JP5523657B2 - 安定化した液晶材料およびこれを用いた液晶素子 - Google Patents

Description

本発明は、ＴＮ（捩れネマティック）型液晶素子、ＳＴＮ（超捩れネマティック）型液晶素子、ＦＬＣＤ（強誘電性液晶ディスプレイ）、ＰＤＬＣ（ポリマー分散型液晶）型液晶素子に代表される表示素子に用いられる液晶材料の安定化法、及び該安定化法を用いることにより、安定化された液晶材料並びにこれらの液晶材料を用いた液晶素子に関する。

近年、情報化社会の進展に伴い、各種の表示素子はマン―マシーンインターフェースの一つとして、その重要性がますます高まっている。このような中で平面ディスプレイ、特に液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、薄型・軽量・低電圧駆動・低消費電力などの特徴を有していることから急速に普及してきている。液晶ディスプレイはその名が示す通り、その表示部分に液晶組成物を利用しており、液晶組成物はいわば液晶ディスプレイの中核を成す構成部品であると言うことが出来る。
また、液晶組成物は有機化合物から構成されている。これが精密な電気製品に組み込まれていることは液晶組成物に次のことを要求する。液晶組成物は、液晶ディスプレイの製造工程の苛酷な条件に耐え得ることが出来る安定性を有し、また、製造された液晶ディスプレイが長期にわたってその優れた性能を安定に示すためには、液晶組成物もその使用期間に於て物性が変化しない長期安定性を有することが必要である。即ち、液晶組成物は、液晶ディスプレイの製造工程にある１００℃以上の熱に数時間耐えなければならず、さらに数千時間から数万時間に及ぶ使用期間にわたって安定である必要がある。この条件は、有機化合物である液晶組成物にとって非常に苛酷であり、優れた特性を有していてもこの安定性の条件を満足できないために、実際に液晶ディスプレイに使用することの出来る液晶化合物は限られたものになっている。
一方、情報社会の到来に伴い、液晶表示素子の高性能化が不可欠になっており、例えば、液晶表示素子の高速化に対しては、屈折率異方性に優れた液晶材料が必要とされ、例えば、特開平７−５３４１７号公報には、

等、各種の液晶化合物が見い出されている。

しかしながら、液晶表示素子の高性能化に伴う各種の液晶化合物又はそれらの混合物の安定化法については、これ迄に有効な方法は見い出されていない。

本発明者らは、屈折率異方性に優れた液晶材料に適した液晶化合物又はそれらの混合物の安定化法について鋭意検討した結果、酸化防止剤及び／又は光安定剤が有効であることを見い出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、下記一般式（１）

〔式中、Ｍ及びＮは、各々独立に，

を表し、Ｚ¹ 及びＺ² は、各々独立に、単結合、−Ｏ−、−ＣＨ₂ ＣＨ₂ −、−ＣＯＯ−又は−ＯＣＯ−を表し、Ｘ¹ 、Ｘ² 、Ｘ³ 、Ｘ⁴ 、Ｙ¹ 、Ｙ² 、Ｙ³ 及びＹ⁴ は、各々独立にＣＨ、ＣＦ又はＮを表し、Ｗは単結合、−ＣＨ₂ ＣＨ₂ −、−ＣＦ₂ ＣＦ₂ −、−ＣＦ₂ ＣＨ₂ −、−ＣＨ₂ ＣＦ₂ −

を表し、Ｌは

を表し、ａ、ｂ、ｃ又はｄは、０又は１を表し、Ｒは水素原子、フッ素原子、トリフルオロメチル基、ジフルオロメチル基、モノフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、モノフルオロメトキシ基、シアノ基、Ｃ₁ 〜Ｃ₁₂アルキル基、Ｃ₁ 〜Ｃ₁₂アルコキシ基、Ｃ₂ 〜Ｃ₁₂アルケニル基又はＣ₂ 〜Ｃ₁₂アルコキシアルキル基を表し、Ｒ’は光学活性を示す不斉炭素を含んでいてもよいＣ₁ 〜Ｃ₁₂アルキル基、Ｃ₁ 〜Ｃ₁₂アルコキシ基、Ｃ₂〜Ｃ₁₂アルケニル基又はＣ₂ 〜Ｃ₁₂アルコキシアルキル基を表す。また、Ｗが単結合である場合は、Ｒ’はフッ素原子、トリフルオロメチル基、ジフルオロメチル基、モノフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、モノフルオロメトキシ基又はシアノ基でもよい。〕
で示される化合物又はそれらを少なくとも１種含有する組成物と、酸化防止剤を少なくとも１種及び／又は光安定剤を少なくとも１種を混合することを特徴とする液晶材料の安定化方法及びそれを用いて安定化された液晶材料、並びに該液晶材料を一対の電極板間に挟持してなる液晶素子を提供する。
以下に本発明について詳しく説明する。

