JP2018129959A - Liquid crystal droplet actuator using flow in liquid crystal - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid crystal droplet actuator utilizing flow in a liquid crystal capable of moving a liquid crystal by direct current voltage.SOLUTION: Liquid crystal droplets 8A, a moving medium 2 having a pair of opposed wall surfaces 2a, 2b and including a flow path 2h in which the liquid crystal droplets 8 are arranged between the pair of opposed wall surfaces 2a, 2b, a pair of electrode portions 6a, 6b arranged so as to sandwich the liquid crystal droplets 8 in the flow path 2h of the moving medium 2, and a control unit 7 for applying a direct current voltage capable of forming an electric field which causes flow caused by electrohydrodynamic instability in the liquid crystal droplets 8 between the pair of electrode portions 6a, 6b are provided. When a DC voltage is applied between the pair of electrode portions 6a, 6b, the pair of electrode portions 6a, 6b are disposed so that an electric field intersecting the axial direction of the flow path 2h is generated.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、液晶内流動を利用した液晶滴アクチュエータに関する。   The present invention relates to a liquid crystal droplet actuator using a flow in liquid crystal.

液晶は、液晶分子が配向することによってその光学的性質が変化するため、この性質を利用して液晶ディスプレー等の情報表示装置に使用されている。
また、液晶は、電界や磁界を加えて液晶分子の配向方向を変化させるとその粘性が変化する。つまり、液晶は、電気粘性流体としての性質も有しているので、この性質を利用した軸受やダンパー等が開発されている。
Since the optical properties of liquid crystals change as liquid crystal molecules are aligned, liquid crystals are used in information display devices such as liquid crystal displays by utilizing these properties.
The viscosity of the liquid crystal changes when the orientation direction of the liquid crystal molecules is changed by applying an electric field or a magnetic field. That is, since the liquid crystal also has a property as an electrorheological fluid, bearings, dampers, and the like using this property have been developed.

特許文献1には、筒状の管体の周方向に沿って電極部と絶縁部とを交互に並べた構成が開示されており、電圧を印加する電極部を周方向に沿って移動させれば、電極部の移動方向に沿って液晶の流動が生じる旨が開示されている。
しかるに、特許文献1の技術は、液晶分子が電極部に引っ張られることによって液晶流動を発生させる技術である。つまり、特許文献1の技術は、あくまでも磁石に金属が引きつけられる現象と同様の現象で液晶を移動させている技術にすぎず、液晶の流動を発生させているものではない。
Patent Document 1 discloses a configuration in which electrode portions and insulating portions are alternately arranged along the circumferential direction of a tubular tube body, and the electrode portion to which a voltage is applied can be moved along the circumferential direction. For example, it is disclosed that the liquid crystal flows along the moving direction of the electrode portion.
However, the technique of Patent Document 1 is a technique for generating liquid crystal flow by pulling liquid crystal molecules to an electrode portion. That is, the technique of Patent Document 1 is merely a technique for moving the liquid crystal by a phenomenon similar to the phenomenon in which metal is attracted to the magnet, and does not cause the liquid crystal to flow.

一方、液晶分子に電場や磁場を印加することによって、実際に液晶流動を発生させることを実現し、この液晶流動を利用する技術が開発されている(特許文献2〜6)。   On the other hand, by applying an electric field or a magnetic field to liquid crystal molecules, a liquid crystal flow is actually generated, and techniques using this liquid crystal flow have been developed (Patent Documents 2 to 6).

この特許文献2〜6の技術は、液晶分子の回転に起因して液晶分子の周囲に発生する速度勾配に起因して液晶流動を発生させるという原理に基づくものであり、実際に液晶の流動を発生させることができる。そして、特許文献2〜6では、この液晶流動を利用する構成も開示されている。   The techniques of Patent Documents 2 to 6 are based on the principle of generating a liquid crystal flow due to a velocity gradient generated around the liquid crystal molecules due to the rotation of the liquid crystal molecules. Can be generated. And in patent documents 2-6, the structure using this liquid crystal flow is also disclosed.

また、特許文献7には、液晶滴に電場や磁場を印加することによって、液晶滴の移動を実現する技術が開示されており、この技術を利用することによって、液晶滴を様々な状況で移動させることを実現している。   Patent Document 7 discloses a technique for realizing movement of a liquid crystal drop by applying an electric field or magnetic field to the liquid crystal drop. By using this technique, the liquid crystal drop can be moved in various situations. Has been realized.

特開2006−42430号JP 2006-42430 A 特許第3586734号Japanese Patent No. 3586734 特許第4273341号Japanese Patent No. 4273341 特開2009−185993号JP 2009-185993 A 特開2009−185994号JP 2009-185994 A 特開2010−183754号JP 2010-183754 A 特開2015−96765号JP2015-96765A

上記特許文献2〜7の技術では、液晶に対してパルス電圧を印加することによって液晶流動を発生させるものであるが、直流電圧を印加して液晶を移動させることができれば、液晶の移動を利用しやすくなるので、好ましい。   In the techniques of Patent Documents 2 to 7, the liquid crystal flow is generated by applying a pulse voltage to the liquid crystal. If the liquid crystal can be moved by applying a DC voltage, the movement of the liquid crystal is used. This is preferable.

本発明はかかる事情に鑑み、直流電圧によって液晶を移動させることができる液晶内流動を利用した液晶滴アクチュエータを提供することを目的とする。   In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide a liquid crystal droplet actuator using a flow in a liquid crystal that can move a liquid crystal by a DC voltage.

