類であり、７種類以上である。
【0040】
液晶の流動発生性能を向上させるためには、液晶組成物の誘電率異方性Δεの絶対値を大きくすることが好ましい。Δεの絶対値を大きくするためには一般式（Ｎ－１）又は一般式（Ｊ）で表される化合物の含有量を多くすることが好ましい。誘電率異方性の絶対値は、２以上が好ましく、４以上が更に好ましく、６以上が更にまた好ましく、８以上がより好ましく、１１以上が特に好ましい。また液晶の流動発生性能を向上させるためには、液晶組成物の粘度（η）を低下させることも好ましい。
【0041】
液晶の絶縁劣化を抑制するためには、液晶の比抵抗を１×１０１２以上に調整すること好ましく、１×１０１３以上に調整することが更に好ましい。このようにすると、高電圧を印加した際に、電気泳動力による力の発生は無く、誘電泳動力による力の発生が支配的になる。液晶の比抵抗を上述のように一定値以上に保つためには、上記一般式（J）や一般式（Ｎ－１）中の基（ａ）（ｂ）（ｃ）の極性置換基としてフッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、トリフルオロメトキシ基又は２，２，２－トリフルオロエチル基を使用することが好ましく、フッ素原子を使用することが更に好ましい。
【0042】
また、比抵抗の他に、液晶ディスプレイの技術分野で用いられている電圧保持率の管理によっても絶縁劣化を抑制することができる。電圧保持率の具体的な値としては、セルギャップ５μｍの液晶セルに注入し、室温（２５℃）にて駆動電圧５Ｖ、フレーム時間１６．６ｍｓ、電圧印加時間６４μｓで測定したとき、９５％以上であることが好ましく、９７％以上であることが更に好ましく、９９％以上であることが特に好ましい。
（実施例）
以下に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。
（実施例）
以下に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。
【0043】
実施例中、測定した特性は以下の通りである。
【0044】
Ｔｎｉ ：ネマチック相－等方性液体相転移温度（℃）
Δｎ ：２９８Ｋにおける屈折率異方性
Δε ：２９８Ｋにおける誘電率異方性
η ：２９３Ｋにおける粘度（ｍＰａ・ｓ）
γ１ ：２９８Ｋにおける回転粘度（ｍＰａ・ｓ)
ＶＨＲ ：周波数６０Ｈｚ，印加電圧５Ｖの条件下で特に断りがない限り６０℃における電圧保持率（％）
尚、実施例において化合物の記載について以下の略号を用いる。
（環構造）
Δｎ ：２９８Ｋにおける屈折率異方性
Δε ：２９８Ｋにおける誘電率異方性
η ：２９３Ｋにおける粘度（ｍＰａ・ｓ）
γ１ ：２９８Ｋにおける回転粘度（ｍＰａ・ｓ)
ＶＨＲ ：周波数６０Ｈｚ，印加電圧５Ｖの条件下で特に断りがない限り６０℃における電圧保持率（％）
尚、実施例において化合物の記載について以下の略号を用いる。