発明の実施の形態

本発明における液晶材料中の酸化防止剤及び／又は光安定剤の含有率は、０．００１〜５重量％である。

本発明において酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤、ホスファイト系酸化防止剤、ホスフォナイト系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤等が挙げられ、光安定剤としては、ヒンダードアミン系光安定剤、ベンゾフェノン系光安定剤、トリアゾール系光安定剤、ニッケル系消光剤等が挙げられる。

本発明においてフェノール系酸化防止剤としては、特に限定されないが、下記の構造を部分構造として有する化合物が例示される。
式１

〔式中、Ｒ¹ 及びＲ² は各々独立に、水素原子又はアルキル基を表す。〕
好ましい具体例としては、
２，６―ジ―ｔ―ブチル―４―メチルフェノール、
オクタデシル―３―（３，５―ジ―ｔ―ブチル―４―ヒドロキシフェニル）プロピオネート、
２，２’―メチレンビス（６―ｔ―ブチル―４―メチルフェノール）、
２―ｔ―ブチル―６―（３―ｔ―ブチル―２―ヒドロキシ―５―メチルベンジル）―４―メチルフェニルアクリレート、
２―［１―（２―ヒドロキシ―３，５―ジ―ｔ―ペンチルフェニル）エチル］―４，６―ジ―ｔ―ペンチルフェニルアクリレート、
４，４’―ブチリデンビス（６―ｔ―ブチル―３―メチルフェノール）、
３，９’―ビス［２―｛３―（３―ｔ―ブチル―４―ヒドロキシ―５―メチルフェニル）プロピオニルオキシ｝―１，１―ジメチルエチル］―２，４，８，１０―テトラオキサスピロ［５・５］ウンデカン、
２―（３，５―ジ―ｔ―ブチル―４―ヒドロキシアニリノ）―４，６―ビス（ｎ―オクチルチオ）―１，３，５―トリアジン、
２，２’―エチリデンビス（４，６―ジ―ｔ―ブチルフェノール）、
２，２’―エチリデンビス（４―ｓｅｃ―ブチル―６―ｔ―ブチルフェノール）、

２，２’―チオビス（６―ｔ―ブチル―３―メチルフェノール）、
１，１，３―トリス（５―ｔ―ブチル―４―ヒドロキシ―２―メチルフェニル）ブタン、
ビス［２―ｔ―ブチル―４―メチル―６―（３―ｔ―ブチル―２―ヒドロキシ―５―メチルベンジル）フェニル］テレフタレート、
テトラキス［メチレン―３―（３，５―ジ―ｔ―ブチル―４―ヒドロキシフェニル）プロピオネート］メタン、
２，２’―チオジエチレンビス［３―（３，５―ジ―ｔ―ブチル―４―ヒドロキシフェニル）プロピオネート］、
トリエチレングリコールビス［３―（３―ｔ―ブチル―４―ヒドロキシ―５―メチルフェニル）プロピオネート］、
１，６―ヘキサンジオールビス［３―（３，５―ジ―ｔ―ブチル―４―ヒドロキシフェニル）プロピオネート］、
１，３，５―トリス（３，５―ジ―ｔ―ブチル―４―ヒドロキシベンジル）イソシアヌレート、
１，３，５―トリス［２―｛３―（３，５―ジ―ｔ―ブチル―４―ヒドロキシフェニル）プロピオニルオキシ｝エチル］イソシアヌレート、
１，３，５―トリス（４―ｔ―ブチル―３―ヒドロキシ―２，６―ジメチルベンジル）イソシアヌレート、
１，３，５―トリス（３，５―ジ―ｔ―ブチル―４―ヒドロキシベンジル）―２，４，６―トリメチルベンゼン
等が挙げられる。

