液晶性化合物及其用途、液晶組合物及液晶顯示元件的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種液晶性化合物及其用途、液晶組合物及液晶顯示元件。更詳細來 說，本發明設及一種含有在軸向（axial)位上具有氣原子的1，3-二惡燒（1，3-dioxane)骨 架及鍵合在所述骨架上的環結構、且介電常數各向異性為負的化合物，含有所述化合物的 液晶組合物W及含有所述組合物的液晶顯示元件。
【背景技術】
[0002]液晶顯示元件被廣泛地用于個人電腦（personalcomputer)、電視（television) 等的顯示器中。該元件利用液晶性化合物的光學各向異性、介電常數各向異性等。關于液 晶顯示元件的工作模式，已知相變（phasechange,PC)模式、扭轉向列（twistednematic, TN)模式、超扭轉向列（supertwistednematic,STN)模式、雙穩態扭轉向列（bist油Ie twistednematic，BTN)模式、電控雙折身才（electricallycontrolledbirefringence， ECB)模式、光學補償彎曲（opticallycompensatedbend,OCB)模式、共面切換（in-plane switching,IP巧模式、垂直取向（verticalalignment,VA)模式、邊緣場切換（fringe fieldswitching,FF巧模式、聚合物穩定取向（polymersustainedalignment,PSA)等模 式。
[0003] 運些模式中，IPS模式、FK模式及VA模式可改善作為TN模式、STN模式等工作模 式的缺點的視角狹窄。具有運種模式的液晶顯示元件中，主要使用具有負的介電常數各向 異性的液晶組合物。為了進一步提高液晶顯示元件的特性，較佳為該組合物所含的液晶性 化合物滿足下述（1)~（8)所示的物性。
[0004] (1)對熱、光等的穩定性局，
[0005] (2)透明點高，
[0006] (3)液晶相的下限溫度低，
[0007](4)粘度小（n)，
[000引 妨光學各向異性適當（An)，
[0009] (6)負的介電常數各向異性（Ae)大，
[0010] (7)彈性常數適當化33:彎曲彈性常數），
[0011] (8)與其他液晶性化合物的相容性優異。
[0012] 液晶性化合物的物性對元件的特性所帶來的效果如下。像（1)那樣具有對熱及光 等的高穩定性的化合物增大元件的電壓保持率。由此，元件的壽命延長。像（2)那樣具有 高透明點的化合物擴大元件的可使用的溫度范圍。像（3)那樣具有向列相、層列相等般的 液晶相的低下限溫度、特別是向列相的低下限溫度的化合物也可擴大元件的可使用的溫度 范圍。像（4)那樣粘度小的化合物縮短元件的響應時間。
[0013]像（5)那樣具有適當的光學各向異性的化合物提高元件的對比度。根據元件的設 計，需要具有大的光學各向異性或小的光學各向異性、即適當的光學各向異性的化合物。在 通過減小元件的單元間隙（cellgap)來縮短響應時間的情況下，具有大的光學各向異性的 化合物合適。像（6)那樣具有大的負介電常數各向異性的化合物降低元件的臨限電壓。由 此，元件的消耗電力變小。
[0014] 關于（7)，具有大的彈性常數的化合物縮短元件的響應時間。具有小的彈性常數的 化合物降低元件的臨限電壓。因此，根據欲提高的特性而需要適當的彈性常數。優選的是 像（8)那樣具有與其他液晶性化合物的優異相容性的化合物。其原因在于：將具有不同物 性的液晶性化合物混合而調節組合物的物性。
[0015] 迄今為止，已合成了各種具有負的介電常數各向異性的液晶性化合物（例如專利 文獻1及專利文獻2、非專利文獻1)。專利文獻2及非專利文獻1中，示出化合物（C-I)。 然而，該化合物（C-I)與其他化合物的相容性不夠高。
