TWI722120B - 使液晶介質均勻配向的低分子極性化合物及含有其的液晶介質 - Google Patents

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TWI722120B
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Abstract

本發明提供一種不需要基板上的配向膜或配向處理的液晶組成物。藉由使液晶介質對於基板進行均勻配向的低分子極性化合物，例如將由下述通式（1）表示作為特徵的低分子極性化合物，而解決所述課題。

Description

使液晶介質均勻配向的低分子極性化合物及含有其的液晶介質
本發明是有關於一種使液晶介質對於基板進行均勻配向的低分子極性化合物(以下，亦簡稱為「極性化合物」)、含有其的液晶介質。
於液晶顯示元件中，於基板上設置配向膜或實施配向處理(偏光紫外線(Ultraviolet，UV)照射或摩擦等)，藉此使液晶單元中的液晶介質進行配向。
相對於此，報告有即便不實施此種配向處理，藉由將極性化合物等添加至液晶介質中，亦可使液晶介質進行配向的技術(專利文獻1)。此處所報告的是進行垂直配向(homeotropic alignment)的技術。
另一方面，作為使液晶介質進行均勻配向的技術，有使用具有偶氮苯骨架的聚合性樹枝狀聚合物的技術(非專利文獻1)或使用聚合性化合物的技術(非專利文獻2)，該些技術不使用配向膜，但需要偏光UV照射或摩擦等配向處理。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特表2013-543526號公報
[專利文獻2]日本專利特開2003-287755號公報
[非專利文獻]
[非專利文獻1]「分子晶體與液晶(Mol.Cryst.Liq.Cryst.)」，第610卷，第1期，2015,201頁-209頁
[非專利文獻2]「國際資訊顯示學會國際研討會(Society for Information Display International Symposium)」(2014),45(1), 1418-1420
本發明是鑒於所述狀況而成者，其目的在於提供一種不需要先前所使用的用以使液晶介質進行配向的配向膜或者偏光UV照射或摩擦等配向處理，可使液晶介質對於基板進行均勻配向的低分子極性化合物、含有其的液晶介質。
本發明者等人為了解決所述課題而進行各種研究的結果，發現可藉由較佳為包含特定結構的無極性基與極性基的低分子極性化合物來達成所述目的，從而完成了本發明。
第1項. 一種液晶介質，其是封入至未施加配向處理或配向膜、且於至少一者中形成有透明電極的一對基板之間的液晶介質，其包括使該液晶介質對於基板進行均勻配向的低分子極性化合物，且對於基板自發地進行均勻配向。
第2項. 一種低分子極性化合物，其使液晶介質對於基板進行均勻配向。
第3項. 如第2項所述的低分子極性化合物，其具有1.3以上的正相逆相變異係數(Coefficient of Variation，CV)積。
第4項. 如第2項或第3項所述的低分子極性化合物，其由下述通式(2)或通式(3)表示。
Figure 106106348-A0305-02-0004-1
所述式(2)及式(3)中，R4為氫、鹵素或碳數1~20的烷基，於該R4中，至少1個-CH2-獨立可由-O-或-S-取代，至少1個-(CH2)2-可由-CH=CH-取代，於該些基中，至少1個氫可由鹵素取代，P1、P2、P3及P4獨立為由所述通式(Q-0)所表示的基，或者碳數1~25的直鏈狀、分支狀或環狀的烷基，於該P1、P2、P3及P4中，至少1個未鄰接的-CH2-獨立的，以N、O及/或S原子相互不直接連結的方式，可由-N(-P0)-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-或-O-CO-O-取代，至少1個三級碳(CH基)可由N取代，至少1個氫獨立可由F或Cl取代，至少1個-(CH2)2-獨立可由-CH=CH-或-C≡C-取代，其中，P1、P2、P3及P4含有選自N、S 及/或O中的1個以上的雜原子，P0獨立為碳數1~25的直鏈狀、分支狀或環狀的烷基，於該P0中，至少1個未鄰接的-CH2-獨立的，以N、O及/或S原子相互不直接連結的方式，可由-N(-P0)-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-或-O-CO-O-取代，至少1個三級碳(CH基)可由N取代，至少1個氫獨立可由F或Cl取代，至少1個-(CH2)2-獨立可由-CH=CH-或-C≡C-取代，其中，P0含有選自N、S及/或O中的1個以上的雜原子，所述式(Q-O)中，R1、R2及R3獨立為氫、鹵素或碳數1~20的烷基，於該R1、R2及R3中，至少1個-CH2-獨立可由-O-或-S-取代，至少1個-(CH2)2-可由-CH=CH-取代，於該些基中，至少1個氫可由鹵素取代。
第5項. 一種液晶組成物，其特徵在於：包括如第2項至第4項中任一項所述的低分子極性化合物的至少一種。
第6項. 如第5項所述的液晶組成物，其中作為所述低分子極性化合物的正相逆相CV積與其含量的積的總正相逆相CV積為0.01以上。
第7項. 如第6項所述的液晶組成物，其中所述總正相逆相CV積與所述基板的表面自由能的比(總正相逆相CV積/表面自由能(N/m))為0.025~1。
第8項. 如第5項至第7項中任一項所述的液晶組成物，其更包括由下述通式(5)至通式(7)的任一者所表示的液 晶性化合物的至少一種。
Figure 106106348-A0305-02-0006-2
所述式(5)至式(7)中，R13為碳數1~10的烷基或碳數2~10的烯基，於該R13中，至少1個-CH2-可由-O-取代，至少1個氫可由氟取代；X11為氟、氯、-OCF3、-OCHF2、-CF3、-CHF2、-CH2F、-OCF2CHF2、或-OCF2CHFCF3；環C1、環C2及環C3獨立為1,4-伸環己基、至少1個氫可由氟取代的1,4-伸苯基、四氫吡喃-2,5-二基、1,3-二噁烷-2,5-二基、或嘧啶-2,5-二基；Z14、Z15及Z16獨立為單鍵、-(CH2)2-、-CH=CH-、-C≡C-、-COO-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2O-、或-(CH2)4-；L11及L12獨立為氫或氟。
第9項. 如第5項至第8項中任一項所述的液晶組成物，其更包括由下述通式(8)所表示的液晶性化合物。
Figure 106106348-A0305-02-0007-3
所述式(8)中，R14為碳數1~10的烷基或碳數2~10的烯基，於該R14中，至少1個-CH2-可由-O-取代，至少1個氫可由氟取代；X12為-C≡N或-C≡C-C≡N；環D1為1,4-伸環己基、至少1個氫可由氟取代的1,4-伸苯基、四氫吡喃-2,5-二基、1,3-二噁烷-2,5-二基、或嘧啶-2,5-二基；Z17為單鍵、-(CH2)2-、-C≡C-、-COO-、-CF2O-、-OCF2-、或-CH2O-；L13及L14獨立為氫或氟；i為1、2、3、或4。
第10項. 如第5項至第9項中任一項所述的液晶組成物，其更包括由下述通式(16)至通式(18)的任一者所表示的液晶性化合物的至少一種。
Figure 106106348-A0305-02-0007-4
所述式(16)至式(18)中，R11及R12獨立為碳數1~10的烷基、碳數1~10的烷氧基、碳數2~10的烷氧基烷基、碳數2~10的烯基或二氟乙烯基；環B1、環B2、環B3及環B4獨立為1,4-伸環己基、1,4-伸苯基、2-氟-1,4-伸苯基、2,5-二氟-1,4-伸苯基、或嘧啶-2,5-二基；Z11、Z12及Z13獨立為單鍵、-(CH2)2-、-CH=CH-、-C≡C-、或-COO-。
第11項. 如第5項至第10項中任一項所述的液晶組成物，其更包括由下述通式(19)所表示的聚合性化合物。
Figure 106106348-A0305-02-0008-5
所述式(19)中，環F及環I獨立為環己基、環己烯基、苯基、1-萘基、2-萘基、四氫吡喃-2-基、1,3-二噁烷-2-基、嘧啶-2-基、或吡啶-2-基，於該些環中，至少1個氫獨立可由鹵素、碳數1~12的烷基、碳數1~12的烷氧基、或至少1個氫經鹵素取代的碳數1~12的烷基取代；環G為1,4-伸環己基、1,4-伸環己烯基、1,4-伸苯基、萘-1,2-二基、萘-1,3-二基、萘-1,4-二基、萘-1,5-二基、萘-1,6-二基、萘-1,7- 二基、萘-1,8-二基、萘-2,3-二基、萘-2,6-二基、萘-2,7-二基、四氫吡喃-2,5-二基、1,3-二噁烷-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基、或吡啶-2,5-二基，於該些環中，至少1個氫獨立可由鹵素、碳數1~12的烷基、碳數1~12的烷氧基、或至少1個氫經鹵素取代的碳數1~12的烷基取代；Z22及Z23獨立為單鍵或碳數1~10的伸烷基，於該Z22及Z23中，至少1個-CH2-獨立可由-O-、-CO-、或-COO-取代，至少1個-CH2CH2-獨立可由-CH=CH-、-C(CH3)=CH-、或-C(CH3)=C(CH3)-取代，於該些基中，至少1個氫可由氟或氯取代；Q1、Q2及Q3獨立為聚合性基；Sp1、Sp2及Sp3獨立為單鍵或碳數1~10的伸烷基，於該Sp1、Sp2及Sp3中，至少1個-CH2-獨立可由-O-、-COO-、-OCO-、或-OCOO-取代，至少1個-CH2CH2-獨立可由-CH=CH-或-C≡C-取代，於該些基中，至少1個氫獨立可由氟或氯取代；d為0、1、或2；e、f、及g獨立為0、1、2、3、或4，且e、f、及g的和為1以上。
第12項. 如第11項所述的液晶組成物，其中於所述通式(19)中，Q1、Q2及Q3獨立為由下述通式(Q-1)至通式(Q-5)的任一者所表示的聚合性基。
[化14]
Figure 106106348-A0305-02-0010-7
所述式(Q-1)至式(Q-5)中，M1、M2及M3獨立為氫、氟、碳數1~5的烷基、或至少1個氫經鹵素取代的碳數1~5的烷基。
第13項. 如第11項所述的液晶組成物，其中由所述通式(19)所表示的聚合性化合物為由下述通式(19-1)至通式(19-7)的任一者所表示的聚合性化合物。
[化15]
Figure 106106348-A0305-02-0011-8
所述式(19-1)至式(19-7)中，L21、L22、L23、L24、L25、L26、L27及L28獨立為氫、氟、或甲基；Sp1、Sp2及Sp3獨立為單鍵或碳數1~10的伸烷基，於該Sp1、 Sp2及Sp3中，至少1個-CH2-獨立可由-O-、-COO-、-OCO-、或-OCOO-取代，至少1個-(CH2)2-獨立可由-CH=CH-或-C≡C-取代，於該些基中，至少1個氫獨立可由氟或氯取代；Q4、Q5及Q6獨立為由下述通式(Q-1)至式(Q-3)的任一者所表示的聚合性基，此處，M1、M2及M3獨立為氫、氟、碳數1~5的烷基、或至少1個氫經鹵素取代的碳數1~5的烷基。
Figure 106106348-A0305-02-0012-9
第14項. 如第5項至第13項中任一項所述的液晶組成物，其更包括選自聚合起始劑、聚合抑制劑、光學活性化合物、抗氧化劑、紫外線吸收劑、光穩定劑、熱穩定劑及消泡劑中的至少一種。
迄今為止，不存在可藉由低分子的添加劑來使液晶介質進行均勻配向的技術，根據本申請案發明的較佳的形態，可僅藉由添加特定的低分子極性化合物來使液晶介質進行均勻配向，可不需要先前的用以使液晶進行配向的配向膜或配向處理。其結果，例如可實現邊緣場切換(Fringe Field Switching，FFS)等使用橫向電場的模式的無聚醯亞胺化。
圖1是實施例1的電壓-透過率曲線。
本說明書中的用語的使用方法如下所述。所謂「液晶介質」，是指液晶顯示元件或裝置中所使用的液晶或液晶性者，雖然不限定於以下者，但例如為液晶性化合物、液晶組成物、高分子液晶等。有時將「液晶組成物」及「液晶顯示元件」的用語分別略記為「組成物」及「元件」。「液晶顯示元件」是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，以及不具有液晶相但以調節如向列相的溫度範圍、黏度、介電常數各向異性般的特性為目的而混合至組成物中的化合物的總稱。該化合物例如具有如1,4-伸環己基或1,4-伸苯基般的六員環，其分子結構為棒狀(rod like)。「聚合性化合物」是以於組成物中生成聚合體為目的而添加的化合物。所謂「低分子」，是指並非「高分子」者。所謂「高分子」，是指含有具有可進行聚合反應的結構的化合物藉由聚合反應所生成的單體單元的重複結構者。藉由並非聚合反應的反應來合成、且不具有單體單元的重複結構的高分子量的化合物為低分子。另外，作為具有可進行聚合反應的結構的化合物的聚合前的化合物為低分子。
液晶組成物藉由將多種液晶性化合物混合來製備。液晶性化合物的比例(含量)由基於該液晶組成物的重量的重量百分率(wt%)來表示。於該液晶組成物中，視需要添加如聚合性化合 物、聚合起始劑、聚合抑制劑、光學活性化合物、抗氧化劑、紫外線吸收劑、光穩定劑、熱穩定劑、消泡劑、色素般的添加物。與液晶性化合物的比例同樣地，添加物的比例(添加量)由基於液晶組成物的重量的重量百分率(wt%)來表示。有時亦使用重量百萬分率(ppm)。例外地是聚合起始劑及聚合抑制劑的比例基於聚合性化合物的重量來表示。
