CN106232773A - 液晶组合物及液晶显示元件 - Google Patents

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JNC Petrochemical Corp
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JNC Corp
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Abstract

本发明提供一种液晶组合物，其在向列相的高上限温度、向列相的低下限温度、大的光学各向异性、大的正介电常数各向异性、对紫外线的高稳定性等特性中，充分满足至少一种特性，或关于至少两种特性具有适当的平衡。本发明提供一种含有此种组合物的液晶显示元件，特别是内包此种组合物于胶囊中的液晶显示元件，及成为可进行2D/3D间的切换显示的显示元件的构成要素的液晶显示元件。所述液晶组合物含有作为第一成分的具有大的光学各向异性的特定化合物、及作为第二成分的具有大的正介电常数各向异性的特定化合物，并含有作为第三成分的具有大的光学各向异性且更具有高上限温度或低下限温度的特定化合物。所述液晶显示元件含有所述组合物。

Description

液晶组合物及液晶显示元件
技术领域
本发明涉及一种液晶组合物、含有该组合物的液晶显示元件等。尤其涉及一种具有大的光学各向异性及大的正介电常数各向异性的液晶组合物、及含有该组合物的元件。
背景技术
在液晶显示元件中，基于液晶分子的动作模式的分类为相变(phase change，PC)、扭曲向列(twisted nematic，TN)、超扭曲向列(super twisted nematic，STN)、电控双折射(electrically controlled birefringence，ECB)、光学补偿弯曲(opticallycompensated bend，OCB)、面内切换(in-plane switching，IPS)、垂直取向(verticalalignment，VA)、边缘场切换(Fringe Field Switching，FFS)、电场感应光反应取向(field-induced photo-reactivealignment，FPA)等模式。基于元件的驱动方式的分类为无源矩阵(passive matrix，PM)与有源矩阵(active matrix，AM)。PM被分类为静态式(static)与多路复用式(multiplex)等，AM被分类为薄膜晶体管(thin film transistor，TFT)、金属-绝缘体-金属(metal insulator metal，MIM)等。TFT的分类为非晶硅(amorphous silicon)及多晶硅(polycrystal silicon)。后者根据制造步骤而分类为高温型与低温型。基于光源的分类为利用自然光的反射型、利用背光的透过型、以及利用自然光与背光两者的半透过型。
液晶显示元件含有具有向列相的液晶组合物。该组合物具有适当的特性。通过提升该组合物的特性，可获得具有良好的特性的AM元件。将两种特性中的关联汇总于下述表1中。基于市售的AM元件来进一步说明组合物的特性。向列相的温度范围与元件可使用的温度范围相关。向列相的优选的上限温度为约70℃以上，而且向列相的优选的下限温度为约-10℃以下。组合物的粘度与元件的响应时间相关。为了在元件中显示动画，优选响应时间短。响应时间即使只减短1毫秒也好。因此，优选组合物的粘度小。然而，若为基于克尔效应(Kerr effect)而显示出电场诱导转变的模式(例如高分子稳定化蓝相(PolymerStabilized Blue Phase，PSBP)液晶显示器、纳米胶囊液晶显示器等)，则不受该限制，不论液晶的粘性如何，均可期待更高速的响应。
表1.组合物与AM元件的特性
编号 组合物的特性 AM元件的特性
1 向列相的温度范围广 可使用的温度范围广
2 粘度小1) 响应时间短
3 光学各向异性适当 对比度比大
4 正或负的介电常数各向异性大 阈值电压低、消耗电力小、对比度比大
5 比电阻大 电压保持率大、对比度比大
6 对紫外线及热稳定 寿命长
7 弹性常数大 对比度比大、响应时间短
1)可缩短向液晶显示元件中注入组合物的时间
组合物的光学各向异性与元件的对比度比相关。对应于元件的模式，需要大的光学各向异性或小的光学各向异性，即适当的光学各向异性。组合物的光学各向异性(Δn)与元件的单元间隙(d)的乘积(Δn×d)是以使对比度比变成最大的方式设计。适当的乘积值取决于动作模式的种类。在如TN般的模式的元件中，适当的值为约0.45μm。在此情况下，在单元间隙小的元件中，优选具有大的光学各向异性的组合物。组合物的大的介电常数各向异性有助于元件的低阈值电压、小的消耗电力与大的对比度比。因此，优选介电常数各向异性大。组合物的大的比电阻有助于元件的大的电压保持率与大的对比度比。因此，优选在初始阶段中不仅在室温下，而且在接近向列相的上限温度的温度下也具有大的比电阻的组合物。优选在长时间使用后，不仅在室温下，而且在接近向列相的上限温度的温度下也具有大的比电阻的组合物。组合物对紫外线及热的稳定性与液晶显示元件的寿命相关。当所述稳定性高时，该元件的寿命长。此种特性对于液晶投影仪、液晶电视机等中所使用的AM元件而言优选。
在具有TN模式的AM元件中，可使用具有正的介电常数各向异性的组合物。在具有VA模式的AM元件中，可使用具有负的介电常数各向异性的组合物。在具有IPS模式或FFS模式的AM元件中，可使用具有正或负的介电常数各向异性的组合物。在高分子稳定取向(polymer sustained alignment，PSA)型AM元件中，可使用具有正或负的介电常数各向异性的组合物。具有正的介电常数各向异性的液晶组合物的例子在以下的专利文献1～5中有公开。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]韩国专利公开编号10-2013-0102012
[专利文献2]公开专利公报日本专利特开2012-7163
[专利文献3]WO 2010/022891A1
[专利文献4]WO 2013/034227A1
[专利文献5]公开专利公报日本专利特开2001-316346
液晶显示元件技术的主要的问题点大体上正逐渐得到解决。视角的问题通过多区域结构与光学补偿膜的使用而得到改善，响应时间的问题通过由反应性单体的操作所进行的液晶的预倾角的控制与加速驱动法的利用而得到改良，对比度的问题通过背光的局部调光技术而得到减轻。但是，若更仔细地来看，则在降低制造成本的技术、柔性显示器技术等技术上仍有遗留的问题。作为解决这些问题的活动，正在研究高分子分散液晶(PolymerDispersed Liquid Crystal，PDLC)、聚合物网络液晶(Polymer Network Liquid Crystal，PNLC)及像素隔离液晶(Pixel Isolated Liquid Crystal，PILC)等，但问题尚未解决。
作为解决这些问题的方法，正在研究经纳米胶囊化的液晶显示元件。与IPS模式进行组合的该液晶显示元件技术的特征如下；(1)在单元制造步骤中不需要取向层，且为单面基板结构，因此无组装步骤、性价比高。(2)电压关闭的状态因固定在经纳米胶囊化的层上的极小的液晶纳米胶囊的粒径效应而为光学各向同性。(3)利用朝单面基板上的液晶纳米胶囊的印刷法来制造，而无需以前的液晶注入步骤，因此与柔性显示器显示出良好的适合性。经纳米胶囊化的液晶显示元件基于克尔效应而从光学的各向同性状态朝各向异性状态显示出电场诱导转变。为了获得尽可能大的克尔效应，合适的是显示出具有大的光学各向异性及大的介电常数各向异性的向列相的液晶。
另外，作为此种需要大的光学各向异性及大的介电常数各向异性的元件，也考虑用于可进行2D/3D间的切换显示的液晶透镜。
作为用于可进行2D/3D间的切换显示的液晶显示元件的技术，有(1)液晶屏障型、及(2)液晶透镜型。液晶屏障型容易制造，2D/3D间的切换显示也容易。然而，因由液晶屏障所引起的亮度的下降，而存在3D图像的亮度下降50％以上的缺点。液晶透镜型作为无该缺点的有希望的元件而受到期待。
