CN108884389A - 液晶组合物及液晶显示元件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种液晶组合物及包含所述组合物的AM元件，所述液晶组合物在上限温度高、下限温度低、粘度小、光学各向异性适当、介电各向异性大等特性中，充分满足至少一种特性或关于至少两种特性具有适当的平衡。本发明的液晶组合物含有作为第一成分的具有大的正介电各向异性的特定化合物及作为第二成分的具有小的粘度的特定化合物，也可含有作为第三成分的具有高的上限温度或小的粘度的特定化合物、作为第四成分的具有正的介电各向异性的特定化合物、或作为第五成分的具有负的介电各向异性的特定化合物。
Description
技术领域
本发明涉及一种液晶组合物、含有所述组合物的液晶显示元件等。特别涉及一种介电各向异性为正的液晶组合物、及含有所述组合物且具有扭转向列(twisted nematic，TN)、光学补偿弯曲(optically compensated bend，OCB)、面内切换(in-plane switching，IPS)、边缘场切换(fringe field switching，FFS)或电场感应光反应取向(field-inducedphoto-reactive alignment，FPA)模式的有源矩阵(active matrix，AM)元件。
背景技术
液晶显示元件中，基于液晶分子的运作模式的分类为相变(phase change，PC)、扭转向列(twisted nematic，TN)、超扭转向列(super twisted nematic，STN)、电控双折射(electrically controlled birefringence，ECB)、光学补偿弯曲(opticallycompensated bend，OCB)、面内切换(in-plane switching，IPS)、垂直取向(verticalalignment，VA)、边缘场切换(fringe field switching，FFS)、电场感应光反应取向(field-induced photo-reactive alignment，FPA)等模式。基于元件的驱动方式的分类为无源矩阵(passive matrix，PM)与有源矩阵(active matrix，AM)。PM被分类为静态式(static)与多路复用式(multiplex)等，AM被分类为薄膜晶体管(thin film transistor，TFT)、金属-绝缘体-金属(metal insulator metal，MIM)等。TFT的分类为非晶硅(amorphous silicon)及多晶硅(polycrystal silicon)。后者根据制造步骤而分类为高温型与低温型。基于光源的分类为利用自然光的反射型、利用背光的透过型、及利用自然光与背光这两者的半透过型。
液晶显示元件含有具有向列相的液晶组合物。所述组合物具有适当的特性。通过提高所述组合物的特性，可获得具有良好特性的AM元件。将两者的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。向列相的优选的上限温度为约70℃以上，而且向列相的优选的下限温度为约-10℃以下。组合物的粘度与元件的响应时间相关联。为了以元件显示动态图像，优选为响应时间短。理想为短于1毫秒的响应时间。因此，优选为组合物的粘度小。更优选为低温下的粘度小。组合物的弹性常数与元件的对比度相关联。在元件中为了提高对比度，更优选为组合物中的弹性常数大。
表1.组合物与AM元件的特性
组合物的光学各向异性与元件的对比度比相关联。根据元件的模式，而需要大的光学各向异性或小的光学各向异性，即适当的光学各向异性。组合物的光学各向异性(Δn)与元件的单元间隙(d)的积(Δn×d)被设计成使对比度比为最大。适当的积的值依存于运作模式的种类。TN之类的模式的元件中，适当的值为约0.45μm。所述情况下，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。组合物的大的介电各向异性有助于元件中的低阈电压、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。组合物的大的比电阻有助于元件的大的电压保持率与大的对比度比。因此，优选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比电阻的组合物。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比电阻的组合物。组合物对紫外线及热的稳定性与液晶显示元件的寿命相关联。当这些稳定性高时，所述元件的寿命长。此种特性对用于液晶投影仪、液晶电视等的AM元件而言优选。
在具有TN模式的AM元件中使用具有正的介电各向异性的组合物。在具有VA模式的AM元件中使用具有负的介电各向异性的组合物。在具有IPS模式或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。在聚合物稳定取向(polymer sustainedalignment，PSA)型的AM元件中使用具有正或负的介电各向异性的组合物。本发明的第一成分中所含的化合物公开于以下的专利文献1及专利文献2中。本申请第二成分中所含的化合物公开于专利文献3至专利文献6中。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2004/48501号
专利文献2：国际公开第1996/11897号
专利文献3：日本专利特开平09-077692号公报
专利文献4：日本专利特开平10-114690号公报
专利文献5：日本专利特开2010-275390号公报
专利文献6：国际公开第2010/131594号
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的其中一个目的为一种液晶组合物，其在向列相的上限温度高、向列相的下限温度低、粘度小、光学各向异性适当、介电各向异性大、比电阻大、对紫外线的稳定性高、对热的稳定性高、弹性常数大等特性中，充分满足至少一种特性。另一目的为在至少两种特性之间具有适当的平衡的液晶组合物。另一目的为含有此种组合物的液晶显示元件。又一目的为一种AM元件，其具有响应时间短、电压保持率大、阈电压低、对比度比大、寿命长等特性。
解决问题的技术手段
本发明为一种液晶组合物及含有所述组合物的液晶显示元件，所述液晶组合物含有作为第一成分的选自式(1)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物及作为第二成分的选自式(2)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物，而且具有正的介电各向异性。
式(1)及式(2)中，R1为碳数1至12的烷基、碳数1至12的烷氧基或碳数2至12的烯基；R2及R3独立地为碳数2至12的烯基；环A及环B独立地为1,4-亚环己基、1,4-亚环己烯基、1,4-亚苯基、至少一个氢经氟或氯取代的1,4-亚苯基、四氢吡喃-2,5-二基、1,3-二氧六环-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基或吡啶-2,5-二基，至少一个环A为四氢吡喃-2,5-二基或1,3-二氧六环-2,5-二基；Z1及Z2独立地为单键、亚乙基、亚乙烯基、亚甲基氧基、羰氧基或二氟亚甲基氧基；X1及X2独立地为氢或氟；Y1为氟、氯、至少一个氢经氟或氯取代的碳数1至12的烷基、至少一个氢经氟或氯取代的碳数1至12的烷氧基、或者至少一个氢经氟或氯取代的碳数2至12的烯氧基；a为1、2、3或4；b为0、1、2或3；而且a及b之和为4以下。
发明的效果
本发明的优点为一种液晶组合物，其在向列相的上限温度高、向列相的下限温度低、粘度小、光学各向异性适当、介电各向异性大、比电阻大、对紫外线的稳定性高、对热的稳定性高、弹性常数大等特性中，充分满足至少一种特性。另一优点为在至少两种特性之间具有适当的平衡的液晶组合物。另一优点为含有此种组合物的液晶显示元件。另一优点为一种AM元件，其具有响应时间短、电压保持率大、阈电压低、对比度比大、寿命长等特性。
具体实施方式