作為例子，由式(X)所表示的化合物是指由式(X)所表示的一種化合物、兩種化合物的混合物、或三種以上的化合物的混合物。由六邊形包圍的B1、C1、F等記號分別對應於環B1、環C1、環F等。六邊形表示如環己烷環或苯環般的六員環或如萘環般的縮合環。橫穿該六邊形的斜線表示環上的任意的氫可由-Sp1-Q1等基取代。e等添加字表示經取代的基的數量。當添加字為0時，不存在此種取代。
將末端基的記號(例如R的上標添加字)用於多種成分化合物。於該些化合物中，任意的2個相同記號的末端基所表示的2個基可相同、或亦可不同。例如，有化合物(Y)的末端基為乙基，化合物(Z)的相同記號的末端基為乙基的例子。亦有化合物(Y)的末端基為乙基，化合物(Z)的相同記號的末端基為丙基的例子。該規則亦適用於其他末端基、環、鍵結基等的記號。於式(8)中，當i為2時，存在2個環D1。於該化合物中，2個環D1所表示的2個基可相同、或亦可不同。該規則亦適用於i大於2時的任意的2個環D1。該規則亦適用於其他環、鍵結基等的 記號。
「至少1個‘X’」的表達是指‘X’的數量任意。「至少1個‘X’可由‘Y’取代」的表達於‘X’的數量為1個時，是指‘X’的位置任意，於‘X’的數量為2個以上時，該些‘X’的位置亦可無限制地選擇。該規則亦適用於「至少1個‘X’經‘Y’取代」的表達。「至少1個X可由Y、Z、或W取代」這一表達是指包括至少1個X經Y取代的情況，至少1個X經Z取代的情況，及至少1個X經W取代的情況，進而多個X經Y、Z、W的至少2個取代的情況。例如，至少1個-CH2-(或-(CH2)2-)可由-O-(或-CH=CH-)取代的烷基包括：烷基、烯基、烷氧基、烷氧基烷基、烷氧基烯基、烯氧基烷基。再者，連續的2個-CH2-由-O-取代而變成如-O-O-般的情況不佳。於液晶性化合物中，在烷基等中，甲基部分(-CH2-H)的-CH2-由-O-取代而變成-O-H的情況不佳。
鹵素是指氟、氯、溴、或碘。較佳的鹵素為氟或氯。更佳的鹵素為氟。烷基為直鏈狀或分支狀，只要事先無特別說明，則不包含環狀烷基。直鏈狀烷基通常優於分支狀烷基。烷氧基、烯基等末端基亦同樣如此。為了提昇向列相的上限溫度，關於1,4-伸環己基的立體構型是反式優於順式。2-氟-1,4-伸苯基是指下述的兩種二價基。於化學式中，氟可為向左(L)，亦可為向右(R)。該規則亦適用於如四氫吡喃-2,5-二基般的藉由自環中去除2個氫所生成的非對稱的二價基。
Figure 106106348-A0305-02-0016-10
本發明是有關於一種液晶介質，其是封入至未施加配向處理或配向膜、且於至少一者中形成有透明電極的一對基板之間的液晶介質，其包括使該液晶介質對於基板進行均勻配向的低分子極性化合物，且對於基板自發地進行均勻配向。即，本發明是有關於一種對於基板自發地進行均勻配向的液晶或液晶性者，例如對於基板自發地進行均勻配向的液晶性化合物、液晶組成物、高分子液晶等。以下，對構成本發明的各要素進行詳細說明。
1.低分子極性化合物
本發明的極性化合物是使液晶介質對於基板進行均勻配向的極性化合物，且為低分子。此處，液晶單元包含不施加用以使液晶介質進行配向的配向處理或配向膜的2片基板(於至少一個基板中形成有透明電極)、及夾持於所述2片基板之間的液晶介質，藉由添加至液晶介質中的極性化合物來使該液晶介質對於該基板進行均勻配向。所謂均勻配向，是指除液晶介質與基板面平行地進行配向以外，液晶介質在與基板面平行的面內亦進行配向。本發明的極性化合物的化學結構較佳為包含無極性基與極性基，本發明並不受特定的原理約束，但可認為藉由該極性基與基板或形成於基板上的電極相互作用，該無極性基與液晶介質相互作用， 而使液晶介質對於基板進行均勻配向。極性化合物可具有聚合性基，具有聚合性基的極性化合物使液晶介質進行配向，並且藉由紫外線照射等而進行聚合及與其他聚合性化合物進行共聚。藉此，可使聚合前的配向穩定化。
1.1 低分子極性化合物的正相逆相CV積
所謂正相逆相CV積，是指將於某一個分子內存在何種程度的極性基及無極性基加以數值化者，具有電偏置(electrical bias)更大的極性基及電偏置更小的無極性基共存的化學結構的化合物的該值變大，具有分子整體為中性的化學結構的化合物的該值變低。
藉由正相及逆相的薄層層析法(Thin Layer Chromatography，TLC)來使該化合物展開，並作為各自的保留因子(Retention factor，Rf)值(試樣的展開距離/移動床(moving bed)的展開距離)的倒數CV值(1/Rf)的積來測定正相逆相CV積。於藉由正相的TLC進行測定時Rf值小的化合物具有極性基，於藉由逆相的TLC進行測定時Rf值小的化合物具有無極性基。既存在於一種化合物中同時滿足所述2個特性的情況，亦存在不滿足任一種特性的情況。作為標準的測定方法，於正相的TLC測定中，使用默克(Merck)公司製造的TLC(矽膠60 F254)，於甲苯與乙酸乙酯的混合溶媒(容積比為4：1)中展開，於逆相的TLC測定中，使用默克公司製造的TLC(矽膠60 RP-18 F254s)，於甲醇中展開。
正相逆相CV積=1/Rf(p)×1/Rf(n)
Rf(p)：正相中的Rf值
Rf(n)：逆相中的Rf值
本發明的低分子極性化合物的特徵在於具有1.3以上的正相逆相CV積，較佳為具有1.3~50.0的正相逆相CV積，更佳為具有1.4~15.0的正相逆相CV積，進而更佳為具有1.5~6.0的正相逆相CV積。藉由將正相逆相CV積設為該些範圍內，可獲得較佳的配向狀態，可抑制添加量並減小源自液晶介質的其他成分的對物性值造成的影響，另外，能夠擴大可獲得均勻配向的溫度範圍等條件範圍。
本發明的低分子極性化合物只要可使液晶介質對於基板進行均勻配向，則其結構並無特別限定，以下例示具體的結構。
1.2 由通式(1)所表示的低分子極性化合物。
[化18]M-P (1)
所述式(1)中，M為碳數1以上的無極性基，P為極性基。
所述通式(1)中，M較佳為碳數1~50的無極性基，更佳為碳數3~35的無極性基，進而更佳為碳數4~25的無極性基，特佳為將烷基鏈、伸環己基及伸苯基等組合而成的基。
所述通式(1)中，P較佳為獨立為碳數1~25的直鏈狀、分支狀或環狀的烷基，於該P中，至少1個未鄰接的-CH2-獨立的，以N、O及/或S原子相互不直接連結的方式，可由-N(-P0)-、-O-、 -S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-或-O-CO-O-取代，至少1個三級碳(CH基)可由N取代，至少1個氫獨立可由F或Cl取代，至少1個-(CH2)2-獨立可由-CH=CH-或-C≡C-取代，其中，P含有選自N、S及/或O中的1個以上的雜原子。P更佳為羥基、胺基、羧基、碸基、酯鍵、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯等。
再者，「-N(-P0)-」中的P0獨立為碳數1~25的直鏈狀、分支狀或環狀的烷基，於該P0中，至少1個未鄰接的-CH2-獨立的，以N、O及/或S原子相互不直接連結的方式，可由-N(-P0)-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-或-O-CO-O-取代，至少1個三級碳(CH基)可由N取代，至少1個氫獨立可由F或Cl取代，至少1個-(CH2)2-獨立可由-CH=CH-或-C≡C-取代，其中，P0含有選自N、S及/或O中的1個以上的雜原子。
1.3 由通式(2)或通式(3)所表示的低分子極性化合物
所述通式(1)的極性化合物之中，較佳為以下的通式(2)或通式(3)的極性化合物。
Figure 106106348-A0305-02-0019-12
所述式(2)及式(3)中， R4為氫、鹵素或碳數1~20的烷基，於該R4中，至少1個-CH2-獨立可由-O-或-S-取代，至少1個-(CH2)2-可由-CH=CH-取代，於該些基中，至少1個氫可由鹵素取代，P1、P2、P3及P4獨立為由所述通式(Q-0)所表示的基，或者碳數1~25的直鏈狀、分支狀或環狀的烷基，於該P1、P2、P3及P4中，至少1個未鄰接的-CH2-獨立的，以N、O及/或S原子相互不直接連結的方式，可由-N(-P0)-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-或-O-CO-O-取代，至少1個三級碳(CH基)可由N取代，至少1個氫獨立可由F或Cl取代，至少1個-(CH2)2-獨立可由-CH=CH-或-C≡C-取代，其中，P1、P2、P3及P4含有選自N、S及/或O中的1個以上的雜原子，P0獨立為碳數1~25的直鏈狀、分支狀或環狀的烷基，於該P0中，至少1個未鄰接的-CH2-獨立的，以N、O及/或S原子相互不直接連結的方式，可由-N(-P0)-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-或-O-CO-O-取代，至少1個三級碳(CH基)可由N取代，至少1個氫獨立可由F或Cl取代，至少1個-(CH2)2-獨立可由-CH=CH-或-C≡C-取代，其中，P0含有選自N、S及/或O中的1個以上的雜原子，所述式(Q-0)中，R1、R2及R3獨立為氫、鹵素或碳數1~20的烷基，於該R1、R2及R3中，至少1個-CH2-獨立可由-O-或-S-取代，至少1個-(CH2)2-可由-CH=CH-取代，於該些基中，至少1個氫可由鹵素取代。
所述式(2)中的P1~P4、所述式(3)中的P1~P3較佳為丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，所述式(3)中的R1較佳為烷基、碳數1~30的烷基、碳數1~20的烷基、碳數2~10的烷基。
所述式(2)或式(3)的極性化合物之中，較佳為具有以下的化學結構的極性化合物。
Figure 106106348-A0305-02-0021-13
所述通式(2-1)中的R1為碳數1~4的直鏈狀或環狀的烷基；所述通式(2-2)及式(3-1)中的R1、R2、R3及R4獨立為氫、鹵素或碳數1~20的烷基，於該R1、R2、R3及R4中，至少1個-CH2-獨立可由-O-或-S-取代，至少1個-(CH2)2-可由-CH=CH-取代，於該些基中，至少1個氫可由鹵素取代。
更佳為具有以下的化學結構的極性化合物。
Figure 106106348-A0305-02-0021-15
1.4 由通式(4)所表示的低分子極性化合物
所述通式(1)的極性化合物之中，較佳為以下的通式(4)的極性化合物。
Figure 106106348-A0305-02-0022-16
所述式(4)中，R1為碳數1~15的烷基，於該R1中，至少1個-CH2-獨立可由-O-或-S-取代，至少1個-(CH2)2-獨立可由-CH=CH-或-C≡C-取代，於該些基中，至少1個氫可由鹵素取代；環A1及環A4獨立為1,4-伸環己基、1,4-伸環己烯基、1,4-伸苯基、萘-2,6-二基、十氫萘-2,6-二基、1,2,3,4-四氫萘-2,6-二基、四氫吡喃-2,5-二基、1,3-二噁烷-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基、吡啶-2,5-二基、茀-2,7-二基、菲-2,7-二基、蒽-2,6-二基、全氫環戊[a]菲-3,17-二基、或2,3,4,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17-十四氫環戊[a]菲-3,17-二基，於該些環中，至少1個氫獨立可由氟、氯、碳數1~12的烷基、碳數2~12的烯基、碳數1~11的烷氧基、或碳數2~11的烯氧基取代，於該些基中，至少1個氫獨立可由氟或氯取代；Z1為單鍵或碳數1~10的伸烷基，於該Z1中，至少1個-CH2-獨立可由-O-、-CO-、-COO-、-OCO-、或-OCOO-取代，至少1個-(CH2)2-獨立可由-CH=CH-或-C≡C-取代，於該些基中，至少1個氫可由鹵素取代； Sp1為單鍵或碳數1~10的伸烷基，於該Sp1中，至少1個-CH2-獨立可由-O-、-CO-、-COO-、-OCO-、或-OCOO-取代，至少1個-(CH2)2-獨立可由-CH=CH-或-C≡C-取代，於該些基中，至少1個氫可由鹵素取代；M1及M2獨立為氫、鹵素、碳數1~5的烷基、或至少1個氫經鹵素取代的碳數1~5的烷基；a為0、1、2、3、或4；R2為由下述通式(1a)或通式(1b)所表示的基：
Figure 106106348-A0305-02-0023-17
所述式(1a)及式(1b)中，Sp2及Sp3獨立為單鍵或碳數1~10的伸烷基，於該Sp2及Sp3中，至少1個-CH2-獨立可由-O-、-NH-、-CO-、-COO-、-OCO-、或-OCOO-取代，至少1個-(CH2)2-獨立可由-CH=CH-或-C≡C-取代，於該些基中，至少1個氫可由鹵素取代；S1為>CH-或>N-；X1獨立為-OH、-NH2、-OR3、-N(R3)2、由所述通式(x1)所表示的基、-COOH、-SH、-B(OH)2、或由-Si(R3)3所表示的基，此處，R3為氫或碳數1~10的烷基，於該R3中，至少1個-CH2-可由-O-取代，至少1個-(CH2)2-可由-CH=CH-取代，於X1中，至少 1個氫可由鹵素取代，所述通式(x1)中的w為1、2、3或4。
