JP2001260097A - Minute object driving device - Google Patents

Minute object driving device

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JP2001260097A
JP2001260097A JP2000081918A JP2000081918A JP2001260097A JP 2001260097 A JP2001260097 A JP 2001260097A JP 2000081918 A JP2000081918 A JP 2000081918A JP 2000081918 A JP2000081918 A JP 2000081918A JP 2001260097 A JP2001260097 A JP 2001260097A
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JP
Japan
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liquid crystal
minute object
electrodes
voltage
electrode
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Application number
JP2000081918A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshihiko Takeda
俊彦 武田
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a minute object driving device capable of being miniaturized and having a simple structure. SOLUTION: This minute object driving device is provided with: a pair of boards 11, 12 having electrodes 13, 14 arranged in a form spaced apart at a predetermined distance; liquid crystal 15 filled in between the boards; at least one minute object 16 movably arranged in the liquid crystal; and a voltage application means 17 for applying a voltage between the electrodes. In this case, the device is so structured that a liquid crystal orientation layer formed by applying a horizontal orientation process to the liquid crystal along a closed band-like region is formed on each of the surfaces of the electrodes, and the minute object moves in a plane nearly parallel with the board surfaces in a region interposed between the pair of the electrodes by applying a predetermined voltage to the pair of the electrodes from the voltage application means.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は微小物体駆動装置に
関し、特に微粒子搬送装置、マイクロモーター、マイク
ロポンプ等への応用が可能な微小物体駆動装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for driving a minute object, and more particularly to a device for driving a minute object which can be applied to a particle transporting device, a micromotor, a micropump and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、微小機械技術や生命工学等の発展
に伴い、微小な物体に円運動や自転運動をさせる事が可
能な微小物体駆動装置への関心が高まっている。このよ
うに微小物体に運動をさせる方法としては、 A.対物レンズを通過させたレーザー光を流体中の微小
物体に照射し、その際にレーザー光が屈折等をすること
により生じる運動量変化を利用する方法や、 B.流体に電圧を印加して対流を生ぜしめ、これによっ
て流体中の微小物体を運動させる方法、 がある。
2. Description of the Related Art In recent years, with the development of micromechanical technology, biotechnology, and the like, interest in a small object driving device capable of causing a minute object to make a circular motion or a rotating motion has been increasing. A method for causing a minute object to move as described above includes the following. A method of irradiating a laser beam passed through an objective lens to a minute object in a fluid, and using a change in momentum caused by refraction of the laser beam at that time; There is a method in which a voltage is applied to a fluid to generate convection, thereby moving a minute object in the fluid.

【0003】上記Aの方法としては、(A−1)微小物
体を回転させるようにしたもの(特開平5−16826
5号公報)や、(A−2)微小物体を、所望の軌道上で
円運動させるようにしたもの、が多数提案されている。
As the method A, (A-1) a method in which a minute object is rotated (JP-A-5-16826)
No. 5) and (A-2) a technique in which a minute object is made to circularly move on a desired orbit has been proposed.

【0004】また、上記Bの方法としては、(B−1)
図10に示すように、電極93、94をそれぞれ形成し
た一対の基板91、92の間隙に液晶95を挟み込むよ
うに配置すると共に、これらの電極93、94に挟まれ
ない領域C2(以下、この領域を“電極非対向領域C
2”とし、電極93、94に挟まれた領域を“電極対向
領域C1”とする)の液晶中に回転子(微小物体)96
を配置したものであり、これらの電極93、94に電圧
を印加することによって電極対向領域C1において一方
の電極94から他方の電極93の方向に液晶流動97を
発生させ、この液晶流動97に起因した対流うず98を
発生させ、該対流うず98によって回転子96を回転さ
せて動力を発生させるようにしたもの(特開平6−29
4374号公報)や、(B−2)特定の化合物(有機フ
ッ素化合物)を配合した絶縁性油を流体として用いると
共に、複数の針金状の電極を配置し、これらの電極に直
流電圧を印加することによって前記流体を対流させるこ
とにより、流体内に配置した可動部材(微小物体)を回
転させるようにしたもの(特開平8−210240号公
報)、が提案されている。
[0004] As the method B, (B-1)
As shown in FIG. 10, the liquid crystal 95 is disposed between the pair of substrates 91 and 92 on which the electrodes 93 and 94 are formed, respectively, and a region C2 (hereinafter, referred to as a region C2) not interposed between the electrodes 93 and 94. The region is referred to as “electrode non-facing region C”
2 ", and a region between the electrodes 93 and 94 is referred to as an" electrode facing region C1 ".
By applying a voltage to these electrodes 93 and 94, a liquid crystal flow 97 is generated in the direction from one electrode 94 to the other electrode 93 in the electrode facing region C1. A convection vortex 98 is generated, and a rotator 96 is rotated by the convection vortex 98 to generate power (Japanese Patent Laid-Open No. 6-29).
No. 4374) or (B-2) an insulating oil containing a specific compound (organic fluorine compound) is used as a fluid, a plurality of wire-like electrodes are arranged, and a DC voltage is applied to these electrodes. Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-210240 proposes a technique in which a movable member (a minute object) disposed in a fluid is rotated by convection of the fluid.

【0005】なお、上記(B−2)における可動部材の
回転方向は、複数の電極の中で電圧を印加する電極を変
える事により制御する。なお、上記流体の流動は、一方
の電極からもう一方の他方の電極に移動する事により形
成される。
[0005] The rotation direction of the movable member in the above (B-2) is controlled by changing an electrode to which a voltage is applied among a plurality of electrodes. The flow of the fluid is formed by moving from one electrode to the other electrode.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来例には種々の問題があつた。例えば、上記Aの装
置の場合、レーザー光源や対物レンズ等の光学系が必要
であり、薄くする事が困難であるという問題があった。
特に、上記A−1の場合には、レーザー光源を複数個設
ける必要があると共に、レーザー光を円偏光化させるた
めの光学系が必要であり、上記A−2の場合には、レー
ザー光の焦点位置を所望の移動方向に移動させるための
光学系あるいは機械系が必要であって、装置の薄型化が
困難であった。
However, the above-mentioned prior art has various problems. For example, in the case of the device A, an optical system such as a laser light source and an objective lens is required, and there is a problem that it is difficult to reduce the thickness.
In particular, in the case of the above A-1, it is necessary to provide a plurality of laser light sources, and an optical system for circularly polarizing the laser light is required. In the case of the above A-2, the laser light An optical system or a mechanical system for moving the focal position in a desired moving direction is required, and it has been difficult to reduce the thickness of the apparatus.

【0007】一方、上記B−1の装置の場合、回転子9
6は電極対向領域C1の側の液晶流動97のみによって
回転駆動されるだけで、電極非対向領域C2の側では回
転駆動されない。したがって、回転子96を介して取り
出される運動エネルギーが、印加した電圧(すなわち、
消費した電気エネルギー)の割に小さく、エネルギーの
変換効率が悪いという問題があった。また、この装置の
場合には、回転子96の回転軸は、基板面に沿った方向
(すなわち、図10の紙面に垂直な方向)に配置しなけ
ればならず、基板91と基板92との間には回転軸を配
置し回転させるために100μm以上の大きな間隙(図
示符号G参照)を設けなければならず、装置の薄型化に
限界があるという問題もあった。さらに、この装置の場
合には、回転子96を電極対向領域C1に配置すること
はできず、基板面に沿った方向には、電極対向領域C1
と、回転子96を配置できる幅広の電極非対向領域C2
とをそれぞれ設けなければならず、該方向に装置が大型
化するという問題があった。
On the other hand, in the case of the device B-1, the rotor 9
Numeral 6 is only driven to rotate by the liquid crystal flow 97 on the side of the electrode facing region C1, but not on the side of the electrode non-facing region C2. Therefore, the kinetic energy extracted through the rotor 96 is equal to the applied voltage (ie,
However, there is a problem that the energy conversion efficiency is low because of the small amount of consumed electric energy. Further, in the case of this device, the rotation axis of the rotor 96 must be arranged in a direction along the substrate surface (that is, a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 10), and the substrate 91 and the substrate 92 In order to arrange and rotate the rotating shaft between them, a large gap of 100 μm or more (see reference symbol G) must be provided, and there is also a problem that there is a limit in reducing the thickness of the device. Further, in the case of this device, the rotor 96 cannot be disposed in the electrode facing region C1, and the rotator 96 is not arranged in the direction along the substrate surface.
And a wide electrode non-facing region C2 in which the rotor 96 can be arranged.
Has to be provided, and there is a problem that the apparatus is enlarged in the direction.