第1発明の液晶内流動を利用した液晶滴アクチュエータは、液晶滴と、該液晶滴が移動可能に配置される移動媒体と、該移動媒体に配置された状態の前記液晶滴に電界を印加する一対の電極部を有する電界生成部と、前記電界生成部の一対の電極部間に、前記液晶滴中に電気流体力学的不安定性に起因する流動を生じさせる電界を形成し得る直流電圧を印加する制御部と、を備えていることを特徴とする。
第2発明の液晶内流動を利用した液晶滴アクチュエータは、第1発明において、前記移動媒体が、一対の対向壁面を有し、該一対の対向壁面間に前記液晶滴が配置される流路を備えた移動媒体を備えており、前記一対の電極部は、前記移動媒体の流路内の前記液晶滴を挟み、該一対の電極部間に直流電圧が印加されると、前記流路の軸方向と交差する電界が発生するように配設されていることを特徴とする。
第3発明の液晶内流動を利用した液晶滴アクチュエータは、第1または第2発明において、前記移動媒体が、前記液晶滴が浸漬される液体を有していることを特徴とする。
第4発明の液晶内流動を利用した液晶滴アクチュエータは、第1、第2または第3発明において、前記制御部は、前記一対の電極部間に印加する直流電圧の大きさを変化させる機能を有していることを特徴とする。
第5発明の液晶内流動を利用した液晶滴アクチュエータは、第1、第2、第3または第4発明において、前記制御部は、前記一対の電極部間に発生する電界の向きを変化させる機能を有していることを特徴とする。
第6発明の液晶内流動を利用した液晶滴アクチュエータは、第1、第2、第3、第4または第5発明において、前記電界生成部が複数の電極部を備えており、前記制御部は、前記複数の電極部のうち、選択された電極部間に直流電圧を印加する機能を有していることを特徴とする。
The liquid crystal droplet actuator using the flow in the liquid crystal of the first invention applies an electric field to the liquid crystal droplet, a moving medium in which the liquid crystal droplet is movably disposed, and the liquid crystal droplet in a state of being disposed on the moving medium. An electric field generating unit having a pair of electrode units and a DC voltage capable of forming an electric field that causes a flow due to electrohydrodynamic instability in the liquid crystal droplets are applied between the pair of electrode units of the electric field generating unit. And a control unit.
According to a second aspect of the present invention, there is provided the liquid crystal droplet actuator using the flow in the liquid crystal according to the first aspect, wherein the moving medium has a pair of opposed wall surfaces and the liquid crystal droplets are disposed between the pair of opposed wall surfaces. The pair of electrode portions sandwich the liquid crystal droplet in the flow path of the moving medium, and when a DC voltage is applied between the pair of electrode portions, the shaft of the flow path It is arranged to generate an electric field that intersects the direction.
According to a third aspect of the present invention, in the liquid crystal droplet actuator using the flow in the liquid crystal, the moving medium has a liquid in which the liquid crystal droplet is immersed.
According to a fourth aspect of the present invention, in the first, second or third aspect of the invention, the control unit has a function of changing the magnitude of the DC voltage applied between the pair of electrode units. It is characterized by having.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the liquid crystal droplet actuator using the flow in the liquid crystal according to the first, second, third or fourth aspect, wherein the control unit changes the direction of the electric field generated between the pair of electrode units. It is characterized by having.
According to a sixth aspect of the present invention, in the first, second, third, fourth, or fifth invention, the electric field generating unit includes a plurality of electrode units, and the control unit includes: A function of applying a DC voltage between selected electrode portions among the plurality of electrode portions is provided.

第1発明によれば、液晶滴中に電気流体力学的不安定性に起因する流動を生じさせる電界が生じるので、液晶滴を電界の方向と直交する方向に移動させることができる。したがって、この液晶滴の移動を駆動力として利用すれば、物体を移動させることができる。
第2発明によれば、液晶滴に電界を印加すれば流路に沿って液晶滴を移動させることができる。
第3発明によれば、液晶滴に印加する電界の方向を調整すれば、液体中の液晶滴の移動を調整することができる。
第4発明によれば、印加する電圧を変化させれば、移動速度を変化させることができる。
第5発明によれば、電界の向きを変化させれば、液晶が流動する方向を変化させることができる。
第6発明によれば、電圧を印加する電極部を調整すれば形成される電界を調整できるので、液晶滴の移動を調整することができる。
According to the first invention, an electric field that causes a flow due to electrohydrodynamic instability is generated in the liquid crystal droplets, so that the liquid crystal droplets can be moved in a direction orthogonal to the direction of the electric field. Therefore, if the movement of the liquid crystal droplet is used as a driving force, the object can be moved.
According to the second invention, when an electric field is applied to the liquid crystal droplets, the liquid crystal droplets can be moved along the flow path.
According to the third invention, the movement of the liquid crystal droplets in the liquid can be adjusted by adjusting the direction of the electric field applied to the liquid crystal droplets.
According to the fourth invention, the moving speed can be changed by changing the applied voltage.
According to the fifth aspect of the present invention, the direction in which the liquid crystal flows can be changed by changing the direction of the electric field.
According to the sixth aspect, since the electric field formed can be adjusted by adjusting the electrode portion to which the voltage is applied, the movement of the liquid crystal droplets can be adjusted.

