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TWI448450B - 具有環已烷環之５環液晶化合物、液晶組成物以及液晶顯示元件 - Google Patents

具有環已烷環之５環液晶化合物、液晶組成物以及液晶顯示元件 Download PDF

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TWI448450B
TWI448450B TW098118571A TW98118571A TWI448450B TW I448450 B TWI448450 B TW I448450B TW 098118571 A TW098118571 A TW 098118571A TW 98118571 A TW98118571 A TW 98118571A TW I448450 B TWI448450 B TW I448450B
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Hiroyuki Tanaka
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Jnc Petrochemical Corp
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Description

具有環已烷環之5環液晶化合物、液晶組成物以及液晶顯示元件
本發明是關於一種新型液晶化合物、液晶組成物及液晶顯示元件。詳言之，是關於一種液晶相溫度範圍廣、透明點高、與其他液晶化合物相容性良好、具適當的光學各向異性及適當的介電常數各向異性的5環液晶化合物，以及含有該化合物的組成物、使用該組成物的液晶顯示元件。
使用液晶化合物的液晶顯示元件被廣泛用於鐘錶、電子計算機、個人電腦等的顯示器中。上述顯示元件是利用液晶化合物的光學各向異性、介電常數各向異性等。
在液晶顯示元件中，依液晶的動作模式可分類為：相變(phase change，PC)、扭轉向列(twisted nematic，TN)、超扭轉向列(super twisted nematic，STN)、雙穩態扭轉向列(bistable twisted nematic，BTN)、電控雙折射(electrically controlled birefringence，ECB)、光學補償彎曲排列(optically compensated bend，OCB)、共面轉換(in-plane switching，IPS)、垂直配向(vertical alignment，VA)、PSA(polymer sustained alignment，聚合物支持配向)等。依元件的驅動方式可分類為：被動式矩陣(passive matrix，PM)和主動式矩陣(active matrix，AM)。PM分為靜態驅動(static)和多重驅動(multiplex)等；AM分為薄膜電晶體(thin film transistor，TFT)和金屬-絕緣體-金屬(metal insulator metal，MIM)等。
液晶顯示元件含有具適當物性的液晶組成物。為提高上述元件的特性，上述組成物較佳具有適當的物性。作為組成物之成分的液晶化合物，其所需的一般物性如下：
(1)化學、物理性質穩定；
(2)具有高透明點(clear point)(液晶相-等方相的相變溫度)；
(3)液晶相(向列相、近晶相(smectics)等)的下限溫度低，特別是向列相的下限溫度低；
(4)與其他液晶化合物的相容性良好；
(5)具有適當的光學各向異性(Δn )；
(6)具有適當的介電常數各向異性(Δε)。
將含有(1)之化學、物理性質穩定的液晶化合物之組成物用於液晶顯示元件時，能夠提高電壓保持率。使用含有(2)、(3)之具高透明點或液晶相下限溫度低的化合物之組成物時，向列相的溫度範圍廣，所以元件可以在寬廣的溫度範圍內使用。
為使液晶化合物表現出單一化合物難以發揮的特性，通常會與其他多種液晶化合物混合配成組成物來使用。因此，用於元件的液晶化合物較佳是具有與其他液晶化合物等的相容性良好的特性(4)。
近年來更要求開發對比度、顯示容量、反應時間等顯示性能良好的LCD元件。例如，為降低此種元件的驅動電壓，須使用可降低組成物臨限電壓的液晶化合物。為達到良好的液晶顯示，較佳是使LCD元件之胞厚度(d)與液晶組成物之Δn 值的乘積(Δn ×d)固定，如E. Jakeman,et al.,Pyhs. Lett. ,39A,69(1972)所述。因此，具有對應LCD元件胞厚度的Δn 值的液晶組成物是必要的，故業界要求開發具上述特性(5)-具有適當的Δn 值-的液晶化合物。
周知的臨限電壓(Vth )值算式如下，請參照H. J. Deuling,et al.,Mol. Cryst. Liq. Cryst .,27,81(1975)：
Vth =π(K /ε0 Δε)1/2
此式中K 為彈性常數，ε0 為真空介電常數。由該式觀之，為降低臨限電壓(Vth )，通常是考慮增大Δε值或減小彈性常數(K )這兩種方法。由於以目前技術還難以控制彈性常數，因此通常是使用Δε值大的化合物來因應。鑒於上述情形，業界正大力開發具特性(6)-具適當的Δε值-的液晶化合物，而且是具有大Δε值的液晶化合物。
現已開發出對應LCD元件胞厚度，具適當的Δn 值，並具有適當的Δε值的液晶化合物，但有關Δn 值較小、透明點高、與其他化合物的相容性良好且具有適當Δε值的液晶化合物的報告並不多。
迄今已合成多種具高透明點、大Δε值的液晶化合物，其中幾種已有實際應用。例如，國際公開第96/11897號、日本專利公開平10-204016號、英國專利2229438號、德國專利公開4023106號、日本專利公開平10-251186號、國際公開第2004/035710號公開了含CF2 O結合基的4環化合物。但是，這些化合物的透明點不夠高，所以將其配製成組成物時，元件的使用溫度範圍不夠寬。
並且，國際公開第2004/048501號、日本專利公開2004-352721號、國際公開第2005/019378號、國際公開第2005/019381號、國際公開第2006/125511號、國際公開第2006/125530號公開了含四氫吡喃環和CF2 O結合基的5環化合物(S-1)~(S-3)，這些化合物的透明點也不夠高。另外，國際公開第2006/125511號公開了含四氫吡喃環和二噁烷環的化合物(S-4)及(S-5)。但是，這些化合物的液晶相的溫度範圍不夠寬，透明點不夠高。
本發明第一目的在提供一種液晶化合物，其具有化合物所需的一般物性，對熱、光等穩定，液晶相溫度範圍寬，透明點高，與其他液晶化合物的相容性良好，且具有適當的Δn 值及適當的Δε值。本發明第二目的在提供一種液晶組成物，其含有上述液晶化合物，且液晶相的溫度範圍廣、黏度小，具有適當的Δn 值及低臨限電壓。本發明第三目的在提供一種含有上述組成物、可用溫度範圍廣、響應時間短、耗電少、具高對比度及低臨限電壓(Vth )的LCD元件。
本發明提供以下液晶化合物、液晶組成物及含有此液晶組成物之LCD元件等，以下就式(1)所示化合物的末端基團、環及結合基等說明其較佳的例子。
[1].一種式(1)表示的化合物：
其中，R1 表示碳數1~20的烷基，此烷基中任意-CH2 -可被-O-、-S-或-CH=CH-取代；環A1 、A2 、A3 、A4 、A5 及A6 獨立表示1,4-環己基、1,3-二噁烷-2,5-二基、1,4-苯基或任意氫被鹵素取代的1,4-苯基；Z1 、Z2 、Z3 、Z4 、Z5 及Z6 獨立表示單鍵、-CH2 CH2 -、-CH=CH-、-C≡C-、-COO-、-OCO-、-CF2 O-、-OCF2 -、-CH2 O-、-OCH2 -、-CF=CF-、-(CH2 )4 -、-(CH2 )2 CF2 O-、-(CH2 )2 OCF2 -、-CF2 O(CH2 )2 -、-OCF2 (CH2 )2 -、-CH=CH-(CH2 )2 -或-(CH2 )2 -CH=CH-；L1 及L2 獨立表示氫或鹵素；X1 表示氫、鹵素、-C≡N、-N=C=S、-SF5 或碳數1~10的烷基，其中碳數2~10的烷基中任意-CH2 -可被-O-、-S-或-CH=CH-取代，且任意氫可被鹵素取代；l、m、n、o、p以及q獨立表示0或1，l+m+n+o+p+q=3。
[2].如[1]所述之化合物，其中R1 表碳數1~20的烷基、碳數2~21的烯基、碳數1~19的烷氧基、碳數2~20的烯氧基或碳數1~19的烷硫基；X1 表示氫、鹵素、-C≡N、-N=C=S、-SF5 、碳數1~10的烷基、碳數2~11的烯基、碳數1~9的烷氧基、碳數2~10的烯氧基、碳數1~9的硫代烷基、-CH2 F、-CHF2 、-CF3 、-(CH2 )2 -F、-CF2 CH2 F、-CF2 CHF2 、-CH2 CF3 、-CF2 CF3 、-(CH2 )3 -F、-(CF2 )3 -F、-CF2 CHFCF3 、-CHFCF2 CF3 、-(CH2 )4 -F、-(CF2 )4 -F、-(CH2 )5 -F、-(CF2 )5 -F、-OCH2 F、-OCHF2 、-OCF3 、-O-(CH2 )2 -F、-OCF2 CH2 F、-OCF2 CHF2 、-OCH2 CF3 、-O-(CH2 )3 -F、-O-(CF2 )3 -F、-OCF2 CHFCF3 、-OCHFCF2 CF3 、-O(CH2 )4 -F、-O-(CF2 )4 -F、-O-(CH2 )5 -F、-O-(CF2 )5 -F、-CH=CHF、-CH=CF2 、-CF=CHF、-CH=CHCH2 F、-CH=CHCF3 、-(CH2 )2 -CH=CF2 、-CH2 CH=CHCF3 或-CH=CHCF2 CF3 。
[3].如[1]或[2]所述之化合物，其中Z1 、Z2 、Z3 、Z4 、Z5 及Z6 獨立表示單鍵、-CH2 CH2 -、-CH=CH-、-C≡C-、-COO-、-CF2 O-、-CH2 O-或-OCH2 -。
[4].如[1]所述化合物，以式(1-1)~(1-4)中任一式表示：
其中，R1 表碳數1~15的烷基、碳數2~15的烯基、碳數1~15的烷氧基或碳數2~15的烯氧基；環A1 、A2 、A3 、A4 、A5 及A6 獨立表示1,4-環己基、1,3-二噁烷-2,5-二基、1,4-苯基或任意氫被氟取代的1,4-苯基；Z1 、Z2 、Z3 、Z4 、Z5 及Z6 獨立表示單鍵、-CH2 CH2 -、-CH=CH-、-C≡C-、-COO-、-CF2 O-、-CH2 O-或-OCH2 -；L1 及L2 獨立表示氫或氟；X1 表示氟、氯、-C≡N、-CF3 、-CHF2 、-CH2 F、-OCF3 、-OCHF2 或-OCH2 F。
[5].如[1]所述化合物，以式(1-5)~(1-8)中任一式表示：
其中，R1 表碳數1~15的烷基或碳數2~15的烯基；環A1 、A2 、A3 、A4 、A5 及A6 獨立表示1,4-環己基、1,3-二噁烷-2,5-二基、1,4-苯基或任意氫被氟取代的1,4-苯基；L1 及L2 獨立表示氫或氟；X1 表示氟、氯、-C≡N、-CF3 、-CHF2 、-CH2 F、-OCF3 、-OCHF2 或-OCH2 F。
[6].如[1]所述化合物，以式(1-9)~(1-19)中任一式表示：
其中，R1 表示碳數1~15的烷基；L1 、L2 、Y1 、Y2 、Y3 及Y4 獨立表示氫或氟；X1 表示氟或-OCF3 。
[7].如[1]所述化合物，以式(1-20)~(1-41)中任一式表示：
其中，R1 表示碳數1~15的烷基；L2 、Y1 、Y2 、Y3 及Y4 獨立表示氫或氟。
[8].一種液晶組成物，含有第一成分及第二成分，其中第一成分為至少一種如[1]~[7]中任一項所述之化合物。
[9].如[8]所述之液晶組成物，其中第二成分含有選自由式(2)、(3)及(4)所表示的化合物之所組成之族群的至少一種化合物。
其中，R2 表示碳數1~10的烷基或碳數2~10的烯基，該烷基及烯基中任意氫可被氟取代，任意-CH2 -可被-O-取代；X2 表示氟、氯、-OCF3 、-OCHF2 、-CF3 、-CHF2 、-CH2 F、-OCF2 CHF2 或-OCF2 CHFCF3 ；環B1 、B2 及B3 獨立表示1,4-環己基、1,3-二噁烷-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基、四氫吡喃-2,5-二基、1,4-苯基或任意氫被氟取代的1,4-苯基；Z7 及Z8 獨立表示-(CH2 )2 -、-(CH2 )4 -、-COO-、-CF2 O-、-OCF2 -、-CH=CH-、-C≡C-、-CH2 O-或單鍵；L5 及L6 獨立表氫或氟。
[10].如[8]所述之液晶組成物，其中第二成分含有選自由式(5)所表示的化合物所組成之族群的至少一種化合物。
其中，R3 表示碳數1~10的烷基或碳數2~10的烯基，該烷基及烯基中任意氫可被氟取代，任意-CH2 -可被-O-取代；X3 表示-C≡N或-C≡C-C≡N；環C1 、C2 及C3 獨立表示1,4-環己基、1,4-苯基、任意氫被氟取代的1,4-苯基、1,3-二噁烷-2,5-二基、四氫吡喃-2,5-二基或嘧啶-2,5-二基；Z9 表示-(CH2 )2 -、-COO-、-CF2 O-、-OCF2 -、-C≡C-、-CH2 O-或單鍵；L7 及L8 獨立表示氫或氟；r及s獨立表示0或1。
