CN104837955A - 液晶组成物及液晶显示元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种液晶组合物，其在向列相的高上限温度、向列相的低下限温度、小的粘度、适当的光学各向异性、大的介电各向异性、大的电阻率、对紫外线的高稳定性、对热的高稳定性等特性中，满足至少1种特性，或者关于至少2种特性而具有适当的平衡。本发明还提供具有短的响应时间、大的电压保持率、大的对比度比、长寿命等的有源矩阵元件。本发明的液晶组合物含有具有大的介电各向异性的特定化合物作为第一成分、以及具有小的粘性的特定二环化合物作为第二成分，且也可含有具有高上限温度或者大的介电各向异性的特定化合物作为第三成分、以及具有高上限温度或者小的粘度的特定化合物作为第四成分，而且具有向列相，并且本发明的液晶显示元件含有上述组合物。

Description

液晶组成物及液晶显示元件
技术领域
本发明涉及一种主要适合于有源矩阵(active matrix，AM)元件等的液晶组合物以及含有该组合物的AM元件等。尤其涉及一种介电各向异性为正的液晶组合物，且涉及一种含有该组合物的扭转向列(twisted nematic，TN)模式、光学补偿弯曲(optically compensated bend，OCB)模式、面内切换切换(in-plane switching，IPS)模式、边缘电场切换(Fringe Field Switching，FFS)、聚合物稳定取向(polymer sustained alignment，PSA)、或者电场感应光反应取向(fieldinduced photo-reactive alignment，FPA)模式的元件等。
背景技术
液晶显示元件中，基于液晶的运作模式的分类为相变(phase change，PC)模式、扭转向列(twisted nematic，TN)模式、超扭转向列(super twisted nematic，STN)模式、电控双折射(electrically controlled birefringence，ECB)模式、光学补偿弯曲(optically compensated bend，OCB)模式、面内切换切换(in-plane switching，IPS)模式、垂直取向(vertical alignment，VA)模式、边缘电场切换(Fringe Field Switching，FFS)模式、聚合物稳定取向(polymer sustainedalignment，PSA)模式、电场感应光反应取向(field induced photo-reactive alignment，FPA)模式等。基于元件的驱动方式的分类为无源矩阵(passive matrix，PM)与有源矩阵(activematrix，AM)。PM被分类为静态式(static)与多工式(multiplex)等，AM被分类为薄膜晶体管(thin film transistor，TFT)、金属-绝缘体-金属(metal insulator metal，MIM)等。TFT的分类为非晶硅(amorphous silicon)以及多晶硅(polycrystal silicon)。后者根据制造步骤而分类为高温型与低温型。基于光源的分类为利用自然光的反射型、利用背光的透过型、以及利用自然光与背光这两个的半透过型。
这些元件含有具有适当特性的液晶组合物。该液晶组合物具有向列相。为了获得具有良好的一般特性的AM元件，而提高组合物的一般特性。将两个的一般特性中的关联归纳于下述表1中。基于市售的AM元件来对组合物的一般特性进一步进行说明。向列相的温度范围与元件可使用的温度范围相关联。向列相的优选上限温度约为70℃以上，而且向列相的优选下限温度约为-10℃以下。组合物的粘度与元件的响应时间相关联。为了以元件显示动态图像，优选为响应时间短。因此，优选为组合物的粘度小。更优选为在低温下的粘度小。组合物的弹性常数与元件的对比度相关联。元件中为了提高对比度，更优选为组合物的弹性常数大。
表1.组合物与AM元件的一般特性
1)可缩短向液晶单元中注入组合物的时间
组合物的光学各向异性与元件的对比度比相关联。组合物的光学各向异性(Δn)与元件的单元间隙(d)的积(Δn×d)是设计成使对比度比为最大。适当的积值依存于运作模式的种类。TN之类的模式的元件中，适当的值约为0.45μm。该情况下，对单元间隙小的元件而言优选为具有大的光学各向异性的组合物。组合物的大介电各向异性有助于元件的低阈电压、小的消耗电力与大的对比度比。因此，优选为大的介电各向异性。组合物的大电阻率有助于元件的大的电压保持率及大的对比度比。因此，优选为在初始阶段中不仅在室温下，而且在接近于向列相的上限温度的温度下也具有大的电阻率的组合物。优选为在长时间使用后，不仅在室温下，而且在接近于向列相的上限温度的温度下也具有大的电阻率的组合物。组合物对紫外线及热的稳定性与液晶显示元件的寿命相关联。这些稳定性高时，该元件的寿命长。如上所述的特性对用于液晶投影器、液晶电视等的AM元件而言优选。
具有TN模式的AM元件中使用具有正的介电各向异性的组合物。另一方面，具有VA模式的AM元件中使用具有负的介电各向异性的组合物。具有IPS模式或者FFS模式的AM元件中使用具有正或负的介电各向异性的组合物。具有PSA模式的AM元件中使用具有正或负的介电各向异性的组合物。具有正的介电各向异性的液晶组合物的例子揭示于以下专利文献中。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开平10-081679号公报
理想的AM元件具有可使用的温度范围广、响应时间短、对比度比大、阈电压低、电压保持率大、寿命长等特性。理想为响应时间短于1毫秒。因此，组合物的理想特性为向列相的高上限温度、向列相的低下限温度、小的粘度、适当的光学各向异性、大的介电各向异性、大的电阻率、对紫外线的高稳定性、对热的高稳定性、大的弹性常数等。
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的一目的为一种液晶组合物，其在向列相的高上限温度、向列相的低下限温度、小的粘度、适当的光学各向异性、大的介电各向异性、大的电阻率、对紫外线的高稳定性、对热的高稳定性、大的弹性常数等特性中，满足至少1种特性。另一目的是一种关于至少2种特性而具有适当平衡的液晶组合物。又一目的为含有如上所述的组合物的液晶显示元件。又一目的为具有适当的光学各向异性、大的介电各向异性、对紫外线的高稳定性、大的弹性常数等的组合物，以及具有短的响应时间、大的电压保持率、大的对比度比、长寿命等特性的AM元件。
解决问题的技术手段
本发明的液晶组合物含有选自式(1)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第一成分、以及选自式(2)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第二成分，而且具有正的介电各向异性。