（環構造）
【0045】
【化7】
【0046】
（側鎖構造及び連結構造）
（側鎖）
－ｎ －ＣｎＨ２ｎ＋１ 炭素数ｎの直鎖状のアルキル基
ｎ－ ＣｎＨ２ｎ＋１－ 炭素数ｎの直鎖状のアルキル基
－Ｏｎ －ＯＣｎＨ２ｎ＋１ 炭素数ｎの直鎖状のアルコキシ基
ｎＯ－ ＣｎＨ２ｎ＋１Ｏ－ 炭素数ｎの直鎖状のアルコキシ基
－Ｖ －ＣＨ＝ＣＨ２
Ｖ－ ＣＨ２＝ＣＨ－
－Ｖ１ －ＣＨ＝ＣＨ－ＣＨ３
１Ｖ－ ＣＨ３－ＣＨ＝ＣＨ－
－２Ｖ －ＣＨ２－ＣＨ２－ＣＨ＝ＣＨ２
Ｖ２－ ＣＨ２＝ＣＨ－ＣＨ２－ＣＨ２－
－２Ｖ１ －ＣＨ２－ＣＨ２－ＣＨ＝ＣＨ－ＣＨ３
１Ｖ２－ ＣＨ３－ＣＨ＝ＣＨ－ＣＨ２－ＣＨ２－
－ＯＣＦ３ －Ｏ－ＣＦ３
－Ｆ －Ｆ フッ素原子
Ｆ－ Ｆ－ フッ素原子
（連結基）
－ＣＦＦＯ－ －ＣＦ２－Ｏ－
－ＯＣＦＦ－ －Ｏ－ＣＦ２－
－１Ｏ－ －ＣＨ２－Ｏ－
－Ｏ１－ －Ｏ－ＣＨ２－
－ＣＯＯ－ －ＣＯＯ－
－ＯＣＯ－ －ＯＣＯ－
（参考例１）
下表の組成物Ｐ１を調製した。
（側鎖）
－ｎ －ＣｎＨ２ｎ＋１ 炭素数ｎの直鎖状のアルキル基
ｎ－ ＣｎＨ２ｎ＋１－ 炭素数ｎの直鎖状のアルキル基
－Ｏｎ －ＯＣｎＨ２ｎ＋１ 炭素数ｎの直鎖状のアルコキシ基
ｎＯ－ ＣｎＨ２ｎ＋１Ｏ－ 炭素数ｎの直鎖状のアルコキシ基
－Ｖ －ＣＨ＝ＣＨ２
Ｖ－ ＣＨ２＝ＣＨ－
－Ｖ１ －ＣＨ＝ＣＨ－ＣＨ３
１Ｖ－ ＣＨ３－ＣＨ＝ＣＨ－
－２Ｖ －ＣＨ２－ＣＨ２－ＣＨ＝ＣＨ２
Ｖ２－ ＣＨ２＝ＣＨ－ＣＨ２－ＣＨ２－
－２Ｖ１ －ＣＨ２－ＣＨ２－ＣＨ＝ＣＨ－ＣＨ３
１Ｖ２－ ＣＨ３－ＣＨ＝ＣＨ－ＣＨ２－ＣＨ２－
－ＯＣＦ３ －Ｏ－ＣＦ３
－Ｆ －Ｆ フッ素原子
Ｆ－ Ｆ－ フッ素原子
（連結基）
－ＣＦＦＯ－ －ＣＦ２－Ｏ－
－ＯＣＦＦ－ －Ｏ－ＣＦ２－
－１Ｏ－ －ＣＨ２－Ｏ－
－Ｏ１－ －Ｏ－ＣＨ２－
－ＣＯＯ－ －ＣＯＯ－
－ＯＣＯ－ －ＯＣＯ－
（参考例１）
下表の組成物Ｐ１を調製した。
【0047】
【表1】
【0048】
組成物Ｐ１のＴｎｉは８１℃、Δｎは０．０９８、Δεは２．４、γ１は３５ｍＰａ・ｓ、ＶＨＲは９９．１％、比抵抗は１×１０１３Ωcm以上であった。
（参考例２） 組成物Ｐ２の調製
下表の組成物Ｐ２を調製した。
（参考例２） 組成物Ｐ２の調製
下表の組成物Ｐ２を調製した。
【0049】
【表2】
【0050】
組成物Ｐ２のＴｎｉは１００℃、Δｎは０．１００、Δεは８．１、γ１は７２ｍＰａ・ｓ、ＶＨＲは９９．１％、比抵抗は１×１０１３Ωcm以上であった。
（参考例３） 組成物Ｐ３の調製
下表の組成物Ｐ３を調製した。
（参考例３） 組成物Ｐ３の調製
下表の組成物Ｐ３を調製した。
【0051】
【表3】
【0052】
組成物Ｐ３のＴｎｉは７８℃、Δｎは０．１０２、Δεは２．３、γ１は３８ｍＰａ・ｓ、ＶＨＲは９９．２％、比抵抗は１×１０１３Ωcm以上であった。
（参考例４） 組成物Ｐ４の調製
下表の組成物Ｐ４を調製した。
（参考例４） 組成物Ｐ４の調製