所述说明书中的用语的使用方法如下所述。有时将“液晶组合物”及“液晶显示元件”的用语分别简称为“组合物”及“元件”。“液晶显示元件”为液晶显示面板及液晶显示模块的总称。“液晶性化合物”是具有向列相、近晶相等液晶相的化合物，及虽不具有液晶相，但出于调节向列相的温度范围、粘度、介电各向异性之类的特性的目的而混合于组合物中的化合物的总称。所述化合物具有例如1,4-亚环己基或1,4-亚苯基之类的六元环，且其分子结构为棒状(rod like)。“聚合性化合物”是出于使组合物中生成聚合物的目的而添加的化合物。有时将选自式(1)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物简称为“化合物(1)”。“化合物(1)”是指式(1)所表示的一种化合物或两种以上的化合物。关于其他式所表示的化合物，也相同。与“取代”相关的“至少一个的”是指不仅位置，而且其个数也可无限制地选择。
液晶组合物是通过将多种液晶性化合物进行混合来制备。添加物是出于进一步调整物理特性的目的而添加于所述组合物中。视需要而添加光学活性化合物、抗氧化剂、紫外线吸收剂、色素、消泡剂、聚合性化合物、聚合引发剂、聚合抑制剂、极性化合物之类的添加物。液晶性化合物或添加物是以此种顺序进行混合。即便在添加了添加物的情况下，液晶性化合物的比例(含量)也是由基于不含添加物的液晶组合物的重量的重量百分率(重量％)来表示。添加物的比例(添加量)是与液晶性化合物的比例同样地，由基于不含添加物的液晶组合物的重量的重量百分率(重量％)来表示。有时也使用重量百万分率(ppm)。聚合引发剂及聚合抑制剂的比例是例外地基于聚合性化合物的重量来表示。
有时将“向列相的上限温度”简称为“上限温度”。有时将“向列相的下限温度”简称为“下限温度”。“比电阻大”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比电阻，而且在长时间使用后，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比电阻。“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，而且在长时间使用后，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。
“至少一个‘A’可经‘B’取代”的表述是指‘A’的数量为任意。当‘A’的数量为一个时，‘A’的位置为任意，当‘A’的数量为两个以上时，这些的位置也可无限制地选择。所述规则也适用于“至少一个‘A’经‘B’取代”的表述。
成分化合物的化学式中，将末端基R1的记号用于多种化合物。这些化合物中，任意的两个R1所表示的两个基可相同，或者也可不同。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，且化合物(1-1)的R1为丙基的情况。所述规则也适用于R3等的记号。式(1)中，当a为2时，存在两个环A。所述化合物中，两个环A所表示的两个环可相同，或者也可不同。当a大于2时，所述规则也适用于任意的两个环A。所述规则也适用于Z1、环C等。
2-氟-1,4-亚苯基是指下述两种二价基。化学式中，氟可为朝左(L)，也可为朝右(R)。所述规则也适用于四氢吡喃-2,5-二基之类的非对称的环的二价基。
本发明为下述项等。
项1.一种液晶组合物，其含有作为第一成分的选自式(1)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物及作为第二成分的选自式(2)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物，而且具有正的介电各向异性，
式(1)及式(2)中，R1为碳数1至12的烷基、碳数1至12的烷氧基或碳数2至12的烯基；R2及R3独立地为碳数2至12的烯基；环A及环B独立地为1,4-亚环己基、1,4-亚环己烯基、1,4-亚苯基、至少一个氢经氟或氯取代的1,4-亚苯基、四氢吡喃-2,5-二基、1,3-二氧六环-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基或吡啶-2,5-二基，至少一个环A为四氢吡喃-2,5-二基或1,3-二氧六环-2,5-二基；Z1及Z2独立地为单键、亚乙基、亚乙烯基、亚甲基氧基、羰氧基或二氟亚甲基氧基；X1及X2独立地为氢或氟；Y1为氟、氯、至少一个氢经氟或氯取代的碳数1至12的烷基、至少一个氢经氟或氯取代的碳数1至12的烷氧基、或者至少一个氢经氟或氯取代的碳数2至12的烯氧基；a为1、2、3或4；b为0、1、2或3；而且a及b之和为4以下。
项2.根据项1所述的液晶组合物，其含有作为第一成分的选自式(1-1)至式(1-12)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物，
式(1-1)至式(1-12)中，R1为碳数1至12的烷基、碳数1至12的烷氧基或碳数2至12的烯基；X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10及X11独立地为氢或氟；Y1为氟、氯、至少一个氢经氟或氯取代的碳数1至12的烷基、至少一个氢经氟或氯取代的碳数1至12的烷氧基、或者至少一个氢经氟或氯取代的碳数2至12的烯氧基。
项3.根据项1或项2所述的液晶组合物，其中基于液晶组合物的重量，第一成分的比例为5重量％至40重量％的范围，第二成分的比例为10重量％至70重量％的范围。
项4.根据项1至项3中任一项所述的液晶组合物，其含有作为第三成分的选自式(3)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物，
式(3)中，R4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、或者至少一个氢经氟或氯取代的碳数2至12的烯基；R5为碳数1至12的烷基或碳数1至12的烷氧基；环C及环D独立地为1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、2-氟-1,4-亚苯基或2,5-二氟-1,4-亚苯基；Z3为单键、亚乙基、羰氧基或亚甲基氧基；c为1、2或3。
项5.根据项1至项4中任一项所述的液晶组合物，其含有作为第三成分的选自式(3-1)至式(3-13)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物，
式(3-1)至式(3-13)中，R4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、或者至少一个氢经氟或氯取代的碳数2至12的烯基；R5为碳数1至12的烷基或碳数1至12的烷氧基。
项6.根据项4或项5所述的液晶组合物，其中基于液晶组合物的重量，第三成分的比例为10重量％至80重量％的范围。
项7.根据项1至项6中任一项所述的液晶组合物，其还含有作为第四成分的选自式(4)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物，
式(4)中，R6为碳数1至12的烷基、碳数1至12的烷氧基或碳数2至12的烯基；环E为1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、2-氟-1,4-亚苯基、2,3-二氟-1,4-亚苯基、2,6-二氟-1,4-亚苯基、四氢吡喃-2,5-二基、1,3-二氧六环-2,5-二基或嘧啶-2,5-二基；Z4为单键、亚乙基、羰氧基或二氟亚甲基氧基；X12及X13独立地为氢或氟；Y2为氟、氯、至少一个氢经氟或氯取代的碳数1至12的烷基、至少一个氢经氟或氯取代的碳数1至12的烷氧基、或者至少一个氢经氟或氯取代的碳数2至12的烯氧基；d为1、2、3或4；其中，当Z4为二氟亚甲基氧基时，环E为1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、2-氟-1,4-亚苯基、2,3-二氟-1,4-亚苯基、2,6-二氟-1,4-亚苯基或嘧啶-2,5-二基。
项8.根据项1至项7中任一项所述的液晶组合物，其含有作为第四成分的选自式(4-1)至式(4-30)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物，
式(4-1)至式(4-30)中，R6为碳数1至12的烷基、碳数1至12的烷氧基或碳数2至12的烯基。
项9.根据项7或项8所述的液晶组合物，其中基于液晶组合物的重量，第四成分的比例为2重量％至45重量％的范围。
项10.根据项1至项9中任一项所述的液晶组合物，其含有作为第五成分的选自式(5)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物，