发明内容
[发明所要解决的问题]
本发明的一个目的在于提供一种液晶组合物，其在向列相的高上限温度、向列相的低下限温度、大的光学各向异性、大的正介电常数各向异性、对紫外线的高稳定性等特性中，充分满足至少一种特性。另一目的在于提供一种在至少两种特性之间具有适当的平衡的液晶组合物。又一目的在于提供一种含有此种组合物的液晶显示元件。又一目的在于提供一种将此种液晶组合物内包于胶囊中而成的液晶显示元件。又一目的在于提供一种此种液晶组合物成为可进行2D/3D间的切换显示的显示元件的构成要素的液晶显示元件。
[解决问题的技术手段]
本发明是一种液晶组合物、及含有该组合物的液晶显示元件，所述液晶组合物含有作为第一成分的选自由式(1)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物、及作为第二成分的选自由式(2)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物，且相对于液晶组合物整体，含有氰基的化合物的比例未满3重量％。
式(1)及式(2)中，R1、R2及R3独立为碳数1～12的烷基、碳数1～12的烷氧基、或碳数2～12的烯基；环A1、环A2、环A3、环A4及环A5独立为1，4-亚环己基、1，4-亚苯基、2-氟-1，4-亚苯基、2，5-二氟-1，4-亚苯基、2，6-二氟-1，4-亚苯基、吡啶-2，5-二基、嘧啶-2，5-二基、1，3-二恶烷-2，5-二基、或四氢吡喃-2，5-二基；Z1、Z2、Z3、Z4及Z5独立为单键、亚乙基、亚乙烯基、亚甲氧基、羰氧基、二氟亚甲氧基、二苯乙炔基、或四氟亚乙基，但Z1及Z2中的至少一个为二苯乙炔基；X1、X2、X3、X4、X5及X6独立为氢或氟，但X1及X2不会同时为氟，X4及X5不会同时为氟；Y1为氟、氯、至少一个氢经卤素取代的碳数1～12的烷基、至少一个氢经卤素取代的碳数1～12的烷氧基、或至少一个氢经卤素取代的碳数2～12的烯基；1为1或2，m为0、1或2，当1及m表示2时，存在多个的环A2、环A4、Z2及Z4分别可相同，也可以不同。
[发明的效果]
本发明的长处是一种液晶组合物，其在向列相的高上限温度、向列相的低下限温度、大的光学各向异性、大的正介电常数各向异性、对紫外线的高稳定性等特性中，充分满足至少一种特性。另一长处是一种在至少两种特性之间具有适当的平衡的液晶组合物。又一长处是一种含有此种液晶组合物的液晶显示元件。又一长处是一种将此种液晶组合物内包于胶囊中而成的液晶显示元件。又一长处是一种此种液晶组合物成为可进行2D/3D间的切换显示的显示元件的构成要素的液晶显示元件。
具体实施方式
本说明书中的用语的使用方法如下所述。有时将“液晶组合物”及“液晶显示元件”的用语分别简称为“组合物”及“元件”。“液晶显示元件”是液晶显示面板及液晶显示模块的总称。“液晶性化合物”是具有向列相、层列相等液晶相的化合物，及不具有液晶相但以调节如向列相的温度范围、粘度、介电常数各向异性般的特性为目的混合至组合物中的化合物的总称。该化合物例如具有如1，4-亚环己基或1，4-亚苯基般的六元环，其分子结构为棒状(rod like)。“聚合性化合物”是以使组合物中生成聚合体为目的而添加的化合物。有时将选自由式(1)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物简称为“化合物(1)”。“化合物(1)”表示由式(1)所表示的一种化合物或两种以上的化合物。由其他式所表示的化合物也同样如此。与“经取代”相关的“至少一个”表示不仅位置，而且其个数也可以无限制地选择。
液晶组合物通过将多种液晶性化合物混合来制备。液晶性化合物的比例(含量)由基于该液晶组合物的重量的重量百分率(重量％)来表示。视需要向该液晶组合物中添加如光学活性化合物、抗氧化剂、紫外线吸收剂、色素、消泡剂、聚合性化合物、聚合引发剂、聚合抑制剂般的添加物。与液晶性化合物的比例同样地，添加物的比例(添加量)由基于液晶组合物的重量的重量百分率(重量％)来表示。有时也使用重量百万分率(ppm)。聚合引发剂及聚合抑制剂的比例例外地基于聚合性化合物的重量来表示。
有时将“向列相的上限温度”简称为“上限温度”。有时将“向列相的下限温度”简称为“下限温度”。“比电阻大”表示组合物在初始阶段中不仅在室温下，而且在接近向列相的上限温度的温度下也具有大的比电阻，而且在长时间使用后不仅在室温下，而且在接近向列相的上限温度的温度下也具有大的比电阻。“电压保持率大”表示元件在初始阶段中不仅在室温下，而且在接近向列相的上限温度的温度下也具有大的电压保持率，而且在长时间使用后不仅在室温下，而且在接近向列相的上限温度的温度下也具有大的电压保持率。
“至少一个‘A’可由‘B’取代”的表达表示‘A’的数量任意。当‘A’的数量为1个时，‘A’的位置任意，当‘A’的数量为2个以上时，这些‘A’的位置也可以无限制地选择。该规则也应用于“至少一个‘A’经‘B’取代”的表达。
在成分化合物的化学式中，将末端基R11的记号用于多个化合物。在这些化合物中，任意的2个R11所表示的2个基可相同、或者也可以不同。例如存在化合物(1-1)的R11为乙基，化合物(1-1-1)的R11为乙基的情况。也存在化合物(1)的R11为乙基，化合物(1-1-1)的R11为丙基的情况。该规则也应用于R21、R31、R32、R4、R5等的记号。在式(1)中，当1为2时，存在2个环A2。在该化合物中，2个环A2所表示的2个环可相同、或者也可以不同。该规则也应用于Z2、环A4、Z4、环A41、Z41、环A42、Z42、环A7、Z7等。
2-氟-1，4-亚苯基表示下述两种二价基。在化学式中，氟可为向左(L)，也可以为向右(R)。该规则也应用于如2，5-二氟-1，4-亚苯基、2，6-二氟-1，4-亚苯基、吡啶-2，5-二基、嘧啶-2，5-二基、1，3-二恶烷-2，5-二基、四氢吡喃-2，5-二基般的非对称的环的二价基。
本发明为下述项等。
项1.一种液晶组合物，其含有作为第一成分的选自由式(1)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物、及作为第二成分的选自由式(2)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物，且相对于液晶组合物整体，含有氰基的化合物的比例未满3重量％。
式(1)及式(2)中，R1、R2及R3独立为碳数1～12的烷基、碳数1～12的烷氧基、或碳数2～12的烯基；环A1、环A2、环A3、环A4及环A5独立为1，4-亚环己基、1，4-亚苯基、2-氟-1，4-亚苯基、2，5-二氟-1，4-亚苯基、2，6-二氟-1，4-亚苯基、吡啶-2，5-二基、嘧啶-2，5-二基、1，3-二恶烷-2，5-二基、或四氢吡喃-2，5-二基；Z1、Z2、Z3、Z4及Z5独立为单键、亚乙基、亚乙烯基、亚甲氧基、羰氧基、二氟亚甲氧基、二苯乙炔基、或四氟亚乙基，但Z1及Z2中的至少一个为二苯乙炔基；X1、X2、X3、X4、X5及X6独立为氢或氟，但X1及X2不会同时为氟，X4及X5不会同时为氟；Y1为氟、氯、至少一个氢经卤素取代的碳数1～12的烷基、至少一个氢经卤素取代的碳数1～12的烷氧基、或至少一个氢经卤素取代的碳数2～12的烯基；1为1或2，m为0、1或2，当1及m表示2时，存在多个的环A2、环A4、Z2及Z4分别可相同，也可以不同。
项2.根据项1所述的液晶组合物，其中基于液晶组合物的重量，第一成分的比例为20重量％～70重量％的范围，第二成分的比例为25重量％～75重量％的范围。
项3.根据项1或项2所述的液晶组合物，其含有作为第一成分的选自由式(1-1)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物、及作为第二成分的选自由式(2-1)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物。