本実施形態の液晶内流動を利用した液晶滴アクチュエータ1の説明図であって、(A)は平面図であり、(B)は概略側面図である。It is explanatory drawing of the liquid crystal droplet actuator 1 using the flow in a liquid crystal of this embodiment, Comprising: (A) is a top view, (B) is a schematic side view. 電圧EFを加えた際に液晶滴8中に発生する流動を示した図であって、(A)は(B)のA−A線概略断面図であり、(B)は概略平面図である。It is the figure which showed the flow which generate | occur | produces in the liquid-crystal droplet 8 when the voltage EF is applied, Comprising: (A) is an AA line schematic sectional drawing of (B), (B) is a schematic plan view. . 電極部6aが複数の電極を有する液晶滴アクチュエータ1の説明図である。It is explanatory drawing of the liquid crystal droplet actuator 1 in which the electrode part 6a has a some electrode. 液体2Lを有する移動媒体2Aに液晶滴8が浸漬されている構成の液晶滴アクチュエータ1の説明図である。It is explanatory drawing of the liquid crystal droplet actuator 1 of the structure by which the liquid crystal droplet 8 is immersed in the moving medium 2A which has the liquid 2L. 実験に使用したアクチュエータの概略説明図であって、(A)は平面図であり、(B)は側面図である。It is a schematic explanatory drawing of the actuator used for experiment, (A) is a top view, (B) is a side view. (A)アクチュエータ中の液晶滴を撮影した液晶滴の模式図であり、(B)撮影した液晶滴の画像を二値化した場合の概念図を示している。(A) It is a schematic diagram of the liquid crystal droplet which image | photographed the liquid crystal droplet in an actuator, (B) The conceptual diagram at the time of binarizing the image | photographed liquid crystal droplet image is shown. パルス電圧によって形成される電界を液晶滴に加えた場合における液晶滴の動きを撮影した画像を二値化したものである。This is a binarized image obtained by photographing the movement of a liquid crystal droplet when an electric field formed by a pulse voltage is applied to the liquid crystal droplet. 直流電圧によって形成される電界を液晶滴に加えた場合における液晶滴の動きを撮影した画像を二値化したものである。This is a binarized image obtained by photographing the movement of a liquid crystal droplet when an electric field formed by a DC voltage is applied to the liquid crystal droplet. (A)はパルス電圧および直流電圧によって形成される電界を液晶滴に加えた場合における液晶滴の移動量と時間との関係を表したグラフであり、(B)は直流電圧の電圧値と液晶滴の移動速度との関係を表したグラフである。(A) is a graph showing the relationship between the amount of movement of liquid crystal droplets and time when an electric field formed by a pulse voltage and a DC voltage is applied to the liquid crystal droplets, and (B) is the voltage value of the DC voltage and the liquid crystal. It is a graph showing the relationship with the moving speed of a droplet. 微小粒子を混入した液晶滴の移動状況を撮影した画像である。It is the image which image | photographed the movement condition of the liquid crystal droplet which mixed the microparticle. 微小粒子を混入した液晶滴の移動状況を撮影した画像である。It is the image which image | photographed the movement condition of the liquid crystal droplet which mixed the microparticle. 微小粒子を混入した液晶滴において微小粒子の移動状況を示した図である。It is the figure which showed the movement condition of a microparticle in the liquid crystal droplet which mixed the microparticle. 微小粒子を混入した液晶滴において微小粒子の移動状況を示した図である。It is the figure which showed the movement condition of a microparticle in the liquid crystal droplet which mixed the microparticle.

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
なお、図1〜図4では、各部の構成を分かりやすくするために、各部の相対的な寸法は実際のものと一致していない。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In FIG. 1 to FIG. 4, the relative dimensions of each part do not match the actual ones in order to make the configuration of each part easier to understand.

(本実施形態の液晶内流動を利用した液晶滴アクチュエータ1)
まず、図1に基づいて、本実施形態の液晶内流動を利用した液晶滴アクチュエータ1を説明する。
(Liquid Crystal Drop Actuator 1 Utilizing Flow in Liquid Crystal of this Embodiment)
First, based on FIG. 1, the liquid crystal droplet actuator 1 using the flow in the liquid crystal of the present embodiment will be described.

(液晶滴8)
図1において、符号8は、本実施形態の液晶内流動を利用した液晶滴アクチュエータ1(以下単に液晶滴アクチュエータ1という場合がある)の移動体となる液晶滴を示している。この液晶滴8は、図1に示すように、後述する移動媒体2の流路2h内を移動できるように配置されている。具体的には、この流路2h内を、流路2hの軸方向(図1では左右方向)に沿って移動できるように配置されている。
(Liquid crystal droplet 8)
In FIG. 1, reference numeral 8 indicates a liquid crystal droplet serving as a moving body of the liquid crystal droplet actuator 1 (hereinafter sometimes simply referred to as the liquid crystal droplet actuator 1) using the flow in the liquid crystal of the present embodiment. As shown in FIG. 1, the liquid crystal droplet 8 is arranged so as to be able to move in a flow path 2 h of a moving medium 2 described later. Specifically, it is arranged so that it can move in the flow path 2h along the axial direction of the flow path 2h (the left-right direction in FIG. 1).

なお、本実施形態の液晶内流動を利用した液晶滴アクチュエータ1に使用される液晶滴8は、とくに限定されない。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、電気流体力学的不安定性に起因する流動が生じる液晶であれば、特に限定はない。   In addition, the liquid crystal droplet 8 used for the liquid crystal droplet actuator 1 using the flow in the liquid crystal of the present embodiment is not particularly limited. For example, a nematic liquid crystal, a smectic liquid crystal, a cholesteric liquid crystal, a discotic liquid crystal, or the like is not particularly limited as long as the liquid crystal generates a flow due to electrohydrodynamic instability when an electric field is applied.

(移動媒体2)
図1に示すように、移動媒体2は、液晶滴8が配置される流路2hを備えている。具体的には、移動媒体2には、互いに対向する平行な一対の対向壁2a,2bを備えており、この一対の対向壁2a,2b間に流路2hが設けられている。例えば、図1に示すように、一対の平板2p,2p間に一対のスペーサ2s,2sを配置して、一対の平板2p,2p間に隙間が形成されるようして移動媒体2を形成することができる。この場合、一対の対向壁2a,2bと一対のスペーサ2s,2sの内面とによって囲まれた空間が流路2hとなる。
(Moving medium 2)
As shown in FIG. 1, the moving medium 2 includes a flow path 2 h in which the liquid crystal droplet 8 is disposed. Specifically, the moving medium 2 includes a pair of parallel opposing walls 2a and 2b facing each other, and a flow path 2h is provided between the pair of opposing walls 2a and 2b. For example, as shown in FIG. 1, a pair of spacers 2s, 2s are arranged between a pair of flat plates 2p, 2p, and the moving medium 2 is formed so that a gap is formed between the pair of flat plates 2p, 2p. be able to. In this case, a space surrounded by the pair of opposing walls 2a and 2b and the inner surfaces of the pair of spacers 2s and 2s becomes the flow path 2h.

