JP2019045185A

JP2019045185A - 帯電インジケータ

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Publication number: JP2019045185A
Application number: JP2017165520A
Authority: JP
Inventors: 長谷部　浩史; Hiroshi Hasebe; 浩史長谷部; 士朗谷口; Shiro Taniguchi; 偉呉; I Go
Original assignee: DIC Corp; Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 2017-08-30
Filing date: 2017-08-30
Publication date: 2019-03-22
Also published as: CN109425790A; US10788526B2; US20190064242A1

Abstract

【課題】本発明が解決しようとする課題は、外部電源の供給に頼らず、物質の帯電位の高低を簡易に視覚化し、それにより観測者が視覚的に物体の帯電量を知ることができる静電気インジケータを提供することにある。【解決手段】本発明者は、種々の検討を行った結果、液晶組成物を使用し、電位に対する液晶組成物の配向状態の変化が異なる領域を複数設けることで、その帯電位の高低を可視化することができる静電気インジケータを提供する。また、2次元、3次元的にインジケータを設置することで空間的な帯電位の高低分布をも可視化できる静電気インジケータを提供する。【選択図】図２

Description

本発明は帯電状態を可視化する帯電インジケータに関する。

静電気の帯電位の高低を状態を常に把握することは極めて重要である。例えば、化学工業では有機溶媒ガスの静電気による着火を抑止することは安全確保の点から重要である（特許文献１、２）。

帯電位の高低は、電極プローブ（電位センサー）を用いた測定器を用いれば行えるものの、外部から電源供給し電気回路を作動させなければならない。外部から電源を供給することは、電源のオンオフの切替時等に火花が飛ぶ危険があり、上記のような化学工業用途で用いるためには測定器自体に厳密なシールドをしなければならず装置が大掛かりになってしまうという問題やコスト高になってしまうという問題があった。

また、半導体製造業等では、半導体素子の静電気による破損を防ぐことは歩留まり向上の点から重要である。このような用途には、帯電位の分布を広い範囲にわたって知ることが必要である。帯電位を固定された一点で測定することは、通常用いられる電極プローブを用いた測定器を用いれば行えるものの、広い面積にわたって、またその帯電量を測定することが困難であった。これを解決するために、帯電位分布の測定には、プローブを平面的に走査（X-Y軸で機械的に移動させて）測定する方法が提案されているが、平面を走査するのに時間がかかり一瞬で測定できないという欠点や、平面走査を機械的に行うため機械的接触による火花発生が心配されること、また構成が複雑になってしまうので、結果としてコスト高になってしまうことや故障確率が高まってしまい、更には測定に際しての消費電力が大きくなってしまうという欠点があった（特許文献３）。

以上のような背景から、簡易に帯電位を知ることができるようにすることが強く求められている。

特開２００４−２２５２００特開平７−１５９４６７特開平１１−２１１７７１

本発明が解決しようとする課題は、外部電源の供給に頼らず、簡易に帯電位を可視化する静電気インジケータを提供することにある。

本発明者は、種々の検討を行った結果、液晶組成物を使用することにより、帯電位の高低を簡易に可視化する静電気インジケータを提供することが出来ることを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明の液晶組成物を使用した静電気インジケータは、帯電位の高低を簡易に知ることができる。また、その簡易性から一箇所だけでなく、2次元、3次元的にインジケータを設置することが極めて容易であり、空間的な帯電位の高低分布をも可視化できる。

本発明の静電気インジケータの原理の一例を模式的に示す図（近くに帯電物がない場合）本発明の静電気インジケータの原理の一例を模式的に示す図（近くに帯電物がある場合）本発明の静電気インジケータの構成の一例を模式的に示す図（液晶の誘電率異方性が領域毎に異なる場合）本発明の静電気インジケータの構成の一例を模式的に示す図（液晶の層厚が領域毎に異なる場合）本発明の静電気インジケータの構成の一例を模式的に示す図（液晶に印加される電界を領域毎に分圧する場合）本発明の静電気インジケータの構成の一例の等価回路図（液晶に印加される電界を領域毎に分圧する場合）ＩＴＯのパターニング図液晶組成物及び接着剤の滴下位置ＩＴＯパターニング基板とＩＴＯベタ基板の位置本発明の静電気インジケータの外観液晶組成物及び接着剤の滴下位置ＩＴＯパターニング基板とＩＴＯベタ基板の位置（基板短辺方向）ＩＴＯパターニング基板とＩＴＯベタ基板の位置（基板長辺方向）本発明の静電気インジケータの外観ＩＴＯのパターニング図液晶組成物及び接着剤の滴下位置本発明の静電気インジケータの外観

本発明の静電気インジケータは、帯電位の高低を簡易に可視化することができる。静電気インジケータは、それ自体が単独のものであっても、複数が集まって、１つの装置となっていても良い。また、静電気インジケータは、板状であっても、シート状であっても、帯状であってもよく、それらを設置する場合、そのまま設置することも出来るが、必要な範囲に適応させるため、切断して設置することも出来る。これらは、シート状や帯状の静電気インジケータをロール状にし、運搬することや、設置する際に設置場所に適した長さに切断することも含む。

