TW201333174A - 液晶組成物及其用途、以及液晶顯示元件 - Google Patents

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Yasuyuki Gotoh
Kazuhiko Saigusa
Norikatsu Hattori
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Jnc Corp
Jnc Petrochemical Corp
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Abstract

本發明提供一種液晶組成物，其在向列相的高上限溫度、向列相的低下限溫度、小的黏度、適當的光學各向異性、負的大介電各向異性、大的比電阻、對紫外線的高穩定性、對熱的高穩定性等特性中，滿足至少1種特性，或者關於至少2種特性而具有適當的平衡。本發明還提供一種AM元件，其具有短的響應時間、大的電壓保持率、大的對比度、長壽命等。本發明的液晶組成物含有具有負的大介電各向異性的特定化合物作為第一成分、以及含有具有小的黏度的二環化合物作為第二成分，亦可含有具有負的大介電各向異性的特定化合物作為第三成分、含有具有小的黏度的特定化合物作為第四成分、以及含有具有負的大介電各向異性的特定化合物作為第五成分，並且該液晶組成物具有負的介電各向異性。本發明的液晶顯示元件含有該組成物。

Description

液晶組成物以及液晶顯示元件
本發明是有關於一種主要適合於主動矩陣(active matrix，AM)元件等的液晶組成物以及含有該組成物的AM元件等。尤其有關於一種介電各向異性(dielectric anisotropy)為負的液晶組成物，且有關於一種含有該組成物的共面切換(in-plane switching，IPS)模式、垂直配向(vertical alignment，VA)模式、邊緣場切換(fringe field switching，FFS)模式、或者聚合物穩定配向(polymer sustained alignment，PSA)模式、或者電場感應光反應配向(field induced photo-reactive alignment，FPA)模式的元件等。
液晶顯示元件中，基於液晶的運作模式的分類為相變(phase change，PC)模式、扭轉向列(twisted nematic，TN)模式、超扭轉向列(super twisted nematic，STN)模式、電控雙折射(electrically controlled birefringence，ECB)模式、光學補償彎曲(optically compensated bend，OCB)模式、共面切換(in-plane switching，IPS)模式、垂直配向(vertical alignment，VA)模式、邊緣場切換(fringe field switching，FFS)模式、聚合物穩定配向(Polymer sustained alignment，PSA)模式、電場感應光反應配向(field induced photo-reactive alignment，FPA)模式等。基於元件的驅動方式的分類為被動矩陣(passive matrix，PM)與主動矩陣(active matrix，AM)。PM被分類為靜態式(static)與多工式(multiplex)等，AM被分類為薄膜電晶體(thin film transistor，TFT)、金屬-絕緣體-金屬(metal insulator metal，MIM)等。TFT的分類為非晶矽(amorphous silicon)以及多晶矽(polycrystal silicon)。後者根據製造步驟而分類為高溫型與低溫型。基於光源的分類為利用自然光的反射型、利用背光源的穿透型、以及利用自然光與背光源兩者的半穿透型。
該些元件含有具有適當特性的液晶組成物。該液晶組成物具有向列相(nematic phase)。為了獲得具有良好的一般特性的AM元件，而提高組成物的一般特性。將2種一般特性中的關聯歸納於下述表1中。基於市售的AM元件來對組成物的一般特性進一步進行說明。向列相的溫度範圍與元件可使用的溫度範圍相關聯。向列相的較佳上限溫度約為70℃以上，而且向列相的較佳下限溫度約為-20℃以下。組成物的黏度與元件的響應時間相關聯。為了以元件顯示動態影像，較佳為響應時間短。因此，較佳為組成物的黏度小。更佳為在低溫下的黏度小。
組成物的光學各向異性(optical anisotropy)與元件的對比度相關聯。組成物的光學各向異性(△n)與元件的單元間隙(d)的積(△n×d)是設計成使對比度為最大。適當的積值依存於運作模式的種類。VA模式的元件中，適當的積值為約0.30 μm至約0.40 μm的範圍，IPS模式或者FFS模式的元件中，適當的積值為約0.20 μm至約0.30 μm的範圍。該情況下，對單元間隙小的元件而言較佳為具有大的光學各向異性的組成物。組成物的絕對值大的介電各向異性有助於元件的低臨限電壓、小的消耗電力與大的對比度。因此，較佳為絕對值大的介電各向異性。組成物的大比電阻有助於大的電壓保持率，且有助於元件的大對比度。因此，較佳為在初始階段中不僅在室溫下，而且在高溫下亦具有大的比電阻的組成物。較佳為在長時間使用後，不僅在室溫下，而且在高溫下亦具有大的比電阻的組成物。組成物對紫外線及熱的穩定性與液晶顯示元件的壽命相關聯。當該些組成物的穩定性高時，該元件的壽命長。此種特性對於液晶投影機、液晶電視等中使用 的AM元件而言較佳。
具有TN模式的AM元件中使用具有正的介電各向異性的組成物。另一方面，具有VA模式的AM元件中使用具有負的介電各向異性的組成物。具有IPS模式及FFS模式的AM元件中使用具有正或負的介電各向異性的組成物。具有PSA模式或者FPA模式的AM元件中使用具有正或負的介電各向異性的組成物。液晶組成物的例子揭示於專利文獻1中。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第1999/021815號小冊子
較理想的AM元件具有可使用的溫度範圍廣、響應時間短、對比度大、臨限電壓低、電壓保持率大、壽命長等特性。較理想為響應時間短於1毫秒。因此，組成物的較理想特性為向列相的高上限溫度、向列相的低下限溫度、小的黏度、適當的光學各向異性、正或負的大介電各向異性、大的比電阻、對紫外線的高穩定性、對熱的高穩定性等。
本發明的一目的為一種液晶組成物，其在向列相的高上限溫度、向列相的低下限溫度、小的黏度、適當的光學各向異性、負的大介電各向異性、大的比電阻、對紫外線的高穩定性、對熱的高穩定性等特性中，滿足至少1種特性。另一目的是一種關於至少2種特性而具有適當平衡的液晶組成物，尤其是滿足低下限 溫度、低臨限電壓、以及負的大介電各向異性的液晶組成物。又一目的為含有此種組成物的液晶顯示元件。再一目的為具有小的光學各向異性或者大的光學各向異性即適當的光學各向異性、負的大介電各向異性、對紫外線的高穩定性等特性的組成物，以及具有短的響應時間、大的電壓保持率、大的對比度、長壽命等特性的AM元件。
本發明為含有選自式(1)所表示的化合物組群中的至少1種化合物作為第一成分、以及選自式(2)所表示的化合物組群中的至少1種化合物作為第二成分，而且具有負的介電各向異性的液晶組成物；以及含有該組成物的液晶顯示元件。
其中，R1為至少1個氫經鹵素取代的碳數1至12的烷基；R2、R3及R4獨立地為碳數1至12的烷基或者碳數2至12的烯基，該些基團中，至少1個氫可經鹵素取代，至少1個亞甲基(methylene)可經氧取代； 環A及環B獨立地為，或者， 該些基團中，至少1個氫可經鹵素取代；X1及X2獨立地為氟或氯；Y1為氫或甲基；Z1及Z2獨立地為單鍵、伸乙基、亞甲基氧基或者羰基氧基；m及n獨立地為0、1、2或3，而且m與n的和為1、2或3。
