JP2008064865A - Movement control mechanism of object immersed in liquid crystal utilizing liquid crystal flow - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶流動を利用した液晶浸漬物体の移動制御機構に関する。液晶とは、流動性はあるが、光学的には異方性で、複屈折を示し、結晶のような性質をもつ状態又はそのような状態を示す物質をいう。この液晶に対して電界や磁界を加えると、液晶分子は、その重心回りに回転し、その軸方向が電界や磁界の方向に対して液晶固有の角度に配向する。
本発明は、かかる液晶の性質を利用した液晶流動を利用して物体の移動を制御する液晶流動を利用した液晶浸漬物体の移動制御機構に関する。
The present invention relates to a movement control mechanism of a liquid crystal immersion object using liquid crystal flow. A liquid crystal refers to a state that has fluidity but is optically anisotropic, exhibits birefringence, has crystal-like properties, or exhibits such a state. When an electric field or magnetic field is applied to the liquid crystal, the liquid crystal molecules rotate around the center of gravity, and the axial direction is oriented at an angle unique to the liquid crystal with respect to the direction of the electric field or magnetic field.
The present invention relates to a movement control mechanism for a liquid crystal immersion object using liquid crystal flow for controlling the movement of an object using liquid crystal flow utilizing the properties of the liquid crystal.
液晶分子の配向方向が変化するときに、液晶流動が発生することが知られている。例えば、図７（Ａ）に示すように、一対の固定平行板Ｐ，Ｐ間に液晶を入れて、その液晶分子ｍを、その軸方向が一対の固定平行板Ｐ，Ｐと略平行になるように配列する。そして、この液晶に、一対の固定平行板Ｐ，Ｐと垂直な電界を加えれば、液晶分子ｍの配向方向が変化、つまり液晶分子ｍが回転し（図７（Ｂ））、この液晶分子ｍの回転に起因する液晶流動が発生する（図７（Ｃ））。つまり、液晶を用いることによって、電気エネルギを運動エネルギに変換することができるのである。 It is known that liquid crystal flow occurs when the orientation direction of liquid crystal molecules changes. For example, as shown in FIG. 7A, a liquid crystal is put between a pair of fixed parallel plates P and P, and the liquid crystal molecules m have an axial direction substantially parallel to the pair of fixed parallel plates P and P. Arrange as follows. When an electric field perpendicular to the pair of fixed parallel plates P and P is applied to the liquid crystal, the orientation direction of the liquid crystal molecules m changes, that is, the liquid crystal molecules m rotate (FIG. 7B), and the liquid crystal molecules m Liquid crystal flow due to the rotation of the liquid crystal is generated (FIG. 7C). In other words, electrical energy can be converted into kinetic energy by using liquid crystal.
かかる液晶の流動を利用して物体を移動させる研究が行われている（例えば、特許文献１〜２）。
特許文献１、２には、液晶分子に交番電圧を加えて、液晶に浸漬されている微小物体を移動させる技術が開示されている。特許文献１、２では、液晶を挟むように一対の電極を配置し、かつ、一対の電極表面にそれぞれ逆向きのラビング処理が行われた膜を設けておけば、液晶分子に交番電圧を加えることによって物体をラビング方向に移動させることができる旨の記載がある。しかも、その電圧や周波数を調整することによって物体の移動方向を変化させることができる旨も記載されている。
Researches have been conducted to move an object using the flow of liquid crystal (for example, Patent Documents 1 and 2).
Patent Documents 1 and 2 disclose a technique for moving a minute object immersed in liquid crystal by applying an alternating voltage to liquid crystal molecules. In Patent Documents 1 and 2, an alternating voltage is applied to liquid crystal molecules if a pair of electrodes are arranged so as to sandwich the liquid crystal and a film subjected to a rubbing process in the opposite direction is provided on the surface of the pair of electrodes. There is a description that the object can be moved in the rubbing direction. Moreover, it is described that the moving direction of the object can be changed by adjusting the voltage and frequency.
しかるに、引用例１、２には、電圧を印加したときに、物体はいずれかの電極に引き寄せられ引き寄せられた電極近傍の流れの影響を受けて移動すると推測される旨が記載されている。つまり、引用例１、２の技術によって移動できる物体は電界を印加したときに電極により引き寄せられる性質を有するものに限られる。しかも、物体は、一対の電極間を移動できる程度の大きさであって、かつ、一方の電極に引き寄せられたときに他方の電極の流れの影響を受けない程度の大きさであることが必要とされる。したがって、引用例１、２の技術を液晶中の物体移動に利用できたとしても、非常に限定された条件でしか使用することができないし、また、電極と膜が設けられている部分以外に位置する物体を移動させることはできない。 However, Cited Examples 1 and 2 describe that when a voltage is applied, an object is attracted to one of the electrodes and is assumed to move under the influence of the flow in the vicinity of the attracted electrode. That is, the objects that can be moved by the techniques of Reference Examples 1 and 2 are limited to those having the property of being attracted by the electrodes when an electric field is applied. In addition, the object must be sized so that it can move between a pair of electrodes and not affected by the flow of the other electrode when it is attracted to one electrode. It is said. Therefore, even if the techniques of Reference Examples 1 and 2 can be used for moving an object in the liquid crystal, it can be used only under very limited conditions, and other than the part where the electrode and the film are provided. It is not possible to move a positioned object.
本発明は上記事情に鑑み、物体の大きさや性質に係わらず、液晶中に浸漬された物体を所望の方向に移動させることができる液晶流動を利用した液晶浸漬物体の移動制御機構を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, the present invention provides a liquid crystal immersion object movement control mechanism using liquid crystal flow that can move an object immersed in a liquid crystal in a desired direction regardless of the size and properties of the object. With the goal.
第１発明の液晶流動を利用した液晶浸漬物体の移動制御機構は、液晶に浸漬された物体の移動を液晶流動によって制御する移動制御機構であって、互いに対向する一対の対向面を有し、該一対の対向面間に液晶が配設された液晶保持手段と、前記液晶保持手段によって保持された液晶の液晶分子を、前記一対の対向面と交差する面内で回転させる液晶分子回転手段と、前記液晶保持手段の一対の対向面と交差する軸周りに液晶をツイストさせ、かつ、各液晶分子がそれぞれ一方向にのみ回転するように液晶分子を拘束する拘束手段とを備えており、該拘束手段が複数設けられており、前記一対の対向面間に、前記複数の拘束手段により液晶分子が拘束された複数の拘束領域が形成されていることを特徴とする。
第２発明の液晶流動を利用した液晶浸漬物体の移動制御機構は、第１発明において、前記複数の拘束手段は、前記液晶分子回転手段によって液晶分子が回転したときにおいて、一の拘束領域内の液晶分子によって形成される液晶流動の方向が、他の拘束領域内の液晶分子によって形成される液晶流動の方向と逆向きになるように、液晶分子をそれぞれ拘束することを特徴とする。
第３発明の液晶流動を利用した液晶浸漬物体の移動制御機構は、第１発明において、前記複数の拘束手段は、前記液晶分子回転手段によって液晶分子が回転したときにおいて、一の拘束領域内の液晶分子によって形成される液晶流動の方向が、他の拘束領域内の液晶分子によって形成される液晶流動の方向と交差するように、液晶分子をそれぞれ拘束することを特徴とする。
第４発明の液晶流動を利用した液晶浸漬物体の移動制御機構は、第１、２または第３発明において、前記液晶分子回転手段が複数設けられており、各液晶分子回転手段は、一の拘束領域内の液晶分子を、他の拘束領域内の液晶分子から、独立して回転させ得るように設けられていることを特徴とする。
第５発明の液晶流動を利用した液晶浸漬物体の移動制御機構は、第１、２または第３発明において、前記液晶分子回転手段は、全拘束領域内の液晶分子を同時に回転させ得るように設けられていることを特徴とする。
第６発明の液晶流動を利用した液晶浸漬物体の移動制御機構は、第１、２または第３発明において、前記拘束領域の周囲に、該拘束領域内の液晶分子が回転したときに発生する液晶流動により該拘束領域から排出される液晶分子が保持される保持領域と、該液晶分子が排出された拘束領域に対して液晶分子を供給する供給領域とが設けられていることを特徴とする。
第７発明の液晶流動を利用した液晶浸漬物体の移動制御機構は、第６発明において、前記保持領域と前記供給領域とが連通されていることを特徴とする。
第８発明の液晶流動を利用した液晶浸漬物体の移動制御機構は、第６発明において、前記複数の拘束領域によって囲まれた領域に、前記保持領域が設けられており、該複数の拘束領域の周囲に、前記供給領域が設けられており、前記保持領域内に、液晶分子が回転したときに発生する液晶流動により移動される物体が配置されることを特徴とする。
The movement control mechanism of the liquid crystal immersion object using the liquid crystal flow of the first invention is a movement control mechanism for controlling the movement of the object immersed in the liquid crystal by the liquid crystal flow, and has a pair of opposed surfaces facing each other, Liquid crystal holding means in which a liquid crystal is disposed between the pair of opposed surfaces, and liquid crystal molecule rotating means for rotating liquid crystal molecules of the liquid crystal held by the liquid crystal holding means in a plane intersecting the pair of opposed surfaces. And a restraining means for twisting the liquid crystal around an axis intersecting with the pair of opposing surfaces of the liquid crystal holding means and restraining the liquid crystal molecules so that each liquid crystal molecule rotates only in one direction, A plurality of restraining means are provided, and a plurality of restraining regions in which liquid crystal molecules are restrained by the plurality of restraining means are formed between the pair of opposing surfaces.