静電気インジケータは、図１に示すように2つの電極間に挟持された液晶組成物を基本構造とし、一方の電極を基準としたい電位に接地（通常はアース）する。この状態で近傍に検知対象物となる帯電物が存在した場合には、図２に示すように接地していないもう一方の電極に静電誘導がおこるために２枚の基板間に電位差が発生し、この電位差に応じて液晶組成物の配向変化が誘起され、これを視覚的な変化として取り出すことによってインジケータとして作用する。この際に、帯電物１７は、接地した電極とは異なる電極１３を有する基板１１側に来るよう静電気インジケータを配置することが好ましい。これにより、液晶組成物１５は配向を変化する。帯電位の高低を可視化するためには、同じ帯電位であっても液晶組成物１５の配向変化の度合いが異なる最低２つの領域を設ければ良い。このような領域を設ける具体的な方法としては、
（１）領域毎に使用する液晶組成物について、異なる誘電率異方性（Δε）を持つものを使用する。
（２）領域毎に液晶組成物を含む液晶層について異なる層厚とする。
（３）領域毎に印加される複数の電極間の電圧を、静電誘導によって生じた電位差を抵抗器によって分圧したものとする。
（４）後述する電極を異なるものを使用する。
ことが挙げられる。

（１）は、図３に例示したように領域毎に異なるΔεを持つ液晶組成物を用いる静電気インジケータの例である。液晶組成物を挟持する２つの電極（１３と１４）間の電位差が同じである場合でも、領域ごとの液晶組成物のΔεの値が異なることから（１５Ａ、１５Ｂ及び１５Ｃはそれぞれ液晶組成物が異なり、Δεの値が異なる液晶組成物が存在する領域である。）、領域毎に異なる配向状態が得られることを利用したものである。Δεの絶対値が大きい液晶ほど静電誘導によって大きな配向変化がもたらされる。換言すれば、Δεの絶対値が小さい液晶組成物の配向変化を得られたときは、帯電位が高いということになる。正確には、帯電による配向変化の多寡は液晶組成物のΔεだけでなく、弾性定数にも影響を受けるが、通常、弾性定数の材料依存性はそれほど大きくないのでΔεの絶対値に留意して材料選定すれば良い。
（２）は、図４に例示したように領域毎に液晶組成物の厚み（ｄ）を変えた静電気インジケータの例である。２つの電極間（１３Ａと１４、１３Ｂと１４、１３Ｃと１４）の電位差が同じであっても、ｄが異なると液晶組成物に印加される電界が異なることを利用したものである。ｄが薄いほど静電誘導によって大きな配向変化がもたらされる。ｄは段階的に切り替えても良いし、連続的に変化させても良い。
（３）は、図５に例示したように領域毎に印加される複数の電極間の電圧を、静電誘導によって生じた電位差を抵抗器によって分圧したものとすることによって、領域毎に異なる配向状態が得られることを利用したものである。図６に図５の等価回路を示した。液晶組成物は誘電体であるため、２つの電極に挟持されるとコンデンサを構成する。つまり、領域１５Ｇにおいて電極１３Ｄと共通電極１４に挟持された液晶組成物（１８Ｇ）、領域１５Ｈにおいて電極１３Ｅと共通電極１４に挟持された液晶組成物（１８Ｈ）、領域１５Ｉにおいて電極１３Ｆと共通電極１４に挟持された液晶組成物（１８Ｉ）はそれぞれコンデンサを形成する。電極１３Ｄの一部のみ液晶セルの外側に露出させることによって、電極１３Ｄのみ誘導帯電するように設置し、更に等価回路に示したように抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３と結線すれば静電誘導によって生じた領域１５Ｇにおける電位差を分圧して、領域１５Ｈ、領域１５Ｉの電極間に印加することができる。例えば、抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の抵抗値を同じに設定すれば、領域１５Ｈには領域１５Ｇにおける電位差の２／３、領域１５Ｉには領域１５Ｇにおける電位差の１／３に電位差が印加されることになる。これにより、液晶組成物１５のΔεの値に対応して、液晶組成物の配向が各領域で変化し、帯電量が視覚化される。
（４）は、実施形態の1つとして、液晶層の帯電した物質側とそれに対向する側に電極を設け、帯電した物質側の素材を変えることにより、誘電的な効果を部分的に変えることが出来る。

静電気インジケータは、液晶組成物を使用する。液晶組成物が静電気により、配向状態を変化させることを利用し、その帯電位の高低を可視化する。液晶組成物の配向状態の変化を可視化する方法としては、配向状態の変化により屈折率異方性（Δｎ）の変化を利用するものでもよく、偏光状態の変化を利用するものでもよく、透過・散乱を制御するものでもよく、液晶組成物に色素を添加するいわゆるゲストホスト方式でもよい。
（液晶組成物）
使用する液晶組成物は、液晶組成物の誘電率異方性（Δε）の値が正のいわゆるｐ型液晶組成物であっても、Δεの値が負のいわゆるｎ型液晶組成物であっても良い。これら液晶組成物は、一般式（Ｊ）で表される化合物、一般式（Ｎ−１）で表される化合物及び一般式（Ｌ）で表される化合物から選ばれる化合物を適宜組み合わせて使用することが出来る。

異なるΔεを持つ液晶組成物を使用する場合、その絶対値は実用的な液晶組成物としては-１０〜２０であるが、そのΔεの値の差は、１以上とすることが好ましく、１０以下とすることが好ましく、
あまり差が小さいと、帯電位の高低が細かすぎてわかりづらいというデメリットがあり、あまり大きくすると、液晶組成物の粘度が大きくなり反応速度が遅くなる、また帯電位の高低が大まか過ぎてわかりづらくなるデメリットがある。