なお、一対の対向壁2a,2bは必ずしも平行でなくてもよく、流路2hの軸方向の位置において距離が異なっていてもよい。また、一対の対向壁2a,2bは必ずしも平坦面でなくてもよく、表面に凹凸があってもよい。   The pair of opposing walls 2a and 2b do not necessarily have to be parallel, and the distance may be different at the axial position of the flow path 2h. Further, the pair of opposing walls 2a and 2b are not necessarily flat surfaces, and the surfaces may be uneven.

(配向膜4)
図1に示すように、一対の対向壁2a,2bの表面には、配向膜4が形成されている。この配向膜4は、液晶滴8中の液晶分子を所定の方向に配向させるものである。具体的には、配向膜4には、液晶滴8中の液晶分子を移動媒体2の表面と平行(または流路2hの軸方向と平行)に配向させるように、その表面にラビング処理が行われている。
(Alignment film 4)
As shown in FIG. 1, an alignment film 4 is formed on the surfaces of the pair of opposing walls 2a and 2b. The alignment film 4 aligns liquid crystal molecules in the liquid crystal droplets 8 in a predetermined direction. Specifically, the surface of the alignment film 4 is rubbed so that the liquid crystal molecules in the liquid crystal droplets 8 are aligned parallel to the surface of the moving medium 2 (or parallel to the axial direction of the flow path 2h). It has been broken.

なお、液晶滴8中の液晶分子を配向させるのは、後述するように、液晶滴8に電界EFが印加された際に液晶滴8中に所定の形態の流動を発生させるためである。   The reason why the liquid crystal molecules in the liquid crystal droplets 8 are aligned is to generate a predetermined flow in the liquid crystal droplets 8 when an electric field EF is applied to the liquid crystal droplets 8 as will be described later.

(制御部7)
図1に示すように、一対の電極部6a,6bは、配線によって電源を有する制御部7に電気的に接続されている。この制御部7は、一対の電極部6a,6b間に直流電圧を印加する機能を有している。
(Control unit 7)
As shown in FIG. 1, the pair of electrode parts 6a and 6b is electrically connected to a control part 7 having a power source by wiring. The control unit 7 has a function of applying a DC voltage between the pair of electrode units 6a and 6b.

例えば、制御部7は、一対の電極部6a,6b間に印加する直流電圧の大きさそのタイミング等を制御して、一対の電極部6a,6b間における電界EFの形成や、電界EFを形成するタイミング、形成する電界EFの強度などを調整するものである。   For example, the control unit 7 controls the magnitude and timing of the DC voltage applied between the pair of electrode units 6a and 6b to form the electric field EF or form the electric field EF between the pair of electrode units 6a and 6b. The timing for adjusting the intensity of the electric field EF to be formed is adjusted.

また、制御部7は、一対の電極部6a,6b間に印加する直流電圧に形成される電界EFの向きを制御する機能も有している。具体的には、電極部6aが電極部6bに対して高電圧になっている状態と、電極部6bが電極部6abに対して高電圧になっている状態と、を切り替える機能を有している。   The control unit 7 also has a function of controlling the direction of the electric field EF formed by a DC voltage applied between the pair of electrode units 6a and 6b. Specifically, it has a function of switching between a state in which the electrode portion 6a is at a high voltage with respect to the electrode portion 6b and a state in which the electrode portion 6b is at a high voltage with respect to the electrode portion 6ab. Yes.

(本実施形態の液晶内流動を利用した液晶滴アクチュエータ1の作動)
以上のごとき構成であるので、本実施形態の液晶内流動を利用した液晶滴アクチュエータ1において、一対の電極部6a,6b間に電圧を印加すると(つまり電極部6aが電極部6bよりも高電圧となるように電圧を印加すると)、一対の電極部6a,6b間には電界EFが発生する。例えば、図1、図2では流路2hの軸方向と直交する電界EFが発生する。すると、液晶滴8には電界EFが印加されるので、液晶滴8中には、電気流体力学的不安定性に起因して、図2に示すような流動が液晶滴8内に発生する。具体的には、図2(B)における液晶滴8の中心近傍では右向きの流れが生じ、液晶滴8の左側上部では反時計回りの旋回流が生じ、液晶滴8の左側下部では時計回りの旋回流が生じる。また、液晶滴8の上部では反時計回りの旋回流が生じ、下部では時計回りの旋回流が生じる。液晶滴8の右側ではy軸を回転軸とした旋回流が生じる(図2(A)参照)。つまり、液晶滴8内には、図2(B)における上下対称かつ,巨視的には右向きの流動が生じるので、液晶滴8は中央部の流動の方向、つまり、右向きに移動する。
(Operation of Liquid Crystal Drop Actuator 1 Utilizing Flow in Liquid Crystal of This Embodiment)
Since it is the above structure, in the liquid crystal droplet actuator 1 using the flow in the liquid crystal of the present embodiment, when a voltage is applied between the pair of electrode portions 6a and 6b (that is, the electrode portion 6a has a higher voltage than the electrode portion 6b). ), An electric field EF is generated between the pair of electrode portions 6a and 6b. For example, in FIGS. 1 and 2, an electric field EF perpendicular to the axial direction of the flow path 2h is generated. Then, since an electric field EF is applied to the liquid crystal droplet 8, a flow as shown in FIG. 2 is generated in the liquid crystal droplet 8 due to electrohydrodynamic instability. Specifically, a rightward flow occurs in the vicinity of the center of the liquid crystal droplet 8 in FIG. 2B, a counterclockwise swirling flow occurs in the upper left portion of the liquid crystal droplet 8, and a clockwise rotation occurs in the lower left portion of the liquid crystal droplet 8. A swirling flow is generated. In addition, a counterclockwise swirling flow is generated in the upper part of the liquid crystal droplet 8, and a clockwise swirling flow is generated in the lower part. On the right side of the liquid crystal droplet 8, a swirl flow with the y-axis as the rotation axis is generated (see FIG. 2A). That is, in the liquid crystal droplet 8, a vertically symmetric and macroscopic rightward flow in FIG. 2B occurs, so that the liquid crystal droplet 8 moves in the flow direction of the central portion, that is, rightward.