【0008】また一方、上記B−2の装置の場合には、
複数の針金状の電極を配置するために構造が複雑になる
という問題があった。また、可動部材の回転方向を反転
させるためには、複数の電極の中から特定の電極を選択
し直す必要があり、駆動方法や駆動回路が複雑になる問
題があった。
On the other hand, in the case of the device B-2,
There is a problem that the structure becomes complicated because a plurality of wire-like electrodes are arranged. In addition, in order to reverse the rotation direction of the movable member, it is necessary to reselect a specific electrode from among a plurality of electrodes, and there has been a problem that a driving method and a driving circuit are complicated.

【0009】そこで、本発明は、小型化が可能で、且つ
構造が単純な微小物体駆動装置を提供することを目的と
するものである。また、本発明は、消費電力の無駄を低
減する微小物体駆動装置を提供することを目的とするも
のである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a small object driving device which can be reduced in size and has a simple structure. Another object of the present invention is to provide a small object driving device that reduces waste of power consumption.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記事情を考
慮してなされたものであり、所定間隔をあけた状態に配
置された電極を有する一対の基板と、該基板間に充填さ
れた液晶と、該液晶内に移動自在に配置された少なくと
も一つの微小物体と、前記電極間に電圧を印加する電圧
印加手段とを備えた微小物体駆動装置において、前記電
極表面には前記液晶に対する水平配向処理が閉じた帯状
領域に沿って施された液晶配向層が設けられており、前
記電圧印加手段から前記一対の電極に対して所定の電圧
を印加することにより、前記微小物体が前記一対の電極
に挟まれた領域にて前記基板面にほぼ平行な平面内にて
運動する様に構成された事を特徴とする微小物体駆動装
置を提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has been made in consideration of the above circumstances. A pair of substrates having electrodes arranged at predetermined intervals and a space filled between the substrates are provided. In a minute object driving device including a liquid crystal, at least one minute object movably disposed in the liquid crystal, and voltage applying means for applying a voltage between the electrodes, a horizontal surface with respect to the liquid crystal is provided on the electrode surface. A liquid crystal alignment layer is provided along the band-like region where the alignment processing is closed, and the minute object is applied to the pair of electrodes by applying a predetermined voltage from the voltage application unit to the pair of electrodes. It is an object of the present invention to provide a small object driving device characterized in that the device is configured to move in a plane substantially parallel to the substrate surface in a region sandwiched between electrodes.

【0011】本発明において、好ましい実施態様を下記
に示す。前記閉じた帯状領域の形状が環状である事が好
ましい。前記水平配向処理がラビング処理である事が好
ましい。
In the present invention, preferred embodiments are shown below. It is preferable that the shape of the closed band-like region is annular. It is preferable that the horizontal alignment process is a rubbing process.

【0012】前記一対の電極のうち、一方の電極表面の
液晶配向層に施されたラビング処理の向きが、他方の電
極表面の液晶配向層に施されたラビング処理の向きに対
して反対向きである事が好ましい。前記一対の電極のう
ち、一方の電極表面の液晶配向層に施されたラビング処
理の方向が、他方の電極表面の液晶配向層に施されたラ
ビング処理の方向に対して同じ向きである事が好まし
い。
The direction of the rubbing treatment applied to the liquid crystal alignment layer on one electrode surface of the pair of electrodes is opposite to the direction of the rubbing treatment applied to the liquid crystal alignment layer on the other electrode surface. Preferably it is. The direction of the rubbing treatment applied to the liquid crystal alignment layer on one electrode surface of the pair of electrodes may be the same as the direction of the rubbing treatment applied to the liquid crystal alignment layer on the other electrode surface. preferable.

【0013】前記微小物体の運動の軌跡がほば閉曲線状
である事が好ましい。前記閉曲線が円である事が好まし
い。前記微小物体の運動が、前記電極面に対して垂直な
方向を自転軸とする自転運動である事が好ましい。
It is preferable that the trajectory of the movement of the minute object is substantially a closed curve. Preferably, the closed curve is a circle. It is preferable that the movement of the minute object is a rotation movement whose rotation axis is in a direction perpendicular to the electrode surface.

【0014】前記液晶がネマチック液晶である事が好ま
しい。前記微小物体が前記液晶に溶解しない事が好まし
い。
It is preferable that the liquid crystal is a nematic liquid crystal. It is preferable that the minute object does not dissolve in the liquid crystal.

【0015】前記微小物体が誘電体である事が好まし
い。前記電圧印加手段により印加される電圧が交番電圧
である事が好ましい。
It is preferable that the minute object is a dielectric. Preferably, the voltage applied by the voltage applying means is an alternating voltage.

【0016】前記交番電圧が正極性パルスと負極性パル
スからなる事が好ましい。前記正極性パルスの波高値と
前記負極性パルスの波高値とが異なる事が好ましい。前
記交番電圧の周波数が10Hz以上5kHz以下である
事が好ましい。前記交番電圧の波高値が、前記電極間に
形成される電界強度が1V/μm以上である事が好まし
い。
Preferably, the alternating voltage comprises a positive pulse and a negative pulse. It is preferable that the peak value of the positive pulse is different from the peak value of the negative pulse. It is preferable that the frequency of the alternating voltage is 10 Hz or more and 5 kHz or less. It is preferable that the peak value of the alternating voltage is such that an electric field intensity formed between the electrodes is 1 V / μm or more.

【0017】前記微小物体の自転運動を前記一対の基板
外に伝達する伝達機構を有している事が好ましい。前記
伝達機構が、前記微小物体に接続された棒状構造体であ
り、該棒状構造体の長軸方向が前記微小物体の自転運動
の自転軸と平行である事が好ましい。前記微小物体及び
前記棒状構造体は、光重合性化合物の重合体から構成さ
れている事が好ましい。前記光重合性化合物がフォトレ
ジストである事が好ましい。
It is preferable that a transmission mechanism for transmitting the rotation of the minute object to the outside of the pair of substrates is provided. It is preferable that the transmission mechanism is a rod-shaped structure connected to the minute object, and a long axis direction of the rod-shaped structure is parallel to a rotation axis of the rotation of the minute object. It is preferable that the minute object and the rod-like structure are formed of a polymer of a photopolymerizable compound. Preferably, the photopolymerizable compound is a photoresist.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】本発明に関する微小物体駆動装置
の構造について、図1および図2を参照して説明する。
図1は、本発明に係る微小物体駆動装置の構造の一例を
示す断面図である。図2は、本発明に係る水平配向処理
の一例を示す斜視図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The structure of a micro object driving device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the minute object driving device according to the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing an example of the horizontal alignment processing according to the present invention.

【0019】図1において、11と12は所定間隔をあ
けて配置された基板である。13と14は、それぞれ基
板11と基板12に設けられた電極である。電極の表面
には液晶配向層が設けられている(図1では省略してい
る)。
In FIG. 1, reference numerals 11 and 12 are substrates arranged at a predetermined interval. 13 and 14 are electrodes provided on the substrate 11 and the substrate 12, respectively. A liquid crystal alignment layer is provided on the surface of the electrode (omitted in FIG. 1).