ｐ型液晶組成物は、一般式（Ｊ）で表される化合物を１種類又は２種類以上含有することが好ましい。これら化合物は誘電的に正の化合物（Δεが２より大きい。）に該当する。

（式中、Ｒ^Ｊ１は炭素原子数１〜８のアルキル基を表し、該アルキル基中の１個又は非隣接の２個以上の−ＣＨ_２−はそれぞれ独立して−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−又は−ＯＣＯ−によって置換されていてもよく、
ｎ^Ｊ１は、０、１、２、３又は４を表し、
Ａ^Ｊ１、Ａ^Ｊ２及びＡ^Ｊ３はそれぞれ独立して、
（ａ）１，４−シクロヘキシレン基（この基中に存在する１個の−ＣＨ_２−又は隣接していない２個以上の−ＣＨ_２−は−Ｏ−に置き換えられてもよい。）
（ｂ）１，４−フェニレン基（この基中に存在する１個の−ＣＨ＝又は隣接していない２個以上の−ＣＨ＝は−Ｎ＝に置き換えられてもよい。）及び
（ｃ）ナフタレン−２，６−ジイル基、１，２，３，４−テトラヒドロナフタレン−２，６−ジイル基又はデカヒドロナフタレン−２，６−ジイル基（ナフタレン−２，６−ジイル基又は１，２，３，４−テトラヒドロナフタレン−２，６−ジイル基中に存在する１個の−ＣＨ＝又は隣接していない２個以上の−ＣＨ＝は−Ｎ＝に置き換えられても良い。）
からなる群より選ばれる基を表し、上記の基（ａ）、基（ｂ）及び基（ｃ）はそれぞれ独立してシアノ基、フッ素原子、塩素原子、メチル基、トリフルオロメチル基又はトリフルオロメトキシ基で置換されていても良く、
Ｚ^Ｊ１及びＺ^Ｊ２はそれぞれ独立して単結合、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−（ＣＨ_２）_４−、−ＯＣＨ_２−、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＯＣＦ_２−、−ＣＦ_２Ｏ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−又は−Ｃ≡Ｃ−を表し、
ｎ^Ｊ１が２、３又は４であってＡ^Ｊ２が複数存在する場合は、それらは同一であっても異なっていても良く、ｎ^Ｊ１が２、３又は４であってＺ^Ｊ１が複数存在する場合は、それらは同一であっても異なっていても良く、
Ｘ^Ｊ１は、水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、トリフルオロメトキシ基又は２，２，２−トリフルオロエチル基を表す。）
ｎ型液晶組成物は、一般式（Ｎ−１）で表される化合物から選ばれる化合物を１種類又は２種類以上含有することが好ましい。これら化合物は誘電的に負の化合物（Δεの符号が負で、その絶対値が２より大きい。）に該当する。

（式中、Ｒ^Ｎ１１、Ｒ^Ｎ１２、はそれぞれ独立して炭素原子数１〜８のアルキル基を表し、該アルキル基中の１個又は非隣接の２個以上の−ＣＨ_２−はそれぞれ独立して−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−又は−ＯＣＯ−によって置換されていてもよく、
Ａ^Ｎ１１、Ａ^Ｎ１２、はそれぞれ独立して
（ａ）１，４−シクロヘキシレン基（この基中に存在する１個の−ＣＨ_２−又は隣接していない２個以上の−ＣＨ_２−は−Ｏ−に置き換えられてもよい。）及び
（ｂ）１，４−フェニレン基（この基中に存在する１個の−ＣＨ＝又は隣接していない２個以上の−ＣＨ＝は−Ｎ＝に置き換えられてもよい。）
（ｃ）ナフタレン−２，６−ジイル基、１，２，３，４−テトラヒドロナフタレン−２，６−ジイル基又はデカヒドロナフタレン−２，６−ジイル基（ナフタレン−２，６−ジイル基又は１，２，３，４−テトラヒドロナフタレン−２，６−ジイル基中に存在する１個の−ＣＨ＝又は隣接していない２個以上の−ＣＨ＝は−Ｎ＝に置き換えられても良い。）
（ｄ）１，４−シクロヘキセニレン基
からなる群より選ばれる基を表し、上記の基（ａ）、基（ｂ）、基（ｃ）及び基（ｄ）はそれぞれ独立してシアノ基、フッ素原子又は塩素原子で置換されていても良く、
Ｚ^Ｎ１１、Ｚ^Ｎ１２、はそれぞれ独立して単結合、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−（ＣＨ_２）_４−、−ＯＣＨ_２−、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＯＣＦ_２−、−ＣＦ_２Ｏ−、−ＣＨ＝Ｎ−Ｎ＝ＣＨ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＦ＝ＣＦ−又は−Ｃ≡Ｃ−を表し、
ｎ^Ｎ１１、ｎ^Ｎ１２、はそれぞれ独立して０〜３の整数を表すが、ｎ^Ｎ１１＋ｎ^Ｎ１２はそれぞれ独立して１、２又は３であり、Ａ^Ｎ１１〜Ａ^Ｎ１２、Ｚ^Ｎ１１〜Ｚ^Ｎ１２が複数存在する場合は、それらは同一であっても異なっていても良い。）
本発明の液晶組成物は、一般式（Ｌ）で表される化合物を１種類又は２種類以上含有することが好ましい。一般式（Ｌ）で表される化合物は誘電的にほぼ中性の化合物（Δεの値が−２〜２）に該当する。