[11].如[8]所述之液晶組成物，其中第二成分含有選自由式(6)、(7)、(8)、(9)及(10)所表示的化合物所組成之族群的至少一種化合物。
其中，R4 及R5 獨立表示碳數1~10的烷基或碳數2~10的烯基，該烷基及烯基中任意氫可被氟取代，任意-CH2 -可被-O-取代；環D1 、D2 、D3 及D4 獨立表示1,4-環己基、1,4-環己烯基、1,4-苯基、任意的氫被氟取代的1,4-苯基、四氫吡喃-2,5-二基或十氫萘-2,6-二基；Z10 、Z11 、Z12 及Z13 獨立表示-(CH2 )2 -、-COO-、-CH2 O-、-OCF2 -、-OCF2 (CH2 )2 -或單鍵；L9 及L10 獨立表示氟或氯；t、u、x、y及z獨立表示0或1，u+x+y+z為1或2。
[12].如[8]所述之液晶組成物，其中第二成分含有選自由式(11)、(12)及(13)所表示的化合物所組成之族群的至少一種化合物。
其中，R6 及R7 獨立表示碳數1~10的烷基或碳數2~10的烯基，該烷基及烯基中任意氫可被氟取代，任意-CH2 -可被-O-取代；環E1 、E2 及E3 獨立表示1,4-環己基、嘧啶-2,5-二基、1,4-苯基、2-氟-1,4-苯基或2,5-二氟-1,4-苯基；Z14 及Z15 獨立表示-C≡C-、-COO-、-(CH2 )2 -、-CH=CH-或單鍵。
[13].如[9]所述之液晶組成物，其更含有選自由[10]所述之式(5)表示的化合物所組成之族群的至少一種化合物。
[14].如[9]所述之液晶組成物，其更含有選自由[12]所述之式(11)、(12)及(13)所表示的化合物所組成之族群的至少一種化合物。
[15].如[10]所述之液晶組成物，其更含有選自由[12]所述之式(11)、(12)及(13)所表示的化合物所組成之族群的至少一種化合物。
[16].如[11]所述之液晶組成物，其更含有選自由[12]所述之式(11)、(12)及(13)所表示的化合物所組成之族群的至少一種化合物。
[17].如[8]~[16]中任一項所述之液晶組成物，其更含有至少一種光學活性化合物。
[18].如[8]~[17]中任一項所述之液晶組成物，其更含有至少一種抗氧化劑及/或紫外線吸收劑。
[19].一種液晶顯示元件，其中含有[8]~[18]中任一項所述之液晶組成物。
本說明書中用語的使用方法如下。液晶化合物是具向列相、近晶相等液晶相的化合物以及雖沒有液晶相但可用作液晶組成物之成分的化合物的總稱。有時將液晶化合物、液晶組成物、LCD元件分別簡稱化合物、組成物、元件。LCD元件是LCD面板及LCD模組的總稱。向列相的上限溫度是指向列相至等方相的相變溫度，有時簡稱透明點或上限溫度。向列相的下限溫度有時簡稱下限溫度。式(1)表示的化合物有時簡稱化合物(1)，此簡稱方式也適用於式(2)等表示的化合物。式(1)~(13)中六角形圍起的A1 、B1 、C1 等記號分別對應環A1 、環B1 、環C1 等。雖然環A1 、B1 、C1 等記號出現在不同結構式中，但其意義在各式中各有定義。以百分比表示的化合物含量是指以組成物的總重量為基準的重量百分比(wt%)。
「任意的A可被B、C或D取代」之表現形式包括任意A被B取代的情況、任意A被C取代的情況、任意A被D取代的情況，以及至少兩個A被B~D中的至少兩個取代的情況。例如，任意-CH2 -可被-O-或-CH=CH-取代的烷基，即包括烷基、烯基、烷氧基、烷氧烷基、烷氧烯基、烯氧烷基等。在本發明中，連續兩個-CH2 -被-O-取代形成-O-O-並不佳，烷基等的末端CH3 的-CH2 -被-O-取代形成 -O-H也不佳。以下將進一步說明本發明。
本發明之化合物具有化合物所需的一般物性，對熱、光等穩定，液晶相溫度範圍廣，透明點高、與其他液晶化合物的相容性良好，具有適當的△n 值及適當的△ε值。本發明之液晶組成物含有至少一種上述化合物，且向列相上限溫度高、向列相下限溫度低、黏度小，具適當的△n 值及低臨限電壓。本發明之LCD元件含上述組成物，且可用溫度範圍廣、響應時間短、耗電少，具高對比度及低Vth 。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
 1-1.本發明之化合物
本發明的第一面向是關於式(1)表示的化合物。
其中，R1 表示碳數1~20的烷基，該烷基中任意-CH2 -可被-O-、-S-或-CH=CH-取代。以CH3 -(CH2 )3 -中任意-CH2 -被-O-、-S-或-CH=CH-取代而得的基團為例：CH3 -(CH2 )2 O-、CH3 O-(CH2 )2 -、CH3 OCH2 O-、CH3 -(CH2 )2 -S-、CH3 S-(CH2 )2 -、CH3 SCH2 S-、CH2 =CH-(CH2 )3 -、CH3 CH=CH-(CH2 )2 -、CH3 CH=CHCH2 O-等皆可。
上述R1 之例有：烷基、烷氧基、烷氧烷基、烷氧烷氧基、硫代烷基、硫代烷基烷氧基、烯基、烯氧基、烯氧烷基、烷氧烯基等。上述基團可為直鏈也可具支鏈，但較佳是直鏈。即使R1 為具支鏈基團，亦以具光學活性者為佳。烯基中-CH=CH-的較佳立體構型依雙鍵位置而定。-CH=CHCH3 、-CH=CHC2 H5 、-CH=CHC3 H7 、-CH=CHC4 H9 、-C2 H4 CH=CHCH3 及-C2 H4 CH=CHC2 H5 等在奇數位置有雙鍵的烯基中，較佳的是反式(trans)構型。-CH2 CH=CHCH3 、-CH2 CH=CHC2 H5 及-CH2 CH=CHC3 H7 等在偶數位置有雙鍵的烯基中，較佳的是順式(cis)構型。具較佳立體構型的烯基化合物具有高上限溫度或寬的液晶相溫度範圍，其在Mol. Cryst. Liq. Cryst. ,1985,131,109及Mol. Cryst. Liq. Cryst. ,1985,131,327中有詳細說明。
烷基的具體例有：-CH3 、-C2 H5 、-C3 H7 、-C4 H9 、-C5 H11 、-C6 H13 、-C7 H15 、-C8 H17 、-C9 H19 、-C10 H21 、-C11 H23 、-C12 H25 、-C13 H27 、-C14 H29 及-C15 H31 。
烷氧基具體例有：-OCH3 、-OC2 H5 、-OC3 H7 、-OC4 H9 、-OC5 H11 、-OC6 H13 以及-OC7 H15 、-OC8 H17 、-OC9 H19 、-OC10 H21 、-OC11 H23 、-OC12 H25 、-OC13 H27 及-OC14 H29 。
烷氧烷基的具體例有：-CH2 OCH3 、-CH2 OC2 H5 、-CH2 OC3 H7 、-(CH2 )2 -OCH3 、-(CH2 )2 -OC2 H5 、-(CH2 )2 -OC3 H7 、-(CH2 )3 -OCH3 、-(CH2 )4 -OCH3 以及-(CH2 )5 -OCH3 。
烯基的具體例有：-CH=CH2 、-CH=CHCH3 、-CH2 CH=CH2 、-CH=CHC2 H5 、-CH2 CH=CHCH3 、-(CH2 )2 -CH=CH2 、-CH=CHC3 H7 、-CH2 CH=CHC2 H5 、-(CH2 )2 -CH=CHCH3 及-(CH2 )3 -CH=CH2 。
烯氧基具體例有：-OCH2 CH=CH2 、-OCH2 CH=CHCH3 及-OCH2 CH=CHC2 H5 。
R1 的較佳例為碳數1~15的烷基及碳數2~15的烯基。R1 的更佳例為-CH3 、-C2 H5 、-C3 H7 、-C4 H9 、-C5 H11 、-C6 H13 、-C7 H15 、-C8 H17 、-C9 H19 、-C10 H21 、-C11 H23 、-C12 H25 、-C13 H27 、-C14 H29 、-C15 H31 、-CH=CH2 、-CH=CHCH3 、-CH2 CH=CH2 、-CH=CHC2 H5 、-CH2 CH=CHCH3 、-(CH2 )2 -CH=CH2 、-CH=CHC3 H7 、-CH2 CH=CHC2 H5 、-(CH2 )2 -CH=CHCH3 及-(CH2 )3 -CH=CH2 。
式(1)中環A1 、A2 、A3 、A4 、A5 、A6 獨立表示1,4-環己基(14-1)、1,3-二噁烷-2,5-二基(14-2)、1,4-苯基(14-3)或任意氫被鹵素取代的1,4-苯基。任意氫被鹵素取代的1,4-苯基的例子為下式(14-4)~(14-20)，較佳例為式(14-4)~(14-9)表示的基團。
環A1 、A2 、A3 、A4 、A5 及A6 的較佳例為1,4-環己基(14-1)、1,3-二噁烷-2,5-二基(14-2)、1,4-苯基(14-3)、2-氟-1,4-苯基(14-4)與(14-5)、2,3-二氟-1,4-苯基(14-6)、2,5-二氟-1,4-苯基(14-8)及2,6-二氟-1,4-苯基(14-7)與(14-9)。
環A1 ~A6 的更佳例為1,4-環己基、1,3-二噁烷-2,5-二基、1,4-苯基、2-氟-1,4-苯基及2,6-二氟-1,4-苯基。
式(1)中Z1 、Z2 、Z3 、Z4 、Z5 及Z6 獨立表單鍵、-CH2 CH2 -、-CH=CH-、-C≡C-、-COO-、-OCO-、-CF2 O-、-OCF2 -、-CH2 O-、-OCH2 -、-CF=CF-、-(CH2 )4 -、-(CH2 )2 -CF2 O-、-(CH2 )2 -OCF2 -、-CF2 O-(CH2 )2 -、-OCF2 (CH2 )2 -、-CH=CH-(CH2 )2 -或-(CH2 )2 -CH=CH-。
上述結合基中,就-CH=CH-、-CF=CF-、-CH=CH-(CH2 )2 -及-(CH2 )2 -CH=CH-等結合基之雙鍵的立體構型而言，是反式優於順式。Z1 ~Z6 的較佳例為單鍵、-CH2 CH2 -、-CH=CH-、-C≡C-、-COO-、-CF2 O-、-CH2 O-或-OCH2 -，更佳例為單鍵。
式(1)中L1 及L2 獨立表示氫或鹵素。L1 及L2 的較佳例是氫或氟。
式(1)中X1 表示氫、鹵素、-C≡N、-N=C=S、-SF5 或碳數1~10的烷基，其中碳數2~10的烷基中任意的-CH2 -可被-O-、-S-或-CH=CH-取代，且任意的氫可被鹵素取代。
任意氫被鹵素取代的烷基的具體例有-CH2 F、-CHF2 、-CF3 、-(CH2 )2 -F、-CF2 CH2 F、-CF2 CHF2 、-CH2 CF3 、-CF2 CF3 、-(CH2 )3 -F、-(CF2 )3 -F、-CF2 CHFCF3 、-CHFCF2 CF3 、-(CH2 )4 -F、-(CF2 )4 -F、-(CH2 )5 -F及-(CF2 )5 -F。
任意氫被鹵素取代的烷氧基的具體例有：-OCH2 F、-OCHF2 、-OCF3 、-O-(CH2 )2 -F、-OCF2 CH2 F、-OCF2 CHF2 、-OCH2 CF3 、-O-(CH2 )3 -F、-O-(CF2 )3 -F、-OCF2 CHFCF3 、-OCHFCF2 CF3 、-O(CH2 )4 -F、-O-(CF2 )4 -F、-O-(CH2 )5 -F及-O-(CF2 )5 -F。
任意氫被鹵素取代的烯基的具體例有：-CH=CHF、-CH=CF2 、-CF=CHF、-CH=CHCH2 F、-CH=CHCF3 、-(CH2 )2 -CH=CF2 、-CH2 CH=CHCF3 及-CH=CHCF2 CF3 。
X1 的具體例有：氫、氟、氯、-C≡N、-N=C=S、-SF5 、-CH3 、-C2 H5 、-C3 H7 、-C4 H9 、-C5 H11 、-C6 H13 、-C7 H15 、-C8 H17 、-C9 H19 、-C10 H21 、-CH2 F、-CHF2 、-CF3 、-(CH2 )2 -F、-CF2 CH2 F、-CF2 CHF2 、-CH2 CF3 、-CF2 CF3 、-(CH2 )5 -F、-(CF2 )3 -F、-CF2 CHFCF3 、-CHFCF2 CF3 、-(CH2 )4 -F、-(CF2 )4 -F、-(CH2 )5 -F、-(CF2 )5 -F、-OCH3 、-OC2 H5 、-OC3 H7 、-OC4 H9 、-OC5 H11 、-OCH2 F、-OCHF2 、-OCF3 、-O-(CH2 )2 -F、-OCF2 CH2 F、-OCF2 CHF2 、-OCH2 CF3 、-O-(CH2 )3 -F、-O-(CF2 )3 -F、-OCF2 CHFCF3 、-OCHFCF2 CF3 、-O(CH2 )4 -F、-O-(CF2 )4 -F、-O-(CH2 )5 -F、-O-(CF2 )5 -F、-CH=CH2 、-CH=CHCH3 、-CH2 CH=CH2 、-CH=CHC2 H5 、-CH2 CH=CHCH3 、-(CH2 )2 -CH=CH2 、-CH=CHC3 H7 、-CH2 CH=CHC2 H5 、-(CH2 )2 -CH=CHCH3 、-(CH2 )3 -CH=CH2 、-CH=CHF、-CH=CF2 、-CF=CHF、-CH=CHCH2 F、-CH=CHCF3 、-(CH2 )2 -CH=CF2 、-CH2 CH=CHCF3 及-CH=CHCF2 CF3 。