式(4)中，較佳的環A1或環A4為1,4-伸環己基、1,4-伸苯基、全氫環戊[a]菲-3,17-二基、或2,3,4,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17-十四氫環戊[a]菲-3,17-二基，於該些環中，至少1個氫可由氟、或碳數1~5的烷基取代。更佳的環A1或環A4為1,4-伸環己基、1,4-伸苯基、全氫環戊[a]菲-3,17-二基，於該些環中，例如如1-甲基-1,4-伸環己基、2-乙基-1,4-伸環己基、2-氟-1,4-伸苯基般，至少1個氫可由氟、甲基、或乙基取代。
式(4)中，較佳的Z1為單鍵、-(CH2)2-、-CH=CH-、-C≡C-、-COO-、-OCO-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2O-、-OCH2-、或-CF=CF-。更佳的Z1為單鍵、-(CH2)2-、或-CH=CH-。特佳的Z1為單鍵。
式(4)中，較佳的Sp1為單鍵、碳數1~5的伸烷基、或1個-CH2-經-O-取代的碳數1~5的伸烷基。更佳的Sp1為單鍵、碳數1~3的伸烷基、或1個-CH2-經-O-取代的碳數1~3的伸烷基。
式(4)中，較佳的M1或M2為氫、氟、甲基、乙基、或三氟甲基。更佳的M1或M2為氫。
式(4)中，較佳的a為0、1、2、或3。更佳的a為0、1、或2。
式(1a)及式(1b)中，較佳的Sp2或Sp3為碳數1~7的伸烷基、或1個-CH2-經-O-取代的碳數1~5的伸烷基。更佳的 Sp2或Sp3為碳數1~5的伸烷基、或1個-CH2-經-O-取代的碳數1~5的伸烷基。特佳的Sp2或Sp3為-CH2-。
式(1a)及式(1b)中，較佳的X1為-OH、-NH2、-OR3、-N(R3)2、由通式(x1)所表示的基、或由-Si(R3)3所表示的基，此處，R3為氫或碳數1~5的烷基，於該R3中，至少1個-CH2-可由-O-取代，至少1個-(CH2)2-可由-CH=CH-取代，於該些基中，至少1個氫可由氟取代，所述通式(x1)中的w為1、2、3或4。更佳的X1為-OH、-NH2、或-N(R3)2。特佳的X1為-OH。
作為通式(4)的更具體的極性化合物，可列舉以下者。
Figure 106106348-A0305-02-0025-18
式(4-1)至式(4-10)中，R1為碳數1~10的烷基； Sp1為單鍵或碳數1~5的伸烷基，於該Sp1中，至少1個-CH2-可由-O-取代，於該些基中，至少1個氫可由氟取代；Sp2為碳數1~5的伸烷基，於該Sp2中，至少1個-CH2-可由-O-取代；L1、L2、L3、L4及L5獨立為氫、氟、甲基、或乙基；Y1及Y2獨立為氫或甲基。
作為通式(4)的更具體的極性化合物，可列舉以下者。
Figure 106106348-A0305-02-0026-19
式(4-11)至式(4-20)中，R1為碳數1~10的烷基；Sp1為單鍵或碳數1~5的伸烷基，於該Sp1中，至少1個-CH2-可由-O-取代，於該些基中，至少1個氫可由氟取代； Sp2為碳數1~5的伸烷基，於該Sp2中，至少1個-CH2-可由-O-取代；L1、L2、L3、L4及L5獨立為氫、氟、甲基、或乙基；Y1及Y2獨立為氫或甲基；R3為氫、甲基或乙基。
更佳為具有以下的化學結構的極性化合物。
Figure 106106348-A0305-02-0027-20
1.5 低分子極性化合物的合成
由所述通式(1)所表示的極性化合物、由通式(2)及通式(3)所表示的極性化合物是無極性基與極性基的鍵結體，只要利用對於本領域從業人員而言公知的有機合成的知識，便可容易地合成。
通式(2)的低分子極性化合物
作為合成分類為通式(2)的極性化合物的例如所述通式(2-1)的極性化合物或所述通式(2-2)的極性化合物的方法，如以下般，可藉由使任意的羧酸或醯氯於季戊四醇中進行酯化來合成。
Figure 106106348-A0305-02-0028-21
通式(3)的低分子極性化合物
另外，作為合成分類為通式(3)的極性化合物的例如所述通式(3-1)的極性化合物的方法，如以下般，可藉由在鹼性條件下使任意的醛與三聚甲醛進行反應而合成三醇，進而使任意的羧酸或醯氯進行酯化來合成。
[化28]
Figure 106106348-A0305-02-0029-23
通式(4)的低分子極性化合物
由所述通式(4)所表示的極性化合物亦為無極性基與極性基的鍵結體，只要利用對於本領域從業人員而言公知的有機合成的知識，便可容易地合成。
鍵結基的生成
生成化合物(4)中的鍵結基的方法的例子如下述的流程般。於該流程中，MSG1(或MSG2)是具有至少1個環的一價的有機基。多個MSG1(或MSG2)所表示的一價的有機基可相同、或亦可不同。化合物(1A)至化合物(1G)相當於化合物(4)或化合物(4)的中間物。
Figure 106106348-A0305-02-0029-24
Figure 106106348-A0305-02-0030-25
Figure 106106348-A0305-02-0030-26
Figure 106106348-A0305-02-0030-27
Figure 106106348-A0305-02-0030-28
[化34]
Figure 106106348-A0305-02-0031-29
(I)單鍵的生成
於碳酸鹽、四(三苯基膦)鈀觸媒的存在下，使芳基硼酸(21)與化合物(22)進行反應來合成化合物(1A)。該化合物(1A)亦可藉由如下方式來合成：使化合物(23)與正丁基鋰進行反應，繼而與氯化鋅進行反應，然後於二氯雙(三苯基膦)鈀觸媒的存在下與化合物(22)進行反應。
(II)-COO-與-OCO-的生成
使化合物(23)與正丁基鋰進行反應，繼而與二氧化碳進行反應而獲得羧酸(24)。在DDC(1,3-二環己基碳二醯亞胺)與DMAP(4-二甲基胺基吡啶)的存在下，使該羧酸(24)與自化合物(21)衍生出的苯酚(25)脫水來合成具有-COO-的化合物(1B)。具有-OCO-的化合物亦藉由該方法來合成。
(III)-CF2O-與-OCF2-的生成
利用勞森試劑對化合物(1B)進行硫化，而獲得化合物(26)。利用氟化氫吡啶錯合物與NBS(N-溴琥珀醯亞胺)對化合物(26)進行氟化，而合成具有-CF2O-的化合物(1C)。參照M.Kuroboshi等.,「化學快報(Chem.Lett.)」,1992,827.。亦可利用DAST((二乙基胺基)三氟化硫)對化合物(26)進行氟化來合成化合物(1C)。參照W.H.Bunnelle等.，「有機化學期刊(J.Org.Chem.)」1990, 55,768.。具有-OCF2-的化合物亦藉由該方法來合成。
(IV)-CH=CH-的生成
使化合物(22)與正丁基鋰進行反應，繼而與DMF(N,N-二甲基甲醯胺)進行反應而獲得醛(27)。使鏻鹽(28)與第三丁醇鉀進行反應而產生磷葉立德(phosphorus ylide)，並使該磷葉立德與醛(27)進行反應來合成化合物(1D)。因反應條件而生成順式體，因此視需要利用公知的方法將順式體異構化成反式體。
(V)-(CH2)2-的生成
於鈀碳觸媒的存在下對化合物(1D)進行氫化，而合成化合物(1E)。
(VI)-C≡C-的生成
在二氯鈀與碘化銅的觸媒存在下，使化合物(23)與2-甲基-3-丁炔-2-醇進行反應後，於鹼性條件下進行脫保護而獲得化合物(29)。在二氯雙(三苯基膦)鈀與鹵化銅的觸媒存在下，使化合物(29)與化合物(22)進行反應，而合成化合物(1F)。
(VII)-CH2O-與-OCH2-的生成
利用硼氫化鈉將化合物(27)還原而獲得化合物(30)。利用氫溴酸對其進行溴化而獲得化合物(31)。於碳酸鉀的存在下，使化合物(25)與化合物(31)進行反應，而合成化合物(1G)。具有-OCH2-的化合物亦藉由該方法來合成。
(VIII)-CF=CF-的生成
利用正丁基鋰對化合物(23)進行處理後，使四氟乙烯進行 反應而獲得化合物(32)。利用正丁基鋰對化合物(22)進行處理後，與化合物(32)進行反應，而合成化合物(1H)。
環A1及環A2的生成
關於1,4-伸環己基、1,4-伸環己烯基、1,4-伸苯基、2-氟-1,4-伸苯基、2-甲基-1,4-伸苯基、2-乙基-1,4-伸苯基、萘-2,6-二基、十氫萘-2,6-二基、1,2,3,4-四氫萘-2,6-二基、四氫吡喃-2,5-二基、1,3-二噁烷-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基、吡啶-2,5-二基、全氫環戊[a]菲-3,17-二基、2,3,4,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17-十四氫環戊[a]菲-3,17-二基等環，起始物質有市售、或合成法廣為人知。
合成分類為通式(4)的極性化合物的具有具體的化學結構的化合物的其他方法如下所述。於以下的合成方法的說明中，R1、M1及M2的定義與所述相同。再者，「MES」表示包含通式(4)中的A1、Z1及A4的部位。
通式(4)中的R2為-CH2-OH的化合物(4-51)可藉由以下的方法來合成。於N,N'-二環己基碳二醯亞胺(DCC)及N,N-二甲基-4-胺基吡啶(DMAP)的存在下，使化合物(a)與化合物(b)進行反應，而獲得化合物(c)。於DABCO(1,4-二氮雜雙環[2.2.2]辛烷)的存在下，使化合物(c)與HCHO(甲醛)進行反應，藉此可導出化合物(4-51)。再者，化合物(c)亦可藉由在三乙基胺等鹼的存在下，使化合物(a)與化合物(d)進行反應來合成。
[化35]
Figure 106106348-A0305-02-0034-30
化合物(4-51)亦可藉由以下的方法來合成。於DABCO的存在下，使化合物(e)與甲醛進行反應，而獲得化合物(f)。繼而，使第三丁基二甲基氯矽烷(TBSCl)與咪唑發揮作用而獲得化合物(g)後，利用氫氧化鋰等鹼進行水解而獲得化合物(h)。於DCC及DMAP的存在下，使化合物(a)與化合物(h)進行反應，獲得化合物(i)後，利用TBAF(氟化四丁基銨)進行脫保護，藉此可導出化合物(4-51)。
Figure 106106348-A0305-02-0034-31
通式(4)中的R2為-(CH2)2-OH的化合物(4-52)可藉由以下的方法來合成。使三溴化磷對化合物(4-51)發揮作用， 而獲得化合物(j)。繼而，使銦對化合物(j)發揮作用後，與甲醛進行反應，藉此可導出化合物(4-52)。
Figure 106106348-A0305-02-0035-32
2.液晶性化合物
以下說明本發明中所使用的較佳的由通式(5)至通式(8)、通式(16)至通式(18)的任一者所表示的液晶性化合物。藉由將該些化合物適當地加以組合，可製備充分滿足高的上限溫度、低的下限溫度、小的黏度、適當的光學各向異性、正或負且大的介電常數各向異性、大的比電阻、對於紫外線的高的穩定性、對於熱的高的穩定性、大的彈性常數等特性的至少一者的液晶組成物。視需要，亦可添加與該些化合物不同的液晶性化合物。
2.1 下述通式(5)至通式(7)的液晶性化合物
[化38]
Figure 106106348-A0305-02-0036-33
所述式(5)至式(7)中，R13為碳數1~10的烷基或碳數2~10的烯基，於該R13中，至少1個-CH2-可由-O-取代，至少1個氫可由氟取代；X11為氟、氯、-OCF3、-OCHF2、-CF3、-CHF2、-CH2F、-OCF2CHF2、或-OCF2CHFCF3；環C1、環C2及環C3獨立為1,4-伸環己基、至少1個氫可由氟取代的1,4-伸苯基、四氫吡喃-2,5-二基、1,3-二噁烷-2,5-二基、或嘧啶-2,5-二基；Z14、Z15及Z16獨立為單鍵、-(CH2)2-、-CH=CH-、-C≡C-、-COO-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2O-、或-(CH2)4-；L11及L12獨立為氫或氟。
式(5)至式(7)的液晶性化合物是於右末端具有鹵素或含有氟的基的化合物。作為較佳的例子，可列舉：化合物(5-1)至化合物(5-16)、化合物(6-1)至化合物(6-113)、化合物(7-1)至化合物(7-57)。於該些式中，R13及X11的含義與式(5)至式 (7)相同。
Figure 106106348-A0305-02-0037-34
[化40]
Figure 106106348-A0305-02-0038-35
[化41]
Figure 106106348-A0305-02-0039-36
[化42]
Figure 106106348-A0305-02-0040-37
[化43]
Figure 106106348-A0305-02-0041-40
[化44]
Figure 106106348-A0305-02-0042-41
式(5)至式(7)的液晶性化合物因介電常數各向異性為正，對於熱、光等的穩定性非常優異，故可用於製備面內切換(In-Plane Switching，IPS)、FFS、光學補償彎曲(Optically Compensated Bend，OCB)等模式用的組成物的情況。基於液晶組成物的重量，該些化合物的含量適宜的是1wt%~99wt%的範圍，較佳為10wt%~97wt%的範圍，更佳為40wt%~95wt%的範圍。當將該些化合物添加至介電常數各向異性為負的組成物中時，基於液晶組成物的重量，其含量較佳為30wt%以下。藉由添加該些化合物，可調整組成物的彈性常數，並可調整元件的電壓-透過率 曲線。
2.2 由下述通式(8)所表示的液晶性化合物
Figure 106106348-A0305-02-0043-42