本發明的優點為一種在向列相的高上限溫度、向列相的低下限溫度、小的黏度、適當的光學各向異性、負的大介電各向異性、低臨限電壓、大的比電阻、對紫外線的高穩定性、對熱的高穩定性等特性中，滿足至少1種特性的液晶組成物。本發明的一方面為關於至少2種特性而具有適當平衡的液晶組成物。另一方面為含有此種組成物的液晶顯示元件。另一方面為具有適當的光學各向異性、負的大介電各向異性、對紫外線的高穩定性等的組成物，以及具有短的響應時間、大的電壓保持率、大的對比度、長壽命等的特性的AM元件。
本說明書中的用語的使用方法如下所述。有時將本發明的液晶組成物或者本發明的液晶顯示元件分別簡稱為「組成物」或者「元件」。液晶顯示元件是液晶顯示面板以及液晶顯示模組的總稱。「液晶性化合物」是指具有向列相、層列相(smectic phase)等液晶相的化合物或者雖不具有液晶相但作為組成物的成分而有用的化合物。該有用的化合物具有例如1,4-伸環己基或1,4-伸苯基之類的六員環，其分子結構為棒狀(rod like)。光學活性化合物以及可聚合的化合物有時被添加於組成物中。即便該些化合物為液晶性化合物，在此亦被分類為添加物。有時將選自式(1)所表示的化合物組群中的至少一種化合物簡稱為「化合物(1)」。「化合物(1)」是指式(1)所表示的1種化合物或者兩種以上的化合物。其他化學式所表示的化合物亦相同。稱為「經取代的」時的「至少一個」是指取代可自由選擇位置，亦可自由選擇個數。
有時將向列相的上限溫度簡稱為「上限溫度」。有時將向列相的下限溫度簡稱為「下限溫度」。「比電阻大」是指組成物在初始階段中不僅在室溫下，而且在接近向列相的上限溫度的溫度下亦具有大的比電阻，並且在長時間使用後，不僅在室溫下，而且在接近向列相的上限溫度的溫度下亦具有大的比電阻。「電壓 保持率大」是指元件在初始階段中不僅在室溫下，而且在接近向列相的上限溫度的溫度下亦具有大的電壓保持率，並且在長時間使用後，不僅在室溫下，而且在接近向列相的上限溫度的溫度下亦具有大的電壓保持率。當對光學各向異性等特性進行說明時，使用以實施例中記載的測定方法所獲得的值。第一成分為1種化合物或者2種以上的化合物。「第一成分的比例」是以基於液晶組成物總重量的第一成分的重量百分率(重量%)來表示。第二成分的比例等亦相同。混合於組成物中的添加物的比例是以基於液晶組成物總重量的重量百分率(重量%)或者重量百萬分率(ppm)來表示。
成分化合物的化學式中，將R2的記號用於多種化合物。該些化合物中的任意2種化合物中，R2所選擇的基團可相同，亦可不同。例如，有化合物(1)的R2為乙基且化合物(1-1)的R2為乙基的情況。亦有化合物(1)的R2為乙基，而化合物(1-1)的R2為丙基的情況。該規則亦適用於R1、R5等。
本發明為下述之項等。
1.一種液晶組成物，含有選自式(1)所表示的化合物組群中的至少1種化合物作為第一成分、以及選自式(2)所表示的化合物組群中的至少1種化合物作為第二成分，而且該液晶組成物具有負的介電各向異性：
其中，R1為至少1個氫經鹵素取代的碳數1至12的烷基；R2、R3及R4獨立地為碳數1至12的烷基或者碳數2至12的烯基，該些基團中，至少1個氫可經鹵素取代，至少1個亞甲基可經氧取代；環A及環B獨立地為，或者，該些基團中，至少1個氫可經鹵素取代；X1及X2獨立地為氟或氯；Y1為氫或甲基；Z1及Z2獨立地為單鍵、伸乙基、亞甲基氧基或者羰基氧基；m及n獨立地為0、1、2或3，而且m與n的和為1、2或3。
2.如項1所述的液晶組成物，其中第一成分為選自式 (1-1)至式(1-4)所表示的化合物組群中的至少1種化合物：
其中，R1為至少1個氫經鹵素取代的碳數1至12的烷基；R2為碳數1至12的烷基或者碳數2至12的烯基，該些基團中，至少1個氫可經鹵素取代，至少1個亞甲基可經氧取代。
3.如項1所述的液晶組成物，其中第一成分為選自如項2所述的式(1-1)所表示的化合物組群中的至少1種化合物。
4.如項1所述的液晶組成物，其中第一成分為選自如項2所述的式(1-3)所表示的化合物組群中的至少1種化合物。
5.如項1所述的液晶組成物，其中第一成分為選自如項2所述的式(1-4)所表示的化合物組群中的至少1種化合物。
6.如項1至項5中任一項所述的液晶組成物，其中第一成分中，如項1所述的式(1)或者如項2所述的式(1-1)至式(1-5)中，R1為1個或者2個氫經鹵素取代的碳數1至12的烷基。
7.如項1至項6中任一項所述的液晶組成物，其中第二成分中，如項1所述的式(2)中，R3或R4為至少1個氫可經鹵素取代的碳數2至12的烯基、或者至少1個亞甲基可經氧取代的碳數2至12的烯基。
8.如項1至項7中任一項所述的液晶組成物，其中基於液晶組成物的總重量，第一成分的比例為3重量%至90重量%的範圍，第二成分的比例為10重量%至97重量%的範圍。
9.如項1至項8中任一項所述的液晶組成物，其更含有選自式(3)所表示的化合物組群中的至少1種化合物作為第三成分：
其中，R5及R6獨立地為碳數1至12的烷基、碳數1至12的烷氧基或者碳數2至12的烯基；環C及環D獨立地為 ，或者，該些基團中，至少1個氫可經鹵素取代；X3及X4獨立地為氟或氯；Y2為氫或甲基；Z3及Z4獨立地為單鍵、伸乙基、亞甲基氧基或者羰基氧基；p及q獨立地為0、1、2或3，而且p與q的和為1、2或3。
10.如項9所述的液晶組成物，其中第三成分為選自式(3-1)至式(3-12)所表示的化合物組群中的至少1種化合物：
其中，R5及R6獨立地為碳數1至12的烷基、碳數1至 12的烷氧基或者碳數2至12的烯基。
11.如項9所述的液晶組成物，其中第三成分為選自如項10所述的式(3-1)所表示的化合物組群中的至少1種化合物。
12.如項9所述的液晶組成物，其中第三成分為選自如項10所述的式(3-7)所表示的化合物組群中的至少1種化合物。
13.如項9至項12中任一項所述的液晶組成物，其中基於液晶組成物的總重量，第三成分的比例為15重量%至85重量%的範圍。
14.如項1至項13中任一項所述的液晶組成物，其更含有選自式(4)所表示的化合物組群中的至少1種化合物作為第四成分：
其中，R7及R8獨立地為碳數1至12的烷基、碳數1至12的烷氧基、碳數2至12的烯基、或者至少1個氫經氟取代的碳數2至12的烯基；環E、環F及環G獨立地為1,4-伸環己基、1,4-伸苯基、2-氟-1,4-伸苯基或3-氟-1,4-伸苯基；Z5及Z6獨立地為單鍵、伸乙基、亞甲基氧基或者羰基氧基； r為0、1或2；其中，當r為0時，環F及環G中，至少1個為1,4-伸苯基。
15.如項14所述的液晶組成物，其中第四成分為選自式(4-1)至式(4-12)所表示的化合物組群中至少1種化合物：
其中，R7及R8獨立地為碳數1至12的烷基、碳數1至12的烷氧基、碳數2至12的烯基、或者至少1個氫經氟取代的碳數2至12的烯基。
16.如項14所述的液晶組成物，其中第四成分為選自如項15所述的式(4-5)以及式(4-6)所表示的化合物組群中的至少1種化合物。
17.如項14至項16中任一項所述的液晶組成物，其中基於液晶組成物的總重量，第四成分的比例為5重量%至50重量%的範圍。
18.如項1至項17中任一項所述的液晶組成物，其更含有選自式(5)所表示的化合物組群中的至少1種化合物作為第五成分：
其中，R9及R10獨立地為碳數1至12的烷基、碳數1至12的烷氧基、碳數2至12的烯基、或者至少1個氫經氟取代的碳數2至12的烯基；環I及環J獨立地為1,4-伸環己基或者1,4-伸苯基；Z7及Z8獨立地為單鍵、伸乙基、亞甲基氧基或者羰基氧基； s及t獨立地為0、1、2或3，而且s與t的和為1、2或3。
19.如項18所述的液晶組成物，其中第五成分為選自式(5-1)至式(5-5)所表示的化合物組群中的至少1種化合物：
其中，R9及R10獨立地為碳數1至12的烷基、碳數1至12的烷氧基、碳數2至12的烯基、或者至少1個氫經氟取代的碳數2至12的烯基。