式(1-1)及式(2-1)中，R11、R21、及R31独立为碳数1～12的烷基、碳数1～12的烷氧基、或碳数2～12的烯基；环A11为1，4-亚环己基、1，4-亚苯基、2-氟-1，4-亚苯基、2，5-二氟-1，4-亚苯基、或2，6-二氟-1，4-亚苯基；环A31为1，4-亚苯基、2-氟-1，4-亚苯基、2，6-二氟-1，4-亚苯基、吡啶-2，5-二基、嘧啶-2，5-二基、1，3-二恶烷-2，5-二基、或四氢吡喃-2，5-二基；环A41、及环A51独立为1，4-亚苯基、2-氟-1，4-亚苯基、或2，6-二氟-1，4-亚苯基；Z11、Z31、Z41及Z51独立为单键、亚乙基、亚乙烯基、亚甲氧基、羰氧基、二氟亚甲氧基、二苯乙炔基、或四氟亚乙基，但Z31、Z41及Z51的至少一个为二氟亚甲氧基；X11、X51及X61独立为氢或氟；Y11为氟、氯、至少一个氢经卤素取代的碳数1～12的烷基、至少一个氢经卤素取代的碳数1～12的烷氧基、或至少一个氢经卤素取代的碳数2～12的烯基；m1为0、1或2，当m1表示2时，存在多个的环A41及Z41分别可相同，也可以不同。
项4.根据项1至项3中任一项所述的液晶组合物，其含有作为第一成分的选自由式(1-1-1)～(1-1-13)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物。
这些式中，R11及R21独立为碳数1～12的烷基、碳数1～12的烷氧基、或碳数2～12的烯基。
项5.根据项1至项4中任一项所述的液晶组合物，其中基于液晶组合物的重量，根据项2所述的由式(1-1)所表示的化合物的比例为10重量％～50重量％的范围。
项6.根据项1至5中任一项所述的液晶组合物，其含有作为第二成分的选自由式(2-1-1)～(2-1-12)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物。
其中，R31为碳数1～12的烷基、碳数1～12的烷氧基、或碳数2～12的烯基。
项7.根据项1至项6中任一项所述的液晶组合物，其中基于液晶组合物的重量，根据项2所述的由式(2-1)所表示的化合物的比例为25重量％～70重量％的范围。
项8.根据项1至项7中任一项所述的液晶组合物，其含有作为第二成分的选自由式(2-2)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物。
式(2-2)中，R32为碳数1～12的烷基、碳数1～12的烷氧基、或碳数2～12的烯基；环A32为1，4-亚苯基、2-氟-1，4-亚苯基、2，6-二氟-1，4-亚苯基、吡啶-2，5-二基、嘧啶-2，5-二基、1，3-二恶烷-2，5-二基、或四氢吡喃-2，5-二基；环A42及环A52独立为1，4-亚苯基、2-氟-1，4-亚苯基、或2，6-二氟-1，4-亚苯基；Z32、Z42及Z52独立为单键、亚乙基、亚乙烯基、亚甲氧基、羰氧基、二苯乙炔基、或四氟亚乙基；X42、X52及X62独立为氢或氟，但X42及X52不会同时为氟；Y12为氟、氯、至少一个氢经卤素取代的碳数1～12的烷基、至少一个氢经卤素取代的碳数1～12的烷氧基、或至少一个氢经卤素取代的碳数2～12的烯基；m2为0、1或2，当m2表示2时，存在多个的环A42及Z42分别可相同，也可以不同。
项9.根据项1至项8中任一项所述的液晶组合物，其含有作为第二成分的选自由式(2-2-1)～(2-2-12)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物。
其中，R32为碳数1～12的烷基、碳数1～12的烷氧基、或碳数2～12的烯基。
项10.根据项1至项9中任一项所述的液晶组合物，其中基于液晶组合物的重量，由式(2-2)所表示的化合物的比例为0重量％～50重量％的范围。
项11.根据项1至项10中任一项所述的液晶组合物，其更含有作为第三成分的选自由式(3)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物。
式(3)中，R4及R5独立为碳数1～12的烷基、碳数1～12的烷氧基、或碳数2～12的烯基；环A6或环A7独立为1，4-亚环己基、1，4-亚苯基、2-氟-1，4-亚苯基、2，5-二氟-1，4-亚苯基、或2，6-二氟-1，4-亚苯基；Z6为单键、亚乙基、亚乙烯基、亚甲氧基、羰氧基、二氟亚甲氧基、二苯乙炔基、或四氟亚乙基；Z7为单键、亚乙基、亚乙烯基、亚甲氧基、羰氧基、二氟亚甲氧基、或四氟亚乙基；n为0、1或2，当n为1或2时，Z6并非为二苯乙炔基，当n表示2时，存在多个的环A7及Z7分别可相同，也可以不同。
项12.根据项1至项11中任一项所述的液晶组合物，其含有作为第三成分的选自由式(3-1)～(3-12)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物。
这些式中，R4及R5独立为碳数1～12的烷基、碳数1～12的烷氧基、或碳数2～12的烯基。
项13.根据项1至项12中任一项所述的液晶组合物，其中基于液晶组合物的重量，第三成分的比例为10重量％～55重量％的范围。
项14.根据项1至项13中任一项所述的液晶组合物，其中波长589nm的光学各向异性(在25℃下测定)为0.20～0.35的范围，且频率1kHz的介电常数各向异性(在25℃下测定)为8～40的范围。
项15.一种液晶显示元件，其含有根据项1至项14中任一项所述的液晶组合物。
项16.根据项15所述的液晶显示元件，其特征在于：使根据项1至项14中任一项所述的液晶组合物内包于胶囊中。
项17.根据项15所述的液晶显示元件，其特征在于：将根据项1至14中任一项所述的液晶组合物用于可进行2D/3D间的切换显示的显示元件。
项18.一种根据项1至项14中任一项所述的液晶组合物的用途，其用于液晶显示元件。
本发明也包括下列项。(a)所述组合物，其进而含有光学活性化合物、抗氧化剂、紫外线吸收剂、色素、消泡剂、聚合性化合物、聚合引发剂、聚合抑制剂等添加物的至少一种。(b)一种AM元件，其含有所述组合物。(c)进而含有聚合性化合物的所述组合物、及含有该组合物的高分子稳定取向(PSA)型AM元件。(d)一种高分子稳定取向(PSA)型AM元件，其含有所述组合物，且该组合物中的聚合性化合物已聚合。(e)一种元件，其含有所述组合物，且具有PC、TN、STN、ECB、OCB、IPS、VA、FFS、或FPA的模式。(f)一种透过型元件，其含有所述组合物。(g)将所述组合物作为具有向列相的组合物的用途。(h)通过向所述组合物中添加光学活性化合物而作为光学活性的组合物的用途。
按以下顺序对本发明的组合物进行说明。第一，对组合物中的成分化合物的构成进行说明。第二，对成分化合物的主要特性、以及该化合物对组合物所带来的主要效果进行说明。第三，对组合物中的成分的组合、成分的优选的比例及其根据进行说明。第四，对成分化合物的优选的形态进行说明。第五，表示优选的成分化合物。第六，对可添加至组合物中的添加物进行说明。最后，对组合物的用途进行说明。
第一，对组合物中的成分化合物的构成进行说明。本发明的组合物被分类为组合物A与组合物B。组合物A除了含有选自化合物(1)、化合物(2)、及化合物(3)中的液晶性化合物以外，也可进而含有其他液晶性化合物、添加物等。“其他液晶性化合物”是与化合物(1)、化合物(2)、及化合物(3)不同的液晶性化合物。此种化合物是以进一步调整特性为目的而混合至组合物中。添加物为光学活性化合物、抗氧化剂、紫外线吸收剂、色素、消泡剂、聚合性化合物、聚合引发剂、聚合抑制剂等。
组合物B实质上仅包含选自化合物(1)、化合物(2)、及化合物(3)中的液晶性化合物。“实质上”表示组合物虽可含有添加物，但不含有其他液晶性化合物。与组合物A相比，组合物B的成分的数量少。就降低成本这一观点而言，组合物B优于组合物A。就可通过混合其他液晶性化合物来进一步调整特性这一观点而言，组合物A优于组合物B。
第二，对成分化合物的主要特性、以及该化合物对组合物的特性所带来的主要效果进行说明。基于本发明的效果，将成分化合物的主要特性汇总于表2中。在表2的记号中，L表示大或高，M表示中等程度，S表示小或低。记号L、记号M、记号S是基于成分化合物之间的定性比较的分类，0(零)表示值大致为零、或接近零。
表2 化合物的特性
将成分化合物混合至组合物中时，成分化合物对组合物的特性所带来的主要效果如下述。化合物(1)提升光学各向异性。化合物(2)提升介电常数各向异性。化合物(3)提升光学各向异性，且提升上限温度或降低下限温度。