【0020】15は基板11と基板12の間に充填され
た液晶である。16は液晶15内に配置させた微小物体
である。17は電極13と電極14の間に電圧を印加す
る電圧印加手段である。なお、図1には基板間の間隔を
維持するスペーサー及び液晶の漏れを防ぐシール構造は
省略した。
Reference numeral 15 denotes a liquid crystal filled between the substrate 11 and the substrate 12. Reference numeral 16 denotes a minute object arranged in the liquid crystal 15. Reference numeral 17 denotes voltage applying means for applying a voltage between the electrodes 13 and 14. In FIG. 1, a spacer for maintaining the interval between the substrates and a seal structure for preventing leakage of the liquid crystal are omitted.

【0021】前記電極13と電極14の表面に設けられ
た液晶配向層には前記液晶に対する水平配向処理が閉じ
た帯状領域に沿って施されている。閉じた帯状領域の形
状は特に制限はないが、環状の形状をあげる事ができ
る。また、水平配向処理の方法も特に制限はないが、ラ
ビング処理をあげる事ができる。
The liquid crystal alignment layers provided on the surfaces of the electrodes 13 and 14 are subjected to a horizontal alignment process for the liquid crystal along a closed band region. The shape of the closed band-shaped region is not particularly limited, but may be an annular shape. The method of the horizontal alignment treatment is not particularly limited, but a rubbing treatment can be used.

【0022】本発明に関する電極表面への水平配向処理
について図2を用いて説明する。図2は基板12上に設
けられた電極14を斜めから見た斜視図である。図2に
おいて、電極14に積層された液晶配向層18が設けら
れている。電極14上の斜線で示した閉じた帯状領域2
1が水平配向処理を施した領域である。図2では水平配
向処理を施した領域は環状の形状を呈している。
The horizontal alignment treatment on the electrode surface according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a perspective view of the electrode 14 provided on the substrate 12 as viewed obliquely. In FIG. 2, a liquid crystal alignment layer 18 laminated on the electrode 14 is provided. Closed band 2 shaded on electrode 14
Reference numeral 1 denotes a region subjected to the horizontal alignment processing. In FIG. 2, the area subjected to the horizontal alignment processing has an annular shape.

【0023】この様に閉じた帯状の水平配向処理領域を
形成する方法に特に制限はない。例えば、前記閉じた帯
状領域21に沿ってラビング処理を施す事により形成す
る事ができる。即ち、ラビング布を電極14上の液晶配
向層18に押し当て、前記ラビング布を図2中の閉曲線
のラビング処理方向22に沿って一方方向(例えば、図
中に示した矢印方向)に擦る事により、閉じた帯状のラ
ビング処理済領域を形成する事ができる。
There is no particular limitation on the method of forming such a closed band-like horizontal alignment processing region. For example, it can be formed by performing a rubbing process along the closed band-shaped region 21. That is, the rubbing cloth is pressed against the liquid crystal alignment layer 18 on the electrode 14, and the rubbing cloth is rubbed in one direction (for example, the arrow direction shown in the figure) along the rubbing direction 22 of the closed curve in FIG. Thereby, a closed band-shaped rubbed area can be formed.

【0024】図1に示した電極13に積層された液晶配
向層にも、前記電極14と同様に、閉じた帯状領域に沿
って水平配向処理が施されている。なお本発明では、一
方の電極表面上の液晶配向層に施されたラビング処理の
向きは、他方の電極表面上の液晶配向層に施されたラビ
ング処理の向きに対して反対向き、あるいは、同じ向き
である。
The liquid crystal alignment layer laminated on the electrode 13 shown in FIG. 1 is also subjected to a horizontal alignment process along the closed band like the electrode 14. In the present invention, the direction of the rubbing treatment applied to the liquid crystal alignment layer on one electrode surface is opposite to or the same as the direction of the rubbing treatment applied to the liquid crystal alignment layer on the other electrode surface. Orientation.

【0025】前記微小物体16は、全体が前記液晶15
中に浸漬されていても、或は一部のみが液晶15中に浸
漬されていても良い。また、図1ではこの微小物体16
を1個のみ示すが、その数は1個のみに限定されるもの
ではなく、2個以上であっても多数であっても良い。さ
らに、微小物体16は、誘電体であれば良く、液晶15
に溶解しないものであればその材質は特に限定されず、
例えばポリマービーズや酸化金属微粒子や有機分子集合
体等を用いれば良い。またさらに、その形状自体は特に
限定されるものではなく、球状であっても偏平状であっ
ても針状であっても構わない。但し、1つの微小物体1
6の大きさは、液晶15に浸漬された状態で(例え該液
体の吸収や化学変化が生じたとしても)該液晶層厚より
も小さくて移動可能でなければならない。
The minute object 16 is entirely composed of the liquid crystal 15.
It may be immersed in the liquid crystal 15 or only a part thereof may be immersed in the liquid crystal 15. Also, in FIG.
Is shown only one, but the number is not limited to only one and may be two or more or many. Further, the minute object 16 may be a dielectric, and the liquid crystal 15 may be used.
The material is not particularly limited as long as it does not dissolve in,
For example, polymer beads, metal oxide fine particles, organic molecular aggregates, or the like may be used. Further, the shape itself is not particularly limited, and may be spherical, flat, or acicular. However, one minute object 1
The size of the liquid crystal 6 must be smaller than the liquid crystal layer thickness and movable even when the liquid crystal 15 is immersed in the liquid crystal 15 (even if the liquid absorbs or chemically changes).

【0026】また前記液晶15の種類や構造は特に限定
されるものではないが、ネマチック相あるいはコレステ
リック相を発現できる液晶であることが好ましい。
The type and structure of the liquid crystal 15 is not particularly limited, but is preferably a liquid crystal capable of exhibiting a nematic phase or a cholesteric phase.

【0027】次に、本発明に係る微小物体駆動装置の駆
動方法について、図3〜図5を用いて説明する。図3は
微小物体の運動を説明するための模式図、図4および図
5は本発明に係る微小物体駆動装置に印加する交番電圧
の波形を示す波形図である。
Next, a driving method of the minute object driving device according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the movement of a minute object, and FIGS. 4 and 5 are waveform diagrams showing the waveform of an alternating voltage applied to the minute object driving device according to the present invention.

【0028】図3は図1に示した微小物体駆動装置の電
極13と電極14の間に配置している微小物体16を、
基板11の上方から観察した状態を示している。図3中
に示したA〜Dは、電極13及び電極14の4つの角に
対応する。
FIG. 3 shows a micro object 16 arranged between the electrode 13 and the electrode 14 of the micro object driving device shown in FIG.
The state observed from above the substrate 11 is shown. A to D shown in FIG. 3 correspond to the four corners of the electrode 13 and the electrode 14.

【0029】電極13と電極14の表面に積層された液
晶配向層には環状の領城に沿ってラビング処理が施され
ているものとする。なお、電極13上の液晶配向層に施
されたラビング処理の向きは、基板11の上方から観察
して、時計周りである。一方、電極14上の液晶配向層
に施されたラビング処理の向きは、基板11の上方から
観察して、反時計周りである。また、微小物体16の大
きさは電極13と電極14のギャップ間距離及び電極幅
よりも小さいとする。
It is assumed that the liquid crystal alignment layer laminated on the surfaces of the electrodes 13 and 14 has been subjected to a rubbing treatment along an annular territory. The direction of the rubbing treatment applied to the liquid crystal alignment layer on the electrode 13 is clockwise as viewed from above the substrate 11. On the other hand, the direction of the rubbing treatment applied to the liquid crystal alignment layer on the electrode 14 is counterclockwise when observed from above the substrate 11. It is also assumed that the size of the minute object 16 is smaller than the gap distance between the electrodes 13 and 14 and the electrode width.