X1 的較佳例為：氟、氯、-C≡N、-CF3 、-CHF2 、-CH2 F、-OCF3 、-OCHF2 及-OCH2 F。更較佳例為：氟、-OCF3 。
式(1)中1、m、n、o、p及q獨立表示0或1，且1+m+n+o+p+q=3。下標字母1、m、n、o、p及q的較佳例為：(1=m=o=1,n=p=q=0)及(1=m=n=1,o=p=q=0)之組合。
1-2.化合物(1)的物性
接著詳細說明化合物(1)的物性。化合物(1)是具環己烷環的5環液晶化合物，其在元件的通常使用條件下物理及化學性質很穩定，且與其他液晶化合物的相容性好。含此化合物之組成物在元件的通常使用條件下穩定。即使在低溫下保存此組成物，此化合物也不會以結晶(或近晶相)的形式析出。由於此化合物為5環化合物，故液晶相的溫度範圍廣，透明點高，因此使用在組成物中可擴大向列相的溫度範圍，使顯示元件可在寬廣溫度範圍內使用。另外，此化合物具適當的Δn 值，而具對應元件胞厚度之Δn 值的化合物適於製作高顯示性能的元件。又因此化合物具有適當的Δε值，故可用作降低組成物之臨限電壓的成分。
可藉適當選擇化合物(1)之下標1、m、n、o、p及q的組合和環A1 ~A6 、左末端基R1 、右末端基X1 、結合基Z1 ~Z6 、側鏈基L1 、L2 的種類來任意調整透明點、Δn 、Δε等物性。以下說明上述組合及種類對化合物(1)的物性的效果。
當下標1、m、n、o、p及q之組合為(1=m=n=1,o=p=q=0)時，化合物(1)的液晶相溫度範圍廣，透明點高，且與其他化合物的相容性高。當下標之組合為(l=m=o=1,n=p=q=0)時，化合物(1)的Δε 值大。
當環A1 及A2 為1,4-環己基、A3 為1,4-苯基或任意氫被鹵素取代的1,4-苯基、下標組合為(l=m=n=1,o=p=q=0)時，化合物(1)的透明點高，與其他化合物的相容性高，Δn 較小。當A1 為1,3-二噁烷-2,5-二基、A2 =1,4-環己基、A3 為1,4-苯基或任意氫被鹵素取代的1,4-苯基、下標組合為(l=m=n=1,o=p=q=0)時，化合物(1)的透明點高，與其他化合物的相容性高，具有較小的Δn 值，且Δε 大。當A1 及A2 為1,4-環己基或1,3-二噁烷-2,5-二基、A4 為1,4-苯基或任意氫被鹵素取代的1,4-苯基、下標組合(l=m=o=1,n=p=q=0)時，化合物(1)的Δn 較小，且Δε 大。當環A1 、A2 及A3 為1,4-環己基或1,3-二噁烷-2,5-二基、下標組合為(l=m=o=1，n=p=q=0)時，化合物(1)的透明點很高，且Δn 值小。
當R1 為直鏈時，化合物(1)的液晶相溫度範圍廣，且黏度小。當R1 具支鏈，化合物(1)與其他液晶化合物的相容性佳。R1 是光學活性基的化合物可用作手性摻雜劑。藉由在組成物中添加此化合物，能夠防止於元件中產生反向扭轉區域(reverse twisted domain)。R1 非光學活性基的化合物可用作組成物的成分。R1 為烯基時，其較佳立體構型依雙鍵位置而定。具較佳立體構型的烯基化合物具有高上限溫度或寬廣的液晶相溫度範圍。
結合基Z1 ~Z6 為單鍵、-CH2 CH2 -、-CH=CH-、-CF2 O-、-OCF2 -、-CH2 O-、-OCH2 -、-CF=CF-、-(CH2 )3 -O-、-O-(CH2 )3 -、-(CH2 )2 -CF2 O-、-OCF2 -(CH2 )2 -或-(CH2 )4 -時，化合物(1)的粘度小。結合基為單鍵、-(CH2 )2 -、-CF2 O-、-OCF2 -或-CH=CH-時，化合物(1)的粘度更小。結合基為-CH=CH-時，化合物(1)的液晶相溫度範圍廣，且彈性常數比K33 /K11 大(K33 為彎曲彈性常數，K11 為斜展[splay]彈性常數)。結合基為-C≡C-時，化合物(1)的Δn 值大。Z1 ~Z6 為單鍵、-(CH2 )2 -、-CH2 O-、-CF2 O-、-OCF2 -或-(CH2 )4 -時，化合物(1)的化學性質較穩定，較不易產生劣化。
右末端基X1 為氟、氯、-C≡N、-N=C=S、-SF5 、-CF3 、-CHF2 、-CH2 F、-OCF3 、-OCHF2 或-OCH2 F時，化合物(1)的Δε值大。X1 為-C≡N、-N=C=S或烯基時，化合物(1)的Δn 大。X1 為氟、-OCF3 或烷基時，化合物(1)的化學性質穩定。
側鏈基L1 及L2 均為氟且X1 為氟、氯、-C≡N、-N=C=S、-SF5 、-CF3 、-CHF2 、-CH2 F、-OCF3 、-OCHF2 或-OCH2 F時，化合物(1)的Δε值大。L1 為氟且X1 為-OCF3 時，L1 及L2 均為氟且X1 為-OCF3 時，或L1 、L2 及X1 均為氟時，化合物(1)的Δε大，液晶相溫度範圍廣，化性穩定而不易劣化。
如上所述，藉由適當選擇環、末端基、結合基、側鏈基等的種類，即可得到具目標物性的化合物。因此，化合物(1)可作為用於PC、TN、STN、ECB、OCB、IPS、VA等模式之元件的液晶組成物的成分。
1-3.化合物(1)的具體例
化合物(1)的較佳例為化合物(1-5)~(1-8)，更佳例為化合物(1-9)~(1-19)，又更佳例為化合物(1-20)~(1-41)。
上述各式中R1 表示碳數1~15的烷基或碳數2~15的烯基；環A1 、A2 、A3 、A4 、A5 及A6 獨立表示1,4-環己基、1,3-二噁烷-2,5-二基、1,4-苯基或任意氫被氟取代的1,4-苯基；L1 及L2 獨立表示氫或氟；X1 表示氟、氯、-C≡N、-CF3 、-CHF2 、-CH2 F、-OCF3 、-OCHF2 或-OCH2 F。
上述各式中R1 表示碳數1~15的烷基，L1 、L2 、Y1 、Y2 、Y3 及Y4 獨立表示氫或氟，X1 表示氟或-OCF3 。
上述各式中R1 表示碳數1~15的烷基，L2 、Y1 、Y2 、Y3 及Y4 獨立表示氫或氟。
1-4.化合物(1)的合成
接著說明化合物(1)的合成方法。化合物(1)可藉由適當組合有機合成化學的方法來合成。向起始物引入目標末端基、環及結合基的方法，記載在Organic Syntheses(John Wiley ＆ Sons,Inc.)、Organic Reactions(John Wiley ＆ Sons,Inc.)、Comprehensive Organic Synthesis(Pergamon Press)、新實驗化學講座(丸善出版)等書中。
1-4-1.結合基Z1 ~Z6 的形成方法
化合物(1)中結合基Z1 ~Z6 的形成方法之一例如下述圖解所示，其中MSG1 或MSG2 為具有至少一個環的一價有機基，且各個MSG1 (或MSG2 )可相同或不同。化合物(1A)~(1J)對應化合物(1)。
接下來針對化合物(1)中的結合基Z1 ~Z6 ，就其各種結合的形成方法藉由以下(I)~(XI)項進行說明。
(I).單鍵的形成
使芳基硼酸(15)與以習知方法合成的化合物(16)在碳酸鹽水溶液和四(三苯基膦)鈀等催化劑存在下反應得化合物(1A)。化合物(1A)還可以藉由使正丁基鋰與以習知方法合成的化合物(17)反應，續與氯化鋅反應，再在二氯雙(三苯基膦)鈀等催化劑存在下與化合物(16)反應來合成。
(II).-COO-和-OCO-的形成
使正丁基鋰與化合物(17)反應，再與二氧化碳反應得羧酸(18)。使此化合物(18)和以習知方法合成的苯酚(19)在DCC(1,3-二環己基碳二亞胺)與DMAP(4-二甲胺基吡啶)存在下脫水，合成具有-COO-的化合物(1B)。利用該方法也可以合成具有-OCO-的化合物。
(III).-CF2 O-和-OCF2 -的形成
將化合物(1B)用Lawesson’s試劑等硫化劑處理得化合物(20)。將化合物(20)經氟化氫吡啶錯合物和NBS(N-溴代琥珀醯亞胺)氟化，合成具-CF2 O-的化合物(1C)，如M. Kuroboshi et al.,Chem. Lett .,1992,827所述。將化合物(20)經三氟化(二乙胺基)硫(DAST)氟化也可合成化合物(1C)，如W. H. Bunnelle et al.,J. Org. Chem .,1990,55,768所示。利用此方法也可以合成具-OCF2 -的化合物。利用Peer. Kirsch et al.,Angew. Chem. Int. Ed. 2001,40,1480中記載的方法也可以形成上述結合基。
(IV).-CH=CH-的形成
將化合物(17)以正丁基鋰處理後，使之與N,N-二甲基甲醯胺(DMF)等甲醯胺反應得醛(22)。將以習知方法合成的鏻鹽(21)以三級丁醇鉀等鹼處理，使產生的磷葉立德(ylide)與醛(22)反應得化合物(1D)。由於反應條件使順式異構體生成，故如有需要，可以習知方法將順式異構體轉成反式。
(V).-(CH2 )2 -的形成
在鈀碳等催化劑存在下使化合物(1D)氫化，即可合成化合物(1E)。
(VI).-(CH2 )4 -的形成
以鏻鹽(23)代替鏻鹽(21)，按照(IV)的方法即得具有-(CH2 )2 -CH=CH-的化合物，令其接觸氫化而得化合物(1F)。
(VII).-C≡C-的形成
在催化劑二氯鈀和鹵化銅存在下，使2-甲基-3-丁炔-2-醇與化合物(17)反應，之後在鹼性條件下脫保護而得化合物(24)。在二氯雙三苯基膦鈀和鹵化銅之催化劑存在下，使化合物(24)與化合物(16)反應，即合成化合物(1G)。
(VIII).-CF=CF-的形成
將化合物(17)用正丁基鋰處理，再與四氟乙烯反應得化合物(25)。將化合物(16)用正丁基鋰處理，再與化合物(25)反應即合成化合物(1H)。
(IX).-CH2 O-或-OCH2 -的形成
用硼氫化鈉等還原劑還原化合物(22)得化合物(26)。將其以氫溴酸等鹵化得化合物(27)，再於碳酸鉀等存在下使化合物(27)與化合物(19)反應，而合成化合物(1I)。
(X).-(CH2 )3 O-或-O(CH2 )3 -的形成
以化合物(28)代替化合物(22)，按照與(IX)相同之方法即可合成化合物(1J)。
1-4-2.環A1 ~A6 的形成方法
關於1,4-環己基、1,3-二噁烷-2,5-二基、1,4-苯基、2-氟-1,4-苯基、2,3-二氟-1,4-苯基、2,5-二氟-1,4-苯基、2,6-二氟-1,4-苯基、2,3,5,6-四氟-1,4-苯基等環,其起始物已有市售，或者其合成方法已廣為人知。
1-4-3.結合基-CF2 O-的生成方法
化合物(1)的合成方法有多種，在此舉出其例。使羧酸衍生物(31)和醇衍生物(32)在DCC、DMAP等存在下脫水縮合，以合成酯衍生物(33)，之後以Lawesson’s試劑等硫化剤處理，以合成硫羰酸酯衍生物(34)，接著經氟化氫吡啶錯合物和NBS氟化，即可合成化合物(1)中。
在上述各式中，環A1 ~A6 、Z1 ~Z6 、L1 、L2 、R1 、X1 、1、m、n、o、p及q的定義與之前項[1]所述者相同。
在化合物(1)中，當下標組合為(1=m=n=1,o=p=q=0)時，或者o=1且A4 為1,4-苯基或任意的氫被氟取代的1,4-苯基時，按照以下兩種方法也可以合成之。
其一是使二溴二氟甲烷、二乙胺基膦與環己酮衍生物(35)反應，以合成二氟亞甲基環己酮衍生物(36)，之後與溴反應以合成溴二氟甲烷衍生物(37)。接著，使苯酚衍生物(38)在碳酸鉀等鹼存在下與溴二氟甲烷衍生物(37)反應得環己烯衍生物(39)，之後進行接觸氫化以合成化合物(1)。
上述各式中A4 表示1,4-苯基或任意氫被氟取代的1,4-苯基；環A1 、A2 、A3 、A5 、A6 、Z1 ~Z6 、L1 、L2 、R1 、X1 、1、m、n、o、p及q的定義與之前項[1]所述者相同。
按照P. Kirsch et al.,Angew .Chem .Int . Ed.,2001,40,1480所述之方法，使烷烴二硫醇和三氟甲磺酸與羧酸衍生物(31)反應得二硫鎓(dithianylium)鹽(40)。使二硫鎓鹽(40)與苯酚衍生物(38)反應，接著與Et3 N‧3HF反應，再以溴處理之，即可得到化合物(1)。
上述各式中A4 表示1,4-苯基或任意氫被氟取代的1,4-苯基；環A1 、A2 、A3 、A5 、A6 、Z1 ~Z6 、L1 、L2 、R1 、X1 、1、m、n、o、p及q之定義與之前項[1]所述者相同。
1-4-4.含1,3-二噁烷-2,5-二基環的化合物(1)的合成方法
含1,3-二噁烷-2,5-二基環的化合物(1)例如可藉以下方法合成。在對甲苯磺酸等酸催化劑存在下使醛衍生物(42)與丙二醇衍生物(41)反應，以合成具有二噁烷環的中間體(43)。使用此中間體(43)代替化合物(35)，並按照上述化合物(1)的合成方法，即可合成目標物。
上述各式中環A2 、環A3 、Z2 、Z3 、R1 、m及n的定義與之前項[1]所述者相同。
化合物(1)中，當A2 或A3 為1,3-二噁烷-2,5-二基時，依照以下方法合成。在乙醇鈉存在下使丙二酸二乙酯與溴化物(44)反應得丙二酸二乙酯衍生物(45)，之後還原得丙二醇衍生物(46)，再使醛衍生物(47)與其反應得化合物(48)，之後與甲酸反應，即得具有二噁烷環的中間體(49)。