式(5)中，R7及R8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的烯基或碳数2至12的烯氧基；环F及环I独立地为1,4-亚环己基、1,4-亚环己烯基、1,4-亚苯基、至少一个氢经氟或氯取代的1,4-亚苯基、或者四氢吡喃-2,5-二基；环G为2,3-二氟-1,4-亚苯基、2-氯-3-氟-1,4-亚苯基、2,3-二氟-5-甲基-1,4-亚苯基、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独立地为单键、亚乙基、羰氧基或亚甲基氧基；e为1、2或3，f为0或1；e与f之和为3以下。
项11.根据项1至项10中任一项所述的液晶组合物，其含有作为第五成分的选自式(5-1)至式(5-22)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物，
式(5-1)至式(5-22)中，R7及R8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的烯基或碳数2至12的烯氧基。
项12.根据项10或项11所述的液晶组合物，其中基于液晶组合物的重量，第五成分的比例为3重量％至30重量％的范围。
项13.根据项1至项12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(在25℃下测定)为0.07以上，而且频率1kHz下的介电各向异性(在25℃下测定)为2以上。
项14.一种液晶显示元件，其含有根据项1至项13中任一项所述的液晶组合物。
项15.根据项14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、FFS模式或FPA模式，液晶显示元件的驱动方式为有源矩阵方式。
项16.一种根据项1至项13中任一项所述的液晶组合物的用途，其用于液晶显示元件中。
本发明也包括以下项。(a)所述组合物，其还含有光学活性化合物、抗氧化剂、紫外线吸收剂、色素、消泡剂、聚合性化合物、聚合引发剂、聚合抑制剂、极性化合物等添加物的至少一种。(b)一种AM元件，其含有所述组合物。(c)所述组合物及含有所述组合物的聚合物稳定取向(PSA)型的AM元件，所述组合物还含有聚合性化合物。(d)一种聚合物稳定取向(PSA)型的AM元件，其含有所述组合物，且所述组合物中的聚合性化合物进行聚合。(e)一种元件，其含有所述组合物，而且具有PC、TN、STN、ECB、OCB、IPS、VA、FFS或FPA的模式。(f)一种透过型的元件，其含有所述组合物。(g)将所述组合物作为具有向列相的组合物的用途。(h)通过在所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、及所述化合物给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、成分的优选的比例及其根据进行说明。第四，对成分化合物的优选的形态进行说明。第五，示出优选的成分化合物。第六，对可添加于组合物中的添加物进行说明。第七，对成分化合物的合成方法进行说明。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及组合物B。组合物A除了含有选自化合物(1)、化合物(2)、化合物(3)、化合物(4)及化合物(5)中的液晶性化合物以外，也可还含有其他的液晶性化合物、添加物等。“其他的液晶性化合物”是与化合物(1)、化合物(2)、化合物(3)、化合物(4)及化合物(5)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、聚合性化合物、聚合引发剂、聚合抑制剂、极性化合物等。
组合物B实质上仅包含选自化合物(1)、化合物(2)、化合物(3)、化合物(4)及化合物(5)中的液晶性化合物。“实质上”是指组合物虽可含有添加物，但不含其他的液晶性化合物。与组合物A相比较，组合物B的成分的数量少。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特性的观点而言，组合物A优于组合物B。
第二，对成分化合物的主要特性、及所述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)是指值为零，或值大致为零。
表2.化合物的特性
| 化合物 | 化合物(1) | 化合物(2) | 化合物(3) | 化合物(4) | 化合物(5) |
| 上限温度 | S～L | M | S～L | S～L | S～L |
| 粘度 | M～L | S | S～M | M～L | M～L |
| 光学各向异性 | M～L | S | S～L | M～L | M～L |
| 介电各向异性 | L | 0 | 0 | S～L | M～L1) |
| 比电阻 | L | L | L | L | L |
1)介电各向异性的值为负，且记号表示绝对值的大小
当将成分化合物混合于组合物中时，成分化合物给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)降低粘度。化合物(3)提高上限温度或降低下限温度。化合物(4)降低下限温度，而且提高介电各向异性。化合物(5)提高短轴方向上的介电常数。
第三，对组合物中的成分的组合、成分化合物的优选的比例及其根据进行说明。组合物中的成分的优选的组合为第一成分+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、第一成分+第二成分+第五成分、第一成分+第二成分+第三成分+第四成分、第一成分+第二成分+第三成分+第五成分、第一成分+第二成分+第四成分+第五成分或第一成分+第二成分+第三成分+第四成分+第五成分。进而优选的组合为第一成分+第二成分+第三成分+第四成分。
为了提高介电各向异性，第一成分的优选的比例为约5重量％以上，为了降低下限温度，第一成分的优选的比例为约40重量％以下。进而优选的比例为约5重量％至约35重量％的范围。特别优选的比例为约5重量％至约30重量％的范围。
为了降低粘度，第二成分的优选的比例为约10重量％以上，为了提高介电各向异性，第二成分的优选的比例为约70重量％以下。进而优选的比例为约10重量％至约60重量％的范围。特别优选的比例为约15重量％至约50重量％的范围。
为了提高上限温度或为了降低粘度，第三成分的优选的比例为约10重量％以上，为了提高介电各向异性，第三成分的优选的比例为约80重量％以下。进而优选的比例为约15重量％至约75重量％的范围。特异性的比例为约20重量％至约70重量％的范围。
为了提高介电各向异性，第四成分的优选的比例为约2重量％以上，为了降低下限温度，第四成分的优选的比例为约45重量％以下。进而优选的比例为约2重量％至约40重量％的范围。特别优选的比例为约2重量％至约35重量％的范围。
为了提高短轴方向上的介电各向异性，第五成分的优选的比例为约3重量％以上，为了降低下限温度，第五成分的优选的比例为约30重量％以下。进而优选的比例为约3重量％至约20重量％的范围。特别优选的比例为约3重量％至约10重量％的范围。
第四，对成分化合物的优选的形态进行说明。式(1)、式(2)、式(3)、式(4)及式(5)中，R1及R6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。为了提高对紫外线或热的稳定性，优选的R1或R6为碳数1至12的烷基。R2及R3独立地为碳数2至12的烯基。R4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、或者至少一个氢经氟或氯取代的碳数2至12的烯基。为了提高对紫外线或热的稳定性，优选的R4为碳数1至12的烷基，为了降低下限温度，优选的R4为碳数2至12的烯基。R5为碳数1至12的烷基或碳数1至12的烷氧基。为了提高对紫外线或热的稳定性等，优选的R5为碳数1至12的烷基。R7及R8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的烯基或碳数2至12的烯氧基。为了提高对紫外线或热的稳定性，优选的R7或R8为碳数1至12的烷基，为了提高介电各向异性，优选的R7或R8为碳数1至12的烷氧基。
优选的烷基为甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基或辛基。为了降低粘度，进而优选的烷基为乙基、丙基、丁基、戊基或庚基。
优选的烷氧基为甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、戊氧基、己氧基或庚氧基。为了降低粘度，进而优选的烷氧基为甲氧基或乙氧基。