【0030】電圧印加手段17により、図4に示した様
な両極性の矩形波(V1>V2)を印加したとする。電
極14は接地されている。この場合、微小物体16は前
記電極面にほぼ平行な面内で、かつ前記電極の幅を最大
直径とするほぼ円形の軌道上を運動する。微小物体16
の運動の向きは、基板11の上面から観察して、時計周
りである。図3中の31は微小物体16の運動軌跡を模
式的に示した曲線である。
It is assumed that a rectangular wave (V1> V2) having both polarities as shown in FIG. 4 is applied by the voltage applying means 17. The electrode 14 is grounded. In this case, the minute object 16 moves in a plane substantially parallel to the electrode surface and on a substantially circular orbit whose maximum diameter is the width of the electrode. Minute object 16
Is in a clockwise direction when viewed from the upper surface of the substrate 11. Numeral 31 in FIG. 3 is a curve schematically showing the trajectory of the movement of the minute object 16.

【0031】一方、電圧印加手段17により、図5に示
した様な両極性の矩形波(V1>V2)を印加したとす
る。この場合も微小物体16は前記電極面にほぼ平行な
面内で、かつ前記電極の幅を最大直径とするほぼ円形の
軌道上を運動する。なお微小物体16の運動の向きは、
基板11の上面から観察して、反時計周りである。な
お、複数個の微小物体が電極間に配置していても前記矩
形波を印加する事により、全ての微小物体を上述した様
な運動をさせる事が可能である。
On the other hand, it is assumed that a rectangular wave (V1> V2) having both polarities as shown in FIG. 5 is applied by the voltage applying means 17. Also in this case, the minute object 16 moves in a plane substantially parallel to the electrode surface and on a substantially circular orbit whose maximum diameter is the width of the electrode. The direction of movement of the minute object 16 is as follows.
When viewed from the upper surface of the substrate 11, it is counterclockwise. Note that even if a plurality of minute objects are arranged between the electrodes, it is possible to cause all the minute objects to move as described above by applying the rectangular wave.

【0032】例えば、前記図4に示す矩形波が印加され
ると全ての微小物体は、前記電極面にほぼ平行な面内
で、かつ前記電極の幅を最大直径とするほぼ円形の軌道
上を運動する。電極エッジ部近傍に存在している微小物
体の運動の軌道半径は、電極中央部近傍に存在している
微小物体の運動の軌道半径よりも大きい。各微小物体の
運動の向きは、基板11の上面から観察して、時計周り
である。
For example, when the rectangular wave shown in FIG. 4 is applied, all the minute objects move on a substantially circular orbit in a plane substantially parallel to the electrode surface and with the maximum width of the electrode. Exercise. The trajectory radius of the movement of the minute object existing near the electrode edge is larger than the trajectory radius of the movement of the minute object existing near the center of the electrode. The direction of movement of each minute object is clockwise as viewed from the upper surface of the substrate 11.

【0033】一方、前記図5に示す矩形波が印加される
と全ての微小物体は、前記電極面にほぼ平行な面内で、
かつ前記電極の幅を最大直径とするほぼ円形の軌道上を
運動する。電極エッジ部近傍に存在している微小物体の
運動の軌道半径は、電極中央部近傍に存在している微小
物体の運動の軌道半径よりも大きい。各微小物体の運動
の向きは、基板11の上面から観察して、反時計周りで
ある。
On the other hand, when the rectangular wave shown in FIG. 5 is applied, all the minute objects move in a plane substantially parallel to the electrode surface.
And it moves on a substantially circular orbit with the maximum diameter being the width of the electrode. The trajectory radius of the movement of the minute object existing near the electrode edge is larger than the trajectory radius of the movement of the minute object existing near the center of the electrode. The direction of the motion of each minute object is counterclockwise as viewed from the upper surface of the substrate 11.

【0034】次に、幅が電極幅程度であり、高さが電極
間距離よりも小さい微小物体を電極間に配置した場合に
ついて説明する。この場合、電極間に上述した様な短形
波を印加すれば、微小物体は自転運動を示す。該自転運
動の自転軸は電極面に対して垂直である。図4に示す矩
形波を印加すると、微小物体は基板11の上面から観察
して時計周りの自転運動を示す。一方、図5に示す矩形
波を印加すると、微小物体は基板11の上面から観察し
て反時計周りの自転運動を示す。
Next, a case where a minute object whose width is about the electrode width and whose height is smaller than the distance between the electrodes is arranged between the electrodes will be described. In this case, if the above-described short wave is applied between the electrodes, the minute object shows a spinning motion. The rotation axis of the rotation is perpendicular to the electrode surface. When the rectangular wave shown in FIG. 4 is applied, the minute object shows a clockwise rotation when observed from the upper surface of the substrate 11. On the other hand, when the rectangular wave shown in FIG. 5 is applied, the minute object shows a counterclockwise rotation when observed from the upper surface of the substrate 11.

【0035】前記図4に示した矩形波は、前記図5に示
した短形波に対して逆極性の矩形波である。即ち、電極
間に印加する矩形波の極性を反転させる事により、電極
間に配置させた微小物体の上記運動(円運動及び自転運
動)の向きを反転させる事が可能である。
The rectangular wave shown in FIG. 4 is a rectangular wave having a polarity opposite to that of the rectangular wave shown in FIG. That is, by inverting the polarity of the rectangular wave applied between the electrodes, it is possible to invert the direction of the above-described motion (circular motion and rotational motion) of the minute object disposed between the electrodes.

【0036】次に、電極13上の液晶配向層と電極14
上の液晶配向層に施されたラビング処理の向きが、基板
11の上方から観察して、共に時計周りである場合につ
いて説明する。この場合、電極間に前記図4及び前記図
5に示した短形波を印加すると、短形波の形状によらず
に微小物体は反時計周りの円運動または自転運動を示
す。
Next, the liquid crystal alignment layer on the electrode 13 and the electrode 14
The case where the rubbing direction applied to the upper liquid crystal alignment layer is clockwise as viewed from above the substrate 11 will be described. In this case, when the short wave shown in FIGS. 4 and 5 is applied between the electrodes, the minute object shows a counterclockwise circular motion or a rotating motion regardless of the shape of the short wave.

【0037】微小物体が自転運動を示す場合、動力伝達
機構としての回転軸を微小物体に連結し、微小物体駆動
装置をマイクロモーターとして用いる事が可能である。
上述したような微小物体の運動機構の詳細は不明である
が、電界により誘起される電極面内方向への液晶流動に
よるものと考えられる。
In the case where the minute object shows a rotating motion, it is possible to connect a rotating shaft as a power transmission mechanism to the minute object and use the minute object driving device as a micromotor.
Although the details of the movement mechanism of the minute object as described above are unknown, it is considered that the movement is caused by the liquid crystal flowing in the in-plane direction of the electrode induced by the electric field.

【0038】電極間に矩形波が印加され続けると、電極
近傍にはラビング方向と平行な方向への液晶流動が形成
されると推測される。本発明ではラビング処理は閉曲線
に沿って施されているので、該曲線に沿った液晶流動が
形成されると推測される。
If the rectangular wave is continuously applied between the electrodes, it is presumed that liquid crystal flows in a direction parallel to the rubbing direction near the electrodes. In the present invention, since the rubbing treatment is performed along a closed curve, it is presumed that a liquid crystal flow is formed along the curve.

【0039】ただし液晶流動の向きは、ラビング処理の
向きに依存していると推測している。このため、一対の
電極に施されたラビング処理の向きが互いに反対向きの
場合、一方の電極近傍に形成される液晶流動の向きは、
もう一方の電極近傍に形成される液晶流動の向きに対し
て反対向きであると推測される。従って、微小物体は印
加された矩形波による電界によりどちらか一方の電極に
接近し、該電極近傍に形成されている液晶流動により運
動するものと考えられる。
However, it is presumed that the direction of the liquid crystal flow depends on the direction of the rubbing treatment. For this reason, when the directions of the rubbing treatment performed on the pair of electrodes are opposite to each other, the direction of the liquid crystal flow formed near one of the electrodes is
It is assumed that the direction is opposite to the direction of the flow of the liquid crystal formed near the other electrode. Therefore, it is considered that the minute object approaches one of the electrodes due to the electric field generated by the applied rectangular wave, and moves due to the flow of the liquid crystal formed near the electrode.