此处，R1为碳数1至12的烷基、碳数1至12的烷氧基、或者碳数2至12的烯基；R2为碳数1至4的烷基；R3为氢或者碳数1至12的烷基；X1、X2、X3及X4独立地为氢或氟；Y1为氟、氯、三氟甲基、或者三氟甲氧基。
发明的效果
本发明的优点为一种液晶组合物，其在向列相的高上限温度、向列相的低下限温度、小的粘度、适当的光学各向异性、大的介电各向异性、大的电阻率、对紫外线的高稳定性、对热的高稳定性等特性中，满足至少1种特性。本发明的一方面为关于至少2种特性而具有适当平衡的液晶组合物。另一方面为含有如上所述的组合物的液晶显示元件。其他方面为具有适当的光学各向异性、大的介电各向异性、对紫外线的高稳定性等特性的组合物，以及具有短的响应时间、大的电压保持率、大的对比度比、长寿命等特性的AM元件。
具体实施方式
本说明书中的用语的使用方法如下所述。有时将本发明的液晶组合物或者本发明的液晶显示元件分别简称为“组合物”或者“元件”。液晶显示元件是液晶显示面板以及液晶显示模块的总称。“液晶性化合物”是指具有向列相、层状相等液晶相的化合物或者虽不具有液晶相但有效用作组合物的成分的化合物。该有用的化合物具有例如1,4-亚环己基或1,4-亚苯基之类的六元环，其分子结构为棒状(rod like)。光学活性化合物以及可聚合的化合物有时被添加于组合物中。即便这些化合物为液晶性化合物，在此也被分类为添加物。有时将选自式(1)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物简称为“化合物(1)”。“化合物(1)”是指式(1)所表示的1种化合物或者2种以上的化合物。其他式所表示的化合物也相同。与“经取代的”有关的“至少1个”是指不仅是位置，而且其个数也可无限制地选择。
有时将向列相的上限温度简称为“上限温度”。有时将向列相的下限温度简称为“下限温度”。“电阻率大”是指组合物在初始阶段中，不仅在室温下而且在接近于向列相的上限温度的温度下也具有大的电阻率，并且在长时间使用后，不仅在室温下而且在接近于向列相的上限温度的温度下也具有大的电阻率。“电压保持率大”是指元件在初始阶段中，不仅在室温下而且在接近于向列相的上限温度的温度下也具有大的电压保持率，并且在长时间使用后，不仅在室温下而且在接近于向列相的上限温度的温度下也具有大的电压保持率。当对光学各向异性等特性进行说明时，使用以实施例中记载的测定方法所获得的值。第一成分为1种化合物或者2种以上的化合物。“第一成分的比例”是以基于液晶组合物的总重量的第一成分的重量百分率(重量％)来表示。第二成分的比例等也相同。混合于组合物中的添加物的比例是以基于液晶组合物的总重量的重量百分率(重量％)或者重量百万分率(ppm)来表示。
成分化合物的化学式中，将R1的记号用于多种化合物。这些化合物中的任意2种化合物中，R1所选择的基团可相同，也可不同。例如，有化合物(1)的R1为乙基且化合物(1-1)的R1为乙基的情况。也有化合物(1)的R1为乙基，而化合物(1-1)的R1为丙基的情况。该规则也适用于R2、X5、Y2等。化学式中，“CL”表示氯。
本发明为下述项等。
1.一种液晶组合物，其含有选自式(1)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第一成分、以及选自式(2)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第二成分，而且具有正的介电各向异性：
此处，R1为碳数1至12的烷基、碳数1至12的烷氧基、或者碳数2至12的烯基；R2为碳数1至4的烷基；R3为氢或者碳数1至12的烷基；X1、X2、X3及X4独立地为氢或氟；Y1为氟、氯、三氟甲基、或者三氟甲氧基。
2.根据项1所述的液晶组合物，其含有选自式(1-1)至式(1-18)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第一成分：
此处，R1为碳数1至12的烷基、碳数1至12的烷氧基、或者碳数2至12的烯基。
3.根据项1或项2所述的液晶组合物，其含有选自根据项2所述的式(1-1)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第一成分。
4.根据项1至项3中任一项所述的液晶组合物，其含有选自根据项2所述的式(1-9)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第一成分。
5.根据项1至项4中任一项所述的液晶组合物，其含有选自式(2-1)及式(2-2)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第二成分：
此处，R2为碳数1至4的烷基。
6.根据项1至项5中任一项所述的液晶组合物，其含有选自根据项5所述的式(2-1)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第二成分。
7.根据项1至项6中任一项所述的液晶组合物，其中基于液晶组合物的总重量，第一成分的比例为3重量％至35重量％的范围，第二成分的比例为5重量％至65重量％的范围。
8.根据项1至项7中任一项所述的液晶组合物，其含有选自式(3-1)及式(3-2)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第三成分：
此处，R4及R5独立地为碳数1至12的烷基、碳数1至12的烷氧基、或者碳数2至12的烯基；环A、环B及环C独立地为1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、3-氟-1,4-亚苯基、3,5-二氟-1,4-亚苯基、四氢吡喃-2,5-二基、或者嘧啶-2,5-二基；Z1、Z2及Z3独立地为单键、亚乙基、羰基氧基、或者二氟亚甲基氧基；X5、X6、X7及X8独立地为氢或氟；Y2及Y3独立地为氟、氯、三氟甲基、或者三氟甲氧基；m为1、2或3；n及p独立地为0、1或2，而且n与p的和为3以下；当n为0，p为1，且Z3为单键时，环C为1,4-亚环己基、四氢吡喃-2,5-二基、或者嘧啶-2,5-二基。
9.根据项1至项8中任一项所述的液晶组合物，其含有选自式(3-1-1)至式(3-1-16)以及式(3-2-1)至式(3-2-4)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第三成分：
此处，R4及R5独立地为碳数1至12的烷基、碳数1至12的烷氧基、或者碳数2至12的烯基；X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11、X12、X13、X14、X15、X16、X17、X18、X19、X20、X21及X22独立地为氢或氟；Y2及Y3独立地为氟、氯、三氟甲基、或者三氟甲氧基。