The movement control mechanism of the liquid crystal immersion object using the liquid crystal flow of the second invention is the first invention, wherein the plurality of restraining means are arranged in one restraining region when the liquid crystal molecules are rotated by the liquid crystal molecule rotating means. The liquid crystal molecules are constrained so that the liquid crystal flow direction formed by the liquid crystal molecules is opposite to the liquid crystal flow direction formed by the liquid crystal molecules in the other constrained regions.
According to a third aspect of the present invention, there is provided the movement control mechanism of the liquid crystal immersion object using the liquid crystal flow. In the first invention, the plurality of restraining means are arranged in a restricted area when the liquid crystal molecules are rotated by the liquid crystal molecule rotating means. The liquid crystal molecules are constrained so that the direction of liquid crystal flow formed by the liquid crystal molecules intersects with the direction of liquid crystal flow formed by the liquid crystal molecules in other constrained regions.
According to a fourth aspect of the invention, in the first, second, or third aspect of the invention, the liquid crystal immersion object movement control mechanism is provided with a plurality of liquid crystal molecule rotating means, and each liquid crystal molecule rotating means has one constraint. The liquid crystal molecules in the region are provided so as to be able to rotate independently from the liquid crystal molecules in other constrained regions.
According to a fifth aspect of the invention, in the first, second, or third aspect, the liquid crystal molecule rotation control mechanism is provided so that the liquid crystal molecule rotating means can simultaneously rotate the liquid crystal molecules in all the constrained regions. It is characterized by being.
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the liquid crystal immersion object movement control mechanism using the liquid crystal flow according to the first, second or third aspect, wherein the liquid crystal generated when the liquid crystal molecules in the constrained region rotate around the constrained region. A holding region for holding liquid crystal molecules discharged from the constraining region by flow and a supply region for supplying liquid crystal molecules to the constraining region from which the liquid crystal molecules are discharged are provided.
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the movement control mechanism for a liquid crystal immersion object using the liquid crystal flow, wherein the holding area and the supply area are in communication with each other.
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided the movement control mechanism for a liquid crystal immersion object using the liquid crystal flow, wherein the holding region is provided in a region surrounded by the plurality of constraining regions. The supply region is provided in the periphery, and an object moved by liquid crystal flow generated when liquid crystal molecules rotate is disposed in the holding region.
第１発明によれば、液晶分子回転手段によって液晶の液晶分子を回転させれば、拘束領域内の液晶分子によって液晶流動が形成されるから、液晶中に物体を浸漬させておけば、液晶流動の方向に物体を移動させることができる。そして、拘束手段によって複数の拘束領域が設けられているので、各拘束領域内の液晶分子が回転したときに発生する液晶流動の方向がそれぞれ異なっていれば、合成された液晶流動の方向に物体を移動させることができる。つまり、発生する液晶流動の方向を制御することにより、液晶に浸漬されている物体の移動を制御することができるのである。
第２発明によれば、液晶分子を回転させれば、液晶流動の方向に沿って物体を移動させることができ、物体を往復移動させることも可能である。
第３発明によれば、液晶分子を回転させれば、物体を様々な方向に移動させることができ、各拘束領域で発生する液晶流動の方向だけでなく、複数の拘束領域で発生する液晶流動が合成された液晶流動の方向にも物体を移動させることができる。
第４発明によれば、複数の液晶分子回転手段によって、複数の拘束領域内の液晶分子が回転するタイミングをそれぞれ異なるように調整すれば、液晶中に物体を浸漬されている物体の移動方向および移動量の制御することができ、その制御を容易にすることができる。
第５発明によれば、発生する液晶流動を強くすることができるし、液晶中に浸漬されている物体の移動量を大きくでき、また、物体の移動速度も速くすることもできる。
第６発明によれば、拘束領域から保持領域に排出され不足した液晶分子を、供給領域から拘束領域に供給できるので、拘束領域内における液晶の連続性を維持することができる。
第７発明によれば、保持領域と供給領域とが連通されているので、液晶保持手段が密封された容器であっても、液晶保持手段内における液晶の連続性を維持することができる。よって、液晶保持手段が密封された容器であっても、その内部に液晶流動を発生させることができる。
第８発明によれば、拘束領域内の液晶分子が回転したときに発生する液晶流動により保持領域内に液晶流動を発生させることができる。すると、保持領域内に位置する物体をその流動方向に移動させることができ、保持領域内における物体の移動方向を制御することができる。
According to the first invention, if the liquid crystal molecules of the liquid crystal are rotated by the liquid crystal molecule rotating means, the liquid crystal flow is formed by the liquid crystal molecules in the constrained region. The object can be moved in the direction of. Since a plurality of constraining regions are provided by the constraining means, if the liquid crystal flow directions generated when the liquid crystal molecules in each constrained region are rotated are different, the object in the direction of the synthesized liquid crystal flow Can be moved. That is, the movement of the object immersed in the liquid crystal can be controlled by controlling the direction of the generated liquid crystal flow.
According to the second invention, if the liquid crystal molecules are rotated, the object can be moved along the direction of liquid crystal flow, and the object can be reciprocated.
According to the third invention, if the liquid crystal molecules are rotated, the object can be moved in various directions, and not only the direction of liquid crystal flow generated in each constrained region but also the liquid crystal flow generated in a plurality of constrained regions. The object can also be moved in the direction of the liquid crystal flow in which is synthesized.
According to the fourth aspect of the present invention, if the liquid crystal molecule rotation means adjusts the rotation timing of the liquid crystal molecules in the plurality of constraining regions to be different from each other, the moving direction of the object immersed in the liquid crystal and The amount of movement can be controlled, and the control can be facilitated.
According to the fifth aspect, the generated liquid crystal flow can be strengthened, the amount of movement of the object immersed in the liquid crystal can be increased, and the moving speed of the object can be increased.
According to the sixth aspect of the invention, since the insufficient liquid crystal molecules discharged from the restraining area to the holding area can be supplied from the supply area to the restraining area, the continuity of the liquid crystal in the restraining area can be maintained.
According to the seventh aspect, since the holding area and the supply area are communicated with each other, the continuity of the liquid crystal in the liquid crystal holding means can be maintained even when the liquid crystal holding means is sealed. Therefore, even if the liquid crystal holding means is a sealed container, liquid crystal flow can be generated inside the container.
According to the eighth aspect, the liquid crystal flow can be generated in the holding region by the liquid crystal flow generated when the liquid crystal molecules in the constrained region rotate. Then, the object located in the holding area can be moved in the flow direction, and the moving direction of the object in the holding area can be controlled.
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
まず、本発明の液晶浸漬物体の移動制御機構を説明する前に、液晶分子の配向方向が変化したとき、つまり液晶分子が回転したときに液晶中に液晶流動が発生する原理およびその制御方法を説明する。
なお、液晶分子は、電界または磁界を加えることによって回転するのであるが、以下では電界を加える場合のみを説明する。
さらになお、液晶分子は、電界や磁界を加えたときに、電界や磁界の方向に対してその軸方向が液晶固有の角度になるように配向するが、以下では、電界や磁界を加えたときに、液晶分子の軸方向が電界や磁界の方向と平行となるような液晶について説明する。もちろん、電界や磁界を加えたときに、液晶分子の軸方向が電界や磁界の方向と直交するように配向する液晶も本発明の物体移動機構に使用可能であるのは、いうまでもない。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, before explaining the movement control mechanism of the liquid crystal immersion object of the present invention, the principle of liquid crystal flow and its control method when the orientation direction of the liquid crystal molecules changes, that is, when the liquid crystal molecules rotate, are explained. explain.
The liquid crystal molecules rotate by applying an electric field or a magnetic field, but only the case of applying an electric field will be described below.
Furthermore, when an electric or magnetic field is applied, the liquid crystal molecules are oriented so that the axial direction is an angle inherent to the liquid crystal with respect to the direction of the electric or magnetic field. Next, a liquid crystal in which the axis direction of the liquid crystal molecules is parallel to the direction of the electric field or magnetic field will be described. Of course, it goes without saying that a liquid crystal that is aligned so that the axial direction of liquid crystal molecules is orthogonal to the direction of the electric field or magnetic field when an electric field or magnetic field is applied can also be used in the object movement mechanism of the present invention.