【0040】このため微小物体の材質によっては、図4
に示した様な矩形波を印加しても上述した説明とは異な
り、反時計周りの円運動(あるいは自転運動)を示す場
合がある。
Therefore, depending on the material of the minute object, FIG.
Even if a rectangular wave as shown in FIG. 4 is applied, unlike the above description, it may show a counterclockwise circular motion (or a rotational motion).

【0041】上記説明では、微小物体を駆動するために
電極間に印加する電圧波形として短形波を示した。しか
し本発明では電圧波形は矩形波に限定されるものではな
く、下記特徴を満たす交番電圧であればサイン波、三角
波、鋸波でも構わない。
In the above description, a rectangular waveform is shown as the voltage waveform applied between the electrodes to drive the minute object. However, in the present invention, the voltage waveform is not limited to a rectangular wave, and may be a sine wave, a triangular wave, or a sawtooth wave as long as the alternating voltage satisfies the following characteristics.

【0042】本発明に関する交番電圧は、正極性パルス
と負極性パルスからなり、かつ、前記正極性パルスの波
高値(V1)と負極性パルスの波高値(V2)とは異な
っている事が好ましい。このような交番電圧を作成する
には、正極性パルスの波高値と負極性パルスの波高値と
が等しい交番電圧と、オフセット電圧とを合成すれば良
い。なお、このオフセット電圧の絶対値の大きさは、微
小物体に所望の運動を発現できるものであれば特に制限
はない。
The alternating voltage according to the present invention is preferably composed of a positive pulse and a negative pulse, and the peak value (V1) of the positive pulse and the peak value (V2) of the negative pulse are preferably different. . In order to generate such an alternating voltage, the alternating voltage having the same peak value of the positive pulse and the peak value of the negative pulse may be combined with the offset voltage. The magnitude of the absolute value of the offset voltage is not particularly limited as long as the desired motion can be expressed in the minute object.

【0043】ところで、前記交番電圧の周波数や波高値
V1,V2が小さければ液晶流動が小さくなり、反対に
その周波数や波高値が大きければ(前記流動は大きくな
るものの)微小物体が電極に吸着されてしまい、結局、
いずれの場合も微小物体は所望の運動ができなくなる。
したがって、前記一対の電極間に印加する交番電圧の周
波数や波高値は、微小物体が運動を行える範囲のもので
なければならない。その範囲は、液晶の種類や、微小物
体の材質、大きさや、液晶配向層の材質等に応じて異な
るものであるが、交番電圧の周波数は10Hz以上5k
Hz以下の範囲が好ましく、より好ましくは、50Hz
以上5kHz以下である。交番電圧の波高値V1,V2
は、電極間に形成される電界強度が1V/μm以上13
V/μm以下、より好ましくは3V/μm以上13V/
μm以下、さらに好ましくは10V/μm以上13V/
μm以下になる範囲が好ましい。
When the frequency and peak value V1 and V2 of the alternating voltage are small, the liquid crystal flow is small. On the contrary, when the frequency and peak value are large (the flow is large), a minute object is adsorbed on the electrode. After all,
In any case, the minute object cannot move as desired.
Therefore, the frequency and peak value of the alternating voltage applied between the pair of electrodes must be in a range where the minute object can move. The range varies depending on the type of liquid crystal, the material and size of the minute object, the material of the liquid crystal alignment layer, and the like.
Hz or less, more preferably 50 Hz
It is not less than 5 kHz. Peak values V1, V2 of the alternating voltage
Indicates that the electric field strength formed between the electrodes is 1 V / μm or more.
V / μm or less, more preferably 3 V / μm or more and 13 V /
μm or less, more preferably 10 V / μm or more and 13 V /
The range of not more than μm is preferable.

【0044】[0044]

【実施例】以下、実施例に沿つて本発明を更に詳細に説
明する。
The present invention will be described below in more detail with reference to examples.

【0045】実施例1 本実施例においては、図6に示す様な微小物体駆動装置
を作成した。本実施例では基板61と基板62はガラス
基板であり、大きさは1cm×1cmの正方形である。
基板間隔は8μmである。図6では間隔維持用のスペー
サーは省略した。電極63と電極64はITO電極であ
り、大きさは8mm×8mmの正方形である。各ITO
電極上には閉じた帯状領域に沿ってラビング処理が施さ
れたポリイミド薄膜が積層されている。65はネマチッ
ク液晶(商品名BL9、メルク社製)である。66は微
小物体であり、本実施例では粒径3μmのポリマービー
ズ(商品名ミクロパールBB、積水ファインケミカル
(株)製)を用いた。67は電極間に電圧を印加する電
圧印加手段である。
Embodiment 1 In this embodiment, a micro object driving device as shown in FIG. 6 was prepared. In this embodiment, the substrate 61 and the substrate 62 are glass substrates, and are 1 cm × 1 cm square.
The distance between the substrates is 8 μm. In FIG. 6, the spacer for maintaining the interval is omitted. The electrodes 63 and 64 are ITO electrodes, and are 8 mm × 8 mm square. Each ITO
A rubbed polyimide thin film is laminated on the electrode along the closed band region. 65 is a nematic liquid crystal (trade name BL9, manufactured by Merck). Reference numeral 66 denotes a minute object. In this example, polymer beads having a particle size of 3 μm (trade name: Micropearl BB, manufactured by Sekisui Fine Chemical Co., Ltd.) were used. Reference numeral 67 denotes voltage applying means for applying a voltage between the electrodes.

【0046】本実施例に関する前記閉じた帯状領域の形
状を図7に示す。図7は電極の上面から前記電極を観察
した模式図であり、ラビング処理された領域71を斜線
で示した。ラビング処理は図7中に示した円71に沿っ
て施されている。
FIG. 7 shows the shape of the closed band-like region according to this embodiment. FIG. 7 is a schematic view of the electrode observed from above the electrode, and the rubbed area 71 is indicated by oblique lines. The rubbing process is performed along a circle 71 shown in FIG.

【0047】本実施例では図8に示す様に、電極81上
にラビング布82を押し当てて、電極81の中心を通
り、かつ、電極面に垂直な軸に関して電極を一方方向に
回転させる事により、電極面上のポリイミド薄膜にラビ
ング処理を施した。この様なラビング処理を行う事によ
り、図7に示す様な環状のラビング処理領域を形成し
た。
In this embodiment, as shown in FIG. 8, a rubbing cloth 82 is pressed onto the electrode 81 to rotate the electrode in one direction about an axis passing through the center of the electrode 81 and perpendicular to the electrode surface. A rubbing treatment was performed on the polyimide thin film on the electrode surface. By performing such a rubbing process, an annular rubbing region as shown in FIG. 7 was formed.

【0048】なお、電極63上の液晶配向層には、基板
61の上方から観察して、時計周りの向きにラビング処
理を施した。一方、電極64上の液晶配向層には、基板
61の上方から観察して、反時計周りの向きにラビング
処理を施した。
The rubbing treatment was performed on the liquid crystal alignment layer on the electrode 63 in a clockwise direction as viewed from above the substrate 61. On the other hand, the liquid crystal alignment layer on the electrode 64 was subjected to rubbing in a counterclockwise direction when observed from above the substrate 61.