したがって、この液晶滴8の移動を駆動力として利用すれば、物体を移動させたりすることができる。例えば、軸状の部材の一端を液晶滴8に浸漬しておけば、液晶滴8とともに軸状の部材が移動するので、軸状の部材の他端の移動を利用することができる。また、液晶滴8内に搬送する物体を混入しておけば、物体を所定の位置まで搬送することも可能となる。   Therefore, if the movement of the liquid crystal droplet 8 is used as a driving force, the object can be moved. For example, if one end of the shaft-shaped member is immersed in the liquid crystal droplet 8, the shaft-shaped member moves together with the liquid crystal droplet 8, so that the movement of the other end of the shaft-shaped member can be used. If an object to be transported is mixed in the liquid crystal droplet 8, the object can be transported to a predetermined position.

また、制御部7によって、液晶滴8中に電気流体力学的不安定性に起因する流動を生じさせる電界EFを形成し得る直流電圧の範囲で、印加する直流電圧の電圧値を変化させれば、液晶滴8中の流動速度が変化するので、液晶滴8の移動速度を変化させることができる。つまり、印加する直流電圧を大きくすれば液晶滴8の移動速度を速くすることができるし、印加する直流電圧を小さくすれば液晶滴8の移動速度を遅くすることができる。   Further, if the voltage value of the applied DC voltage is changed by the control unit 7 in the range of the DC voltage that can form the electric field EF that causes the flow caused by the electrohydrodynamic instability in the liquid crystal droplet 8, Since the flow speed in the liquid crystal droplet 8 changes, the moving speed of the liquid crystal droplet 8 can be changed. That is, if the applied DC voltage is increased, the moving speed of the liquid crystal droplet 8 can be increased, and if the applied DC voltage is decreased, the moving speed of the liquid crystal droplet 8 can be decreased.

さらに、制御部7によって電界EFの方向を変化させれば、液晶滴8の移動方向を変化させることができる。例えば、図1において、電極部6aが電極部6bよりも高電圧となるように電圧を印加して電界EFを発生させた場合において、図1の右方向に液晶滴8が移動したとする。この場合には、電極部6bが電極部6aよりも高電圧となるように電界EFを印加して電界を発生させれば、図1の左方向に液晶滴8を移動させることができる。   Furthermore, if the direction of the electric field EF is changed by the control unit 7, the moving direction of the liquid crystal droplet 8 can be changed. For example, in FIG. 1, when the electric field EF is generated by applying a voltage so that the electrode portion 6a has a higher voltage than the electrode portion 6b, the liquid crystal droplet 8 moves to the right in FIG. In this case, the liquid crystal droplet 8 can be moved in the left direction in FIG. 1 by applying the electric field EF so that the electrode section 6b has a higher voltage than the electrode section 6a.

なお、制御部7は、直流電圧を印加する機能に加えてパルス電圧を印加することができる機能を有していてもよい。この場合、直流電圧を印加するかパルス電圧を印加するかを調整すれば、液晶滴8の移動状態を様々に変化させることができる。   The control unit 7 may have a function of applying a pulse voltage in addition to a function of applying a DC voltage. In this case, the movement state of the liquid crystal droplet 8 can be variously changed by adjusting whether to apply a DC voltage or a pulse voltage.

(一対の電極部6a,6bおよび配向膜4の製造方法)
上述したような、移動媒体2は、その一対の対向壁2a,2bに一対の電極部6a,6bおよび配向膜4を有しているが、移動媒体2の一対の対向壁2a,2bに一対の電極部6a,6bおよび配向膜4を形成する方法はとくに限定されない。
例えば、以下の方法によって形成することができる。
(Manufacturing method of a pair of electrode parts 6a and 6b and alignment film 4)
As described above, the moving medium 2 has a pair of electrode portions 6a and 6b and an alignment film 4 on the pair of opposing walls 2a and 2b, but a pair of the opposing walls 2a and 2b of the moving medium 2 has a pair. The method for forming the electrode portions 6a and 6b and the alignment film 4 is not particularly limited.
For example, it can be formed by the following method.

まず、移動媒体2の一対の対向壁2a,2bの表面に、スパッタリングや真空蒸着などの方法でITO等の膜を形成して一対の電極部6a,6bを形成する。ついで、一対の電極部6a,6bが形成された一対の対向壁2a,2bの表面に、スピンコート法等によって配向膜4を形成する。すると、一対の対向壁2a,2bの表面に、一対の電極部6a,6bと、この一対の電極部6a,6bを覆うように配向膜4を形成することができる。   First, a film of ITO or the like is formed on the surface of the pair of opposing walls 2a and 2b of the moving medium 2 by a method such as sputtering or vacuum deposition to form a pair of electrode portions 6a and 6b. Next, the alignment film 4 is formed on the surfaces of the pair of opposing walls 2a and 2b on which the pair of electrode portions 6a and 6b are formed by a spin coating method or the like. Then, the alignment film 4 can be formed on the surfaces of the pair of opposing walls 2a and 2b so as to cover the pair of electrode portions 6a and 6b and the pair of electrode portions 6a and 6b.

なお、ITO膜を形成する際に、一対の電極部6a,6bと制御部7とを接続するための配線を一対の対向壁2a,2bの表面に形成してもよい。この場合には、移動媒体2の一対の対向壁2a,2bの表面に配線の形状のマスキングをしておけばよい。   When forming the ITO film, a wiring for connecting the pair of electrode portions 6a, 6b and the control portion 7 may be formed on the surfaces of the pair of opposing walls 2a, 2b. In this case, the wiring shape may be masked on the surfaces of the pair of opposing walls 2a and 2b of the moving medium 2.