20.如項18所述的液晶組成物，其中第五成分為選自如項19所述的式(5-4)所表示的化合物組群中的至少1種化合物。
21.如項18至項20中任一項所述的液晶組成物，其中 基於液晶組成物的總重量，第五成分的比例為5重量%至40重量%的範圍。
22.如項1至項21中任一項所述的液晶組成物，其中向列相的上限溫度為70℃以上，波長589 nm下的光學各向異性(25℃)為0.08以上，而且頻率1 kHz下的介電各向異性(25℃)為-2以下。
23.一種液晶顯示元件，含有如項1至項22中任一項所述的液晶組成物。
24.如項23所述的液晶顯示元件，其中液晶顯示元件的運作模式為VA模式、IPS模式、PSA模式或者FPA模式，液晶顯示元件的驅動方式為主動矩陣方式。
25.一種如項1至項22中任一項所述的液晶組成物的用途，其用於液晶顯示元件中。
26.一種式(1)所表示的化合物的用途，其用於液晶組成物中：
其中，R1為至少1個氫經鹵素取代的碳數1至12的烷基； R2為碳數1至12的烷基或者碳數2至12的烯基，該些基團中，至少1個氫可經鹵素取代，至少1個亞甲基可經氧取代；環A及環B獨立地為，或者，該些基團中，至少1個氫可經鹵素取代；X1及X2獨立地為氟或氯；Y1為氫或甲基；Z1及Z2獨立地為單鍵、伸乙基、亞甲基氧基或者羰基氧基；m及n獨立地為0、1、2或3，而且m與n的和為1、2或3；其中，當m為2且n為0時，2個環A中，至少1個為四氫哌喃-2,5-二基或者1,4-伸苯基。
本發明亦包括如下各項。1)更含有光學活性化合物的上述組成物；2)更含有抗氧化劑、紫外線吸收劑、消泡劑等添加物的上述組成物；3)含有上述組成物的AM元件；4)含有上述組成物，而且具有TN模式、ECB模式、OCB模式、IPS模式、FFS模式、VA模式、PSA模式、FPA模式的元件；5)含有上述組成物的穿透型元件；6)將上述組成物作為具有向列相的組成物 的用途；7)藉由在上述組成物中添加光學活性化合物而作為光學活性組成物的用途。
以如下順序對本發明的組成物進行說明。第一，對組成物中的成分化合物的構成進行說明。第二，對成分化合物的主要特性、以及該化合物給組成物帶來的主要效果進行說明。第三，對組成物中的成分的組合、成分的較佳比例以及其根據進行說明。第四，對成分化合物的較佳形態進行說明。第五，列出成分化合物的具體例。第六，對可混合於組成物中的添加物進行說明。第七，對成分化合物的合成法進行說明。最後，對組成物的用途進行說明。
第一，對組成物中的成分化合物的構成進行說明。本發明的組成物被分類為組成物A與組成物B。組成物A除了含有選自化合物(1)、化合物(2)、化合物(3)、化合物(4)以及化合物(5)中的液晶性化合物以外，亦可更含有其他的液晶性化合物、添加物、雜質等。「其他的液晶性化合物」是與化合物(1)、化合物(2)、化合物(3)、化合物(4)以及化合物(5)不同的液晶性化合物。此種化合物是出於進一步調整特性的目的而混合於組成物中。其他的液晶性化合物中，就對熱或紫外線的穩定性的觀點而言，較佳為氰基化合物少。氰基化合物的尤佳比例為0重量%。添加物為光學活性化合物、抗氧化劑、紫外線吸收劑、色素、消泡劑、可聚合的化合物、聚合起始劑等。雜質是在成分化合物的合成等步驟中混入的化合物等。即便該化合物為液晶性化合 物，在此亦被分類為雜質。
組成物B實質上僅包含選自化合物(1)、化合物(2)、化合物(3)、化合物(4)以及化合物(5)中的化合物。「實質上」是指除了添加物以及雜質，組成物不含與該些化合物不同的液晶性化合物。組成物B與組成物A相較下，成分的數量少。就降低成本的觀點而言，組成物B優於組成物A。就可藉由混合其他的液晶性化合物來進一步調整物性的觀點而言，組成物A優於組成物B。
第二，對成分化合物的主要特性、以及該化合物給組成物的特性帶來的主要效果進行說明。基於本發明的效果，將成分化合物的主要特性歸納於表2中。表2的記號中，L是指大或高，M是指中等程度的，S是指小或低。記號L、M、S是基於成分化合物之間的定性比較的分類，0(零)是表示值大致為零。
當將成分化合物混合於組成物中時，成分化合物給組成物的特性帶來的主要效果如下所述。化合物(1)提高介電各向異性的絕對值，降低臨限電壓，提高上限溫度。化合物(2)降低下 限溫度，降低黏度。化合物(3)提高上限溫度，降低下限溫度，而且提高介電各向異性的絕對值。化合物(4)提高上限溫度，降低下限溫度，而且降低黏度。化合物(5)提高介電各向異性的絕對值，而且降低下限溫度。
第三，對組成物中的成分的組合、成分的較佳比例以及其根據進行說明。組成物中的成分的組合為第一成分+第二成分、第一成分+第二成分+第三成分、第一成分+第二成分+第四成分、第一成分+第二成分+第五成分、第一成分+第二成分+第三成分+第四成分、第一成分+第二成分+第三成分+第五成分、第一成分+第二成分+第四成分+第五成分、以及第一成分+第二成分+第三成分+第四成分+第五成分。組成物中的成分的較佳組合為第一成分+第二成分+第三成分+第四成分。
為了提高介電各向異性的絕對值、降低臨限電壓，第一成分的較佳比例為3重量%以上，為了降低下限溫度，第一成分的較佳比例為90重量%以下。尤佳比例為10重量%至70重量%的範圍。特佳比例為15重量%至50重量%的範圍。
為了降低黏度，第二成分的較佳比例為10重量%以上，為了降低下限溫度，第二成分的較佳比例為97重量%以下。尤佳比例為20重量%至80重量%的範圍。特佳比例為30重量%至70重量%的範圍。
為了提高介電各向異性的絕對值，第三成分的較佳比例為15重量%以上，為了降低黏度，第三成分的較佳比例為85重量 %以下。尤佳比例為20重量%至70重量%的範圍。特佳比例為30重量%至60重量%的範圍。
為了提高上限溫度，或者為了降低黏度，第四成分的較佳比例為5重量%以上，為了降低下限溫度，第四成分的較佳比例為50重量%以下。尤佳比例為10重量%至40重量%的範圍。特佳比例為15重量%至30重量%的範圍。
為了提高介電各向異性的絕對值，第五成分的較佳比例為5重量%以上，為了降低黏度，第五成分的較佳比例為40重量%以下。尤佳比例為8重量%至30重量%的範圍。特佳比例為10重量%至20重量%的範圍。
第四，對成分化合物的較佳形態進行說明。
R1為至少1個氫經鹵素取代的碳數1至12的烷基；R2、R3及R4獨立地為碳數1至12的烷基或者碳數2至12的烯基，此處至少1個氫可經鹵素取代，至少1個亞甲基可經氧取代；R5及R6獨立地為碳數1至12的烷基、碳數1至12的烷氧基或者碳數2至12的烯基；R7、R8、R9及R10獨立地為碳數1至12的烷基、碳數1至12的烷氧基、碳數2至12的烯基、或者至少1個氫經氟取代的碳數2至12的烯基。
為了提高介電各向異性的絕對值，或者為了降低臨限電壓，較佳的R1為1個或者2個氫經鹵素取代的碳數1至12的烷基，尤佳的R1為 此處u為1至12的整數。為了降低黏度，較佳的R2、R6或R10為碳數1至12的烷基以及碳數2至12的烯基；為了提高介電各向異性的絕對值，較佳的R2、R6或R10為碳數1至12的烷氧基。為了提高對紫外線或熱的穩定性等，較佳的R3或R4為碳數1至12的烷基；為了降低黏度，較佳的R3或R4為至少1個氫可經鹵素取代的碳數2至12的烯基。特佳的R3或R4為至少1個氫可經鹵素取代的碳數2至12的烯基。為了提高對紫外線或熱的穩定性等，較佳的R7或R8為碳數1至12的烷基；為了降低黏度，較佳的R7或R8為碳數2至12的烯基。為了提高對紫外線或熱的穩定性等，較佳的R5或R9為碳數1至12的烷基；為了降低黏度，較佳的R5或R9為碳數2至12的烯基。
較佳的烷基為甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基或者辛基。為了降低黏度，尤佳的烷基為乙基、丙基、丁基、戊基或者庚基。該些烷基中，直鏈烷基優於分支烷基。