図５は電界が加えられたときにおける液晶分子ｍの動きの説明図である。図５に示すように、液晶ＬＣに対して、その液晶分子ｍの軸方向と交差するように電界ｅｆを加えると、液晶分子ｍは、その回転角度が小さくなるように回転する。図５であれば、液晶分子ｍは電界ｅｆに対して左上がりに傾いているので、液晶分子ｍは時計回り（図５（Ａ） では矢印の方向）に、その軸方向が電界ｅｆと一致するまで回転する（図５（Ｂ））。すると、各液晶分子ｍの周囲には速度勾配が発生するので（図５（Ｃ））、液晶ＬＣ中には液晶流動が発生するのである。 FIG. 5 is an explanatory diagram of the movement of the liquid crystal molecules m when an electric field is applied. As shown in FIG. 5, when an electric field ef is applied to the liquid crystal LC so as to intersect the axial direction of the liquid crystal molecule m, the liquid crystal molecule m rotates so that its rotation angle becomes small. In FIG. 5, since the liquid crystal molecules m are inclined to the left with respect to the electric field ef, the liquid crystal molecules m are rotated clockwise (in the direction of the arrow in FIG. 5A) and the axial direction thereof coincides with the electric field ef. Rotate until (FIG. 5B). Then, since a velocity gradient is generated around each liquid crystal molecule m (FIG. 5C), liquid crystal flow is generated in the liquid crystal LC.
ところで、図５（Ａ）のごとく液晶分子ｍが電界ｅｆに対して傾いている場合には、電界ｅｆと液晶分子ｍとがなす角度が小さくなるように液晶分子ｍは回転する。つまり、液晶分子ｍの回転方向があらかじめ把握できるのであるが、液晶分子ｍの軸方向が電界ｅｆの方向に対して直交している場合には、液晶分子ｍが時計回り反時計回りいずれの方向に回転するかを予測することはできない。そこで、液晶分子ｍの回転方向を制御するために、以下の手法が採用される。 By the way, when the liquid crystal molecule m is tilted with respect to the electric field ef as shown in FIG. 5A, the liquid crystal molecule m rotates so that the angle formed by the electric field ef and the liquid crystal molecule m becomes small. That is, the rotation direction of the liquid crystal molecules m can be grasped in advance, but when the axial direction of the liquid crystal molecules m is orthogonal to the direction of the electric field ef, the liquid crystal molecules m are rotated in either the clockwise or counterclockwise direction. Cannot be predicted. Therefore, the following method is adopted to control the rotation direction of the liquid crystal molecules m.
図６は配向膜Ｆが設けられた部材Ｐ上に載せられた液晶ＬＣに対して電界が加えられたときにおける液晶分子ｍの動きの説明図である。同図において、符号Ｐは液晶ＬＣに接触する部材、例えば、液晶ＬＣを収容する容器の壁等を示しており、符号Ｆはこの部材Ｐの表面に設けられた配向膜を示している。この配向膜Ｆの素材は、例えばポリイミド等の高分子物質であり、この部材Ｐ近傍の液晶分子ｍの動きを拘束（以下、単にアンカリングという）するものである。そして、この配向膜Ｆの表面は、右から左向かってラビングされている。
すると、図６（Ａ）に示すように、液晶分子ｍは、その軸方向を左右方向に向けた状態で、かつ、その左端部が配向膜Ｆから上傾するように配列する。つまり、液晶分子ｍは、その軸方向をラビングした方向に向けて配列し、かつ、ラビングしたときの下流側の端部が配向膜Ｆから離れるように配列（以下、単にチルトという）するのである。
したがって、図６（Ａ）のように液晶分子ｍをチルトさせておけば、部材Ｐの表面に垂直に電界ｅｆを加えたときに、液晶分子ｍを、常に一定の方向に（図６（Ａ）、（Ｂ）では時計回り）に回転させることができるのである（図６（Ｂ））。
FIG. 6 is an explanatory view of the movement of the liquid crystal molecules m when an electric field is applied to the liquid crystal LC placed on the member P on which the alignment film F is provided. In the figure, the symbol P indicates a member that contacts the liquid crystal LC, for example, a wall of a container that accommodates the liquid crystal LC, and the symbol F indicates an alignment film provided on the surface of the member P. The material of the alignment film F is a polymer material such as polyimide, for example, and restrains the movement of the liquid crystal molecules m in the vicinity of the member P (hereinafter simply referred to as anchoring). The surface of the alignment film F is rubbed from right to left.
Then, as shown in FIG. 6A, the liquid crystal molecules m are arranged so that the axial direction thereof is in the left-right direction and the left end thereof is inclined upward from the alignment film F. That is, the liquid crystal molecules m are arranged so that the axial direction thereof is directed to the rubbing direction, and the downstream end when rubbing is arranged away from the alignment film F (hereinafter simply referred to as tilt). .
Therefore, if the liquid crystal molecules m are tilted as shown in FIG. 6A, when the electric field ef is applied perpendicularly to the surface of the member P, the liquid crystal molecules m are always in a certain direction (FIG. 6A ), (B) can be rotated clockwise (FIG. 6B).
そして、液晶分子ｍが回転することによって各液晶分子ｍの周囲には速度勾配が形成されるのであるが、図６（Ｂ）に示すように、配向膜Ｆ近傍の液晶分子ｍはその軸方向が電界ｅｆと一致するまで回転することができない。すると、液晶分子ｍの回転量は部材Ｐに近づくほど小さくなり、配向膜Ｆに接している液晶分子ｍでは０となるから、液晶分子ｍの回転により、液晶分子ｍの周囲に形成される速度勾配も部材Ｐに近づくほど小さくなる（図６（Ｃ））。
したがって、部材Ｐの配向膜Ｆを設けアンカリングした場合、液晶ＬＣ内には、図６（Ｄ）に示すような速度分布を有する液晶流動が発生するのである。
As the liquid crystal molecules m rotate, a velocity gradient is formed around each of the liquid crystal molecules m. As shown in FIG. 6B, the liquid crystal molecules m in the vicinity of the alignment film F are in the axial direction. Cannot rotate until it matches the electric field ef. Then, the rotation amount of the liquid crystal molecules m decreases as the member P is approached, and becomes 0 for the liquid crystal molecules m in contact with the alignment film F. Therefore, the speed formed around the liquid crystal molecules m by the rotation of the liquid crystal molecules m. The gradient also decreases as the member P is approached (FIG. 6C).
Therefore, when the alignment film F of the member P is provided and anchoring is performed, a liquid crystal flow having a velocity distribution as shown in FIG. 6D is generated in the liquid crystal LC.
また、図７（Ａ）に示すように、一対の部材Ｐ，Ｐの間に液晶ＬＣが配設され、かつ、一対の部材Ｐ，Ｐの互いに対向する面に一対の配向膜Ｆ ,Ｆが設けられている場合、一対の配向膜Ｆ ,Ｆに対していずれも同じ方向に（図７（Ａ）ではいずれも右から左に）ラビングすると、一対の配向膜Ｆ ,Ｆ近傍の液晶分子ｍはいずれもその左端部が配向膜Ｆから離間するようにチルトして配列する。このとき、液晶分子ｍは、隣接する液晶分子ｍの軸方向の傾きが大きく変化しないように配列するので、その配向が連続するように一対の配向膜Ｆ ,Ｆ間で１８０°ツイストし、ラビング方向と直交する方向（図７では紙面と垂直な方向）から見ると、液晶分子ｍは上下反対称に配置する（図７（Ａ））。
すると、図７（Ｂ）に示すように、液晶ＬＣに対して、一対の部材Ｐ，Ｐの互いに対向する面と垂直な方向の電界ｅｆを加えると、一対の部材Ｐ，Ｐ間において、その中間よりも上方の液晶分子ｍは反時計回りに回転し、その中間よりも下方の液晶分子ｍは時計回りに回転するので、上方の部材Ｐ近傍の液晶分子ｍが形成する速度勾配と、下方の部材Ｐ近傍の液晶分子ｍが形成する速度勾配は上下対称となる。
しかも、一対の部材Ｐ，Ｐ間の中間における液晶分子ｍの軸方向は、図７では紙面に対して垂直な面と平行な方向に向いている。つまり、ラビング方向に対して水平面内で90°回転しているから、この液晶分子ｍが回転してもラビング方向（図７では左右方向）の速度成分は発生しない。したがって、一対の部材Ｐ，Ｐ間には、図７(C) に示すような速度分布が形成され、右向き、つまりラビング方向と逆向きの液晶流動が発生するのである。
Further, as shown in FIG. 7A, the liquid crystal LC is disposed between the pair of members P and P, and the pair of alignment films F 1 and F 2 are formed on the mutually opposing surfaces of the pair of members P and P. In the case where it is provided, when the rubbing is performed in the same direction with respect to the pair of alignment films F 1 and F (both from right to left in FIG. 7A), the liquid crystal molecules m in the vicinity of the pair of alignment films F 2 and F Each of them is tilted and arranged so that the left end portion thereof is separated from the alignment film F. At this time, since the liquid crystal molecules m are arranged so that the axial inclination of the adjacent liquid crystal molecules m does not change greatly, the liquid crystal molecules m are twisted by 180 ° between the pair of alignment films F 1 and F 2 so that the alignment is continued and rubbed. When viewed from a direction orthogonal to the direction (in FIG. 7, a direction perpendicular to the paper surface), the liquid crystal molecules m are arranged in an antisymmetrical manner (FIG. 7A).