（式中、Ｒ^Ｌ１及びＲ^Ｌ２はそれぞれ独立して炭素原子数１〜８のアルキル基を表し、該アルキル基中の１個又は非隣接の２個以上の−ＣＨ_２−はそれぞれ独立して−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−又は−ＯＣＯ−によって置換されていてもよく、
ｎ^Ｌ１は０、１、２又は３を表し、
Ａ^Ｌ１、Ａ^Ｌ２及びＡ^Ｌ３はそれぞれ独立して
（ａ）１，４−シクロヘキシレン基（この基中に存在する１個の−ＣＨ_２−又は隣接していない２個以上の−ＣＨ_２−は−Ｏ−に置き換えられてもよい。）及び
（ｂ）１，４−フェニレン基（この基中に存在する１個の−ＣＨ＝又は隣接していない２個以上の−ＣＨ＝は−Ｎ＝に置き換えられてもよい。）
（ｃ）ナフタレン−２，６−ジイル基、１，２，３，４−テトラヒドロナフタレン−２，６−ジイル基又はデカヒドロナフタレン−２，６−ジイル基（ナフタレン−２，６−ジイル基又は１，２，３，４−テトラヒドロナフタレン−２，６−ジイル基中に存在する１個の−ＣＨ＝又は隣接していない２個以上の−ＣＨ＝は−Ｎ＝に置き換えられても良い。）
からなる群より選ばれる基を表し、上記の基（ａ）、基（ｂ）及び基（ｃ）はそれぞれ独立してシアノ基、フッ素原子又は塩素原子で置換されていても良く、
Ｚ^Ｌ１及びＺ^Ｌ２はそれぞれ独立して単結合、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−（ＣＨ_２）_４−、−ＯＣＨ_２−、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＯＣＦ_２−、−ＣＦ_２Ｏ−、−ＣＨ＝Ｎ−Ｎ＝ＣＨ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＦ＝ＣＦ−又は−Ｃ≡Ｃ−を表し、
ｎ^Ｌ１が２又は３であってＡ^Ｌ２が複数存在する場合は、それらは同一であっても異なっていても良く、ｎ^Ｌ１が２又は３であってＺ^Ｌ２が複数存在する場合は、それらは同一であっても異なっていても良いが、一般式（Ｎ−１）及び（Ｊ）で表される化合物を除く。）
組成物は、室温（２５℃）において液晶相を呈することが好ましく、ネマチック相を呈することが更に好ましい。

組み合わせることができる化合物の種類に特に制限は無いが、低温での溶解性、転移温度、電気的な信頼性、複屈折率などの所望の性能に応じて組み合わせて使用する。使用する化合物の種類は、例えば本発明の一つの実施形態としては１種類であり、２種類であり、３種類である。またさらに、本発明の別の実施形態では４種類であり、５種類であり、６種類であり、７種類以上である。

感度を向上させるためには、液晶組成物のΔεの絶対値を大きくすること及び液晶組成物の粘度（η）を低下させることが好ましく、Δεの絶対値を大きくするためには一般式（Ｎ−１）及び（Ｊ）で表される化合物の含有量を多くすることが好ましく、ηを小さくするには、一般式（Ｌ）で表される化合物の含有量を多くすることが好ましい。

検知対象物の帯電位が低下した際に、元の配向状態に戻る速度を早くするためには、液晶組成物の電圧保持率をあまり高くしないことが好ましい。このような場合には上記一般式（J）や（N-1）中の基（ａ）（ｂ）（ｃ）の極性置換基としてシアノ基を使用することが好ましい。電圧保持率の具体的な値としては、セルギャップ5μmの液晶セルに注入し、室温（25℃）にて駆動電圧5V、フレーム時間16．6ms、電圧印加時間64μsで測定したとき、20〜95％の範囲にあることが好ましく、40〜90％の範囲にあることが更に好ましく、50〜80％の範囲にあることが特に好ましい。また、検知対象物の帯電位が低下した際に、元の配向状態に戻る速度を速くするためには液晶組成物の比抵抗をあまり高くしないことも好ましい。このような場合にも記一般式（J）や（N-1）中の基（ａ）（ｂ）（ｃ）の極性置換基としてシアノ基を使用することが好ましい。具体的には25℃において1×10⁷〜1×10¹²cmΩの範囲があるのが好ましく、1×10⁸〜1×10¹¹cmΩの範囲にあることが更に好ましく、5×10⁸〜5×10¹⁰cmΩの範囲があるのが特に好ましい。

検知対象物の帯電位が低下しても、帯電があったことを保持・記憶させることにより瞬間の帯電状態をあとから解析することなどを目的とする場合には、液晶組成物の電圧保持率を高くすることが好ましい。このような場合には上記一般式（J）や（N-1）中の基（ａ）（ｂ）（ｃ）の極性置換基としてフッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、トリフルオロメトキシ基又は２，２，２−トリフルオロエチル基を使用することが好ましく、フッ素原子が更に好ましい。電圧保持率の具体的な値としては、セルギャップ5μmの液晶セルに注入し、室温（25℃）にて駆動電圧5V、フレーム時間16．6ms、電圧印加時間64μsで測定したとき、95％以上であることが好ましく、97％以上であることが更に好ましく、99％以上であることが特に好ましい。検知対象物の帯電位が低下しても、帯電があったことを保持・記憶させることにより瞬間の帯電状態をあとから解析することなどを目的とする場合には、液晶組成物の電圧保持率を高くすることが好ましい。このような場合にも上記一般式（J）や（N-1）中の基（ａ）（ｂ）（ｃ）の極性置換基としてフッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、トリフルオロメトキシ基又は２，２，２−トリフルオロエチル基を使用することが好ましく、フッ素原子が更に好ましい。
具体的には1×10¹²cmΩ以上であることが好ましく、1×10¹³cmΩ以上であることが更に好ましく、1×10¹⁴cmΩ以上であること特に好ましい。

液晶層の層厚は、3〜100μｍの範囲に設定することが好ましく、5〜50μｍの範囲に設定することが更に好ましい。

複数の領域において液晶層の層厚を変化させる場合、層厚の変化幅は20％〜100％の範囲にあることが好ましい。20％以下であると帯電位の高低が細かすぎて分かりづらく、100％以上であると帯電位の高低が大まかすぐて分かりづらくなる。