較佳的烷氧基為甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、戊氧基、己氧基或者庚氧基。為了降低黏度，尤佳的烷氧基為甲氧基或者乙氧基。該些烷氧基中，直鏈烷氧基優於分支烷氧基。
較佳的烯基為乙烯基、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-己烯基或者5-己烯基。為了降低黏度，尤佳的烯基為乙烯基、1-丙烯基、3-丁烯基或3-戊烯基。該些烯基中的-CH=CH-的較佳立體構型依存於雙鍵的位置。為了降低黏度等，如1-丙烯基、1-丁烯基、1-戊烯基、1-己烯基、3-戊烯基、3-己烯基之類的烯基中較佳為反式構型。如2-丁烯基、2-戊烯基、2-己烯基之類的烯基中較佳為順式構型。該些烯基中，直鏈烯基優於分支烯基。
至少1個氫經鹵素取代的烷基的較佳例子為氟甲基、2-氟乙基、3-氟丙基、4-氟丁基、5-氟戊基、6-氟己基、7-氟庚基或者8-氟辛基。為了降低臨限電壓，尤佳的烷基為2-氟乙基、3-氟丙基、4-氟丁基或者5-氟戊基。
至少1個氫經鹵素取代的烯基的較佳例子為：2,2-二氟乙烯基、3,3-二氟-2-丙烯基、4,4-二氟-3-丁烯基、5,5-二氟-4-戊烯基、以及6,6-二氟-5-己烯基。為了降低黏度，尤佳的例子為2,2-二氟乙烯基、以及4,4-二氟-3-丁烯基。
至少1個亞甲基經氧取代的烷基的較佳例子為烷氧基。至少1個亞甲基經氧取代的烯基的較佳例子為烯基氧基。
較佳的烯基氧基為乙烯基氧基、烯丙基氧基、3-丁烯基氧基、3-戊烯基氧基或者4-戊烯基氧基。為了降低黏度，尤佳的烯基氧基為烯丙基氧基或者3-丁烯基氧基。
烷基不含環狀烷基。烷氧基不含環狀烷氧基。烯基不含環狀烯基。烯基氧基不含環狀烯基氧基。
m及n獨立地為0、1、2或3，而且m與n的和為1、2或3。為了提高上限溫度，較佳的m為2；為了降低黏度，較佳的m為0。為了降低黏度，較佳的n為0。
p及q獨立地為0、1、2或3，而且p與q的和為1、2或3。為了提高上限溫度，較佳的p為2及3；為了降低黏度，較佳的p為0。為了降低黏度，較佳的q為0及1。
r為0、1或2。為了提高上限溫度，較佳的r為1及2；為了降低下限溫度，以及為了降低黏度，較佳的r為0。
s及t獨立地為0、1、2或3，而且s與t的和為1、2或3。為了提高上限溫度，較佳的s為2；為了降低下限溫度，較佳的t為0。
u為1至12的整數。為了降低黏性，較佳的u為1至7的整數；為了降低臨限電壓，較佳的u為1至5的整數。尤佳的u為1至3的整數。
環A及環B獨立地為 ，或者，其中，至少1個氫可經鹵素取代，當m為2或3時，任意的2個環A可相同，亦可不同；當n為2或3時，任意的2個環B可相同，亦可不同。為了提高上限溫度，較佳的環A或環B 為1,4-伸環己基，為了提高光學各向異性，較佳的環A或環B為1,4-伸苯基；為了提高介電各向異性的絕對值，較佳的環A或環B為或者，較佳為。
環C及環D獨立地為，或者，該些基團中，至少1個氫可經鹵素取代，當p為2或3時，任意的2個環C可相同，亦可不同；當q為2或3時，任意的2個環D可相同，亦可不同。為了提高上限溫度，較佳的環C或環D為1,4-伸環己基；為了提高光學各向異性，較佳的環C或環D為1,4-伸苯基；為了提高介電各向異性的絕對值，較佳的環C或環D為或者，較佳為。
環E、環F及環G獨立地為1,4-伸環己基、1,4-伸苯基、2-氟-1,4-伸苯基或3-氟-1,4-伸苯基，當r為2時，2個環E可相同， 亦可不同；當r為0時，環F及環G的至少1個為1,4-伸苯基。為了降低黏度，較佳的環E、環F或環G為1,4-伸環己基；為了提高光學各向異性，較佳的環E、環F或環G為1,4-伸苯基。
環I及環J獨立地為1,4-伸環己基或者1,4-伸苯基，當s為2或3時，任意的2個環I可相同，亦可不同；當t為2或3時，任意的2個環J可相同，亦可不同。為了提高上限溫度，較佳的環I或環J為1,4-伸環己基；為了降低下限溫度，較佳的環I或環J為1,4-伸苯基。
為了提高上限溫度，與1,4-伸環己基相關的立體構型為反式構型優於順式構型。
X1、X2、X3及X4獨立地為氟或氯。為了降低黏度，較佳的X1、X2、X3或X4為氟。
Y1及Y2為氫或者甲基。為了降低黏度，較佳的Y1或Y2為氫；為了提高對紫外線或熱的穩定性等，較佳的Y1或Y2為甲基。
Z1及Z2獨立地為單鍵、伸乙基、亞甲基氧基或者羰基氧基，當m為2或3時，任意的2個Z1可相同，亦可不同；當n為2或3時，任意的2個Z2可相同，亦可不同。為了降低黏度，較佳的Z1或Z2為單鍵；為了降低下限溫度，較佳的Z1或Z2為伸乙基；為了提高介電各向異性的絕對值，較佳的Z1或Z2為亞甲基氧基。
Z3及Z4獨立地為單鍵、伸乙基、亞甲基氧基或者羰基 氧基，當p為2或3時，任意的2個Z3可相同，亦可不同；當q為2或3時，任意的2個Z4可相同，亦可不同。為了降低黏度，較佳的Z3或Z4為單鍵；為了降低下限溫度，較佳的Z3或Z4為伸乙基；為了提高介電各向異性的絕對值，較佳的Z3或Z4為亞甲基氧基。
Z5及Z6獨立地為單鍵、伸乙基、亞甲基氧基或者羰基氧基，當r為2時，2個Z5可相同，亦可不同。為了降低黏度，較佳的Z5為單鍵；為了提高上限溫度，較佳的Z5為羰基氧基。
Z7及Z8獨立地為單鍵、伸乙基、亞甲基氧基或者羰基氧基，當s為2或3時，任意的2個Z7可相同，亦可不同；當t為2或3時，任意的2個Z8可相同，亦可不同。為了降低黏度，較佳的Z7或Z8為單鍵；為了提高介電各向異性的絕對值，較佳的Z7或Z8為亞甲基氧基。
第五，列出成分化合物的具體例。下述較佳化合物中，R11為至少1個氫經鹵素取代的具有碳數1至12的直鏈烷基。R12為具有碳數1至12的直鏈烷基或者具有碳數2至12的直鏈烯基。R13為具有碳數1至12的直鏈烷基或者具有碳數1至12的直鏈烷氧基。R14為具有碳數1至12的直鏈烷基、具有碳數1至12的直鏈烷氧基或者具有碳數2至12的直鏈烯基。
較佳的化合物(1)為化合物(1-1-1)以及化合物(1-4-1)。特佳的化合物(1)為化合物(1-1-1)、化合物(1-2-1)、以及化合物(1-4-1)。較佳的化合物(2)為化合物(2-1)。較佳 的化合物(3)為化合物(3-1-1)至化合物(3-12-1)。尤佳的化合物(3)為化合物(3-1-1)至化合物(3-10-1)。特佳的化合物(3)為化合物(3-1-1)至化合物(3-9-1)。較佳的化合物(4)為化合物(4-1-1)至化合物(4-12-1)。尤佳的化合物(4)為化合物(4-1-1)至化合物(4-8-1)、以及化合物(4-10-1)至化合物(4-12-1)。特佳的化合物(4)為化合物(4-2-1)、化合物(4-6-1)、化合物(4-8-1)、化合物(4-10-1)、以及化合物(4-12-1)。較佳的化合物(5)為化合物(5-1-1)至化合物(5-5-1)。尤佳的化合物(5)為化合物(5-4-1)。
第六，對可混合於組成物中的添加物進行說明。此種添加物為光學活性化合物、抗氧化劑、紫外線吸收劑、色素、消泡劑、可聚合的化合物、聚合起始劑等。出於引起液晶的螺旋結構來賦予扭轉角的目的，將光學活性化合物混合於組成物中。此種化合物的例子為化合物(6-1)至化合物(6-5)。光學活性化合物的較佳比例為5重量%以下。尤佳比例為0.01重量%至2重量%的範圍。
為了防止由大氣中的加熱引起的比電阻下降，或者為了在長時間使用元件後，不僅在室溫下，而且在接近向列相的上限溫度的溫度下亦維持大的電壓保持率，將抗氧化劑混合於組成物中。
抗氧化劑的較佳例子為w為1至9的整數的化合物(7)等。化合物(7)中，較佳的w為1、3、5、7或9。尤佳的w為1或者7。w為1的化合物(7)由於揮發性大，故而在防止由大氣中的加熱引起的比電阻下降時有效。w為7的化合物(7)由於揮發性小，故而在長時間使用元件後，不僅在室溫下，而且在接近向列相的上限溫度的溫度下亦維持大的電壓保持率而言有效。為了獲得上述效果，抗氧化劑的較佳比例約為50 ppm以上；為了不降低上限溫度或者為了不提高下限溫度，抗氧化劑的較佳比例約為600 ppm以下。尤佳比例為約100 ppm至約300 ppm的範圍。