10.根据项8或项9所述的液晶组合物，其含有选自根据项9所述的式(3-1-2)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第三成分。
11.根据项8至项10中任一项所述的液晶组合物，其含有选自根据项9所述的式(3-1-4)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第三成分。
12.根据项8至项11中任一项所述的液晶组合物，其含有选自根据项9所述的式(3-1-5)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第三成分。
13.根据项8至项12中任一项所述的液晶组合物，其含有选自根据项9所述的式(3-1-15)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第三成分。
14.根据项8至项13中任一项所述的液晶组合物，其含有选自根据项9所述的式(3-2-1)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第三成分。
15.根据项8至项14中任一项所述的液晶组合物，其含有选自根据项9所述的式(3-2-2)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第三成分。
16.根据项8至项15中任一项所述的液晶组合物，其中基于液晶组合物的总重量，第三成分的比例为5重量％至65重量％的范围。
17.根据项1至项16中任一项所述的液晶组合物，其含有选自式(4)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第四成分：
此处，R6及R7独立地为碳数1至12的烷基、碳数1至12的烷氧基、碳数2至12的烯基、或者至少1个氢经氟取代的碳数2至12的烯基；环D及环E独立地为1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、2-氟-1,4-亚苯基、3-氟-1,4-亚苯基或2,5-二氟-1,4-亚苯基；Z4为单键、亚乙基、或者羰基氧基；q为1、2或3；q为1时的环E为1,4-亚苯基。
18.根据项1至项17中任一项所述的液晶组合物，其含有选自式(4-1)至式(4-13)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第四成分：
此处，R6及R7独立地为碳数1至12的烷基、碳数1至12的烷氧基、碳数2至12的烯基、或者至少1个氢经氟取代的碳数2至12的烯基。
19.根据项17或项18所述的液晶组合物，其含有选自根据项18所述的式(4-4)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第四成分。
20.根据项17至项19中任一项所述的液晶组合物，其含有选自根据项18所述的式(4-6)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第四成分。
21.根据项17至项20中任一项所述的液晶组合物，其含有选自根据项18所述的式(4-13)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第四成分。
22.根据项17至项21中任一项所述的液晶组合物，其中基于液晶组合物的总重量，第四成分的比例为3重量％至45重量％的范围。
23.根据项1至项22中任一项所述的液晶组合物，其中向列相的上限温度为70℃以上，波长589nm下的光学各向异性(25℃)为0.08以上，而且频率1kHz下的介电各向异性(25℃)为2以上。
24.一种液晶显示元件，其含有根据项1至23项中任一项所述的液晶组合物。
25.根据项24所述的液晶显示元件，其中液晶显示元件的运作模式为TN模式、ECB模式、OCB模式、IPS模式、PSA模式、或者FPA模式，液晶显示元件的驱动方式为有源矩阵方式。
26.一种根据项1至项23中任一项所述的液晶组合物的用途，其用于液晶显示元件。
本发明还包括如下各项。1)还含有光学活性化合物的上述组合物；2)还含有抗氧化剂、紫外线吸收剂、消泡剂、可聚合的化合物、聚合引发剂等添加物的上述组合物；3)含有上述组合物的AM元件；4)含有上述组合物，而且具有TN模式、ECB模式、OCB模式、IPS模式、FFS模式、PSA模式或者FPA模式的元件；5)含有上述组合物的透过型元件；6)将上述组合物作为具有向列相的组合物的用途；7)通过在上述组合物中添加光学活性化合物而作为光学活性组合物的用途。
以如下顺序对本发明的组合物进行说明。第一，对组合物中的成分化合物的构成进行说明。第二，对成分化合物的主要特性、以及该化合物对组合物带来的主要效果进行说明。第三，对组合物中的成分的组合、成分的优选比例以及其依据进行说明。第四，对成分化合物的优选形态进行说明。第五，列出成分化合物的具体例。第六，对可混合于组合物中的添加物进行说明。第七，对成分化合物的合成法进行说明。最后，对组合物的用途进行说明。
第一，对组合物中的成分化合物的构成进行说明。本发明的组合物被分类为组合物A与组合物B。组合物A除了含有选自化合物(1)、化合物(2)、化合物(3-1)、化合物(3-2)、以及化合物(4)中的液晶化合物以外，也可还含有其他的液晶性化合物、添加物、杂质等。“其他的液晶性化合物”是与化合物(1)、化合物(2)、化合物(3-1)、化合物(3-2)、以及化合物(4)不同的液晶性化合物。此种化合物是出于进一步调整特性的目的而混合于组合物中。添加物为光学活性化合物、抗氧化剂、紫外线吸收剂、色素、消泡剂、可聚合的化合物、聚合引发剂等。杂质是在成分化合物的合成等步骤中混入的化合物等。即便该化合物为液晶性化合物，在此也被分类为杂质。
组合物B实质上仅包含选自化合物(1)、化合物(2)、化合物(3-1)、化合物(3-2)、以及化合物(4)中的化合物。“实质上”是指组合物可含有添加物以及杂质，但不含与这些化合物不同的液晶性化合物。组合物B与组合物A相比较，成分的数量少。就降低成本的观点而言，组合物B优于组合物A。就可通过混合其他的液晶性化合物来进一步调整物性的观点而言，组合物A优于组合物B。
第二，对成分化合物的主要特性、以及该化合物给组合物的特性带来的主要效果进行说明。基于本发明的效果，将成分化合物的主要特性归纳于表2中。表2的记号中，L是指大或高，M是指中等程度的，S是指小或低。记号L、M、S是基于成分化合物之间的定性比较的分类，0(零)是指值大致为零。
表2.化合物的特性
化合物 (1) (2) (3-1) (3-2) (4)
上限温度 S～M S S～L S～M S～L
粘度 M～L S S～L M～L S～M
光学各向异性 M S S～L S～M S～L
介电各向异性 M～L 0 S～L M～L 0
电阻率 L L L L L
