TWI695878B

TWI695878B - 膽固醇型液晶組成物及其用途、液晶顯示元件

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Publication number: TWI695878B
Application number: TW105111215A
Authority: TW
Inventors: 古里好優; 齋藤将之
Original assignee: 日商捷恩智股份有限公司; 日商捷恩智石油化學股份有限公司
Priority date: 2015-04-28
Filing date: 2016-04-11
Publication date: 2020-06-11
Also published as: TW201641677A; JPWO2016174968A1; WO2016174968A1; JP6867285B2; KR20170140190A

Abstract

本發明提供一種液晶組成物及含有該組成物的AM元件，所述液晶組成物於上限溫度高、下限溫度低、黏度小、光學各向異性適當、介電各向異性大等特性中，充分滿足至少一種特性或關於至少兩種特性具有適當的平衡。一種液晶組成物，其含有作為第一成分的具有大的正介電各向異性的特定化合物、及作為添加物成分的特定光學活性化合物，且亦可含有作為第二成分的具有高的上限溫度或小的黏度的特定化合物、作為第三成分的具有大的正介電各向異性的特定化合物、或作為第四成分的具有負的介電各向異性的特定化合物。

Description

膽固醇型液晶組成物及其用途、液晶顯示元件

本發明是有關於一種液晶組成物、含有該組成物的液晶顯示元件等。特別是有關於一種介電各向異性為正、且紫外線照射後的電壓保持率大的液晶組成物、及含有該組成物且可於膽固醇(cholesteric)相中運作的液晶顯示元件。

液晶顯示元件中，基於液晶分子的運作模式的分類為相變(phase change，PC)、扭轉向列(twisted nematic，TN)、超扭轉向列(super twisted nematic，STN)、電控雙折射(electrically controlled birefringence，ECB)、光學補償彎曲(optically compensated bend，OCB)、面內切換(in-plane switching，IPS)、垂直配向(vertical alignment，VA)、邊緣場切換(fringe field switching，FFS)、電場感應光反應配向(field-induced photo-reactive alignment，FPA)等模式。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)及多晶矽(polycrystal silicon)。後者根據製造步驟而分類為高溫型及低溫型。基於光源的分類為利用自然光的反射型、利用背光的透過型、及利用自然光與背光這兩者的半透過型。

液晶顯示元件含有具有向列相的液晶組成物。該組成物具有適當的特性。藉由提高該組成物的特性，可獲得具有良好特性的AM元件。將兩者的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。向列相的較佳的上限溫度為約70℃以上，而且向列相的較佳的下限溫度為約-10℃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。理想為短於1毫秒的響應時間。因此，較佳為組成物的黏度小。更佳為低的溫度下的黏度小。組成物的彈性常數與元件的對比度相關聯。為了提高元件的對比度，更佳為組成物的彈性常數大。

組成物的光學各向異性與元件的對比度比相關聯。根據元件的模式，而需要光學各向異性大或光學各向異性小，即光學各向異性適當。組成物的光學各向異性(Δn)與元件的單元間隙(d)的積(Δn×d)被設計成使對比度比成為最大。適當的積的值依存於運作模式的種類。於TN般的模式的元件中，適當的值為約0.45μm。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。組成物的介電各向異性大有助於使元件的臨限電壓低、消耗電力小及對比度比大。因此，較佳為介電各向異性大。組成物的比電阻大有助於使元件的電壓保持率大及對比度比大。因此，較佳為於初始階段中不僅在室溫下，並且在接近向列相的上限溫度的溫度下亦具有大的比電阻的組成物。較佳為於長時間使用後，不僅在室溫下，並且在接近向列相的上限溫度的溫度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。該些的穩定性高時，該元件的壽命長。此種特性對於液晶投影儀、液晶電視等中使用的AM元件而言較佳。

液晶顯示器因現有技術而為公知。最一般的顯示器元件為基於沙特-黑弗里希效應(Schadt-Helfrich effect)者，包含具有代表性的扭轉角為90°的TN(扭轉向列)單元、代表性的扭轉角為180°至270°的STN(超扭轉向列)單元等扭轉向列型結構的液晶組成物者。於該些顯示器中，扭轉結構通常藉由將一種或兩種以上的光學活性化合物添加至向列型液晶組成物中而達成。

進而，已知有包含具有手性向列型或膽固醇型結構的液晶組成物的液晶顯示元件。該些液晶組成物與源自TN單元及STN單元的組成物相比具有相當高的扭轉。膽固醇型液晶顯示出對圓偏光的選擇性反射，且光向量的旋轉方向與膽固醇型螺旋的左右特性(偏手性(handeness))對應。反射波長λ可根據膽固醇型螺旋的節距p與膽固醇型液晶的平均雙折射率n而利用式(A)來計算。

λ=n×p (A)

於現有技術中，同時使用「手性向列型」及「膽固醇型」此兩種用語。所謂「手性向列型」，多指包含利用引發螺旋扭轉超結構的光學活性化合物而進行了摻雜的向列型液晶組成物的液晶材料。與此不同，「膽固醇型」多指手性的液晶材料，例如膽固醇基衍生物，該些材料具有「天然」的螺旋扭轉膽固醇相。有時亦使用此兩種用語來同時代表同一物質。於本申請案中，將所述類型的液晶材料兩者稱為「膽固醇型」，該用語包含「手性向列型」及「膽固醇型」的最廣泛的含義。

最一般的膽固醇型液晶(cholesteric liquid crystal，CLC)顯示器為表面穩定化膽固醇型織構(surface stabilized cholesteric texture，SSCT)顯示器及聚合物穩定化膽固醇型織構(polymer stabilized cholesteric texture，PSCT)顯示器。SSCT顯示器及PSCT顯示器通常包含膽固醇型液晶組成物，其例如於初期階段中顯示出對特定波長的光進行反射的平面(planar)結構，並且可藉由施加交流電流脈衝而切換為焦錐(focal-conic)光散射結構，或者可與此相反。

該些液晶顯示元件為雙穩態(bistable)，即，於將電場切換為關閉後各狀態得以保持，且僅藉由再次施加電場便逆轉移為初期狀態。因此，例如與如下的TN或STN模式不同，可藉由短的電壓脈衝來生成畫素，所述TN或STN模式中，於將電場切換為關閉後，位址(adress)經指定的畫素內的液晶組成物即時地恢復為初期狀態，其結果，為了生成永久畫素而需要維持定址電壓(adressing voltage)。若施加更高的電壓脈衝，則膽固醇型液晶組成物轉移為同位(homotropic)、透明狀態，且於將電壓快速地切換為關閉的情況下，自所述狀態向平面狀態弛豫，於對電壓緩慢地進行切換的情況下，自所述狀態向焦錐狀態弛豫。

於SSCT顯示器中，初期狀態下的CLC單元中的膽固醇型液晶組成物的平面配向例如是藉由單元壁的表面處理來達成。於PSCT顯示器中，膽固醇型液晶組成物追加包含相分離聚合物或聚合物網絡(polymer network)，此使得各位址指定狀態下的膽固醇型液晶組成物的結構穩定化。例如，於專利文獻1中記載有一種包含CLC材料的PSCT顯示器，所述CLC材料具有正的介電各向異性，且包含10重量%以下的分散於液晶材料中的相位分離聚合物網絡。例如，於專利文獻2中記載有一種包含具有正的介電各向異性的無聚合物CLC材料的SSCT顯示器。

CLC顯示器一般不需要背光(backlight)。於平面狀態下，畫素中的膽固醇型液晶組成物依據所述式(A)而顯示出對特定波長的光的選擇反射，其結果，畫素例如於黑色的背景上可見對應的反射色。若遷移為焦錐、散射或同位的透明狀態，則該反射色消失。基於所述理由，CLC顯示器與TN或STN顯示器相比電力消耗相當少。進而，該些即便於散射狀態下具有視角依存性，其視角依存性亦小。進而，該些顯示器不需要如TN顯示器般進行主動矩陣定址(active matrix addressing)，可於更簡單的多重或被動矩陣模式下運作。