[0016]
[0017] 另外，專利文獻1中示出化合物（C-2)。然而，該化合物（C-2)的透明點不高，未顯 示出負值足夠大的介電常數各向異性。
[0018]
[0019] 根據運種狀況，期望開發出關于所述物性（1)~物性（8)而具有優異的物性及適 當的平衡的化合物、特別是與其他化合物的相容性高且顯示出大的負介電常數各向異性的 化合物。
[0020] [現有技術文獻]
[0021] [專利文獻]
[0022] [專利文獻1]國際公開第1998/014418號手冊
[0023][專利文獻2]日本專利特開平11-12271號公報
[0024][非專利文獻]
[00巧][非專利文獻1]《歐洲有機化學期刊巧ur.J.Org.Chem.)》2006,4819-4824
【發明內容】
[0026][發明所要解決的問題]
[0027] 本發明的第一問題在于提供一種充分滿足W下物性的至少一個的液晶性化合物： 對熱及光等的穩定性高、透明點高、液晶相的下限溫度低、粘度小、光學各向異性適當、負的 介電常數各向異性大、彈性常數適當、與其他液晶性化合物的相容性優異等。尤其提供一種 具有大的負介電常數各向異性、且透明點及與其他化合物的相容性高的化合物。第二問題 在于提供一種含有所述液晶性化合物且充分滿足W下物性的至少一個的液晶組合物：向列 相的上限溫度高、向列相的下限溫度低、粘度小、光學各向異性適當、負的介電常數各向異 性大、及彈性常數適當等。該問題提供一種關于至少兩個物性而具有適當的平衡的液晶組 合物。第=問題在于提供一種含有所述組合物且元件的可使用溫度范圍廣、響應時間短、電 壓保持率大、臨限電壓低、對比度大及壽命長的液晶顯示元件。
[0028][解決問題的技術手段]
[0029] 本發明設及一種式（1)所表示的液晶性化合物、含有該液晶性化合物的液晶組合 物及含有該組合物的液晶顯示元件。
[0030]
[0031]式（1)中，
[0032]Ri及R2獨立地為碳數1~15的烷基，該烷基中，至少一個-CH2-可經-0-或-S-取 代，至少一個-(邸2)2-可經-CH=CH-取代；
[003引環A\環A2及環A3獨立地為1,4-亞環己基、1,4-亞苯基、至少一個氨經面素取代 的1，4-亞苯基、四氨化喃-2, 5-二基或至少一個氨經面素取代的四氨化喃-2, 5-二基，運 些環中，至少一個-(邸2) 2-可經-CH=CH-取代，環A\環A2及環A3的至少一個為式（A)所 表示的環，
[0034]
[003引 X破X2獨立地為氨或面素；
[0036] 21、22及23獨立地為單鍵、-(邸2)2-、-邸=邸-、-(：三(：-、-〇)〇-、-〇(：〇-、-邸2〇-、-〇〔 &-、-CFzO-' -OCFz-或-CF=CF-;
[0037]a、b及C獨立地為0或1，a、b及C的和為1、2或3。
[0038] 式（1)所表示的液晶性化合物于在軸向位上具有氣原子的1，3-二惡燒骨架的氧 原子側具有環結構，由此負的介電常數各向異性大，透明點高。
[00測[發明的效果]
[0040] 本發明的第一優點在于提供一種充分滿足W下物性的至少一個的液晶性化合物： 對熱及光等的穩定性高、透明點高、液晶相的下限溫度低、粘度小、光學各向異性適當、負的 介電常數各向異性大、彈性常數適當、與其他液晶性化合物的相容性優異等。運些中，特征 性的優點在于提供一種具有大的負介電常數各向異性、且透明點及與其他化合物的相容性 高的液晶性化合物。本發明的第二優點在于提高一種含有所述液晶性化合物、且充分滿足 W下物性的至少一個的液晶組合物：向列相的上限溫度高、向列相的下限溫度低、粘度小、 光學各向異性適當、負的介電常數各向異性大及彈性常數適當等。本發明的第=優點在于 提供一種含有所述組合物且元件的可使用溫度范圍廣、響應時間短、電壓保持率大、臨限電 壓低、對比度大及壽命長的液晶顯示元件。
