第一章 緒論
1.5 文獻回顧與研究動機
1.5.2 棒狀液晶之分子設計
液晶顯示工業在近年發展迅速，顯示模式由早期的扭轉向列型 (TN)及超扭轉向列型(STN) 發展至今日的薄膜電晶體(TFT)、鐵電性 液晶(FLC)、反鐵電性液晶(AFLC)及ECB等液晶顯示器，產品種類繁 多，要求也越來越嚴格。一般液晶顯示器發展隻趨勢是朝向低驅動電 壓(low driving voltage)、快速應答速度(fast response time)、高對比度 及寬廣的視角(wide view angle)等方向發展，而這些性質只要取決於 液晶材料的性質，目前向列型液晶材料發展之趨勢如下：
(1) 具有寬廣的液晶相溫度範圍(-30~100 oC)。
(2) 具有化學及光學穩定性。
(3) 低黏度，黏度越低，應答時間越短。
(4) 有較大的介電異向性，Δε越大，驅動電壓越小。
(5) 適度的雙折射率：一般適用於STN-LCD的液晶材料需有高 Δn值(0.15~0.20)，適合TN及TFT-LCD使用的液晶材料則需較 低的Δn值(0.05~0.1)。
1972年起，G. W. Gray(14~16)陸續發表下列化合物1、2、3。由三者 的液晶相轉移溫度來看，在分子主軸上導入參鍵及苯環皆可提高相轉 移溫度，而苯環的效果顯著許多。
CN 於14時出現層列型液晶相。Ozcayir等人(19)和Miliunm (20~25)合成許多以 雙苯基雙乙炔基為分子主軸之化合物，這些化合物皆具有很長的共軛
（tolane）為主軸，烷基及烷氧基於為末端基之化合物呈現出較理想 的溫度範圍。8的溫度範圍較窄，7則未出現液晶相。
C5H11 F K 64 I 7
C5H11 F K 86 N 89 I 8
C5H11O C2H5 K 69 N 124 I 9
1990年，V. Percec(30)發表化合物10、11之合成，但由於末端的長 碳鏈烷氧基，不利於向列型液晶相的生成。
OC7H15
C7H15O 10
OC7H15
C7H15O 11
近年來垂直排列的液晶顯示器已逐漸發展，S.T. Wu(31)曾證明垂直 排列的液晶顯示器有許多優點，例如：視角教寬、對比度高、應答速 度快及不受LC雙折射率、cell厚度和溫度影響等。不過垂直排列的液 晶顯示器需要介電異向性為負值之液晶分子，茲以簡單的向量示意圖 如下說明：
於垂直分子主軸的方向引進極性官能基，由Δε=Δε//-Δε┴， 大的Δε┴值會使整個分子的介電亦向性為負值。早期是將氰基導入 液晶分子的側面(32)，但由於凡得瓦體積（Van Der Waal Volume）太 大，使均向點溫度提高，黏度增加，且不易溶於液晶host，和光學不 穩定等缺點。此外，S.T. Wu.曾證明應用於高複折射率的液晶分子於 ECB顯示模式，在無彩色濾光板的條件下藉由電壓的控制而顯現出五 種顏色。本實驗室曾以氟取代氰基(33)，設計化合物12和13，兩化合物 的熔點溫度相近，但化合物13的均相點溫度較高，液晶相溫度範圍較 寬廣：
C6H13
F F
CnH2n+1 n= 3~6
12
F F
C6H13
CnH2n+1 13
本實驗室亦(34)合成出化合物14和15，發現引入側鏈基可使熔點產
H2n+1Cn F 20
H2n+1Cn 24
F F
CnH2n+1 H2m+1CmO
m= 2, 3, 4 n= 4, 5, 6
2,3-2FOCmCn
F F
CmH2m+1 C6H13
m= 2, 3
2,3-2FC6Cm
第一部分為合成一端為烷氧基，另一端為烷基之含鄰二氟側邊取 代之棒狀液晶分子；第二部分為合成聯苯基端碳數少於6之鄰二氟側 邊取代之棒狀液晶分子。兩系列化合物皆不含分子主軸兩端碳數相同 之末端基，以避免因分子對稱性高而導致熔點與均相點溫度過高。