优选的烯基为乙烯基、1-丙烯基、2-丙烯基、1-丁烯基、2-丁烯基、3-丁烯基、1-戊烯基、2-戊烯基、3-戊烯基、4-戊烯基、1-己烯基、2-己烯基、3-己烯基、4-己烯基或5-己烯基。为了降低粘度，进而优选的烯基为乙烯基、1-丙烯基、3-丁烯基或3-戊烯基。这些烯基中的-CH＝CH-的优选的立体构型依存于双键的位置。出于为了降低粘度等原因，在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。在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，直链烯基优于分支烯基。
优选的烯氧基为乙烯基氧基、烯丙氧基、3-丁烯基氧基、3-戊烯基氧基或4-戊烯基氧基。为了降低粘度，进而优选的烯氧基为烯丙氧基或3-丁烯基氧基。
至少一个氢经氟或氯取代的烷基的优选的例子为氟甲基、2-氟乙基、3-氟丙基、4-氟丁基、5-氟戊基、6-氟己基、7-氟庚基或8-氟辛基。为了提高介电各向异性，进而优选的例子为2-氟乙基、3-氟丙基、4-氟丁基或5-氟戊基。
至少一个氢经氟或氯取代的烯基的优选的例子为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-戊烯基或6,6-二氟-5-己烯基。为了降低粘度，进而优选的例子为2,2-二氟乙烯基或4,4-二氟-3-丁烯基。
环A及环B独立地为1,4-亚环己基、1,4-亚环己烯基、1,4-亚苯基、至少一个氢经氟取代的1,4-亚苯基、四氢吡喃-2,5-二基、1,3-二氧六环-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基或吡啶-2,5-二基，其中，至少一个环A为四氢吡喃-2,5-二基或1,3-二氧六环-2,5-二基。为了提高光学各向异性，优选的环A或环B为1,4-亚苯基、2-氟-1,4-亚苯基或2,6-二氟-1,4-亚苯基，为了提高介电各向异性，优选的环A或环B为四氢吡喃-2,5-二基或1,3-二氧六环-2,5-二基。环C及环D独立地为1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、2-氟-1,4-亚苯基或2,5-二氟-1,4-亚苯基。为了降低粘度或为了提高上限温度，优选的环C或环D为1,4-亚环己基，为了提高光学各向异性，优选的环C或环D为1,4-亚苯基。环E为1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、2-氟-1,4-亚苯基、2,3-二氟-1,4-亚苯基、2,6-二氟-1,4-亚苯基、四氢吡喃-2,5-二基、1,3-二氧六环-2,5-二基或嘧啶-2,5-二基，其中，当Z4为二氟亚甲基氧基时，环E为1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、2-氟-1,4-亚苯基、2,3-二氟-1,4-亚苯基、2,6-二氟-1,4-亚苯基或嘧啶-2,5-二基。为了提高光学各向异性，优选的环E为1,4-亚苯基或2-氟-1,4-亚苯基。
环F及环I独立地为1,4-亚环己基、1,4-亚环己烯基、1,4-亚苯基、至少一个氢经氟或氯取代的1,4-亚苯基、或四氢吡喃-2,5-二基。此处，至少一个氢经氟或氯取代的1,4-亚苯基的优选的例子为2-氟-1,4-亚苯基、2,3-二氟-1,4-亚苯基或2-氯-3-氟-1,4-亚苯基。为了降低粘度，优选的环F或环I为1,4-亚环己基，为了提高介电各向异性，优选的环F或环I为四氢吡喃-2,5-二基，为了提高光学各向异性，优选的环F或环I为1,4-亚苯基。环G为2,3-二氟-1,4-亚苯基、2-氯-3-氟-1,4-亚苯基、2,3-二氟-5-甲基-1,4-亚苯基、3,4,5-三氟萘-2,6-二基或7,8-二氟色原烷-2,6-二基。为了提高介电各向异性，优选的环G为2,3-二氟-1,4-亚苯基。为了提高上限温度，对于与1,4-亚环己基相关的立体构型而言，反式构型优于顺式构型。四氢吡喃-2,5-二基为
，优选为
Z1及Z2独立地为单键、亚乙基、亚乙烯基、亚甲基氧基、羰氧基或二氟亚甲基氧基。为了降低粘度，优选的Z1或Z2为单键。Z3为单键、亚乙基、羰氧基或亚甲基氧基。为了降低粘度，优选的Z3为单键，为了降低下限温度，优选的Z3为亚乙基，为了提高条件温度，优选的Z3为羰氧基。Z4为单键、亚乙基、羰氧基或二氟亚甲基氧基。为了降低粘度，优选的Z4为单键，为了提高介电各向异性，优选的Z4为二氟亚甲基氧基。Z5及Z6独立地为单键、亚乙基、羰氧基或亚甲基氧基。为了降低粘度，优选的Z5或Z6为单键，为了降低下限温度，优选的Z5或Z6为亚乙基，为了提高介电各向异性，优选的Z5或Z6为亚甲基氧基。
X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11、X12及X13独立地为氢或氟。为了提高介电各向异性，优选的X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11、X12或X13为氟。
Y1及Y2为氟、氯、至少一个氢经氟或氯取代的碳数1至12的烷基、至少一个氢经氟或氯取代的碳数1至12的烷氧基、或者至少一个氢经氟或氯取代的碳数2至12的烯氧基。为了降低下限温度，优选的Y1或Y2为氟。
a为1、2、3或4，b为0、1、2或3，而且a及b之和为4以下。为了提高介电各向异性，优选的a为2或3。为了降低下限温度，优选的b为0或1。c为1、2或3。为了降低粘度，优选的c为1，为了提高上限温度，优选的c为2或3。d为1、2、3或4。为了降低下限温度，优选的d为2，为了提高介电各向异性，优选的d为3。e为1、2或3，f为0或1，而且e与f之和为3以下。为了降低粘度，优选的e为1，为了提高上限温度，优选的e为2或3。为了降低粘度，优选的f为0，为了降低下限温度，优选的f为1。
优选的化合物(1)为项2所述的化合物(1-1)至化合物(1-12)。这些化合物中，优选为第一成分的至少一种为化合物(1-2)、化合物(1-5)、化合物(1-7)、化合物(1-8)或化合物(1-11)。优选为第一成分的至少两种为化合物(1-2)及化合物(1-5)、化合物(1-2)及化合物(1-7)、化合物(1-2)及化合物(1-8)、化合物(1-5)及化合物(1-7)、化合物(1-5)及化合物(1-8)或化合物(1-7)及化合物(1-8)的组合。
优选的化合物(3)为项5所述的化合物(3-1)至化合物(3-13)。这些化合物中，优选为第三成分的至少一种为化合物(3-1)、化合物(3-3)、化合物(3-5)、化合物(3-6)、化合物(3-8)或化合物(3-13)。优选为第三成分的至少两种为化合物(3-1)及化合物(3-3)、化合物(3-1)及化合物(3-5)、化合物(3-1)及化合物(3-8)或化合物(3-3)及化合物(3-5)的组合。
优选的化合物(4)为项8所述的化合物(4-1)至化合物(4-30)。这些化合物中，优选为第四成分的至少一种为化合物(4-2)、化合物(4-8)、化合物(4-9)、化合物(4-11)、化合物(4-13)、化合物(4-14)、化合物(4-15)、化合物(4-16)、化合物(4-20)、化合物(4-21)、化合物(4-22)、化合物(4-24)、化合物(4-25)或化合物(4-26)。优选为第四成分的至少两种为化合物(4-9)及化合物(4-13)、化合物(4-11)及化合物(4-13)、化合物(4-13)及化合物(4-14)、化合物(4-13)及化合物(4-20)、化合物(4-21)及化合物(4-24)或化合物(4-22)及化合物(4-24)的组合。
优选的化合物(5)为项11所述的化合物(5-1)至化合物(5-22)。这些化合物中，优选为第五成分的至少一种为化合物(5-1)、化合物(5-3)、化合物(5-4)、化合物(5-6)、化合物(5-8)或化合物(5-10)。优选为第五成分的至少两种为化合物(5-1)及化合物(5-6)、化合物(5-1)及化合物(5-10)、化合物(5-3)及化合物(5-8)、化合物(5-4)及化合物(5-6)、化合物(5-4)及化合物(5-8)或化合物(5-4)及化合物(5-10)的组合。
第六，对可添加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、聚合性化合物、聚合引发剂、聚合抑制剂、极性化合物等。出于引起液晶的螺旋结构来赋予扭转角(torsion angle)的目的，而将光学活性化合物添加于组合物中。此种化合物的例子为化合物(6-1)至化合物(6-5)。光学活性化合物的优选的比例为约5重量％以下。进而优选的比例为约0.01重量％至约2重量％的范围。
为了防止由大气中的加热所引起的比电阻下降，或者为了在长时间使用元件后，不仅在室温下，而且在接近于上限温度的温度下也维持大的电压保持率，而将抗氧化剂添加于组合物中。抗氧化剂的优选的例子是t为1至9的整数的化合物(7)等。