上述各式中環A1 、環A2 、Z1 、Z2 、R1 、l及m定義與之前項[1]所述者相同。
1-4-5.苯酚衍生物(38)的合成方法
化合物(1)的合成原料苯酚衍生物(38)例如可依以下方法合成。對式(38)而言，當o=p=q=0時，使硼酸三烷基酯與由溴苯衍生物(50)製備的格林納(Grignard)試劑作用，將所得硼酸酯衍生物以過乙酸氧化(R. L. Kidwell et al.,Organic Synthesis ,Vol. 5,918,(1973))，或將容易由硼酸酯的酸水解反應得到的硼酸衍生物(51)以過乙酸氧化，即可容易地合成目標之苯酚衍生物(38-1)。
以上各式中L1 、L2 及X1 的定義與之前項[1]所述相同。
式(38)中，Z4 、Z5 及Z6 均為單鍵且o=1、p=q=0時，o=p=1且q=0時或o=p=q=1時，例如可以四三苯基膦鈀(0)為催化劑，在鹼存在下使茴香醚衍生物(52)與硼酸衍生物(51)作用，經耦合反應得化合物(53)，如鈴木章等於有機合成化學協會誌第46卷第9號848(1988)所述。續使三溴化硼與化合物(53)反應去甲基，即得目標苯酚衍生物(38-2)。
在上述各式中，環A4 ~A6 、L1 、L2 、o、p、q及X1 的定義與前述者相同。
對式(38)而言，當o=p=q=0時，也可依以下方法合成。使正丁基鋰或二級丁基鋰與苯甲醚衍生物(54)在THF中於-70℃或-70℃以下反應，接著與硼酸三烷基酯反應得硼酸酯衍生物，再將其或其水解物以過乙酸氧化得苯酚衍生物(55)。將(55)經氫化鈉製成苯酚鹽後，與溴化氟烷反應進行醚化，之後以接觸氫法還原以脫保護，從而合成目標之苯酚衍生物(38-3)。
上述各式中L1 及L2 的定義與之前項[1]所述者相同，Rf表示除三氟甲基以外的氟烷基。
化合物(1)中，挾有CF2 O結合基且右側部位具有聯苯結構的衍生物(例1=m=o=1、n=p=q=0且Z4 為單鍵的衍生物)、具有三聯苯結構的衍生物(例1=o=p=1且Z4 及Z5 均為單鍵的衍生物)、具有四聯苯結構的衍生物(例o=p=q=1且Z4 、Z5 及Z6 均為單鍵的衍生物(1-42))，特別可以利用下示方法來合成。亦即，按照由上述化合物(35)和苯酚衍生物(38-1)或(38-2)合成化合物(1)之相同方法操作而得化合物(56)，使正丁基鋰或二級丁基鋰與化合物(56)反應而鋰化，接著添加氯化鋅以轉化成有機金屬化合物，之後在四三苯基膦鈀(0)等催化劑存在下與上述溴苯衍生物(50)或溴苯衍生物(58)(由化合物(57)與溴化氟烷反應而得)作用而合成。
上述各式中環A1 ~A5 、Z1 ~Z3 、L1 、L2 、R1 及X1 的定義與之前項[1]所述者相同，Y1 及Y2 表示氫或氟，Rf表示除三氟甲基以外的氟烷基。
2.本發明之組成物
本發明第2面向是關於一種含有化合物(1)的組成物，較佳是可用於LCD元件者。此組成物須包括上述化合物(1)作為成分A，亦或包括上述成分A與本說明書中未記載的液晶化合物。此組成物可更包括成分A和下述成分B、C、D或E。就成分A而言，為表現出良好特性，其含量相對於組成物總重量適合為0.1~99wt%，較佳為0.1~90wt%，更佳為0.1~60wt%。
上述成分B是選自上述化合物(2)、(3)及(4)所組成的族群的至少一種化合物。上述成分C是選自上述化合物(5)所組成的族群的至少一種化合物。上述成分D是選自上述化合物(6)、(7)、(8)、(9)及(10)所組成的族群的至少一種化合物。上述成分E是選自上述化合物(11)、(12)及(13)所組成的族群的至少一種化合物。上述成分E對調整組成物的臨限電圧、液晶相溫度範圍、Δn值、Δε值及黏度等有效。
作為組成物成分的化合物，可以是富含取代天然存在元素之同位素的化合物。這是由於例如即使是氫被重氫取代的類似物，其物理特性也沒有大的差異的緣故。
上述成分B中，化合物(2)之較佳例為化合物(2-1)~(2-16)，化合物(3)之較佳例為化合物(3-1)~(3-112)，化合物(4)之較佳例為化合物(4-1)~(4-52)。
上述各式中，R2 、X2 定義與上述者相同。
上述成分B由於Δε>0、熱穩定性和化學穩定性很好，故用於製備TFT用組成物。為調節組成物的黏度，較佳是更添加上述成分E。相對於組成物的總重量，成分B含量適合為1~99wt%，較佳為10~97wt%，更佳為40~95wt%。上述化合物(5)之較佳例為以下化合物(5-1)~(5-62)。
上述各式中R3 及X3 之定義與前述者相同。
上述化合物(5)(即成分C)，其Δε>0且正值很大，故主用於製備STN、TN用組成物。成分C可降低組成物的臨限電壓，還可調整黏度和Δn 值及擴大液晶相溫度範圍，更可用於改良電壓-透光率曲線的陡峭性。
為調整組成物的臨限電圧、液晶相溫度範圍、Δn 值、Δε值及黏度等，可更添加成分E。製備STN或TN用組成物時，相對於組成物的總重量，成分C的含量適合為1~99wt%，較佳為10~97wt%，更佳為40~95wt%。
製備用於VA元件等的Δε<0的組成物時，成分D較佳是選自由化合物(6)~(10)所組成的族群的至少一種化合物。
上述化合物(6)~(10)之較佳例為化合物(6-1)~(6-5)、化合物(7-1)~(7-11)、化合物(8-1)及化合物(10-1)~(10-11)。
上述各式中，R4 及R5 的定義同上。
上述成分D主要用於Δε<0的VA元件用組成物。若增加其含量，則組成物的臨限電壓變低而黏度變大，因此只要滿足臨限電壓的要求值，較佳是減少其含量。由於Δε的絕對值約為5，因此為了進行低電壓驅動，上述成分D的含量較佳在40wt%以上。
成分D中化合物(6)為2環化合物，故主要具有調整臨限電壓、調整黏度或調整Δn 值的效果。化合物(7)及(8)為3環化合物，故具有提高透明點、擴大向列相溫度範圍、降低臨限電壓、增大Δn 值等效果。
製備VA元件用組成物時，相對於組成物的總重量，成分D含量較佳在40wt%以上，更佳為50~95wt%。另外，藉由混合成分D，可以控制彈性常數或電壓-通光率曲線。在Δε>0的組成物中混入成分D時，相對於組成物總重量，成分D的含量較佳在30wt%以下。
成分E為選自化合物(11)、(12)及(13)所組成族群的至少一種化合物，其較佳例為化合物(11-1)~(11-11)、化合物(12-1)~(12-18)及化合物(13-1)~(13-6)。
上述各式中R6 及R7 的定義同上。
化合物(11)~(13)(即成分E)其Δε的絕對值小，接近中性。化合物(11)主要具有調整黏度或調整Δn 值的效果。化合物(12)及(13)具有提高透明點等擴大向列相溫度範圍的效果，或者具有調整Δn 值的效果。
增加成分E的含量時，液晶組成物的臨限電壓變高、黏度變小，因此只要滿足組成物的臨限電壓的要求值，則希望成分E含量高。製備TFT用組成物時，相對於組成物總重量，成分E含量較佳在30wt%以上，更佳在50wt%以上。製備STN或TN用組成物時，相對於組成物總重量，成分E含量較佳在30wt%以上，更佳在40wt%以上。
上述組成物通常利用習知方法製備，例如將必要成分在高溫下溶解的方法等，且依用途可以添加本發明所屬技術領域中具通常知識者熟知的添加劑。例如可添加下述之包括光學活性化合物的組成物、染料等，以製備GH型LCD用組成物。上述添加劑為本發明所屬技術領域中具通常知識者所熟知，在文獻等中有詳細記載。
組成物更可含有一種以上的光學活性化合物，其例子有習知的手性摻雜劑。此種手性摻雜劑可用來調整誘起液晶螺旋結構所需的扭轉角，有防止逆扭轉的效果。手性摻雜劑的例子為下述之光學活性化合物(Op-1)~(Op-13)。
組成物中添加的光學活性化合物可調整螺旋間距。當為TFT及TN用組成物時，螺旋間距較佳是調整至40~200μm。在STN用組成物時，螺旋間距較佳調整至6~20μm。當為雙穩態TN元件用組成物時，螺旋間距較佳調整至1.5~4μm。為調整間距的溫度依存性，可添加兩種以上的光學活性化合物。
向組成物中添加部花青(merocyanine)系、苯乙烯基系、偶氮系、甲亞胺(azomethine)系、氧化偶氮系、喹酞酮(quinophthalone)系、蒽酮(anthraquinone)系、四嗪(tetrazine)系等二色性色素時，還可用作GH型LCD用組成物。
3.本發明之元件
本發明第3面向是關於液晶顯示元件，其使用含化合物(1)的組成物，且其例為具有先前技術所述之工作模式的元件。其他例子則有：將向列液晶微囊化而製作的NCAP、或聚合物網路LCD元件(PNLCD)等於液晶中形成三維網狀高分子而製作的聚合物分散型LCD元件(PDLCD)。實施例中舉出了具有比較簡單的結構的元件。
[[實例]]
以下藉由實例進一步說明本發明，但本發明並不受限於這些實例。下文中只要沒有特別說明，則「%」是指「重量百分比(wt%)」。
所得化合物是根據1 H-NMR分析所得核磁共振圖譜、氣相層析法(GC)所得氣相層析圖等作鑒定，因此先對分析方法作說明。
1 H-NMR分析：測定裝置為DRX-500(Bruker‧Biospin公司製)。測定時將試樣溶解於CDCl3 等試樣可溶的氘化溶劑中，在室溫、500MHz、累計次數24次的條件下作測定。在以下NMR圖譜的說明中，s為單線峰(singlet)，d為雙線峰(doublet)，t為三線峰，q為四線峰，m為多重峰。另外，化學偏移(δ)的內部標準為四甲基矽烷。
GC分析：測定裝置為島津製作所製的GC-14B氣相層析儀及毛細管柱CBP1-M25-025(長25m，內徑0.22mm，膜厚0.25μm，固定液相為二甲基聚矽氧烷，無極性)。載氣為氦氣(1ml/min)。試樣氣化室的溫度設定為300℃，檢測器(FID)的溫度設定為300℃。
將試樣溶解於甲苯中，調整為1wt%溶液，再將1μl該溶液注入試樣氣化室中。記錄儀為島津製作所製C-R6A型Chromatopac或其同等品。在所得氣相層析圖中記錄有成分化合物所對應的峰的保留時間以及峰面積值。
試樣的稀釋溶劑可為氯仿、己烷。管柱可使用Agilent Technologies Inc製毛細管柱DB-1(長30m，內徑0.32mm，膜厚0.25μm)、Agilent Technologies Inc.製HP-1(長30m，內徑0.32mm，膜厚0.25μm)、Restek Corporation製的Rtx-1(長30m，內徑0.32mm，膜厚0.25μm)、SGE International Pty. Ltd製BP-1(長30m，內徑0.32mm，膜厚0.25μm)等。
組成物中成分化合物的比例(wt%)可由混合前測定的重量算出，製備完成的組成物之成分化合物比例可由GC求出。GC周知有使用標準試樣的內標法和外標法，但在本發明中可如下算出比例(wt%)。氣相層析圖中的峰面積比對應成分化合物的比例。成分化合物之重量百分比(wt%)與各峰的面積比並不完全相同，但在本發明中，當使用上述毛細管柱時，成分化合物之比例(wt%)可視為與各峰面積比相同，這是因為成分化合物的修正係數並無實質差異。
[化合物的試樣]
用以測定化合物之物性的試樣有以下兩種：以化合物本身作為試樣，以及將化合物與母液晶混合作為試樣。
使用化合物與母液晶混合試樣時，依以下方法測定。將15wt%所得化合物與85wt%母液晶混合來製備試樣，再依下式所示的外插法，由所得試樣的測定值算出外插值。
<外插值>=(100×<試樣的測定值>-<母液晶的wt%>×<母液晶的測定值>)/<液晶化合物的wt%>
如果化合物與母液晶比例為15wt%:85wt%時有近晶相或結晶在25°C下析出，即將比例依序變更為10wt%:90wt%、5wt%:95wt%、1wt%:99wt%，以25℃不會析出近晶相或結晶之組成測定試樣的物性，依上式算出外插值。
測定用母液晶有多種，如以下組成(wt%)的母液晶A，
[測定方法]
化合物之物性的測定依下述方法進行。這些測定方法是日本電子機械工業會規格(Standard of Electric Industries Association of Japan)EIAJ‧ED-2521A中記載的方法或對其進行修飾的方法。另外，測定用的TN元件中沒有安裝TFT。
在物性值方面，當以液晶化合物本身作為試樣時，記錄測定值作為其值；當以液晶化合物與母液晶的混合物作為試樣時，則記錄以外插法由測定值算出的值作為其值。測定相結構及相變溫度時，直接以化合物作為試樣，其他測定則以化合物與母液晶A的混合物作為試樣。
相結構：將試樣(化合物)放在具偏光顯微鏡之熔點測定裝置的熱板(Mettler公司製FP-52 Hot-Stage)上，一邊以3℃/分的速度加熱，一邊用偏光顯微鏡觀察相狀態及其變化，以決定液晶相的種類。
相變溫度(℃)：使用PerkinElmer公司製掃描量熱計DSC-7或Diamond DSC系統，以3℃/分的速度升降溫，藉外插法求出隨試樣的相變化而出現的吸熱峰或發熱峰的起始點，以決定相變溫度。
以下將結晶記作C，要進一步區別結晶時即分別記作C1 、C2 。另近晶相記作S，向列相記作N，液體(等方相)記作I。在近晶相中要區別近晶A相、近晶B相、近晶C相或近晶F相時，即分記作SA 、SB 、SC 或SF 。在相變溫度的表示方面，例如「C 50.0 N 100.0 I」表示由結晶到向列相的相變溫度(CN)為50.0℃，由向列相到液體的相變溫度(NI)為100.0℃。