所述式(8)中，R14為碳數1~10的烷基或碳數2~10的烯基，於該R14中，至少1個-CH2-可由-O-取代，至少1個氫可由氟取代；X12為-C≡N或-C≡C-C≡N；環D1為1,4-伸環己基、至少1個氫可由氟取代的1,4-伸苯基、四氫吡喃-2,5-二基、1,3-二噁烷-2,5-二基、或嘧啶-2,5-二基；Z17為單鍵、-(CH2)2-、-C≡C-、-COO-、-CF2O-、-OCF2-、或-CH2O-；L13及L14獨立為氫或氟；i為1、2、3、或4。
由式(8)所表示的液晶性化合物是右末端基為-C≡N或-C≡C-C≡N的化合物。作為較佳的例子，可列舉化合物(8-1)至化合物(8-64)。於該些式中，R14及X12的含義與式(8)相同。
[化46]
Figure 106106348-A0305-02-0044-45
[化47]
Figure 106106348-A0305-02-0045-46
由式(8)所表示的液晶性化合物因介電常數各向異性為正、且其值大，故主要用於製備扭轉向列(Twisted Nematic，TN)等模式用的組成物的情況。藉由添加該化合物，可增大組成物的介電常數各向異性。該化合物具有擴大液晶相的溫度範圍、調整黏度、或調整光學各向異性這一效果。該化合物對於元件的電壓-透過率曲線的調整亦有用。
當製備TN等模式用的組成物時，基於液晶組成物的重量，由式(8)所表示的液晶性化合物的含量適宜的是1wt%~99wt%的範圍，較佳為10wt%~97wt%的範圍，更佳為40wt%~95wt%的範圍。當將該化合物添加至介電常數各向異性為負的組成物 中時，基於液晶組成物的重量，其含量較佳為30wt%以下。藉由添加該化合物，可調整組成物的彈性常數，並可調整元件的電壓-透過率曲線。
2.3 下述通式(16)至通式(18)的液晶性化合物
Figure 106106348-A0305-02-0046-47
所述式(16)至式(18)中，R11及R12獨立為碳數1~10的烷基、碳數1~10的烷氧基、碳數2~10的烷氧基烷基、碳數2~10的烯基或二氟乙烯基，於該R11及R12中，至少1個-CH2-可由-O-取代，至少1個氫可由氟取代；環B1、環B2、環B3及環B4獨立為1,4-伸環己基、1,4-伸苯基、2-氟-1,4-伸苯基、2,5-二氟-1,4-伸苯基、或嘧啶-2,5-二基；Z11、Z12及Z13獨立為單鍵、-(CH2)2-、-CH=CH-、-C≡C-、或-COO-。
式(16)至式(18)的液晶性化合物是2個末端基為烷基等的化合物。作為較佳的例子，可列舉：化合物(16-1)至化合物(16-11)、化合物(17-1)至化合物(17-19)、及化合物(18-1) 至化合物(18-7)。於該些式中，R11及R12的含義與式(16)至式(18)相同。
Figure 106106348-A0305-02-0047-48
式(16)至式(18)的液晶性化合物因介電常數各向異性的絕對值小，故為接近中性的化合物。式(16)的化合物主要 對於黏度的減少或光學各向異性的調整具有效果。式(17)的化合物及式(18)的化合物具有藉由提高上限溫度而擴大向列相的溫度範圍的效果、或對於光學各向異性的調整具有效果。
伴隨增加式(16)至式(18)的液晶性化合物的含量，組成物的介電常數各向異性變小，但黏度變小。因此，只要滿足元件的閾值電壓的要求值，則較佳為含量多。當製備IPS等模式用的組成物時，基於液晶組成物的重量，式(16)至式(18)的液晶性化合物的含量較佳為30wt%以上，更佳為40wt%以上。
3.聚合性化合物
聚合性化合物是以於液晶組成物中生成聚合體為目的而添加。於對電極間施加電壓的狀態下照射紫外線，而使聚合性化合物進行聚合，藉此於液晶組成物中生成聚合體。藉由該方法，可使配向的初期狀態穩定化，因此可獲得響應時間得到縮短、圖像的殘像得到改善的液晶顯示元件。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、乙烯氧基化合物、丙烯基醚、環氧化合物(環氧乙烷、氧雜環丁烷)、及乙烯基酮。更佳的例子為具有至少1個丙烯醯氧基的化合物及具有至少1個甲基丙烯醯氧基的化合物。進而更佳的例子亦包含具有丙烯醯氧基與甲基丙烯醯氧基兩者的化合物。以下例示具體的聚合性化合物。
3.1 通式(19)的聚合性化合物
[化50]
Figure 106106348-A0305-02-0049-49
所述式(19)中，環F及環I獨立為環己基、環己烯基、苯基、1-萘基、2-萘基、四氫吡喃-2-基、1,3-二噁烷-2-基、嘧啶-2-基、或吡啶-2-基，於該些環中，至少1個氫獨立可由鹵素、碳數1~12的烷基、碳數1~12的烷氧基、或至少1個氫經鹵素取代的碳數1~12的烷基取代；環G為1,4-伸環己基、1,4-伸環己烯基、1,4-伸苯基、萘-1,2-二基、萘-1,3-二基、萘-1,4-二基、萘-1,5-二基、萘-1,6-二基、萘-1,7-二基、萘-1,8-二基、萘-2,3-二基、萘-2,6-二基、萘-2,7-二基、四氫吡喃-2,5-二基、1,3-二噁烷-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基、或吡啶-2,5-二基，於該些環中，至少1個氫獨立可由鹵素、碳數1~12的烷基、碳數1~12的烷氧基、或至少1個氫經鹵素取代的碳數1~12的烷基取代；Z22及Z23獨立為單鍵或碳數1~10的伸烷基，於該Z22及Z23中，至少1個-CH2-獨立可由-O-、-CO-、-COO-、或-OCO-取代，至少1個-CH2CH2-獨立可由-CH=CH-、-C(CH3)=CH-、-CH=C(CH3)-、或-C(CH3)=C(CH3)-取代，於該些基中，至少1個氫可由氟或氯取代； Q1、Q2及Q3獨立為聚合性基；Sp1、Sp2及Sp3獨立為單鍵或碳數1~10的伸烷基，於該Sp1、Sp2及Sp3中，至少1個-CH2-獨立可由-O-、-COO-、-OCO-、或-OCOO-取代，至少1個-CH2CH2-獨立可由-CH=CH-或-C≡C-取代，於該些基中，至少1個氫獨立可由氟或氯取代；d為0、1、或2；e、f、及g獨立為0、1、2、3、或4，且e、f、及g的和為1以上。
所述通式(19)中，Q1、Q2及Q3較佳為獨立為由下述通式(Q-1)至通式(Q-5)的任一者所表示的聚合性基。
Figure 106106348-A0305-02-0050-50
所述式(Q-1)至式(Q-5)中，M1、M2及M3獨立為氫、氟、碳數1~5的烷基、或至少1個氫經鹵素取代的碳數1~5的烷基。
通式(19)的聚合性化合物的較佳的例子為以下的聚合性化合物(19-1)至聚合性化合物(19-7)。
[化52]
Figure 106106348-A0305-02-0051-51
所述式(19-1)至式(19-7)中，L21、L22、L23、L24、L25、L26、L27及L28獨立為氫、氟、或甲基；Sp1、Sp2及Sp3獨立為單鍵或碳數1~10的伸烷基，於該Sp1、 Sp2及Sp3中，至少1個-CH2-獨立可由-O-、-COO-、-OCO-、或-OCOO-取代，至少1個-(CH2)2-獨立可由-CH=CH-或-C≡C-取代，於該些基中，至少1個氫獨立可由氟或氯取代；Q4、Q5及Q6獨立為由下述通式(Q-1)至式(Q-3)的任一者所表示的聚合性基，此處，M1、M2及M3獨立為氫、氟、碳數1~5的烷基、或至少1個氫經鹵素取代的碳數1~5的烷基。
Figure 106106348-A0305-02-0052-52
通式(19)的聚合性化合物的更佳的例子為以下的聚合性化合物(M-1)至聚合性化合物(M-17)。於該些化合物中，R25~R31獨立為氫或甲基；v及x獨立為0或1；t及u獨立為1~10的整數；s為0或1；L21~L26獨立為氫或氟，L27及L28獨立為氫、氟、或甲基。
[化54]
Figure 106106348-A0305-02-0053-54
[化55]
Figure 106106348-A0305-02-0054-55
4.添加劑
4.1 聚合起始劑
聚合性化合物可藉由添加聚合起始劑，而迅速地進行聚合。藉由使反應溫度最佳化，可減少殘存的聚合性化合物的量。光自由基聚合起始劑的例子為源自巴斯夫(BASF)公司的達羅卡(Darocur)系列的TPO、1173、及4265，源自豔佳固(Irgacure)系列的184、369、500、651、784、819、907、1300、1700、1800、1850、及2959。
光自由基聚合起始劑的進一步的例子為4-甲氧基苯基 -2,4-雙(三氯甲基)三嗪、2-(4-丁氧基苯乙烯基)-5-三氯甲基-1,3,4-噁二唑、9-苯基吖啶、9,10-苯并啡嗪、二苯甲酮/米其勒酮混合物、六芳基聯咪唑/巰基苯并咪唑混合物、1-(4-異丙基苯基)-2-羥基-2-甲基丙烷-1-酮、苄基二甲基縮酮、2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-嗎啉基丙烷-1-酮、2,4-二乙基氧雜蒽酮/對二甲基胺基苯甲酸甲酯混合物、二苯甲酮/甲基三乙醇胺混合物。
向液晶組成物中添加光自由基聚合起始劑後，於施加電場的狀態下照射紫外線，藉此可進行聚合。但是，未反應的聚合起始劑或聚合起始劑的分解產物有可能使元件中產生圖像的殘像等顯示不良。為了防止該情況，亦可於不添加聚合起始劑的狀態下進行光聚合。所照射的光的較佳的波長為150nm~500nm的範圍。更佳的波長為250nm~450nm的範圍，最佳的波長為300nm~400nm的範圍。
4.2 聚合抑制劑
當保管聚合性化合物時，為了防止聚合，亦可添加聚合抑制劑。通常於不去除聚合抑制劑的狀態下將聚合性化合物添加至組成物中。聚合抑制劑的例子為對苯二酚、如甲基對苯二酚般的對苯二酚衍生物、4-第三丁基兒茶酚、4-甲氧基苯酚、啡噻嗪等。
4.3 光學活性化合物
光學活性化合物具有藉由在液晶分子中誘發螺旋結構而賦予所需的扭轉角來防止逆扭轉這一效果。藉由添加光學活性化合物，可調整螺距。亦能夠以調整螺距的溫度依存性為目的而添加 兩種以上的光學活性化合物。作為光學活性化合物的較佳的例子，可列舉下述的化合物(Op-1)至化合物(Op-18)。於化合物(Op-18)中，環J為1,4-伸環己基或1,4-伸苯基，R28為碳數1~10的烷基。
[化56]
Figure 106106348-A0305-02-0057-56
4.4 抗氧化劑、紫外線吸收劑、光穩定劑、熱穩定劑、消泡劑
抗氧化劑對於維持大的電壓保持率有效。作為抗氧化劑的較 佳的例子，可列舉：下述的化合物(AO-1)及化合物(AO-2)；易璐諾斯(IRGANOX)415、易璐諾斯(IRGANOX)565、易璐諾斯(IRGANOX)1010、易璐諾斯(IRGANOX)1035、易璐諾斯(IRGANOX)3114、及易璐諾斯(IRGANOX)1098(商品名：巴斯夫公司)。紫外線吸收劑對於防止上限溫度的下降有效。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。作為具體例，可列舉：下述的化合物(AO-3)及化合物(AO-4)；帝奴彬(TINUVIN)329、帝奴彬(TINUVIN)P、帝奴彬(TINUVIN)326、帝奴彬(TINUVIN)234、帝奴彬(TINUVIN)213、帝奴彬(TINUVIN)400、帝奴彬(TINUVIN)328、及帝奴彬(TINUVIN)99-2(商品名：巴斯夫公司)；以及1,4-二氮雜雙環[2.2.2]辛烷(DABCO)。
如具有位阻的胺般的光穩定劑維持大的電壓保持率，故較佳。作為光穩定劑的較佳的例子，可列舉：下述的化合物(AO-5)及化合物(AO-6)；帝奴彬(TINUVIN)144、帝奴彬(TINUVIN)765、及帝奴彬(TINUVIN)770DF(商品名：巴斯夫公司)。熱穩定劑對於維持大的電壓保持率亦有效，作為較佳的例子，可列舉：易璐佛斯(IRGAFOS)168(商品名：巴斯夫公司)。消泡劑對於防止起泡有效。消泡劑的較佳的例子為二甲基矽油、甲基苯基矽油等。
[化57]
Figure 106106348-A0305-02-0059-58
於化合物(AO-1)中，R40為碳數1~20的烷基、碳數1~20的烷氧基、-COOR41、或-CH2CH2COOR41，此處，R41為碳數1~20的烷基。於化合物(AO-2)及化合物(AO-5)中，R42為碳數1~20的烷基。於化合物(AO-5)中，R43為氫、甲基或O．(氧自由基)，環G為1,4-伸環己基或1,4-伸苯基，z為1、2、或3。
5.液晶組成物
本發明的液晶組成物至少含有(1)低分子極性化合物與(2)液晶性化合物。另外，亦可含有(3)聚合性化合物、(4)聚合起始劑、聚合抑制劑、光學活性化合物、抗氧化劑、紫外線吸收劑、光穩定劑、熱穩定劑、消泡劑等添加劑。液晶組成物藉由公知的方法來製備。例如，將成分化合物混合，然後藉由加熱來使其相互溶解。
當製備本發明的液晶組成物時，較佳為考慮正或負的介電常數各向異性的大小等來選擇液晶性化合物的種類。適當地選擇成分的組成物具有高的上限溫度、低的下限溫度、小的黏度、 適當的光學各向異性(即，大的光學各向異性或小的光學各向異性)、正或負且大的介電常數各向異性、大的比電阻、對於熱或紫外線的穩定性、及適當的彈性常數(即，大的彈性常數或小的彈性常數)。
液晶組成物中的(1)極性化合物的含量為0.01wt%~20wt%，較佳為0.1wt%~15wt%，更佳為0.3wt%~10wt%，進而更佳為0.5wt%~7wt%。