【具體實施方式】
[0041] 本說明書中的用語的使用方法如下。液晶性化合物為具有向列相、層列相等液晶 相的化合物及不具有液晶相但作為液晶組合物的成分而有用的化合物的總稱。有時將液晶 性化合物、液晶組合物、液晶顯示元件分別簡稱為化合物、組合物、元件。液晶顯示元件為液 晶顯示面板及液晶顯示模塊的總稱。透明點為液晶性化合物的液晶相-各向同相的轉變溫 度。液晶相的下限溫度為液晶性化合物的固體-液晶相（層列相、向列相等）的轉變溫度。 向列相的上限溫度為液晶組合物的向列相-各向同相的轉變溫度，有時簡稱為上限溫度。 有時將向列相的下限溫度簡稱為下限溫度。有時將式（1)所表示的液晶性化合物簡稱為化 合物（1)。有時也將該簡稱應用于式（2)等所表示的化合物。式（1)、式（2)等中，由六邊 形包圍的A\Di等記號分別對應于環A1、環等。將多個環A1記載于一個式或不同的式中。 運些化合物中，任意兩個環心所表示的兩個基團可相同，或也可不同。該規則（rule)也可 應用于環A2、Z2等記號。另外，也可應用于1為2時成為兩個的環A1。W百分率表示的化合 物的量為基于組合物的總重量的重量百分率（重量％)。
[0042]"至少一個"A"可經"B"取代"的表述是指當"A"為一個時，"A"的位置為任意，當 "A"的個數為兩個W上時，運些"A"的位置也可無限制地選擇。"至少一個A可經B、C或D 取代"的表述是指包括任意的A經B取代的情況、任意的A經C取代的情況及任意的A經D 取代的情況，進而也包括多個A經B、C、D的至少兩個取代的情況。例如至少一個-CHz-可 經-0-或-CH=CH-取代的烷基中，包括烷基、締基、烷氧基、烷氧基烷基、烷氧基締基、締氧 基烷基。此外，連續的2個-C&-經-0-取代而成為-0-0-那樣的情況欠佳。烷基等中，甲 基部分（-CH2-H)的-C&-經-0-取代而成為-O-H的情況也欠佳。
[0043] 2-氣-1,4-亞苯基是指下述兩個二價基。氣可向左，也可向右。該規則也可應用 于四氨化喃-2, 5-二基那樣的非對稱環的二價基。
[0044]
[0045] 本發明包含下述第1項至第13項所記載的內容。
[0046] 項1. 一種式（1)所表示的液晶性化合物。
[0047]
[0048]式（1)中，
[0049]Ri及R2獨立地為碳數1~15的烷基，該烷基中，至少一個-CH2-可經-0-或-S-取 代，至少一個-(邸2)2-可經-CH=CH-取代；
[0050] 環A\環A2及環A3獨立地為1,4-亞環己基、1,4-亞苯基、至少一個氨經面素取代 的1，4-亞苯基、四氨化喃-2, 5-二基或至少一個氨經面素取代的四氨化喃-2, 5-二基，運 些環中，至少一個-(邸2)2-也可經-CH=CH-取代，環心、環A2及環A3的至少一個為式（A) 所表示的環，
[0051]
[005引 Xi及X2獨立地為氨或面素；
[0053] 21、22及23獨立地為單鍵、-(邸2)廠、-邸=邸-、-(：三(：-、-〇)〇-、-〇(：〇-、-邸2〇-、-〇〔 &-、-CFzO-' -OCFz-或-CF=CF-;
[0054] a、b及C獨立地為0或1，a、b及C的和為1、2或3。
[005引項2.根據項1所記載的液晶性化合物，其是由式（1-1)~式（1-：3)所表示。
[0056]
[0057] 式（1-1)~式（1-3)中，
[0058] Ri及R2獨立地為碳數1~15的烷基、碳數1~14的烷氧基、碳數2~15的締基 及碳數2~14的締氧基；