また、液晶滴8中の液晶分子を所定の方向に配向させることができ、液晶滴8に電界が印加された際に液晶滴8中に所定の形態の流動を発生させることができるのであれば、必ずしも配向膜4は設けなくてよい。例えば、一対の対向壁2a,2bに公知のラビングレレス処理や弱アンカリング処理を行ってもよい。なお、弱アンカリング処理とは、特許第4053530号「ゼロ面アンカリング液晶配向法及びその液晶デバイス」に記載されているアンカリング処理、つまり、水平又は斜め配向は強制するが、面内(水平配置している分子の軸がある水平面内)方向の配向強制力ないアンカリング処理などである。   In addition, liquid crystal molecules in the liquid crystal droplet 8 can be aligned in a predetermined direction, and a flow of a predetermined form can be generated in the liquid crystal droplet 8 when an electric field is applied to the liquid crystal droplet 8. The alignment film 4 is not necessarily provided. For example, a known rubbing-less process or a weak anchoring process may be performed on the pair of opposing walls 2a and 2b. The weak anchoring process is an anchoring process described in Japanese Patent No. 4053530 “Zero-plane anchoring liquid crystal alignment method and liquid crystal device thereof”, that is, horizontal or oblique alignment is forced, but in-plane (horizontal For example, anchoring without an alignment forcing force in the direction in the horizontal plane where the axis of the molecule is located.

(電極部6が複数の電極を有する場合)
上記例では、基礎部材2の一対の対向壁2a,2bの表面に、流路2hを挟むように一対の電極部6a,6bを設けた場合を説明した。この場合、各電極部6a,6bが一つの電極で形成されていてもよいし、各電極部6a,6bが複数の電極で形成されていてもよい。例えば、図3には、複数の電極を有する電極部6aを示しているが、この電極部6aでは複数の電極を格子状に並べて形成した形成している。この場合、対向する電極部6bも電極部6aと同様に電極を格子状に並べて形成し、電極部6aと電極部6bの各電極が対向するように配置する。すると、一対の電極部6a,6bにおいて、選択された対向する電極間に直流電圧を印加すれば、電極間に形成される電界EFと直交する方向に液晶滴8を移動させることできる。したがって、直流電圧を印加する電極を適切に選択すれば、液晶滴8の移動方向を制御することができる。例えば、一対の電極部6a,6bにおいて、図3(B)でLLの点線に沿って並んでいる電極間に直流電圧を印加すれば、液晶滴8を矢印Xの方向に移動させることができる。また、一対の電極部6a,6bにおいて、図3(B)でSLの点線に沿って並んでいる電極間に直流電圧を印加すれば、液晶滴8を矢印Yの方向に移動させることができる。
(When the electrode part 6 has a plurality of electrodes)
In the above example, the case where the pair of electrode portions 6a and 6b are provided on the surfaces of the pair of opposing walls 2a and 2b of the base member 2 so as to sandwich the flow path 2h has been described. In this case, each electrode part 6a, 6b may be formed with one electrode, and each electrode part 6a, 6b may be formed with a plurality of electrodes. For example, FIG. 3 shows an electrode portion 6a having a plurality of electrodes, but the electrode portion 6a is formed by arranging a plurality of electrodes in a grid pattern. In this case, the opposing electrode portion 6b is also formed by arranging the electrodes in a grid like the electrode portion 6a, and the electrodes 6a and 6b are arranged so as to face each other. Then, in the pair of electrode portions 6a and 6b, the liquid crystal droplet 8 can be moved in a direction orthogonal to the electric field EF formed between the electrodes by applying a DC voltage between the selected opposing electrodes. Therefore, the movement direction of the liquid crystal droplet 8 can be controlled by appropriately selecting an electrode to which a DC voltage is applied. For example, in the pair of electrode portions 6a and 6b, the liquid crystal droplet 8 can be moved in the direction of the arrow X by applying a DC voltage between the electrodes arranged along the dotted line LL in FIG. . Further, in the pair of electrode portions 6a and 6b, the liquid crystal droplet 8 can be moved in the direction of arrow Y by applying a DC voltage between the electrodes arranged along the dotted line SL in FIG. .

(移動媒体2の形状)
移動媒体2の形状はとくに限定されない。例えば、図1に示すように一対の平板2p,2pを両者間に隙間ができるように配置したものを移動媒体2とすることができる。また、ブロック状の部材に溝などを形成したものを移動媒体2としてもよい。つまり、液晶を移動させる一対の対向壁を有する流路を備えた構造を有していれば移動媒体2として使用することができる。
(Shape of moving medium 2)
The shape of the moving medium 2 is not particularly limited. For example, as shown in FIG. 1, a moving medium 2 can be formed by arranging a pair of flat plates 2p and 2p so that a gap is formed between them. Further, a moving medium 2 may be formed by forming a groove or the like in a block-shaped member. That is, if it has the structure provided with the flow path which has a pair of opposing wall which moves a liquid crystal, it can be used as the moving medium 2. FIG.

また、移動媒体2の流路2hは、直線状でなくでもよく、曲線状になっていてもよいし、クランク状等になっていてもよい。液晶滴8は自由に変形できるので、上述したような流路2hであっても液晶滴8は変形しながら流路2hに沿って移動することができる。   Moreover, the flow path 2h of the moving medium 2 may not be linear, may be curved, may be crank-shaped, or the like. Since the liquid crystal droplet 8 can be freely deformed, the liquid crystal droplet 8 can move along the flow channel 2h while being deformed even in the flow channel 2h as described above.

また、移動媒体2は、曲げたり屈曲させたりすることができる柔軟性を有する部材で形成してもよい。つまり、移動媒体2は、曲げたり屈曲させたりすることによって、その形状を変化させることができるものを使用してもよい。その場合でも、液晶滴8は自由に変形できるので、移動媒体2に沿って液晶滴8は変形しながら移動することができる。   The moving medium 2 may be formed of a flexible member that can be bent or bent. That is, the moving medium 2 that can change its shape by bending or bending may be used. Even in that case, since the liquid crystal droplet 8 can be freely deformed, the liquid crystal droplet 8 can move along the moving medium 2 while being deformed.