化合物(7)中，优选的t为1、3、5、7或9。进而优选的t为7。t为7的化合物(7)由于挥发性小，故而对于在长时间使用元件后，不仅在室温下，而且在接近于上限温度的温度下也维持大的电压保持率而言有效。为了获得所述效果，抗氧化剂的优选的比例为约50ppm以上，为了不降低上限温度或为了不提高下限温度，抗氧化剂的优选的比例为约600ppm以下。进而优选的比例为约100ppm至约300ppm的范围。
紫外线吸收剂的优选的例子为二苯甲酮衍生物、苯甲酸酯衍生物、***衍生物等。另外，具有位阻的胺之类的光稳定剂也优选。为了获得所述效果，这些吸收剂或稳定剂的优选的比例为约50ppm以上，为了不降低上限温度或为了不提高下限温度，这些吸收剂或稳定剂的优选的比例为约10000ppm以下。进而优选的比例为约100ppm至约10000ppm的范围。
为了适合于宾主(guest host，GH)模式的元件，而将偶氮系色素、蒽醌系色素等之类的二色性色素(dichroic dye)添加于组合物中。色素的优选的比例为约0.01重量％至约10重量％的范围。为了防止起泡，而将二甲基硅酮油、甲基苯基硅酮油等消泡剂添加于组合物中。为了获得所述效果，消泡剂的优选的比例为约1ppm以上，为了防止显示不良，消泡剂的优选的比例为约1000ppm以下。进而优选的比例为约1ppm至约500ppm的范围。
为了适合于聚合物稳定取向(PSA)型的元件而将聚合性化合物添加于组合物中。聚合性化合物的优选的例子为丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、乙烯基化合物、乙烯基氧基化合物、丙烯基醚、环氧化合物(氧杂环丙烷、氧杂环丁烷)、乙烯基酮等具有可聚合的基的化合物。进而优选的例子为丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的衍生物。为了获得所述效果，聚合性化合物的优选的比例为约0.05重量％以上，为了防止显示不良，聚合性化合物的优选的比例为约10重量％以下。进而优选的比例为约0.1重量％至约2重量％的范围。聚合性化合物通过紫外线照射而聚合。也可在光聚合引发剂等引发剂的存在下进行聚合。用以进行聚合的适当条件、引发剂的适当类型、及适当的量已为本领域技术人员所知，且记载于文献中。例如作为光引发剂的艳佳固(Irgacure)651(注册商标；巴斯夫(BASF))、艳佳固(Irgacure)184(注册商标；巴斯夫(BASF))或德牢固(Darocur)1173(注册商标；巴斯夫(BASF))适合于自由基聚合。基于聚合性化合物的重量，光聚合引发剂的优选的比例为约0.1重量％至约5重量％的范围。进而优选的比例为约1重量％至约3重量％的范围。
保管聚合性化合物时，为了防止聚合，也可添加聚合抑制剂。聚合性化合物通常是以未去除聚合抑制剂的状态添加于组合物中。聚合抑制剂的例子为对苯二酚、甲基对苯二酚之类的对苯二酚衍生物、4-叔丁基邻苯二酚、4-甲氧基苯酚、吩噻嗪等。
第七，对成分化合物的合成方法进行说明。这些化合物可利用已知的方法来合成。例示合成方法。化合物(1-4)是利用国际公开98-17664号手册中所记载的方法来合成。化合物(2)是利用日本专利特开昭59-176221号公报中所记载的方法来合成。化合物(3-3)是利用日本专利特开昭52-53783号公报中所记载的方法来合成。化合物(4-2)及化合物(4-8)是利用日本专利特开平2-233626号公报中所记载的方法来合成。化合物(5-1)及化合物(5-6)是利用日本专利特表平2-503441号公报中所记载的方法来合成。抗氧化剂是市售品。式(7)的t为1的化合物可自西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich Corporation)获取。t为7的化合物(7)等是利用美国专利3660505号说明书中所记载的方法来合成。
未记载合成方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(Organic Syntheses)》(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 Organic Synthesis)》(培格曼出版公司(Pergamon Press))、《新实验化学讲座》(丸善)等。组合物是利用公知的方法，由以所述方式获得的化合物来制备。例如，将成分化合物进行混合，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、及约0.07至约0.20的范围的光学各向异性。含有所述组合物的元件具有大的电压保持率。所述组合物适合于AM元件。所述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。所述组合物可用作具有向列相的组合物，且可通过添加光学活性化合物而用作光学活性组合物。
所述组合物可用于AM元件。进而也可用于PM元件。所述组合物可用于具有PC、TN、STN、ECB、OCB、IPS、FFS、VA、FPA等模式的AM元件及PM元件。特别优选为用于具有TN模式、OCB模式、IPS模式或FFS模式的AM元件。在具有IPS模式或FFS模式的AM元件中，当未施加电压时，液晶分子的排列可为与玻璃基板平行，或者也可为垂直。这些元件可为反射型、透过型或半透过型。优选为用于透过型元件。也可用于非晶硅-TFT元件或多晶硅-TFT元件。也可用于将所述组合物进行微胶囊化而制作的向列曲线排列相(nematic curvilinear alignedphase，NCAP)型元件或使组合物中形成有三维网状高分子的聚合物分散(polymerdispersed，PD)型元件。
实施例
通过实施例来对本发明进一步进行详细说明。本发明不受这些实施例的限制。本发明包含实施例1的组合物与实施例2的组合物的混合物。本发明也包含将实施例的组合物的至少两种混合而成的混合物。所合成的化合物是利用核磁共振(nuclear magneticresonance，NMR)分析等方法来鉴定。化合物及组合物的特性是利用下述所记载的方法来测定。
NMR分析：测定时使用布鲁克拜厄斯宾(Bruker BioSpin)公司制造的DRX-500。1H-NMR的测定中，使试样溶解于CDCl3等氘化溶剂中，在室温下以500MHz、累计次数为16次的条件进行测定。使用四甲基硅烷作为内部标准。19F-NMR的测定中，使用CFCl3作为内部标准，以累计次数24次来进行。核磁共振光谱的说明中，s是指单峰(singlet)，d是指双重峰(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是指宽峰(broad)。
气相色谱分析：测定时使用岛津制作所制造的GC-14B型气相色谱仪。载体气体为氦气(2mL/min)。将试样气化室设定为280℃，将检测器(火焰离子化检测器(flameionization detector，FID))设定为300℃。进行成分化合物的分离时，使用安捷伦科技有限公司(Agilent Technologies 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)。所述管柱在200℃下保持2分钟后，以5℃/min的比例升温至280℃。将试样制备成丙酮溶液(0.1重量％)后，将其1μL注入至试样气化室中。记录计为岛津制作所制造的C-R5A型色谱仪组件(Chromatopac)或其同等品。所得的气相色谱图显示出与成分化合物相对应的峰值的保持时间及峰值的面积。
用以稀释试样的溶剂可使用氯仿、己烷等。为了将成分化合物分离，可使用如下的毛细管柱。安捷伦科技有限公司制造的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，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)。
组合物中所含有的液晶性化合物的比例可利用如下所述的方法来算出。利用气相色谱仪(FID)来对液晶性化合物的混合物进行检测。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(重量比)。使用上文记载的毛细管柱时，可将各种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％)可根据峰值的面积比来算出。