【0049】次に電圧印加手段により電極63と電極6
4の間に、下記2種類の矩形波電圧を交互に印加した。
但し、何れの場合も電極64が接地されている。 (矩形波電圧1)図4に示す様な矩形波電圧であって、
V1が86Vで、−V2が−54Vであり、かつ周波数
が500Hzでデューティ比が50%の短形波電圧。 (矩形波電圧2)図4に示す様な矩形波電圧であって、
V1が54Vで、−V2が−86Vであり、かつ周波数
が500Hzでデューティ比が50%の矩形波電圧。
Next, the electrode 63 and the electrode 6 are
4, the following two types of rectangular wave voltages were alternately applied.
However, in each case, the electrode 64 is grounded. (Square wave voltage 1) A rectangular wave voltage as shown in FIG.
V1 is 86 V, -V2 is -54 V, and the frequency is 500 Hz and the duty ratio is 50%. (Square wave voltage 2) A rectangular wave voltage as shown in FIG.
V1 is 54 V, -V2 is -86 V, and the frequency is 500 Hz and the duty ratio is 50%.

【0050】上記矩形波電圧印加中のポリマービーズの
応答を光学顕微鏡で電極63の上方から観察した。上記
短形波電圧1を印加している場合には、全てのポリマー
ビーズが、電極面にほぼ平行な面内で時計周りの円運動
を示していた。一方、上記矩形波電圧2を印加している
場合には、全てのポリマービーズが、電極面にほぼ平行
な面内で反時計周りの円運動を示していた。すなわち、
印加する矩形波電圧によってポリマービーズに円運動さ
せる事ができ、しかもその運動方向を制御できる事が分
かった。
The response of the polymer beads during the application of the rectangular wave voltage was observed from above the electrode 63 with an optical microscope. When the short-wave voltage 1 was applied, all the polymer beads showed a clockwise circular motion in a plane substantially parallel to the electrode surface. On the other hand, when the rectangular wave voltage 2 was applied, all the polymer beads showed a counterclockwise circular motion in a plane substantially parallel to the electrode surface. That is,
It has been found that the polymer beads can be made to circularly move by the applied rectangular wave voltage, and the direction of the movement can be controlled.

【0051】実施例2 本実施例では、微小物体として直径14μmのポリマー
ビーズ(商品名ミクロパールBB、積水ファインケミカ
ル(株)製)を用い、基板間隔を25μmとし、更に、
電極の大きさを20μm×20μmとした以外は、実施
例1と同じ構成の微小物体駆動装置を用いた。
Example 2 In this example, polymer beads (trade name: Micropearl BB, manufactured by Sekisui Fine Chemical Co., Ltd.) having a diameter of 14 μm were used as minute objects, and the substrate interval was set to 25 μm.
A micro object driving device having the same configuration as that of Example 1 was used except that the size of the electrode was set to 20 μm × 20 μm.

【0052】次に電圧印加手段により一対の電極間に、
実施例1で用いた2種類の短形波電圧を交互に印加し
た。但し、何れの場合も電極64が接地されている。上
記矩形波電圧印加中のポリマービーズの応答を光学顕微
鏡で電極63の上方から観祭した。
Next, a voltage is applied between the pair of electrodes by the voltage applying means.
The two types of rectangular wave voltages used in Example 1 were alternately applied. However, in each case, the electrode 64 is grounded. The response of the polymer beads during the application of the rectangular wave voltage was observed from above the electrode 63 with an optical microscope.

【0053】上記矩形波電圧1を印加している場合に
は、ポリマービーズが、電極面に対して垂直な方向を回
転軸とする時計周りの自転運動を示していた。一方、上
記短形波電圧2を印加している場合には、ポリマービー
ズが、電極面に対して垂直な方向を回転軸とする反時計
周りの自転運動を示していた。すなわち、印加する短形
波電圧によってポリマービーズに自転運動させる事がで
き、しかもその回転方向を制御できる事が分かった。
When the rectangular wave voltage 1 was applied, the polymer beads showed a clockwise rotation with the direction perpendicular to the electrode surface as the axis of rotation. On the other hand, when the short-wave voltage 2 was applied, the polymer beads showed a counterclockwise rotation with a rotation axis perpendicular to the electrode surface. That is, it was found that the polymer beads can be caused to rotate by the applied short-wave voltage, and the rotation direction can be controlled.

【0054】実施例3 本実施例では下記4点を変更した以外、実施例1と同じ
構成の微小物体駆動装置を用いた。変更点は、電極間ギ
ャップを25μmとした事と、微小物体の形状を直方体
(8mm×3mm×10μm)にした事と、該微小物体
に直方体状の棒(断面形状は500μm×500μmの
正方形、長さ1cm)を接続した事と、該棒を基板外に
取り出す円形の穴(直径800μm)を一方の基板及び
電極に開けた事である。
Embodiment 3 In this embodiment, a minute object driving device having the same configuration as that of Embodiment 1 was used except for the following four points. The points of change are that the gap between the electrodes is 25 μm, the shape of the minute object is a rectangular parallelepiped (8 mm × 3 mm × 10 μm), (Length: 1 cm) and a circular hole (diameter: 800 μm) for taking the rod out of the substrate was formed in one of the substrate and the electrode.

【0055】本実施例で用いた微小物体駆動装置の断面
模式図を図9に示す。101と102はガラス基板であ
る。基板間隔は25μmである。103と104はIT
O電極(8mm×8mm)である。105は直方体状の
微小物体である。106はネマチック液晶(商品名BL
9、メルク社製)である。107は微小物体105に接
続させた棒である。108は、基板101及び電極10
3に設けた棒107を通す円形の穴である。109は電
極間に電圧を印加する電圧印加手段である。なお、図9
では間隔維持用のスペーサーは省略した。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the minute object driving device used in this embodiment. 101 and 102 are glass substrates. The distance between the substrates is 25 μm. 103 and 104 are IT
It is an O electrode (8 mm x 8 mm). Reference numeral 105 denotes a rectangular parallelepiped minute object. 106 is a nematic liquid crystal (brand name BL)
9, Merck). Reference numeral 107 denotes a rod connected to the minute object 105. 108 denotes the substrate 101 and the electrode 10
3 is a circular hole through which the rod 107 is provided. Reference numeral 109 denotes voltage applying means for applying a voltage between the electrodes. Note that FIG.
In this case, the spacer for maintaining the interval is omitted.

【0056】次に、電極間に円柱状の棒が接続された微
小物体を配置させる方法について説明する。先ずガラス
基板に深さ10μmの長方形(8mm×3mm)の穴を
公知のリソグラフイー手法により形成する。この穴に、
この穴と同じ体積の光重合性化合物50重量部と光重合
開始剤1重量部の混合物を注入し、穴をガラス板でふさ
ぐ。なお、前記光重合性化合物は、4−ヒドロキシブチ
ルアクリレート45重量部と1,6−ヘキサンジオール
ジアクリレート5重量部との混合物である。
Next, a method for arranging a minute object having a columnar rod connected between the electrodes will be described. First, a rectangular (8 mm × 3 mm) hole having a depth of 10 μm is formed in a glass substrate by a known lithographic technique. In this hole,
A mixture of 50 parts by weight of a photopolymerizable compound and 1 part by weight of a photopolymerization initiator in the same volume as the hole is poured, and the hole is covered with a glass plate. The photopolymerizable compound is a mixture of 45 parts by weight of 4-hydroxybutyl acrylate and 5 parts by weight of 1,6-hexanediol diacrylate.

【0057】次に上記光重合性化合物に紫外線を照射し
て、高分子化合物からなる直方体状の微小物体を作成し
た。この微小物体を前記ガラス基板の穴から取り出し、
110℃に設定したホットプレート上に載せる。次に、
この微小物体上に厚膜ネガレジスト(THB−234
N、JSR社製)から形成した微少な棒の一方の端面を
接触させた。これにより微小物体上に微少な棒を接着す
る事ができた。
Next, the above-mentioned photopolymerizable compound was irradiated with ultraviolet rays to produce a rectangular parallelepiped fine object made of a polymer compound. Take this minute object out of the hole in the glass substrate,
Place on a hot plate set at 110 ° C. next,
A thick film negative resist (THB-234) is formed on the minute object.
N, manufactured by JSR Co., Ltd.). As a result, a fine rod was able to be adhered to the minute object.

