液晶性化合物及其用途、液晶组合物及液晶显示元件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种液晶性化合物及其用途、液晶组合物及液晶显示元件。更详细来 说，本发明设及一种含有在轴向（axial)位上具有氣原子的1，3-二恶烧（1，3-dioxane)骨 架及键合在所述骨架上的环结构、且介电常数各向异性为负的化合物，含有所述化合物的 液晶组合物W及含有所述组合物的液晶显示元件。
【背景技术】
[0002]液晶显示元件被广泛地用于个人电脑（personalcomputer)、电视（television) 等的显示器中。该元件利用液晶性化合物的光学各向异性、介电常数各向异性等。关于液 晶显示元件的工作模式，已知相变（phasechange,PC)模式、扭转向列（twistednematic, TN)模式、超扭转向列（supertwistednematic,STN)模式、双稳态扭转向列（bist油Ie twistednematic，BTN)模式、电控双折身才（electricallycontrolledbirefringence， ECB)模式、光学补偿弯曲（opticallycompensatedbend,OCB)模式、共面切换（in-plane switching,IP巧模式、垂直取向（verticalalignment,VA)模式、边缘场切换（fringe fieldswitching,FF巧模式、聚合物稳定取向（polymersustainedalignment,PSA)等模 式。
[0003] 运些模式中，IPS模式、FK模式及VA模式可改善作为TN模式、STN模式等工作模 式的缺点的视角狭窄。具有运种模式的液晶显示元件中，主要使用具有负的介电常数各向 异性的液晶组合物。为了进一步提高液晶显示元件的特性，较佳为该组合物所含的液晶性 化合物满足下述（1)~（8)所示的物性。
[0004] (1)对热、光等的稳定性局，
[0005] (2)透明点高，
[0006] (3)液晶相的下限溫度低，
[0007](4)粘度小（n)，
[000引 妨光学各向异性适当（An)，
[0009] (6)负的介电常数各向异性（Ae)大，
[0010] (7)弹性常数适当化33:弯曲弹性常数），
[0011] (8)与其他液晶性化合物的相容性优异。
[0012] 液晶性化合物的物性对元件的特性所带来的效果如下。像（1)那样具有对热及光 等的高稳定性的化合物增大元件的电压保持率。由此，元件的寿命延长。像（2)那样具有 高透明点的化合物扩大元件的可使用的溫度范围。像（3)那样具有向列相、层列相等般的 液晶相的低下限溫度、特别是向列相的低下限溫度的化合物也可扩大元件的可使用的溫度 范围。像（4)那样粘度小的化合物缩短元件的响应时间。
[0013]像（5)那样具有适当的光学各向异性的化合物提高元件的对比度。根据元件的设 计，需要具有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的化合物。在 通过减小元件的单元间隙（cellgap)来缩短响应时间的情况下，具有大的光学各向异性的 化合物合适。像（6)那样具有大的负介电常数各向异性的化合物降低元件的临限电压。由 此，元件的消耗电力变小。
[0014] 关于（7)，具有大的弹性常数的化合物缩短元件的响应时间。具有小的弹性常数的 化合物降低元件的临限电压。因此，根据欲提高的特性而需要适当的弹性常数。优选的是 像（8)那样具有与其他液晶性化合物的优异相容性的化合物。其原因在于：将具有不同物 性的液晶性化合物混合而调节组合物的物性。
[0015] 迄今为止，已合成了各种具有负的介电常数各向异性的液晶性化合物（例如专利 文献1及专利文献2、非专利文献1)。专利文献2及非专利文献1中，示出化合物（C-I)。 然而，该化合物（C-I)与其他化合物的相容性不够高。
[0016]
[0017] 另外，专利文献1中示出化合物（C-2)。然而，该化合物（C-2)的透明点不高，未显 示出负值足够大的介电常数各向异性。
[0018]
[0019] 根据运种状况，期望开发出关于所述物性（1)~物性（8)而具有优异的物性及适 当的平衡的化合物、特别是与其他化合物的相容性高且显示出大的负介电常数各向异性的 化合物。
[0020] [现有技术文献]
[0021] [专利文献]
[0022] [专利文献1]国际公开第1998/014418号手册
[0023][专利文献2]日本专利特开平11-12271号公报
[0024][非专利文献]
[00巧][非专利文献1]《欧洲有机化学期刊巧ur.J.Org.Chem.)》2006,4819-4824
【发明内容】
[0026][发明所要解决的问题]