所述顯示器用的膽固醇型液晶組成物例如可藉由在向列型液晶組成物中使用具有高扭轉的光學活性化合物進行摻雜來製備。所引發的膽固醇型螺旋的節距p可根據手性的摻雜劑的濃度c及螺旋扭轉力HTP(helical twisting power)而利用式(B)來計算。

p=(HTP×c)^-1 (B)

作為替代手法，使用兩種或三種以上的摻雜劑，對例如各摻雜劑的溫度依存性進行補償，藉此可使螺旋節距及膽固醇型液晶組成物的反射波長的溫度依存性降低。

為了用於所述CLC顯示器中，液晶組成物必須具有良好的化學穩定性及熱穩定性、以及對電場及電磁放射的良好的穩定性。進而，液晶材料必須具有顯示出向列相的上限溫度高、光學各向異性大、正介電各向異性大及粘度小的寬廣的膽固醇型液晶相。進而，CLC材料必須可藉由簡便且受控制的變更來獲得特別是可見範圍中的不同反射波長。進而，該些的反射波長的溫度依存性必須低。

液晶一般是作為多種成分的混合物來使用，因此重要的是成分彼此可容易地混合。介電各向異性及光學各向異性等進一步的特性必須滿足視單元類型而不同的要件。然而，使用可藉由現有技術而加以利用的組成物無法達成相對於所述所有參數而言較佳的值。例如，於專利文獻3中記載有一種包含含有兩種或三種以上的手性的摻雜劑的向列型液晶的膽固醇型液晶組成物。然而，其中所揭示的混合物僅具有小的光學各向異性及向列相的低上限溫度。進而，該些混合物具有比率高達26%的手性的摻雜劑。

因此，對於具有高扭轉、寬廣的運作溫度範圍、短的響應時間、低的臨限電壓及反射波長的低的溫度依存性且與現有技術的液晶組成物相比不存在缺點或至少缺點大幅減少的CLC顯示器用液晶組成物而言具有大的需求。本發明的目的在於提供一種具有所述要求特性且不存在現有技術的缺點或至少缺點大幅減少的、CLC顯示器用的液晶組成物。可知可藉由在CLC顯示器中使用本發明的組成物來達成該目的。

具有膽固醇型規則性的樹脂層具有對旋轉方向與膽固醇型規則性的螺旋旋轉方向一致的圓偏光進行反射的特性(以下將該特性稱為「選擇反射特性」)。顯示出該選擇反射特性的波長區域依存於膽固醇型規則性的週期。藉由增大膽固醇型規則性的週期的分佈範圍，可增大顯示出選擇反射特性的波長區域(以下稱為「選擇反射區域」)的範圍。

若可形成包含具有如下膽固醇型規則性的樹脂層而成的圓偏光分離片，則可僅對入射的自然光中的特定波長的圓偏光進行反射，且使剩餘的圓偏光透射，所述膽固醇型規則性於可見光的波長域中具有選擇反射區域。利用反射板等將該經反射的光再入射至所述樹脂層，藉此可進行光的再利用。將所述圓偏光分離片與1/4波長板組合而成者可以高效率將自然光轉換為直線偏光。藉由使該直線偏光的方向與液晶顯示裝置所具備的聚乙烯醇製等的吸收型的偏光元件的透射方向一致，可獲得高亮度的液晶顯示裝置。

[現有技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特表平6-507505號公報

[專利文獻2]美國專利第5453863號說明書

[專利文獻3]日本專利特開平3-045906號公報

[專利文獻4]日本專利特表2004-532345號公報

本發明的其中一個目的為一種液晶組成物，其於向列相的上限溫度高、向列相的下限溫度低、黏度小、光學各向異性適當、介電各向異性大、螺旋節距短、比電阻大、對紫外線的穩定性高、對熱的穩定性高、彈性常數大等特性中，充分滿足至少一個特性。另一目的為於至少兩個特性之間具有適當的平衡的液晶組成物。另一目的為含有此種組成物的液晶顯示元件。又一目的為一種AM元件或PM元件，其具有響應時間短、電壓保持率大、臨限電壓低、對比度比大、壽命長等特性。

本發明為一種膽固醇型液晶組成物、含有該組成物的液晶顯示元件及該組成物於液晶顯示元件中的用途，所述膽固醇型液晶組成物含有作為第一成分的選自式(1)所表示的化合物的群組中的至少一種化合物、及作為添加物成分的光學活性化合物，且於25℃下的選擇反射波長為400nm~800nm，

式(1)中，R¹為碳數1至12的烷基、碳數1至12的烷氧基或碳數2至12的烯基；環A、環B及環C獨立地為1,4-伸環己基、1,4-伸苯基、2-氟-1,4-伸苯基、2,3-二氟-1,4-伸苯基、2,6-二氟-1,4-伸苯基、嘧啶-2,5-二基、1,3-二噁烷-2,5-二基或四氫吡喃-2,5-二基；Z¹及Z²獨立地為單鍵、伸乙基、羰基氧基或二氟亞甲基氧基；X¹及X²獨立地為氫或氟；Y¹為氟、氯、至少一個氫經氟或氯所取代的碳數1至12的烷基、至少一個氫經氟或氯所取代的碳數1至12的烷氧基或者至少一個氫經氟或氯所取代的碳數2至12的烯基氧基；a及b獨立地為0、1、2或3，而且a與b的和為3以下。

本發明的優點為一種液晶組成物，其於向列相的上限溫度高、向列相的下限溫度低、黏度小、光學各向異性適當、介電各向異性大、螺旋節距短、比電阻大、對紫外線的穩定性高、對熱的穩定性高、彈性常數大等特性中，充分滿足至少一個特性。另一優點為於至少兩個特性之間具有適當的平衡的液晶組成物。另一優點為含有此種組成物的液晶顯示元件。又一優點為一種AM元件或PM元件，其具有響應時間短、電壓保持率大、臨限電壓低、對比度比大、壽命長等特性。

該說明書中的用語的使用方法如下所述。有時將「液晶組成物」及「液晶顯示元件」的用語分別簡稱為「組成物」及「元件」。「液晶顯示元件」為液晶顯示面板及液晶顯示模組的總稱。「液晶性化合物」是具有向列相、層列相等液晶相的化合物，及雖不具有液晶相，但出於調節向列相的溫度範圍、黏度、介電各向異性之類的特性的目的而混合於組成物中的化合物的總稱。該化合物具有例如1,4-伸環己基或1,4-伸苯基之類的六員環，且其分子結構為棒狀(rod like)。「聚合性化合物」是出於使組成物中生成聚合物的目的而添加的化合物。有時將選自式(1)所表示的化合物的群組中的至少一種化合物簡稱為「化合物(1)」。「化合物(1)」是指式(1)所表示的一種化合物、兩種化合物的混合物或三種以上化合物的混合物。對於其他式所表示的化合物亦相同。

液晶組成物是藉由將多種液晶性化合物進行混合來製備。液晶性化合物的比例(含量)是由基於該液晶組成物的重量的重量百分率(重量%)所表示。於該液晶組成物中視需要來添加光學活性化合物、抗氧化劑、紫外線吸收劑、色素、消泡劑、聚合性化合物、聚合起始劑、聚合抑制劑之類的添加物。添加物的比例(添加量)是與液晶性化合物的比例同樣地，由基於液晶組成物的重量的重量百分率(重量%)所表示。有時亦使用重量百萬分率(ppm)。聚合起始劑及聚合抑制劑的比例是例外地基於聚合性化合物的重量來表示。

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」是指組成物於初始階段中不僅在室溫下，而且在接近於向列相的上限溫度的溫度下亦具有大的比電阻，而且於長時間使用後，不僅在室溫下，而且在接近於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」是指元件於初始階段中不僅在室溫下，而且在接近於向列相的上限溫度的溫度下亦具有大的電壓保持率，而且於長時間使用後，不僅在室溫下，而且在接近於向列相的上限溫度的溫度下亦具有大的電壓保持率。

「至少一個‘A’」的表述是指‘A’的數量為任意。「至少一個‘A’可經‘B’所取代」的表述是指當‘A’的數量為一個時，‘A’的位置為任意，當‘A’的數量為兩個以上時，該些的位置亦可無限制地選擇。該規則亦適用於「至少一個‘A’經‘B’所取代」的表述。