また、本発明においてイオウ系酸化防止剤としては、特に限定されないが、下記の式２、式３の化合物が例示される。
式２

Ｓ−（ＣＨ₂ ＣＨ₂ −ＣＯＯＲ³)₂ （式２）
〔式中、Ｒ³ はアルキル基を、好ましくは、Ｃ₁₂〜Ｃ₁₈のアルキル基を表す。〕
式３

〔式中、Ｒ⁴ はアルキル基を、好ましくは、Ｃ₁₂のアルキル基を表す。〕
好ましい具体例としては、
ジラウリル ３，３’―チオジプロピオネート、
ジミリスチル ３，３’―チオジプロピオネート、
ジステアリル ３，３’―チオジプロピオネート、
テトラキス（３―ラウリルチオプロピオニルオキシメチル）メタン
等が挙げられる。
さらに、本発明においてホスファイト系酸化防止剤及びホスフォナイト系酸化防止剤としては、特に限定されないが、下記の式４乃至式９の化合物が例示される。
式４
Ｐ−（ＯＲ⁵）₃ （式４）
〔式中、Ｒ⁵ は置換されていてもよいアルキル基又はアリール基を表す。〕
式５及び式６

〔式中、Ｒ⁶ は置換されていてもよいアルキル基又はアリール基を表し、Ｒ⁷、Ｒ⁸ 及びＲ⁹ は、各々独立に、水素原子又はＣ₁ 〜Ｃ₈ アルキル基を表し、Ｒ¹⁰はフッ素原子又はアルキル基を表し、Ｘは単結合、酸素原子又は窒素原子を表す。〕

〔式中、Ｒ¹¹及びＲ¹²は、各々独立に、水素原子又はアルキル基を表し、Ｒ¹³は水素原子又はアルキル基を表す。但し、Ｒ¹³が水素原子である場合、

という共鳴構造が存在し、ホスフィネート化合物になっている。〕
好ましい具体例としては、
トリス（ノニルフェニル） ホスファイト、
トリス（２，４―ジ―ｔ―ブチルフェニル） ホスファイト、テトラキス（２，４―ジ―ｔ―ブチルフェニル） ４，４’―ビフェニレンジホスフォナイト、
ビス（２，４―ジ―ｔ―ブチルフェニル） ペンタエリスリトール ジホスファイト、
ビス（２，６―ジ―ｔ―ブチルフェニル） ペンタエリスリトール ジホスファイト、
ジステアリル ペンタエリスリトール ジホスファイト、
フェニル ジイソオクチル ホスファイト、
フェニル ジイソデシル ホスファイト、
フェニル ジ（トリデシル） ホスファイト、
ジフェニル イソオクチル ホスファイト、
ジフェニル イソデシル ホスファイト、
ジフェニル トリデシル ホスファイト、
４，４’―イソプロピリデンビス（フェニルジアルキル ホスファイト）、
２，２’―メチレンビス（４，６―ジ―ｔ―ブチルフェニル）オクチル ホスファイト、
２，２’―エチリデンビス（４，６―ジ―ｔ―ブチルフェニル）フルオロホスフォナイト
等が挙げられる。
本発明においてヒンダードアミン系光安定剤としては、特に限定されないが、下記の構造を部分構造として有する化合物が例示される。
式１０