第三，对组合物中的成分的组合、成分化合物的优选的比例及其根据进行说明。组合物中的成分的组合为第一成分+第二成分、第一成分+第二成分+第三成分，优选的组合为第一成分+第二成分+第三成分。
为了提升光学各向异性、或为了提升上限温度，基于液晶组合物的重量，第一成分优选的比例为约20重量％以上。为了提升介电常数各向异性，第一成分优选的比例为约70重量％以下。更优选的比例为约25重量％～约70重量％的范围。特优选的比例为约30重量％～约65重量％的范围。
为了提升光学各向异性、或为了提升上限温度，基于液晶组合物的重量，第一成分中由式(1-1)所表示的化合物的优选的比例为约10重量％以上。为了提升介电常数各向异性、或为了降低下限温度，第一成分中的由式(1-1)所表示的化合物的优选的比例为约50重量％以下。更优选的比例为约10重量％～45重量％的范围。特优选的比例为约10重量％～40重量％的范围。
为了提升介电常数各向异性、或为了提升上限温度，基于液晶组合物的重量，第二成分的优选的比例为约25重量％以上。为了提升光学各向异性、或为了降低下限温度，第二成分的优选的比例为约75重量％以下。更优选的比例为约30重量％～约75重量％的范围。特优选的比例为约35重量％～约70重量％的范围。
为了提升介电常数各向异性、或为了提升上限温度，基于液晶组合物的重量，第二成分中由式(2-1)所表示的化合物的优选的比例为约25重量％以上。为了提升光学各向异性、或为了降低下限温度，第二成分中的由式(2-1)所表示的化合物的优选的比例为约70重量％以下。更优选的比例为约25重量％～65重量％的范围。特优选的比例为约25重量％～60重量％的范围。
为了提升介电常数各向异性，基于液晶组合物的重量，第二成分中的由式(2-2)所表示的化合物的优选的比例为约0重量％以上。为了提升光学各向异性、或为了降低下限温度，第二成分中的由式(2-2)所表示的化合物的优选的比例为约50重量％以下。更优选的比例为约0重量％～30重量％的范围。特优选的比例为约0重量％～15重量％的范围。
为了提升光学各向异性，且提升上限温度、或降低下限温度，基于液晶组合物的重量，第三成分的优选的比例为约10重量％以上。为了提升介电常数各向异性，第三成分的优选的比例为约55重量％以下。更优选的比例为约10重量％～约50重量％的范围。特优选的比例为约10重量％～约45重量％的范围。
就对紫外线的高稳定性的观点而言，本发明的组合物优选尽量不含具有氰基的化合物。相对于液晶组合物整体，含有氰基的化合物的比例优选未满3重量％，更优选未满2重量％，进而更优选未满1重量％。
第四，对成分化合物的优选的形态进行说明。R1、R2、R3、R11、R21、R31、R32、R4及R5独立为碳数1～12的烷基、碳数1～12的烷氧基、或碳数2～12的烯基。为了提升对紫外线或热的稳定性，优选的R1、R2、R3、R11、R21、R31、R32、R4及R5为碳数1～12的烷基。
优选的烷基为甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、或辛基。为了降低粘度，更优选的烷基为乙基、丙基、丁基、戊基、或庚基。
优选的烷氧基为甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、戊氧基、己氧基、或庚氧基。为了降低粘度，更优选的烷氧基为甲氧基或乙氧基。
优选的烯基为乙烯基、1-丙烯基、2-丙烯基、1-丁烯基、2-丁烯基、3-丁烯基、1-戊烯基、2-戊烯基、3-戊烯基、4-戊烯基、1-己烯基、2-己烯基、3-己烯基、4-己烯基、或5-己烯基。为了降低粘度，更优选的烯基为乙烯基、1-丙烯基、3-丁烯基、或3-戊烯基。这些烯基中的-CH＝CH-的优选的立体构型取决于双键的位置。就为了降低粘度等而言，在如1-丙烯基、1-丁烯基、1-戊烯基、1-己烯基、3-戊烯基、3-己烯基般的烯基中，优选反式(trans)。在如2-丁烯基、2-戊烯基、2-己烯基般的烯基中，优选顺式(cis)。在这些烯基中，直链的烯基优于分支的烯基。
1为1或2。为了提升上限温度，优选的1为1。m为0、1或2。为了提升介电常数各向异性、或为了提升上限温度，优选的m为1。m1为0、1或2。为了提升介电常数各向异性、或为了提升上限温度，优选的m1为1。m2为0、1或2。为了提升介电常数各向异性、或为了降低下限温度，优选的m2为0。n为0、1或2。为了降低下限温度，优选的n为0。
Z1、Z2、Z11及Z6独立为单键、亚乙基、亚乙烯基、亚甲氧基、羰氧基、二氟亚甲氧基、二苯乙炔基或四氟亚乙基。为了提升光学各向异性，优选的Z1、Z2、Z11及Z6独立为单键或二苯乙炔基。Z7为单键、亚乙基、亚乙烯基、亚甲氧基、羰氧基、二氟亚甲氧基、或四氟亚乙基。为了提升光学各向异性，优选的Z7独立为单键。Z3、Z4、Z5、Z31、Z41或Z51独立为单键、亚乙基、亚乙烯基、亚甲氧基、羰氧基、二氟亚甲氧基、二苯乙炔基或四氟亚乙基。为了提升介电常数各向异性，优选的Z3、Z4、Z5、Z31、Z41及Z51为二氟亚甲氧基，为了提升比电阻，优选的Z3、Z4、Z5、Z31、Z41及Z51为单键。Z32、Z42及Z52独立为单键、亚乙基、亚乙烯基、亚甲氧基、羰氧基、二苯乙炔基或四氟亚乙基。为了提升比电阻，优选的Z32、Z42及Z52为单键。
环A1、环A2、环A3、环A4及环A5独立为1，4-亚环己基、1，4-亚苯基、2-氟-1，4-亚苯基、2，5-二氟-1，4-亚苯基、2，6-二氟-1，4-亚苯基、吡啶-2，5-二基、嘧啶-2，5-二基、1，3-二恶烷-2，5-二基或四氢吡喃-2，5-二基。为了提升光学各向异性，优选的环A1、环A2、环A3、环A4及环A5为1，4-亚苯基、2-氟-1，4-亚苯基、2，5-二氟-1，4-亚苯基或2，6-二氟-1，4-亚苯基。环A11、环A6及环A7独立为1，4-亚环己基、1，4-亚苯基、2-氟-1，4-亚苯基、2，5-二氟-1，4-亚苯基、或2，6-二氟-1，4-亚苯基。为了提升光学各向异性，优选的环A11、环A6及环A7为1，4-亚苯基、或2-氟-1，4-亚苯基。环A31及环A32独立为1，4-亚苯基、2-氟-1，4-亚苯基、2，6-二氟-1，4-亚苯基、吡啶-2，5-二基、嘧啶-2，5-二基、1，3-二恶烷-2，5-二基、或四氢吡喃-2，5-二基。为了提升光学各向异性，优选的环A31及环A32为1，4-亚苯基、2-氟-1，4-亚苯基、或2，6-二氟-1，4-亚苯基。环A41、环A51、环A42及环A52独立为1，4-亚苯基、2-氟-1，4-亚苯基、或2，6-二氟-1，4-亚苯基。优选的环A41、环A51、环A42及环A52为1，4-亚苯基、或2-氟-1，4-亚苯基。为了提升上限温度，关于1，4-亚环己基的立体构型是反式优于顺式。四氢吡喃-2，5-二基为
优选
X1、X2、X3、X4、X5、X6、X11、X51、X61、X42、X52及X62独立为氢或氟，但X1及X2不会同时为氟，另外，X4及X5也不会同时为氟。为了提升介电常数各向异性，优选的X4、X5、X6、X51、X61、X42、X52及X62为氟。
Y1、Y11及Y12独立为氟、氯、至少一个氢经卤素取代的碳数1～12的烷基、至少一个氢经卤素取代的碳数1～12的烷氧基、或至少一个氢经卤素取代的碳数2～12的烯基。为了降低下限温度，优选的Y1、Y11及Y12为氟。
第五，表示优选的成分化合物。优选的化合物(1-1)为下述化合物(1-1-1)～化合物(1-1-13)。
这些化合物中，第一成分的至少一种优选化合物(1-1-3)、化合物(1-1-4)、或化合物(1-1-5)。第一成分的至少两种优选化合物(1-1-3)及化合物(1-1-5)、或化合物(1-1-4)及化合物(1-1-5)的组合。
优选的化合物(2-1)为所述化合物(2-1-1)～化合物(2-1-13)。
这些化合物中，第二成分中由式(2-1)所表示的化合物的至少一种优选化合物(2-1-2)、化合物(2-1-5)、化合物(2-1-6)或化合物(2-1-10)。第二成分中由式(2-1)所表示的化合物的至少两种优选化合物(2-1-2)及化合物(2-1-6)、化合物(2-1-5)及化合物(2-1-6)、或化合物(2-1-6)及化合物(2-1-10)的组合。