成分化合物的化學式中，將末端基R¹的記號用於多種化合物。該些化合物中，任意的兩個R¹所表示的兩個基可相同，或亦可不同。例如，有化合物(1)的R¹為乙基，且化合物(1-1)的R¹為乙基的情況。亦有化合物(1)的R¹為乙基，且化合物(1-1)的R¹為丙基的情況。該規則亦適用於其他末端基等的記號。式(1)中，a為2時，存在兩個環B。該化合物中，兩個環B所表示的兩個環可相同，或亦可不同。當a大於2時，該規則亦適用於任意的兩個環B。該規則亦適用於Z²、環C等。

2-氟-1,4-伸苯基是指下述兩種二價基。化學式中，氟可為朝左(L)，亦可為朝右(R)。該規則亦適用於四氫吡喃-2,5-二基之類的非對稱的二價基。該規則亦適用於羰基氧基(-COO-及 -OCO-)之類的鍵結基。

本發明為下述項等。

項1. 一種膽固醇型液晶組成物，其含有作為第一成分的選自式(1)所表示的化合物的群組中的至少一種化合物、及作為添加物成分的光學活性化合物，且於25℃下的選擇反射波長為400nm~800nm，

項2. 如項1所述的液晶組成物，其含有作為第一成分的選自式(1-1)至式(1-20)所表示的化合物的群組中的至少一種化合物，

式(1-1)至式(1-20)中，R¹為碳數1至12的烷基、碳數1至12的烷氧基或碳數2至12的烯基。

項3. 如項1或項2所述的液晶組成物，其含有作為添加物成分的選自式(2-1)至式(2-18)所表示的化合物的群組中的至少一種化合物，

式(2-1)至式(2-18)中，R²及R³獨立地為碳數2至12的烷基，式(2-6)及式(2-15)中，R²可為甲基；R⁴及R⁵獨立地為碳數1至12的烷基、碳數1至12的烷氧基或碳數2至12的烯基；式(2-18)中，環D獨立地為1,4-伸苯基或1,4-伸環己基。

項4. 如項1至項3中任一項所述的液晶組成物，其中基於液晶組成物的重量，第一成分的比例為30重量%至90重量%的範圍，添加物成分的比例為1重量%至30重量%的範圍。

項5. 如項1至項4中任一項所述的液晶組成物，其含有作為第二成分的選自式(3)所表示的化合物的群組中的至少一種化合物，

式(3)中，R⁶及R⁷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的烯基或者至少一個氫經氟或氯所取代的碳數2至12的烯基；環E及環F獨立地為1,4-伸環己基、1,4-伸苯基、2-氟-1,4-伸苯基或2,5-二氟-1,4-伸苯基；Z³為單鍵、伸乙基或羰基氧基；c為1、2或3。

項6. 如項1至項5中任一項所述的液晶組成物，其含有作為第二成分的選自式(3-1)至式(3-13)所表示的化合物的群組中的至少一種化合物，

式(3-1)至式(3-13)中，R⁶及R⁷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的烯基或者至少一個氫經氟或氯所取代的碳數2至12的烯基。

項7. 如項5或項6所述的液晶組成物，其中基於液晶組成物的重量，第二成分的比例為5重量%至60重量%的範圍。

項8. 如項1至項7中任一項所述的液晶組成物，其含有作為第三成分的選自式(4)所表示的化合物的群組中的至少一種化合物，

式(4)中，R⁸為碳數1至12的烷基、碳數1至12的烷氧基或碳數2至12的烯基；環G為1,4-伸環己基、1,4-伸苯基、2-氟-1,4-伸苯基、2,3-二氟-1,4-伸苯基、2,6-二氟-1,4-伸苯基、嘧啶-2,5-二基、1,3-二噁烷-2,5-二基或四氫吡喃-2,5-二基；Z⁴為單鍵、伸乙基或羰基氧基；X³及X⁴獨立地為氫或氟；Y²為氟、氯、至少一個氫經氟或氯所取代的碳數1至12的烷基、至少一個氫經氟或氯所取代的碳數1至12的烷氧基或者至少一個氫經氟或氯所取代的碳數2至12的烯基氧基；d為1、2、3或4。

項9. 如項1至項8中任一項所述的液晶組成物，其含有作為第三成分的選自式(4-1)至式(4-15)所表示的化合物的群組中的至少一種化合物，

式(4-1)至式(4-15)中，R⁸為碳數1至12的烷基、碳數1至12的烷氧基或碳數2至12的烯基。

項10. 如項8或項9所述的液晶組成物，其中基於液晶組成物的重量，第三成分的比例為3重量%至50重量%的範圍。

項11. 如項1至項10中任一項所述的液晶組成物，其含有作為第四成分的選自式(5)所表示的化合物的群組中的至少一種化合物，

式(5)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的烯基或碳數2至12的烯基氧基；環I及環K獨立地為1,4-伸環己基、1,4-伸環己烯基、1,4-伸苯基、至少一個氫經氟或氯所取代的1,4-伸苯基或四氫吡喃-2,5-二基；環J為2,3-二氟-1,4-伸苯基、2-氯-3-氟-1,4-伸苯基、2,3-二氟-5-甲基-1,4-伸苯基、3,4,5-三氟萘-2,6-二基或7,8-二氟色原烷-2,6-二基；Z⁵及Z⁶獨立地為單鍵、伸乙基、羰基氧基或亞甲基氧基；e為1、2或3，f為0或1；e與f的和為3以下。

項12. 如項1至項11中任一項所述的液晶組成物，其含有作為第四成分的選自式(5-1)至式(5-21)所表示的化合物的群組中的至少一種化合物，

式(5-1)至式(5-21)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的烯基或碳數2至12的烯基氧基。

項13. 如項11或項12所述的液晶組成物，其中基於液晶組成物的重量，第四成分的比例為3重量%至25重量%的範圍。

項14. 如項1至項13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589nm下的光學各向異性(於25℃下測定)為0.14以上，而且頻率1kHz下的介電各向異性(於25℃下測定)為20以上。

項15. 一種液晶顯示元件，其含有如項1至項14中任一項所述的液晶組成物。

項16. 一種如項1至項14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。

本發明亦包括以下項。(a)所述組成物，其更含有抗氧化劑、紫外線吸收劑、色素、消泡劑、聚合性化合物、聚合起始劑、聚合抑制劑等除式(2-1)至式(2-18)所表示的化合物以外的添加物的至少一種。(b)一種AM元件，其含有所述組成物。(c)更含有聚合性化合物的所述組成物、及含有該組成物的聚合物穩定配向(PSA)型的AM元件。(d)一種聚合物穩定配向(PSA)型的AM元件，其含有所述組成物，且該組成物中的聚合性化合物進行聚合。(e)一種元件，其含有所述組成物，而且具有PC、TN、STN、ECB、OCB、IPS、VA、FFS或FPA的模式。(f)一種透過型的元件，其含有所述組成物。(g)將所述組成物作為具有向列相的組成物的用途。

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、及該化合物給組成物帶來的主要效果進行說明。第三，對組成物中的成分化合物的組合、成分化合物的較佳的比例及其根據進行說明。第四，對成分化合物的較佳的形態進行說明。第五，示出較佳的成分化合物。第六，對可添加於組成物中的除式(2-1)至式(2-18)所表示的化合物以外的添加物進行說明。第七，對成分化合物的合成方法進行說明。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及組成物B。組成物A除了含有選自化合物(1)、化合物(3)、化合物(4)及化合物(5)中的液晶性化合物以外，亦可還含有其他的液晶性化合物、除式(2-1)至式(2-18)所表示的化合物以外的添加物等。「其他的液晶性化合物」是與化合物(1)、化合物(3)、化合物(4)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混合於組成物中。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、聚合性化合物、聚合起始劑、聚合抑制劑等。