[005引 環Al、環A2及環A3獨立地為1，4-亞環己基、1，4-亞環己締基、1，4-亞苯基、至少 一個氨經面素取代的1，4-亞苯基、四氨化喃-2, 5-二基或二氨化喃-2, 5-二基，至少一個 為式（A)所表示的環，
[0060]
[0061]公及X2獨立地為氨或氣；
[0062] Z2及Z3獨立地為單鍵、-(CH2)廠、-CH=CH-、-C00-、-0C0-、-邸2〇-、-0邸2-、-CF 2〇-或-OCF廠。
[0063] 項3.根據項1所記載的液晶性化合物，其中Ri及R2獨立地為碳數1~15的燒 基、碳數1~14的烷氧基、碳數2~15的締基及碳數2~14的締氧基，環A\環A2及環A3 獨立地為1，4-亞環己基、1，4-亞環己締基、1，4-亞苯基、至少一個氨經氣取代的1，4-亞苯 基、四氨化喃-2, 5-二基或二氨化喃-2, 5-二基，至少一個為式（A)所表示的環，公及X2獨 立地為氨或氣，Z\Z2及Z3獨立地為單鍵、-(CH2)廠、-CH=CH-、-邸2〇-或-0邸2-。
[0064]
[006引項4.根據項I所記載的液晶性化合物，其中當環Al為式（A)所表示的環時，在Xi及X2均為氣的情況下，Z1為-(CH2)廠、-CH=CH-、-邸20-或-0邸2-。
[0066]
[0067]項5.根據項1所記載的液晶性化合物，其是由式（l-1-a)、式（l-1-b)、式 (l-2-a)~式（l-2-k)、式（l-2-m)、式（l-3-a)~式（l-3-k)及式（l-3-m)~式（l-3-t)所 表不。
[0070]式（1-1-a)、式（1-1-b)、式（1-2-a)~式（1-2-k)、式（1-2-m)、式（1-3-a)~式 (l-3_k)及式（1-3-m)~式（l-3_t)中，
[0071] Ri及R2獨立地為碳數I~10的烷基、碳數I~9的烷氧基、碳數2~10的締基 及碳數2~9的締氧基；
[007引~Y6獨立地為氨或氣。
[0073]項6.-種根據項1至項5中任一項所記載的至少一種液晶性化合物的用途，將根 據項I至項5中任一項所記載的至少一種液晶性化合物用作液晶組合物的成分。
[0074] 項7. -種液晶組合物，含有至少一種根據項1至項5中任一項所記載的液晶性化 合物。
[007引項8.根據項7所記載的液晶組合物，進一步含有選自式（6)~式所表示的 化合物的組群中的至少一種化合物。
[0077] 式（6)~式（。）中，
[0078] R"為碳數1~10的烷基或碳數2~10的締基，在該烷基及締基中，至少一 個-CHz-可經-0-取代，至少一個氨可經氣取代；
[0079] RM為碳數1~10的烷基，在該烷基中，至少一個-OV可經-0-取代，至少一個氨 可經氣取代；
[0080] Ris為氨、氣、碳數1~10的烷基或碳數2~10的締基，在該烷基及締基中，至少 一個-CHz-可經-0-取代，至少一個氨可經氣取代；
[00引]S"為氨或甲基；
[0082] Xi、X2獨立地為-CF2-、-0-或-CHF-;
[008引 環D\環D2、環D3及環D4獨立地為1，4-亞環己基、1，4-亞環己締基、至少一個氨 可經氣取代的1，4-亞苯基、四氨化喃-2, 5-二基或十氨糞-2, 6-二基；
[0084] 環D洩環D6獨立地為1，4-亞環己基、1，4-亞環己締基、1，4-亞苯基、四氨化 喃-2, 5-二基或十氨糞-2, 6-二基；
[0085] Zi5、Z"、Z"及Z IS獨立地為單鍵、-CH 2邸2_、-C00-、-邸2〇-、-OCFz-或-OCF2CH2CH2-;
[0086]Lis及LIS獨立地為氣或氯；
[0087]j、k、m、n、P、q、r及S獨立地為0或1，k、m、n及P的和為1或2,q、r及S的和為 0、1、2 或 3,t為 1、2 或 3。
[0088] 項9.根據項7或項8所記載的液晶組合物，進一步含有選自式（13)~式（15