Then, as shown in FIG. 7B, when an electric field ef in a direction perpendicular to the surfaces of the pair of members P and P facing each other is applied to the liquid crystal LC, between the pair of members P and P, Since the liquid crystal molecules m above the middle rotate counterclockwise and the liquid crystal molecules m below the middle rotate clockwise, the velocity gradient formed by the liquid crystal molecules m near the upper member P is The velocity gradient formed by the liquid crystal molecules m near the member P is vertically symmetric.
In addition, the axial direction of the liquid crystal molecules m in the middle between the pair of members P and P is in a direction parallel to a plane perpendicular to the paper surface in FIG. That is, since the liquid crystal molecules m are rotated by 90 ° in the horizontal plane with respect to the rubbing direction, no velocity component in the rubbing direction (left-right direction in FIG. 7) is generated. Accordingly, a velocity distribution as shown in FIG. 7C is formed between the pair of members P and P, and liquid crystal flow in the right direction, that is, in the direction opposite to the rubbing direction is generated.
なお、上記説明では、一対の配向膜Ｆ ,Ｆに対していずれも同じ方向にラビングする場合を説明したが、例えば、下方の配向膜Ｆのラビング方向に対して、上方の配向膜Ｆの配向方向を傾けてもよい。この場合でも、一対の配向膜Ｆ ,Ｆ間において、液晶ＬＣは、一対の配向膜Ｆ ,Ｆにおけるラビング方向の傾きの分だけねじれる。つまり、ラビング方向の傾きの分だけ、液晶ＬＣをツイストさせることができるから、下方の配向膜Ｆのラビング方向と直交する方向における速度分布は上下反対称でなくなる。すると、下方の配向膜Ｆのラビング方向と直交する方向における液晶流動の流量も０ではなくなるので、液晶ＬＣには、下方の配向膜Ｆのラビング方向に対して傾いた流量が０ではない液晶流動を発生させることができる。 In the above description, the case where both of the pair of alignment films F 1 and F 2 are rubbed in the same direction has been described. For example, the alignment of the upper alignment film F with respect to the rubbing direction of the lower alignment film F You may tilt the direction. Even in this case, between the pair of alignment films F 1 and F, the liquid crystal LC is twisted by the amount of inclination in the rubbing direction of the pair of alignment films F 1 and F 2. That is, since the liquid crystal LC can be twisted by the amount corresponding to the inclination in the rubbing direction, the velocity distribution in the direction perpendicular to the rubbing direction of the lower alignment film F is not antisymmetrical. Then, the flow rate of the liquid crystal flow in the direction orthogonal to the rubbing direction of the lower alignment film F is also not zero. Therefore, the liquid crystal flow in the liquid crystal LC is not zero with a flow rate inclined with respect to the rubbing direction of the lower alignment film F. Can be generated.
さて、本発明の液晶流動を利用した液晶浸漬物体の移動制御機構を説明する。
図１は本発明の液晶流動を利用した液晶浸漬物体の移動制御機構の概略説明図であり、(Ａ) は縦断面図であり、(Ｂ) は（Ａ）におけるＢ−Ｂ線概略断面矢視図である。図１において、符号ＬＣは液晶を示している。この液晶ＬＣは、例えばネマティック液晶やスメクティック液晶、コレステリック液晶、ディスコティック液晶等であるが、電界を加えたときに、液晶分子が回転する液晶であれば、特に限定はない。
Now, the movement control mechanism of the liquid crystal immersion object using the liquid crystal flow of the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic explanatory view of a movement control mechanism of a liquid crystal immersion object using liquid crystal flow of the present invention, (A) is a longitudinal sectional view, and (B) is a schematic sectional arrow along line BB in (A). FIG. In FIG. 1, the code | symbol LC has shown the liquid crystal. The liquid crystal LC is, for example, a nematic liquid crystal, a smectic liquid crystal, a cholesteric liquid crystal, a discotic liquid crystal, or the like, but is not particularly limited as long as the liquid crystal molecules rotate when an electric field is applied.
図１（Ａ）において、符号Ｐは図１における左右方向に延びた一対の平板を示しており、図１（Ｂ）において、符号Ｗは図１における左右方向に延びた一対の壁を示しており、これら一対の平板Ｐ，Ｐ、一対の壁Ｗ，Ｗに囲まれた空間に液晶ＬＣは配置されている。
なお、図１では、一対の平板Ｐ，Ｐまたは一対の壁Ｗ，Ｗの互いに対向する面は、互いに平行な平坦面に形成されているが、対向する面は必ずしも互いに平行でなくてもよく、一方の面に対して他方の面Ｂが傾斜していてもよい。
さらになお、一対の平板Ｐ，Ｐまたは一対の壁Ｗ，Ｗの互いに対向する面は、必ずしも平坦面である必要はなく、例えば一方の面が平坦面であって他方の面が凹凸を有する面でもよいし、両方の面が凹凸を有してもよい。
さらになお、一対の平板Ｐ，Ｐがあれば一対の壁Ｗ，Ｗは設けなくてもよい。一対の壁Ｗ，Ｗを設けておけば、一対の平板Ｐ，Ｐに設けられる配向膜Ｆに対して壁Ｗと平行な方向に沿ってラビング処理を行ったときに、ラビング方向と直交する流れが発生することを確実に防ぐことができ、物体Ｍの位置に係わらず確実にラビング方向に沿って物体Ｍを移動させることができる。そして、一対の壁Ｗ，Ｗを設けておけば、一対の平板Ｐ，Ｐに設けられる配向膜Ｆに対して壁Ｗと交差する方向に沿ってラビング処理を行った場合でも、壁Ｗと直交する流れが発生することを防ぐことができ、物体Ｍの位置に係わらず確実に壁Ｗに沿った方向に物体Ｍを移動させることができる。一方、一対の壁Ｗ，Ｗを設けない場合において、一対の平板Ｐ，Ｐに設けられる配向膜Ｆに対して壁Ｗと交差する方向に沿ってラビング処理を行えば、後述する拘束領域では壁Ｗと交差する方向の流れが発生し、その流れの方向にも物体Ｍを移動させることができる。
In FIG. 1A, the symbol P indicates a pair of flat plates extending in the left-right direction in FIG. 1, and in FIG. 1B, the symbol W indicates a pair of walls extending in the left-right direction in FIG. The liquid crystal LC is disposed in a space surrounded by the pair of flat plates P and P and the pair of walls W and W.
In FIG. 1, the opposing surfaces of the pair of flat plates P, P or the pair of walls W, W are formed as flat surfaces parallel to each other, but the opposing surfaces do not necessarily have to be parallel to each other. The other surface B may be inclined with respect to one surface.
Furthermore, the mutually opposing surfaces of the pair of flat plates P, P or the pair of walls W, W are not necessarily flat surfaces, for example, one surface is a flat surface and the other surface is uneven. However, both surfaces may have irregularities.
Furthermore, if there is a pair of flat plates P, P, the pair of walls W, W may not be provided. If a pair of walls W, W are provided, a flow orthogonal to the rubbing direction when the rubbing process is performed on the alignment film F provided on the pair of flat plates P, P along a direction parallel to the wall W. Can be reliably prevented, and the object M can be reliably moved along the rubbing direction regardless of the position of the object M. If a pair of walls W, W are provided, even when the rubbing process is performed along the direction intersecting the wall W with respect to the alignment film F provided on the pair of flat plates P, P, it is orthogonal to the wall W. It is possible to prevent the flow that occurs, and the object M can be reliably moved in the direction along the wall W regardless of the position of the object M. On the other hand, in the case where the pair of walls W, W are not provided, if the rubbing process is performed along the direction intersecting the wall W with respect to the alignment film F provided on the pair of flat plates P, P, the wall in the constrained region described later A flow in a direction intersecting with W is generated, and the object M can be moved in the direction of the flow.
図１（Ａ）に示すように、前記一対の平板Ｐ，Ｐにおいて、図１における左右方向の中央部を挟んで左側には、一対の電極Ｅ１，Ｅ１が一対の平板Ｐ，Ｐの対向する面にそれぞれに設けられており、この一対の電極Ｅ１，Ｅ１に電源Ｄ１が接続されている。
一方、一対の平板Ｐ，Ｐにおいて、その左右方向の中央部を挟んで右側には、一対の電極Ｅ２，Ｅ２が一対の平板Ｐ，Ｐの対向する面にそれぞれに設けられており、この一対の電極Ｅ２，Ｅ２に電源Ｄ２が接続されている。
また、一対の電極Ｅ１，Ｅ１の表面には、例えばポリイミド等の高分子物質からなる一対の配向膜Ｆ１ ,Ｆ１がそれぞれ設けられており、一対の電極Ｅ２，Ｅ２の表面にも一対の配向膜Ｆ２ ,Ｆ２がそれぞれ設けられている。
As shown in FIG. 1A, in the pair of flat plates P and P, a pair of electrodes E1 and E1 oppose the pair of flat plates P and P on the left side with respect to the central portion in the left-right direction in FIG. The power source D1 is connected to the pair of electrodes E1 and E1.