組成物B實質上僅包含選自化合物(1)、化合物(3)、化合物(4)及化合物(5)中的液晶性化合物。「實質上」是指組成物雖可含有添加物，但不含其他的液晶性化合物。組成物B的例子為含有化合物(1)、化合物(3)及化合物(4)作為必需成分的組成物。與組成物A相比較，組成物B的成分的數量少。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特性的觀點而言，組成物A優於組成物B。

第二，對成分化合物的主要特性、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)是指值為零，或接近於零。

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。化合物(3)降低黏度。化合物(4)提高上限溫度或提高介電各向異性。化合物(5)提高短軸方向上的介電常數。

第三，對組成物中的成分化合物的組合、成分化合物的較佳的比例及其根據進行說明。組成物中的成分化合物的較佳的組合為第一成分+添加物成分、第一成分+添加物成分+第二成分、第一成分+添加物成分+第三成分、第一成分+添加物成分+第四成分、第一成分+添加物成分+第二成分+第三成分、第一成分+添加物成分+第二成分+第四成分、第一成分+添加物成分+第三成分+第四成分或第一成分+添加物成分+第二成分+第三成分+第四成分。尤佳的組合為第一成分+添加物成分+第二成分或第一成分+添加物成分+第二成分+第三成分。

為了提高介電各向異性，第一成分的較佳的比例為約30重量%以上，為了降低下限溫度或為了降低黏度，第一成分的較佳的比例為約90重量%以下。尤佳的比例為約35重量%至約80重量%的範圍。特佳的比例為約40重量%至約70重量%的範圍。

為了縮短螺旋節距，添加物成分的較佳的比例為約1重量%以上，為了降低下限溫度，添加物成分的較佳的比例為約30重量%以下。尤佳的比例為約3重量%至約25重量%的範圍。特佳的比例為約5重量%至約20重量%的範圍。其中，由於為添加物成分，故是將包含第一成分至第四成分的組合的液晶組成物的總重量設為100時的比例。

為了提高上限溫度或為了降低黏度，第二成分的較佳的比例為約5重量%以上，為了提高介電各向異性，第二成分的較佳的比例為約60重量%以下。尤佳的比例為約5重量%至約50重量%的範圍。特佳的比例為約10重量%至約40重量%的範圍。

為了提高上限溫度或為了提高介電各向異性，第三成分的較佳的比例為約3重量%以上，為了降低下限溫度，第三成分的較佳的比例為約50重量%以下。尤佳的比例為約5重量%至約40重量%的範圍。特佳的比例為約10重量%至約30重量%的範圍。

為了提高短軸方向上的介電各向異性，第四成分的較佳的比例為約3重量%以上，為了降低下限溫度，第四成分的較佳的比例為約25重量%以下。尤佳的比例為約5重量%至約20重量%的範圍。特佳的比例為約5重量%至約15重量%的範圍。

第四，對成分化合物的較佳的形態進行說明。式(1)、式(3)、式(4)及式(5)中，R¹及R⁸獨立地為碳數1至12的烷基、碳數1至12的烷氧基或碳數2至12的烯基。為了提高對紫外線或熱的穩定性，較佳的R¹或R⁸為碳數1至12的烷基。R⁶及R⁷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的烯基或者至少一個氫經氟或氯所取代的碳數2至12的烯基。為了降低黏度，較佳的R⁶或R⁷為碳數2至12的烯基，為了提高穩定性，較佳的R⁶或R⁷為碳數1至12的烷基。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的烯基或碳數2至12的烯基氧基。為了提高穩定性，較佳的R⁹或R¹⁰為碳數1至12的烷基，為了提高介電各向異性，較佳的R⁹或R¹⁰為碳數1至12的烷氧基。

較佳的烷基為甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基或辛基。為了降低黏度，尤佳的烷基為乙基、丙基、丁基、戊基或庚基。

較佳的烷氧基為甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、戊氧基、己氧基或庚氧基。為了降低黏度，尤佳的烷氧基為甲氧基或乙氧基。

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-的較佳的立體構型依存於雙鍵的位置。出於為了降低黏度等原因，於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。於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，直鏈的烯基優於分支的烯基。

至少一個氫經氟或氯所取代的烯基的較佳的例子為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-戊烯基或6,6-二氟-5-己烯基。為了降低黏度，尤佳的例子為2,2-二氟乙烯基或4,4-二氟-3-丁烯基。

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3-丁烯基氧基。

a及b獨立地為0、1、2或3，而且a與b的和為3以下。為了降低下限溫度，較佳的a為1，為了提高介電各向異性，較佳的a為2。為了降低下限溫度，較佳的b為0，為了提高介電各向異性，較佳的b為1。c為1、2或3。為了降低黏度，較佳的c為1，為了提高上限溫度，較佳的c為2或3。d為1、2、3或4。為了降低下限溫度，較佳的d為2，為了提高介電各向異性，較佳的d為3。e為1、2或3，f為0或1；e與f的和為3以下。為了降低黏度，較佳的e為1，為了提高上限溫度，較佳的e為2或3。為了降低黏度，較佳的f為0，為了降低下限溫度，較佳的f為1。

Z¹及Z²獨立地為單鍵、伸乙基、羰基氧基或二氟亞甲基氧基。為了降低黏度，較佳的Z¹或Z²為單鍵。Z³為單鍵、伸乙基或羰基氧基。為了降低黏度，較佳的Z³為單鍵。Z⁴為單鍵、伸乙基或羰基氧基。為了降低黏度，較佳的Z⁴為單鍵，為了提高介電各向異性，較佳的Z⁴為羰基氧基。Z⁵及Z⁶獨立地為單鍵、伸乙基、羰基氧基或亞甲基氧基。為了降低黏度，較佳的Z⁵或Z⁶為單鍵，為了提高介電各向異性，較佳的Z⁵或Z⁶為亞甲基氧基。

環A、環B、環C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、2,3-二氟-1,4-伸苯基、2,6-二氟-1,4-伸苯基、嘧啶-2,5-二基、1,3-二噁烷-2,5-二基或四氫吡喃-2,5-二基。為了提高光學各向異性，較佳的環A、環B、環C或環G為1,4-伸苯基或2-氟-1,4-伸苯基。環E及環F獨立地為1,4-伸環己基、1,4-伸苯基、2-氟-1,4-伸苯基或2,5-二氟-1,4-伸苯基。為了降低黏度，較佳的環E或環F為1,4-伸環己基，或者為了提高光學各向異性，較佳的環E或環F為1,4-伸苯基。

環I及環K獨立地為1,4-伸環己基、1,4-伸環己烯基、1,4-伸苯基、至少一個氫經氟或氯所取代的1,4-伸苯基或四氫吡喃-2,5-二基。「至少一個氫經氟或氯所取代的1,4-伸苯基」的較佳的例子為2-氟-1,4-伸苯基、2,3-二氟-1,4-伸苯基或2-氯-3-氟-1,4-伸苯基。為了降低黏度，較佳的環I或環K為1,4-伸環己基，為了提高介電各向異性，較佳的環I或環K為四氫吡喃-2,5-二基，為了提高光學各向異性，較佳的環I或環K為1,4-伸苯基。環J為2,3-二氟-1,4-伸苯基、2-氯-3-氟-1,4-伸苯基、2,3-二氟-5-甲基-1,4-伸苯基、3,4,5-三氟萘-2,6-二基或7,8-二氟色原烷-2,6-二基。為了提高介電各向異性，較佳的環J為2,3-二氟-1,4-伸苯基。為了提高上限溫度，對於與1,4-伸環己基相關的立體構型而言，反式構型優於順式構型。四氫吡喃-2,5-二基為

或

，較佳為

X¹、X²、X³及X⁴獨立地為氫或氟。為了提高介電各向異性，較佳的X¹、X²、X³或X⁴為氟。

Y¹及Y²獨立地為氟、氯、至少一個氫經氟或氯所取代的碳數1至12的烷基、至少一個氫經氟或氯所取代的碳數1至12的烷氧基或者至少一個氫經氟或氯所取代的碳數2至12的烯基氧基。至少一個氫經氟或氯所取代的烷基的較佳的例子為三氟甲基。至少一個氫經氟或氯所取代的烷氧基的較佳的例子為三氟甲氧基。至少一個氫經氟或氯所取代的烯基氧基的較佳的例子為三氟乙烯基氧基。較佳的Y¹或Y²為氟或三氟甲基。為了降低下限溫度，尤佳的Y¹或Y²為氟。