当将成分化合物混合于组合物中时，成分化合物对组合物的特性带来的主要效果如下所述。化合物(1)提高介电各向异性。化合物(2)降低下限温度，而且降低粘度。化合物(3-1)提高上限温度，降低下限温度，而且提高介电各向异性。化合物(3-2)降低下限温度，而且提高介电各向异性。化合物(4)提高上限温度，降低下限温度，而且降低粘度。
第三，对组合物中的成分的组合、成分化合物的优选比例以及其依据进行说明。组合物中的成分的组合为：第一成分+第二成分、第一成分+第二成分+第三成分、第一成分+第二成分+第四成分、以及第一成分+第二成分+第三成分+第四成分。组合物中的成分的优选组合为第一成分+第二成分+第三成分以及第一成分+第二成分+第三成分+第四成分。
为了提高介电各向异性，第一成分的优选比例为3重量％以上，为了降低下限温度，第一成分的优选比例为35重量％以下。尤其优选的比例为5重量％至25重量％的范围。特别优选的比例为7重量％至15重量％的范围。
为了降低粘度，第二成分的优选比例为5重量％以上，为了降低下限温度，第二成分的优选比例为65重量％以下。尤其优选的比例为15重量％至55重量％的范围。特别优选的比例为20重量％至45重量％的范围。
为了提高介电各向异性，第三成分的优选比例为5重量％以上，为了降低下限温度，第三成分的优选比例为65重量％以下。尤其优选的比例为15重量％至55重量％的范围。特别优选的比例为25重量％至45重量％的范围。
为了提高上限温度，或者为了降低粘度，第四成分的优选比例为3重量％以上，为了提高介电各向异性，第四成分的优选比例为45重量％以下。尤其优选的比例为5重量％至35重量％的范围。特别优选的比例为10重量％至25重量％的范围。
第四，对成分化合物的优选形态进行说明。
R1、R4、及R5独立地为碳数1至12的烷基、碳数1至12的烷氧基、或者碳数2至12的烯基。为了提高对紫外线的稳定性，或者为了提高对热的稳定性，优选的R1、R4或R5为碳数1至12的烷基。R6及R7独立地为碳数1至12的烷基、碳数1至12的烷氧基、碳数2至12的烯基、或者至少1个氢经氟取代的碳数2至12的烯基。为了降低粘度，优选的R6或R7为碳数2至12的烯基，为了提高对紫外线的稳定性，或者为了提高对热的稳定性，优选的R6或R7为碳数1至12的烷基。R2为碳数1至4的烷基。R3为氢、或者碳数1至12的烯基。为了降低粘度，优选的R3为氢。
优选的烷基为甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、或者辛基。为了降低粘度，尤其优选的烷基为乙基、丙基、丁基、戊基、或者庚基。其中，R2中的优选的烷基为甲基、乙基、丙基、或者丁基。为了提高上限温度，R2中的尤其优选的烷基为丙基或者丁基。
优选的烷氧基为甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、戊氧基、己氧基、或者庚氧基。为了降低粘度，尤其优选的烷氧基为甲氧基或者乙氧基。
优选的烯基为乙烯基、1-丙烯基、2-丙烯基、1-丁烯基、2-丁烯基、3-丁烯基、1-戊烯基、2-戊烯基、3-戊烯基、4-戊烯基、1-己烯基、2-己烯基、3-己烯基、4-己烯基、或者5-己烯基。为了降低粘度，尤其优选的烯基为乙烯基、1-丙烯基、3-丁烯基或3-戊烯基。这些烯基中的-CH＝CH-的优选立体构型依存于双键的位置。为了降低粘度等，1-丙烯基、1-丁烯基、1-戊烯基、1-己烯基、3-戊烯基、3-己烯基之类的烯基中优选为反式构型。2-丁烯基、2-戊烯基、2-己烯基之类的烯基中优选为顺式构型。这些烯基中，直链的烯基优于分支的烯基。
至少1个氢经氟取代的烯基的优选例为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。为了降低粘度，尤其优选的例为2,2-二氟乙烯基、以及4,4-二氟-3-丁烯基。
m为1、2或3。为了降低下限温度，优选的m为2。n及p独立地为0、1或2，而且n与p的和为3以下。为了降低下限温度，优选的n为0。为了提高上限温度，优选的p为2。q为1、2或3。为了降低粘度，优选的q为1。
环A、环B及环C独立地为1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、3-氟-1,4-亚苯基、3,5-二氟-1,4-亚苯基、四氢吡喃-2,5-二基、或者嘧啶-2,5-二基，m为2或3时，任意的2个环A可相同，也可不同，n为2时，2个环B可相同，也可不同，p为2时，2个环C可相同，也可不同。为了提高光学各向异性，优选的环A、环B、或者环C为1,4-亚苯基、3-氟-1,4-亚苯基或3,5-氟-1,4-亚苯基。环D及环E独立地为1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、2-氟-1,4-亚苯基、3-氟-1,4-亚苯基或2,5-二氟-1,4-亚苯基，q为2或3时，2个环D可相同，也可不同。为了降低粘度，优选的环D或者环E为1,4-亚环己基，或者为了提高光学各向异性，优选的环D或者环E为1,4-亚苯基。
Z1、Z2及Z3独立地为单键、亚乙基、羰基氧基、或者二氟亚甲基氧基。m为2或3时，任意的2个Z1可相同，也可不同，n为2时，2个Z2可相同，也可不同，p为2时，2个Z3可相同，也可不同。为了降低粘度，优选的Z1或Z3为单键，为了提高介电各向异性，优选的Z1或Z3为二氟亚甲基氧基。为了降低粘度，优选的Z2为单键。Z4为单键、亚乙基、或者羰基氧基。Z4为单键、亚乙基、或者羰基氧基。为了降低粘度，优选的Z4为单键。当n为0，p为1，且Z3为单键时，环C为1,4-亚环己基、四氢吡喃-2,5-二基、或者嘧啶-2,5-二基。
X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11、X12、X13、X14、X15、X16、X17、X18、X19、X20、X21及X22独立地为氢或氟。为了降低粘度，优选的X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11、X12、X13、X14、X15、X16、X17、X18、X19、X20、X21或X22为氟。
Y1、Y2、及Y3独立地为氟、氯、三氟甲基、或者三氟甲氧基。为了降低下限温度，优选的Y1、Y2或Y3为氟。
第五，列出成分化合物的具体例。下述优选的化合物中，R8及R10独立地为碳数1至12的烷基。R9为碳数1至4的烷基。R12及R13为碳数1至12的烷基或者碳数2至12的烯基。R11为碳数1至12的烷基或者碳数1至12的烷氧基。
优选的化合物(1)为化合物(1-1-1)至化合物(1-18-1)。