优选的化合物(2-2)为所述化合物(2-2-1)～化合物(2-2-12)。
这些化合物中，第二成分中由式(2-2)所表示的化合物的至少一种优选化合物(2-2-4)或化合物(2-2-5)。第二成分中由式(2-2)所表示的化合物的至少两种优选化合物(2-2-4)及化合物(2-2-5)的组合。
优选的化合物(3)为下述化合物(3-1)～化合物(3-12)。
这些化合物中，第三成分的至少一种优选化合物(3-2)、化合物(3-3)、化合物(3-8)、化合物(3-9)或化合物(3-12)。第三成分的至少两种优选化合物(3-3)及化合物(3-8)、化合物(3-3)及化合物(3-8)、或化合物(3-3)及化合物(3-12)的组合。
第六，对可添加至组合物中的添加物进行说明。此种添加物为光学活性化合物、抗氧化剂、紫外线吸收剂、色素、消泡剂、聚合性化合物、聚合引发剂、聚合抑制剂等。以下，在事先无特别说明的情况下，这些添加物的混合比例为基于液晶组合物的重量的比例(重量)。
为了诱发液晶的螺旋结构而赋予扭曲角，将光学活性化合物添加至组合物中。此种化合物的例子为化合物(5-1)～(5-5)。光学活性化合物的优选的比例为约5重量％以下。更优选的比例为约0.01重量％～约2重量％的范围。
为了防止由大气中的加热所引起的比电阻的下降，或者为了在长时间使用元件后不仅在室温下，而且在接近上限温度的温度下也维持大的电压保持率，而将抗氧化剂添加至组合物中。抗氧化剂的优选例是t为1～9的整数的化合物(6)等。
在化合物(6)中，优选的t为1、3、5、7、或9。更优选的t为7。t为7的化合物(6)由于挥发性小，因此对于在长时间使用元件后不仅在室温下，而且在接近上限温度的温度下也维持大的电压保持率而言有效。为了获得所述效果，抗氧化剂的优选的比例为约50ppm以上，为了不降低上限温度、或为了不提升下限温度，抗氧化剂的优选的比例为约600ppm以下。更优选的比例为约100ppm～约300ppm的范围。
紫外线吸收剂的优选例为二苯甲酮衍生物、苯甲酸酯衍生物、三唑衍生物等。另外，如空间位阻胺般的光稳定剂也优选。为了获得所述效果，这些吸收剂或稳定剂的优选的比例为约50ppm以上，为了不降低上限温度、或为了不提升下限温度，这些吸收剂或稳定剂的优选的比例为约10000ppm以下。更优选的比例为约100ppm～约10000ppm的范围。
为了适合于宾主(guesthost，GH)模式的元件，将如偶氮系色素、蒽醌系色素等般的二色性色素(dichroic dye)添加至组合物中。色素的优选的比例为约0.01重量％～约10重量％的范围。为了防止起泡，将二甲基硅酮油、甲基苯基硅酮油等消泡剂添加至组合物中。为了获得所述效果，消泡剂的优选的比例为约1ppm以上，为了防止显示不良，消泡剂的优选的比例为约1000ppm以下。更优选的比例为约1ppm～约500ppm的范围。
为了适合于高分子稳定取向(PSA)型元件，将聚合性化合物添加至组合物中。聚合性化合物的优选例为丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、乙烯基化合物、乙烯氧基化合物、丙烯基醚、环氧化合物(氧杂环丙烷、氧杂环丁烷)、乙烯基酮等具有可进行聚合的基的化合物。更优选的例子为丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的衍生物。为了获得所述效果，聚合性化合物的优选的比例为约0.05重量％以上，为了防止显示不良，聚合性化合物的优选的比例为约10重量％以下。更优选的比例为约0.1重量％～约2重量％的范围。聚合性化合物通过紫外线照射来进行聚合。也可以在光聚合引发剂等引发剂的存在下进行聚合。用于聚合的适当的条件、引发剂的适当的类型、及适当的量已为本领域技术人员所知，且在文献中有记载。例如作为光引发剂的艳佳固(Irgacure)651(注册商标；巴斯夫(BASF))、艳佳固(Irgacure)184(注册商标；巴斯夫)，或Darocure 1173(注册商标；巴斯夫)适合于自由基聚合。基于聚合性化合物的重量100重量份，光聚合引发剂的优选的比例为约0.1重量份～约5重量份的范围。更优选的比例为约1重量份～约3重量份的范围。
当保管聚合性化合物时，为了防止聚合，也可以添加聚合抑制剂。聚合性化合物通常在不去除聚合抑制剂的状态下添加至组合物中。聚合抑制剂的例子为对苯二酚、甲基对苯二酚般的对苯二酚衍生物、4-叔丁基儿茶酚、4-甲氧基苯酚、吩噻嗪等。
最后，对组合物的用途进行说明。本发明的组合物主要具有约-10℃以下的下限温度、约70℃以上的上限温度，而且具有约0.20～约0.35的范围的光学各向异性。含有该组合物的元件具有大的电压保持率。该组合物适合于AM元件。该组合物特别适合于透过型AM元件。通过控制成分化合物的比例、或通过混合其他液晶性化合物，可制备具有约0.15～约0.20的范围的光学各向异性的组合物，进而可制备具有约0.35～约0.40的范围的光学各向异性的组合物。该组合物可用作具有向列相的组合物，且可通过添加光学活性化合物而用作光学活性组合物。
该组合物可用于AM元件。进而也可以用于PM元件。该组合物可用于具有PC、TN、STN、ECB、OCB、IPS、FFS、VA、FPA等模式的AM元件及PM元件。特优选用于具有TN模式、OCB模式、IPS模式或FFS模式的AM元件。在具有IPS模式或FFS模式的AM元件中，当未施加电压时，相对于玻璃基板，液晶分子的排列可为平行、或者也可以为垂直。这些元件可为反射型、透过型或半透过型。优选用于透过型元件。也可以用于非晶硅-TFT元件或多晶硅-TFT元件。也可以用于将该组合物加以微胶囊化所制作的向列型曲线排列相(nematiccurvilinearaligned phase，NCAP)型元件、或使组合物中形成三维网眼状高分子的聚合物分散(polymer dispersed，PD)型元件。
实施例
通过实施例来更详细地说明本发明。本发明并不由这些实施例限制。本发明也包含将实施例的组合物的至少两种混合而成的混合物。所合成的化合物通过核磁共振(NuclearMagneticResonance，NMR)分析等方法来鉴定。化合物及组合物的特性通过下述所记载的方法来测定。
NMR分析：测定时使用布鲁克拜厄斯宾(Bruker BioSpin)公司制造的DRX-500。在1H-NMR的测定中，使试样溶解于CDCl3等氘化溶媒中，在室温下，以500MHz、累计次数16次的条件来进行测定。使用四甲基硅烷作为内部标准。在19F-NMR的测定中，使用CFCl3作为内部标准，以累计次数24次来进行。在核磁共振光谱的说明中，s表示单峰(singlet)，d表示双峰(doublet)，t表示三重峰(triplet)，q表示四重峰(quartet)，quin表示五重峰(quintet)，sex表示六重峰(sextet)，m表示多重峰(multiplet)，br表示宽峰(broad)。
气相色谱分析：测定时使用岛津制作所制造的GC-14B型气相色谱仪。载气为氦气(2mL/min)。将试样气化室设定为280℃，将检测器(火焰离子侦测器(Flame IonizationDetector，FID))设定为300℃。在成分化合物的分离中，使用安捷伦科技有限公司(AgilentTechnologiesInc.)制造的毛细管柱DB-1(长度为30m，内径为0.32mm，膜厚为0.25μm；固定液相为二甲基聚硅氧烷；无极性)。将该管柱在200℃下保持2分钟后，以5℃/min的比例升温至280℃为止。将试样制备成丙酮溶液(0.1重量％)后，将其1μL注入至试样气化室中。记录计为岛津制作所制造的C-R5A型色谱仪组件(Chromatopac)或其同等品。所获得的气相色谱图显示出对应于成分化合物的峰值的保持时间及峰值的面积。