好ましい具体例としては、
ビス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル） セバケート、
ビス（Ｎ−メチル−２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル） セバケート、
Ｎ，Ｎ’ビス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）−１，６−ヘキサメチレンジアミン、
２−メチル−２−（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）アミノ−Ｎ−（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）プロピオンアミド、
テトラキス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル） （１，２，３，４−ブタンテトラカルボキシレート、
ポリ〔｛６−（１，１，３，３−テトラメチルブチル）イミノ−１，３，５−トリアジン−２，４−ジイル｝｛（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）イミノ｝ヘキサメチル｛（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）イミノ｝〕、
ポリ〔（６−モルホリノ−１，３，５−トリアジン−２，４−ジイル）｛（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）イミノ｝ヘキサメチン｛（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）イミノ｝〕、
コハク酸ジメチルと １−（２−ヒドロキシエチル）−４−ヒドロキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジンとの重縮合物、
Ｎ，Ｎ’４，７−テトラキス〔４，６−ビス｛Ｎ−ブチル−Ｎ−（１，２，２，６，６−ペンタメチル−４−ピペリジル）アミノ｝−１，３，５−トリアジン−２−イル〕−４，７−ジアザデカン−１，１０−ジアミン
等が挙げられる。
本発明において、ベンゾフェノン系光安定剤としては、特に限定されないが、下記の構造を部分構造として有する化合物が例示される。
式１１

具体例としては、２，４−ジヒドロキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン等が挙げられる。

本発明において、トリアゾール系光安定剤としては、特に限定されないが、下記の構造を部分構造として有する化合物が例示される。
式１２

具体例としては、２−（２−ヒドロキシ−５−メトキシフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（２−ヒドロキシ−３，５−ｔ−ブチルフェニル）ベンゾトリアゾール等が挙げられる。
本発明において、ニッケル系消光剤としては、特に限定されないが、基本骨格として有機ニッケル系が挙げられ、具体例としては、ニッケルジブチルジチオカルバメート等が挙げられる。

液晶材料としては、例えば、フッ素置換されていてもよいアルキル基、フッ素置換されていてもよいアルケニル基、フッ素置換されていてもよいアルキニル基、フッ素置換されていてもよいアルコキシ基、フッ素置換されていてもよいアルコキシアルキル基、フッ素原子若しくはシアノ基を、置換基として有するビフェニル系、同フェニルシクロヘキサン系、同トラン系、同スチルベン系又は同ターフェニル系の化合物、又はそれらの混合物等が挙げられる。
さらに、下記の化合物を例示することができる。

Ｒは水素原子、フッ素原子、トリフルオロメチル基、ジフルオロメチル基、モノフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、モノフルオロメトキシ基、シアノ基、Ｃ₁ 〜Ｃ₁₂アルキル基、Ｃ₁ 〜Ｃ₁₂アルコキシ基、Ｃ₂ 〜Ｃ₁₂アルケニル基又はＣ₂ 〜Ｃ₁₂アルコキシアルキル基を表し、Ｒ’はＣ₁ 〜Ｃ₁₂アルキル基、Ｃ₁ 〜Ｃ₁₂アルコキシ基、Ｃ₂ 〜Ｃ₁₂アルケニル基又はＣ₂ 〜Ｃ₁₂アルコキシアルキル基を表し、Ｗは単結合の場合は、フッ素原子、トリフルオロメチル基、ジフルオロメチル基、モノフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、モノフルオロメトキシ基又はシアノ基であってもよい。また、上記化合物の芳香環はフッ素原子で置換されていてもよい。〕

[発明の効果]
本発明は、ＴＮ（捩れネマティック）型液晶素子、ＳＴＮ（超捩れネマティック）型液晶素子、ＦＬＣＤ（強誘電性液晶ディスプレイ）、ＰＤＬＣ（ポリマー分散型液晶）型液晶素子に代表される表示素子に用いられる液晶組成物の安定化法として有用である。また、当該安定化法を用いた、安定化された液晶組成物及びこれらの液晶組成物を用いた液晶素子を提供することが出来る。

次に本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
実施例１〜 は、液晶化合物に、酸化防止剤を２重量％添加し、空気中、暗所で耐熱試験（１５０℃、２時間）を行った後、液体クロマトグラフィー（カラムＳＵＭＩＰＡＸ ＱＳＤＡ−２１２ ６ｍｍπＸ１５ｃｍ，２５４ｎｍ，ＭｅＣＮｅｌｕｔｉｏｎ）を用いて化合物の純度を定量した。