【0058】なお、厚膜レジストからなる微少な棒は、
公知のリソグラフイー手法により形成した。即ちシリコ
ン基板上に形成した厚さ500μmの厚膜レジスト層に
対して、マスク露光、リンス、ベーク処理を順次施す事
により、上記形状を有する厚膜レジストからなる微少な
棒が形成できる。本実施例ではシリコン基板上から厚膜
レジストからなる微少な棒を剥離し、上記微小物体と接
着させた。
The fine rod made of a thick resist is
It was formed by a known lithographic technique. That is, by sequentially performing mask exposure, rinsing, and baking treatment on a 500 μm thick resist layer formed on a silicon substrate, fine rods made of the thick resist having the above-described shape can be formed. In this example, a minute stick made of a thick film resist was peeled off from the silicon substrate and adhered to the minute object.

【0059】次に上記微小な棒を接続させた微小物体
を、電極104上に載せる。そして直径25μmのスペ
ーサーを電極104を設けた基板102の周辺部に配置
する。そして、公知のエッチング処理で形成した電極1
03及び基板101の穴に、上記微小な棒を実体頭微鏡
で観察しながら通した。その後、セル中空部に液晶を注
入し、更に基板同士を接着剤で固定した。この様な工程
により、本実施例に関する微小物体駆動装置を得る事が
できた。
Next, a minute object to which the minute rod is connected is placed on the electrode 104. Then, a spacer having a diameter of 25 μm is arranged around the substrate 102 provided with the electrode 104. Then, the electrode 1 formed by a known etching process
The minute rod was passed through the hole of the substrate 03 and the substrate 101 while observing it with a stereoscopic microscope. Thereafter, liquid crystal was injected into the cell hollow portion, and the substrates were fixed with an adhesive. Through such steps, the micro object driving device according to the present embodiment could be obtained.

【0060】次に電圧印加手段により一対の電極間に、
実施例1で用いた2種類の矩形波電圧を交互に印加し
た。但し、何れの場合も電極104が接地されている。
上記短形波電圧印加中の微小物体の応答と微少な棒の応
答を電極103の上方から観察した。
Next, a voltage is applied between the pair of electrodes by the voltage applying means.
The two types of rectangular wave voltages used in Example 1 were alternately applied. However, in each case, the electrode 104 is grounded.
The response of the minute object and the response of the minute rod during the application of the short-wave voltage were observed from above the electrode 103.

【0061】上記矩形波電圧1を印加している場合に
は、微小物体が電極面に対して垂直な方向を回転軸とす
る時計周りの自転運動を示していた。同時に、微少な棒
も電極面に対して垂直な方向を回転軸とする時計周りの
自転運動を示していた。
When the rectangular wave voltage 1 was applied, the minute object showed clockwise rotation with the direction perpendicular to the electrode surface as the axis of rotation. At the same time, the minute rod also showed a clockwise rotation with the direction perpendicular to the electrode surface as the axis of rotation.

【0062】一方、上記矩形波電圧2を印加している場
合には、微小物体が電極面に対して垂直な方向を回転軸
とする反時計周りの自転運動を示していた。同時に、微
少な棒も電極面に対して垂直な方向を回転軸とする反時
計周りの自転運動を示していた。
On the other hand, when the rectangular wave voltage 2 was applied, the minute object showed a counterclockwise rotation with the direction perpendicular to the electrode surface as the rotation axis. At the same time, the fine rod also showed a counterclockwise rotation with the direction perpendicular to the electrode surface as the axis of rotation.

【0063】すなわち、印加する矩形波電圧によって微
小物体の自転運動を、微小な棒を通して基板外に伝達す
る事ができた。そして微少な棒の自転方向は、矩形波波
形により制御する事ができた。
That is, the rotation of the minute object could be transmitted to the outside of the substrate through the minute rod by the applied rectangular wave voltage. The rotation direction of the minute rod could be controlled by a rectangular waveform.

【0064】[0064]

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、従
来装置のようにレーザー光源や複雑な電極や駆動回路を
必要としないため、装置の構造を簡単にでき、その薄型
化を図ることできる。さらに、本発明によれば、個々の
微小物体に動力伝達機構として回転軸を連結する場合、
その回転軸を延設する方向は、基板面に沿った方向では
なく基板面に垂直な方向となる。したがって、基板と基
板との間に回転軸を配置し回転させるための間隙を設け
る必要がなくなり、この点においても装置の薄型化を図
ることができる。
As described above, according to the present invention, a laser light source, complicated electrodes and a driving circuit are not required unlike the conventional apparatus, so that the structure of the apparatus can be simplified and its thickness can be reduced. I can do it. Furthermore, according to the present invention, when a rotating shaft is connected to each minute object as a power transmission mechanism,
The direction in which the rotation axis extends is not a direction along the substrate surface but a direction perpendicular to the substrate surface. Therefore, there is no need to provide a gap between the substrate and the substrate so that the rotation shaft is arranged and rotated. In this respect, the thickness of the device can be reduced.

【0065】また、本発明によれば、微小物体は、従来
装置のように電極非対向領域にて運動するのではなく、
電極対向領域にて運動する。したがって、電極非対向領
域は、微小物体が運動するためのスペースを考慮するこ
となく小さくでき、その分、装置を小型化できる。
Further, according to the present invention, the minute object does not move in the non-electrode non-facing region unlike the conventional device,
It moves in the electrode facing area. Therefore, the non-electrode non-facing region can be reduced without considering the space for the movement of the minute object, and the device can be downsized accordingly.

【0066】またさらに、本発明によれば、微小物体の
自転運動は、その微小物体の両側において互いに逆方向
に発生した液体流動によってなされ、従来装置のように
片側の液体流動のみによってなされるのではない。この
ため、微小物体に動力伝達機構として回転軸を連結する
場合であっても、電気エネルギーを運動エネルギーに変
換する場合の変換効率が向上され、消費電力の無駄を低
減できる。
Furthermore, according to the present invention, the rotation of the minute object is performed by the liquid flows generated in opposite directions on both sides of the minute object, and is performed only by the liquid flow on one side as in the conventional apparatus. is not. Therefore, even when the rotating shaft is connected to the minute object as a power transmission mechanism, the conversion efficiency in converting electric energy to kinetic energy is improved, and waste of power consumption can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る微小物体駆動装置の構造の一例を
示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of a structure of a minute object driving device according to the present invention.

【図2】本発明に係る水平配向処理の一例を示す斜視図
である。
FIG. 2 is a perspective view showing an example of a horizontal alignment process according to the present invention.

【図3】微小物体の運動を説明するための模式図であ
る。
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining movement of a minute object.

【図4】本発明に係る微小物体駆動装置に印加する交番
電圧の波形を示す波形図である。
FIG. 4 is a waveform diagram showing a waveform of an alternating voltage applied to the minute object driving device according to the present invention.

【図5】本発明に係る微小物体駆動装置に印加する交番
電圧の波形を示す波形図である。
FIG. 5 is a waveform diagram showing a waveform of an alternating voltage applied to the minute object driving device according to the present invention.

【図6】本発明の実施例1の微小物体駆動装置の構造を
示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating the structure of the minute object driving device according to the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明に係る水平配向処理の他の例を示す斜視
図である。
FIG. 7 is a perspective view showing another example of the horizontal alignment processing according to the present invention.

【図8】本発明に係るラビング処理方法を説明するため
の模式図である。
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining a rubbing method according to the present invention.

【図9】本発明の実施例3の微小物体駆動装置の構造を
示す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a structure of a minute object driving device according to a third embodiment of the present invention.