稀释试样用的溶媒可使用氯仿、己烷等。为了分离成分化合物，也可以使用以下的毛细管柱。安捷伦科技有限公司制造的HP-1(长度为30m，内径为0.32mm，膜厚为0.25μm)，瑞斯泰克公司(Restek Corporation)制造的Rtx-1(长度为30m，内径为0.32mm，膜厚为0.25μm)，SGE国际公司(SGE International Pty.Ltd)制造的BP-1(长度为30m，内径为0.32mm，膜厚为0.25μm)。为了防止化合物峰值重叠，也可以使用岛津制作所制造的毛细管柱CBP1-M50-025(长度为50m，内径为0.25mm，膜厚为0.25μm)。
组合物中所含有的液晶性化合物的比例可通过如下方法来算出。利用气相色谱仪(FID)来检测液晶性化合物的混合物。气相色谱图中的峰值的面积比相当于液晶性化合物的比例(重量比)。当使用以上所记载的毛细管柱时，可将各种液晶性化合物的校正系数视为1。因此，液晶性化合物的比例(重量％)可根据峰值的面积比来算出。
测定试样：当测定组合物的特性时，将组合物直接用作试样。当测定化合物的特性时，通过将该化合物(15重量％)混合至母液晶(85重量％)中来制备测定用试样。根据通过测定所获得的值，利用外推法来算出化合物的特性值。(外推值)＝{(试样的测定值)-0.85×(母液晶的测定值)}/0.15。当在该比例下，层列相(或结晶)在25℃下析出时，将化合物与母液晶的比例依次变更为10重量％：90重量％、5重量％：95重量％、1重量％：99重量％。利用该外推法来求出与化合物相关的上限温度、光学各向异性、粘度、及介电常数各向异性的值。
使用下述母液晶。成分化合物的比例以重量％表示。
测定方法：通过下述方法来进行特性的测定。这些方法大多为由社团法人电子信息技术产业协会(Japan Electronics and Information Technology IndustriesAssociation，以下称为JEITA)所审议制定的JEITA规格(JEITA ED-2521B)中所记载的方法、或对其加以修饰的方法。在用于测定的TN元件中未安装薄膜晶体管(TFT)。
(1)向列相的上限温度(NI；℃)：将试样置于具备偏振光显微镜的熔点测定装置的热板上，以1℃/min的速度进行加热。测定试样的一部分从向列相变化为各向同性液体时的温度。
(2)向列相的下限温度(TC；℃)：将具有向列相的试样放入至玻璃瓶中，在0℃、-10℃、-20℃、-30℃、及-40℃的冷冻器中保管10日后，观察液晶相。例如当试样在-20℃下保持为向列相的状态、在-30℃下变化为结晶或层列相时，将TC记载为＜-20℃。
(3)粘度(容积粘度；η；在20℃下测定；mPa·s)：测定使用东京计器股份有限公司制造的E型旋转粘度计。
(4)粘度(旋转粘度；γ1；在20℃下测定；mPa·s)：根据M.今井(M.Imai)等人的《分子晶体与液晶(Molecular Crystals and Liquid Crystals)》，Vol.259，37(1995)中所记载的方法进行测定。将试样放入至扭曲角为0°、且2片玻璃基板的间隔(单元间隙)为5μm的TN元件中。在16V～19.5V的范围内，以0.5V为单位对该元件阶段性地施加电压。在未施加电压0.2秒后，以仅施加1个矩形波(矩形脉冲；0.2秒)与未施加(2秒)的条件反复施加电压。测定通过该施加所产生的暂态电流(transient current)的峰值电流(peak current)与峰值时间(peak time)。根据这些测定值与M.今井等人的论文中的第40页所记载的计算式(8)而获得旋转粘度的值。该计算中所需的介电常数各向异性的值是使用测定该旋转粘度的元件，通过以下所记载的方法来求出。
(5)光学各向异性(折射率各向异性；Δn在25℃下测定)：使用波长589nm的光，通过在接目镜上安装有偏振片的阿贝折射计来进行测定。朝一个方向摩擦主棱镜的表面后，将试样滴加至主棱镜上。当偏振光的方向与摩擦的方向平行时测定折射率n//。当偏振光的方向与摩擦的方向垂直时测定折射率n⊥。光学各向异性的值是根据Δn＝n//-n⊥的式子来计算。在利用由克尔效应所引起的光学变化的模式中，理想的是光学各向异性与介电常数各向异性的乘积大，因此优选光学各向异性尽可能大。光学各向异性优选0.20～0.35的范围，更优选0.23～0.32的范围。
(6)介电常数各向异性(Δε；在25℃下测定)：将试样放入至2片玻璃基板的间隔(单元间隙)为9μm且扭曲角为80度的TN元件中。对该元件施加正弦波(10V，1kHz)，2秒后测定液晶分子的长轴方向上的介电常数(ε//)。对该元件施加正弦波(0.5V，1kHz)，2秒后测定液晶分子的短轴方向上的介电常数(ε⊥)。介电常数各向异性的值是根据Δε＝ε//-ε⊥的式子来计算。为了降低驱动电压，理想的是介电常数各向异性大。尤其，在通过高分子稳定化或胶囊化等来限制对液晶组合物施加的电场的模式中，存在驱动电压变高的倾向，因此优选介电常数各向异性尽可能大。另外，在利用由克尔效应所引起的光学变化的模式中，理想的是光学各向异性与介电常数各向异性的乘积大，因此优选介电常数各向异性尽可能大。介电常数各向异性优选8～40的范围，更优选15～30的范围。
(7)阈值电压(Vth；在25℃下测定；V)：测定时使用大冢电子股份有限公司制造的LCD5100型亮度计。光源为卤素灯。将试样放入至2片玻璃基板的间隔(单元间隙)为0.45/Δn(μm)、扭曲角为80度的常白模式(normally white mode)的TN元件中。施加至该元件的电压(32Hz，矩形波)是以0.02V为单位，从0V阶段性地增加至10V为止。此时，从垂直方向对元件照射光，并测定透过元件的光量。制作该光量达到最大时透过率为100％、该光量最小时透过率为0％的电压-透过率曲线。阈值电压由透过率变为90％时的电压来表示。
(8)电压保持率(VHR-1；在25℃下测定；％)：用于测定的TN元件具有聚酰亚胺取向膜，且2片玻璃基板的间隔(单元间隙)为5μm。该元件在放入试样后利用通过紫外线而硬化的粘合剂进行密封。对该TN元件施加脉冲电压(5V、60微秒)来充电。利用高速电压计在16.7毫秒的期间内测定衰减的电压，求出单位周期中的电压曲线与横轴之间的面积A。面积B为未衰减时的面积。电压保持率由面积A对于面积B的百分率来表示。
(9)电压保持率(VHR-2；在80℃下测定；％)：除了在80℃下进行测定来代替在25℃下进行测定以外，以与所述相同的程序测定电压保持率。以VHR-2来表示所获得的值。
(10)电压保持率(VHR-3；在25℃下测定；％)：在照射紫外线后测定电压保持率，并评价对紫外线的稳定性。用于测定的TN元件具有聚酰亚胺取向膜，而且单元间隙为5μm。将试样注入至该元件中，照射光20分钟。光源为超高压水银灯USH-500D(牛尾(Ushio)电机制造)，元件与光源的间隔为20cm。在VHR-3的测定中，在16.7毫秒的期间内测定衰减的电压。具有大的VHR-3的组合物对紫外线具有大的稳定性。VHR-3优选90％以上，更优选95％以上。
(11)电压保持率(VHR-4；在25℃下测定；％)：将注入有试样的TN元件在80℃的恒温槽内加热500小时后，测定电压保持率，并评价对热的稳定性。在VHR-4的测定中，在16.7毫秒的期间内测定衰减的电压。具有大的VHR-4的组合物对热具有大的稳定性。
(12)响应时间(τ；在25℃下测定；ms)：测定时使用大冢电子股份有限公司制造的LCD5100型亮度计。光源为卤素灯。低通滤波器(Low-pass filter)设定为5kHz。将试样放入至2片玻璃基板的间隔(单元间隙)为5.0μm、扭曲角为80度的常白模式(normally whitemode)的TN元件中。对该元件施加矩形波(60Hz，5V，0.5秒)。此时，从垂直方向对元件照射光，并测定透过元件的光量。当该光量达到最大时视作透过率为100％，当该光量最小时视作透过率为0％。上升时间(τr：rise time；毫秒)是透过率从90％变化为10％所需要的时间。下降时间(τf：fall time；毫秒)是透过率从10％变化为90％所需要的时间。响应时间由以所述方式求出的上升时间与下降时间的和来表示。