紫外線吸收劑的較佳例子為二苯甲酮衍生物、苯甲酸酯衍生物、三唑衍生物等。另外，如具有立體障礙的胺之類的光穩定劑亦較佳。為了獲得上述效果，該些吸收劑或穩定劑的較佳比例約為50 ppm以上，為了不降低上限溫度或者為了不提高下限溫度，該些吸收劑或穩定劑的較佳比例約為10000 ppm以下。尤佳比例為約100 ppm至約10000 ppm的範圍。
為了適合於賓主(guest host，GH)模式的元件，將如偶氮(azo)系色素、蒽醌(anthraquinone)系色素等之類的二色性色素(dichroic dye)混合於組成物中。色素的較佳比例為約0.01重量%至約10重量%的範圍。為了防止起泡，將二甲基矽酮油、甲基苯基矽酮油等消泡劑混合於組成物中。為了獲得上述效果，消泡劑的較佳比例約為1 ppm以上；為了防止顯示不良，消泡劑 的較佳比例約為1000 ppm以下。尤佳比例為約1 ppm至約500 ppm的範圍。
為了適合於聚合物穩定配向(polymer sustained alignment，PSA)模式的元件，將可聚合的化合物混合於組成物中。可聚合的化合物的較佳例子為丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、乙烯基化合物、乙烯基氧基化合物、丙烯基醚、環氧化合物(環氧乙烷、氧雜環丁烷)、乙烯酮等具有可聚合的基團的化合物。特佳的例子為丙烯酸酯或者甲基丙烯酸酯的衍生物。為了獲得上述效果，可聚合的化合物的較佳比例約為0.05重量%以上；為了防止顯示不良，可聚合的化合物的較佳比例約為10重量%以下。尤佳比例為約0.1重量%至約2重量%的範圍。可聚合的化合物較佳為在光聚合起始劑等適當的起始劑存在下利用紫外光(Ultra Violet，UV)照射等來聚合。用以聚合的適當條件、起始劑的適當類型、以及適當的量已為業者所知，並記載於文獻中。例如光起始劑Irgacure 651(註冊商標，BASF)、Irgacure 184(註冊商標，BASF)或者Darocure 1173(註冊商標，BASF)適合於自由基聚合。光聚合起始劑的較佳比例為可聚合的化合物的約0.1重量%至約5重量%的範圍，特佳比例為約1重量%至約3重量%的範圍。
第七，對成分化合物的合成法進行說明。該些化合物可利用已知的方法來合成。例示合成法。化合物(1-3-1)是利用國際公開第1999/021815號小冊子中記載的方法來合成。化合物(2-1-1)是利用日本專利特開昭59-070624號公報中記載的方法來 合成。化合物(3-2-1)以及化合物(3-4-1)是利用日本專利特表平2-503441號公報中記載的方法來合成。化合物(4-5-1)是利用日本專利特表2006-503130號公報中揭示的方法來合成。化合物(5-4-1)是利用日本專利特開2005-035986號公報中記載的方法來合成。抗氧化劑已有市售。式(7)的w為1的化合物可從奧爾德里奇(Aldrich)(西格瑪奧爾德里奇公司(Sigma-Aldrich Corporation))獲取。w為7的化合物(7)等是利用美國專利3660505號說明書中記載的方法來合成。
未記載合成法的化合物可利用有機合成(Organic Syntheses，約翰威立父子出版公司(John Wiley & Sons,Inc))、有機反應(Organic Reactions，約翰威立父子出版公司(John Wiley & Sons,Inc))、綜合有機合成(Comprehensive Organic Synthesis，培格曼出版公司(Pergamon Press))、新實驗化學講座(丸善)等成書中記載的方法來合成。組成物是利用公知方法，由以上述方式獲得的化合物來製備。例如，將成分化合物混合，然後藉由加熱而使其相互溶解。
最後，對組成物的用途進行說明。本發明的組成物主要具有約-10℃以下的下限溫度、約70℃以上的上限溫度、以及約0.07至約0.20的範圍的光學各向異性。含有該組成物的元件具有大的電壓保持率。該組成物適合於AM元件。該組成物特別適合於穿透型的AM元件。亦可藉由控制成分化合物的比例，或者藉由混合其他的液晶性化合物，來製備具有約0.08至約0.25的範圍 的光學各向異性的組成物，進而亦可製備具有約0.10至約0.30的範圍的光學各向異性的組成物。該組成物可作為具有向列相的組成物來使用，且可藉由添加光學活性化合物而作為光學活性組成物來使用。
本發明液晶組成物的較佳的向列相的下限溫度至少約為0℃以下，更佳的向列相的下限溫度約為-20℃以下，尤其更佳的向列相的下限溫度約為-30℃以下。
本發明液晶組成物的較佳的向列相的上限溫度至少約為70℃以上，更佳的向列相的上限溫度約為75℃以上，尤其更佳的向列相的上限溫度約為80℃以上。
本發明液晶組成物的589 nm且25℃下的較佳光學各向異性為約0.07至約0.20的範圍，更佳的光學各向異性為約0.07至約0.16的範圍，特佳的光學各向異性為約0.08至約0.12的範圍。
本發明液晶組成物的25℃下的較佳的介電各向異性的絕對值至少約為1.5以上，更佳的介電各向異性的絕對值約為2以上，尤其更佳的介電各向異性的絕對值約為2.5以上。
該組成物可用於AM元件。進而亦可用於PM元件。該組成物可用於具有PC、TN、STN、ECB、OCB、IPS、FFS、VA、PSA、FPA等模式的AM元件以及PM元件。特佳為用於具有IPS模式、FFS模式或者VA模式的AM元件。該些元件可為反射型、穿透型或者半穿透型。較佳為用於穿透型元件。亦可用於非晶矽-TFT元件或者多晶矽-TFT元件。亦可用於將該組成物微膠囊 (microcapsule)化而製作的向列曲線排列相(nematic curvilinear aligned phase，NCAP)型元件、或在組成物中形成有三維網狀高分子的聚合物分散(polymer dispersed，PD)型元件。
[實施例]
當試樣為組成物時直接測定，記載所得的值。當試樣為化合物時，藉由將該化合物(15重量%)混合於母液晶(85重量%)中來製備試樣。根據藉由測定而得的值，利用外推法(extrapolation)來算出化合物的特性值。(外推值)={(試樣的測定值)-0.85×(母液晶的測定值)}/0.15。當在該比例下層列相(或者結晶)在25℃下析出時，將化合物與母液晶的比例以10重量%：90重量%、5重量%：95重量%、1重量%：99重量%的順序變更。利用該外推法來求出與化合物相關的上限溫度、光學各向異性、黏度以及介電各向異性的值。
母液晶的成分如下所述。各成分的比例為重量%。
特性值的測定是依據下述方法。該些方法多為社團法人電子資訊技術產業協會(Japan Electronics and Information Technology Industries Association，以下稱為JEITA)所審議製定的JEITA規格(JEITA ED-2521B)中記載的方法或者將其修飾而成的方法。
相結構：在具備偏光顯微鏡的熔點測定裝置的加熱板(梅特勒(Mettler)公司，FP-52型熱載台(hot stage))上放置試樣，一邊以3℃/分鐘的速度進行加熱，一邊利用偏光顯微鏡觀察相狀態及其變化，來指定相的種類。
轉移溫度(℃)：使用珀金埃爾默(Perkin Elmer)公司製造的掃描熱量計DSC-7系統或者Diamond DSC系統，以3℃/ 分鐘速度升降溫，藉由外推來求出與試樣的相變化相伴的吸熱波峰或者發熱波峰的起始點，來決定轉移溫度。有時將化合物自固體轉移為層列相、向列相等液晶相的溫度簡稱為「液晶相的下限溫度」。有時將化合物自液晶相轉移為液體的溫度簡稱為「透明點」。