(他の構成の移動媒体2)
さらに、移動媒体2は、必ずしも固体である必要なく、液晶滴8を液滴の形態を維持しした状態で移動可能に保持できるものであればよい。例えば、図4に示すように、水等の液晶と混ざり合わない液体2L等を容器やパイプなどの収容体2pに収容したものを移動媒体2Aとしてもよい。この場合、図4に示すように、液晶滴8が浸漬された液体2Lに対して収容体2pの外部(または内部)に一対の電極部6a,6bを配置して一対の電極部6a,6bに直流電圧を印加する。すると、一対の電極部6a,6b間に位置する液体2L内に電界EFを形成できるので、液体2L内の液晶滴8を電界EFと交差する方向に沿って移動させることができる。
(Moving medium 2 of other configuration)
Further, the moving medium 2 does not necessarily need to be a solid, and may be any medium that can hold the liquid crystal droplet 8 in a movable state while maintaining the form of the droplet. For example, as shown in FIG. 4, a liquid 2L or the like that does not mix with liquid crystal such as water may be accommodated in a container 2p such as a container or a pipe as the moving medium 2A. In this case, as shown in FIG. 4, a pair of electrode portions 6a and 6b are disposed outside (or inside) the container 2p with respect to the liquid 2L in which the liquid crystal droplet 8 is immersed, and the pair of electrode portions 6a and 6b. DC voltage is applied to Then, since the electric field EF can be formed in the liquid 2L positioned between the pair of electrode portions 6a and 6b, the liquid crystal droplet 8 in the liquid 2L can be moved along the direction intersecting the electric field EF.

なお、かかる構成の場合には、液晶滴8と接触する配向膜等が存在しない。しかし、液晶滴8中の液晶分子の配向は、液晶滴8を構成する液晶と液体2Lの物性によって決まる界面効果によって決定されるので、液晶滴8は電界EFが印加されたときに配向方向に対応した移動をすることになる。また、液体2Lに浸漬されている液晶滴8に磁場を加えることによって液晶滴8中の液晶分子の配向を調整することもできる。すると、液晶滴8の移動方向を外部からある程度制御することもできる。   In this configuration, there is no alignment film or the like that contacts the liquid crystal droplets 8. However, since the alignment of the liquid crystal molecules in the liquid crystal droplet 8 is determined by the interface effect determined by the physical properties of the liquid crystal constituting the liquid crystal droplet 8 and the liquid 2L, the liquid crystal droplet 8 is aligned in the alignment direction when the electric field EF is applied. You will move accordingly. In addition, the orientation of the liquid crystal molecules in the liquid crystal droplets 8 can be adjusted by applying a magnetic field to the liquid crystal droplets 8 immersed in the liquid 2L. Then, the moving direction of the liquid crystal droplet 8 can be controlled to some extent from the outside.

本発明の液晶滴アクチュエータの作動を確認するために、一様の電場内に配置された液晶滴が連続して移動することを確認した。
実験は、図5に示すアクチュエータを製造し、このアクチュエータにおける液晶滴の移動を確認した。
In order to confirm the operation of the liquid crystal droplet actuator of the present invention, it was confirmed that the liquid crystal droplets arranged in a uniform electric field move continuously.
In the experiment, the actuator shown in FIG. 5 was manufactured, and the movement of the liquid crystal droplets in this actuator was confirmed.

アクチュエータは、二枚のガラス基板(20mm×20mm)間に隙間が形成されるように離して配置したセルと、セルの隙間に配置した液晶で構成した。   The actuator was composed of a cell arranged so as to form a gap between two glass substrates (20 mm × 20 mm) and a liquid crystal arranged in the gap between the cells.

セルに使用するガラス基板は、その表面(互いに対向する表面)にITO膜によって形成された電極部(ITO電極)が設けられたものである。また、ITO電極が形成されたガラス基板の表面には、スピンコート法により液晶分子がガラス基板の表面に対して水平に配向するように水平配向膜(JSR株式会社製JALS―2021―R25)を形成した。   A glass substrate used for a cell is provided with an electrode portion (ITO electrode) formed of an ITO film on its surface (surfaces facing each other). In addition, a horizontal alignment film (JALS-2021-R25 manufactured by JSR Corporation) is provided on the surface of the glass substrate on which the ITO electrode is formed so that liquid crystal molecules are aligned horizontally with respect to the surface of the glass substrate by spin coating. Formed.

セルのガラス基板間の隙間には、マイクロピペットを用いて液晶(ネマティック液晶(4-Cyano-4’-n-penty-biphenll(5CB))を配置した。なお、液晶は、ガラス基板の表面と直交する方向から見たときに、液晶滴の直径が100μmとなる量を供給した(図5(B)、図6参照)。   A liquid crystal (nematic liquid crystal (4-Cyano-4'-n-penty-biphenll (5CB)) was placed in the gap between the glass substrates of the cell using a micropipette. When viewed from the orthogonal direction, an amount that the diameter of the liquid crystal droplets was 100 μm was supplied (see FIG. 5B and FIG. 6).

このアクチュエータにおいて、二枚のガラス基板のITO電極間に、直流電圧とパルス電圧を加えて、液晶滴の挙動を確認した。なお、パルス電圧は、周波数が1、10、100Hz、デューティ比(duty比)50%で印加した。   In this actuator, a direct current voltage and a pulse voltage were applied between the ITO electrodes of the two glass substrates to confirm the behavior of the liquid crystal droplets. The pulse voltage was applied at a frequency of 1, 10, 100 Hz and a duty ratio (duty ratio) of 50%.