尤其优选的化合物(1)为化合物(1-1-1)、化合物(1-9-1)、以及化合物(1-16-1)。特别优选的化合物(1)为化合物(1-1-1)以及化合物(1-9-1)。优选的化合物(2)为化合物(2-1-1)或者化合物(2-2-1)。尤其优选的化合物(2)为化合物(2-1-1(。优选的化合物(3-1)为化合物(3-1-1-1)至化合物(3-1-16-2)。尤其优选的化合物(3-1)为化合物(3-1-2-1)、化合物(3-1-2-2)、化合物(3-1-4-1)、化合物(3-1-5-1)、化合物(3-1-5-2)、化合物(3-1-8-1)、化合物(3-1-15-1)、以及化合物(3-1-16-1)。特别优选的化合物(3-1)为化合物(3-1-2-1)、化合物(3-1-4-1)、以及化合物(3-1-15-1)。优选的化合物(3-2)为化合物(3-2-1-1)至化合物(3-2-4-1)。尤其优选的化合物(3-2)为化合物(3-2-1-1)以及化合物(3-2-2-1)。优选的化合物(4)为化合物(4-1-1)至化合物(4-13-1)。尤其优选的化合物(4)为化合物(4-1-1)、化合物(4-4-1)、以及化合物(4-6-1)。特别优选的化合物(4)为化合物(4-4-1)。
第六，对可混合于组合物中的添加物进行说明。此种添加物为光学活性化合物、抗氧化剂、紫外线吸收剂、色素、消泡剂、可聚合的化合物、聚合引发剂等。出于诱发液晶的螺旋结构来赋予扭转角的目的，将光学活性化合物混合于组合物中。此种化合物的例子为化合物(5-1)至化合物(5-5)。光学活性化合物的优选比例为5重量％以下。尤其优选的比例为0.01重量％至2重量％的范围。
为了防止由大气中的加热引起的电阻率下降，或者为了在长时间使用元件后，不仅在室温下而且在接近向列相的上限温度的温度下也维持大的电压保持率，将抗氧化剂混合于组合物中。
抗氧化剂的优选例为r为1至9的整数的化合物(6)等。化合物(6)中，优选的r为1、3、5、7或9。尤其优选的r为1或7。r为1的化合物(6)由于挥发性大，故而在防止由大气中的加热引起的电阻率下降时有效。r为7的化合物(6)由于挥发性小，故而就长时间使用元件后，不仅在室温下而且在接近于向列相的上限温度的温度下也维持大的电压保持率而言有效。为了获得上述效果，抗氧化剂的优选比例约为50ppm以上，为了不降低上限温度，或者为了不提高下限温度，抗氧化剂的优选比例约为600ppm以下。尤其优选的比例为约100ppm至约300ppm的范围。
紫外线吸收剂的优选例为二苯甲酮衍生物、苯甲酸酯衍生物、***衍生物等。另外，如具有位阻的胺之类的光稳定剂也优选。为了获得上述效果，这些吸收剂或稳定剂的优选比例约为50ppm以上，为了不降低上限温度，或者为了不提高下限温度，这些吸收剂或稳定剂的优选比例约为10000ppm以下。尤其优选的比例为约100ppm至约10000ppm的范围。
为了适合于宾主(guest host，GH)模式的元件，将如偶氮(azo)系色素、蒽醌(anthraquinone)系色素等那样的二色性色素(dichroic dye)混合于组合物中。色素的优选比例为约0.01重量％至约10重量％的范围。为了防止鼓泡，将二甲基硅酮油、甲基苯基硅酮油等消泡剂混合于组合物中。为了获得上述效果，消泡剂的优选比例约为1ppm以上，为了防止显示不良，消泡剂的优选比例约为1000ppm以下。尤其优选的比例为约1ppm至约500ppm的范围。
为了适合于聚合物稳定取向(polymer sustained alignment，PSA)模式的元件，将可聚合的化合物混合于组合物中。可聚合的化合物的优选例为丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、乙烯系化合物、乙烯基氧基化合物、丙烯基醚、环氧化合物(氧杂环丙烷(oxirane)、氧杂环丁烷)、乙烯酮等具有可聚合的基团的化合物。特别优选的例为丙烯酸酯或者甲基丙烯酸酯的衍生物。为了获得上述效果，可聚合的化合物的优选比例约为0.05重量％以上，为了防止显示不良，可聚合的化合物的优选比例约为10重量％以下。尤其优选的比例为约0.1重量％至约2重量％的范围。可聚合的化合物优选为在光聚合引发剂等适当的引发剂存在下通过紫外光(UltraViolet，UV)照射等来聚合。用于聚合的适当条件、引发剂的适当类型、以及适当的量已为本领域技术人员所知，并记载于文献中。例如光引发剂艳佳固(Irgacure)651(注册商标；巴斯夫(BASF))、艳佳固(Irgacure)184(注册商标；巴斯夫(BASF))、或者达罗卡(Darocure)1173(注册商标；巴斯夫(BASF))适合于自由基聚合。光聚合引发剂的优选比例为可聚合的化合物的约0.1重量％至约5重量％的范围，特别优选的比例为约1重量％至约3重量％的范围。
第七，对成分化合物的合成法进行说明。这些化合物(1)至化合物(4)可利用已知的方法来合成。对合成法进行例示。化合物(1-1-1)是利用日本专利特开平10-81679号公报中记载的方法来合成。化合物(2-1)是利用日本专利特开昭59-176221号公报中记载的方法来合成。化合物(3-1-2-1)是利用日本专利特开平10-251186号公报中记载的方法来合成。化合物(3-1-11-2)是利用日本专利特开平2-233626号公报中记载的方法来合成。化合物(3-2-3-1)是利用日本专利特开平9-012569号公报中记载的方法来合成。化合物(4-4-1)是利用日本专利特开昭57-165328号公报以及日本专利特开昭59-176221号公报中记载的方法来合成。抗氧化剂已有市售。式(6)的r为1的化合物可从奥尔德里奇(Aldrich)(西格玛奥尔德里奇公司(Sigma-Aldrich Corporation))获取。r为7的化合物(6)等是利用美国专利3660505号说明书中记载的方法来合成。
未记载合成法的化合物可利用以下成书中记载的方法来合成：有机合成(OrganicSyntheses，约翰威立父子出版公司(John Wiley&Sons,Inc))、有机反应(Organic Reactions，约翰威立父子出版公司(John Wiley&Sons,Inc))、综合有机合成(Comprehensive OrganicSynthesis，培格曼出版公司(Pergamon Press))、新实验化学讲座(丸善)等。组合物是利用公知方法，由以上述方式获得的化合物来制备。例如，将成分化合物混合，然后通过加热而使其相互溶解。
最后，对组合物的用途进行说明。本发明的组合物主要具有约-10℃以下的下限温度、约70℃以上的上限温度、以及约0.07至约0.20的范围的光学各向异性。含有该组合物的元件具有大的电压保持率。该组合物适合于AM元件。该组合物特别适合于透过型的AM元件。也可通过控制成分化合物的比例，或者通过混合其他的液晶性化合物，来制备具有约0.08至约0.25的范围的光学各向异性的组合物，进而也可制备具有约0.10至约0.30的范围的光学各向异性的组合物。该组合物可作为具有向列相的组合物来使用，且可通过添加光学活性化合物而作为光学活性组合物来使用。