向列相的上限溫度(TNI 或NI，℃)：將試樣放在備偏光顯微鏡之熔點測定裝置的熱板(Mettler公司制FP-52 Hot Stage)上，一邊以1℃/分速度加熱，一邊觀察偏光顯微鏡，測定一部分試樣由向列相變為液體時的溫度。下文有時將向列相的上限溫度簡稱為「上限溫度」。
低溫相容性：將母液晶與化合物混合製作試樣，使化合物比例為20wt%、15wt%、10wt%、5wt%、3wt%及1wt%，並將試樣裝入玻璃瓶中。將此玻璃瓶在-10℃或-20℃的冷凍機中保存一定時間後，觀察是否析出結晶或近晶相。
粘度(η，20℃下測定，mPa‧s)：使用E型旋轉粘度計進行測定。
光學各向異性(Δn ，25℃測定)：使用波長589nm的光，以目鏡上安裝有偏光板的阿貝折射計作測定。單方向擦拭主棱鏡的表面後，在主棱鏡上滴加試樣。當偏光方向與擦拭方向平行時測定折射率n // 。當偏光方向與擦拭方向垂直時測定折射率n ⊥ 。Δn 值由算式Δn =n // -n ⊥ 算出。
介電常數各向異性(Δε，25℃下測定)：將試樣裝入兩玻璃基板間隔(gap)為9μm、扭轉角80°的TN元件中。對此TN元件施加20伏的電壓，測定液晶分子在長軸方向的介電常數ε// 。對此TN元件施加0.5伏的電壓，測定液晶分子在短軸方向的介電常數ε⊥ 。Δε值由式Δε=ε// -ε⊥ 算出。
【實例1】 1-[二氟(3,4,5-三氟苯氧基)甲基]-4-[2-氟-4-(4’-戊基-1,1’-聯環己烷-4-基)苯基]環己烷(1-4-59)的合成
[化合物(T-2)的合成]
向氮氣環境下的反應器中加入8.34克充分乾燥的鎂和10.0ml THF，加熱至50℃.在40℃~60℃的範圍內向其中緩慢滴加50.0克溶於50.0ml THF中的3-溴氟苯(T-1)，再攪拌60分鐘。在20℃~30℃範圍內向所得的格林納試劑滴加85.9克4-(4-戊基環己基)環己酮的180ml THF溶液，再攪拌180分鐘。冰浴下將反應混合物注入1N鹽酸並混合，之後加入400ml甲苯使分離成有機層和水層，再用甲苯萃取水層。將合併的有機層用水清洗，再用無水硫酸鎂乾燥，之後減壓餾去溶劑，得到95.0克的1-(3-氟苯基)-4-(4-戊基環己基)環己醇(T-2)。
[化合物(T-3)的合成]
向氮氣環境下的反應器加入95.0克化合物(T-2)、2.97克對甲苯磺酸一水合物和300ml甲苯，一邊除去餾出的水一邊迴流加熱120分鐘。冷卻至室溫後，向反應混合物加120ml甲苯，用水、飽和碳酸氫鈉水溶液、水依序清洗，再用無水硫酸鎂乾燥。減壓下濃縮所得的溶液，殘餘物用管柱層析(矽膠；庚烷)純化得66.4克1-(3-氟苯基)-4-(4-戊基環己基)環己烯(T-3)。由化合物(T-1)計算的產率為71%。
[化合物(T-4)的合成]
向反應器中加入66.4克化合物(T-3)、3.32克鈀碳催化劑(N. E. CHEMCAT製的5% Pd/C的NX型(50%濕潤品)；以下稱Pd/C(NX型))、240ml甲苯和240ml Solmix A-11，在氫氣環境中於室溫下攪拌8小時，再過濾除去催化劑，之後減壓下濃縮反應混合物。殘餘物用柱層析(矽膠；庚烷)純化。再以乙酸乙酯/Solmix A-11混合溶劑再結晶，得到39.8克4-(3-氟苯基)-4’-戊基-1,1’-聯環己烷(T-4)。由化合物(T-3)計算的產率為60%。
[化合物(T-5)的合成]
向氮氣環境下的反應器加入20.0克化合物(T-4)和450ml THF，冷卻至-74℃。在-74℃~-68℃範圍內向其中滴加64.0ml 1.0M的2級丁基鋰-環己烷-正己烷溶液，再攪拌120分鐘。接著在-75℃~-68℃範圍內滴加11.3克1,4-二氧雜螺[4,5]癸-8-酮的120ml THF溶液，一邊將反應混合物恢復至室溫，一邊反應一夜。將所得反應混合物注入600ml冰水中並混合，再加600ml甲苯使分離成有機層和水層，用甲苯萃取水層。將合併的有機層用水、1N鹽酸、水依序清洗，再用無水硫酸鎂乾燥。減壓下濃縮所得的溶液即得29.4克8-[2-氟-4-(4’-戊基-1,1’-聯環己烷-4-基)苯基]-1,4-二氧雜螺[4,5]癸-8-醇(T-5)。
[化合物(T-6)的合成]
向氮氣環境下的反應器加入29.4克化合物(T-5)、1.47克對甲苯磺酸一水合物和800ml甲苯，一邊除去餾出的水一邊迴流加熱120分鐘。冷卻至室溫後，將反應混合物用水、飽和碳酸氫鈉水溶液、水依序清洗，之後用無水硫酸鎂乾燥。減壓下濃縮所得溶液，殘餘物用管柱層析(矽膠；甲苯)純化得20.5克8-[2-氟-4-(4’-戊基-1,1’-聯環己烷-4-基)苯基]-1,4-二氧雜螺[4,5]癸-7-烯(T-6)。由化合物(T-4)計算的產率為72%。
[化合物(T-7)的合成]
向反應器加20.5克化合物(T-6)、1.03克Pd/C(NX)、200ml甲苯和200ml的IPA，在氫氣環境中室溫下攪拌8小時，再過濾除去催化劑，之後在減壓下濃縮反應混合物。殘餘物用管柱層析(矽膠；庚烷)純化，再以甲苯/庚烷混合溶劑再結晶，得到20.1克8-[2-氟-4-(4’-戊基-1,1’-聯環己烷-4-基)苯基]-1,4-二氧雜螺[4,5]癸烷(T-7)。由化合物(T-6)計算的產率為99%。
[化合物(T-8)的合成]
向氮氣環境下的反應器加20.1克化合物(T-7)、100ml甲酸和400ml甲苯，加熱迴流下攪拌3小時。將所得反應混合物回溫至25℃後，注入400ml冰水中並混合，再加100ml甲苯使分離成有機層和水層，用甲苯萃取水層。將合併的有機層依序用水、飽和碳酸氫鈉水溶液、水清洗，再用無水硫酸鎂乾燥。減壓下濃縮所得溶液，殘餘物用管柱層析(矽膠；甲苯/乙酸乙酯)純化，再以乙酸乙酯/SoImix A-11混合溶劑再結晶，得到16.4克4-[2-氟-4-(4’-戊基-1,1’-聯環己烷-4-基)苯基]環己酮(T-8)。由化合物(T-7)計算的產率為88%。
[化合物(T-9)的合成]
向氮氣環境下反應器加16.2克二溴二氟甲烷和30ml THF，冷卻至10℃。向其中滴加38.2克三二乙胺基膦的50.0ml THF溶液，再攪拌60分鐘。接著在20℃~35℃範圍內滴加16.5克化合物(T-8)的400ml THF溶液，一邊回復至室溫，一邊反應一夜。將所得反應混合物注入400ml冰水中並混合，再加300ml甲苯使分離成有機層和水層，用甲苯萃取水層。將合併的有機層依序用水、3N鹽酸、水清洗，再用無水硫酸鎂乾燥。減壓下濃縮所得溶液，殘餘物用管柱層析(矽膠；庚烷/乙酸乙酯)純化，得到15.1克的4-[2-氟-4-(4’-戊基-1,1’-聯環己烷-4-基)苯基]二氟亞甲基環己烷(T-9)。由化合物(T-8)計算的產率為85%。
[化合物(T-10)的合成]
向氮氣環境下反應器加8.00克化合物(T-9)和170ml氯仿，冷卻至-10℃。向其中緩慢滴加4.16克溴的10.0ml氯仿溶液，再攪拌30分鐘。將所得反應混合物依序用水、飽和硫代硫酸鈉水溶液、水清洗，再用無水硫酸鎂乾燥。減壓下濃縮所得的溶液，殘餘物用管柱層析(矽膠；庚烷/乙酸乙酯)純化，得到9.34克1-溴-1-溴二氟甲基-4-[2-氟-4-(4’-戊基-1,1’-聯環己烷-4-基)苯基]環己烷(T-10)。由化合物(T-9)計算的產率為86%。
[化合物(T-11)的合成]
向氮氣環境下的反應器加2.24克3,4,5-三氟苯酚、4.17克碳酸鉀、80.0ml的N,N-二甲基甲醯胺(DMF)，在115℃下攪拌30分鐘。接著滴加9.34克化合物(T-10)的160ml DMF溶液，在115℃下攪拌2小時。將反應混合物回復至25℃後，注入200ml冰水中並混合，再加400ml甲苯使分離成有機層和水層。用甲苯萃取水層，將合併的有機層依序用水、飽和硫代硫酸鈉水溶液、水清洗，之後用無水硫酸鎂乾燥。減壓下濃縮所得的溶液，殘餘物用管柱層析(矽膠；庚烷)純化，再以庚烷/Solmix A-11混合溶劑再結晶純化，得到3.44克的1-[二氟(3,4,5-三氟苯氧基)甲基]-4-[2-氟-4-(4’-戊基-1,1’-聯環己烷-4-基)苯基]環己烯(T-11)。由化合物(T-10)計算的產率為38%。
[化合物(1-4-59)的合成]
向反應器中加3.00克化合物(T-11)、0.300克鈀碳催化劑(N. E. CHEMCAT製的5% Pd/C的E型(50%濕潤品)；以下稱為Pd/C(E型))、30.0ml甲苯和30.0ml IPA，在氫氣環境中45℃下攪拌30小時。過濾除去催化劑之後減壓濃縮反應混合物，殘餘物用管柱層析(矽膠；庚烷)純化，以庚烷/Solmix A-11混合溶劑再結晶得1.31克1-[二氟(3,4,5-三氟苯氧基)甲基]-4-F2-氟-4-(4’-戊基-1,1’-聯環己烷-4-基)苯基]環己烷(1-4-59)。由化合物(T-11)計算產率為44%。
1 H-NMR的化學位移δ(ppm,CDCl3 )如下，可判定所得化合物為1-[二氟(3,4,5-三氟苯氧基)甲基]-4-[2-氟-4-(4’-戊基-1,1’-聯環己烷-4-基)苯基]環己烷：7.11(dd,J=7.95Hz,J=7.95Hz,1H)、6.93(dd,J=7.95Hz,J=1.30Hz,1H)、6.90~6.82(m,3H)、2.88~2.79(m,1H)、2.41(tt,J=12.2Hz,J=3.20Hz,1H)、2.20~2.08(m,3H)、2.05~1.96(m,2H)、1.96~1.69(m,8H)、1.61~1.47(m,4H)、1.45~0.94(m,17H)、0.94~0.82(m,5H)。
所得化合物(1-4-59)相變溫度：C 70.1 SA 194 N 330 I。
【實例2】 [化合物(1-4-59)的物性]
上述母液晶A的物性如下：
上限溫度(TNI )=71.7℃,Δn =0.137，Δε=11.0。
製備含85wt%母液晶A和15wt%的實例1所得1-[二氟(3,4,5-三氟苯氧基)甲基]-4-[2-氟-4-(4’-戊基-1,1’-聯環己烷-4-基)苯基]環己烷(1-4-59)的組成物B。測定組成物B的物性，並由測定值外插算出化合物(1-4-59)的物性值如下：
TNI =216℃，Δn =0.130，Δε=6.77。
由上述結果可知：化合物(1-4-59)的光學各向異性較小，液晶相的溫度範圍廣，且具有很高的上限溫度。
【實例3】 1-[二氟(3,4,5-三氟苯氧基)甲基]-4-(2-氟-4-[4-(5-戊基-1,3-二噁烷-2-基)環己基]苯基)環己烷(1-4-199)的合成
[化合物(T-12)的合成]
向氮氣環境下的反應器加25.0克充分乾燥的鎂和50.0ml THF，加熱至50℃。在40℃~60℃範圍內緩慢滴加150克溶於150ml THF的3-溴氟苯(T-1)，再攪拌60分鐘。在20℃~30℃範圍內向所得格林納試劑滴加161克1,4-二氧雜螺[4,5]癸-8-酮的350ml THF溶液，再攪拌180分鐘。冰浴下將反應混合物注入1N鹽酸中並混合，再加入600ml甲苯使分離成有機層和水層。用甲苯萃取水層，將合併的有機層用水清洗，用無水硫酸鎂乾燥，再減壓餾去溶劑，得到210克8-(3-氟苯基)-1,4-二氧雜螺[4,5]癸-8-醇(T-12)。
[化合物(T-13)的合成]
以210克上述化合物(T-12)為原料，利用與實例1化合物(T-3)的相同合成方法得到122克8-(3-氟苯基)-1,4-二氧雜螺[4,5]癸-7-烯(T-13)。由化合物(T-1)計算產率為56%。
[化合物(T-14)的合成]
以100克上述化合物(T-13)為原料，利用與實例1化合物(T-4)的相同合成方法，得到99.5克8-(3-氟苯基)-1,4-二氧雜螺[4,5]癸烷(T-14)。由化合物(T-13)計算產率為99%。
[化合物(T-15)的合成]
向氮氣環境下的反應器加99.5克化合物(T-14)、500ml甲酸和500ml甲苯，加熱迴流下攪拌3小時。將所得反應混合物回復至25℃後，注入400ml冰水中並混合。加入100ml甲苯使分離成有機層和水層，用甲苯萃取水層。將合併的有機層依序以水、飽和碳酸氫鈉水溶液、水清洗，再用無水硫酸鎂乾燥。減壓下濃縮所得溶液，殘餘物用管柱層析(矽膠；甲苯/乙酸乙酯)純化得67.9克4-(3-氟苯基)環己酮(T-15)。由化合物(T-14)計算產率為84%。
[化合物(T-16)的合成]
向氮氣環境下的反應器加157克氯化甲氧甲基三苯基鏻和470ml THF，冷卻至-30℃，再緩慢加入47.5克三級丁醇鉀，攪拌30分鐘。接著在-30℃~-25℃範圍內滴加67.9克化合物(T-15)的200ml THF溶液，一邊回復至室溫一邊反應2小時。將所得反應混合物注入700ml冰水中，加入700ml甲苯使分離成有機層和水層。用甲苯萃取水層，將合併的有機層依序用水、1N鹽酸、飽和碳酸氫鈉水溶液、水清洗，再用無水硫酸鎂乾燥。減壓下濃縮所得溶液，殘餘物用管柱層析(矽膠；庚烷/乙酸乙酯)純化，得到77.1克4-(3-氟苯基)甲氧基亞甲基環己烷(T-16)。由化合物(T-15)計算產率為99%。
[化合物(T-17)的合成]