下表の組成物Ｐ４を調製した。
【0053】
【表4】
【0054】
組成物Ｐ４のＴｎｉは７３℃、Δｎは０．１０７、Δεは１１．７、γ１は７８ｍＰａ・ｓ、ＶＨＲは９８．０％、比抵抗は１×１０１３Ωcm以上であった。
（参考例５） 組成物Ｐ５の調製
下表の組成物Ｐ５を調製した。
（参考例５） 組成物Ｐ５の調製
下表の組成物Ｐ５を調製した。
【0055】
【表5】
【0056】
組成物Ｐ５のＴｎｉは８７℃、Δｎは０．１１７、Δεは６．３、γ１は５４ｍＰａ・ｓ、ＶＨＲは９９．３％、比抵抗は１×１０１３Ωcm以上であった。
（参考例６） 組成物Ｎ１の調製
下表の組成物Ｎ１を調製した。
（参考例６） 組成物Ｎ１の調製
下表の組成物Ｎ１を調製した。
【0057】
【表6】
【0058】
組成物Ｎ１のＴｎｉは７６℃、Δｎは０．０９８、Δεは－３．７、γ１は８９ｍＰａ・ｓ、ＶＨＲは９９．０％、比抵抗は１×１０１３Ωcm以上であった。
（参考例７） 組成物Ｎ２の調製
下表の組成物Ｎ２を調製した。
（参考例７） 組成物Ｎ２の調製
下表の組成物Ｎ２を調製した。
【0059】
【表7】
【0060】
組成物Ｎ２のＴｎｉは９１℃、Δｎは０．１１５、Δεは－４．０、γ１は１２１ｍＰａ・ｓ、ＶＨＲは９９．３％、比抵抗は1×１０１３Ωcm以上であった。
（参考例８） 組成物Ｎ３の調製
下表の組成物Ｎ３を調製した。
（参考例８） 組成物Ｎ３の調製
下表の組成物Ｎ３を調製した。
【0061】
【表8】
【0062】
組成物Ｎ３のＴｎｉは７６℃、Δｎは０．１１４、Δεは－４．４、γ１は１１７ｍＰａ・ｓ、ＶＨＲは９９．５％、比抵抗は１×１０１３Ωcm以上であった。
(参考例９) 組成物Ｎ４の調製
下表の組成物Ｎ４を調製した。
(参考例９) 組成物Ｎ４の調製
下表の組成物Ｎ４を調製した。
【0063】
【表9】
【0064】
組成物Ｎ４のＴｎｉは７３℃、Δｎは０．１１２、Δεは－４．４、γ１は１０３ｍＰａ・ｓ、ＶＨＲは９９．４％、比抵抗は１×１０１３Ωｃｍ以上であった。
（参考例１０） 組成物Ｎ５の調製
下表の組成物Ｎ５を調製した。
（参考例１０） 組成物Ｎ５の調製
下表の組成物Ｎ５を調製した。
【0065】
【表10】
【0066】
組成物Ｎ５のＴｎｉは７６℃、Δｎは０．１０１、Δεは－２．８、γ１は７４ｍＰａ・ｓ、ＶＨＲは９９．５％であった。
（参考例１１）４－シアノ－４’－ペンチルビフェニル（Ｐ６）の物性測定
４－シアノ－４’－ペンチルビフェニルのΔｎは０．１８５、Δεは１１．０、γ１は４６ｍＰａ・ｓ、ＶＨＲは５２％（測定温度は２５℃）、比抵抗は３×１０９Ωcmであった。
（実施例１）
図３に示す評価セルを準備した。図３（a)は、２ｍｍ厚のアルミ製電極（Ａ)と（Ｂ)の形状、及びその位置関係を示したものである。電極（Ａ)と（ＢＯＥ）の最も近い間隔は０．２ｍｍ（２００μｍ）とした。２つの電極（Ａ)と（Ｂ）は、２枚の２ｍｍ厚のアクリル板で挟んだ構造となっている。図３（ｂ）は電極とシール材の位置関係を示したものである。電極(Ａ)とシール材によって、電極（Ｂ）を取り囲む形となっている。図３（ｃ）に液晶を封入した場合の状態を示す。電極（Ｂ）の周りを液晶が取り囲んでおり、閉経路を形成している。