测定试样：测定组合物的特性时，将组合物直接用作试样。测定化合物的特性时，通过将所述化合物(15重量％)混合于母液晶(85重量％)中来制备测定用试样。根据通过测定而获得的值，利用外推法来算出化合物的特性值。(外推值)＝{(试样的测定值)-0.85×(母液晶的测定值)}/0.15。当在所述比例下，近晶相(或结晶)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。利用所述外推法来求出与化合物相关的上限温度、光学各向异性、粘度及介电各向异性的值。
使用下述母液晶。成分化合物的比例是以重量％表示。
测定方法：利用下述方法来进行特性的测定。这些方法大多是社团法人电子信息技术产业协会(Japan Electronics and Information Technology IndustriesAssociation；以下称为JEITA)所审议制定的JEITA标准(JEITA·ED-2521B)中所记载的方法或将其加以修饰而成的方法。用于测定的TN元件上未安装薄膜晶体管(TFT)。
(1)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热板上放置试样，以1℃/min的速度进行加热。测定试样的一部分自向列相变化为各向同性液体时的温度。
(2)向列相的下限温度(TC；℃)：将具有向列相的试样放入玻璃瓶中，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℃下为向列相的状态，而在-30℃下变化为结晶或近晶相时，将TC记载为＜-20℃。
(3)粘度(体积粘度；η；在20℃下测定；mPa·s)：测定时使用东京计器股份有限公司制造的E型旋转粘度计。
(4)粘度(旋转粘度；γ1；在25℃下测定；mPa·s)：依据M.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)中所记载的方法来进行测定。在扭转角为0°、且两块玻璃基板的间隔(单元间隙)为5μm的TN元件中放入试样。对所述元件在16V至19.5V的范围内，以0.5V为单位来阶段性地施加电压。不施加电压0.2秒后，以仅施加一个矩形波(矩形脉冲；0.2秒)与不施加电压(2秒)的条件反复施加。测定通过所述施加而产生的瞬态电流(transient current)的峰值电流(peakcurrent)及峰值时间(peak time)。由这些测定值与M.今井等人的论文中第40页记载的计算式(8)来获得旋转粘度的值。所述计算所需要的介电各向异性的值是使用测定所述旋转粘度的元件并利用以下所记载的方法而求出。
(5)光学各向异性(折射率各向异性；Δn；在25℃下测定)：使用波长为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测定。将主棱镜的表面向一个方向摩擦后，将试样滴加于主棱镜上。折射率n∥是在偏光的方向与摩擦的方向平行时进行测定。折射率n⊥是在偏光的方向与摩擦的方向垂直时进行测定。光学各向异性的值是根据Δn＝n∥-n⊥的式子来计算。
(6)介电各向异性(Δε；在25℃下测定)：在两块玻璃基板的间隔(单元间隙)为9μm、且扭转角为80度的TN元件中放入试样。对所述元件施加正弦波(10V、1kHz)，2秒后测定液晶分子的长轴方向上的介电常数(ε∥)。对所述元件施加正弦波(0.5V、1kHz)，2秒后测定液晶分子的短轴方向上的介电常数(ε⊥)。介电各向异性的值是根据Δε＝ε∥-ε⊥的式子来计算。
(7)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。在两块玻璃基板的间隔(单元间隙)为0.45/Δn(μm)且扭转角为80度的正常显白模式(normally white mode)的TN元件中放入试样。对所述元件施加的电压(32Hz、矩形波)是以0.02V为单位，自0V阶段性地增加至10V。此时，自垂直方向对元件照射光，测定透过元件的光量。制成当所述光量达到最大时透过率为100％，且当所述光量为最小时透过率为0％的电压-透过率曲线。阈电压是由透过率达到90％时的电压来表示。
(8)电压保持率(VHR-1；在25℃下测定；％)：测定中使用的TN元件具有聚酰亚胺取向膜，而且两块玻璃基板的间隔(单元间隙)为5μm。加入试样后，利用以紫外线而硬化的粘接剂将所述元件密封。对所述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为未衰减时的面积。电压保持率是由面积A相对于面积B的百分率来表示。
(9)电压保持率(VHR-2；在80℃下测定；％)：除了代替25℃而在80℃下进行测定以外，以与所述相同的顺序来测定电压保持率。将所得的值以VHR-2来表示。
(10)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，来评价对紫外线的稳定性。测定中使用的TN元件具有聚酰亚胺取向膜，而且单元间隙为5μm。在所述元件中注入试样，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。
(11)电压保持率(VHR-4；在25℃下测定；％)：将注入有试样的TN元件在80℃的恒温槽内加热500小时后，测定电压保持率，来评价对热的稳定性。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。
(12)响应时间(τ；在25℃下测定；ms)：测定时使用大冢电子股份有限公司制造的LCD5100型亮度计。光源为卤素灯。低通滤波器(Low-pass filter)设定为5kHz。在两块玻璃基板的间隔(单元间隙)为5.0μm、且扭转角为80度的正常显白模式(normally white mode)的TN元件中放入试样。对所述元件施加矩形波(60Hz、5V、0.5秒)。此时，自垂直方向对元件照射光，测定透过元件的光量。当所述光量达到最大时视作透过率为100％，当所述光量为最小时视作透过率为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。响应时间是由以所述方式求出的上升时间与下降时间之和来表示。
(13)弹性常数(K；在25℃下测定；pN)：测定时使用横河·惠普(Hewlett-Packard)股份有限公司制造的HP4284A型LCR测试仪。在两块玻璃基板的间隔(单元间隙)为20μm的水平取向元件中放入试样。对所述元件施加0伏特至20伏特电荷，测定静电电容及施加电压。使用《液晶装置手册》(日刊工业新闻公司)第75页的式(2.98)、式(2.101)，将所测定的静电电容(C)与施加电压(V)的值进行拟合，根据式(2.99)而获得K11及K33的值。继而在《液晶装置手册》(日刊工业新闻公司)第171页的式(3.18)中使用之前所求出的K11及K33的值来算出K22。弹性常数是由以所述方式求出的K11、K22及K33的平均值来表示。
(14)比电阻(ρ；在25℃下测定；Ωcm)：在具备电极的容器中注入试样1.0mL。对所述容器施加直流电压(10V)，测定10秒后的直流电流。根据下式来算出比电阻。(比电阻)＝{(电压)×(容器的电容)}/{(直流电流)×(真空的介电常数)}。
(15)螺旋节距(helical pitch)(P；在室温下测定；μm)：螺旋节距是利用楔形法而测定。参照《液晶便览》第196页(2000年发行，丸善)。将试样注入至楔形单元，在室温下静置2小时后，利用偏光显微镜(尼康(Nikon)(股)，商品名MM40/60系列)来观察向错线的间隔(d2-d1)。螺旋节距(P)是根据将楔形单元的角度表示为θ的下述式来算出。P＝2×(d2-d1)×tanθ。
(16)短轴方向上的介电常数(ε⊥；在25℃下测定)：在两块玻璃基板的间隔(单元间隙)为9μm、且扭转角为80度的TN元件中放入试样。对所述元件施加正弦波(0.5V、1kHz)，2秒后测定液晶分子的短轴方向上的介电常数(ε⊥)。
实施例中的化合物是基于下述表3的定义，由记号来表示。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相对应。(-)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)是基于液晶组合物的重量的重量百分率(重量％)。最后，归纳组合物的特性值。
表3使用记号的化合物的表述方法
R-(A1)-Z1-·····-Zn-(An)-R’
[比较例1]
自国际公开第2004-48501号手册中所公开的组合物中选择组合物例30。根据的原因在于：所述组合物含有化合物(1-5)且旋转粘度最小。所述组合物的成分及特性如下所述。
NI＝75.5℃；Tc<-20℃；Δn＝0.0975；Δε＝8.4；Vth＝1.28V；γ1＝67.0mPa·s.