結晶表示為C。在區分結晶種類的情況下，分別表示為C1或者C2。層列相表示為S，向列相表示為N。層列相中，在區分層列A相、層列B相、層列C相或者層列F相的情況下，分別表示為SA、SB、SC或者SF。液體(各向同性(isotropic))表示為I。轉移溫度例如表示為「C 50.0 N 100.0 I」。其表示自結晶至向列相的轉移溫度為50.0℃，且自向列相至液體的轉移溫度為100.0℃。
向列相的上限溫度(NI，℃)：在具備偏光顯微鏡的熔點測定裝置的加熱板上放置試樣，以1℃/分鐘的速度加熱。測定試樣的一部分由向列相變化為各向同性液體時的溫度。有時將向列相的上限溫度簡稱為「上限溫度」。
向列相的下限溫度(TC，℃)：將具有向列相的試樣放入玻璃瓶中，在0℃、-10℃、-20℃、-30℃及-40℃的冷凍器中保管10天後，觀察液晶相。例如，當試樣-在20℃下為向列相的狀態，而在-30℃下轉變為結晶或者層列相時，將TC記載為「<-20℃」。有時將向列相的下限溫度簡稱為「下限溫度」。
黏度(體積黏度(bulk viscosity)，η，在20℃下測定，mPa．s)：測定時使用E型旋轉黏度計。
光學各向異性(折射率各向異性，△n，在25℃下測定)：測定是使用波長為589 nm的光，利用在接目鏡上安裝有偏光板的阿貝折射計來進行。將主稜鏡的表面向一個方向摩擦後，將試樣滴下至主稜鏡上。折射率n∥是在偏光的方向與摩擦的方向平行時測定。折射率n⊥是在偏光的方向與摩擦的方向垂直時測定。光學各向異性的值是根據△n=n∥-n⊥的式子來計算。
介電各向異性(△ε，在25℃下測定)：介電各向異性的值是根據△ε=ε∥-ε⊥的式子來計算。介電常數(ε∥及ε⊥)是以如下方式測定。
1)介電常數(ε∥)的測定：在充分清洗的玻璃基板上塗佈十八烷基三乙氧基矽烷(0.16 mL)的乙醇(20 mL)溶液。以旋轉器使玻璃基板旋轉後，在150℃下加熱1小時。在兩塊玻璃基板的間隔(單元間隙)為4 μm的VA元件中放入試樣，利用以紫外線硬化的黏接劑來密封該元件。對該元件施加正弦波(0.5 V，1 kHz)，2秒後測定液晶分子的長軸方向的介電常數(ε∥)。
2)介電常數(ε⊥)的測定：在充分清洗的玻璃基板上塗佈聚醯亞胺溶液。將該玻璃基板煅燒後，對所得的配向膜進行摩擦處理。在兩塊玻璃基板的間隔(單元間隙)為9 μm，且扭轉角為80度的TN元件中放入試樣。對該元件施加正弦波(0.5 V，1 kHz)，2秒後測定液晶分子的短軸方向的介電常數(ε⊥)。
臨限電壓(Vth，在25℃下測定，V)：測定時使用大塚電子股份有限公司製造的LCD5100型亮度計。光源為鹵素燈。在 兩塊玻璃基板的間隔(單元間隙)為4 μm，且摩擦方向為反平行(antiparallel)的正常顯黑模式(normally black mode)的VA元件中放入試樣，利用以紫外線硬化的黏接劑來密封該元件。對該元件施加的電壓(60 Hz，矩形波)是以0.02 V為單位自0 V階段性地增加至20 V。此時，從垂直方向對元件照射光，測定穿透過元件的光量。製成當該光量達到最大時穿透率為100%，且當該光量為最小時穿透率為0%的電壓-穿透率曲線。臨限電壓是穿透率達到10%時的電壓。
電壓保持率(VHR-1，在25℃下測定，%)：測定時使用的TN元件具有聚醯亞胺配向膜，而且兩塊玻璃基板的間隔(單元間隙)為5 μm。在加入試樣後，利用以紫外線硬化的黏接劑來密封該元件。對該TN元件施加脈衝電壓(5 V，60微秒)來充電。利用高速電壓計在16.7毫秒之間測定所衰減的電壓，求出單位週期中的電壓曲線與橫軸之間的面積A。面積B為未減衰時的面積。電壓保持率為面積A相對於面積B的百分率。
電壓保持率(VHR-2，在80℃下測定，%)：測定時使用的TN元件具有聚醯亞胺配向膜，而且兩塊玻璃基板的間隔(單元間隙)為5 μm。在加入試樣後，利用以紫外線硬化的黏接劑來密封該元件。對該TN元件施加脈衝電壓(5 V，60微秒)來充電。利用高速電壓計在16.7毫秒之間測定所衰減的電壓，求出單位週期中的電壓曲線與橫軸之間的面積A。面積B為未減衰時的面積。電壓保持率為面積A相對於面積B的百分率。
電壓保持率(VHR-3，在25℃下測定，%)：照射紫外線後，測定電壓保持率，評價對紫外線的穩定性。測定時使用的TN元件具有聚醯亞胺配向膜，而且單元間隙為5 μm。在該元件中注入試樣，照射光20分鐘。光源為超高壓水銀燈USH-500D(Ushio電機製造)，元件與光源的間隔為20 cm。VHR-3的測定中，在16.7毫秒之間測定所衰減的電壓。具有大的VHR-3的組成物對紫外線具有大的穩定性。VHR-3較佳為90%以上，更佳為95%以上。
電壓保持率(VHR-4，在25℃下測定，%)：將注入有試樣的TN元件在80℃的恆溫槽內加熱500小時後，測定電壓保持率，評價對熱的穩定性。VHR-4的測定中，在16.7毫秒之間測定所衰減的電壓。具有大的VHR-4的組成物對熱具有大的穩定性。
響應時間(τ，在25℃下測定，ms)：測定時使用大塚電子股份有限公司製造的LCD5100型亮度計。光源為鹵素燈。低通濾波器(Low-pass filter)設定為5 kHz。在兩塊玻璃基板的間隔(單元間隙)為4 μm，且摩擦方向為反平行的正常顯黑模式(normally black mode)的VA元件中放入試樣，使用UV硬化的黏接劑來密封該元件。對該元件施加矩形波(60 Hz，10 V，0.5秒)。此時，自垂直方向對元件照射光，測定穿透過元件的光量。當該光量達到最大時穿透率為100%，當該光量為最小時穿透率為0%。響應時間是穿透率自90%變化至10%所需要的時間(下降時間，fall time，毫秒)。
比電阻(ρ，在25℃下測定，Ωcm)：在具備電極的容器中注入試樣1.0 mL。對該容器施加直流電壓(10 V)，測定10秒後的直流電流。比電阻是由如下式子算出。(比電阻)={(電壓)×(容器的電容)}/{(直流電流)×(真空的介電常數)}。
1H-核磁共振(nuclear magnetic resonance，NMR)分析
測定裝置是使用DRX-500(布魯克拜厄斯賓(Bruker BioSpin)(股)公司製造)。測定時將實施例等中製造的樣品溶解於CDCl3等樣品可溶的氘化溶劑中，在室溫、500 MHz、累計次數為24次的條件下進行。此外，所得的核磁共振波譜的說明中，s是指單重峰(singlet)，d是指雙重峰(doublet)，t是指三重峰(triplet)，q是指四重峰(quartet)，m是指多重峰(multiplet)。另外，化學位移δ值的零點的基準物質是使用四甲基矽烷(tetramethylsilane，TMS)。亦利用該裝置來進行19F-NMR分析。
氣相層析分析：測定時使用島津製作所製造的GC-14B型氣相層析儀(gas chromatograph)。載體氣體為氦氣(2 mL/分鐘)。將試樣氣化室設定為280℃，將檢測器(火焰離子檢測器(flame ionization detector，FID))設定為300℃。成分化合物的分離時使用安捷倫科技公司(Agilent Technologies Inc.)製造的毛細管柱DB-1(長度30 m，內徑0.32 mm，膜厚0.25 μm；固定液相為二甲基聚矽氧烷；無極性)。該管柱在200℃下保持2分鐘後，以5℃/分鐘的比例升溫至280℃。試樣製備成丙酮溶液(0.1重量%)後，將其中的1 μL注入至試樣氣化室中。記錄計為島津製作 所製造的C-R5A型Chromatopac或者其同等品。所得的氣相層析分析圖表示與成分化合物對應的波峰的保持時間以及波峰的面積。
用來稀釋試樣的溶劑可使用氯仿、己烷等。為了分離成分化合物，可使用如下的毛細管柱。安捷倫科技公司製造的HP-1(長度30 m，內徑0.32 mm，膜厚0.25 μm)、瑞斯泰克公司(Restek Corporation)製造的Rtx-1(長度30 m，內徑0.32 mm，膜厚0.25 μm)、澳大利亞SGE國際公司(SGE International Pty.Ltd)製造的BP-1(長度30 m，內徑0.32 mm，膜厚0.25 μm)。出於防止化合物波峰重疊的目的，亦可使用島津製作所製造的毛細管柱CBP1-M50-025(長度50 m，內徑0.25 mm，膜厚0.25 μm)。