[0027] 本发明的第一问题在于提供一种充分满足W下物性的至少一个的液晶性化合物： 对热及光等的稳定性高、透明点高、液晶相的下限溫度低、粘度小、光学各向异性适当、负的 介电常数各向异性大、弹性常数适当、与其他液晶性化合物的相容性优异等。尤其提供一种 具有大的负介电常数各向异性、且透明点及与其他化合物的相容性高的化合物。第二问题 在于提供一种含有所述液晶性化合物且充分满足W下物性的至少一个的液晶组合物：向列 相的上限溫度高、向列相的下限溫度低、粘度小、光学各向异性适当、负的介电常数各向异 性大、及弹性常数适当等。该问题提供一种关于至少两个物性而具有适当的平衡的液晶组 合物。第=问题在于提供一种含有所述组合物且元件的可使用溫度范围广、响应时间短、电 压保持率大、临限电压低、对比度大及寿命长的液晶显示元件。
[0028][解决问题的技术手段]
[0029] 本发明设及一种式（1)所表示的液晶性化合物、含有该液晶性化合物的液晶组合 物及含有该组合物的液晶显示元件。
[0030]
[0031]式（1)中，
[0032]Ri及R2独立地为碳数1~15的烷基，该烷基中，至少一个-CH2-可经-0-或-S-取 代，至少一个-(邸2)2-可经-CH=CH-取代；
[003引环A\环A2及环A3独立地为1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、至少一个氨经面素取代 的1，4-亚苯基、四氨化喃-2, 5-二基或至少一个氨经面素取代的四氨化喃-2, 5-二基，运 些环中，至少一个-(邸2) 2-可经-CH=CH-取代，环A\环A2及环A3的至少一个为式（A)所 表示的环，
[0034]
[003引 X破X2独立地为氨或面素；
[0036] 21、22及23独立地为单键、-(邸2)2-、-邸=邸-、-(：三(：-、-〇)〇-、-〇(：〇-、-邸2〇-、-〇〔 &-、-CFzO-' -OCFz-或-CF=CF-;
[0037]a、b及C独立地为0或1，a、b及C的和为1、2或3。
[0038] 式（1)所表示的液晶性化合物于在轴向位上具有氣原子的1，3-二恶烧骨架的氧 原子侧具有环结构，由此负的介电常数各向异性大，透明点高。
[00測[发明的效果]
[0040] 本发明的第一优点在于提供一种充分满足W下物性的至少一个的液晶性化合物： 对热及光等的稳定性高、透明点高、液晶相的下限溫度低、粘度小、光学各向异性适当、负的 介电常数各向异性大、弹性常数适当、与其他液晶性化合物的相容性优异等。运些中，特征 性的优点在于提供一种具有大的负介电常数各向异性、且透明点及与其他化合物的相容性 高的液晶性化合物。本发明的第二优点在于提高一种含有所述液晶性化合物、且充分满足 W下物性的至少一个的液晶组合物：向列相的上限溫度高、向列相的下限溫度低、粘度小、 光学各向异性适当、负的介电常数各向异性大及弹性常数适当等。本发明的第=优点在于 提供一种含有所述组合物且元件的可使用溫度范围广、响应时间短、电压保持率大、临限电 压低、对比度大及寿命长的液晶显示元件。
【具体实施方式】
[0041] 本说明书中的用语的使用方法如下。液晶性化合物为具有向列相、层列相等液晶 相的化合物及不具有液晶相但作为液晶组合物的成分而有用的化合物的总称。有时将液晶 性化合物、液晶组合物、液晶显示元件分别简称为化合物、组合物、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。透明点为液晶性化合物的液晶相-各向同相的转变溫 度。液晶相的下限溫度为液晶性化合物的固体-液晶相（层列相、向列相等）的转变溫度。 向列相的上限溫度为液晶组合物的向列相-各向同相的转变溫度，有时简称为上限溫度。 有时将向列相的下限溫度简称为下限溫度。有时将式（1)所表示的液晶性化合物简称为化 合物（1)。有时也将该简称应用于式（2)等所表示的化合物。式（1)、式（2)等中，由六边 形包围的A\Di等记号分别对应于环A1、环等。将多个环A1记载于一个式或不同的式中。 运些化合物中，任意两个环心所表示的两个基团可相同，或也可不同。该规则（rule)也可 应用于环A2、Z2等记号。另外，也可应用于1为2时成为两个的环A1。W百分率表示的化合 物的量为基于组合物的总重量的重量百分率（重量％)。
[0042]"至少一个"A"可经"B"取代"的表述是指当"A"为一个时，"A"的位置为任意，当 "A"的个数为两个W上时，运些"A"的位置也可无限制地选择。"至少一个A可经B、C或D 取代"的表述是指包括任意的A经B取代的情况、任意的A经C取代的情况及任意的A经D 取代的情况，进而也包括多个A经B、C、D的至少两个取代的情况。例如至少一个-CHz-可 经-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，连续的2个-C&-经-0-取代而成为-0-0-那样的情况欠佳。烷基等中，甲 基部分（-CH2-H)的-C&-经-0-取代而成为-O-H的情况也欠佳。
[0043] 2-氣-1,4-亚苯基是指下述两个二价基。氣可向左，也可向右。该规则也可应用 于四氨化喃-2, 5-二基那样的非对称环的二价基。