但是，極性化合物的含量較佳為考慮其正相逆相CV積來決定。即，較佳為以作為極性化合物的正相逆相CV積與其含量的積的總正相逆相CV積(正相逆相CV積×含量/100)變成0.01以上的方式調整含量。所謂總正相逆相CV積，當於液晶組成物中含有多種極性化合物時為各極性化合物的總正相逆相CV積的總和，且是指液晶組成物中所存在的極性化合物的正相逆相CV積的總和。
本發明的液晶組成物中的極性化合物的總正相逆相CV積較佳為0.01以上，更佳為0.05~20，進而更佳為0.1~10，特佳為1.0~6.0。
6.液晶顯示元件
液晶組成物可用於相變(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)、邊緣場切換(Fringe Field Switching，FFS)、電場感應光反應配向(Field-induced Photo-reactive Alignment，FPA)等模式的以主動矩陣方式進行驅動的液晶顯示元件。該組成物亦可用於PC、TN、STN、ECB、OCB、IPS、FFS、FPA等動作模式的以被動矩陣方式進行驅動的液晶顯示元件。該些元件亦可應用於反射型、透過型、半透過型的任一種類型。
該組成物亦可用於對向列型液晶進行微膠囊化所製作的向列型曲線排列相(Nematic Curvilinear Aligned Phase，NCAP)元件、於液晶中形成三維網眼狀高分子所製作的聚合物分散型液晶顯示元件(Polymer Dispersed Liquid Crystal Display，PDLCD)、以及聚合物網路液晶顯示元件(Polymer Network Liquid Crystal Display，PNLCD)。當基於液晶組成物的重量，聚合性化合物的添加量為約10wt%以下時，製作PS模式的液晶顯示元件。較佳的比例為約0.1wt%~約2wt%的範圍。更佳的比例為約0.2wt%~約1.0wt%的範圍。PS模式的元件可藉由如主動矩陣、被動矩陣般的驅動方式來進行驅動。此種元件亦可應用於反射型、透過型、半透過型的任一種類型。藉由增加聚合性化合物的添加量，亦可製作高分子分散(polymer dispersed)模式的元件。
於高分子支撐(PS；polymer sustained)型的液晶顯示元件中，可使用含有聚合體的液晶組成物。首先，將添加有少量的聚合性化合物的組成物注入至元件中。繼而，對組成物照射紫外線。聚合性化合物進行聚合，而於組成物中生成聚合體的網眼 結構。於該組成物中，可藉由聚合體來控制液晶分子的配向，因此元件的響應時間得到縮短，圖像的殘像得到改善。本發明的極性化合物促進液晶分子進行排列。即，本發明的極性化合物可代替配向處理來使用。製造此種元件的方法的一例如下所述。準備具有未施加配向處理或用以使液晶介質進行配向的配向膜的一對透明基板的元件。該基板的至少1個具有電極層。將液晶性化合物混合來製備液晶組成物。向該組成物中添加聚合性化合物及極性化合物。視需要可進而添加添加物。將該組成物注入至元件中。對該元件進行光照射。較佳為紫外線。藉由光照射來使聚合性化合物進行聚合。藉由該聚合，而生成含有聚合體的組成物，從而製作具有高分子支撐配向型的元件。
於該程序中，極性化合物因極性基與基板表面相互作用，故偏向存在於基板上。該極性化合物使液晶分子進行配向。伴隨該配向，聚合性化合物亦進行配向。於該狀態下，藉由紫外線來使聚合性化合物進行聚合，因此生成維持該配向的聚合體。藉由該聚合體的效果，液晶分子的配向更加地穩定化，因此元件的響應時間得到縮短。圖像的殘像為液晶分子的動作不良，因此藉由該聚合體的效果而亦同時改善殘像。尤其當本發明的極性化合物具有聚合性基時，使液晶分子進行配向，並且與其他聚合性化合物進行共聚。藉此，極性化合物不會漏出至液晶組成物中，因此可獲得電壓保持率大的液晶顯示元件。
6.1 用於液晶顯示元件的基板
用於液晶顯示元件的基板可使用玻璃、氧化銦錫(Indium Tin Oxide，ITO)、其他透明基板，亦可於其上形成絕緣膜(例如聚醯亞胺)等。必須先於所使用的一對基板的至少任一者中形成透明電極。為了充分地發揮本發明的極性化合物的效果，較佳為於基板上具有規定的凹凸結構，液晶性化合物沿著其結構圖案進行配向。凹凸結構的圖案間隔較佳為1μm~20μm，更佳為1μm~10μm，特佳為5μm左右。
基板上的凹凸結構可藉由電極來形成，所使用的電極較佳為ITO等透明電極。
本發明中，藉由本發明的極性化合物來使液晶性化合物進行配向的原理並不特別限定於此，但可認為其原因在於：當將液晶組成物注入至液晶單元中時，極性化合物藉由極性化合物所具有的極性基而偏向存在於基板表面上，並操縱對液晶性化合物發揮作用的基板側的表面張力。
6.2 總正相逆相CV積與表面自由能的比
於液晶組成物中，本發明的極性化合物的所述總正相逆相CV積得到定義，進而當將該液晶組成物注入至液晶單元中時，因與構成該單元的基板的關係，極性化合物的總正相逆相CV積與基板的表面自由能的比(總正相逆相CV積/表面自由能)若為0.025~1，則較佳。該比更佳為0.03~0.80，進而更佳為0.05~0.5。
6.3 液晶顯示元件中的液晶介質的配向狀態
本發明中的液晶顯示元件中的液晶介質進行均勻配向。所謂 進行均勻配向的狀態，是指除液晶介質與基板面平行地進行配向以外，液晶介質在與基板面平行的面內亦進行配向的狀態。面內配向的方向雖然並不限定於以下者，但沿著由電極等所形成的凹凸結構進行配向。
[實施例]
藉由實施例來更詳細地說明本發明。本發明不受該些實例限制。所合成的化合物藉由核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance，NMR)分析等方法來鑑定。化合物及組成物的物性值藉由下述中記載的方法來測定。
NMR分析
測定裝置使用DRX-500(布魯克拜厄斯賓(Bruker BioSpin)(股份)公司製造)。於1H-NMR的測定中，使試樣溶解於CDCl3等氘化溶媒中，並以室溫、500MHz、累計次數16次的條件來進行。將四甲基矽烷用作內部標準。於19F-NMR的測定中，將CFCl3用作內部標準，以累計次數24次來進行。於核磁共振光譜的說明中，s是指單峰(singlet)，d是指雙峰(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)。
測定試樣
當測定相結構及轉變溫度時，將化合物本身用作試樣。當測定向列相的上限溫度、黏度、光學各向異性、介電常數各向異性 等物性時，將使化合物與母液晶混合所製備的組成物用作試樣。
測定方法
物性的測定藉由下述的方法來進行。該些方法大多為由社團法人電子資訊技術產業協會(Japan Electronics and Information Technology Industries Association；以下，略記為JEITA)所審議製定的JEITA規格(JEITA‧ED-2521B)中所記載的方法、或對其加以修飾的方法。在用於測定的TN元件中未安裝薄膜電晶體(Thin Film Transistor，TFT)。
(1)相結構
將試樣置於具備偏光顯微鏡的熔點測定裝置的加熱板(梅特勒(Mettler)公司的FP-52型高溫載台)上，一面以3℃/min的速度進行加熱，一面利用偏光顯微鏡觀察相狀態與其變化，而確定相的種類。
(2)轉變溫度(℃)
使用珀金埃爾默(PerkinElmer)公司製造的掃描熱量計DSC-7系統或Diamond DSC系統，以3℃/min的速度升降溫，並藉由外推來求出伴隨試樣的相變化的吸熱峰值、或發熱峰值的起始點，而決定轉變溫度。有時將化合物自固體轉變成層列相、向列相等液晶相的溫度略記為「液晶相的下限溫度」。有時將化合物自液晶相轉變成液體的溫度略記為「透明點」。
將結晶表示為C。當進行結晶的種類的區分時，分別表示為C1或C2。將層列相表示為S，將向列相表示為N。當進行層 列相中的層列A相、層列B相、層列C相、或層列F相的區分時，分別表示為SA、SB、SC、或SF。將液體(各向同性)表示為I。轉變溫度例如如「C 50.0 N 100.0 I」般進行表述。其表示自結晶朝向列相的轉變溫度為50.0℃，自向列相朝液體的轉變溫度為100.0℃。
(3)低溫相容性
製備以化合物的比例變成20wt%、15wt%、10wt%、5wt%、3wt%、或1wt%的方式將母液晶與化合物混合而成的試樣，並將試樣放入至玻璃瓶中。將該玻璃瓶於-10℃或-20℃的冷凍器中保管固定時間後，觀察結晶(或層列相)是否析出。
(4)向列相的上限溫度(TNI或NI；℃)
將試樣置於具備偏光顯微鏡的熔點測定裝置的加熱板上，並以1℃/min的速度進行加熱。測定試樣的一部分自向列相變化成各向同性液體時的溫度。有時將向列相的上限溫度略記為「上限溫度」。當試樣為化合物與母液晶的混合物時，由TNI的記號來表示。當試樣為化合物與成分B等的混合物時，由NI的記號來表示。
(5)向列相的下限溫度(TC；℃)
將具有向列相的試樣於0℃、-10℃、-20℃、-30℃、及-40℃的冷凍器中保管10日後，觀察液晶相。例如當試樣於-20℃下保持向列相的狀態、於-30℃下變化成結晶或層列相時，將TC記載為≦-20℃。有時將向列相的下限溫度略記為「下限溫度」。
(6)黏度(容積黏度；η；於20℃下測定；mPa‧s)
使用E型旋轉黏度計進行測定。
(7)黏度(旋轉黏度；γ1；於25℃下測定；mPa‧s)
測定根據M.Imai等.，「分子晶體與液晶(Molecular Crystals and Liquid Crystals)」,Vol.259,37(1995)中所記載的方法。將試樣放入至扭轉角為0°、且2片玻璃基板的間隔(單元間隙)為5μm的TN元件中。於16V~19.5V的範圍內以每次0.5V對該元件階段性地施加電壓。於未施加電壓0.2秒後，以僅1個矩形波(矩形脈衝；0.2秒)與未施加(2秒)的條件反覆施加電壓。測定藉由該施加所產生的暫態電流(transient current)的峰值電流(peak current)與峰值時間(peak time)。根據該些測定值與M.Imai等的論文第40頁的計算式(8)而獲得旋轉黏度的值。該計算中所需的介電常數各向異性的值是使用測定該旋轉黏度的元件，並藉由以下所記載的方法來求出。
(8)光學各向異性(折射率各向異性；於25℃下測定；△n)
測定是使用波長589nm的光，藉由在接目鏡上安裝有偏光板的阿貝折射計來進行。朝一個方向摩擦主稜鏡的表面後，將試樣滴加至主稜鏡上。當偏光的方向與摩擦的方向平行時測定折射率(n∥)。當偏光的方向與摩擦的方向垂直時測定折射率(n⊥)。光學各向異性(△n)的值是根據△n=n∥-n⊥的式子來計算。
(9)介電常數各向異性(△ε；於25℃下測定)
將試樣放入至2片玻璃基板的間隔(單元間隙)為9μm、且 扭轉角為80度的TN元件中。對該元件施加正弦波(10V、1kHz)，於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)，於2秒後測定液晶分子的短軸方向上的介電常數(ε⊥)。介電常數各向異性的值是根據△ε=ε∥-ε⊥的式子來計算。
(10)彈性常數(K；於25℃下測定；pN)
測定使用橫河惠普(Yokogawa Hewlett Packard)股份有限公司製造的HP4284A型LCR計。將試樣放入至2片玻璃基板的間隔(單元間隙)為20μm的水平配向元件中。對該元件施加0V~20V的電荷，並測定靜電電容(C)與施加電壓(V)。利用「液晶元件手冊(Liquid Crystal Device Handbook)」(日刊工業新聞社)第75頁中的等式(2.98)、等式(2.101)對該些測定值進行擬合，並根據等式(2.99)獲得K11及K33的值。繼而，將先前所求出的K11及K33的值用於位於第171頁中的等式(3.18)中來算出K22。彈性常數K由以所述方式求出的K11、K22、及K33的平均值來表示。
(11)閾值電壓(Vth；於25℃下測定；V)
測定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。將試樣放入至2片玻璃基板的間隔(單元間隙)為0.45/△n(μm)、扭轉角為80度的常白模式(normally white mode)的TN元件中。施加至該元件中的電壓(32Hz，矩形波)是以每次0.02V自0V階段性地增加至10V為止。此時，自垂直 方向對元件照射光，並測定透過元件的光量。製作該光量達到最大時透過率為100%、該光量最小時透過率為0%的電壓-透過率曲線。閾值電壓由透過率變為90%時的電壓來表示。
(12)電壓保持率(VHR-1；於25℃下測定；%)
用於測定的TN元件具有聚醯亞胺配向膜，而且2片玻璃基板的間隔(單元間隙)為5μm。該元件於放入試樣後藉由利用紫外線進行硬化的黏著劑來密閉。對該TN元件施加脈衝電壓(5V、60微秒)來進行充電。利用高速電壓計於16.7毫秒的期間內測定衰減的電壓，並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。電壓保持率為面積A對於面積B的百分率。
(13)電壓保持率(VHR-2；於80℃下測定；%)
用於測定的TN元件具有聚醯亞胺配向膜，而且2片玻璃基板的間隔(單元間隙)為5μm。該元件於放入試樣後藉由利用紫外線進行硬化的黏著劑來密閉。對該TN元件施加脈衝電壓(5V、60微秒)來進行充電。利用高速電壓計於16.7毫秒的期間內測定衰減的電壓，並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。電壓保持率為面積A對於面積B的百分率。