式(2-1)至式(2-18)中，R²及R³獨立地為碳數2至12的烷基。較佳的R²或R³為碳數2至8的烷基。R⁴及R⁵獨立地為碳數1至12的烷基、碳數1至12的烷氧基或碳數2至12的烯基。較佳的R⁴或R⁵為碳數1至12的烷基或碳數1至12的烷氧基。

式(2-18)中，環D獨立地為1,4-伸苯基或1,4-伸環己基。

第五，示出較佳的成分化合物。較佳的化合物(1)為項2所記載的化合物(1-1)至化合物(1-20)。該些化合物中，較佳為第一成分的至少一種為化合物(1-5)、化合物(1-7)、化合物(1-8)、化合物(1-9)、化合物(1-12)、化合物(1-14)或化合物(1-15)。較佳為第一成分的至少兩種為化合物(1-5)及化合物(1-7)、化合物(1-5)及化合物(1-14)、化合物(1-7)及化合物(1-9)、化合物(1-7)及化合物(1-14)、化合物(1-8)及化合物(1-9)、化合物(1-9)及化合物(1-14)或化合物(1-12) 及化合物(1-14)的組合。

化合物(2-1)至化合物(2-18)中，較佳為添加物成分的至少一種為化合物(2-2)、化合物(2-4)、化合物(2-9)、化合物(2-13)或化合物(2-16)。尤佳為添加物成分的至少一種為化合物(2-16)。較佳為添加物成分的至少兩種為化合物(2-4)及化合物(2-16)或化合物(2-13)及化合物(2-16)的組合。

較佳的化合物(3)為項6所記載的化合物(3-1)至化合物(3-13)。該些化合物中，較佳為第二成分的至少一種為化合物(3-2)、化合物(3-3)、化合物(3-5)、化合物(3-6)、化合物(3-7)或化合物(3-13)。較佳為第二成分的至少兩種為化合物(3-1)及化合物(3-5)、化合物(3-1)及化合物(3-7)或化合物(3-3)及化合物(3-7)的組合。

較佳的化合物(4)為項9所記載的化合物(4-1)至化合物(4-15)。該些化合物中，較佳為第三成分的至少一種為化合物(4-5)、化合物(4-9)、化合物(4-10)、化合物(4-11)、化合物(4-12)或化合物(4-15)。較佳為第三成分的至少兩種為化合物(4-9)及化合物(4-10)、化合物(4-9)及化合物(4-12)或化合物(4-10)及化合物(4-12)的組合。

較佳的化合物(5)為項12所記載的化合物(5-1)至化合物(5-21)。該些化合物中，較佳為第四成分的至少一種為化合物(5-1)、化合物(5-4)、化合物(5-5)、化合物(5-7)、化合物(5-10)或化合物(5-15)。較佳為第四成分的至少兩種為化合物(5-1)及化合物(5-7)、化合物(5-1)及化合物(5-15)、化合物(5-4)及化合物(5-7)、化合物(5-4)及化合物(5-15)、化合物(5-5)及化合物(5-7)或化合物(5-5)及化合物(5-10)的組合。

第六，對可添加於組成物中的除式(2-1)至式(2-18)所表示的化合物以外的添加物進行說明。此種添加物為抗氧化劑、紫外線吸收劑、色素、消泡劑、聚合性化合物、聚合起始劑、聚合抑制劑等。為了防止由大氣中的加熱所引起的比電阻下降，或為了於長時間使用元件後，不僅在室溫下，而且在接近於上限溫度的溫度下亦維持大的電壓保持率，而將抗氧化劑添加於組成物中。抗氧化劑的較佳的例子是t為1至9的整數的化合物(6)等。

化合物(6)中，較佳的t為1、3、5、7或9。尤佳的t為7。t為7的化合物(6)由於揮發性小，故而對於在長時間使用元件後，不僅在室溫下，而且在接近於上限溫度的溫度下亦維持大的電壓保持率而言有效。為了獲得所述效果，抗氧化劑的較佳的比例為約50ppm以上，為了不降低上限溫度，或為了不提高下限溫度，抗氧化劑的較佳的比例為約600ppm以下。尤佳的比例為約100ppm至約300ppm的範圍。

紫外線吸收劑的較佳的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，具有立體阻礙的胺之類的光穩定劑亦較佳。為了獲得所述效果，該些吸收劑或穩定劑的較佳的比例為約50ppm以上，為了不降低上限溫度或為了不提高下限溫度，該些吸收劑或穩定劑的較佳的比例為約10000ppm以下。尤佳的比例為約100ppm至約10000ppm的範圍。

為了適合於賓主(guest host，GH)模式的元件，而將偶氮系色素、蒽醌系色素等之類的二色性色素(dichroic dye)添加於組成物中。色素的較佳的比例為約0.01重量%至約10重量%的範圍。為了防止起泡，而將二甲基矽酮油、甲基苯基矽酮油等消泡劑添加於組成物中。為了獲得所述效果，消泡劑的較佳的比例為約1ppm以上，為了防止顯示不良，消泡劑的較佳的比例為約1000ppm以下。尤佳的比例為約1ppm至約500ppm的範圍。

為了適合於聚合物穩定配向(PSA)型的元件，而於組成物中添加聚合性化合物。聚合性化合物的較佳的例子為丙烯酸酯、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(氧雜環丙烷、氧雜環丁烷)、乙烯基酮等具有可聚合的基的化合物。尤佳的例子為丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的衍生物。為了獲得所述效果，聚合性化合物的較佳的比例為約0.05重量%以上，為了防止顯示不良，聚合性化合物的較佳的比例為約 10重量%以下。尤佳的比例為約0.1重量%至約2重量%的範圍。聚合性化合物藉由紫外線照射而聚合。亦可於光聚合起始劑等起始劑存在下進行聚合。用以進行聚合的適當條件、起始劑的適當類型、及適當的量已為所屬技術領域中具有通常知識者所知，且記載於文獻中。例如作為光聚合起始劑的豔佳固(Irgacure)651(註冊商標；巴斯夫(BASF))、豔佳固(Irgacure)184(註冊商標；巴斯夫(BASF))或德牢固(Darocur)1173(註冊商標；巴斯夫(BASF))適合於自由基聚合。基於聚合性化合物的重量，光聚合起始劑的較佳的比例為約0.1重量%至約5重量%的範圍。尤佳的比例為約1重量%至約3重量%的範圍。

保管聚合性化合物時，為了防止聚合，亦可添加聚合抑制劑。聚合性化合物通常是以未去除聚合抑制劑的狀態添加於組成物中。聚合抑制劑的例子為對苯二酚、甲基對苯二酚之類的對苯二酚衍生物、4-第三丁基鄰苯二酚、4-甲氧基苯酚、啡噻嗪等。

第七，對成分化合物的合成方法進行說明。該些化合物可利用已知的方法來合成。例示合成方法。化合物(1-7)及化合物(1-14)是利用日本專利特開平10-251186號公報中所記載的方法來合成。化合物(2-16)是利用日本專利特開昭63-2953號公報中所記載的方法來合成。化合物(3-1)是利用日本專利特開昭59-176221號公報中所記載的方法來合成。化合物(4-1)及化合物(4-5)是利用日本專利特開平2-233626號公報中所記載的方法來合成。化合物(5-1)及化合物(5-7)是利用日本專利特表平 2-503441號公報中所揭示的方法來合成。抗氧化劑是市售品。式(6)的t為1的化合物可自西格瑪奧德里奇公司(Sigma-Aldrich Corporation)獲取。t為7的化合物(6)等是利用美國專利3660505號說明書中所記載的方法來合成。