[实施例1]
为了进行比较，根据比较例1，将化合物(2)的类似化合物即第四成分的化合物(3-1)置换成第二成分的化合物(2)，并将所得的组合物设为实施例1。
NI＝72.0℃；Tc<-20℃；Δn＝0.101；Δε＝6.5；Vth＝1.46V；η＝11.6mPa·s；γ1＝56.8mPa·s.
[比较例2]
自日本专利特开2010-275390号公报中所公开的组合物中选择组合物例2。根据的原因在于：所述组合物含有化合物(2)且介电各向异性最大。所述组合物的成分及特性如下所述。
NI＝75.1℃；Tc<-20℃；Δn＝0.091；Δε＝3.2；Vth＝2.38V；η＝11.8mPa·s；γ1＝46.8mPa·s.
[实施例2]
为了进行比较，根据比较例2，将化合物(1)的类似化合物即第四成分的化合物(4-16)、化合物(4-22)、化合物(4)置换成第一成分的化合物(1-3)、化合物(1-5)，并将所得的组合物设为实施例2。
NI＝73.4℃；Tc<-20℃；Δn＝0.086；Δε＝3.9；Vth＝2.04V；η＝14.1mPa·s；γ1＝52.0mPa·s.
[实施例3]
为了进行比较，根据比较例2，将化合物(1)的类似化合物即第四成分的化合物(4-16)、化合物(4-22)、化合物(4)置换成第一成分的化合物(1-2)、化合物(1-8)，并将所得的组合物设为实施例3。
NI＝73.3℃；Tc<-20℃；Δn＝0.089；Δε＝6.0；Vth＝1.57V；η＝14.1mPa·s；γ1＝55.7mPa·s.
[比较例3]
自国际公开第2010-131594号手册中所公开的组合物中选择组合物例10。根据的原因在于：所述组合物含有化合物(2)且介电各向异性最大。所述组合物的成分及特性如下所述。
NI＝80.3℃；Tc<-20℃；Δn＝0.118；Δε＝6.0；Vth＝1.60V；η＝14.3mPa·s；γ1＝67.9mPa·s.
[实施例4]
为了进行比较，根据比较例3，将第四成分的化合物(4-8)置换成第一成分的化合物(1-1)，并将所得的组合物设为实施例4。
NI＝74.6℃；Tc<-20℃；Δn＝0.110；Δε＝7.1；Vth＝1.42V；η＝12.4mPa·s；γ1＝58.0mPa·s.
[实施例5]
为了进行比较，根据比较例3，将第四成分的化合物(4-8)置换成第一成分的化合物(1-2)，并将所得的组合物设为实施例5。
NI＝75.4℃；Tc<-20℃；Δn＝0.111；Δε＝9.3；Vth＝1.30V；η＝12.3mPa·s；γ1＝57.6mPa·s.
[实施例6]
NI＝71.2℃；Tc<-20℃；Δn＝0.101；Δε＝5.6；Vth＝1.54V；η＝13.4mPa·s；γ1＝64.7mPa·s.
[实施例7]
NI＝80.8℃；Tc<-20℃；Δn＝0.126；Δε＝3.6；Vth＝1.87V；η＝14.2mPa·s；γ1＝68.3mPa·s.
[实施例8]
NI＝82.8℃；Tc<-20℃；Δn＝0.097；Δε＝4.9；Vth＝1.72V；η＝14.0mPa·s；γ1＝67.3mPa·s.
[实施例9]
NI＝77.6℃；Tc<-20℃；Δn＝0.097；Δε＝5.9；Vth＝1.52V；η＝13.6mPa·s；γ1＝65.7mPa·s.
[实施例10]
NI＝78.5℃；Tc<-20℃；Δn＝0.113；Δε＝5.4；Vth＝1.57V；η＝13.9mPa·s；γ1＝66.9mPa·s.
[实施例11]
NI＝80.0℃；Tc<-20℃；Δn＝0.116；Δε＝5.9；Vth＝1.50V；η＝14.1mPa·s；γ1＝68.1mPa·s.
[实施例12]
NI＝91.5℃；Tc<-20℃；Δn＝0.108；Δε＝6.3；Vth＝1.46V；η＝13.9mPa·s；γ1＝67.3mPa·s.
[实施例13]
NI＝70.3℃；Tc<-20℃；Δn＝0.103；Δε＝6.7；Vth＝1.43V；η＝12.4mPa·s；γ1＝59.8mPa·s.
[实施例14]
NI＝75.5℃；Tc<-20℃；Δn＝0.102；Δε＝5.3；Vth＝1.59V；η＝13.5mPa·s；γ1＝64.9mPa·s.
[实施例15]
NI＝90.3℃；Tc<-20℃；Δn＝0.106；Δε＝4.0；Vth＝1.80V；η＝13.5mPa·s；γ1＝65.2mPa·s.
[实施例16]
NI＝72.9℃；Tc<-20℃；Δn＝0.118；Δε＝6.5；Vth＝1.44V；η＝14.0mPa·s；γ1＝67.7mPa·s.