原料：索爾密克斯(Solmix)A-11(註冊商標)為乙醇(85.5wt%)、甲醇(13.4wt%)與異丙醇(1.1wt%)的混合物，自日本酒精販賣(Japan Alcohol Trading)(股份)獲得。
<極性化合物(2-1-1)的合成例>
Figure 106106348-A0305-02-0070-99
極性化合物(2-1-1)自東京化成工業股份有限公司獲得。
<極性化合物(2-2-1)的合成例>
Figure 106106348-A0305-02-0070-100
極性化合物(2-2-1)自東京化成工業股份有限公司獲得。
<極性化合物(3-1-1)的合成例>
Figure 106106348-A0305-02-0070-101
極性化合物(3-1-1)自東京化成工業股份有限公司獲得。
<極性化合物(3-1-2)的合成例>
Figure 106106348-A0305-02-0070-102
第1步驟
將三聚甲醛(12g)及2-甲基2-甲氧基丙烷(t-BuOMe，31g)取至反應器中，一面將系統內維持成40℃左右，一面滴加水(6g)、NaOH(8g)及壬醛(10.5g)的水溶液。其後，添加水(2g)及NaOH(2g)的水溶液，並進行1小時回流。利用甲酸對系統 內進行中和，將其注入至水中並利用甲苯進行萃取。於減壓下對該溶液進行濃縮，並使殘渣穿過矽膠管柱(溶媒：乙酸乙酯)來進行精製，藉此獲得中間化合物(T-1)(10g)。
第2步驟
將中間化合物(T-1)(3.5g)、三乙基胺(6.1g)及二氯甲烷(30ml)加入至反應器中，並冷卻至0℃為止。向其中滴加丙烯醯氯(6.2g)的二氯甲烷溶液(10ml)，一面昇溫至室溫為止一面攪拌1小時後，將反應混合物注入至水中，並利用二氯甲烷對水層進行萃取。於減壓下對該溶液進行濃縮，並使殘渣穿過矽膠管柱(溶媒：甲苯/乙酸乙酯=20/1(容量比))來進行精製，藉此獲得油狀的極性化合物(3-1-2)(5g)。
Figure 106106348-A0305-02-0071-103
所獲得的極性化合物(3-1-2)的NMR分析值如下所示。
1H-NMR：化學位移δ(ppm；CDCl3)：6.40(d,3H),6.11(dd,3H),5.86(d,3H),4.67(s,6H),1.52-1.19(m,12H),0.87(t,3H)。
<極性化合物(4-11-1)的合成例>
[化63]
Figure 106106348-A0305-02-0072-104
將後述的化合物(A)(3.00g)、二乙基胺(1.30g)、及環己烷(100ml)加入至反應器中，並於75℃下攪拌12小時。濾除不溶物後，將反應混合物注入至水中，並利用乙酸乙酯對水層進行萃取。利用水對混在一起的有機層進行清洗，並利用無水硫酸鎂進行乾燥。於減壓下對該溶液進行濃縮，並使殘渣穿過矽膠管柱(溶媒：甲苯/乙酸乙酯=1/1(容量比))來進行精製，藉此獲得極性化合物(4-11-1)(0.52g，產率為15%)。
Figure 106106348-A0305-02-0072-105
所獲得的極性化合物(4-11-1)的NMR分析值如下所示。
1H-NMR：化學位移δ(ppm；CDCl3)：6.18(s,1H),5.74(s,1H),4.74-4.67(m,1H),3.23(s,2H),2.50(q,J=7.1Hz,4H),2.03-2.01(m,2H),1.78-1.68(m,6H),1.37-0.80(m,28H)。
極性化合物(4-11-1)的物性如下所示。
轉變溫度：C 14.1 SA 58.9 I。
再者，化合物(A)是以如下方式合成。
Figure 106106348-A0305-02-0073-106
第1步驟
將化合物(T-1)(25.0g)、丙烯酸(7.14g)、N,N-二甲基-4-胺基吡啶(DMAP、1.21g)、及二氯甲烷(300ml)加入至反應器中，並冷卻至0℃。向其中緩慢地滴加N,N'-二環己基碳二醯亞胺(DCC，24.5g)的二氯甲烷(125ml)溶液，恢復至室溫並攪拌12小時。濾除不溶物後，將反應混合物注入至水中，並利用二氯甲烷對水層進行萃取。利用水對混在一起的有機層進行清洗，並利用無水硫酸鎂進行乾燥。於減壓下對該溶液進行濃縮，並使殘渣穿過矽膠管柱(溶媒：庚烷/甲苯=2/1(容量比))來進行精製。進而，藉由自索爾密克斯(Solmix)(註冊商標)A-11的再結晶來進行精製，藉此獲得中間化合物(T-2)(11.6g，產率為38%)。
第2步驟
將三聚甲醛(2.75g)、1,4-二氮雜雙環[2.2.2]辛烷(DABCO，4.62g)及水(40ml)加入至反應器中，並於室溫下攪拌15分鐘。向其中滴加中間化合物(T-2)(6.31g)的THF(90ml)溶液，並於室溫下攪拌72小時。將反應混合物注入至水中，並利用乙酸乙酯對水層進行萃取。利用水對混在一起的有機層進行清洗，並利用無水硫酸鎂進行乾燥。於減壓下對該溶液進行濃縮，並利用 矽膠管柱(溶媒：甲苯/乙酸乙酯=5/1(容量比))對殘渣進行精製。進而，藉由自庚烷與甲苯的混合溶媒(1：1(容量比))的再結晶來進行精製，藉此獲得化合物(A)(1.97g，產率為29%)。
Figure 106106348-A0305-02-0074-107
所獲得的化合物(A)的NMR分析值如下所示。
1H-NMR：化學位移δ(ppm；CDCl3)：6.23(s,1H),5.79(d,J=1.2Hz,1H),4.79-4.70(m,1H),4.32(d,J=6.7Hz,2H),2.29(t,J=6.7Hz,1H),2.07-2.00(m,2H),1.83-1.67(m,6H),1.42-1.18(m,8H),1.18-0.91(m,9H),0.91-0.79(m,5H)。
化合物(A)的物性如下所示。
轉變溫度：C 40.8 SA 109 I。
<極性化合物(4-21-1)的合成例>
Figure 106106348-A0305-02-0074-109
第1步驟
將化合物(T-64)(10.0g)及THF(200ml)加入至反應器中，並冷卻至0℃為止。緩慢地添加溴化甲基鎂(MeMgBr，1.00M，THF溶液，48ml)，恢復至室溫並攪拌6小時。濾除不溶物後，將反應混合物注入至水中，並利用乙酸乙酯對水層進行萃取。利用水對混在一起的有機層進行清洗，並利用無水硫酸鎂進行乾燥。於減壓下對該溶液進行濃縮，並使殘渣穿過矽膠管柱(溶媒：甲苯/乙酸乙酯=9/1(容量比))來進行精製，藉此獲得中間化合物(T-65)(4.58g，產率為43%)。
第2步驟
將中間化合物(T-65)(4.58g)、三乙基胺(2.87ml)及THF(200ml)加入至反應器中，並冷卻至0℃為止。緩慢地添加丙烯醯氯(1.68ml)，恢復至室溫並攪拌5小時。濾除不溶物後，將反應混合物注入至水中，並利用甲苯對水層進行萃取。利用水對混在一起的有機層進行清洗，並利用無水硫酸鎂進行乾燥。於減壓下對該溶液進行濃縮，並使殘渣穿過矽膠管柱(溶媒：甲苯/庚烷=3/2(容量比))來進行精製，藉此獲得中間化合物(T-66)(3.20g，產率為58%)。
第3步驟
將中間化合物(T-66)(3.20g)用作原料，藉由與化合物(A)的合成方法中的第2步驟相同的方法，獲得極性化合物(4-21-1)(1.12g，產率為32%)。
[化68]
Figure 106106348-A0305-02-0076-113
所獲得的極性化合物(4-21-1)的NMR分析值如下所示。
1H-NMR：化學位移δ(ppm；CDCl3)：6.15(s,1H),5.73(d,J=1.2Hz,1H),4.28(d,J=6.6Hz,2H),2.34-2.32(m,1H),2.13-2.11(m,2H),1.76-1.67(m,8H),1.54(s,3H),1.32-1.03(m,13H),0.97-0.80(m,7H)。
極性化合物(4-21-1)的物性如下所示。
轉變溫度：C 66.5 SA 81.1 I。
<極性化合物(4-22-1)的合成例>
Figure 106106348-A0305-02-0076-114
第1步驟
將化合物(T-49)(15.0g)及三苯基膦(PPh3，24.8g)加入至反應器中，並於100℃下攪拌6小時。利用經冰浴冷卻的庚烷進 行過濾清洗，而獲得中間化合物(T-50)(16.4g，產率為52%)。
第2步驟
將化合物(T-51)(10.0g)及THF(200ml)加入至反應器中，並冷卻至-70℃為止。緩慢地添加正丁基鋰(1.63M，己烷溶液，25ml)，並攪拌1小時。緩慢地添加DMF(4.0ml)，恢復至室溫並攪拌12小時。濾除不溶物後，將反應混合物注入至水中，並利用甲苯對水層進行萃取。利用水對混在一起的有機層進行清洗，並利用無水硫酸鎂進行乾燥。於減壓下對該溶液進行濃縮，並使殘渣穿過矽膠管柱(溶媒：甲苯/乙酸乙酯=9/1(容量比))來進行精製，藉此獲得中間化合物(T-52)(6.37g，產率為77%)。
第3步驟
將中間化合物(T-50)(14.3g)及THF(200ml)加入至反應器中，並冷卻至-30℃為止。向其中緩慢地添加第三丁醇鉀(3.21g)，並於-30℃下攪拌1小時。緩慢地添加中間化合物(T-52)(6.37g)的THF(100ml)溶液，恢復至室溫並攪拌4小時。濾除不溶物後，將反應混合物注入至水中，並利用甲苯對水層進行萃取。利用水對混在一起的有機層進行清洗，並利用無水硫酸鎂進行乾燥。於減壓下對該溶液進行濃縮，並使殘渣穿過矽膠管柱(溶媒：甲苯)來進行精製，藉此獲得中間化合物(T-53)(7.50g，產率為85%)。
第4步驟
將中間化合物(T-53)(7.50g)、Pd/C(0.11g)、IPA(200ml) 及甲苯(200ml)加入至反應器中，於室溫下並於氫氣環境下攪拌12小時。濾除不溶物後，將反應混合物注入至水中，並利用甲苯對水層進行萃取。利用水對混在一起的有機層進行清洗，並利用無水硫酸鎂進行乾燥。於減壓下對該溶液進行濃縮，並使殘渣穿過矽膠管柱(溶媒：甲苯)來進行精製，藉此獲得中間化合物(T-54)(7.21g，產率為95%)。
第5步驟
將中間化合物(T-54)(7.21g)、甲酸(9.70g)及甲苯(200ml)加入至反應器中，並於100℃下攪拌4小時。濾除不溶物後，利用碳酸氫鈉水溶液進行中和，並利用甲苯對水層進行萃取。利用水對混在一起的有機層進行清洗，並利用無水硫酸鎂進行乾燥。於減壓下對該溶液進行濃縮，並使殘渣穿過矽膠管柱(溶媒：甲苯)來進行精製，藉此獲得中間化合物(T-55)(5.65g，產率為90%)。
第6步驟
將氫化鋁鋰(LAH，0.43g)及THF(100ml)加入至反應器中並進行冰浴冷卻。緩慢地添加中間化合物(T-55)(5.65g)的THF(100ml)溶液，恢復至室溫並攪拌2小時。將反應混合物注入至水中，並利用乙酸乙酯對水層進行萃取。利用食鹽水對混在一起的有機層進行清洗，並利用無水硫酸鎂進行乾燥。於減壓下對該溶液進行濃縮，並使殘渣穿過矽膠管柱(溶媒：甲苯/乙酸乙酯=9/1(容量比))來進行精製。進而，藉由自庚烷的再結晶來進 行精製，藉此獲得中間化合物(T-56)(4.83g，產率為85%)。
第7步驟
將中間化合物(T-56)(4.83g)、化合物(T-18)、N,N-二甲基-4-胺基吡啶(DMAP)及二氯甲烷加入至反應器中，並冷卻至0℃。向其中緩慢地滴加N,N'-二環己基碳二醯亞胺(DCC)的二氯甲烷溶液，恢復至室溫並攪拌12小時。濾除不溶物後，將反應混合物注入至水中，並利用二氯甲烷對水層進行萃取。利用水對混在一起的有機層進行清洗，並利用無水硫酸鎂進行乾燥。於減壓下對該溶液進行濃縮，並使殘渣穿過矽膠管柱(溶媒：庚烷/甲苯=1/1(容量比))來進行精製，藉此獲得中間化合物(T-57)(8.41g，產率為84%)。再者，合成流程中的「OTBDPS」為第三丁基二苯基矽烷氧基。
第8步驟
將中間化合物(T-57)(8.41g)及THF加入至反應器中，並冷卻至0℃。向其中緩慢地添加氟化四丁基銨(TBAF，1.00M，THF溶液)，恢復至室溫並攪拌1小時。將反應混合物注入至水中，並利用乙酸乙酯對水層進行萃取。利用食鹽水對混在一起的有機層進行清洗，並利用無水硫酸鎂進行乾燥。於減壓下對該溶液進行濃縮，並使殘渣穿過矽膠管柱(溶媒：甲苯/乙酸乙酯=9/1(容量比))來進行精製。進而，藉由自庚烷的再結晶來進行精製，藉此獲得極性化合物(4-22-1)(3.22g，產率為62%)。
[化70]
Figure 106106348-A0305-02-0080-115
所獲得的極性化合物(4-22-1)的NMR分析值如下所示。
1H-NMR：化學位移δ(ppm；CDCl3)：7.13(d,J=8.2Hz,2H), 7.10(d,J=8.2Hz,2H),6.26(s,1H),5.82(d,J=1.1Hz,1H),4.92-4.87(m,1H),4.34(d,J=6.7Hz,2H),2.60(t,J=7.3Hz,2H),2.54-2.49(m,1H),2.31(t,J=6.5Hz,1H),2.15-2.04(m,4H),1.98-1.96(m,2H),1.66-1.52(m,8H)。
極性化合物(4-22-1)的物性如下所示。
轉變溫度：C 62.0 I。
依據所述合成例中所記載的合成方法，可合成以下所示的化合物(2-1-1)至化合物(2-1-4)、化合物(2-2-1)至化合物(2-2-7)及化合物(3-1-1)至化合物(3-1-11)。
[化71]
Figure 106106348-A0305-02-0082-116
<低分子極性化合物的正相逆相CV積>