液晶組成物に色素を添加する場合には通常使用される２色性色素を好適に用いることができる。２色性色素といては、アゾ系又はアントラキノン系色素が好ましい。この方式では、後述する偏光板を用いる必要がないため、装置の構成が単純になり、好ましい。二色性色素としては三井化学ファイン（株）のＳＩ−４８６（黄）、ＳＩ−４２６（赤）、Ｍ−４８３（青）、Ｍ−４１２（青）、Ｍ−８１１（青）、Ｓ−４２８（黒）、Ｍ−１０１２（黒）、三菱化学（株）のＬＳＹ−１１６（黄）、ＬＳＲ−４０１（マゼンタ）、ＬＳＲ−４０６（赤）、ＬＳＲ−４２６（紫）、ＬＳＢ−２７８（青）、ＬＳＢ−３５０（青）、ＬＳＲ−４２６（シアン）等を挙げることができる。

また、透過・散乱を制御する方式では、いわゆる高分子分散型液晶とすることが好ましい。高分子鎖中に液晶組成物が分散するよう、重合性化合物を添加した液晶組成物を使用し、重合性化合物を硬化させることにより高分子分散型液晶とすることが出来る。
（基材）
本発明における静電気インジケータに用いられる基材は、液晶デバイス、ディスプレイ、光学部品や光学フィルムに通常使用する基材が好適に使用できる。そのような基材としては、ガラス基材、金属基材、セラミックス基材やプラスチック基材等の有機材料が挙げられる。特に基材が有機材料の場合、セルロース誘導体、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリアリレート、ポリエーテルサルホン、ポリイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテル、ナイロン又はポリスチレン等が挙げられる。中でもポリエステル、ポリスチレン、ポリオレフィン、セルロース誘導体、ポリアリレート、ポリカーボネート等のプラスチック基材が好ましい。基材の形状としては、平板の他、曲面を有するものであっても良い。これらの基材は、必要に応じて、電極層、反射防止機能、反射機能を有していてもよい。少なくとも液晶組成物と観測者との間に存在する基材は透明であることが好ましい。

基材は屈曲性を有していることが好ましい。屈曲性を有することで、静電気インジケータを運搬する際にロール状にすることが出来、静電気を観測する対象物の形状や設置場所の形状に応じて湾曲させることが出来好ましい。
（電極）
電極は、単独であっても、２個以上が１組となっていても良い。単独である場合にはその電極は接地されていることが好ましく。複数の電極を使用する場合には、少なくとも１つが接地されていることが好ましい。複数の電極を使用する場合には、接地されている１つの電極に対し、その対極に接地されていない複数の電極があってもよく、接地されていない１つの電極に対し、その対極に接地されている複数の電極があってもよい。

電極は、静電気インジケータが２枚の基材が液晶組成物を挟持した形状である場合に、片方の基材に接地されている電極、他方の基材に接地されていない電極があってもよく、片方の基板にのみ接地されている電極及び接地されていない電極の両方があってもよい。より好ましくは、片方の基材に接地されている電極、他方の基材に接地されていない電極がある形態である。

複数の領域において、静電誘導によって生じた電位差を抵抗器によって分圧したものとする場合には、外部に抵抗器を付加してもよいし、電極のパターニングを工夫して電極の一部を抵抗器として使用しても良い。電極のパターニングの工夫；すなわち電極の一部を極めて細くする、もしくはジグザグ状にして距離を長くするなどすることによって抵抗器とすることは、外部に抵抗器を付加する必要が無いことから好ましい。分圧をなすための抵抗器は、1MΩ以上が好ましく、5MΩ以上が好ましい。1MΩ以下であると、静電誘導に生じた電位差が直ぐに消失してしまう傾向がある。

本発明の静電気インジケータにおいて、透明電極の材料としては、導電性の金属酸化物を用いることができ、金属酸化物としては酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウムスズ（Ｉｎ_２Ｏ_３―ＳｎＯ_２）、酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ_２Ｏ_３―ＺｎＯ）、ニオブ添加二酸化チタン（Ｔｉ_1-xＮｂ_xＯ_２）、フッ素ドープ酸化スズ、グラフェンナノリボン又は金属ナノワイヤー等が使用できるが、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウムスズ（Ｉｎ_２Ｏ_３―ＳｎＯ_２）又は酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ_２Ｏ_３―ＺｎＯ）が好ましい。これらの透明導電膜のパターニングには、フォト・エッチング法やマスクを用いる方法などを使用することができる。少なくとも液晶組成物と観測者との間に存在する電極は透明であることが好ましい。
（液晶組成物の配向）
液晶組成物の配向状態としては、接地した電極と接地していない電極間の電位差がおおよそ０Ｖである際に、基材に対しておおよそ垂直配向していてもよく、おおよそ水平配向していても良い。ｐ型液晶組成物を使用する際は、水平配向していることが好ましく。ｎ型液晶組成物を使用する際は垂直配向していることが好ましい。
（配向処理）
また、液晶組成物の配向を制御するために、上記基材には、配向処理を行っているか、又は配向膜が設けられていても良い。配向処理としては、延伸処理、ラビング処理、偏光紫外もしくは可視光照射処理、イオンビーム処理、基材へのＳｉＯ_２の斜方蒸着処理、等が挙げられる。配向膜を用いる場合、配向膜は公知慣用のものが用いられる。そのような配向膜としては、ポリイミド、ポリシロキサン、ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリフェニレンエーテル、ポリアリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルホン、エポキシ樹脂、エポキシアクリレート樹脂、アクリル樹脂、クマリン化合物、カルコン化合物、シンナメート化合物、フルギド化合物、アントラキノン化合物、アゾ化合物、アリールエテン化合物等の化合物が挙げられる。ラビングにより配向処理する化合物は、配向処理、もしくは配向処理の後に加熱工程を入れることで材料の結晶化が促進されるものが好ましい。ラビング以外の配向処理を行う化合物の中では光配向材料を用いることが好ましい。