该组合物可用于AM元件。进而也可用于PM元件。该组合物可用于具有PC、TN、STN、ECB、OCB、IPS、FFS、VA、PSA、FPA等模式的AM元件以及PM元件。特别优选为用于具有TN模式、OCB模式、IPS模式或者FFS模式的AM元件。具有IPS模式或者FFS模式的AM元件中，未施加电压的状态下的液晶分子的排列可与面板基板平行或者垂直。这些元件可为反射型、透过型或者半透过型。优选为用于透过型元件。也可用于非晶硅-TFT元件或者多晶硅-TFT元件。也可用于将该组合物微胶囊(microcapsule)化而制作的向列曲线排列相(nematic curvilinear aligned phase，NCAP)型元件、或在组合物中形成有三维网状高分子的聚合物分散(polymer dispersed，PD)型元件。
实施例
为了对组合物以及组合物中所含的化合物的特性进行评价，而将组合物以及该化合物作为测定目标物。当测定目标物为组合物时，将其直接作为试样来测定，记载所得的值。当测定目标物为化合物时，通过将该化合物(15重量％)混合于母液晶(85重量％)中来制备测定用试样。根据测定而得的值，利用外推法来算出化合物的特性值。(外推值)＝{(测定用试样的测定值)-0.85×(母液晶的测定值)}/0.15。当在该比例下层状相(或者结晶)在25℃下析出时，将化合物与母液晶的比例以10重量％：90重量％、5重量％：95重量％、1重量％：99重量％的顺序变更。利用该外推法来求出与化合物相关的上限温度、光学各向异性、粘度以及介电各向异性的值。
母液晶的成分如下所述。各成分的比例为重量％。
特性值的测定是依据下述方法。这些方法多为社团法人电子信息技术产业协会(JapanElectronics and Information Technology Industries Association，以下称为JEITA)所审议制定的JEITA标准(JEITA ED-2521B)中记载的方法、或者将其修饰而成的方法。
向列相的上限温度(NI；℃)：在具备偏光显微镜的熔点测定装置的加热板上放置试样，以1℃/分钟的速度加热。对试样的一部分由向列相变化为各向同性液体时的温度进行测定。有时将向列相的上限温度简称为“上限温度”。
向列相的下限温度(TC；℃)：将具有向列相的试样放入玻璃瓶中，在0℃、-10℃、-20℃、-30℃及-40℃的冷冻器中保管10天后，观察液晶相。例如，当试样在-20℃下保持向列相的状态，而在-30℃下转变为结晶或者层状相时，将TC记载为“＜-20℃”。有时将向列相的下限温度简称为“下限温度”。
粘度(体积粘度，η，在20℃下测定，mPa·s)：测定时使用E型旋转粘度计。
粘度(旋转粘度，γ1，在25℃下测定，mPa·s)：测定是依据今井(M.Imai)等人的《分子晶体与液晶(Molecular Crystals and Liquid Crystals)》第259期第37页(1995)中记载的方法。在扭转角为0°且2块玻璃基板的间隔(单元(cell)间隙)为5μm的TN元件中放入试样。对该元件在16V至19.5V的范围内以0.5V为单位阶段性地施加电压。不施加电压0.2秒后，以仅1个矩形波(矩形脉冲，0.2秒)与不施加(2秒)的条件重复施加电压。测定通过该施加而产生的暂态电流(transient current)的峰值电流(peak current)及峰值时间(peaktime)。由这些测定值与M.Imai等人的论文中的第40页记载的计算式(8)来获得旋转粘度的值。该计算所必需的介电各向异性的值是使用测定该旋转粘度的元件，以如下记载的方法来求出。
光学各向异性(折射率各向异性，Δn，在25℃下测定)：测定是使用波长589nm的光，利用在接目镜上安装有偏光板的阿贝折射计来进行。对主棱镜的表面向一个方向摩擦后，将试样滴下至主棱镜上。折射率n||是在偏光的方向与摩擦的方向平行时测定。折射率n⊥是在偏光的方向与摩擦的方向垂直时测定。光学各向异性的值是根据Δn＝n||-n⊥的式子来计算。
介电各向异性(Δε，在25℃下测定)：在2块玻璃基板的间隔(单元间隙)为9μm且扭转角为80度的TN元件中放入试样。对该元件施加正弦波(10V，1kHz)，2秒后测定液晶分子的长轴方向的介电常数(ε||)。对该元件施加正弦波(0.5V，1kHz)，2秒后测定液晶分子的短轴方向的介电常数(ε⊥)。介电各向异性的值是根据Δε＝ε||-ε⊥的式子来计算。
阈电压(Vth，在25℃下测定，V)：测定时使用大冢电子股份有限公司制造的LCD5100型亮度计。光源为卤素灯(halogen lamp)。在2块玻璃基板的间隔(单元间隙)约为0.45/Δn(μm)且扭转角为80度的常白模式(normally white mode)的TN元件中放入试样。对该元件施加的电压(32Hz，矩形波)是以0.02V为单位自0V阶段性地增加至10V为止。此时，从垂直方向对元件照射光，测定透过元件的光量。制成当该光量达到最大时透过率为100％、且当该光量为最小时透过率为0％的电压-透过率曲线。阈电压是透过率达到90％时的电压。
电压保持率(VHR-1，在25℃下测定，％)：测定时使用的TN元件具有聚酰亚胺取向膜，而且2块玻璃基板的间隔(单元间隙)为5μm。在加入试样后，利用以紫外线硬化的粘接剂将该元件密封。对该元件施加脉冲电压(5V，60微秒)来充电。利用高速电压计在16.7毫秒期间测定所衰减的电压，求出单位周期中的电压曲线与横轴之间的面积A。面积B为电压未衰减时的面积。电压保持率为面积A相对于面积B的百分率。
电压保持率(VHR-2，在80℃下测定，％)：测定时使用的TN元件具有聚酰亚胺取向膜，而且2块玻璃基板的间隔(单元间隙)为5μm。在加入试样后，利用以紫外线硬化的粘接剂将该元件密封。对该TN元件施加脉冲电压(5V，60微秒)来充电。利用高速电压计在16.7毫秒期间测定所衰减的电压，求出单位周期中的电压曲线与横轴之间的面积A。面积B为电压未衰减时的面积。电压保持率为面积A相对于面积B的百分率。
电压保持率(VHR-3，在25℃下测定，％)：照射紫外线后，测定电压保持率，评价对紫外线的稳定性。测定时使用的TN元件具有聚酰亚胺取向膜，而且单元间隙为5μm。在该元件中注入试样，照射光20分钟。光源为超高压水银灯USH-500D(牛尾(Ushio)电机制造)，元件与光源的间隔为20cm。VHR-3的测定中，在16.7毫秒期间测定所衰减的电压。具有大的VHR-3的组合物对紫外线具有大的稳定性。VHR-3优选为90％以上，更优选为95％以上。
电压保持率(VHR-4，在25℃下测定，％)：将注入有试样的TN元件在80℃的恒温槽内加热500小时后，测定电压保持率，评价对热的稳定性。VHR-4的测定中，在16.7毫秒期间测定所衰减的电压。具有大的VHR-4的组合物对热具有大的稳定性。
响应时间(τ，在25℃下测定，ms)：测定时使用大冢电子股份有限公司制造的LCD5100型亮度计。光源为卤素灯。低通滤波器(Low-pass filter)是设定为5kHz。在2块玻璃基板的间隔(单元间隙)为5.0μm且扭转角为80度的常白模式(normally white mode)的TN元件中放入试样。对该元件施加矩形波(60Hz，5V，0.5秒)。此时，从垂直方向对元件照射光，测定透过元件的光量。当该光量达到最大时透过率为100％，当该光量为最小时透过率为0％。上升时间(τr：rise time，毫秒)是透过率自90％变化至10％所需要的时间。下降时间(τf：fall time，毫秒)是透过率自10％变化至90％所需要的时间。响应时间是以上述方式求出的上升时间与下降时间的和。