[实施例17]
NI＝74.5℃；Tc<-20℃；Δn＝0.094；Δε＝5.7；Vth＝1.53V；η＝13.2mPa·s；γ1＝63.6mPa·s.
[实施例18]
NI＝86.6℃；Tc<-20℃；Δn＝0.109；Δε＝6.2；Vth＝1.47V；η＝13.9mPa·s；γ1＝66.9mPa·s.
[实施例19]
NI＝86.6℃；Tc<-20℃；Δn＝0.098；Δε＝5.0；Vth＝1.72V；η＝13.0mPa·s；γ1＝62.4mPa·s.
[实施例20]
NI＝77.7℃；Tc<-20℃；Δn＝0.105；Δε＝5.0；Vth＝1.68V；η＝10.8mPa·s；γ1＝53.1mPa·s.
实施例1的组合物与比较例1的组合物相比具有小的旋转粘度。实施例2及实施例3的组合物与比较例2的组合物相比具有大的介电各向异性，实施例4及实施例5与比较例3的组合物相比具有大的介电各向异性。因此，可得出本发明的液晶组合物具有优异的特性的结论。
产业上的可利用性
本发明的液晶组合物在上限温度高、下限温度低、粘度小、光学各向异性适当、介电各向异性大、比电阻大、对紫外线的稳定性高、对热的稳定性高、弹性常数大等特性中，充分满足至少一种特性或关于至少两种特性具有适当的平衡。含有所述组合物的液晶显示元件具有响应时间短、电压保持率大、对比度比大、寿命长等，因此可用于液晶投影仪、液晶电视等。
Claims (16)
1.一种液晶组合物，其含有作为第一成分的选自式(1)所表示的化合物中的至少一种化合物及作为第二成分的选自式(2)所表示的化合物中的至少一种化合物，而且具有正的介电各向异性，
式(1)及式(2)中，R1为碳数1至12的烷基、碳数1至12的烷氧基或碳数2至12的烯基；R2及R3独立地为碳数2至12的烯基；环A及环B独立地为1,4-亚环己基、1,4-亚环己烯基、1,4-亚苯基、至少一个氢经氟或氯取代的1,4-亚苯基、四氢吡喃-2,5-二基、1,3-二氧六环-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基或吡啶-2,5-二基，至少一个环A为四氢吡喃-2,5-二基或1,3-二氧六环-2,5-二基；Z1及Z2独立地为单键、亚乙基、亚乙烯基、亚甲基氧基、羰氧基或二氟亚甲基氧基；X1及X2独立地为氢或氟；Y1为氟、氯、至少一个氢经氟或氯取代的碳数1至12的烷基、至少一个氢经氟或氯取代的碳数1至12的烷氧基、或者至少一个氢经氟或氯取代的碳数2至12的烯氧基；a为1、2、3或4；b为0、1、2或3；而且a及b之和为4以下。
2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其含有作为第一成分的选自式(1-1)至式(1-12)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物，
式(1-1)至式(1-12)中，R1为碳数1至12的烷基、碳数1至12的烷氧基或碳数2至12的烯基；X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10及X11独立地为氢或氟；Y1为氟、氯、至少一个氢经氟或氯取代的碳数1至12的烷基、至少一个氢经氟或氯取代的碳数1至12的烷氧基、或者至少一个氢经氟或氯取代的碳数2至12的烯氧基。
3.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，其中基于液晶组合物的重量，第一成分的比例为5重量％至40重量％的范围，第二成分的比例为10重量％至70重量％的范围。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的液晶组合物，其含有作为第三成分的选自式(3)所表示的化合物中的至少一种化合物，
式(3)中，R4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、或者至少一个氢经氟或氯取代的碳数2至12的烯基；R5为碳数1至12的烷基或碳数1至12的烷氧基；环C及环D独立地为1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、2-氟-1,4-亚苯基或2,5-二氟-1,4-亚苯基；Z3为单键、亚乙基、羰氧基或亚甲基氧基；c为1、2或3。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的液晶组合物，其含有作为第三成分的选自式(3-1)至式(3-13)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物，
式(3-1)至式(3-13)中，R4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、或者至少一个氢经氟或氯取代的碳数2至12的烯基；R5为碳数1至12的烷基或碳数1至12的烷氧基。
6.根据权利要求4或5所述的液晶组合物，其中基于液晶组合物的重量，第三成分的比例为10重量％至80重量％的范围。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的液晶组合物，其还含有作为第四成分的选自式(4)所表示的化合物中的至少一种化合物，
式(4)中，R6为碳数1至12的烷基、碳数1至12的烷氧基或碳数2至12的烯基；环E为1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、2-氟-1,4-亚苯基、2,3-二氟-1,4-亚苯基、2,6-二氟-1,4-亚苯基、四氢吡喃-2,5-二基、1,3-二氧六环-2,5-二基或嘧啶-2,5-二基；Z4为单键、亚乙基、羰氧基或二氟亚甲基氧基；X12及X13独立地为氢或氟；Y2为氟、氯、至少一个氢经氟或氯取代的碳数1至12的烷基、至少一个氢经氟或氯取代的碳数1至12的烷氧基、或者至少一个氢经氟或氯取代的碳数2至12的烯氧基；d为1、2、3或4；其中，当Z4为二氟亚甲基氧基时，环E为1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、2-氟-1,4-亚苯基、2,3-二氟-1,4-亚苯基、2,6-二氟-1,4-亚苯基或嘧啶-2,5-二基。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的液晶组合物，其含有作为第四成分的选自式(4-1)至式(4-30)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物，
式(4-1)至式(4-30)中，R6为碳数1至12的烷基、碳数1至12的烷氧基或碳数2至12的烯基。
9.根据权利要求7或8所述的液晶组合物，其中基于液晶组合物的重量，第四成分的比例为2重量％至45重量％的范围。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的液晶组合物，其含有作为第五成分的选自式(5)所表示的化合物中的至少一种化合物，
式(5)中，R7及R8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的烯基或碳数2至12的烯氧基；环F及环I独立地为1,4-亚环己基、1,4-亚环己烯基、1,4-亚苯基、至少一个氢经氟或氯取代的1,4-亚苯基、或者四氢吡喃-2,5-二基；环G为2,3-二氟-1,4-亚苯基、2-氯-3-氟-1,4-亚苯基、2,3-二氟-5-甲基-1,4-亚苯基、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独立地为单键、亚乙基、羰氧基或亚甲基氧基；e为1、2或3，f为0或1；e与f之和为3以下。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的液晶组合物，其含有作为第五成分的选自式(5-1)至式(5-22)所表示的化合物的群组中的至少一种化合物，
式(5-1)至式(5-22)中，R7及R8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的烯基或碳数2至12的烯氧基。
12.根据权利要求10或11所述的液晶组合物，其中基于液晶组合物的重量，第五成分的比例为3重量％至30重量％的范围。
13.根据权利要求1至12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(在25℃下测定)为0.07以上，而且频率1kHz下的介电各向异性(在25℃下测定)为2以上。
14.一种液晶显示元件，其含有根据权利要求1至13中任一项所述的液晶组合物。
15.根据权利要求14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、面内切换模式、边缘场切换模式或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。
16.一种液晶组合物的用途，所述液晶组合物为根据权利要求1至13中任一项所述的液晶组合物，其用于液晶显示元件中。
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