実施例１
４−（４−ペンチルシクロヘキシル）ベンズニトリル（５ＰＣＨ）５０ｍｇに、フェノール系酸化防止剤であるテトラキス〔メチレン−３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート〕メタンを２重量％添加し、空気中、暗所で耐熱試験（１５０℃、２時間）を行い、液体クロマトグラフィーによって回収率を求めた。比較として酸化防止剤を添加せずに同様の試験を行った。その結果を表１に示す。

実施例２
４−ペンチル−シアノビフェニル（５ＣＢ）５０ｍｇに、フェノール系酸化防止剤であるテトラキス〔メチレン−３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート〕メタンを２重量％添加し、空気中、暗所で耐熱試験（１５０℃、２時間）を行い、液体クロマトグラフィーにより求めた。比較として酸化防止剤を添加せずに同様の試験を行った。その結果を表２に示す。

実施例３〜６
４−（４−プロピルシクロヘキシル）ベンズニトリル（３ＰＣＨ）５０ｍｇに、酸化防止剤を２重量％添加し、空気中、暗所で耐熱試験（１５０℃、２時間）を行い、液体クロマトグラフィーにより求めた。比較として酸化防止剤を添加せずに同様の試験を行った。その結果を表３に示す。また、実施例５と比較例の液体クロマトグラムを図１及び図２に示す。

酸化防止剤
Ａ：ジミリスチル ３，３’−チオジプロピオネート
Ｂ：トリス（ノニルフェニル） ホスファイト（リン酸系酸化防止剤）２重量％
Ｃ／Ｄ：２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−メチルフェノール（フェノール系酸化防止剤１重量％／トリス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル） ホスファイト（リン酸系酸化防止剤）１重量％
Ｃ／Ｂ：２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−メチルフェノール（フェノール系酸化防止剤１重量％／トリス（ノニルフェニル） ホスファイト（リン酸系酸化防止剤）１重量％

実施例７
４−ペンチル−シアノビフェニル（５ＣＢ）（３００ｍｇ）に、ヒンダードアミン系安息香剤ビス（Ｎ−メチル−２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジン）セバケートを０．２重量％添加した。これをサンプル管に入れ、島津製作所製耐光性試験機サンテスタＸＦ−１８０にて１６時間光照射し、液体クロマトグラフィーにより回収率を求めた。比較として光安定剤を添加せずに同様の試験を行った。その結果を表４に示す。

実施例５で得られた液体クロマトグラムを示す。 実施例３〜６の比較例の液体クロマトグラムを示す。

Claims (4)

1. 下記一般式（１）
   

   

   〔式中、Ｍ及びＮは、各々独立に、
   

   

   を表し、Ｚ¹ 及びＺ² は、単結合を表し、Ｘ¹ 、Ｘ² 、Ｘ³ 、Ｘ⁴ 、Ｙ¹ 、Ｙ² 、Ｙ³ 及びＹ⁴ は，ＣＨを表し、Ｗは単結合を表し、Ｌは
   

   

   を表し、ａは１を表し、ｂ、ｃ又はｄは、０又は１を表し、ＲはＣ ₁ 〜Ｃ₁₂アルキル基、Ｃ₁ 〜Ｃ₁₂アルコキシ基、Ｃ₂ 〜Ｃ₁₂アルケニル基又はＣ₂ 〜Ｃ₁₂アルコキシアルキル基を表し、Ｒ’はフッ素原子、トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基又はシアノ基を表す。〕で示される化合物を光照射に対し安定化させる方法であって、式（１）で表される化合物又は式（１）で表される少なくとも１種の化合物を含む液晶組成物（但し、該液晶組成物はエポキシ樹脂を含まない）に、光安定剤を少なくとも１種を混合することを特徴とし、ここで光安定剤がビス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）セバケート又はビス（Ｎ−メチル−２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）セバケートである、前記方法。
2. 光安定剤がビス（Ｎ−メチル−２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジン）セバケートである、請求項１に記載の方法。
3. さらに酸化防止剤を少なくとも１種を混合する、請求項１または２に記載の方法。
4. 酸化防止剤が、フェノール系酸化防止剤、ホスファイト系酸化防止剤、ホスフォイト系酸化防止剤又はイオウ系酸化防止剤である請求項３記載の方法。

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