On the other hand, in the pair of flat plates P, P, a pair of electrodes E2, E2 are respectively provided on the opposed surfaces of the pair of flat plates P, P on the right side of the central portion in the left-right direction. A power source D2 is connected to the electrodes E2, E2.
A pair of alignment films F1 and F1 made of a polymer material such as polyimide are provided on the surfaces of the pair of electrodes E1 and E1, respectively. A pair of alignment films is also formed on the surfaces of the pair of electrodes E2 and E2. F2 and F2 are provided.
なお、配向膜Ｆは、一対の平板Ｐ，Ｐの全面に設けられておらず、隣接する配向膜Ｆ間には、配向膜Ｆの存在しない領域が形成されている。この領域では、各液晶分子の軸方向がある程度ランダムになった状態で存在しており、また、各液晶分子が自由に移動できる状態で存在している。
さらになお、図１において、一対の電極Ｅ１，Ｅ１のうち下側の電極Ｅ１をアースとし、一対の電極Ｅ２，Ｅ２のうち下側の電極Ｅ２もアースとした場合には、下側の電極Ｅ１，Ｅ２を一つの電極で形成することができる。また、アースとする電極は、下側の電極に限られず上側の電極でもよいのは、いうまでもない。
The alignment film F is not provided on the entire surface of the pair of flat plates P and P, and a region where the alignment film F does not exist is formed between the adjacent alignment films F. In this region, the liquid crystal molecules exist in a state where the axial directions of the liquid crystal molecules are random to some extent, and the liquid crystal molecules exist in a state in which the liquid crystal molecules can freely move.
Furthermore, in FIG. 1, when the lower electrode E1 of the pair of electrodes E1 and E1 is grounded and the lower electrode E2 of the pair of electrodes E2 and E2 is grounded, the lower electrode E1 , E2 can be formed by one electrode. Needless to say, the electrode to be grounded is not limited to the lower electrode and may be the upper electrode.
そして、一対の配向膜Ｆ１ ,Ｆ１には両配向膜Ｆ１に対して同じ向きのラビング処理、つまり、図１における矢印ａの方向のラビングが行われている。
一方、一対の配向膜Ｆ２ ,Ｆ２も両配向膜Ｆ２に同じ向きのラビング処理が行われているのであるが、そのラビング方向は、一対の配向膜Ｆ１ ,Ｆ１のラビング方向と逆向き、つまり、図１における矢印ｂの方向のラビングが行われているのである。
The pair of alignment films F1 and F1 are rubbed in the same direction with respect to both alignment films F1, that is, in the direction of arrow a in FIG.
On the other hand, the rubbing treatment in the same direction is performed on both the alignment films F2 and F2 in the same direction, but the rubbing direction is opposite to the rubbing direction of the pair of alignment films F1 and F1, that is, The rubbing in the direction of arrow b in FIG. 1 is performed.
以上のごとき構成であるから、電源Ｄ１または電源Ｄ２から一対の電極Ｅ１，Ｅ１または一対の電極Ｅ２，Ｅ２に対して電圧を印加すると、電極Ｅ１または電極Ｅ２と垂直な電界が液晶ＬＣに加わる。そして、一対の電極Ｅ１，Ｅ１間に電界を印加した場合と、一対の電極Ｅ２，Ｅ２間に電界を印加した場合とでは、液晶ＬＣ中に発生する液晶流動の方向は逆向きになる。つまり、一対の電極Ｅ１，Ｅ１間に電界を印加した場合には、矢印Ａ方向の液晶流動が発生し、逆に、一対の電極Ｅ２，Ｅ２間に電界を印加した場合には、矢印Ｂ方向の液晶流動が発生する（図７参照）。
したがって、物体Ｍを液晶ＬＣに浸漬させておけば、物体Ｍを、一対の電極Ｅ１，Ｅ１間に電界を印加した場合には矢印ｄの方向に移動させることができ、一対の電極Ｅ２，Ｅ２間に電界を印加した場合には矢印ｃの方向に移動させることができる。
With the configuration as described above, when a voltage is applied from the power source D1 or the power source D2 to the pair of electrodes E1, E1 or the pair of electrodes E2, E2, an electric field perpendicular to the electrode E1 or the electrode E2 is applied to the liquid crystal LC. The direction of liquid crystal flow generated in the liquid crystal LC is opposite between when the electric field is applied between the pair of electrodes E1 and E1 and when the electric field is applied between the pair of electrodes E2 and E2. That is, when an electric field is applied between the pair of electrodes E1 and E1, a liquid crystal flow in the direction of arrow A occurs. Conversely, when an electric field is applied between the pair of electrodes E2 and E2, the direction of arrow B is applied. Liquid crystal flow occurs (see FIG. 7).
Therefore, if the object M is immersed in the liquid crystal LC, the object M can be moved in the direction of the arrow d when an electric field is applied between the pair of electrodes E1 and E1, and the pair of electrodes E2 and E2 When an electric field is applied between them, it can be moved in the direction of arrow c.
よって、本実施形態の移動制御機構によれば、電極対Ｅを２つ設けておき、各電極対Ｅの表面に設けられている配向膜Ｆのラビング方向を逆向きにしておけば、電界を印加する電極を変えて液晶ＬＣ中に発生する流動を制御することによって液晶ＬＣに浸漬されている物体Ｍの移動を制御することができる。図１の例では、液晶ＬＣ中に発生する流動方向を変えれば、液晶ＬＣに浸漬されている物体Ｍを左右いずれの方向にも移動させることができるのである。 Therefore, according to the movement control mechanism of this embodiment, if two electrode pairs E are provided and the rubbing direction of the alignment film F provided on the surface of each electrode pair E is reversed, the electric field can be reduced. The movement of the object M immersed in the liquid crystal LC can be controlled by changing the applied electrode and controlling the flow generated in the liquid crystal LC. In the example of FIG. 1, if the flow direction generated in the liquid crystal LC is changed, the object M immersed in the liquid crystal LC can be moved in either the left or right direction.
しかも、電界を印加したときに、液晶中に生じる砲弾型の流れ(図７（Ｃ）参照)により物体Ｍを移動させており、また、液晶中に生じるの流れの方向を変えることによって物体Ｍの移動方向を変えている。このため、一対の平板Ｐ，Ｐ間には、平板Ｐからの距離にかかわらず同じ方向の流れが発生する。例えば、一対の電極Ｅ１，Ｅ１間に電界を印加した場合、一対の平板Ｐ，Ｐ間には矢印Ａ方向の液晶流動は発生するが矢印Ｂ方向の液晶流動は発生しせず、一対の電極Ｅ２，Ｅ２間に電界を印加した場合、一対の平板Ｐ，Ｐ間には矢印Ｂ方向の液晶流動は発生するが矢印Ａ方向の液晶流動は発生しない。
したがって、物体Ｍの大きさや一対の平板Ｐ，Ｐ間における物体Ｍの位置にかかわらず、物体Ｍを所定の方向に移動させることができるのである。
Moreover, the object M is moved by a bullet-shaped flow (see FIG. 7C) generated in the liquid crystal when an electric field is applied, and the object M is changed by changing the direction of the flow generated in the liquid crystal. The direction of movement is changed. For this reason, a flow in the same direction occurs between the pair of flat plates P, P regardless of the distance from the flat plate P. For example, when an electric field is applied between the pair of electrodes E1 and E1, liquid crystal flow in the direction of arrow A occurs between the pair of flat plates P and P, but liquid crystal flow in the direction of arrow B does not occur. When an electric field is applied between E2 and E2, liquid crystal flow in the direction of arrow B occurs between the pair of flat plates P and P, but liquid crystal flow in the direction of arrow A does not occur.
Therefore, regardless of the size of the object M or the position of the object M between the pair of flat plates P, the object M can be moved in a predetermined direction.
とくに、各電極対Ｅの表面に設けられている配向膜Ｆのラビング方向が、図１の左右方向と垂直な成分を有しており、一対の壁Ｗ，Ｗが存在しなければ、液晶ＬＣに浸漬されている物体Ｍを左右方向と同時に、図１（Ｂ）の上下方向にも移動させることができる。 In particular, the rubbing direction of the alignment film F provided on the surface of each electrode pair E has a component perpendicular to the horizontal direction in FIG. 1, and if there is no pair of walls W and W, the liquid crystal LC 1 can be moved in the vertical direction in FIG. 1B simultaneously with the horizontal direction.