配向膜は、基板上に前記配向膜材料をスピンコート法などの方法により塗布して樹脂膜を形成することが一般的であるが、一軸延伸法、ラングミュア・ブロジェット法等を用いることもできる。

また、配向膜材料として、重合性液晶組成物をホモジニアス配向させた状態で、重合させた光学異方体（ポジティブＡプレート）を水平配向膜として利用しても良く、重合性液晶組成物をホメオトロピック配向させた状態で重合させた光学異方体（ポジティブＣプレート）を垂直配向膜として利用しても良い。
（偏光板）
液晶組成物の配向状態の変化を可視化する方法として、２色性色素を使用する以外に、偏光板を用いることも出来る。液晶組成物の配向状態と偏光板の設置方法により、通常の液晶素子におけるノーマリーホワイト又はノーマリーブラックの状態になるよう偏向板を設置することができる。通常の液晶表示素子に使用される偏光板であれば好適に使用できる。
（カラーフィルタ）
本発明の静電気インジケータは、カラーフィルタを有していてもよい。カラーフィルタは、ブラックマトリックス及び少なくともＲＧＢ三色画素部から構成される。カラーフィルタ層の形成には、何れの方法を用いてもよい。一例によると、顔料担体とこれに分散させたカラー顔料とを含んだカラー着色組成物を塗布して所定パターンとし、これを硬化させることによって着色画素を得る工程を必要回数繰り返して、カラーフィルタ層を形成することができる。カラー着色組成物に含まれる顔料としては、有機顔料および／または無機顔料を使用することができる。カラー着色組成物は、１種の有機または無機顔料を含んでいてもよく、複数種の有機顔料および／または無機顔料を含んでいてもよい。顔料は、発色性が高く且つ耐熱性、特に耐熱分解性の高いことが好ましく、通常は有機顔料が用いられる。
（接地）
本発明の静電気インジケータは、対象物の帯電位が高いほど、接地されていない側の電極に現れる誘導帯電位が高くなるので、結果として液晶組成物の配向状態の変化が大きくなり、帯電位の可視化が可能になる。

例えば、図１及び２に示すように１組の電極を有する実施形態の場合、一方の電極を接地させ、他方の電極を接地させない場合において、接地させた電極と、接地していない電極が対象物の帯電位に応じて静電誘導により電位差が生じることにより、両電極間に存在する液晶組成物の配向状態が変化することにより、帯電量の可視化が可能になる（図１及び２では、誘電率の異方性が正の液晶組成物を用いた例を示した）
接地は、基準電位としたい場所に接地すればよい。接地の方法としては、電極を直接基準電位部と導通させる方法、電極と基準電位部を例えば銅線などの伝導体にて導通させる方法などを挙げることができる。

以下に実施例を挙げて本発明を更に詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。また、以下の実施例及び比較例の組成物における「％」は『質量％』を意味する。

実施例中、測定した特性は以下の通りである。

Ｔ_ｎｉ：ネマチック相−等方性液体相転移温度（℃）
Δｎ：２９８Ｋにおける屈折率異方性
Δε ：２９８Ｋにおける誘電率異方性
η ：２９３Ｋにおける粘度（ｍＰａ・ｓ）
γ_１：２９８Ｋにおける回転粘度（ｍＰａ・ｓ)
ＶＨＲ：周波数６０Ｈｚ，印加電圧５Ｖの条件下で３３３Ｋにおける電圧保持率（％）
尚、実施例において化合物の記載について以下の略号を用いる。
（環構造）

（側鎖構造及び連結構造）

（参考例１）組成物Ｎ３の調製
下表の組成物Ｎ３を調製した。

組成物Ｎ３のＴ_ｎｉは７６℃、Δｎは０．１１４、Δεは−４．４、γ_１は１１７ｍＰａ・ｓ、ＶＨＲは９９．５％、比抵抗は1×10¹³Ωcm以上であった。
（参考例２）組成物Ｎ６の調製
下表の組成物Ｎ６を調製した。