未記載合成方法的化合物可利用以下成書中記載的方法來合成：「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。組成物為可利用公知的方法，由以所述方式獲得的化合物來製備。例如，將成分化合物進行混合，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、及約0.14至約0.20的範圍的光學各向異性。亦可藉由控制成分化合物的比例，或藉由混合其他的液晶性化合物，來製備具有約0.15至約0.25的範圍的光學各向異性的組成物，進而製備具有約0.16至約0.30的範圍的光學各向異性的組成物。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透過型的AM元件。該組成物可用作具有向列相的組成物，且可藉由添加光學活性化合物而用作光學活性組成物。

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、FPA等模式的AM元件及PM元件。特佳為用於具有TN模式、OCB模式、IPS模式或FFS模式的AM元件。於具有IPS模式或FFS模式的AM元件中，當未施加電壓時，液晶分子的排列可為與玻璃基板平行，或亦可為垂直。該些元件可為反射型、透過型或半透過型。較佳為用於透過型元件。亦可用於非晶矽-TFT元件或多晶矽-TFT元件。亦可用於將該組成物進行微膠囊化而製作的向列曲線排列相(nematic curvilinear aligned phase，NCAP)型元件或使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]

藉由實施例來對本發明進一步進行詳細說明。本發明不受該些實施例的限制。本發明包含實施例1的組成物與實施例2的組成物的混合物。本發明亦包含將實施例的組成物的至少兩種混合而成的混合物。所合成的化合物是藉由核磁共振(nuclear magnetic resonance，NMR)分析等方法來鑑定。化合物、組成物及元件的特性是利用下述所記載的方法來測定。

NMR分析：測定時使用布魯克拜厄斯賓(Bruker BioSpin)公司製造的DRX-500。¹H-NMR的測定中，使試樣溶解於CDCl₃等氘化溶劑中，於室溫下以500MHz、累計次數為16次的條件進行測定。使用四甲基矽烷作為內部標準。¹⁹F-NMR的測定中，使用CFCl₃作為內部標準，以累計次數24次來進行。核磁共振光譜的說明中，s是指單峰(singlet)，d是指雙重峰(doublet)，t是指三重峰(triplet)，q是指四重峰(quartet)，quin是指五重峰(quintet)，sex是指六重峰(sextet)，m是指多重峰(multiplet)，br是指寬峰(broad)。

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。載體氣體為氦氣(2mL/min)。將試樣氣化室設定為280℃，將檢測器(火焰離子化檢測器(flame ionization detector，FID))設定為300℃。進行成分化合物的分離時，使用安捷倫科技有限公司(Agilent Technologies Inc.)製造的毛細管柱DB-1(長度30m、內徑0.32mm、膜厚0.25μm；固定液相為二甲基聚矽氧烷；無極性)。該管柱於200℃下保持2分鐘後，以5℃/min的比例升溫至280℃。將試樣製備成丙酮溶液(0.1重量%)後，將其1μL注入至試樣氣化室中。記錄計為島津製作所製造的C-R5A型層析儀組件(Chromatopac)或其同等品。所得的氣相層析圖顯示出與成分化合物相對應的峰值的保持時間及峰值的面積。

用以稀釋試樣的溶劑可使用氯仿、己烷等。為了將成分化合物分離，可使用如下的毛細管柱。安捷倫科技有限公司製造的HP-1(長度30m、內徑0.32mm、膜厚0.25μm)、瑞斯泰克公司(Restek Corporation)製造的Rtx-1(長度30m、內徑0.32mm、膜厚0.25μm)、澳大利亞SGE國際公司(SGE International Pty.Ltd)製造的BP-1(長度30m、內徑0.32mm、膜厚0.25μm)。出於防止化合物峰值的重疊的目的，可使用島津製作所製造的毛細管柱CBP1-M50-025(長度50m、內徑0.25mm、膜厚0.25μm)。

組成物中所含有的液晶性化合物的比例可利用如下所述的方法來算出。利用氣相層析儀(FID)來對液晶性化合物的混合物進行檢測。氣相層析圖中的峰值的面積比相當於液晶性化合物的比例(重量比)。使用上文記載的毛細管柱時，可將各種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%)可根據峰值的面積比來算出。

測定試樣：測定組成物或元件的特性時，將組成物直接用作試樣。測定化合物的特性時，藉由將該化合物(15重量%)混合於母液晶(85重量%)中來製備測定用試樣。根據藉由測定而獲得的值，利用外推法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。當於該比例下，層列相(或結晶)於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、黏度及介電各向異性的值。

使用下述母液晶。成分化合物的比例是以重量%表示。

測定方法：利用下述方法來進行特性的測定。該些方法大多是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標準(JEITA．ED-2521B)中所記載的方法或將其加以修飾而成的方法。用於測定的TN元件上未安裝薄膜電晶體(TFT)。

(1)向列相的上限溫度(NI；℃)：於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℃/min的速度進行加熱。測定試樣的一部分自向列相變化為各向同性液體時的溫度。

(2)向列相的下限溫度(T_C；℃)：將具有向列相的試樣放入玻璃瓶中，於0℃、-10℃、-20℃、-30℃及-40℃的冷凍器中保管10天後，觀察液晶相。例如，當試樣於-20℃下為向列相的狀態，而於-30℃下變化為結晶或層列相時，將T_C記載為<-20℃。

(3)黏度(體積黏度；η；於20℃下測定；mPa．s)：測定時使用東京計器股份有限公司製造的E型旋轉黏度計。

(4)黏度(旋轉黏度；γ1；於25℃下測定；mPa．s)：依據M.今井(M.Imai)等人的「分子晶體與液晶(Molecular Crystals and Liquid Crystals)」第259期第37頁(1995)中記載的方法來進行測定。於扭轉角(twist angle)為0°且兩塊玻璃基板的間隔(單元間隙)為5μm的TN元件中放入試樣。對該元件於16V至19.5V範圍內以0.5V為單位階段性地施加電壓。不施加電壓0.2秒後，以僅施加一個矩形波(矩形脈衝；0.2秒)與不施加(2秒)的條件反覆施加。測定藉由該施加而產生的暫態電流(transient current)的峰值電流(peak current)及峰值時間(peak time)。由該些測定值與M.今井等人的論文中第40頁記載的計算式(8)來獲得旋轉黏度的值。該計算所需要的介電各向異性的值是使用該測定了旋轉黏度的元件，利用以下記載的方法求出。

(5)光學各向異性(折射率各向異性；Δn；於25℃下測定)：使用波長為589nm的光，利用在接目鏡上安裝有偏光板的阿貝折射計來進行測定。將主稜鏡的表面向一個方向摩擦後，將試樣滴加於主稜鏡上。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Δn=n∥-n⊥的式子來計算。

(6)介電各向異性(Δε；於25℃下測定)：於兩塊玻璃基板的間隔(單元間隙)為9μm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(10V、1kHz)，2秒後測定液晶分子的長軸方向上的介電常數(ε∥)。對該元件施加正弦波(0.5V、1kHz)，2秒後測定液晶分子的短軸方向上的介電常數(ε⊥)。介電各向異性的值是根據Δε=ε∥-ε⊥的式子來計算。

(7)臨限電壓(Vth；於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。於兩塊玻璃基板的間隔(單元間隙)為0.45/Δn(μm)且扭轉角為80度的正常顯白模式(normally white mode)的TN元件中放入試樣。對該元件施加的電壓(32Hz、矩形波)是以0.02V為單位，自0V階段性地增加至10V。此時，自垂直方向對元件照射光，測定透過元件的光量。製成當該光量達到最大時透過率為100%，且當該光量為最小時透過率為0%的電壓-透過率曲線。臨限電壓是由透過率達到90%時的電壓來表示。

(8)電壓保持率(VHR-1；於25℃下測定；%)：測定中使用的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5μm。加入試樣後，利用以紫外線而硬化的黏接劑將該元件密封。對該TN元件施加脈衝電壓(5V、60微秒)來充電。利用高速電壓計在16.7毫秒期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為未衰減時的面積。電壓保持率是由面積A相對於面積B的百分率來表示。