なお、図１では物体Ｍとして球体状の物体を記載しているが、物体Ｍは、かかる球体に限られず配向膜Ｆ１，Ｆ２間を仕切るように配設された板等でもよく、とくに限定されない。 In FIG. 1, a spherical object is illustrated as the object M, but the object M is not limited to such a sphere, and may be a plate or the like disposed so as to partition the alignment films F1 and F2, and is not particularly limited. .
なお、上述したように、配向膜Ｆ１，Ｆ２の間には、配向膜Ｆが設けられていない領域が形成されている。これは、配向膜Ｆ１，Ｆ２は、互いに逆向きのラビングが行われているため、配向膜Ｆ１，Ｆ２が連続して設けられていると、両者の境界において、連続性を維持するために液晶分子ｍの配向が急激に変化してしまうからである。そして、かかる液晶分子の配向の急激な変化があれば、液晶ＬＣ中に液晶流動を発生させることが難しくなったり、発生した液晶流動が弱くなってしまうからである。 As described above, a region where the alignment film F is not provided is formed between the alignment films F1 and F2. This is because the alignment films F1 and F2 are rubbed in directions opposite to each other. Therefore, when the alignment films F1 and F2 are continuously provided, the liquid crystal is used to maintain continuity at the boundary between the alignment films F1 and F2. This is because the orientation of the molecule m changes abruptly. If there is a sudden change in the orientation of the liquid crystal molecules, it becomes difficult to generate a liquid crystal flow in the liquid crystal LC, or the generated liquid crystal flow becomes weak.
さらになお、図１において、一対の配向膜Ｆ１ ,Ｆ１に矢印ａと逆方向のラビング、つまり、矢印ｂの方向のラビングが行われていてもよく、この場合には、一対の配向膜Ｆ２ ,Ｆ２に矢印ａのラビング処理が行われる。そして、この場合には、物体Ｍを、一対の電極Ｅ１，Ｅ１間に電界を印加した場合には矢印ｃの方向に移動させることができ、一対の電極Ｅ２，Ｅ２間に電界を印加した場合には矢印ｄの方向に移動させることができるのは、いうまでもない。 Furthermore, in FIG. 1, the pair of alignment films F1 and F1 may be rubbed in the direction opposite to the arrow a, that is, rubbed in the direction of the arrow b. In this case, the pair of alignment films F2 and F1 may be rubbed. The rubbing process of arrow a is performed on F2. In this case, the object M can be moved in the direction of the arrow c when an electric field is applied between the pair of electrodes E1 and E1, and the electric field is applied between the pair of electrodes E2 and E2. Needless to say, it can be moved in the direction of arrow d.
さらになお、各配向膜Ｆにはラビング処理を行わなくてもよく、各配向膜Ｆ１，Ｆ２と交差する軸周りに液晶ＬＣをツイストさせ、かつ、電界を印加したときに、各液晶分子ｍがそれぞれ一方向にのみ回転するように、電極対間の液晶分子ｍを拘束できるのであれば、とくに限定されない。例えば、配向膜Ｆにはラビングレス処理を行ってもよい。 Furthermore, each alignment film F does not need to be rubbed. When the liquid crystal LC is twisted around an axis intersecting with each alignment film F1 and F2 and an electric field is applied, each liquid crystal molecule m is There is no particular limitation as long as the liquid crystal molecules m between the electrode pairs can be constrained so as to rotate only in one direction. For example, the alignment film F may be rubbed less.
上記の配向膜Ｆが特許請求の範囲にいう拘束手段であり、電極Ｅおよび電源Ｄが特許請求の範囲にいう液晶分子回転手段である。そして、一対の配向膜Ｆ１ ,Ｆ１や一対の配向膜Ｆ２ ,Ｆ２にそれぞれ挟まれている領域が特許請求の範囲にいう拘束領域である。
そして、図１（Ａ）の左右方向において、配向膜Ｆ１と配向膜Ｆ２との間の領域は、矢印Ａ方向の液晶流動が発生する場合には、配向膜Ｆ１，Ｆ１間の拘束領域に対しては保持領域となり、配向膜Ｆ２，Ｆ２間の拘束領域に対しては供給領域となる。一方、配向膜Ｆ１と配向膜Ｆ２との間の領域は、矢印Ｂ方向の液晶流動が発生する場合には、配向膜Ｆ１，Ｆ１間の拘束領域に対しては供給領域となり、配向膜Ｆ２，Ｆ２間の拘束領域に対しては保持領域となるのである。
また、配向膜Ｆ１より外方の領域は、配向膜Ｆ１，Ｆ１間の拘束領域に対して、矢印Ａ方向の液晶流動が発生する場合には供給領域となり、矢印Ｂ方向の液晶流動が発生する場合には保持領域となる。一方、配向膜Ｆ２より外方の領域は、配向膜Ｆ２，Ｆ２間の拘束領域に対して、矢印Ａ方向の液晶流動が発生する場合には保持領域となり、矢印Ｂ方向の液晶流動が発生する場合には供給領域となるのである。
The alignment film F is a restraining means referred to in the claims, and the electrode E and the power source D are liquid crystal molecule rotating means referred to in the claims. A region sandwiched between the pair of alignment films F1 and F1 and the pair of alignment films F2 and F2 is a constrained region in the claims.
In the left-right direction of FIG. 1A, the region between the alignment film F1 and the alignment film F2 corresponds to the constrained region between the alignment films F1 and F1 when the liquid crystal flow in the direction of arrow A occurs. It becomes a holding region and a supply region for the constraining region between the alignment films F2 and F2. On the other hand, when the liquid crystal flow in the direction of arrow B occurs, the region between the alignment film F1 and the alignment film F2 serves as a supply region for the constrained region between the alignment films F1 and F1, and the alignment film F2, This is a holding area for the constraining area between F2.
The region outside the alignment film F1 is a supply region when the liquid crystal flow in the direction of arrow A occurs relative to the constrained region between the alignment films F1 and F1, and the liquid crystal flow in the direction of arrow B occurs. In this case, it becomes a holding area. On the other hand, the region outside the alignment film F2 becomes a holding region when the liquid crystal flow in the direction of arrow A occurs relative to the constrained region between the alignment films F2 and F2, and the liquid crystal flow in the direction of arrow B occurs. In some cases, it becomes a supply area.
また、図２に示すように、一対の平板Ｐ，Ｐにおいて、４つの配向膜Ｆ１〜Ｆ４を設け、この４つの配向膜Ｆ１〜Ｆ４と一対の平板Ｐ，Ｐとの間にそれぞれ電極対Ｅ１〜Ｅ４を設けてもよい。この場合、各配向膜Ｆ１〜Ｆ４に対して、そのラビング方向が時計回りに並ぶように形成しておけば、４つの電極対Ｅ１〜Ｅ４に対して、反時計回りに電圧を印加すれば、一対の平板Ｐ，Ｐ間には、図２（Ｂ）中の矢印ｄで示す反時計回りの液晶流動を形成することができる。具体的には、電極対Ｅ４から電極対Ｅ３、電極対Ｅ２、電極対Ｅ１の順番に電圧を印加すれば、一対の平板Ｐ，Ｐ間には、図２（Ｂ）中の矢印ｄで示す反時計回りの液晶流動を形成することができるのである。すると、液晶ＬＣに浸漬されている物体Ｍを一対の平板Ｐ，Ｐ間において、反時計回りに移動させることができる。 Further, as shown in FIG. 2, in the pair of flat plates P and P, four alignment films F1 to F4 are provided, and an electrode pair E1 is provided between the four alignment films F1 to F4 and the pair of flat plates P and P, respectively. To E4 may be provided. In this case, if the alignment films F1 to F4 are formed so that their rubbing directions are aligned clockwise, if voltages are applied counterclockwise to the four electrode pairs E1 to E4, A counterclockwise liquid crystal flow indicated by an arrow d in FIG. 2B can be formed between the pair of flat plates P and P. Specifically, when a voltage is applied in the order of the electrode pair E4 to the electrode pair E3, the electrode pair E2, and the electrode pair E1, the space between the pair of flat plates P and P is indicated by an arrow d in FIG. A counterclockwise liquid crystal flow can be formed. Then, the object M immersed in the liquid crystal LC can be moved counterclockwise between the pair of flat plates P and P.
そして、全ての電極対Ｅ１〜Ｅ４に対して同時に電界を印加すれば、各拘束領域に、それぞれ各配向膜Ｆ１〜Ｆ４のラビング方向と逆向きの液晶流動を同時に発生させることができる。この場合も一対の平板Ｐ，Ｐ間には、図２（Ｂ）中の矢印ｄで示す反時計回りの液晶流動を形成することができる。しかも、配向膜Ｆ１〜Ｆ４間に同時に液晶流動が発生するから、一対の平板Ｐ，Ｐ間に発生する液晶流動を強くすることができる。
なお、全ての拘束領域に対して、常に同時に液晶流動を発生させるのであれば、全ての拘束領域に同時に電界を加えることができる一対の電極だけを設けてもよい。
And if an electric field is applied simultaneously to all the electrode pairs E1-E4, the liquid crystal flow opposite to the rubbing direction of each alignment film F1-F4 can be simultaneously generated in each constrained region. Also in this case, a counterclockwise liquid crystal flow indicated by an arrow d in FIG. 2B can be formed between the pair of flat plates P and P. In addition, since the liquid crystal flow is simultaneously generated between the alignment films F1 to F4, the liquid crystal flow generated between the pair of flat plates P and P can be strengthened.