弹性常数(K，在25℃下测定，pN)：测定时使用横河惠普(Yokogawa-Hewlett-Packard)股份有限公司制造的HP4284A型LCR计。在2块玻璃基板的间隔(单元间隙)为20μm的水平取向单元中放入试样。对该单元施加0伏特至20伏特电荷，测定静电电容以及施加电压。使用《液晶元件手册》(日刊工业新闻社)第75页的式(2.98)、式(2.101)，将所测定的静电电容(C)及施加电压(V)的值拟合(fitting)，由式(2.99)获得K11及K33的值。继而，在《液晶元件手册》第171页的式(3.18)中，使用刚才求出的K11及K33的值来算出K22。弹性常数是以上述方式求出的K11、K22及K33的平均值。
电阻率(ρ，在25℃下测定，Ωcm)：在具备电极的容器中注入试样1.0mL。对该容器施加直流电压(10V)，测定10秒后的直流电流。电阻率是由如下式子算出。(电阻率)＝{(电压)×(容器的电容量)}/{(直流电流)×(真空的介电常数)}。
螺旋节距(P，在室温下测定，μm)：螺旋节距是利用楔法来测定(《液晶便览》第196页(2000年发行，丸善))。将试样注入于楔形单元中，在室温下静置2小时后，利用偏光显微镜(尼康(股)，商品名MM40/60系列)来观察向错线(disclination line)的间隔(d2-d1)。螺旋节距(P)是根据将楔单元的角度表示为θ的下述式子来算出。
P＝2×(d2-d1)×tanθ
气相色谱分析：测定时使用岛津制作所制造的GC-14B型气相色谱仪(gas chromatograph)。载气为氦气(2mL/分钟)。将试样气化室设定为280℃，且将检测器(火焰电离检测器(flameionization detector，FID))设定为300℃。成分化合物的分离时使用安捷伦科技公司(AgilentTechnologies Inc.)制造的毛细管柱DB-1(长度30m，内径0.32mm，膜厚0.25μm；固定液相为二甲基聚硅氧烷；无极性)。该管柱在200℃下保持2分钟后，以5℃/分钟的比例升温至280℃。试样制备成丙酮溶液(0.1重量％)后，将其中的1μL注入试样气化室中。记录计为岛津制作所制造的C-R5A型色谱仪组件(Chromatopac)、或者其同等品。所得的气相色谱图表示与成分化合物对应的峰值的保持时间以及峰值的面积。
用以稀释试样的溶剂可使用氯仿、己烷等。为了分离成分化合物，可使用如下的毛细管柱。安捷伦科技公司制造的HP-1(长度30m，内径0.32mm，膜厚0.25μm)、瑞斯泰克公司(Restek Corporation)制造的Rtx-1(长度30m，内径0.32mm，膜厚0.25μm)、澳大利亚SGE国际公司(SGE International Pty.Ltd)制造的BP-1(长度30m，内径0.32mm，膜厚0.25μm)。出于防止化合物峰值的重叠的目的，也可使用岛津制作所制造的毛细管柱CBP1-M50-025(长度50m，内径0.25mm，膜厚0.25μm)。
组合物中所含的液晶性化合物的比例可利用如下所述的方法来算出。液晶性化合物可利用气相色谱仪来检测。气相色谱图中的峰值的面积比相当于液晶性化合物的比例(摩尔数)。使用上文记载的毛细管柱时，可将各液晶性化合物的修正系数视为1。因此，液晶性化合物的比例(重量％)是根据峰值的面积比来算出。
利用实施例对本发明进行详细说明。本发明不受下述实施例的限定。比较例以及实施例中的化合物是基于下述表3的定义，利用记号来表示。表3中，与1,4-亚环己基相关的立体构型为反式构型。位于记号后的括弧内的编号与化合物的编号对应。(-)的记号是指其他的液晶性化合物。液晶性化合物的比例(百分率)为基于液晶组合物的总重量的重量百分率(重量％)，液晶组合物中包含杂质。最后，归纳组合物的特性值。
表3使用记号的化合物的表述法
R-(A1)-Z1-·····－Ｚn-(An)-R’
[实施例1]
NI＝83.4℃；Tc＜-20℃；Δn＝0.116；Δε＝7.0；Vth＝1.83V；η＝14.0mPa·s；γ1＝98.7mPa·s.
[比较例1]
将实施例1的化合物(2-1-1)置换为化合物(2-1-1)类似的化合物。调合本组合物，利用上述方法进行测定。该组合物的成分以及特性如下所述。
NI＝85.2℃；Tc＜-20℃；Δn＝0.119；Δε＝6.5；Vth＝1.96V；η＝17.6mPa·s；γ1＝124.6mPa·s.
实施例1的组合物与比较例1的组合物相比，具有小的体积粘度(η)、小的旋转粘度(γ1)以及大的介电各向异性(Δε)。
[比较例2]
自日本专利特开平10-081679号公报中揭示的组合物中选择组合物例19。其依据是该组合物含有化合物(1-5-1)、化合物(1-15-1)、化合物(3-1-9)、化合物(3-1-11)、化合物(3-1-12)、化合物(3-1)、化合物(4-11-1)、以及化合物(4-12-1)，且体积粘度最小。该组合物的成分以及特性如下所述。
NI＝84.5℃；Δn＝0.090；Δε＝5.5；Vth＝2.18V；η＝16.0mPa·s.
[实施例2]
NI＝76.8℃；Tc＜-20℃；Δn＝0.107；Δε＝12.0；Vth＝1.34V；η＝13.1mPa·s；γ1＝94.4mPa·s.
[实施例3]
NI＝78.8℃；Tc＜-20℃；Δn＝0.106；Δε＝11.1；Vth＝1.39V；η＝12.3mPa·s；γ1＝88.6mPa·s.
[实施例4]
NI＝76.1℃；Tc＜-20℃；Δn＝0.107；Δε＝10.7；Vth＝1.39V；η＝11.8mPa·s；γ1＝82.5mPa·s.
[实施例5]
NI＝78.4℃；Tc＜-20℃；Δn＝0.107；Δε＝10.7；Vth＝1.42V；η＝11.1mPa·s；γ1＝79.6mPa·s.
[实施例6]
NI＝70.1℃；Tc＜-20℃；Δn＝0.108；Δε＝7.6；Vth＝1.64V；η＝13.9mPa·s；γ1＝100.3mPa·s.
[实施例7]
NI＝66.8℃；Tc＜-20℃；Δn＝0.089；Δε＝7.0；Vth＝1.74V；η＝14.8mPa·s；γ1＝106.7mPa·s.
[实施例8]
NI＝70.0℃；Tc＜-20℃；Δn＝0.097；Δε＝7.0；Vth＝1.76V；η＝14.6mPa·s；γ1＝105.5mPa·s.
[实施例9]
NI＝67.1℃；Tc＜-20℃；Δn＝0.116；Δε＝9.4；Vth＝1.45V；η＝15.0mPa·s；γ1＝109.1mPa·s.
[实施例10]
NI＝77.7℃；Tc＜-20℃；Δn＝0.111；Δε＝7.3；Vth＝1.70V；η＝14.8mPa·s；γ1＝107.1mPa·s.