向氮氣環境下的反應器加72.1克化合物(T-16)、54.7克2-戊基丙-1,3-二醇、350ml丙酮和70.0ml 6N鹽酸，迴流加熱4小時。將所得反應混合物回復至25℃後，加入300ml甲苯使分離成有機層和水層。用甲苯萃取水層，將合併的有機層依序用水、飽和碳酸氫鈉水溶液、水清洗，再用無水硫酸鎂乾燥。減壓下濃縮所得溶液，殘餘物用管柱層析(矽膠；庚烷/乙酸乙酯)純化，再以庚烷/Solmix A-11混合溶劑再結晶，得到68.7克2-[4-(3-氟苯基)環己基]-5-戊基-1,3-二噁烷(T-17)。由化合物(T-16)計算產率為63%。
[化合物(T-18)的合成]
以25.0克化合物(T-17)為原料，用與實例1化合物(T-5)的相同合成方法得36.7克8-(2-氟-4-[4-(5-戊基-1，3-二噁烷-2-基)環己基]苯基)-1,4-二氧雜螺[4,5]癸-8-醇(T-18)。
[化合物(T-19)的合成]
以36.7克上述化合物(T-18)為原料，用與實例1化合物(T-6)的相同合成方法，得到25.7克8-(2-氟-4-[4-(5-戊基-1,3-二噁烷-2-基)環己基]苯基)-1,4-二氧雜螺[4,5]癸-7-烯(T-19)。由化合物(T-17)計算產率為73%。
[化合物(T-20)的合成]
以25.7克上述化合物(T-19)為原料，用與實例1化合物(T-7)的相同合成方法，得到22.8克8-(2-氟-4-[4-(5-戊基-1,3-二噁烷-2-基)環己基]苯基)-1,4-二氧雜螺[4,5]癸烷(T-20)。由化合物(T-19)計算產率為89%。
[化合物(T-21)的合成]
向氮氣環境下反應器加22.8克化合物(T-20)、68.0ml甲酸和680ml甲苯，在40℃下反應5小時。將所得反應混合物注入500ml冰水中並混合，再加入300ml甲苯使分離成有機層和水層，用甲苯萃取水層。將合併的有機層依序用水、飽和碳酸氫鈉水溶液、水清洗，再用無水硫酸鎂乾燥。減壓下濃縮所得溶液，殘餘物用管柱層析(矽膠；庚烷/乙酸乙酯)純化，再以庚烷/Solmix A-11混合溶劑再結晶，得到12.6克4-(2-氟-4-[4-(5-戊基-1,3-二噁烷-2-基)環己基]苯基)環己酮(T-21)。由化合物(T-20)計算產率為61%。
[化合物(T-22)的合成]
以12.6克上述化合物(T-21)為原料，用與實例1化合物(T-9)的相同合成方法，得到12.5克4-(2-氟-4-[4-(5-戊基-1,3-二噁烷-2-基)環己基]苯基)二氟亞甲基環己烷(T-22)。由化合物(T-21)計算產率為92%。
[化合物(T-23)的合成]
以12.5克上述化合物(T-22)為原料，用與實例1化合物(T-10)的相同合成方法，得到14.8克1-溴-1-溴二氟甲基-4-(2-氟-4-[4-(5-戊基-1,3-二噁烷-2-基)環己基]苯基)環己烷(T-23)。由化合物(T-22)計算產率為88%。
[化合物(T-24)的合成]
以14.8克上述化合物(T-23)為原料，用與實例1化合物(T-11)的相同合成方法，得到6.96克1-[二氟(3,4,5-三氟苯氧基)甲基]-4-(2-氟-4-[4-(5-戊基-1,3-二噁烷-2-基)環己基]苯基)環己烯(T-24)。由化合物(T-23)計算產率為48%。
[化合物(1-4-199)的合成]
以3.00克上述化合物(T-24)為原料，用與實例1化合物(1-4-59)的相同合成方法得1.01克1-[二氟(3,4,5-三氟苯氧基)甲基]-4-(2-氟-4-[4-(5-戊基-1,3-二噁烷-2-基)環己基]苯基)環己烷(1-4-199)。由化合物(T-24)計算產率為34%。
1 H-NMR的化學位移δ(ppm,CDCl3 )如下，可以判定所得化合物為1-[二氟(3,4,5-三氟苯氧基)甲基]-4-(2-氟-4-[4-(5-戊基-1,3-二噁烷-2-基)環己基]苯基)環己烷：7.10(dd,J=7.95Hz,J=7.95Hz,1H)、6.93(dd,J=7.90Hz,J=1.35Hz,1H)、6.90~6.82(m,3H)、4.21(d,J=5.20Hz,1H)、4.09(dd,J=11.5Hz,J=4.50Hz,2H)、3.30(dd,J=11.4Hz,J=11.4Hz,2H)、2.88~2.77(m,1H)、2.44(tt,J=12.0Hz,J=2.95Hz,1H)、2.20~2.07(m,3H)、2.04~1.89(m,7H)、1.63~1.46(m,5H)、1.46~1.35(m,2H)、1.35~1.18(m,8H)、1.07~0.98(m,2H)、0.88(t,J=7.05Hz,3H)。
所得化合物(1-4-199)相變溫度：C 46.5 SA 222 N 301 I。
【實例4】 [化合物(1-4-199)的物性]
製備含85wt%母液晶A和15wt%實例3所得1-[二氟(3,4,5-三氟苯氧基)甲基]-4-(2-氟-4-[4-(5-戊基-1,3-二噁烷-2-基)環己基]苯基)環己烷(1-4-199)的組成物C，再測定其物性，並由測定值外插得化合物(1-4-199)的物性值如下：TNI =192℃，Δn =0.124,Δε=16.8。
由上述結果可知：化合物(1-4-199)的Δn 值較小，液晶相溫度範圍廣，上限溫度高，具有大的Δε值。
【實例5】 1-[二氟(3-氟-4-[三氟甲氧基]苯氧基)甲基]-4-[2-氟-4-[4’-戊基-1,1’-聯環己烷-4-基)苯基]環己烷(1-4-66)的合成
[化合物(T-25)的合成]
向氮氣環境下的反應器加3.04克3-氟-4-(三氟甲氧基)苯酚、3.57克碳酸鉀、30.0m1N,N-二甲基甲醯胺(DMF)，在100℃下攪拌30分鐘。接著滴加8.00克化合物(T-10)的130ml DMF溶液，在100℃下攪拌2小時。將反應混合物回復至25℃後，注入200ml冰水中，加400ml甲苯使分離成有機層和水層。所得有機層依序用水、飽和硫代硫酸鈉水溶液、水清洗，再用無水硫酸鎂乾燥。減壓下濃縮所得溶液，殘餘物用管柱層析(矽膠；庚烷)純化，再以庚烷/Solmix A-11混合溶劑再結晶得4.28克1-[二氟(3-氟-4-[三氟甲氧基]苯氧基)甲基]-4-[2-氟-4-(4’-戊基-1,1’-聯環己烷-4-基)苯基]環己烯(T-25)。由化合物(T-10)計算產率為51%。
[化合物(1-4-66)的合成]
以4.28克上述化合物(T-25)為原料，用與實例1化合物(1-4-59)的相同合成方法得2.38克1-[二氟(3-氟-4-[三氟甲氧基]苯氧基)甲基]-4-[2-氟-4-(4’-戊基-1,1’-聯環己烷-4-基)苯基]環己烷(1-4-66)。由化合物(T-25)計算產率為55%。
1 H-NMR的化學位移δ(ppm,CDCl3 )如下，可判定所得化合物為1-[二氟(3-氟-4-[三氟甲氧基]苯氧基)甲基]-4-[2-氟-4-(4’-戊基-1,1’-聯環己烷-4-基)苯基]環己烷：7.32~7.23(m,1H)、7.14~7.06(m,2H)、6.99(d,J=9.05Hz,1H)、6.93(dd,J=7.75Hz,J=1.25Hz,1H)、6.86(dd,J=12.0Hz,J=1.30Hz,1H)、2.88~2.79(m,1H)、2.41(tt,J=12.2Hz,J=3.20Hz,1H)、2.20~2.08(m,3H)、2.05~1.96(m,2H)、1.96~1.69(m,8H)、1.64~1.47(m,4H)、1.45~0.94(m,17H)、0.94~0.82(m,5H)。
所得化合物(1-4-66)相變溫度：C 59.0 SA 245 N 343 I。
[實例6] [化合物(1-4-66)的物性]
製備含85wt%母液晶A和15wt%實例5所得1-[二氟(3-氟-4-[三氟甲氧基]苯氧基)甲基]-4-[2-氟-4-(4’-戊基-1,1’-聯環己烷-4-基)苯基]環己烷(1-4-66)的組成物F，測定其物性，並由測定值外插得化合物(1-4-66)的外插值如下：TNI =214℃，Δn =0.130，Δε=2.37。
由上述結果可知：化合物(1-4-66)的Δn 值較小，液晶相溫度範圍很廣，且上限溫度高。
【實例7】 1-[二氟[(2,3’,4’,5’-四氟-1,1’-聯苯-4-基)氧基]甲基]-4-[2-氟-4-(4-戊基環己基)苯基]環己烷(1-3-171)的合成
[化合物(T-27)的合成]
以30.0克4-(3-氟苯基)戊基環己烷(T-26)為原料，用與實例1化合物(T-5)的相同合成方法得49.0克的8-[2-氟-4-(4-戊基環己基)苯基]-1,4-二氧雜螺[4,5]癸-8-醇(T-27)。
[化合物(T-28)的合成]
以49.0克上述化合物(T-27)為原料，用與實例1化合物(T-6)的相同合成方法得40.2克8-[2-氟-4-(4-戊基環己基)苯基]-1,4-二氧雜螺[4,5]癸-7-烯(T-28)。由化合物(T-26)計算產率為86%。
[化合物(T-29)的合成]
以40.2克上述化合物(T-28)為原料，用與實例1化合物(T-7)的相同合成方法得34.8克8-[2-氟-4-(4-戊基環己基)苯基]-1,4-二氧雜螺[4,5]癸烷(T-29)。由化合物(T-28)計算產率為86%。
[化合物(T-30)的合成]
以34.8克上述化合物(T-29)為原料，用與實例1化合物(T-8)的相同合成方法得到19.4克4-[2-氟-4-(4-戊基環己基)苯基]環己酮(T-30)。由化合物(T-29)計算產率為63%。
[化合物(T-31)的合成]
以15.0克上述化合物(T-30)為原料，用與實例1化合物(T-9)的相同合成方法，得到15.6克4-[2-氟-4-(4-戊基環己基)苯基]二氟亞甲基環己烷(T-31)。由化合物(T-30)計算產率為95%。
[化合物(T-32)的合成]
以15.6克上述化合物(T-31)為原料，用與實例1化合物(T-10)的相同合成方法，得到18.8克1-溴-1-溴二氟甲基-4-[2-氟-4-(4-戊基環己基)苯基]環己烷(T-32)。由化合物(T-31)計算產率為85%。
[化合物(T-33)的合成]
向氮氣環境下的反應器加3.98克4-羥基-2,3’,4’,5’-四氟-1,1’-聯苯、3.79克碳酸鉀、50.0ml N,N-二甲基甲醯胺(DMF)，在100℃下攪拌30分鐘。接著滴加7.37克化合物(T-32)的100ml DMF溶液，在100℃下攪拌2小時。將反應混合物回復至25。C後，注入150ml冰水中並混合。加入300ml甲苯使分離成有機層和水層，用甲苯萃取水層。將合併的有機層依序用水、飽和硫代硫酸鈉水溶液、水清洗，再用無水硫酸鎂乾燥。減壓下濃縮所得溶液，殘餘物用管柱層析(矽膠；庚烷)純化，再以乙酸乙酯/Solmix A-11混合溶劑再結晶，得到5.33克1-[二氟[(2,3’,4’,5’-四氟-1,1’-聯苯-4-基)氧基]甲基]-4-[2-氟-4-(4-戊基環己基)苯基]環己烯(T-33)。由化合物(T-32)計算產率為63%。
[化合物(1-3-171)的合成]
以5.33克上述化合物(T-33)為原料，用與實例1化合物(1-4-59)的相同合成方法得2.87克的1-[二氟[(2,3’,4’,5’-四氟-1,1’-聯苯-4-基)氧基]甲基]-4-[2-氟-4-(4-戊基環己基)苯基]環己烷(1-3-171)。由化合物(T-33)計算產率為54%。
1 H-NMR的化學位移δ(ppm,CDCl3 )如下，可判定所得化合物為1-[二氟[(2,3’,4’,5’-四氟-1,1’-聯苯-4-基)氧基]甲基]-4-[2-氟-4-(4-戊基環己基)苯基]環己烷：7.38~7.30(m,1H)、7.19~7.03(m,5H)、6.94(dd,J=8.10Hz,J=1.50Hz,1H)、6.87(dd,J=12.0Hz,J=1.20Hz,1H)、2.85(tt,J=11.6Hz,J=3.45Hz,1H)、2.43(tt,J=12.2Hz,J=3.05Hz,1H)、2.25~2.11(m,3H)、2.05~1.97(m,2H)、1.92~1.82(m,4H)、1.66~1.50(m,4H)、1.46~1.18(m,11H)、1.09~0.98(m,2H)、0.90(t,J=7.15Hz,3H)。
所得化合物(1-3-171)的相變溫度：C70.1 N287 I。
[實例8] [化合物(1-3-171)的物性]
製備含85wt%母液晶A和15wt%實例7所得1-[二氟[(2,3’,4’,5’-四氟-1,1’-聯苯-4-基)氧基]甲基]-4-[2-氟-4-(4-戊基環己基)苯基]環己烷(1-3-171)的組成物G，測定其物性，並由測定值外插算出化合物(1-3-171)的外插值如下：
TNI =180℃，Δn =0.150，Δε=18.3。
由上述結果可知，化合物(1-3-171)的液晶相溫度範圍廣，Δε值大。
【實例9】
1-[二氟[(3’,3”,4”,5”-四氟[1,1’,4’,1”-三聯苯]-4-基)氧基]甲基]-4-(5-戊基-1,3-二噁烷-2-基)環己烷(1-2-8)的合成
[化合物(T-34)的合成]
以50.0克1,4-二氧雜螺[4,5]癸-8-酮為原料，用與實例1化合物(T-9)的相同合成方法得49.3克8-二氟亞甲基-1,4-二氧雜螺[4,5]癸烷(T-34)。由1,4-二氧雜螺[4,5]癸-8-酮計算產率為81%。
[化合物(T-35)的合成]
49.3克上述化合物(T-34)為原料，用與實例3化合物(T-15)的相同合成法得37.8克4-二氟亞甲基環己酮(T-35)。