組成物中所含的液晶性化合物的比例可利用如下所述的方法來算出。液晶性化合物可利用氣相層析儀來檢測。氣相層析圖中的波峰的面積比相當於液晶性化合物的比例(莫耳數)。使用上文記載的毛細管柱時，可將各液晶性化合物的修正係數視為1。因此，液晶性化合物的比例(重量%)是根據波峰的面積比來算出。
利用實施例對本發明進行詳細說明。本發明不受下述實施例的限定。比較例以及實施例中的化合物是基於下述表3的定義，利用記號來表示。表3中，與1,4-伸環己基相關的立體構型為反式構型。位於記號後的括弧內的編號與化合物的編號對應。(-)的記號是指其他的液晶性化合物。液晶性化合物的比例(百 分率)為基於液晶組成物總重量的重量百分率(重量%)，而液晶組成物中包含雜質。最後，歸納組成物的特性值。
[實施例1]
化合物(1-1-1)中製造如下化合物。
相轉移溫度為C 47.5 I。另外，將該化合物混合於母液晶中，利用外推法來獲得化合物的特性值。NI=-30.7℃；△n=0.053。
1HNMR(CDCl3)σ 6.83(ddd,J=8.5,8.2,2.4 Hz,1H),6.67(ddd,J=8.5,8.2,1.9 Hz,1H),4.53(dt,J=47.4,6.1,2H),4.09(q,J=7.0 Hz,2H),2.76(tt,J=12.2,3.3 Hz,1H),1.92-1.85(m,4H),1.65(ddt,J=26.5,6.4,6.1 Hz,2H),1.57-1.42(m,3H),1.43(t,J=7.0 Hz,3H),1.15(dddd,J=13.0,12.9,12.2,3.3 Hz,2H)
19FNMR(CDCl3)σ -143.82(dd,J=19.7,8.2 Hz,1F),-160.15(ddd,J=-19.7,8.2,2.4 Hz,1F),-218.63(tt,J=47.4,26.5 Hz,1F)
[實施例2]
化合物(1-1-1)中製造如下化合物。
相轉移溫度為C 58.8 I。另外，將該化合物混合於母液晶中，利用外推法來獲得化合物的特性值。NI=4.6℃；△ε=-6.8；△n=0.074。
1HNMR(CDCl3)σ 6.83(ddd,J=8.4,8.2,2.6 Hz,1H),6.66(ddd,J=8.3,8.2,1.9 Hz,1H),4.45(dt,J=47.4,6.3 Hz,2H),4.09(q,J=7.0 Hz,2H),2.75(tt,J=12.2,3.0 Hz,1H),1.88-1.86(m,4H),1.79-1.68(m,2H),1.49-1.40(m,2H),1.43(t,J=7.0 Hz,3H),1.10(dddd,J=12.7,12.4,12.2,2.9 Hz,2H)
19FNMR(CDCl3)σ -143.77(dd,J=19.7,8.4 Hz,1F),-160.15(ddd,J=19.7,8.3,2.6 Hz,1F),-218.23(tt,J=47.4,12.2 Hz,1F)
[實施例3]
化合物(1-3-1)中製造如下化合物。
相轉移溫度為C 89.8 N 183.8 I。另外，將該化合物混合於母液晶中，利用外推法來獲得化合物的特性值。NI=150.6℃；△ε=-6.2；△n=0.114；η=51.4 mPa．s。
1HNMR(CDCl3)σ 6.83(ddd,J=8.2,7.7,2.2 Hz,1H),6.66(ddd,J=8.2,8.1,1.9 Hz,1H),4.43(dt,J=47.5,6.3 Hz,2H), 2.72(tt,J=12.2,3.1 Hz,1H),1.88-1.65(m,10H),1.44-1.37(m,2H),1.43(t,J=7.0,3H),1.30-1.25(m,2H),1.20-0.86(m,9H)
19FNMR(CDCl3)σ -143.83(dd,J=19.7,7.7 Hz,1F),-160.21(ddd,J=19.7,8.1,2.2 Hz,1F),-218.06(tt,J=47.5,24.4 Hz,1F)
[實施例4]
化合物(1-4-1)中製造如下化合物。
相轉移溫度為C 91.4 N 172.5 I。另外，將該化合物混合於母液晶中，利用外推法來獲得化合物的特性值。NI=150.6℃；△ε=-6.5；△n=0.180；η=56.8 mPa．s。
1HNMR(CDCl3)σ 7.43(dd,J=8.2,1.3 Hz,2H),7.27(d,J=8.2 Hz,2H),7.08(ddd,J=8.5,8.2,2.3 Hz,1H),6.78(ddd,J=8.2,8.1,1.8 Hz,1H),4.45(dt,J=47.4,6.2 Hz,1H),4.14(q,J=7.1 Hz,2H),2.51(tt,J=12.2,2.8 Hz,1H),1.95-1.89(m,4H),1.80-1.70(m,2H),1.55-1.46(m,2H),1.47(t,J=7.1 Hz,3H),1.36-1.34(m,3H),1.13-1.07(m,2H)
19FNMR(CDCl3)σ -142.35(dd,J=19.5,8.5 Hz,1F),-159.41(dd,J=19.5,8.1 Hz,1F),-218.17(tt,J=47.4,24.3 Hz,1F)
[比較例1]
自國際公開第1999/021815號小冊子中揭示的組成物中選擇使用例2。根據為該組成物含有化合物(1)以及化合物(4)，且介電各向異性為負。
NI=82.1℃；△n=0.117；η=23.9 mPa．s；△ε=-2.1。
[實施例5]
將比較例1的化合物(4)的一部分置換為化合物(2-1)，製成本申請案申請範圍的組成物。製備本組成物，利用上述方法來測定。該組成物的成分以及特性如下所述。實施例5與比較例1相比，上限溫度更高，且黏度小。
NI=84.7℃；△n=0.114；η=20.2 mPa．s；△ε=-2.0。
[實施例6]
NI=84.7℃；Tc<-20℃；△n=0.075；η=21.8 mPa．s；△ε=-3.8；VHR-1=99.5%；VHR-2=98.1%；VHR-3=97.3%。
[實施例7]
NI=83.1℃；Tc<-20℃；△n=0.082；η=22.7 mPa．s；△ε=-3.7；VHR-1=99.4%；VHR-2=97.9%；VHR-3=97.1%。
[實施例8]
NI=84.5℃；Tc<-20℃；△n=0.094；η=22.1 mPa．s； △ε=-4.0；VHR-1=99.3%；VHR-2=97.7%；VHR-3=96.8%。
[實施例9]
NI=84.1℃；Tc<-20℃；△n=0.095；η=21.2 mPa．s；△ε=-3.9；VHR-1=99.4%；VHR-2=98.1%；VHR-3=97.4%。
[實施例10]
NI=85.6℃；Tc<-20℃；△n=0.105；η=20.9 mPa．s；△ε=-3.1；VHR-1=99.4%；VHR-2=98.0%；VHR-3=97.5%。
[實施例11]
5-HB(F)BH-5 (4-11-1) 3%
NI=85.3℃；Tc<-20℃；△n=0.100；η=20.2 mPa．s；△ε=-3.2；VHR-1=99.1%；VHR-2=97.3%；VHR-3=96.9%。
[實施例12]
NI=85.4℃；Tc<-20℃；△n=0.076；η=20.7 mPa．s；△ε=-3.3；VHR-1=99.2%；VHR-2=97.5%；VHR-3=96.7%。
[實施例13]
F2-HB(2F,3F)-O2 (1-1-1) 6%
NI=85.5℃；Tc<-20℃；△n=0.099；η=20.5 mPa．s；△ε=-3.3；VHR-1=99.1%；VHR-2=97.1%；VHR-3=96.9%。