組成物６のＴ_ｎｉは７５℃、Δｎは０．０９８、Δεは−２．３であった。
（参考例３）組成物Ｎ７の調製
組成物Ｎ３と組成物Ｎ６の等質量混合物である組成物Ｎ７を調製した。組成物７のＴｎｉは７６℃、Δｎは０．１０６、Δεは−３．３であった。
（参考例４）組成物Ｎ３Ｒの調製
参考例１で調製した組成物Ｎ３に三井化学ファイン（株）製の二色性色素ＳＩ−４２６を1質量％添加して組成物Ｎ３Ｒを調整した。
（参考例５）組成物Ｎ６Ｒの調製
参考例２で調製した組成物Ｎ６に三井化学ファイン（株）製の二色性色素ＳＩ−４２６を1質量％添加して組成物Ｎ６Ｒを調整した。
（参考例６）組成物Ｎ３Ｒの調製
参考例３で調製した組成物Ｎ７に三井化学ファイン（株）製の二色性色素ＳＩ−４２６を1質量％添加して組成物Ｎ７Ｒを調整した。
（実施例１）
幅3ｃｍ、長さ7ｃｍのベタＩＴＯ透明電極付きの厚み50μｍのＰＥＴフィルム基板、図７に示した幅3ｃｍ、長さ7ｃｍのパターン化ＩＴＯ透明電極（各ＩＴＯ透明電極２０はＩＴＯ接合部２１を介して結合している。）付きの厚み50μｍのＰＥＴフィルム基板を用意し、ＩＴＯ透明電極基板上にポリイミド垂直配向膜を形成した。図８に示すように、図７に示した基板の3箇所（液晶組成物滴下部２２、２３及び２４）にそれぞれ組成物Ｎ３Ｒ、Ｎ６Ｒ、Ｎ７Ｒを0.8mg滴下、8箇所（接着剤滴下部２５）にスリーボンド社製紫外線硬化型接着剤3052Bを3.1mg滴下した。この状態でベタ電極付きＰＥＴフィルムを電極面がお互いに対向するようにして貼りあわせて面全体に圧力をかけた。この時、図９に示すようにフィルム短辺では2mmずらし、フィルム長辺ではずらさず貼りあわせをした。また2枚のフィルム基板間の距離は10μｍになるように設定した。この状態で、365nmの紫外光を300ｍＪ/cm2照射して紫外線硬化型接着剤を硬化させた。このようにすることで図１０に示すような外観を有する本発明の静電気インジケータを作製した。ベタ電極側に銅線を結線し接地させた。作成した素子は、各液晶領域を取り囲むように接着剤が固化した樹脂製の絶縁層が取り囲む形状となり、液晶組成物は外部からの刺激がない状態では基板に対し垂直に配向しており、外部の刺激により配向を変えることを確認した。この静電気インジケータから15cm離れたところにバンデグラフ静電気発生器（の帯電部）を設置した。バンデグラフ静電気発生器を作動させていないときは３つある液晶部は全て透明状態であった。バンデグラフ静電気発生器を作動させて約2kVに帯電させたところ、静電気インジケータの３つある液晶部は、組成物Ｎ３Ｒの部分のみが濃い赤色に変化した。この状態でバンデグラフの帯電部を、静電気インジケータから10ｃｍ離れたところまで近づけたところ、組成物Ｎ３Ｒの部分に加えて、組成物Ｎ７Ｒの部分も濃い赤色に変化した。更にバンデグラフの帯電部を、静電気インジケータから5ｃｍ離れたところまで近づけたところ組成物Ｎ３Ｒ、Ｎ７Ｒの部分に加えて、組成物Ｎ６Ｒの部分も濃い赤色に変化した。帯電インジケータとバンデグラフの帯電部が近づくにつれて、帯電位は高くなる。帯電位が高くなるに従って、誘電率の異方性の絶対値が小さい液晶の部分も段階的に赤色に変化していくことが確かめられたことから、本発明の静電気インジケータは帯電の高低を、簡易に知ることができることがわかる。
（実施例２）
幅3ｃｍ、長さ7ｃｍのベタＩＴＯ透明電極付きの厚み50μｍのＰＥＴフィルム基板、図７に示した幅3ｃｍ、長さ7ｃｍのパターン化ＩＴＯ透明電極付きの厚み50μｍのＰＥＴフィルム基板を用意し、ＩＴＯ透明電極基板上にポリイミド垂直配向膜を形成した。図１１に示すように、図７の基板の液晶滴下部３０に組成物Ｎ３Ｒを0.8mg、液晶滴下部３１に組成物Ｎ３Ｒを1.2mg、液晶滴下部３２に組成物Ｎ３Ｒを1.6mg、接着剤滴下部３３にスリーボンド社製紫外線硬化型接着剤3052Bを3.1mg、接着剤滴下部３４に4.1mg、接着剤滴下部３５に5.2mg、接着剤滴下部３６に6.2mgを滴下した。この状態でベタ電極付きＰＥＴフィルムを電極面がお互いに対向するようにして貼りあわせて面全体に圧力をかけた。この時、図１２及び１３に示すようにフィルム短辺では2mmずらし、フィルム長辺ではずらさず貼りあわせをした。また2枚のフィルム基板間の距離は、液晶滴下部３３の付近で10μｍ（液晶組成物Ｎ３Ｒの層厚が１０μｍの領域３７）、液晶滴下部３４の付近で15μｍ（液晶組成物Ｎ３Ｒの層厚が１５μｍの領域３８）、液晶滴下部３５の付近で20μｍ（液晶組成物Ｎ３Ｒの層厚が２０μｍの領域３９）になるように液晶組成物及び接着剤の滴下量を設定した。この状態で、365nmの紫外光を300ｍＪ/cm2照射して紫外線硬化型接着剤を硬化させた。このようにすることで図１４に示すような外観を有する本発明の静電気インジケータを作製した。共通電極側に銅線を結線し接地させた。この静電気インジケータから15cm離れたところにバンデグラフ静電気発生器（の帯電部）を設置した。バンデグラフ静電気発生器を作動させていないときは３つある液晶部は全て透明状態であった。バンデグラフ静電気発生器を作動させて約2kVに帯電させたところ、静電気インジケータの３つある液晶部は、液晶の層厚が10μｍの部分（液晶組成物Ｎ３Ｒの層厚が１０μｍの領域３７）のみが濃い赤色に変化した。さらにバンデグラフの帯電部を徐々に近づけると、次に層厚が15μmの部分（液晶組成物Ｎ３Ｒの層厚が１５μｍの領域３８）も、更に近づけると層厚20μmの部分（液晶組成物Ｎ３Ｒの層厚が２０μｍの領域３９）も濃い赤色に変化した。帯電インジケータとバンデグラフの帯電部が近づくにつれて、帯電位は高くなる。帯電位が高くなるに従って、層厚が厚い部分も段階的に赤色に変化していくことが確かめられたことから、本発明の静電気インジケータは帯電の高低を、簡易に知ることができることがわかる。
（実施例３）
幅3ｃｍ、長さ7ｃｍのベタＩＴＯ透明電極付きの厚み50μｍのＰＥＴフィルム基板、図１５に示した幅3ｃｍ、長さ7ｃｍのパターン化ＩＴＯ透明電極付きの厚み50μｍのＰＥＴフィルム基板を用意した。液晶を挟持してコンデンサを形成する電極間に連結しているITO透明電極抵抗部（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の抵抗値はそれぞれ1MΩとなるようにその幅を微調整した。次に、ＩＴＯ透明電極基板上にポリイミド垂直配向膜を形成した。更に図１６に示すように、組成物Ｎ３Ｒを3箇所（２６）にそれぞれ0.8mg滴下、8箇所（２５）にスリーボンド社製紫外線硬化型接着剤3052Bを3.1mg滴下した。この状態でベタ電極付きＰＥＴフィルムを電極面がお互いに対向するようにして貼りあわせて面全体に圧力をかけた。この時、図９に示すようにフィルム短辺では2mmずらし、フィルム長辺ではずらさず貼りあわせ、更にＩＴＯ透明電極（抵抗部Ｃ）の末端は、接地するように配線を行った。また2枚のフィルム基板間の距離は10μｍになるように設定した。この状態で、365nmの紫外光を300ｍＪ/cm2照射して紫外線硬化型接着剤を硬化させた。このようにすることで図１７に示すような外観を有する本発明の帯電インジケータを作製した。ベタ電極側に銅線を結線し接地させた。この静電気インジケータから15cm離れたところにバンデグラフ静電気発生器（の帯電部）を設置した。バンデグラフ静電気発生器を作動させていないときは３つある液晶部（領域４４、領域４５及び領域４６）は全て透明状態であった。バンデグラフ静電気発生器を作動させて約2kVに帯電させたところ、分圧していない部分（領域４４）のみが濃い赤色に変化した。さらにバンデグラフの帯電部を徐々に近づけると、次に電圧を2/3に分圧した部分（領域４５）も、更に近づけると電圧を1/3に分圧した部分（領域４６）も濃い赤色に変化した。帯電インジケータとバンデグラフの帯電部が近づくにつれて、帯電位は高くなる。帯電位が高くなるに従って、分圧した部分も段階的に変化していくことが確かめられたことから、本発明の静電気インジケータは帯電の高低を、簡易に知ることができることがわかる。