(9)電壓保持率(VHR-2；於80℃下測定；%)：除了代替25℃而於80℃下進行測定以外，以與所述相同的順序來測定電壓保持率。將所得的值以VHR-2來表示。

(10)電壓保持率(VHR-3；於25℃下測定；%)：照射紫外線後，測定電壓保持率，來評價對紫外線的穩定性。測定中使用的TN元件具有聚醯亞胺配向膜，而且單元間隙為5μm。於該元件中注入試樣，照射光20分鐘。光源為超高壓水銀燈USH-500D(牛尾(Ushio)電機製造)，元件與光源的間隔為20cm。VHR-3的測定中，於16.7毫秒期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。

(11)電壓保持率(VHR-4；於25℃下測定；%)：將注入有試樣的TN元件於80℃的恆溫槽內加熱500小時後，測定電壓保持率，來評價對熱的穩定性。VHR-4的測定中，於16.7毫秒期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。

(12)響應時間(τ；於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5kHz。於兩塊玻璃基板的間隔(單元間隙)為5.0μm且扭轉角為80度的正常顯白模式(normally white mode)的TN元件中放入試樣。對該元件施加矩形波(60Hz、5V、0.5秒)。此時，自垂直方向對元件照射光，測定透過元件的光量。當該光量達到最大時視作透過率為100%，當該光量為最小時視作透過率為0%。上升時間(τr：rise time；毫秒)是透過率自90%變化至10%所需要的時間。下降時間(τf： fall time；毫秒)是透過率自10%變化至90%所需要的時間。響應時間是由以所述方式求出的上升時間與下降時間的和來表示。

(13)彈性常數(K；於25℃下測定；pN)：測定時使用橫河惠普(Yokogawa-Hewlett-Packard)股份有限公司製造的HP4284A型電感電容電阻(LCR)計。於兩塊玻璃基板的間隔(單元間隙)為20μm的水平配向元件中放入試樣。對該元件施加0伏特至20伏特電荷，測定靜電電容以及施加電壓。使用「液晶元件手冊」(日刊工業新聞社)第75頁的式(2.98)、式(2.101)，將所測定的靜電電容(C)與施加電壓(V)的值進行擬合(fitting)，由式(2.99)獲得K11及K33的值。繼而，代入「液晶元件手冊」第171頁的式(3.18)，使用剛才求出的K11及K33的值來算出K22。彈性常數是由以所述方式求出的K11、K22及K33的平均值來表示。

(14)比電阻(ρ；於25℃下測定；Ωcm)：於具備電極的容器中注入試樣1.0mL。對該容器施加直流電壓(10V)，測定10秒後的直流電流。根據下式來算出比電阻。(比電阻)={(電壓)×(容器的電容)}/{(直流電流)×(真空的介電常數)}。

(15)螺旋節距(P；於室溫下測定；μm)：螺旋節距是使用楔型法來測定。參照「液晶便覽」第196頁(2000年發行、丸善)。將試樣注入至楔型單元中，於室溫下靜置2小時後，利用偏光顯微鏡(尼康(Nikon)(股)，商品名MM40/60系列)來觀察向錯線(disclination line)的間隔(d2-d1)。根據將楔型單元的角度表示為θ的下式來算出螺旋節距(P)。P=2×(d2-d1)×tanθ。

(16)短軸方向上的介電常數(ε⊥；於25℃下測定)：於兩塊玻璃基板的間隔(單元間隙)為9μm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(0.5V、1kHz)，2秒後測定液晶分子的短軸方向上的介電常數(ε⊥)。

實施例中的化合物是基於下述表3的定義，由記號來表示。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相對應。(-)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)是基於液晶組成物的重量的重量百分率(重量%)。最後，歸納組成物的特性值。

[比較例1]

自日本專利特表2004-532345號公報中所揭示的組成物中選擇例13。根據為由於該組成物含有化合物(3-2)。該組成物的成分及特性如下所述。

NI=87.5℃；Δn=0.242；Δε=18.8；γ1=211mPa．s；VHR-1=90.3%；VHR-3=14.8%.於該組成物96重量%中，以4重量%的比例添加與式(2-17)類似的化合物(XIIIa-1)。

[實施例1]

NI=71.9℃；Δn=0.140；Δε=26.3；Vth=0.98V；γ1=229.7mPa．s；VHR-1=98.9%；VHR-2=97.6%；VHR-3=97.4%.於該組成物中以7.2重量%的比例添加有化合物(2-16)時的節距為1μm以下。

[實施例2]

NI=92.1℃；Δn=0.140；Δε=21.8；Vth=1.13V；γ1=212.4mPa．s；VHR-1=99.1%；VHR-2=98.1%；VHR-3=97.7%.於該組成物中以4.8重量%的比例添加有化合物(2-16)時的節距為1μm以下。

[實施例3]

NI=91.6℃；Δn=0.154；Δε=23.9；Vth=1.15V；γ1=232.2mPa．s；VHR-1=98.9%；VHR-2=97.7%；VHR-3=97.4%.於該組成物中以5.9重量%的比例添加有化合物(2-16)時的節距為1μm以下。

[實施例4]

NI=72.8℃；Δn=0.145；Δε=23.5；Vth=1.01V；γ1=207.9mPa．s；VHR-1=98.9%；VHR-2=97.8%；VHR-3=97.3%.於該組成物中以10.6重量%的比例添加有化合物(2-4)時的節距為1μm以下。

[實施例5]

NI=81.5℃；Δn=0.151；Δε=24.0；Vth=1.07V；γ1=222.8mPa．s；VHR-1=98.8%；VHR-2=97.5%；VHR-3=97.3%.於該組成物中以5.5重量%的比例添加有化合物(2-4)、以5.4重量%的比例添加有化合物(2-10)時的節距為1μm以下。

[實施例6]

3-HHBB(F,F)-F (4-12) 4%

NI=81.3℃；Tc<-20℃；Δn=0.142；Δε=29.3；Vth=1.02V；γ1=247.5mPa．s；VHR-1=98.7%；VHR-2=97.5%；VHR-3=97.2%.於該組成物中以3.5重量%的比例添加有化合物(2-5)、以4重量%的比例添加有化合物(2-16)時的節距為1μm以下。

[實施例7]

NI=84.7℃；Δn=0.144；Δε=24.5；Vth=1.05V；γ1=233.8mPa．s；VHR-1=98.9%；VHR-2=97.7%；VHR-3=97.6%.於該組成物中以5.3重量%的比例添加有化合物(2-13)、以6重量%的比例添加有化合物(2-16)時的節距為1μm以下。

[實施例8]

NI=79.7℃；Δn=0.151；Δε=25.0；Vth=1.01V；γ1=223.1mPa．s；VHR-1=99.0%；VHR-2=97.9%；VHR-3=97.4%.於該組成物中以10重量%的比例添加有化合物(2-4)、以4.3重量%的比例添加有化合物(2-9)時的節距為1μm以下。

[實施例9]

NI=80.4℃；Δn=0.152；Δε=25.1；Vth=1.04V；γ1=223.2mPa．s；VHR-1=98.7%；VHR-2=97.7%；VHR-3=97.4%.於該組成物中以5重量%的比例添加有化合物(2-16)時的節距為1μm以下。

[實施例10]

NI=84.5℃；Δn=0.147；Δε=22.8；Vth=1.06V；γ1=211.4mPa．s；VHR-1=98.7%；VHR-2=97.7%；VHR-3=97.4%.於該組成物中以4.5重量%的比例添加有化合物(2-16)時的節距為1μm以下。

[實施例11]

NI=87.5℃；Δn=0.154；Δε=24.2；Vth=1.04V；γ1=226.7mPa．s；VHR-1=99.1%；VHR-2=97.8%；VHR-3=97.5%.於該組成物中以7重量%的比例添加有化合物(2-16)時的節距為1μm以下。

[實施例12]

NI=73.8℃；Tc<-20℃；Δn=0.144；Δε=30.2；Vth=0.98V；γ1=251.6mPa．s；VHR-1=99.0%；VHR-2=97.5%；VHR-3=97.2%.於該組成物中以5.3重量%的比例添加有化合物(2-16)時的節距為1μm以下。

[實施例13]