Note that as long as liquid crystal flow is always generated simultaneously for all constrained regions, only a pair of electrodes that can apply an electric field to all constrained regions simultaneously may be provided.
また、上記のごとき構成であれば、一対の平板Ｐ，Ｐ間に発生する液晶流動は一対の平板Ｐ，Ｐ間で循環する流れとなるので、液晶ＬＣが一対の平板Ｐ，Ｐと壁Ｗによって囲まれた空間に密閉されていても、液晶ＬＣの連続性が維持される。つまり、液晶流動によって移動した液晶分子ｍが存在していた位置には、流動方向の上流側の液晶分子ｍが流入し、液晶分子が流入してこない領域が存在しないので、確実に液晶流動を発生させることができる。
さらになお、図２において、隣接する配向膜Ｆ同士の間に、配向膜Ｆが設けられていない領域が存在しており、この領域を設けることによって隣接する拘束領域間における液晶分子ｍの配向の急激な変化を防いでいる。この場合も、配向膜Ｆが設けられていない領域のうち、各配向膜Ｆに対して、反時計回りの液晶流動における上流側に位置する領域が供給領域となり、下流側に位置する領域が保持領域となるのである。
Further, in the configuration as described above, since the liquid crystal flow generated between the pair of flat plates P and P becomes a flow circulating between the pair of flat plates P and P, the liquid crystal LC is composed of the pair of flat plates P and P and the wall W. Even when sealed in a space surrounded by, the continuity of the liquid crystal LC is maintained. That is, at the position where the liquid crystal molecules m moved by the liquid crystal flow existed, the liquid crystal molecules m on the upstream side in the flow direction flow in, and there is no region where the liquid crystal molecules do not flow in. Can be generated.
Furthermore, in FIG. 2, there is a region where the alignment film F is not provided between the adjacent alignment films F, and by providing this region, the alignment of the liquid crystal molecules m between the adjacent constrained regions Prevents sudden changes. Also in this case, among the regions where the alignment film F is not provided, for each alignment film F, the region located upstream in the counterclockwise liquid crystal flow becomes the supply region, and the region located downstream is retained. It becomes an area.
さらに、図３および図４（Ａ）に示すように、液晶ＬＣを一対の平板Ｐ，Ｐと壁Ｗによって囲まれた空間に密閉し、この空間の中央に位置する領域ＣＡ（図４（Ａ））を囲むように、４つの電極対Ｅ１〜Ｅ４を配置し、この４つの電極対Ｅ１〜Ｅ４の表面に、図３（Ａ）に示す方向のラビング処理がなされた配向膜Ｆ１〜Ｆ４をそれぞれ設けておけば、４つの電極対Ｅ１〜Ｅ４のいずれかに電界を印加することによって、図３（Ａ）の矢印ａ〜ｄのいずれかの方向に向かって物体Ｍを移動させることができる。
例えば、電極対Ｅ３の表面に設けられている配向膜Ｆに、図３（Ａ）の矢印の方向、つまり、空間の中心から外方に向かってラビングしておけば、電極対Ｅ３に電界を印加すれば空間の外方から中心に向かう流れ、言い換えれば、拘束領域ＭＡ３から拘束領域ＭＡ１に向かう流れを発生させることができるから、物体Ｍを矢印ａの方向に移動させることができるのである（図４（Ａ）参照）。
Further, as shown in FIGS. 3 and 4A, the liquid crystal LC is sealed in a space surrounded by a pair of flat plates P and P and a wall W, and a region CA (FIG. 4A shown in FIG. )), Four electrode pairs E1 to E4 are arranged, and alignment films F1 to F4 subjected to a rubbing process in the direction shown in FIG. 3A are provided on the surfaces of the four electrode pairs E1 to E4. If each is provided, the object M can be moved in any of the directions of arrows a to d in FIG. 3A by applying an electric field to any of the four electrode pairs E1 to E4. .
For example, if the alignment film F provided on the surface of the electrode pair E3 is rubbed in the direction of the arrow in FIG. 3A, that is, outward from the center of the space, an electric field is applied to the electrode pair E3. If applied, it is possible to generate a flow from the outside of the space toward the center, in other words, a flow from the restraint area MA3 toward the restraint area MA1, and therefore the object M can be moved in the direction of the arrow a ( (See FIG. 4A).
しかも、配向膜Ｆ１〜Ｆ４に施されてきるラビング処理の方向は、配向膜Ｆ１と配向膜Ｆ３に施されているラビング処理方向が互いに逆向きである。また、配向膜Ｆ２と配向膜Ｆ４に施されているラビング処理方向は、配向膜Ｆ１と配向膜Ｆ３に施されているラビング処理方向と直交しかつ互いに逆向きである。このため、４つの拘束領域ＭＡ１〜ＭＡ４は、互いに逆向きの液晶流動を発生させる一対の拘束領域（ＭＡ１とＭＡ３）と、この一対の拘束領域と交差する互いに逆向きの液晶流動を発生させる一対の拘束領域（ＭＡ２とＭＡ４）が存在する（図４（Ａ））。
すると、一対の平板Ｐ，Ｐと平行な互いに直交する２軸の方向に沿って、どの方向にも物体Ｍを移動させることができる。よって、４つの電極対Ｅ１〜Ｅ４に対して電界を印加するタイミングを調整する制御装置を設けておき、その制御装置によって電界を印加するタイミングや順番を調整すれば、物体Ｍを領域ＣＡ内において所望の方向に移動させることができるのである。
Moreover, the rubbing process applied to the alignment films F1 to F4 is opposite to the rubbing process applied to the alignment film F1 and the alignment film F3. Also, the rubbing treatment direction applied to the alignment film F2 and the alignment film F4 is orthogonal to and opposite to the rubbing treatment direction applied to the alignment film F1 and the alignment film F3. For this reason, the four constraining areas MA1 to MA4 are a pair of constraining areas (MA1 and MA3) that generate liquid crystal flows in opposite directions and a pair that generate liquid crystal flows in opposite directions that intersect the pair of constraining areas. Are present (MA2 and MA4) (FIG. 4A).
Then, the object M can be moved in any direction along the directions of two axes orthogonal to each other parallel to the pair of flat plates P and P. Therefore, if a control device that adjusts the timing of applying the electric field to the four electrode pairs E1 to E4 is provided, and the timing and order of applying the electric field are adjusted by the control device, the object M is placed in the area CA. It can be moved in a desired direction.
なお、４つの電極対Ｅ１〜Ｅ４の表面以外の部分には、配向膜が設けられておらず、液晶分子が自由に移動可能な状態に保たれているので、例えば、電極対Ｅ３間に電界を印加した場合には、配向膜Ｆ３間（図４（Ａ）では拘束領域ＭＡ３が相当する）に位置していた液晶分子は領域ＣＡに流入するが、領域ＣＡに流入した液晶分子の量に相当する液晶分子が、配向膜Ｆ３と下方の壁Ｗとの間から領域ＭＡ３に流入するので（図４（Ａ）の矢印参照）、液晶ＬＣの連続性が維持される。
一方、配向膜Ｆ１間（図４（Ａ）では拘束領域ＭＡ１が相当する）には、領域ＣＡに位置していた液晶分子が流入し、領域ＭＡ１に位置していた液晶分子は配向膜Ｆ１と上方の壁Ｗとの間に流出する。図４（Ａ）に示すように、配向膜Ｆ１と上方の壁Ｗとの間の空間と配向膜Ｆ３と下方の壁Ｗとの間の空間は、４つの電極対Ｅ１〜Ｅ４が設けられている領域を囲む、配向膜が設けられていない領域を介して連通している。このため、領域ＭＡ１から配向膜Ｆ１と上方の壁Ｗとの間に流出した液晶分子と同じ量の液晶分子が、配向膜が設けられていない領域を通して、配向膜Ｆ３と下方の壁Ｗとの間の空間に供給されることになる。
したがって、密閉された空間に液晶ＬＣを収容して電界加えても、空間内における液晶の連続性は維持されるので、液晶流動を発生させることができるのである。
Since the alignment film is not provided on the portions other than the surfaces of the four electrode pairs E1 to E4 and the liquid crystal molecules are kept in a freely movable state, for example, an electric field is generated between the electrode pair E3. Is applied, the liquid crystal molecules located between the alignment films F3 (corresponding to the constrained area MA3 in FIG. 4A) flow into the area CA, but the amount of liquid crystal molecules that flow into the area CA Since the corresponding liquid crystal molecules flow into the region MA3 from between the alignment film F3 and the lower wall W (see the arrow in FIG. 4A), the continuity of the liquid crystal LC is maintained.