[化合物(T-36)的合成]
以37.8克上述化合物(T-35)為原料，用與實例3化合物(T-16)的相同合成方法得40.6克4-二氟亞甲基-1-甲氧基亞甲基環己酮(T-36)。由化合物(T-34)計算產率為90%。
[化合物(T-37)的合成]
以12.0克上述化合物(T-36)為原料，用與實例3化合物(T-17)的相同合成方法，得到9.57克2-(4-二氟亞甲基環己基)-5-戊基-1,3-二噁烷(T-37)。由化合物(T-36)計算產率為48%。
[化合物(T-38)的合成]
以9.57克上述化合物(T-37)為原料，用與實例1化合物(T-10)的相同合成方法，得到13.5克1-溴-1-溴二氟甲基-4-(5-戊基-1,3-二噁烷-2-基)環己烷(T-38)。由化合物(T-37)計算產率為91%。
[化合物(T-40)的合成]
向氮氣環境下的反應器加12.0克4-溴-2,3’，4’,5’-四氟-1,1’-聯苯(T-39)和220ml乙醚，冷卻至-74℃。在-74℃~-68℃範圍內滴加31.5ml的1.57M正丁基鋰-正己烷溶液，再攪拌120分鐘。接著在-75℃~-68℃範圍內滴加6.70ml硼酸三甲酯的20ml THF溶液，一邊回復至25℃，一邊再攪拌180分鐘。續將反應混合物冷卻至-30℃，緩慢滴加40ml的6N鹽酸，再攪拌180分鐘。將所得反應混合物回復至25℃後，注入200ml冰水中並混合。加入200ml乙酸乙酯使分離成有機層和水層，用甲苯萃取水層。將合併的有機層依序用水、飽和碳酸氫鈉水溶液、食鹽水清洗，再用無水硫酸鎂乾燥。續減壓餾去溶劑得8.91克2,3’,4’,5’-四氟-1,1’-聯苯硼酸(T-40)。由化合物(T-39)計算產率為85%。
[化合物(T-41)的合成]
向氮氣環境下的反應器加5.56克4-溴苯酚、5.00克2,3’,4’,5’-四氟-1,1’-聯苯硼酸(T-40)、8.13克碳酸鉀、0.413克Pd(Ph3 P)2 Cl2 及100ml 2-丙醇，加熱迴流5小時。將反應混合物冷卻至25℃後，注入100ml水和100ml甲苯中並混合。之後分離成有機層和水層，用甲苯萃取水層。將合併的有機層用水清洗，再用無水硫酸鎂乾燥。減壓下濃縮所得溶液，殘餘物用管柱層析(矽膠；甲苯)純化，再以庚烷/Solmix A-11混合溶劑再結晶，得到4.00克的4-羥基-3’,3”,4”,5”-四氟-1,1’,4’,1”-三聯苯(T-41)。由化合物(T-40)計算產率為56%。
[化合物(T-42)的合成]
向氮氣環境反應器加4.00克上述所得化合物(T-41)、4.34克碳酸鉀、50.0ml N,N-二甲基甲醯胺(DMF)，在90℃下攪拌30分鐘。續滴加4.71克化合物(T-38)的30ml DMF溶液，在90℃下攪拌3小時。將反應混合物回復至25℃後，注入100ml冰水中混合。加入200ml甲苯使分離成有機層和水層，用甲苯萃取水層。將合併的有機層依序用水、飽和硫代硫酸鈉水溶液、水清洗，再用無水硫酸鎂乾燥。減壓下濃縮所得溶液，殘餘物用管柱層析(矽膠；庚烷)純化，再以乙酸乙酯/Solmix A-11混合溶劑再結晶，得到2.20克1-[二氟[(3’,3”,4”,5”-四氟[1,1’,4’,1”-三聯苯]-4-基)氧基]甲基]-4-(5-戊基-1,3-二噁烷-2-基)環己烯(T-42)。由化合物(T-38)計算產率為35%。
[化合物(1-2-8)的合成]
以2.20克上述化合物(T-42)為原料，用與實例1化合物(1-4-59)的相同合成方法得0.91克1-[二氟[(3’,3”,4”,5”-四氟[1,1’,4’,1”-三聯苯]-4-基)氧基]甲基]-4-(5-戊基-1,3-二噁烷-2-基)環己烷(1-2-8)。由化合物(T-42)計算產率為41%。
1 H-NMR的化學位移δ(ppm,CDCl3 )如下，可判定所得化合物為1-[二氟[(3’,3”,4”,5”-四氟[1,1’,4’,1”-三聯苯]-4-基)氧基]甲基]-4-(5-戊基-1,3-二噁烷-2-基)環己烷：7.60~7.53(m,2H)、7.47~7.40(m,2H)、7.37(d,J=12.5Hz,1H)、7.29~7.19(m,4H)、4.21(d,J=5.15Hz,1H)、4.09(dd,J=11.5Hz,J=4.50Hz,2H)、3.29(dd,J=11.3Hz,J=11.3Hz,2H)、2.15~1.91(m,6H)、1.63~1.51(m,1H)、1.46~1.34(m,2H)、1.34~1.22(m,6H)、1.21~1.10(m,2H)、1.07~0.98(m,2H)、0.88(t,J=6.80Hz,3H)。
所得化合物(1-2-8)的相變溫度：C 86.0 SA 140 N 263 I。
[實例10] [化合物(1-2-8)的物性]
製備含85wt%母液晶A和15wt%實例9所得1-[二氟[(3’,3”,4”,5”-四氟[1,1’,4’,1”-三聯苯]-4-基)氧]甲基]-4-(5-戊基-1,3-二噁烷-2-基)環己烷(1-2-8)的組成物H，測定其物性，並由測定值外插算出化合物(1-2-8)的外插值如下：
TNI =207℃，Δn =0.190，Δε=22.8。
由上述結果可知：化合物(1-2-8)的Δn 值較大，液晶相溫度範圍廣，上限溫度很高，且Δε值大。
【實例11】
可根據實例1、3、5、7、9及進一步記載的合成方法，合成以下所示化合物(1-1-1)~(1-1-19)、(1-2-1)~(1-2-25)、(1-3-1)~(1-3-312)及(1-4-1)~(1-4-499)。附註資料是以上述方法求出的值。相變溫度為化合物自身的測定值。TNI 、Δε及Δn 值則是依照實例2、4、6、8及10所述方式，將化合物混入母液晶(A)，並將所得混合試樣的測定值外插而算出的值記載下來。
[比較例1]
本比較例是合成WO2005/019378A1所述含四氫吡喃環的5環液晶化合物：4-[二氟[(2,3’,4’,5’-四氟[1,1’-聯苯]-4-基)氧]甲基]-4’-(5-丙基四氫吡喃-2-基)-2’,3,5,6’-四氟-1,1’-聯苯(S-1-1)。
1 H-NMR的化學位移δ(ppm,CDCl3 )如下，可判定所得化合物為4-[二氟[(2,3’,4’,5’-四氟[1,1’-聯苯]-4-基)氧]甲基]-4’-(5-丙基四氫吡喃-2-基)-2’,3,5,6’-四氟-1,1’-聯苯：7.38(dd,J=8.65Hz,J=8.40Hz,1H)、7.23~7.11(m,6H)、7.08~7.00(m,2H)、4.28(dd,J=11.8Hz,J=1.95Hz,1H)、4.10(dq,J=11.2Hz,J=2.00Hz,1H)、3.21(t,J=11.2Hz,1H)、2.05~1.98(m,1H)、1.95~1.88(m,1H)、1.73~1.62(m,1H)、1.60~1.48(m,1H)、1.45~1.09(m,5H)、0.92(t,J=6.80Hz,3H)。
所得比較化合物(S-1-1)的相變溫度：C 101 N 198 I。
製備含85wt%母液晶A、15wt%比較化合物(S-1-1)的組成物D，測定其物性，並由其測定值外插得比較化合物(S-1-1)的物性值如下：TNI =118℃，Δε=52.3，Δn =0.177。
將比較化合物(S-1-1)與實例所示的化合物(1-4-59)、(1-4-199)、(1-4-66)、(1-3-171)及(1-2-8)比較。在相變溫度方面，化合物(1-4-59)、(1-4-199)、(1-4-66)、(1-3-171)及(1-2-8)的液晶相溫度範圍較廣。特別是，本發明之化合物其液晶相的下限溫度低，且與其他化合物的相容性高。
接下來比較比較化合物(S-1-1)與本發明之化合物的上限溫度(外插值)，化合物(1-4-59)、(1-4-199)、(1-4-66)、(1-3-171)及(1-2-8)的上限溫度較高。因此，可以說上述本明之化合物是可在寬廣溫度範圍內使用的良好化合物。
[比較例2]
本比較例進一步合成WO 1996/11897A1所述之具有CF2 O結合基的4環液晶化合物：4-[二氟(3,4,5-三氟苯氧基)甲基]-3,5-二氟-4’-(4-丙基環己基)-1,1’-聯苯。
1 H-NMR化學位移δ(ppm,CDCl3 )如下，可判定所得化合物為4-[二氟(3,4,5-三氟苯氧基)甲基]-3,5-二氟-4’-(4-丙基環己基)-1,1’-聯苯：7.49(d,J=8.23Hz,2H)、7.32(d,J=8.23Hz,2H)、7.20(d,J=10.6Hz,2H)、7.03~6.90(m,2H)、2.53(tt,J=12.1Hz,J=3.00Hz,1H)、1.97~1.86(m,4H)、1.51~1.40(m,2H)、1.40~1.18(m,4H)、1.13~1.01(m,2H)、0.91(t,J=7.20Hz,3H)。
所得比較化合物(S-6)的相變溫度：C 82.1 N 141 I。
製備含85wt%母液晶A和15wt%比較化合物(S-6)的組成物E，測定其物性，並由其測定值外插得比較化合物(S-6)的物性值如下：TNI =110℃，Δε=23.4，Δn =0.157。
將比較化合物(S-6)與實例所示化合物(1-4-59)、(1-4-199)、(1-4-66)、(1-3-171)及(1-2-8)作比較。在相變溫度方面，化合物(1-4-59)、(1-4-199)、(1-4-66)、(1-3-171)及(1-2-8)的液晶相溫度範圍較廣。
接下來比較比較化合物(S-6)與本發明化合物的上限溫度(外插值)，化合物(1-4-59)、(1-4-199)、(1-4-66)、(1-3-171)及(1-2-8)的上限溫度較高。因此，可以說化合物(1-4-59)、(1-4-199)、(1-4-66)、(1-3-171)及(1-2-8)是可在寬廣溫度範圍內使用的良好化合物。
[比較例3]
續與WO 2006/12551A1所述具四氫吡喃環及二噁烷環的5環液晶化合物：4-[二氟(3,4,5-三氟苯氧基)甲基]-3,5-二氟-4’-(4-丙基環己基)-1,1’-聯苯(S-4)比較相變溫度。
所述化合物(S-4)的相變溫度為：C 95 N 251 I。
比較比較化合物(S-4)與實例所示的本發明化合物(1-4-59)、(1-4-199)、(1-4-66)、(1-3-171)及(1-2-8)的相變溫度，化合物(1-4-59)、(1-4-199)、(1-4-66)、(1-3-171)及(1-2-8)的下限溫度低、上限溫度高。因此，可以說化合物(1-4-59)、(1-4-199)、(1-4-66)、(1-3-171)及(1-2-8)是可在寬廣溫度範圍內使用的良好化合物。
[實例12]
進一步將本發明代表性組成物匯總於[組成例1]~[組成例16]中。首先，顯示作為組成物成分的化合物及其含量(wt%)，其中按照表1的規定，化合物用左末端基、結合基、環及右末端基等代號表示。1,4-環己基及1,3-二噁烷-2,5-二基的立體構型為反式。沒有末端基之記號時，表示末端基為氫。以代號表示的化合物名稱之後的括弧內的編號對應於上述本發明之化合物。接下來顯示組成物的物性(測定值)。
組成物特性的測定可按下述方法進行，其大多是日本電子機械工業會規格(Standard of Electric Industries Association of Japan)EIAJ‧ED-2521A中所記載的方法或對其進行修飾的方法。測定用的TN元件中並沒有安裝TFT。
向列相的上限溫度(NI，℃)：將試樣放在具偏光顯微鏡之熔點測定裝置的熱板上，以1℃/分的速度加熱。測定一部分試樣由向列相變成等方性液體時的溫度。有時將向列相的上限溫度簡稱「上限溫度」。
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℃的冷凍機中保存10天後，觀察液晶相。例如，當試樣在-20℃下保持向列相原狀且在-30℃下變結晶(或近晶相)時，記作。
有時將向列相的下限溫度簡稱「下限溫度」。
粘度(η，20℃下測定，mPa‧s)：使用E型旋轉粘度計。
旋轉黏度(γ1，25℃下測定，mPa‧s)：根據試樣的種類，採用以下兩種方法測定。
1).Δε>0的試樣：按照M. Imai et al.,Molecular Crystals and Liquid Crystals ,Vol. 259,37(1995)所述方法測定旋轉黏度。將試樣放入扭轉角為0°且兩玻璃基板間隔(cell gap)為5μm的TN元件中。對上述TN元件，在16伏~19.5伏範圍內，以0.5伏為段差階段性地施加電壓。在0.2秒未施電壓時期後，於僅一個矩形波(矩形脈衝0.2秒)與未施加(2秒)的條件下反覆施加電壓。測定因電壓施加而產生的過渡電流(transient current)之峰值電流和達峰時間，並由這些測定值和M. Imai等人論文第40頁的算式(8)求出旋轉黏度值。關於此計算所需的Δε值，是使用此測定旋轉黏度的元件，依照後述方法求得。
2).Δε<0的試樣：按照M. Imai et al.,Molecular Crystals and Liquid Crystals ,Vol. 259,37(1995)所述方法測定旋轉黏度。將試樣放入兩玻璃基板的間隔20μm的VA元件中。對此元件，在30伏~50伏範圍內，以1伏為段差階段性地施加電壓。在0.2秒的未施加其間後，於1個矩形波(矩形脈衝0.2秒)與未施加(2秒)的條件下反覆施加電壓。測定因電壓施加而產生的過渡電流之峰值電流和達峰時間，並由上述測定值和M. Imai等人論文第40頁的算式(8)求出旋轉黏度值。此計算所需的Δε值是依照後述方法求得。