NI=89.9℃；Δn=0.160；Δε=24.6；Vth=1.09V；γ1=224.9mPa．s；VHR-1=99.1%；VHR-2=97.6%；VHR-3=97.3%.於該組成物中以7.5重量%的比例添加有化合物(2-2)、以7.5重量%的比例添加有化合物(2-4)時的節距為1μm以下。

[實施例14]

NI=70.1℃；Δn=0.151；Δε=29.8；Vth=0.97V；γ1=235.8mPa ．s；VHR-1=98.6%；VHR-2=97.4%；VHR-3=97.1%.於該組成物中以3重量%的比例添加有化合物(2-7)、以6.8重量%的比例添加有化合物(2-16)時的節距為1μm以下。

比較例1的VHR-3為14.8%。另一方面，實施例1至實施例14的VHR-3為97.1%至97.7%的範圍。如上所述，實施例的組成物與比較例的組成物相比具有大的VHR-3。因此，可得出本發明的液晶組成物具有優異的特性的結論。

[產業上之可利用性]

本發明的液晶組成物於上限溫度高、下限溫度低、黏度小、光學各向異性適當、介電各向異性大、螺旋節距短、比電阻大、彈性常數大、對紫外線的穩定性高、對熱的穩定性高等特性中，充分滿足至少一個特性或關於至少兩個特性具有適當的平衡。含有該組成物的液晶顯示元件具有短的響應時間、大的電壓保持率、大的對比度比、長的壽命等，因此可用於液晶投影儀、液晶電視等。

Claims

一種膽固醇型液晶組成物，其含有作為第一成分的選自式(1)所表示的化合物的群組中的至少一種化合物、作為第二成分的選自式(3)所表示的化合物的群組中的至少一種化合物及作為添加物成分的光學活性化合物，且於25℃下的選擇反射波長為400nm~800nm，
式(1)中，R¹為碳數1至12的直鏈烷基、碳數1至12的直鏈烷氧基或碳數2至12的直鏈烯基；環A為1,4-伸環己基、1,4-伸苯基、2,3-二氟-1,4-伸苯基、嘧啶-2,5-二基、1,3-二噁烷-2,5-二基或四氫吡喃-2，5-二基；環B及環C獨立地為1,4-伸環己基、1,4-伸苯基、2-氟-1,4-伸苯基、2,3-二氟-1,4-伸苯基、2,6-二氟-1,4-伸苯基、嘧啶-2,5-二基、1,3-二噁烷-2,5-二基或四氫吡喃-2,5-二基；Z¹及Z²獨立地為單鍵、伸乙基、羰基氧基或二氟亞甲基氧基；X¹及X²獨立地為氫或氟；Y¹為氟、氯、至少一個氫經氟或氯所取代的碳數1至12的烷基、至少一個氫經氟或氯所取代的碳數1至12的烷氧基或者至少一個氫經氟或氯所取代的碳數2至12的烯基氧基；a及b獨立地為0、1、2或3，而且a與b的和為3以下；
式(3)中，R⁶及R⁷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的烯基或者至少一個氫經氟或氯所取代的碳數2至12的烯基；環E及環F獨立地為1,4-伸環己基、1,4-伸苯基、2-氟-1,4-伸苯基或2,5-二氟-1,4-伸苯基；Z³為單鍵、伸乙基或羰基氧基；c為1、2或3。
如申請專利範圍第1項所述的膽固醇型液晶組成物，其含有作為第一成分的選自式(1-1)至式(1-20)所表示的化合物的群組中的至少一種化合物，

式(1-1)至式(1-20)中，R¹為碳數1至12的直鏈烷基、碳數1至12的直鏈烷氧基或碳數2至12的直鏈烯基。
如申請專利範圍第1項所述的膽固醇型液晶組成物，其含有作為添加物成分的選自式(2-1)至式(2-18)所表示的化合物的群組中的至少一種化合物，

式(2-1)至式(2-18)中，R²及R³獨立地為碳數2至12的烷基，式(2-6)及式(2-15)中，R²可為甲基；R⁴及R⁵獨立地為碳數1至12的烷基、碳數1至12的烷氧基或碳數2至12的烯基；式(2-18)中，環D獨立地為1,4-伸苯基或1,4-伸環己基。
如申請專利範圍第1項所述的膽固醇型液晶組成物，其中基於膽固醇型液晶組成物的重量，第一成分的比例為30重量%至90重量%的範圍，添加物成分的比例為1重量%至30重量%的範圍。
如申請專利範圍第1項所述的膽固醇型液晶組成物，其含有作為第二成分的選自式(3-1)至式(3-13)所表示的化合物的群組中的至少一種化合物，

式(3-1)至式(3-13)中，R⁶及R⁷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的烯基或者至少一個氫經氟或氯所取代的碳數2至12的烯基。
如申請專利範圍第1項所述的膽固醇型液晶組成物，其中基於膽固醇型液晶組成物的重量，第二成分的比例為5重量%至60重量%的範圍。
如申請專利範圍第1項所述的膽固醇型液晶組成物，其含有作為第三成分的選自式(4)所表示的化合物的群組中的至少一種化合物，
式(4)中，R⁸為碳數1至12的烷基、碳數1至12的烷氧基或碳數2至12的烯基；環G為1,4-伸環己基、1,4-伸苯基、2-氟-1,4-伸苯基、2,3-二氟-1,4-伸苯基、2,6-二氟-1,4-伸苯基、嘧啶-2,5-二基、1,3-二噁烷-2,5-二基或四氫吡喃-2,5-二基；Z⁴為單鍵、伸乙基或羰基氧基；X³及X⁴獨立地為氫或氟；Y²為氟、氯、至少一個氫經氟或氯所取代的碳數1至12的烷基、至少一個氫經氟或氯所取代的碳數1至12的烷氧基或者至少一個氫經氟或氯所取代的碳數2至12的烯基氧基；d為1、2、3或4。
如申請專利範圍第7項所述的膽固醇型液晶組成物，其含有作為第三成分的選自式(4-1)至式(4-15)所表示的化合物的群組中的至少一種化合物，

式(4-1)至式(4-15)中，R⁸為碳數1至12的烷基、碳數1至12的烷氧基或碳數2至12的烯基。
如申請專利範圍第7項所述的膽固醇型液晶組成物，其中基於膽固醇型液晶組成物的重量，第三成分的比例為3重量%至50重量%的範圍。
如申請專利範圍第1項所述的膽固醇型液晶組成物，其含有作為第四成分的選自式(5)所表示的化合物的群組中的至少一種化合物，
式(5)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的烯基或碳數2至12的烯基氧基；環I及環K獨立地為1,4-伸環己基、1,4-伸環己烯基、1,4-伸苯基、至少一個氫經氟或氯所取代的1,4-伸苯基或四氫吡喃-2,5-二基；環J為2,3-二氟-1,4-伸苯基、2-氯-3-氟-1,4-伸苯基、2,3-二氟-5-甲基-1,4-伸苯基、3,4,5-三氟萘-2,6-二基或7,8-二氟色原烷-2,6-二基；Z⁵及Z⁶獨立地為單鍵、伸乙基、羰基氧基或亞甲基氧基；e為1、2或3，f為0或1；e與f的和為3以下。
如申請專利範圍第10項所述的膽固醇型液晶組成物，其含有作為第四成分的選自式(5-1)至式(5-21)所表示的化合物的群組中的至少一種化合物，

式(5-1)至式(5-21)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的烯基或碳數2至12的烯基氧基。
如申請專利範圍第10項所述的膽固醇型液晶組成物，其中基於膽固醇型液晶組成物的重量，第四成分的比例為3重量%至25重量%的範圍。
如申請專利範圍第1項所述的膽固醇型液晶組成物，其中向列相的上限溫度為70℃以上，波長589nm下的光學各向異性(於25℃下測定)為0.14以上，而且頻率1kHz下的介電各向異性(於25℃下測定)為20以上。
一種液晶顯示元件，其含有如申請專利範圍第1項所述的膽固醇型液晶組成物。
一種膽固醇型液晶組成物的用途，所述膽固醇型液晶組成物為如申請專利範圍第1項所述的膽固醇型液晶組成物，其用於液晶顯示元件中。