[0044]
[0045] 本发明包含下述第1项至第13项所记载的内容。
[0046] 项1. 一种式（1)所表示的液晶性化合物。
[0047]
[0048]式（1)中，
[0049]Ri及R2独立地为碳数1~15的烷基，该烷基中，至少一个-CH2-可经-0-或-S-取 代，至少一个-(邸2)2-可经-CH=CH-取代；
[0050] 环A\环A2及环A3独立地为1,4-亚环己基、1,4-亚苯基、至少一个氨经面素取代 的1，4-亚苯基、四氨化喃-2, 5-二基或至少一个氨经面素取代的四氨化喃-2, 5-二基，运 些环中，至少一个-(邸2)2-也可经-CH=CH-取代，环心、环A2及环A3的至少一个为式（A) 所表示的环，
[0051]
[005引 Xi及X2独立地为氨或面素；
[0053] 21、22及23独立地为单键、-(邸2)厂、-邸=邸-、-(：三(：-、-〇)〇-、-〇(：〇-、-邸2〇-、-〇〔 &-、-CFzO-' -OCFz-或-CF=CF-;
[0054] a、b及C独立地为0或1，a、b及C的和为1、2或3。
[005引项2.根据项1所记载的液晶性化合物，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独立地为碳数1~15的烷基、碳数1~14的烷氧基、碳数2~15的締基 及碳数2~14的締氧基；
[005引 环Al、环A2及环A3独立地为1，4-亚环己基、1，4-亚环己締基、1，4-亚苯基、至少 一个氨经面素取代的1，4-亚苯基、四氨化喃-2, 5-二基或二氨化喃-2, 5-二基，至少一个 为式（A)所表示的环，
[0060]
[0061]公及X2独立地为氨或氣；
[0062] Z2及Z3独立地为单键、-(CH2)厂、-CH=CH-、-C00-、-0C0-、-邸2〇-、-0邸2-、-CF 2〇-或-OCF厂。
[0063] 项3.根据项1所记载的液晶性化合物，其中Ri及R2独立地为碳数1~15的烧 基、碳数1~14的烷氧基、碳数2~15的締基及碳数2~14的締氧基，环A\环A2及环A3 独立地为1，4-亚环己基、1，4-亚环己締基、1，4-亚苯基、至少一个氨经氣取代的1，4-亚苯 基、四氨化喃-2, 5-二基或二氨化喃-2, 5-二基，至少一个为式（A)所表示的环，公及X2独 立地为氨或氣，Z\Z2及Z3独立地为单键、-(CH2)厂、-CH=CH-、-邸2〇-或-0邸2-。
[0064]
[006引项4.根据项I所记载的液晶性化合物，其中当环Al为式（A)所表示的环时，在Xi及X2均为氣的情况下，Z1为-(CH2)厂、-CH=CH-、-邸20-或-0邸2-。
[0066]
[0067]项5.根据项1所记载的液晶性化合物，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独立地为碳数I~10的烷基、碳数I~9的烷氧基、碳数2~10的締基 及碳数2~9的締氧基；
[007引~Y6独立地为氨或氣。
[0073]项6.-种根据项1至项5中任一项所记载的至少一种液晶性化合物的用途，将根 据项I至项5中任一项所记载的至少一种液晶性化合物用作液晶组合物的成分。
[0074] 项7. -种液晶组合物，含有至少一种根据项1至项5中任一项所记载的液晶性化 合物。
[007引项8.根据项7所记载的液晶组合物，进一步含有选自式（6)~式所表示的 化合物的组群中的至少一种化合物。
[0077] 式（6)~式（。）中，
[0078] R"为碳数1~10的烷基或碳数2~10的締基，在该烷基及締基中，至少一 个-CHz-可经-0-取代，至少一个氨可经氣取代；
[0079] RM为碳数1~10的烷基，在该烷基中，至少一个-OV可经-0-取代，至少一个氨 可经氣取代；
[0080] Ris为氨、氣、碳数1~10的烷基或碳数2~10的締基，在该烷基及締基中，至少 一个-CHz-可经-0-取代，至少一个氨可经氣取代；
[00引]S"为氨或甲基；
[0082] Xi、X2独立地为-CF2-、-0-或-CHF-;
[008引 环D\环D2、环D3及环D4独立地为1，4-亚环己基、1，4-亚环己締基、至少一个氨 可经氣取代的1，4-亚苯基、四氨化喃-2, 5-二基或十氨糞-2, 6-二基；
[0084] 环D洩环D6独立地为1，4-亚环己基、1，4-亚环己締基、1，4-亚苯基、四氨化 喃-2, 5-二基或十氨糞-2, 6-二基；
[0085] Zi5、Z"、Z"及Z IS独立地为单键、-CH 2邸2_、-C00-、-邸2〇-、-OCFz-或-OCF2CH2CH2-;
[0086]Lis及LIS独立地为氣或氯；
[0087]j、k、m、n、P、q、r及S独立地为0或1，k、m、n及P的和为1或2,q、r及S的和为 0、1、2 或 3,t为 1、2 或 3。
[0088] 项9.根据项7或项8所记载的液晶组合物，进一步含有选自式（13)~式（15