【図10】従来の微小物体駆動装置の構造の一例を説明
するための断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of a structure of a conventional minute object driving device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11、12 基板 13、14 電極 15 液晶 16 微小物体 17 電圧印加手段 18 液晶配向層 21 水平配向処理領域 22 ラビング処理方向 31 微小物体の運動軌跡 61、62 基板 63、64 電極 65 液晶 66 微小物体 67 電圧印加手段 71 ラビング処理領域 81 電極 82 ラビング布 83 電極中心 84 回転軸 91、92 基板 93、94 電極 95 液晶 96 回転子 97 液晶流動 98 対流うず 101、102 基板 103、104 電極 105 微小物体 106 液晶 107 微少な棒 108 穴 109 電圧印加手段 11, 12 Substrate 13, 14 Electrode 15 Liquid crystal 16 Micro object 17 Voltage applying means 18 Liquid crystal alignment layer 21 Horizontal alignment processing area 22 Rubbing processing direction 31 Motion locus of micro object 61, 62 Substrate 63, 64 Electrode 65 Liquid crystal 66 Micro object 67 Voltage application means 71 Rubbing treatment area 81 Electrode 82 Rubbing cloth 83 Electrode center 84 Rotation axis 91, 92 Substrate 93, 94 Electrode 95 Liquid crystal 96 Rotator 97 Liquid crystal flow 98 Convection vortex 101, 102 Substrate 103, 104 Electrode 105 Micro object 106 Liquid crystal 107 minute rod 108 hole 109 voltage applying means

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定間隔をあけた状態に配置された電極
を有する一対の基板と、該基板間に充填された液晶と、
該液晶内に移動自在に配置された少なくとも一つの微小
物体と、前記電極間に電圧を印加する電圧印加手段とを
備えた微小物体駆動装置において、前記電極表面には前
記液晶に対する水平配向処理が閉じた帯状領域に沿って
施された液晶配向層が設けられており、前記電圧印加手
段から前記一対の電極に対して所定の電圧を印加するこ
とにより、前記微小物体が前記一対の電極に挟まれた領
域にて前記基板面にほぼ平行な平面内にて運動する様に
構成された事を特徴とする微小物体駆動装置。
1. A pair of substrates having electrodes arranged at a predetermined interval, a liquid crystal filled between the substrates,
In a micro object driving device comprising at least one micro object movably arranged in the liquid crystal and voltage applying means for applying a voltage between the electrodes, a horizontal alignment process for the liquid crystal is performed on the electrode surface. A liquid crystal alignment layer provided along a closed band-shaped region is provided, and the minute object is sandwiched between the pair of electrodes by applying a predetermined voltage to the pair of electrodes from the voltage applying unit. A small object driving device which is configured to move in a plane substantially parallel to the substrate surface in a region where the substrate is moved.
【請求項2】 前記閉じた帯状領域の形状が環状である
事を特徴とする請求項1記載の微小物体駆動装置。
2. The device for driving a minute object according to claim 1, wherein the shape of the closed band-like region is annular.
【請求項3】 前記水平配向処理がラビング処理である
事を特徴とする請求項1記載の微小物体駆動装置。
3. The device according to claim 1, wherein the horizontal alignment process is a rubbing process.
【請求項4】 前記一対の電極のうち、一方の電極表面
の液晶配向層に施されたラビング処理の向きが、他方の
電極表面の液晶配向層に施されたラビング処理の向きに
対して反対向きである事を特徴とする請求項3記載の微
小物体駆動装置。
4. A rubbing direction applied to a liquid crystal alignment layer on one electrode surface of the pair of electrodes is opposite to a rubbing direction applied to a liquid crystal alignment layer on the other electrode surface. The device for driving a minute object according to claim 3, wherein the device is oriented.
【請求項5】 前記一対の電極のうち、一方の電極表面
の液晶配向層に施されたラビング処理の方向が、他方の
電極表面の液晶配向層に施されたラビング処理の方向に
対して同じ向きである事を特徴とする請求項3記載の微
小物体駆動装置。
5. A rubbing direction applied to a liquid crystal alignment layer on one electrode surface of the pair of electrodes is the same as a rubbing direction applied to a liquid crystal alignment layer on the other electrode surface. The device for driving a minute object according to claim 3, wherein the device is oriented.
【請求項6】 前記微小物体の運動の軌跡がほば閉曲線
状である事を特徴とする請求項1記載の微小物体駆動装
置。
6. The small object driving device according to claim 1, wherein the trajectory of the movement of the small object is substantially a closed curve.
【請求項7】 前記閉曲線が円である事を特徴とする請
求項6記載の微小物体駆動装置。
7. The device for driving a minute object according to claim 6, wherein the closed curve is a circle.
【請求項8】 前記微小物体の運動が、前記電極面に対
して垂直な方向を自転軸とする自転運動である事を特徴
とする請求項1記載の微小物体駆動装置。
8. The device for driving a minute object according to claim 1, wherein the movement of the minute object is a rotation with a direction perpendicular to the electrode surface as a rotation axis.
【請求項9】 前記液晶がネマチック液晶である事を特
徴とする請求項1記載の微小物体駆動装置。
9. The device according to claim 1, wherein the liquid crystal is a nematic liquid crystal.
【請求項10】 前記微小物体が前記液晶に溶解しない
事を特徴とする請求項1記載の微小物体駆動装置。
10. The device according to claim 1, wherein the minute object does not dissolve in the liquid crystal.
【請求項11】 前記微小物体が誘電体である事を特徴
とする請求項10記載の微小物体駆動装置。
11. The device for driving a minute object according to claim 10, wherein the minute object is a dielectric.
【請求項12】 前記電圧印加手段により印加される電
圧が交番電圧である事を特徴とする請求項1記載の微小
物体駆動装置。
12. The device according to claim 1, wherein the voltage applied by the voltage applying means is an alternating voltage.
【請求項13】 前記交番電圧が正極性パルスと負極性
パルスからなる事を特徴とする請求項12記載の微小物
体駆動装置。
13. The device according to claim 12, wherein the alternating voltage comprises a positive pulse and a negative pulse.
【請求項14】 前記正極性パルスの波高値と前記負極
性パルスの波高値とが異なる事を特徴とする請求項13
記載の微小物体駆動装置。
14. The peak value of the positive polarity pulse is different from the peak value of the negative polarity pulse.
The device for driving a small object according to the above.
【請求項15】 前記交番電圧の周波数が10Hz以上
5kHz以下である事を特徴とする請求項12記載の微
小物体駆動装置。
15. The device according to claim 12, wherein the frequency of the alternating voltage is 10 Hz or more and 5 kHz or less.
【請求項16】 前記交番電圧の波高値が、前記電極間
に形成される電界強度が1V/μm以上である事を特徴
とする請求項12記載の微小物体駆動装置。
16. The micro object driving device according to claim 12, wherein the peak value of the alternating voltage is such that an electric field intensity formed between the electrodes is 1 V / μm or more.
【請求項17】 前記微小物体の自転運動を前記一対の
基板外に伝達する伝達機構を有している事を特徴とする
請求項8記載の微小物体駆動装置。
17. The micro object driving device according to claim 8, further comprising a transmission mechanism for transmitting the rotation of the micro object to outside the pair of substrates.
【請求項18】 前記伝達機構が、前記微小物体に接続
された棒状構造体であり、該棒状構造体の長軸方向が前
記微小物体の自転運動の自転軸と平行である事を特徴と
する請求項17記載の微小物体駆動装置。
18. The method according to claim 18, wherein the transmission mechanism is a rod-shaped structure connected to the minute object, and a major axis direction of the rod-shaped structure is parallel to a rotation axis of the rotation of the minute object. The micro object driving device according to claim 17.
【請求項19】 前記微小物体及び前記棒状構造体は、
光重合性化合物の重合体から構成されている事を特徴と
する請求項18記載の微小物体駆動装置。
19. The micro-object and the rod-shaped structure,
19. The device for driving a minute object according to claim 18, wherein the device is made of a polymer of a photopolymerizable compound.
【請求項20】 前記光重合性化合物がフォトレジスト
である事を特徴とする請求項19記載の微小物体駆動装
置。
20. The apparatus according to claim 19, wherein the photopolymerizable compound is a photoresist.
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