１１基板（帯電物側）
１２基板（接地側）
１３電極
１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ電極間距離が異なるように配置した電極
１３Ｄ、１３Ｅ、１３Ｆ図６に示すように抵抗器を介して繋がる電極
１４電極（共通電極）
１５液晶組成物（液晶分子）
１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ Δεが異なる液晶組成物の領域
１５Ｄ、１５Ｅ、１５Ｆ液晶組成物の厚み（電極間距離）が異なる液晶組成物の領域
１５Ｇ、１５Ｈ、１５Ｉ抵抗器により各電極と共通電極間の電位差が異なる液晶組成物の領域
１６接地（基準電位）
１７帯電物
１８Ｇ、１８Ｈ、１８Ｉ各電極間に液晶組成物が挟持されて形成されるコンデンサ
２０ＩＴＯ透明電極
２１ＩＴＯ接合部
２２組成物Ｎ３Ｒの滴下部
２３組成物Ｎ７Ｒの滴下部
２４組成物Ｎ６Ｒの滴下部
２５接着剤滴下部
２６液晶組成物Ｎ３Ｒの領域
２７液晶組成物Ｎ７Ｒの領域
２８液晶組成物Ｎ６Ｒの領域
２９接着剤が硬化した絶縁壁（樹脂製）
３０液晶組成物滴下部
３１液晶組成物滴下部
３２液晶組成物滴下部
３３接着剤滴下部
３４接着剤滴下部
３５接着剤滴下部
３６接着剤滴下部
３７液晶組成物Ｎ３Ｒの層厚が１０μｍの領域
３８液晶組成物Ｎ３Ｒの層厚が１５μｍの領域
３９液晶組成物Ｎ３Ｒの層厚が２０μｍの領域
４０ＩＴＯ透明電極（抵抗部Ａ）
４１ＩＴＯ透明電極（抵抗部Ｂ）
４２ＩＴＯ透明電極（抵抗部Ｃ）
４３接地導通部
４４液晶組成物Ｎ３Ｒの領域
４５液晶組成物Ｎ３Ｒの領域（電圧が２／３に分圧）
４６液晶組成物Ｎ３Ｒの領域（電圧が１／３に分圧）

Claims

対向する電極の間に挟持された液晶組成物を有し、外部の静電気により異なる応答をする２以上の領域を有する静電気インジケータ。
２以上の領域で対向する電極の間に挟持された液晶組成物が、お互いに異なる誘電率異方性の値を有する請求項１記載の静電気インジケータ。
２以上の領域で対向する電極間距離が異なる請求項１記載の静電気インジケータ。
電極を有する２枚の基材により狭持された液晶組成物を用いた請求項１〜３のいずれか１項に記載の静電気インジケータ。
少なくとも一つの電極が接地した請求項１〜４のいずれか１項に記載の静電気インジケータ。
２以上の領域にある電極が電気的に導通していない請求項１〜５のいずれか１項に記載の静電気インジケータ。
一方の基板上の１又は２以上の電極が等電位である請求項４〜６のいずれか１項に記載の静電気インジケータ。
液晶組成物が２色性色素を含有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の静電気インジケータ。
重合性化合物の硬化物を用いた請求項１〜８のいずれか１項に記載の静電気インジケータ。