光學各向異性(折射率各向異性，Δn ，25℃下測定)：使用波長為589nm的光，利用於目鏡上裝有偏光板的阿貝折射計進行測定。單方向擦拭主棱鏡的表面，再於主棱鏡上滴加試樣。在偏光方向與擦拭方向平行時測定折射率n // 。在偏光方向與擦拭方向垂直時測定折射率n ⊥ 。光學各向異性值由算式Δn =n // -n ⊥ 算出。
介電常數各向異性(Δε，25℃下測定)：
1).Δε>0的試樣：將試樣裝入兩玻璃基板間隔9μm、扭轉角80°的TN元件中。對此TN元件施加20伏的電壓，測定液晶分子在長軸方向的介電常數ε// 。對此TN元件加0.5伏的電壓，測定液晶分子在短軸方向的介電常數ε⊥ 。介電常數各向異性值由算式Δε=ε// -ε⊥ 算出。
2).Δε<0的試樣：將試樣裝入處理成垂面配向的VA元件中，並施加0.5伏的電壓以測定介電常數ε// 。將試樣裝入處理成沿面配向的TN元件中，並施加0.5伏的電壓以測定介電常數ε⊥ 。Δε值由式Δε=ε// -ε⊥ 算出。
臨限電壓(Vth ，25℃下測定，V)：
1).Δε>0的試樣：試樣放入兩玻璃基板間隔為(0.5/Δn)μm、扭轉角80°之常白模式(normally white mode)TN元件中。Δn (光學各向異性)為按上述方法測定的值。對此元件施加頻率32Hz的矩形波，並升高矩形波的電壓，測定透過元件之光的透過率為90%時的電壓值。
2).Δε<0的試樣：將試樣放入兩玻璃基板間隔9μm、處理成垂面配向之常黑模式(normally black mode)VA元件中。對此元件施加頻率為32Hz的矩形波，並升高矩形波的電壓，測定透過元件之光的透過率為10%時的電壓值。
電壓保持率(VHR，25℃下測定，%)：測定用的TN元件具有聚醯亞胺配向膜，且兩玻璃基板間隔為6μm。此元件在裝入試樣後，以紫外線聚合型黏合劑密封。對此TN元件施加脈衝電壓(5伏，60毫秒)進行充電，並在16.7毫秒期間使用高速電壓計測定衰減電壓，求出單位週期中電壓曲線與橫軸間的面積A。電壓保持率為面積A相對於面積B(未衰減時的面積)的百分比。
螺旋間距(20℃下測定，μm)：在螺旋間距的測定中，使用Cano的楔形胞法(wedge type cell method)。將試樣注入Cano楔形胞盒中，測定從楔形胞盒觀察到的向錯線(disclination line)的間隔(a ，單位為μm)。螺旋間距(P)由式P=2×a ×tan θ算出，θ為楔形胞中兩玻璃基板間的角度。
成分的比例(百分比)是以成分的總重量為基準的重量百分比(wt%)。
NI=98.8℃，Δn =0.139，Δε=24.3，Vth=1.25V。
 [產業利用性]
綜上所述，本發明之液晶化合物具有化合物所需的一般物性，對熱、光等穩定，液晶相溫度範圍寬，透明點高，與其他液晶化合物的相容性良好，具有適當的光學各向異性及適當的介電常數各向異性。含有包括上述化合物之組成物的LCD元件的可用溫度範圍廣、響應時間短、耗電少、具有高對比度及低驅動電壓，故可廣泛用於鐘錶、電子計算機、個人電腦等的顯示器中。

Claims (19)

  1. 一種化合物，由式(1)所表示： 其中，R1 表示碳數1~20的烷基，該烷基中任意-CH2 -可被-O-、-S-或-CH=CH-取代；環A1 、A2 、A3 、A4 、A5 及A6 獨立表示1,4-環己基、1,3-二噁烷-2,5-二基、1,4-苯基或任意氫被鹵素取代的1,4-苯基；Z1 、Z2 、Z3 、Z4 、Z5 及Z6 獨立表示單鍵、-CH2 CH2 -、-CH=CH-、-C≡C-、-COO-、-OCO-、-CF2 O-、-OCF2 -、-CH2 O-、-OCH2 -、-CF=CF-、-(CH2 )4 -、-(CH2 )2 CF2 O-、-(CH2 )2 OCF2 -、-CF2 O(CH2 )2 -、-OCF2 (CH2 )2 -、-CH=CH-(CH2 )2 -或-(CH2 )2 -CH=CH-；L1 及L2 獨立表示氫或鹵素；X1 表示氫、鹵素、-C≡N、-N=C=S、-SF5 或碳數1~10的烷基，其中碳數2~10的烷基中任意-CH2 -可被-O-、-S-或-CH=CH-取代，且任意氫可被鹵素取代；l、m、n、o、p及q獨立表示0或1，l+m+n+o+p+q=3。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之化合物，其中R1 表示碳數1~20的烷基、碳數2~21的烯基、碳數1~19的烷氧基、碳數2~20的烯氧基或碳數1~19的烷硫基；X1 表示氫、鹵素、-C≡N、-N=C=S、-SF5 、碳數1~10的烷基、碳數2~11的烯基、碳數1~9的烷氧基、碳數2~10的烯氧基、碳數1~9的硫代烷基、-CH2 F、-CHF2 、-CF3 、-(CH2 )2 -F、-CF2 CH2 F、-CF2 CHF2 、-CH2 CF3 、-CF2 CF3 、-(CH2 )3 -F、-(CF2 )3 -F、-CF2 CHFCF3 、-CHFCF2 CF3 、-(CH2 )4 -F、-(CF2 )4 -F、-(CH2 )5 -F、-(CF2 )5 -F、-OCH2 F、-OCHF2 、-OCF3 、-O-(CH2 )2 -F、-OCF2 CH2 F、-OCF2 CHF2 、-OCH2 CF3 、-O-(CH2 )3 -F、-O-(CF2 )3 -F、-OCF2 CHFCF3 、-OCHFCF2 CF3 、-O(CH2 )4 -F、-O-(CF2 )4 -F、-O-(CH2 )5 -F、-O-(CF2 )5 -F、-CH=CHF、-CH=CF2 、-CF=CHF、-CH=CHCH2 F、-CH=CHCF3 、-(CH2 )2 -CH=CF2 、-CH2 CH=CHCF3 或-CH=CHCF2 CF3 。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之化合物，其中Z1 、Z2 、Z3 、Z4 、Z5 及Z6 獨立表示單鍵、-CH2 CH2 -、-CH=CH-、-C≡C-、-COO-、-CF2 O-、-CH2 O-或-OCH2 -。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之化合物，其是以式(1-1)~(1-4)中的任一式表示： 其中，R1 表示碳數1~15的烷基、碳數2~15的烯基、碳數1~15的烷氧基或碳數2~15的烯氧基；環A1 、A2 、A3 、A4 、A5 及環A6 獨立表示1,4-環己基、1,3-二噁烷-2,5-二基、1,4-苯基或任意氫被氟取代的1,4-苯基；Z1 、Z2 、Z3 、Z4 、Z5 及Z6 獨立表示單鍵、-CH2 CH2 -、-CH=CH-、-C≡C-、-COO-、-CF2 O-、-CH2 O-或-OCH2 -；L1 及L2 獨立表示氫或氟；X1 表示氟、氯、-C≡N、-CF3 、-CHF2 、-CH2 F、-OCF3 、-OCHF2 或-OCH2 F。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之化合物，其是以式(1-5)~(1-8)中的任一式表示： 其中，R1 表示碳數1~15的烷基或碳數2~15的烯基；環A1 、A2 、A3 、A4 、A5 及A6 獨立表示1,4-環己基、1,3-二噁烷-2,5-二基、1,4-苯基或任意氫被氟取代的1,4-苯基；L1 及L2 獨立表示氫或氟；X1 表示氟、氯、-C≡N、-CF3 、-CHF2 、-CH2 F、-OCF3 、-OCHF2 或-OCH2 F。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之化合物，其是以式(1-9)~(1-19)中的任一式表示： 其中，R1 表示碳數1~15的烷基；L1 、L2 、Y1 、Y2 、Y3 及Y4 獨立表示氫或氟；X1 表示氟或-OCF3 。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之化合物，其是以式(1-20)~(1-41)中的任一式表示： 其中，R1 表示碳數1~15的烷基；L2 、Y1 、Y2 、Y3 以及Y4 獨立表示氫或氟。
  8. 一種液晶組成物，含有第一成分及第二成分，該第一成分為至少一種如申請專利範圍第1項所述之化合物。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之液晶組成物，其中第二成分含有選自由式(2)、(3)及(4)所表示的化合物所組成之族群的至少一種化合物： 其中，R2 表示碳數1~10的烷基或碳數2~10的烯基，該烷基及烯基中任意氫可被氟取代，任意-CH2 -可被-O-取代；X2 表氟、氯、-OCF3 、-OCHF2 、-CF3 、-CHF2 、-CH2 F、-OCF2 CHF2 或-OCF2 CHFCF3 ；環B1 、B2 、B3 獨立表示1,4-環己基、1,3-二噁烷-2,5-二基、嘧啶-2,5-二基、四氫吡喃-2,5-二基、1,4-苯基或任意氫被氟取代的1,4-苯基；Z7 及Z8 獨立表示-(CH2 )2 -、-(CH2 )4 -、-COO-、-CF2 O-、-OCF2 -、-CH=CH-、-C≡C-、-CH2 O-或單鍵；L5 、L6 獨立表氫或氟。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之液晶組成物，其中第二成分含有選自由式(5)所表示的化合物所組成之族群的至少一種化合物： 其中，R3 表示碳數1~10的烷基或碳數2~10的烯基，該烷基及烯基中任意氫可被氟取代，任意-CH2 -可被-O-取代；X3 表示-C≡N或-C≡C-C≡N；環C1 、C2 、C3 獨立表示1,4-環己基、1,4-苯基、任意氫被氟取代的1,4-苯基、1,3-二噁烷-2,5-二基、四氫吡喃-2,5-二基或嘧啶-2,5-二基；Z9 表示-(CH2 )2 -、-COO-、-CF2 O-、-OCF2 -、-C≡C-、-CH2 O-或單鍵；L7 及L8 獨立表示氫或氟；r及s獨立表示0或1。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之液晶組成物，其中第二成分含有選自由式(6)、(7)、(8)、(9)及(10)所表示的化合物所組成之族群的至少一種化合物： 其中，R4 及R5 獨立表示碳數1~10的烷基或碳數2~10的烯基，該烷基及烯基中任意氫可被氟取代，任意-CH2 -可被-O-取代；環D1 、D2 、D3 、D4 獨立表示1,4-環己基、1,4-環己烯基、1,4-苯基、任意氫被氟取代的1,4-苯基、四氫吡喃-2,5-二基或十氫萘-2,6-二基；Z10 、Z11 、Z12 及Z13 獨立表示-(CH2 )2 -、-COO-、-CH2 O-、-OCF2 -、-OCF2 (CH2 )2 -或單鍵；L9 及L10 獨立表示氟或氯；t、u、x、y及z獨立表示0或1，u+x+y+z為1或2。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之液晶組成物，其中第二成分含有選自由式(11)、(12)及(13)所表示的化合物所組成之族群的至少一種化合物： 其中，R6 及R7 獨立表示碳數1~10的烷基或碳數2~10的烯基，該烷基及烯基中任意氫可被氟取代，任意-CH2 -可被-O-取代；環E1 、E2 、E3 獨立表示1,4-環己基、嘧啶-2,5-二基、1,4-苯基、2-氟-1,4-苯基或2,5-二氟-1,4-苯基；Z14 及Z15 獨立表示-C≡C-、-COO-、-(CH2 )2 -、-CH=CH-或單鍵。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之液晶組成物，其中更含有選自由申請專利範圍第10項所述之式(5)所表示的化合物所組成之族群的至少一種化合物。
  14. 如申請專利範圍第9項所述之液晶組成物，其中更含有選自由申請專利範圍第12項所述之式(11)、(12)及(13)所表示的化合物所組成之族群的至少一種化合物。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之液晶組成物，其中更含有選自由申請專利範圍第12項所述之式(11)、(12)及(13)所表示的化合物所組成之族群的至少一種化合物。
  16. 如申請專利範圍第11項所述之液晶組成物，其中更含有選自由申請專利範圍第12項所述之式(11)、(12)及(13)所表示的化合物所組成之族群的至少一種化合物。
  17. 如申請專利範圍第8項所述之液晶組成物，其更含有至少一種光學活性化合物。
  18. 如申請專利範圍第8項所述之液晶組成物，其更含有至少一種抗氧化劑及/或紫外線吸收劑。
  19. 一種液晶顯示元件，其中含有如申請專利範圍第8項所述之液晶組成物。
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