[实施例11]
NI＝77.6℃；Tc＜-20℃；Δn＝0.113；Δε＝8.5；Vth＝1.62V；η＝14.9mPa·s；γ1＝105.8mPa·s.
[实施例12]
NI＝78.1℃；Tc＜-20℃；Δn＝0.112；Δε＝7.3；Vth＝1.72V；η＝15.0mPa·s；γ1＝106.9mPa·s.
[实施例13]
NI＝73.4℃；Tc＜-20℃；Δn＝0.096；Δε＝7.3；Vth＝1.76V；η＝14.3mPa·s；γ1＝102.1mPa·s.
实施例1至实施例13的组合物与比较例1以及比较例2的组合物相比，具有小的体积粘度以及大的介电各向异性。因此，本发明的液晶组合物具有优异的特性。
产业上的可利用性
本发明的液晶组合物在向列相的高上限温度、向列相的低下限温度、小的粘度、适当的光学各向异性、大的介电各向异性、大的电阻率、大的弹性常数、对紫外线的高稳定性、对热的高稳定性等的特性中，满足至少1种特性，或者关于至少2种特性而具有适当的平衡。含有此种组合物的液晶显示元件成为具有短的响应时间、大的电压保持率、大的对比度比、长寿命等的AM元件，因此可用于液晶投影仪、液晶电视等。

Claims (26)

1.一种液晶组合物，其含有选自式(1)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第一成分、以及选自式(2)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第二成分，而且具有正的介电各向异性：
此处，R1为碳数1至12的烷基、碳数1至12的烷氧基、或者碳数2至12的烯基；R2为碳数1至4的烷基；R3为氢或者碳数1至12的烷基；X1、X2、X3及X4独立地为氢或氟；Y1为氟、氯、三氟甲基、或者三氟甲氧基。
2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其含有选自式(1-1)至式(1-18)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第一成分：
此处，R1为碳数1至12的烷基、碳数1至12的烷氧基、或者碳数2至12的烯基。
3.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，其含有选自根据权利要求2所述的式(1-1)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第一成分。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的液晶组合物，其含有选自根据权利要求2所述的式(1-9)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第一成分。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的液晶组合物，其含有选自式(2-1)及式(2-2)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第二成分：
此处，R2为碳数1至4的烷基。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的液晶组合物，其含有选自根据权利要求5所述的式(2-1)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第二成分。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的液晶组合物，其中基于液晶组合物的总重量，第一成分的比例为3重量％至35重量％的范围，第二成分的比例为5重量％至65重量％的范围。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的液晶组合物，其含有选自式(3-1)及式(3-2)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第三成分：
此处，R4及R5独立地为碳数1至12的烷基、碳数1至12的烷氧基、或者碳数2至12的烯基；环A、环B及环C独立地为1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、3-氟-1,4-亚苯基、3,5-二氟-1,4-亚苯基、四氢吡喃-2,5-二基、或者嘧啶-2,5-二基；Z1、Z2及Z3独立地为单键、亚乙基、羰基氧基、或者二氟亚甲基氧基；X5、X6、X7及X8独立地为氢或氟；Y2及Y3独立地为氟、氯、三氟甲基、或者三氟甲氧基；m为1、2或3；n及p独立地为0、1或2，而且n与p的和为3以下；当n为0，p为1，且Z3为单键时，环C为1,4-亚环己基、四氢吡喃-2,5-二基、或者嘧啶-2,5-二基。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的液晶组合物，其含有选自式(3-1-1)至式(3-1-16)以及式(3-2-1)至式(3-2-4)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第三成分：
此处，R4及R5独立地为碳数1至12的烷基、碳数1至12的烷氧基、或者碳数2至12的烯基；X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11、X12、X13、X14、X15、X16、X17、X18、X19、X20、X21及X22独立地为氢或氟；Y2及Y3独立地为氟、氯、三氟甲基、或者三氟甲氧基。
10.根据权利要求8或9所述的液晶组合物，其含有选自根据权利要求9所述的式(3-1-2)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第三成分。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的液晶组合物，其含有选自根据权利要求9所述的式(3-1-4)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第三成分。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的液晶组合物，其含有选自根据权利要求9所述的式(3-1-5)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第三成分。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的液晶组合物，其含有选自根据权利要求9所述的式(3-1-15)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第三成分。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的液晶组合物，其含有选自根据权利要求9所述的式(3-2-1)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第三成分。
15.根据权利要求8至14中任一项所述的液晶组合物，其含有选自根据权利要求9所述的式(3-2-2)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第三成分。
16.根据权利要求8至15中任一项所述的液晶组合物，其中基于液晶组合物的总重量，第三成分的比例为5重量％至65重量％的范围。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的液晶组合物，其含有选自式(4)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第四成分：
此处，R6及R7独立地为碳数1至12的烷基、碳数1至12的烷氧基、碳数2至12的烯基、或者至少1个氢经氟取代的碳数2至12的烯基；环D及环E独立地为1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、2-氟-1,4-亚苯基、3-氟-1,4-亚苯基或2,5-二氟-1,4-亚苯基；Z4独立地为单键、亚乙基、或者羰基氧基；q为1、2或3；q为1时的环E为1,4-亚苯基。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的液晶组合物，其含有选自式(4-1)至式(4-13)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第四成分：
此处，R6及R7独立地为碳数1至12的烷基、碳数1至12的烷氧基、碳数2至12的烯基、或者至少1个氢经氟取代的碳数2至12的烯基。
19.根据权利要求17或18所述的液晶组合物，其含有选自根据权利要求18所述的式(4-4)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第四成分。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的液晶组合物，其含有选自根据权利要求18所述的式(4-6)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第四成分。
21.根据权利要求17至20中任一项所述的液晶组合物，其含有选自根据权利要求18所述的式(4-13)所表示的化合物的组群中的至少1种化合物作为第四成分。
22.根据权利要求17至21中任一项所述的液晶组合物，其中基于液晶组合物的总重量，第四成分的比例为3重量％至45重量％的范围。
23.根据权利要求1至22中任一项所述的液晶组合物，其中向列相的上限温度为70℃以上，波长589nm下的光学各向异性(25℃)为0.08以上，而且频率1kHz下的介电各向异性(25℃)为2以上。
24.一种液晶显示元件，其含有根据权利要求1至23中任一项所述的液晶组合物。
25.根据权利要求24所述的液晶显示元件，其中液晶显示元件的运作模式为扭转向列模式、电控双折射模式、光学补偿弯曲模式、面内切换切换模式、聚合物稳定取向模式、或者电场感应光反应取向模式，液晶显示元件的驱动方式为有源矩阵方式。
26.一种根据权利要求1至23中任一项所述的液晶组合物的用途，其用于液晶显示元件。
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