[實施例14]
NI=84.9℃；Tc<-20℃；△n=0.119；η=20.9 mPa．s；△ε=-3.2；VHR-1=98.9%；VHR-2=96.7%；VHR-3=96.5%。
實施例5至實施例14的組成物與比較例1的組成物相 比，上限溫度高，黏度小。因此，本發明的液晶組成物具有更優異的特性。
[產業上之可利用性]
本發明的液晶組成物在向列相的高上限溫度、向列相的低下限溫度、小的黏度、大的光學各向異性、大的介電各向異性、大的比電阻、對紫外線的高穩定性、對熱的高穩定性等特性中，滿足至少1種特性，或者關於至少2種特性而具有適當的平衡。含有此種組成物的液晶顯示元件由於成為具有短的響應時間、大的電壓保持率、大的對比度、長壽命等的特性的AM元件，故而可用於液晶投影機、液晶電視等。

Claims (19)

  1. 一種液晶組成物，含有選自式(1)所表示的化合物組群中的至少1種化合物作為第一成分、以及選自式(2)所表示的化合物組群中的至少1種化合物作為第二成分，而且該液晶組成物具有負的介電各向異性： 其中，R1為至少1個氫經鹵素取代的碳數1至12的烷基；R2、R3及R4獨立地為碳數1至12的烷基或者碳數2至12的烯基，該些基團中，至少1個氫可經鹵素取代，至少1個亞甲基可經氧取代；環A及環B獨立地為，或者，該些基團中，至少1個氫可經鹵素取代； X1及X2獨立地為氟或氯；Y1為氫或甲基；Z1及Z2獨立地為單鍵、伸乙基、亞甲基氧基或者羰基氧基；m及n獨立地為0、1、2或3，而且m與n的和為1、2或3。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的液晶組成物，其中上述第一成分為選自式(1-1)至式(1-4)所表示的化合物組群中的至少1種化合物： 其中，R1為至少1個氫經鹵素取代的碳數1至12的烷基；R2為碳數1至12的烷基或者碳數2至12的烯基，該些基團中，至少1個氫可經鹵素取代，至少1個亞甲基可經氧取代。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的液晶組成物，其中上述第一成分中，如申請專利範圍第1項所述的式(1)或者如申請專利範圍第2項所述的式(1-1)至式(1-5)中，R1為1個或者2個氫經鹵素取代的碳數1至12的烷基。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的液晶組成物，其中上述第二成分中，如申請專利範圍第1項所述的式(2)中，R3或R4為至少1個氫可經鹵素取代的碳數2至12的烯基、或者至少1個亞甲基可經氧取代的碳數2至12的烯基。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的液晶組成物，其中基於上述液晶組成物的總重量，上述第一成分的比例為3重量%至90重量%的範圍，上述第二成分的比例為10重量%至97重量%的範圍。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的液晶組成物，其更含有選自式(3)所表示的化合物組群的至少1種化合物作為第三成分： 其中，R5及R6獨立地為碳數1至12的烷基、碳數1至12的烷氧基或者碳數2至12的烯基； 環C及環D獨立地為，或者，該些基團中，至少1個氫可經鹵素取代；X3及X4獨立地為氟或氯；Y2為氫或甲基；Z3及Z4獨立地為單鍵、伸乙基、亞甲基氧基或者羰基氧基；p及q獨立地為0、1、2或3，而且p與q的和為1、2或3。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的液晶組成物，其中上述第三成分為選自式(3-1)至式(3-12)所表示的化合物組群中的至少1種化合物： 其中，R5及R6獨立地為碳數1至12的烷基、碳數1至12 的烷氧基或者碳數2至12的烯基。
  8. 如申請專利範圍第6項或第7項所述的液晶組成物，其中基於上述液晶組成物的總重量，上述第三成分的比例為15重量%至85重量%的範圍。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的液晶組成物，其更含有選自式(4)所表示的化合物組群中的至少1種化合物作為第四成分： 其中，R7及R8獨立地為碳數1至12的烷基、碳數1至12的烷氧基、碳數2至12的烯基、或者至少1個氫經氟取代的碳數2至12的烯基；環E、環F及環G獨立地為1,4-伸環己基、1,4-伸苯基、2-氟-1,4-伸苯基或3-氟-1,4-伸苯基；Z5及Z6獨立地為單鍵、伸乙基、亞甲基氧基或者羰基氧基；r為0、1或2；其中，當r為0時，環F及環G中，至少1個為1,4-伸苯基。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的液晶組成物，其中上述第四成分為選自式(4-1)至式(4-12)所表示的化合物組群中的至少1種化合物： 其中，R7及R8獨立地為碳數1至12的烷基、碳數1至12的烷氧基、碳數2至12的烯基、或者至少1個氫經氟取代的碳數2至12的烯基。
  11. 如申請專利範圍第9項或第10項所述的液晶組成物，其 中基於上述液晶組成物的總重量，上述第四成分的比例為5重量%至50重量%的範圍。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的液晶組成物，其更含有選自式(5)所表示的化合物組群中的至少1種化合物作為第五成分： 其中，R9及R10獨立地為碳數1至12的烷基、碳數1至12的烷氧基、碳數2至12的烯基、或者至少1個氫經氟取代的碳數2至12的烯基；環I及環J獨立地為1,4-伸環己基或者1,4-伸苯基；Z7及Z8獨立地為單鍵、伸乙基、亞甲基氧基或者羰基氧基；s及t獨立地為0、1、2或3，而且s與t的和為1、2或3。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的液晶組成物，其中上述第五成分為選自式(5-1)至式(5-5)所表示的化合物組群中的至少1種化合物： 其中，R9及R10獨立地為碳數1至12的烷基、碳數1至12的烷氧基、碳數2至12的烯基、或者至少1個氫經氟取代的碳數2至12的烯基。
  14. 如申請專利範圍第12項或第13項所述的液晶組成物，其中基於上述液晶組成物的總重量，上述第五成分的比例為5重量%至40重量%的範圍。
  15. 如申請專利範圍第1項所述的液晶組成物，其中向列相的上限溫度為70℃以上，波長589 nm下的光學各向異性(25℃)為0.08以上，而且頻率1 kHz下的介電各向異性(25℃)為-2以下。
  16. 一種液晶顯示元件，含有如申請專利範圍第1項所述的液晶組成物。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的液晶顯示元件，其中上述液晶顯示元件的運作模式為VA模式、IPS模式、PSA模式或者FPA模式，上述液晶顯示元件的驅動方式為主動矩陣方式。
  18. 一種如申請專利範圍第1項所述的液晶組成物的用途，其用於液晶顯示元件中。
  19. 一種式(1)所表示的化合物的用途，其用於液晶組成物： 其中，R1為至少1個氫經鹵素取代的碳數1至12的烷基；R2為碳數1至12的烷基或者碳數2至12的烯基，該些基團中，至少1個氫可經鹵素取代，至少1個亞甲基可經氧取代；環A及環B獨立地為，或者，該些基團中，至少1個氫可經鹵素取代； X1及X2獨立地為氟或氯；Y1為氫或甲基；Z1及Z2獨立地為單鍵、伸乙基、亞甲基氧基或者羰基氧基；m及n獨立地為0、1、2或3，而且m與n的和為1、2或3；其中，當m為2且n為0時，2個環A中，至少1個為四氫哌喃-2,5-二基或者1,4-伸苯基。
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