(13)弹性常数(K；在25℃下测定；pN)：测定时使用横河惠普(Yokogawa HewlettPackard)股份有限公司制造的HP4284A型LCR计。将试样放入至2片玻璃基板的间隔(单元间隙)为20μm的水平取向元件中。对该元件施加0V～20V的电荷，并测定静电电容及施加电压。利用《液晶器件手册(Liquid Crystal Device Handbook)》(日刊工业新闻社)，第75页中的式(2.98)、式(2.101)对所测定的静电电容(C)与施加电压(V)的值进行拟合，并根据式(2.99)获得K11及K33的值。继而，将以前所求出的K11及K33的值用于《液晶器件手册》第171页中的式(3.18)中来算出K22。弹性常数由以所述方式求出的K11、K22、及K33的平均值来表示。
(14)比电阻(ρ；在25℃下测定；Ωcm)：将试样1.0mL注入至具备电极的容器中。对该容器施加直流电压(10V)，并测定10秒后的直流电流。比电阻根据下式来算出。(比电阻)＝{(电压)×(容器的电容)}/{(直流电流)×(真空的介电常数)}。
(15)螺距(P；在室温下测定；μm)：螺距是利用楔形法来测定。参照《液晶便览》，第196页(2000年发行，丸善)。将试样注入至楔形盒中，在室温下静置2小时后，利用偏振光显微镜(尼康(Nikon)(股份)，商品名MM40/60系列)观察向错线的间隔(d2-d1)。螺距(P)是根据将楔形盒的角度表示成θ的下式来算出。P＝2×(d2-d1)×tanθ。
(16)短轴方向上的介电常数(ε⊥；在25℃下测定)：将试样放入至2片玻璃基板的间隔(单元间隙)为9μm且扭曲角为80度的TN元件中。对该元件施加正弦波(0.5V，1kHz)，2秒后测定液晶分子的短轴方向上的介电常数(ε⊥)。
实施例中的化合物是根据下述表3的定义，由记号来表示。在表3中，关于1，4-亚环己基的立体构型为反式。位于记号后的括号内的编号对应于化合物的编号。(-)的记号表示其他液晶性化合物。液晶性化合物的比例(百分率)是基于液晶组合物的重量的重量百分率(重量％)。最后，将组合物的特性值进行汇总。
表3 使用记号的化合物的表述法
R-(A1)-Z1-……-Zn-(An)-R′
[实施例1]
NI＝90.0℃；Tc＜-20℃；Δn＝0.246；Δε＝9.4；Vth＝1.88V；η＝42.7mPa·s；γ1＝279mPa·s；VHR-1＝98.7％；VHR-3＝97.0％。
[比较例1]
实施例1的组合物含有作为第二成分的化合物(2)。化合物(2)具有正的介电常数各向异性。为了进行比较，将实施例1中的所有化合物(2)去除并添加有具有正的介电各向异性的含有氰基的化合物的组合物作为比较例1。
NI＝93.7℃；Tc＜-20℃；Δn＝0.242；Δε＝10.0；Vth＝1.82V；η＝32.3mPa·s；γ1＝264mPa·s；VHR-1＝97.5％；VHR-3＝10.6％。
可知含有氰基的化合物由于使照射紫外线后的VHR显着下降，因此不适合作为本发明的液晶组合物。
[比较例2]
为了进行比较，将实施例1中的化合物(2)的一部分置换成具有正的介电各向异性的含有氰基的化合物，并将所获得的组合物作为比较例2。
NI＝95.7℃；Tc＜-20℃；Δn＝0.253；Δε＝9.2；Vth＝1.93V；η＝35.5mPa·s；VHR-1＝96.6％；VHR-3＝42.4％。
可知含有氰基的化合物由于使照射紫外线后的VHR显着下降，因此不适合作为本发明的液晶组合物。
[比较例3]
为了进行比较，将实施例1中的化合物(2)的一部分置换成具有正的介电各向异性的含有氰基的化合物，并将所获得的组合物作为比较例3。
NI＝97.0℃；Tc＜-20℃；Δn＝0.254；Δε＝9.2；Vth＝1.94V；η＝38.5mPa·s；VHR-1＝96.8％；VHR-3＝72.2％。
可知含有氰基的化合物由于使照射紫外线后的VHR下降，因此不适合作为本发明的液晶组合物。
[比较例4]
为了进行比较，将实施例1中的化合物(2)的一部分置换成具有正的介电各向异性的含有氰基的化合物，并将所获得的组合物作为比较例4。
NI＝95.2℃；Tc＜-20℃；Δn＝0.254；Δε＝9.1；Vth＝1.90V；η＝39.4mPa·s；VHR-1＝97.2％；VHR-3＝81.6％。
可知含有氰基的化合物由于使照射紫外线后的VHR下降，因此不适合作为本发明的液晶组合物。
[实施例2]
NI＝102.1℃；Tc＜-10℃；Δn＝0.295；Δε＝10.3；Vth＝1.98V；η＝58.2mPa·s；γ1＝385mPa·s。
[实施例3]
NI＝104.2℃；Tc＜-10℃；Δn＝0.290；Δε＝10.0；Vth＝2.00V；η＝37.1mPa·s；γ1＝337mPa·s。
[实施例4]
NI＝92.5℃；Yc＜-10℃；Δn＝0.251；Δε＝14.7；Vth＝1.58V。
[实施例5]
NI＝93.8℃；Tc＜-20℃；Δn＝0.252；Δε＝12.9；Vth＝1.66V。
[实施例6]
NI＝93.0℃；Tc＜-20℃；Δn＝0.248；Δε＝14.0；Vth＝1.64V。
[实施例7]
NI＝91.9℃；Tc＜-10℃；Δn＝0.245；Δε＝17.4；Vth＝2.11V。
[实施例8]
NI＝91.5℃；Tc＜-10℃；Δn＝0.249；Δε＝11.7；Vth＝1.75V。
[实施例9]
NI＝92.2℃；Tc＜-20℃；Δn＝0.244；Δε＝12.3；Vth＝1.65V。
[实施例10]
NI＝93.0℃；Tc＜-20℃；Δn＝0.246；Δε＝13.2；Vth＝1.58V。
[实施例11]
NI＝98.4℃；Tc＜-10℃；Δn＝0.256；Δε＝24.0；Vth＝1.66V。
[实施例12]
NI＝94.9℃；Tc＜-20℃；Δn＝0.247；Δε＝9.7；Vth＝1.91V。
[实施例13]
NI＝92.5℃；Tc＜-10℃；Δn＝0.249；Δε＝9.7；Vth＝1.91V。
[实施例14]
NI＝88.9℃；Tc＜-20℃；Δn＝0.262；Δε＝9.4；Vth＝1.81V。
[实施例15]
NI＝88.6℃；Tc＜-10℃；Δn＝0.246；Δε＝8.9；Vth＝1.88V。
[实施例16]
NI＝91.3℃；Tc＜-10℃；Δn＝0.278；Δε＝9.9；Vth＝1.87V。
[实施例17]
NI＝99.3℃；Tc＜-10℃；Δn＝0.264；Δε＝28.5；Vth＝1.51V。
[实施例18]
NI＝97.2℃；Tc＜-20℃；Δn＝0.249；Δε＝19.0；Vth＝1.76V。
[实施例19]
NI＝104.5℃；Tc＜-20℃；Δn＝0.279；Δε＝10.3；Vth＝1.93V。
[实施例20]
NI＝93.7℃；Tc＜-20℃；Δn＝0.247；Δε＝9.9；Vth＝1.88V。
[实施例21]
NI＝103.5℃；Tc＜-10℃；Δn＝0.278；Δε＝10.6；Vth＝1.94V；η＝57.2mPa·s；γ1＝316mPa·s。
[工业上的可利用性]
本发明的液晶组合物在高上限温度、低下限温度、大的光学各向异性、大的正介电常数各向异性、对紫外线的高稳定性等特性中，充分满足至少一种特性、或关于至少两种特性具有适当的平衡。含有该组合物的液晶显示元件可用于具有TN、OCB、IPS、FFS、或FPA的模式的AM(active matrix)元件，尤其，通过使该组合物内包于胶囊中，可降低制造成本、或可用于柔性显示器。另外，含有该组合物的元件可作为能够进行2D/3D间的切换显示的显示元件而使用。

Claims (18)

1.一种液晶组合物，其含有作为第一成分的选自由式(1)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物、及作为第二成分的选自由式(2)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物，且相对于液晶组合物整体，含有氰基的化合物的比例未满3重量％，