所謂正相逆相CV積，是指將於某一個分子內存在何種程度 的極性基及無極性基加以數值化者，具有強的極性基及強的無極性基共存的化學結構的化合物的該值變大，具有分子整體為中性的化學結構的化合物的該值變低。
藉由正相及逆相TLC來使該化合物展開，並作為各自的Rf值(試樣的展開距離/移動床的展開距離)的倒數CV值(1/Rf)的積來測定正相逆相CV積。於藉由正相的TLC進行測定時Rf值小的化合物具有極性基，於藉由逆相的TLC進行測定時Rf值小的化合物具有無極性基。既存在於一種化合物中同時滿足所述2個特性的情況，亦存在不滿足任一種特性的情況。作為標準的測定方法，於正相的TLC測定中，使用默克公司製造的TLC(矽膠60 F254)，於甲苯與乙酸乙酯的混合溶媒(容積比為4：1)中展開，於逆相的TLC測定中，使用默克公司製造的TLC(矽膠60 RP-18 F254s)，於甲醇中展開。
正相逆相CV積=1/Rf(p)×1/Rf(n)
Rf(p)：正相中的Rf值
Rf(n)：逆相中的Rf值
再者，於難以在甲苯與乙酸乙酯的混合溶媒或甲醇中展開的極性化合物的情況下，將可藉由所述方法而展開的極性比較接近的極性化合物作為參考，與在所述溶媒中無法展開的化合物的同時，於其他容易展開的溶媒中展開，並根據此時的Rf值的比進行換算，藉此即便是於所述溶媒中無法展開的極性化合物，亦可求出Rf值。例如，當於所述溶媒中無法展開的化合物的展開寬 度為參考化合物的2倍時，利用原本的方法測定參考化合物所得的Rf值的2倍變成於所述溶媒中無法展開的化合物的Rf值。
Figure 106106348-A0305-02-0084-117
<液晶組成物(i)的製備>
藉由按以下的成分比例混合來製備液晶組成物(i)。
Figure 106106348-A0305-02-0084-121
[化72]
Figure 106106348-A0305-02-0085-59
<實施例1>
使極性化合物(3-1-2)以變成3wt%的方式溶解於液晶組成物(i)中，而獲得本發明的液晶組成物(1)。
NI=80.6℃；η=18.0mPa‧s；△n=0.123；△ε=10.3。
藉由毛細管力來將所獲得的液晶組成物(1)注入至單元(上表面：原玻璃(bare glass)，下表面：ITO圖案化玻璃，單元間隙為5μm，電極間距離為5μm且電極寬度為5μm的梳齒狀電極)中。再者，單元的玻璃基板未實施配向處理。使該單元夾在設為正交尼科耳(crossed nicols)的2片偏光板中，一面使單元旋轉一面以目視及偏光顯微鏡進行觀察。其結果，於45度週期中重複明暗，因此確認是均勻配向。
以變成常黑(normally black)的方式利用偏光板夾持該 單元來製作元件，並自0V至11V為止施加電壓(60Hz，矩形波)。此時，自垂直方向對元件照射光，並測定透過元件的光量的變化，而獲得電壓-透過率曲線(圖1)。
<實施例2至實施例8>
除將極性化合物(3-1-2)變更成其他極性化合物以外，依據實施例1製備本發明的液晶組成物(2)至液晶組成物(8)。與實施例1同樣地利用偏光顯微鏡對各液晶組成物進行觀察的結果，確認是均勻配向。另外，自所製作的元件測定電壓與透過率並確認透過光量大幅度變化。
進而，依據實施例1製備本發明的液晶組成物(9)至液晶組成物(19)。與實施例1同樣地利用偏光顯微鏡對各液晶組成物進行觀察的結果，確認是均勻配向。另外，自所製作的元件測定電壓與透過率並確認透過光量大幅度變化。液晶組成物(9)至液晶組成物(19)中的化合物基於下述的表2的定義而由記號表示。於表2中，關於1,4-伸環己基的立體構型為反式。液晶性化合物的比例(百分率)是基於液晶組成物的總重量的重量百分率(wt%)。最後，將組成物的物性值加以匯總。物性根據先前所記載的方法來測定，並不進行外推而直接記載測定值。
[表2]
Figure 106106348-A0305-02-0087-118
[液晶組成物9]
Figure 106106348-A0305-02-0087-122
Figure 106106348-A0305-02-0088-123
以3wt%的比例將下述的化合物(3-1-2)添加至所述組成物中。
Figure 106106348-A0305-02-0088-60
NI=105.7℃；η=19.4mPa‧s；△n=0.104；△ε=4.4。
[液晶組成物10]
Figure 106106348-A0305-02-0088-124
Figure 106106348-A0305-02-0089-125
以2wt%的比例將下述的化合物(2-1-1)添加至所述組成物中。
Figure 106106348-A0305-02-0089-61
進而，以0.3wt%的比例添加下述的化合物(RM-1)。
Figure 106106348-A0305-02-0089-62
NI=70.5℃；η=22.3mPa‧s；△n=0.125；△ε=6.1。
[液晶組成物11]
Figure 106106348-A0305-02-0089-126
Figure 106106348-A0305-02-0090-127
以2wt%的比例將下述的化合物(2-2-1)添加至所述組成物中。
Figure 106106348-A0305-02-0090-63
NI=81.9℃；η=23.9mPa‧s；△n=0.111；△ε=5.4。
[液晶組成物12]
Figure 106106348-A0305-02-0090-128
Figure 106106348-A0305-02-0091-129
以3wt%的比例將下述的化合物(3-1-1)添加至所述組成物中。
Figure 106106348-A0305-02-0091-64
NI=125.2℃；η=26.4mPa‧s；△n=0.104；△ε=4.9。
[液晶組成物13]
Figure 106106348-A0305-02-0091-130
以1wt%的比例將下述的化合物(4-11-1)添加至所述組成物 中。
Figure 106106348-A0305-02-0092-65
進而，以2wt%的比例添加下述的化合物(4-21-1)。
Figure 106106348-A0305-02-0092-66
NI=102.2℃；η=36.2mPa‧s；△n=0.117；△ε=8.9。
[液晶組成物14]
Figure 106106348-A0305-02-0092-131
Figure 106106348-A0305-02-0093-132
以1wt%的比例將下述的化合物(4-22-1)添加至所述組成物中。
Figure 106106348-A0305-02-0093-67
進而，以0.3wt%的比例添加下述的化合物(RM-2)。
Figure 106106348-A0305-02-0093-68
NI=89.3℃；η=14.8mPa‧s；△n=0.092；△ε=4.2。
[液晶組成物15]
Figure 106106348-A0305-02-0093-133
Figure 106106348-A0305-02-0094-134
以2wt%的比例將下述的化合物(3-1-2)添加至所述組成物中。
Figure 106106348-A0305-02-0094-69
NI=80.5℃；η=25.0mPa‧s；△n=0.106；△ε=9.2。
[液晶組成物16]
Figure 106106348-A0305-02-0094-135
Figure 106106348-A0305-02-0095-136
以2wt%的比例將下述的化合物(2-1-1)添加至所述組成物中。
Figure 106106348-A0305-02-0095-70
NI=72.8℃；η=26.1mPa‧s；△n=0.098；△ε=8.5。
[液晶組成物17]
Figure 106106348-A0305-02-0095-137
以1wt%的比例將下述的化合物(2-2-1)添加至所述組成物中。
[化84]
Figure 106106348-A0305-02-0096-71
進而，以1wt%的比例添加下述的化合物(3-1-1)。
Figure 106106348-A0305-02-0096-72
NI=73.0℃；η=17.5mPa‧s；△n=0.081；△ε=3.5。
[液晶組成物18]
Figure 106106348-A0305-02-0096-138
以1wt%的比例將下述的化合物(4-11-1)添加至所述組成物中。
[化86]
Figure 106106348-A0305-02-0097-73
NI=70.4℃；η=26.8mPa‧s；△n=0.074；△ε=7.8。
[液晶組成物19]
Figure 106106348-A0305-02-0097-139
以2wt%的比例將下述的化合物(4-21-1)添加至所述組成物中。
Figure 106106348-A0305-02-0097-74
NI=94.1℃；η=23.0mPa‧s；△n=0.168；△ε=13.6。
[液晶組成物20]
Figure 106106348-A0305-02-0097-140
Figure 106106348-A0305-02-0098-142
以2wt%的比例將下述的化合物(2-2-1)添加至所述組成物中。
Figure 106106348-A0305-02-0098-75
NI=86.7℃；η=13.1mPa‧s；△n=0.108；△ε=11.9。
[液晶組成物21]
Figure 106106348-A0305-02-0098-143
Figure 106106348-A0305-02-0099-144
以1wt%的比例將下述的化合物(4-11-1)添加至所述組成物中。
Figure 106106348-A0305-02-0099-76
NI=91.2℃；△n=0.099；△ε=4.8。
[液晶組成物22]
Figure 106106348-A0305-02-0099-145
 3-HBBXB(F,F)-F 9%
以3wt%的比例將下述的化合物(3-1-2)添加至所述組成物中。
Figure 106106348-A0305-02-0100-77
NI=90.5℃；η=11.0mPa‧s；△n=0.100；△ε=4.6。
<比較例1>
不添加極性化合物而將液晶組成物(i)本身作為比較的液晶組成物(C1)。與實施例1同樣地利用偏光顯微鏡對該液晶組成物進行觀察的結果，無法確認到均勻配向。
以下，針對液晶組成物(1)至液晶組成物(8)，表示所使用的極性化合物、其正相逆相CV積、液晶組成物中的含量(wt%)、總正相逆相CV積、以及總正相逆相CV積除以基板的表面自由能所得的值。
Figure 106106348-A0305-02-0101-120
所謂總正相逆相CV積，是指極性化合物的正相逆相CV積與液晶組成物中的極性化合物的含量(wt%)的積(正相逆相CV積×含量/100)，當於液晶組成物中含有多種極性化合物時為各極性化合物的總正相逆相CV積的總和，且是指液晶組成物中所存在的極性化合物的正相逆相CV積的總和。另外，所使用的原玻璃及ITO圖案化玻璃的表面自由能分別為0.340 N/m及0.352 N/m，因此於所述表中使用各個值進行計算。實施例1至實施例8中所使用的夾入液晶組成物的兩基板的表面自由能大致相同，因此總 正相逆相CV積與基板的表面自由能的比(總正相逆相CV積/表面自由能)如表3中所示般，由狹小的特定的範圍來規定。
基板的表面自由能可藉由通常所使用的歐文斯-溫特(Owens-Wendt)的方法，根據液體對於基板的接觸角來算出。通常，於利用所形成的液滴的接觸角的表面自由能的測定中，通常至少使用兩種液體，已知較佳為使用極性高的液體與極性低的液體作為該兩種液體，作為該極性高的液體，使用水，作為極性低的液體，使用二碘甲烷。使用內徑為0.05mm~0.3mm、外徑為0.2mm~0.6mm的導管，將液體輕輕地滴加至基板上，而形成液滴，將其收錄至視頻中，測量此時的前進時的接觸角(液滴的形成時的接觸角)與後退時的接觸角(液滴的消失時的接觸角)，並根據下式來算出。
當滴加液體1時，於接觸角θ為90度以下的情況下，只要將液滴的高度設為h，將液滴的接地圓的直徑設為Φ，並設為x=Φ/2，則該液體的θ1藉由以下的式(1-1)來算出。
θ=2tan-1(h/x)‧‧‧‧式(1-1)
當滴加液體1時，於接觸角θ為90度以上的情況下，該液體的θ1藉由以下的式(1-2)來算出。
θ=90+cos-1(Φh/h2+x2)‧‧‧‧式(1-2)
於如所述般進行測定的θ中，根據前進時的θa與後退時的θr，並藉由下式來求出該液體對於該固體表面的θ1。
θ1=cos-1((cosθa+cosθr)/2)
關於液體2，亦同樣地算出θ2，並代入至表示黏著功(adhesion work)的以下的式(2-1)中，製作將γsd(固體的表面自由能的分散力成分)與γsp(固體的表面自由能的極性力成分)設為未知數的2個方程式，並解答該聯立方程式，藉此可獲得該γsd與γsp。此處，γ(液體)、γ(液體)s、γ(液體)p是液體的固有值，且為已知的值。
γ(液體)(1+cosθ)=2(γsd‧γ(液體)d)1/2+2(γsp‧γ(液體)p)1/2‧‧‧‧式(2-1)
γ、γsd、γsp存在以下的式(2-2)的關係，因此藉由求出所求出的γsd與γsp的和，可算出固體的表面自由能。
γ=γsd+γsp‧‧‧‧式(2-2)
若以所述方式使用所述兩種液體，測量接觸角，並測定基板表面的表面自由能，則部位差少、且再現性良好，可測量表面自由能。
另外，於表面自由能非常大的基板的情況下，有時難以使用歐文斯-溫特的方法，因此於該情況下，可藉由迪策爾(Dietzel)公式來算出表面張力，並將其作為表面自由能。以下表示迪策爾公式。