（参考例１１）４－シアノ－４’－ペンチルビフェニル（Ｐ６）の物性測定
４－シアノ－４’－ペンチルビフェニルのΔｎは０．１８５、Δεは１１．０、γ１は４６ｍＰａ・ｓ、ＶＨＲは５２％（測定温度は２５℃）、比抵抗は３×１０９Ωcmであった。
（実施例１）
図３に示す評価セルを準備した。図３（a)は、２ｍｍ厚のアルミ製電極（Ａ)と（Ｂ)の形状、及びその位置関係を示したものである。電極（Ａ)と（ＢＯＥ）の最も近い間隔は０．２ｍｍ（２００μｍ）とした。２つの電極（Ａ)と（Ｂ）は、２枚の２ｍｍ厚のアクリル板で挟んだ構造となっている。図３（ｂ）は電極とシール材の位置関係を示したものである。電極(Ａ)とシール材によって、電極（Ｂ）を取り囲む形となっている。図３（ｃ）に液晶を封入した場合の状態を示す。電極（Ｂ）の周りを液晶が取り囲んでおり、閉経路を形成している。
【0067】
評価セルに参考例１で調製した液晶組成物Ｐ１を封入した。電極(Ａ)と電極（Ｂ）の間に、５ｋＶの直流電圧を印加したところ、図４中の矢印に示す方向の液晶の流動が観察された。
【0068】
３時間通電を続けても、液晶流動は継続した。その後、評価セルを分解して液晶を取り出して比抵抗を測定したところ、１×１０１３Ωｃｍ以上であった。また、ＶＨＲは８９．０％であった。
（実施例２～１１）
液晶組成物を変えて、実施例１と同様の実験を行った。液晶流動の速さを、速い順に◎、〇、△とし、流動しなかったものを×と評価した。用いた液晶材料の誘電率異方性、流動発生装置への電圧印加前の液晶の比抵抗、ＶＨＲ、電圧印加３時間後の液晶の流動、液晶の比抵抗、ＶＨＲを表に示す。
（実施例２～１１）
液晶組成物を変えて、実施例１と同様の実験を行った。液晶流動の速さを、速い順に◎、〇、△とし、流動しなかったものを×と評価した。用いた液晶材料の誘電率異方性、流動発生装置への電圧印加前の液晶の比抵抗、ＶＨＲ、電圧印加３時間後の液晶の流動、液晶の比抵抗、ＶＨＲを表に示す。
【0069】
【表11】
【0070】
【表12】
【0071】
【表13】
【0072】
【表14】
【0073】
これらの結果から、誘電率異方性の絶対値が大きいほど流動を速くできることがわかる。また、極性基としてシアノ基を用いる液晶は、高電圧を長時間印加すると比抵抗の減少が見られ、絶縁劣化していることがわかる。また、流動も遅くなる傾向がわかる。一方、極性基としてフッ素原子を用いた液晶は高電圧を長時間印加しても比抵抗が一定値以上に保たれ、絶縁劣化していない。また、流動も保たれており、信頼性の高い流動発生装置を実現できる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】