On the other hand, liquid crystal molecules located in the region CA flow between the alignment films F1 (corresponding to the constrained region MA1 in FIG. 4A), and the liquid crystal molecules located in the region MA1 are aligned with the alignment film F1. It flows out between the upper wall W. As shown in FIG. 4A, the space between the alignment film F1 and the upper wall W and the space between the alignment film F3 and the lower wall W are provided with four electrode pairs E1 to E4. It communicates through a region surrounding the region where no alignment film is provided. For this reason, the same amount of liquid crystal molecules that have flowed out from the region MA1 between the alignment film F1 and the upper wall W pass between the alignment film F3 and the lower wall W through the region where no alignment film is provided. It will be supplied to the space between.
Therefore, even if the liquid crystal LC is accommodated in a sealed space and an electric field is applied, the continuity of the liquid crystal in the space is maintained, so that liquid crystal flow can be generated.
さらになお、電極Ｅの形状および配向膜Ｆの形状を図４（Ｂ）に示すような形状とすれば、各電極Ｅに電界を印加したときに回転させることができる液晶分子の量が多くなり、発生する液晶流動も強くなるので、好適である。
さらになお、上記の例では、拘束領域内の液晶分子によって形成される液晶流動が、互いに逆向きとなる場合（図１）および互いに直交する場合（図２、３）を説明したが、複数の拘束領域内の液晶分子によって形成される液晶流動の方向は上記のごとき方向に限られず、複数の拘束領域内の液晶分子によって形成される液晶流動の方向が、全て同じ方向とならないように調整されていればよい。例えば、一の拘束領域内の液晶分子によって形成される液晶流動の方向が、他の拘束領域内の液晶分子によって形成される液晶流動の方向と交差するようになっていれば、複数の拘束領域に同時に液晶流動を発生させれば、複数の拘束領域の液晶流動を合成した方向に物体Ｍを移動させることができる。
Furthermore, if the shape of the electrode E and the shape of the alignment film F are as shown in FIG. 4B, the amount of liquid crystal molecules that can be rotated when an electric field is applied to each electrode E increases. The generated liquid crystal flow is also strong, which is preferable.
Furthermore, in the above example, the case where the liquid crystal flows formed by the liquid crystal molecules in the constrained regions are opposite to each other (FIG. 1) and orthogonal to each other (FIGS. 2 and 3) has been described. The direction of the liquid crystal flow formed by the liquid crystal molecules in the constrained region is not limited to the above-described direction, and the liquid crystal flow direction formed by the liquid crystal molecules in the plurality of constrained regions is adjusted so that they are not all the same direction. It only has to be. For example, if the direction of liquid crystal flow formed by liquid crystal molecules in one constrained region intersects the direction of liquid crystal flow formed by liquid crystal molecules in another constrained region, a plurality of constrained regions If the liquid crystal flow is generated at the same time, the object M can be moved in the direction in which the liquid crystal flows in the plurality of constraining regions are combined.
本発明の液晶流動を利用した液晶浸漬物体の移動制御機構は、非常に微細な動きを必要とするマイクロスケールやナノスケールの物体を並進移動させたり回転させたりする機構に適している。 The liquid crystal immersion object movement control mechanism using liquid crystal flow according to the present invention is suitable for a mechanism that translates or rotates a microscale or nanoscale object that requires very fine movement.
ＬＣ 液晶
Ｄ 電源
Ｅ 電極
Ｆ 配向膜
Ｍ 物体
LC liquid crystal D power supply E electrode F alignment film M object
Claims (8)
互いに対向する一対の対向面を有し、該一対の対向面間に液晶が配設された液晶保持手段と、
前記液晶保持手段によって保持された液晶の液晶分子を、前記一対の対向面と交差する面内で回転させる液晶分子回転手段と、
前記液晶保持手段の一対の対向面と交差する軸周りに液晶をツイストさせ、かつ、各液晶分子がそれぞれ一方向にのみ回転するように液晶分子を拘束する拘束手段とを備えており、
該拘束手段が複数設けられており、
前記一対の対向面間に、前記複数の拘束手段により液晶分子が拘束された複数の拘束領域が形成されている
ことを特徴とする液晶流動を利用した液晶浸漬物体の移動制御機構。 A movement control mechanism for controlling movement of an object immersed in liquid crystal by liquid crystal flow,
A liquid crystal holding means having a pair of opposed surfaces facing each other, and liquid crystal disposed between the pair of opposed surfaces;
Liquid crystal molecule rotating means for rotating the liquid crystal molecules of the liquid crystal held by the liquid crystal holding means in a plane intersecting the pair of opposed surfaces;
A restraining means for twisting the liquid crystal around an axis intersecting with a pair of opposing surfaces of the liquid crystal holding means, and restraining the liquid crystal molecules so that each liquid crystal molecule rotates only in one direction,
A plurality of the restraining means are provided;
A movement control mechanism for a liquid crystal immersion object using liquid crystal flow, wherein a plurality of constraining regions in which liquid crystal molecules are constrained by the plurality of constraining means are formed between the pair of opposing surfaces.
前記液晶分子回転手段によって液晶分子が回転したときにおいて、一の拘束領域内の液晶分子によって形成される液晶流動の方向が、他の拘束領域内の液晶分子によって形成される液晶流動の方向と逆向きになるように、液晶分子をそれぞれ拘束する
ことを特徴とする請求項１記載の液晶流動を利用した液晶浸漬物体の移動制御機構。 The plurality of restraining means are:
When the liquid crystal molecules are rotated by the liquid crystal molecule rotating means, the direction of liquid crystal flow formed by the liquid crystal molecules in one constrained region is opposite to the direction of liquid crystal flow formed by the liquid crystal molecules in the other constrained region. The liquid crystal immersion object movement control mechanism using liquid crystal flow according to claim 1, wherein the liquid crystal molecules are constrained so as to be oriented.
前記液晶分子回転手段によって液晶分子が回転したときにおいて、一の拘束領域内の液晶分子によって形成される液晶流動の方向が、他の拘束領域内の液晶分子によって形成される液晶流動の方向と交差するように、液晶分子をそれぞれ拘束する
ことを特徴とする請求項１記載の液晶流動を利用した液晶浸漬物体の移動制御機構。 The plurality of restraining means are:
When the liquid crystal molecules are rotated by the liquid crystal molecule rotating means, the direction of liquid crystal flow formed by the liquid crystal molecules in one constrained region intersects the direction of liquid crystal flow formed by the liquid crystal molecules in the other constrained region. The liquid crystal immersion object movement control mechanism using liquid crystal flow according to claim 1, wherein the liquid crystal molecules are constrained as described above.
各液晶分子回転手段は、
一の拘束領域内の液晶分子を、他の拘束領域内の液晶分子から、独立して回転させ得るように設けられている
ことを特徴とする請求項１、２または３記載の液晶流動を利用した液晶浸漬物体の移動制御機構。 A plurality of the liquid crystal molecule rotating means are provided,
Each liquid crystal molecule rotating means
The liquid crystal flow according to claim 1, 2 or 3, wherein the liquid crystal molecules in one constrained region are provided so as to be able to rotate independently from the liquid crystal molecules in another constrained region. Control mechanism for moving liquid crystal immersion objects.
全拘束領域内の液晶分子を同時に回転させ得るように設けられている
ことを特徴とする請求項１、２または３記載の物体移動機構。 The liquid crystal molecule rotating means includes:
4. The object moving mechanism according to claim 1, wherein the object moving mechanism is provided so that liquid crystal molecules in all constrained regions can be simultaneously rotated.
ことを特徴とする請求項１、２または３記載の液晶流動を利用した液晶浸漬物体の移動制御機構。 Around the constraining region, a holding region in which liquid crystal molecules discharged from the constraining region are held by liquid crystal flow generated when the liquid crystal molecules in the constraining region rotate, and a constraining region in which the liquid crystal molecules are discharged A liquid crystal immersion object movement control mechanism using liquid crystal flow according to claim 1, further comprising a supply region for supplying liquid crystal molecules to the liquid crystal.
ことを特徴とする請求項６記載の液晶流動を利用した液晶浸漬物体の移動制御機構。 The movement control mechanism of a liquid crystal immersion object using liquid crystal flow according to claim 6, wherein the holding area and the supply area are communicated with each other.
該複数の拘束領域の周囲に、前記供給領域が設けられており、
前記保持領域内に、液晶分子が回転したときに発生する液晶流動により移動される物体が配置される
ことを特徴とする請求項６記載の液晶流動を利用した液晶浸漬物体の移動制御機構。
The holding region is provided in a region surrounded by the plurality of constraining regions,
The supply area is provided around the plurality of restraint areas,
The movement control mechanism of a liquid crystal immersion object using liquid crystal flow according to claim 6, wherein an object moved by liquid crystal flow generated when liquid crystal molecules rotate is disposed in the holding region.
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