γ=M1F1+M2F2+‧‧‧+MiFi
γ：表面張力
Mi：i成分的莫耳%，Fi：表面張力係數
再者，表面張力係數是各成分物質的固有值，且為已知的值。
使用迪策爾公式計算實施例1至實施例8中所使用的各基板的表面自由能γ。
原玻璃的γ=0.340N/m
ITO圖案化玻璃的γ=0.352N/m
[產業上之可利用性]
迄今為止，不存在可藉由添加劑來使液晶介質進行均勻配向的技術，根據本申請案發明的較佳的形態，可僅藉由添加特定的低分子極性化合物來使液晶介質進行均勻配向，可不需要先前的配向膜或配向處理。其結果，例如可實現FFS等使用橫向電場的模式的無聚醯亞胺化。

Claims (13)

  1. 一種液晶介質，其是封入至未施加配向處理或配向膜、且於至少一者中形成有透明電極的一對基板之間的液晶介質，其包括使所述液晶介質對於基板進行均勻配向的低分子極性化合物，且對於基板自發地進行均勻配向，且所述的低分子極性化合物，其由下述通式(2)或通式(3)表示，
    Figure 106106348-A0305-02-0105-78
     所述式(2)及式(3)中，R4為氫、鹵素或碳數1~20的烷基，於所述R4中，至少1個-CH2-獨立可由-O-或-S-取代，至少1個-(CH2)2-可由-CH=CH-取代，於該些基中，至少1個氫可由鹵素取代，P1、P2、P3及P4獨立為由所述通式(Q-0)所表示的基，或者碳數1~25的直鏈狀、分支狀或環狀的烷基，於所述P1、P2、P3及P4中，至少1個未鄰接的-CH2-獨立的，以N、O及/或S原子相互不直接連結的方式，可由-N(-P0)-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-或-O-CO-O-取代，至少1個三級碳(CH基)可由N取代，至少1個氫獨立可由F或Cl取代，至少1個-(CH2)2-獨立可由-CH=CH-或-C≡C-取代，其中，P1、P2、P3及P4含有選自N、S及/或O中的1個以上的雜原子， P0獨立為碳數1~25的直鏈狀、分支狀或環狀的烷基，於所述P0中，至少1個未鄰接的-CH2-獨立的，以N、O及/或S原子相互不直接連結的方式，可由-N(-P0)-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-或-O-CO-O-取代，至少1個三級碳(CH基)可由N取代，至少1個氫獨立可由F或Cl取代，至少1個-(CH2)2-獨立可由-CH=CH-或-C≡C-取代，其中，P0含有選自N、S及/或O中的1個以上的雜原子，所述式(Q-0)中，R1、R2及R3獨立為氫、鹵素或碳數1~20的烷基，於所述R1、R2及R3中，至少1個-CH2-獨立可由-O-或-S-取代，至少1個-(CH2)2-可由-CH=CH-取代，於該些基中，至少1個氫可由鹵素取代。
  2. 一種低分子極性化合物，其使液晶介質對於基板進行均勻配向，其中，所述的低分子極性化合物由下述通式(2)或通式(3)表示，
    Figure 106106348-A0305-02-0106-80
     所述式(2)及式(3)中，R4為氫、鹵素或碳數1~20的烷基，於所述R4中，至少1個-CH2-獨立可由-O-或-S-取代，至少1個-(CH2)2-可由-CH=CH-取代，於該些基中，至少1個氫可由鹵素取代， P1、P2、P3及P4獨立為由所述通式(Q-0)所表示的基，或者碳數1~25的直鏈狀、分支狀或環狀的烷基，於所述P1、P2、P3及P4中，至少1個未鄰接的-CH2-獨立的，以N、O及/或S原子相互不直接連結的方式，可由-N(-P0)-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-或-O-CO-O-取代，至少1個三級碳(CH基)可由N取代，至少1個氫獨立可由F或Cl取代，至少1個-(CH2)2-獨立可由-CH=CH-或-C≡C-取代，其中，P1、P2、P3及P4含有選自N、S及/或O中的1個以上的雜原子，P0獨立為碳數1~25的直鏈狀、分支狀或環狀的烷基，於所述P0中，至少1個未鄰接的-CH2-獨立的，以N、O及/或S原子相互不直接連結的方式，可由-N(-P0)-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-或-O-CO-O-取代，至少1個三級碳(CH基)可由N取代，至少1個氫獨立可由F或Cl取代，至少1個-(CH2)2-獨立可由-CH=CH-或-C≡C-取代，其中，P0含有選自N、S及/或O中的1個以上的雜原子，所述式(Q-0)中，R1、R2及R3獨立為氫、鹵素或碳數1~20的烷基，於所述R1、R2及R3中，至少1個-CH2-獨立可由-O-或-S-取代，至少1個-(CH2)2-可由-CH=CH-取代，於該些基中，至少1個氫可由鹵素取代。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的低分子極性化合物，其具有1.3以上的正相逆相CV積。
  4. 一種液晶組成物，其特徵在於：包括如申請專利範圍第 2項至第3項中任一項所述的低分子極性化合物的至少一種。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的液晶組成物，其中作為所述低分子極性化合物的正相逆相CV積與其含量的積的總正相逆相CV積(正相逆相CV積×重量%的含量/100)為0.01以上，且所述正相逆相CV積的計算方式為：1/Rf(p)×1/Rf(n)，其中，Rf(p)為藉由正相的薄層層析法來使所述低分子極性化合物展開，所得到的保留因子的Rf值，且Rf(n)為藉由逆相的薄層層析法來使所述低分子極性化合物展開，所得到的保留因子的Rf值。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的液晶組成物，其中所述總正相逆相CV積與所述基板的表面自由能的比(總正相逆相CV積/表面自由能(N/m))為0.025~1。
  7. 如申請專利範圍第4項至第6項中任一項所述的液晶組成物，其更包括由下述通式(5)至通式(7)的任一者所表示的液晶性化合物的至少一種，
    Figure 106106348-A0305-02-0108-81
    Figure 106106348-A0305-02-0108-82
    Figure 106106348-A0305-02-0108-83
     所述式(5)至式(7)中，R13為碳數1~10的烷基或碳數2~10的烯基，於所述R13中，至少1個-CH2-可由-O-取代，至少1個氫可由氟取代；X11為氟、氯、-OCF3、-OCHF2、-CF3、-CHF2、-CH2F、-OCF2CHF2、或-OCF2CHFCF3；環C1、環C2及環C3獨立為1,4-伸環己基、至少1個氫可由氟取代的1,4-伸苯基、四氫吡喃-2,5-二基、1,3-二噁烷-2,5-二基、或嘧啶-2,5-二基；Z14、Z15及Z16獨立為單鍵、-(CH2)2-、-CH=CH-、-C≡C-、-COO-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2O-、或-(CH2)4-；L11及L12獨立為氫或氟。
  8. 如申請專利範圍第4項至第6項中任一項所述的液晶組成物，其更包括由下述通式(8)所表示的液晶性化合物，
    Figure 106106348-A0305-02-0109-84
     所述式(8)中，R14為碳數1~10的烷基或碳數2~10的烯基，於所述R14中，至少1個-CH2-可由-O-取代，至少1個氫可由氟取代；X12為-C≡N或-C≡C-C≡N；環D1為1,4-伸環己基、至少1個氫可由氟取代的1,4-伸苯基、四氫吡喃-2,5-二基、1,3-二噁烷-2,5-二基、或嘧啶-2,5-二基； Z17為單鍵、-(CH2)2-、-C≡C-、-COO-、-CF2O-、-OCF2-、或-CH2O-；L13及L14獨立為氫或氟；i為1、2、3、或4。
  9. 如申請專利範圍第4項至第6項中任一項所述的液晶組成物，其更包括由下述通式(16)~通式(18)的任一者所表示的液晶性化合物的至少一種，
    Figure 106106348-A0305-02-0110-86
    Figure 106106348-A0305-02-0110-87
    Figure 106106348-A0305-02-0110-88
     所述式(16)~式(18)中，R11及R12獨立為碳數1~10的烷基、碳數1~10的烷氧基、碳數2~10的烷氧基烷基、碳數2~10的烯基或二氟乙烯基；環B1、環B2、環B3及環B4獨立為1,4-伸環己基、1,4-伸苯基、2-氟-1,4-伸苯基、2,5-二氟-1,4-伸苯基、或嘧啶-2,5-二基；Z11、Z12及Z13獨立為單鍵、-(CH2)2-、-CH=CH-、-C≡C-、或-COO-。
  10. 如申請專利範圍第4項至第6項中任一項所述的液晶組成物，其更包括由下述通式(19)所表示的聚合性化合物，
    Figure 106106348-A0305-02-0111-85
     所述式(19)中，環F及環I獨立為環己基、環己烯基、苯基、1-萘基、2-萘基、四氫吡喃-2-基、1,3-二噁烷-2-基、嘧啶-2-基、或吡啶-2-基，於該些環中，至少1個氫獨立可由鹵素、碳數1~12的烷基、碳數1~12的烷氧基、或至少1個氫經鹵素取代的碳數1~12的烷基取代；環G為1,4-伸環己基、1,4-伸環己烯基、1,4-伸苯基、萘-1,2-二基、萘-1,3-二基、萘-1,4-二基、萘-1,5-二基、萘-1,6-二基、萘-1,7-二基、萘-1,8-二基、萘-2,3-二基、萘-2,6-二基、萘-2,7-二基、四氫吡喃-2,5-二基、1,3-二噁烷-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基、或吡啶-2,5-二基，於該些環中，至少1個氫獨立可由鹵素、碳數1~12的烷基、碳數1~12的烷氧基、或至少1個氫經鹵素取代的碳數1~12的烷基取代；Z22及Z23獨立為單鍵或碳數1~10的伸烷基，於所述Z22及Z23中，至少1個-CH2-獨立可由-O-、-CO-、或-COO-取代，至少1個-CH2CH2-獨立可由-CH=CH-、-C(CH3)=CH-、或-C(CH3)=C(CH3)-取代，於該些基中，至少1個氫可由氟或氯取代；Q1、Q2及Q3獨立為聚合性基； Sp1、Sp2及Sp3獨立為單鍵或碳數1~10的伸烷基，於所述Sp1、Sp2及Sp3中，至少1個-CH2-獨立可由-O-、-COO-、-OCO-、或-OCOO-取代，至少1個-CH2CH2-獨立可由-CH=CH-或-C≡C-取代，於該些基中，至少1個氫獨立可由氟或氯取代；d為0、1、或2；e、f、及g獨立為0、1、2、3、或4，且e、f、及g的和為1以上。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的液晶組成物，其中於所述通式(19)中，Q1、Q2及Q3獨立為由下述通式(Q-1)至通式(Q-5)的任一者所表示的聚合性基，
    Figure 106106348-A0305-02-0112-90
     所述式(Q-1)至式(Q-5)中，M1、M2及M3獨立為氫、氟、碳數1~5的烷基、或至少1個氫經鹵素取代的碳數1~5的烷基。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的液晶組成物，其中由所述通式(19)所表示的聚合性化合物為由下述通式(19-1)至通式(19-7)的任一者所表示的聚合性化合物，
    Figure 106106348-A0305-02-0113-91
    Figure 106106348-A0305-02-0113-92
    Figure 106106348-A0305-02-0113-93
    Figure 106106348-A0305-02-0113-94
    Figure 106106348-A0305-02-0113-95
    Figure 106106348-A0305-02-0113-96
    Figure 106106348-A0305-02-0113-97
     所述式(19-1)~式(19-7)中，L21、L22、L23、L24、L25、L26、L27及L28獨立為氫、氟、或甲基；Sp1、Sp2及Sp3獨立為單鍵或碳數1~10的伸烷基，於所述 Sp1、Sp2及Sp3中，至少1個-CH2-獨立可由-O-、-COO-、-OCO-、或-OCOO-取代，至少1個-(CH2)2-獨立可由-CH=CH-或-C≡C-取代，於該些基中，至少1個氫獨立可由氟或氯取代；Q4、Q5及Q6獨立為由下述通式(Q-1)~式(Q-3)的任一者所表示的聚合性基，此處，M1、M2及M3獨立為氫、氟、碳數1~5的烷基、或至少1個氫經鹵素取代的碳數1~5的烷基；
    Figure 106106348-A0305-02-0114-98
  13. 如申請專利範圍第4項至第6項中任一項所述的液晶組成物，其更包括選自聚合起始劑、聚合抑制劑、光學活性化合物、抗氧化劑、紫外線吸收劑、光穩定劑、熱穩定劑及消泡劑中的至少一種。
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