式(1)及式(2)中，R1、R2及R3独立为碳数1～12的烷基、碳数1～12的烷氧基、或碳数2～12的烯基；环A1、环A2、环A3、环A4及环A5独立为1，4-亚环己基、1，4-亚苯基、2-氟-1，4-亚苯基、2，5-二氟-1，4-亚苯基、2，6-二氟-1，4-亚苯基、吡啶-2，5-二基、嘧啶-2，5-二基、1，3-二恶烷-2，5-二基、或四氢吡喃-2，5-二基；Z1、Z2、Z3、Z4及Z5独立为单键、亚乙基、亚乙烯基、亚甲氧基、羰氧基、二氟亚甲氧基、二苯乙炔基、或四氟亚乙基，但Z1及Z2中的至少一个为二苯乙炔基；X1、X2、X3、X4、X5及X6独立为氢或氟，但X1及X2不会同时为氟，X4及X5不会同时为氟；Y1为氟、氯、至少一个氢经卤素取代的碳数1～12的烷基、至少一个氢经卤素取代的碳数1～12的烷氧基、或至少一个氢经卤素取代的碳数2～12的烯基；l为1或2，m为0、1或2，当1及m表示2时，存在多个的环A2、环A4、Z2及Z4分别可相同，也可以不同。
2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其中基于液晶组合物的重量，第一成分的比例为20重量％～70重量％的范围，第二成分的比例为25重量％～75重量％的范围。
3.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，其含有作为第一成分的选自由式(1-1)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物、及作为第二成分的选自由式(2-1)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物，
式(1-1)及式(2-1)中，R11、R21、及R31独立为碳数1～12的烷基、碳数1～12的烷氧基、或碳数2～12的烯基；环A11为1，4-亚环己基、1，4-亚苯基、2-氟-1，4-亚苯基、2，5-二氟-1，4-亚苯基、或2，6-二氟-1，4-亚苯基；环A31为1，4-亚苯基、2-氟-1，4-亚苯基、2，6-二氟-1，4-亚苯基、吡啶-2，5-二基、嘧啶-2，5-二基、1，3-二恶烷-2，5-二基、或四氢吡喃-2，5-二基；环A41、及环A51独立为1，4-亚苯基、2-氟-1，4-亚苯基、或2，6-二氟-1，4-亚苯基；Z11、Z31、Z41及Z51独立为单键、亚乙基、亚乙烯基、亚甲氧基、羰氧基、二氟亚甲氧基、二苯乙炔基、或四氟亚乙基，但Z31、Z41及Z51的至少一个为二氟亚甲氧基；X11、X51及X61独立为氢或氟；Y11为氟、氯、至少一个氢经卤素取代的碳数1～12的烷基、至少一个氢经卤素取代的碳数1～12的烷氧基、或至少一个氢经卤素取代的碳数2～12的烯基；m1为0、1或2，当m1表示2时，存在多个的环A41及Z41分别可相同，也可以不同。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的液晶组合物，其含有作为第一成分的选自由式(1-1-1)～式(1-1-13)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物，
这些式中，R11及R21独立为碳数1～12的烷基、碳数1～12的烷氧基、或碳数2～12的烯基。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的液晶组合物，其中基于液晶组合物的重量，根据权利要求2所述的由式(1-1)所表示的化合物的比例为10重量％～50重量％的范围。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的液晶组合物，其含有作为第二成分的选自由式(2-1-1)～式(2-1-13)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物，
这些式中，R31为碳数1～12的烷基、碳数1～12的烷氧基、或碳数2～12的烯基。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的液晶组合物，其中基于液晶组合物的重量，根据权利要求2所述的由式(2-1)所表示的化合物的比例为25重量％～70重量％的范围。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的液晶组合物，其含有作为第二成分的选自由式(2-2)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物，
式(2-2)中，R32为碳数1～12的烷基、碳数1～12的烷氧基、或碳数2～12的烯基；环A32为1，4-亚苯基、2-氟-1，4-亚苯基、2，6-二氟-1，4-亚苯基、吡啶-2，5-二基、嘧啶-2，5-二基、1，3-二恶烷-2，5-二基、或四氢吡喃-2，5-二基；环A42及环A52独立为1，4-亚苯基、2-氟-1，4-亚苯基、或2，6-二氟-1，4-亚苯基；Z32、Z42及Z52独立为单键、亚乙基、亚乙烯基、亚甲氧基、羰氧基、二苯乙炔基、或四氟亚乙基；X42、X52及X62独立为氢或氟，但X42及X52不会同时为氟；Y12为氟、氯、至少一个氢经卤素取代的碳数1～12的烷基、至少一个氢经卤素取代的碳数1～12的烷氧基、或至少一个氢经卤素取代的碳数2～12的烯基；m2为0、1或2，当m2表示2时，存在多个的环A42及Z42分别可相同，也可以不同。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的液晶组合物，其含有作为第二成分的选自由式(2-2-1)～式(2-2-12)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物，
这些式中，R32为碳数1～12的烷基、碳数1～12的烷氧基、或碳数2～12的烯基。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的液晶组合物，其中基于液晶组合物的重量，由式(2-2)所表示的化合物的比例为0重量％～50重量％的范围。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的液晶组合物，其更含有作为第三成分的选自由式(3)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物，
式(3)中，R4及R5独立为碳数1～12的烷基、碳数1～12的烷氧基、或碳数2～12的烯基；环A6或环A7独立为1，4-亚环己基、1，4-亚苯基、2-氟-1，4-亚苯基、2，5-二氟-1，4-亚苯基、或2，6-二氟-1，4-亚苯基；Z6为单键、亚乙基、亚乙烯基、亚甲氧基、羰氧基、二氟亚甲氧基、二苯乙炔基、或四氟亚乙基；Z7为单键、亚乙基、亚乙烯基、亚甲氧基、羰氧基、二氟亚甲氧基、或四氟亚乙基；n为0、1或2，当n为1或2时，Z6并非为二苯乙炔基，当n表示2时，存在多个的环A7及Z7分别可相同，也可以不同。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的液晶组合物，其含有作为第三成分的选自由式(3-1)～式(3-12)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物，
这些式中，R4及R5独立为碳数1～12的烷基、碳数1～12的烷氧基、或碳数2～12的烯基。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的液晶组合物，其中基于液晶组合物的重量，第三成分的比例为10重量％～55重量％的范围。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的液晶组合物，其中波长589nm的光学各向异性(在25℃下测定)为0.20～0.35的范围，且频率1kHz的介电常数各向异性(在25℃下测定)为8～40的范围。
15.一种液晶显示元件，其含有根据权利要求1至14中任一项所述的液晶组合物。
16.根据权利要求15所述的液晶显示元件，其特征在于：使根据权利要求1至14中任一项所述的液晶组合物内包于胶囊中。
17.根据权利要求15所述的液晶显示元件，其特征在于：将根据权利要求1至14中任一项所述的液晶组合物用于可进行2D/3D间的切换显示的显示元件。
18.一种根据权利要求1至14中任一项所述的液晶组合物的用途，其用于液晶显示元件。
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