技科大,流動性の高い高複屈折液晶分子を開発

豊橋技術科学大学は,硫黄成分を有するアルキルチオ基を導入したπ-共役系棒状分子の液晶化に成功し,室温を含む温度範囲で流動性の高いネマチック液晶を示す高複屈折性分子を開発した(ニュースリリース)。

複屈折や誘電率(異方性)の大きな液晶材料は,主に液晶ディスプレーの低駆動電圧化,応答速度の向上などに寄与している。さらには近年,様々なアプローチにより高複屈折性液晶材料は,輝度向上フィルムなどに用いられる広帯域円偏光反射フィルムや,連続発振を目指すコレステリック液晶レーザーに使われるなど,その応用が増えている。

液晶材料を開発する上で実用性を考えると,室温で液晶相を形成するか,液晶の配向状態を固定する必要がある。しかし,複屈折や誘電率の向上には異方的な分子構造を有し,かつ電子リッチであることが必要条件であるため,大きな分子間力による相転移温度(特に融点)の向上は避けられない。つまり,室温では液晶状態を形成しにくくなる。

今回,研究グループは,温泉などの成分にも含まれ,日本の数少ない余剰資源である「硫黄」を含むアルキルチオ基(SCmH2m+1)に注目した。アルキルチオ基は分極率が高く,複屈折の向上に有効な置換基であることが期待されるが,一方で,アルキルチオ基を導入した棒状分子は液晶性を形成しにくく,これまでに,棒状分子において液晶性を示した報告例はほとんどなかった。

そこで,アルキルチオ基を導入したジフェニル-アセチレン構造の,片末端に炭素数5以上の十分な長さのアルキル鎖を導入することで,冷却過程において液晶性が発現されることを明らかにした。これは,反平行に配列した分子間において,長いアルキル基によりそのパッキングが阻害され,配向を維持したまま分子の回転および併進運動が可能となり,液晶相が形成されたものと考えられるという。

さらには,アルキルチオ基の大きな屈曲や低い電子供与性により融点が低下する現象を見出し,室温を含む温度領域において液晶性を発現する分子の開発にも成功した。

長いアルキル基を導入した上で,アルキルチオ基の炭素数を変えることにより,粘性の高いレイヤー構造を有する高次のスメクチック相から,特に光学用途に重要な粘性の低いネマチック(N)相の形成までを作り分けることが可能となる。これらは,酸素類縁体との比較でも光学特性が大幅に向上していることも確認された。

研究グループは今後,それぞれの相の特徴を最大限に生かし,光学特性だけでなく,半導体特性など,様々な光・電子物性の開拓も目指すとしている。

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