液晶滴の移動は、パルス電圧を印加した場合には、ガラス基板と直交する方向からハイスピードカメラ(IDT製)を用いて200fps(ピクセル解像度512×512)で撮影した(図5(B)参照)。また、直流電圧を印加した場合には、ガラス基板と直交する方向からUSBカメラ(イメージングソース製:型番DFK 61AUC02)を用いて30fps(ピクセル解像度1028×768)で撮影した(図5(B)参照)。図6には、撮影した液晶滴の模式図(図6(A))と、撮影した液晶滴の画像を二値化した場合の概念図(図6(B))を示している。   When the pulse voltage was applied, the movement of the liquid crystal droplet was photographed at 200 fps (pixel resolution 512 × 512) using a high speed camera (manufactured by IDT) from the direction orthogonal to the glass substrate (see FIG. 5B). ). When a DC voltage was applied, the image was taken at 30 fps (pixel resolution 1028 × 768) using a USB camera (manufactured by Imaging Source: model number DFK 61AUC02) from a direction orthogonal to the glass substrate (see FIG. 5B). ). FIG. 6 shows a schematic diagram (FIG. 6A) of the photographed liquid crystal droplet and a conceptual diagram (FIG. 6B) when the photographed liquid crystal droplet image is binarized.

結果を図7、図8に示す。
なお、図7、図8では、液晶滴の初期重心位置を白色×印、各時刻tにおける重心位置を黒色×印で示している。なお、重心位置の移動解析は、市販の動画解析ソフト(DITECT製:DippMotion)を用いて行った。
The results are shown in FIGS.
7 and 8, the initial barycentric position of the liquid crystal droplet is indicated by a white x mark, and the barycentric position at each time t is indicated by a black x mark. In addition, the movement analysis of the gravity center position was performed using commercially available moving image analysis software (manufactured by DITECT: DipMotion).

図7は、パルス電圧(90V:周波数f=10Hz)を加えた場合(ITO電極の間隔は6μm)であるが、電圧を印加することによって、液晶滴がx軸の負の方向(図7では左方向)に駆動していることが確認できる。   FIG. 7 shows a case where a pulse voltage (90 V: frequency f = 10 Hz) is applied (interval of ITO electrodes is 6 μm). However, by applying a voltage, liquid crystal droplets are negative in the x-axis direction (in FIG. 7). It can be confirmed that it is driving in the left direction.

図8は、直流電圧(40V)を加えた場合(ITO電極間隔は18μm)であるが、電圧を印加することによって、液晶滴がx軸の負の方向(図8では左方向)に駆動していることが確認できる。つまり、直流電圧を印加することによって、パルス電圧を印加する場合と同様に、液晶滴を駆動できることが確認された。   FIG. 8 shows a case where a DC voltage (40 V) is applied (ITO electrode interval is 18 μm). By applying a voltage, liquid crystal droplets are driven in the negative direction of the x axis (left direction in FIG. 8). Can be confirmed. That is, it was confirmed that the liquid crystal droplets can be driven by applying a DC voltage, as in the case of applying a pulse voltage.

図9(A)は、電圧を印加している期間における液晶滴の移動を比較した図である。なお、実験は、ITO電極の間隔は6μmとし、直流電圧、パルス電圧ともに印加電圧を90Vとした条件で実施した。   FIG. 9A is a diagram comparing the movement of liquid crystal droplets during a period in which a voltage is applied. The experiment was performed under the condition that the interval between the ITO electrodes was 6 μm, and the applied voltage was 90 V for both DC voltage and pulse voltage.

図9(A)に示すように、パルス電圧を印加した場合、周波数の増加にともなって初期(t=0s)の状態からの重心位置の移動量Lは、周期的増減の間隔が小さくなっていることが確認される。一方、t=4sにおける移動量Lの値は周波数に係わらず、ほぼ同じであることが確認される。   As shown in FIG. 9A, when a pulse voltage is applied, the movement amount L of the center of gravity position from the initial state (t = 0 s) becomes smaller as the frequency increases. It is confirmed that On the other hand, it is confirmed that the value of the movement amount L at t = 4 s is almost the same regardless of the frequency.

一方、直流電圧の場合には、t=4sにおける移動量Lの値はパルス電圧を印加した場合よりも長く、しかも、駆動が連続的であることが確認できる。   On the other hand, in the case of a DC voltage, the value of the movement amount L at t = 4 s is longer than that when a pulse voltage is applied, and it can be confirmed that driving is continuous.

つまり、液晶滴を移動させる場合、直流電圧を印加した方がよりスムースかつ効率よく駆動できることが確認できる。   That is, when moving the liquid crystal droplets, it can be confirmed that the DC voltage can be driven more smoothly and efficiently.

(電圧の影響確認)
また、直流電圧の電圧値が液晶滴の移動に与える影響を、印加電圧を0〜140Vの間で変化させて確認した。
実験は、実施例1と同様のアクチュエータを使用して、重心位置の移動量Lを各電圧で10回測定し、移動量Lと電圧の印加時間に基づいて、移動速度を確認した。
(Confirmation of voltage influence)
In addition, the influence of the voltage value of the DC voltage on the movement of the liquid crystal droplets was confirmed by changing the applied voltage between 0 and 140V.
In the experiment, using the same actuator as in Example 1, the moving amount L of the center of gravity position was measured 10 times at each voltage, and the moving speed was confirmed based on the moving amount L and the voltage application time.

結果を図9(B)に示す。なお、図9(B)では、移動速度の10回の平均値を黒丸で示し、標準偏差をエラーバーで示している。   The results are shown in FIG. In FIG. 9B, the average value of 10 movement speeds is indicated by a black circle, and the standard deviation is indicated by an error bar.

図9(B)に示すように、電圧が30V以上で液晶滴が移動を開始し、電圧が高くなるにつれて移動速度が速くなることが確認できる。液晶滴が移動を開始する電圧である30Vは、使用したネマティック液晶に電気流体力学的不安定性に起因する流動が生じる電圧以上である。このことから、電気流体力学的不安定性に起因する流動が液晶滴中に発生している可能性があり、この流動が液晶滴の移動に影響を与えていることが推測された。   As shown in FIG. 9B, it can be confirmed that the liquid crystal droplet starts moving when the voltage is 30 V or higher, and the moving speed increases as the voltage increases. The voltage of 30 V at which the liquid crystal droplet starts to move is equal to or higher than the voltage at which flow due to electrohydrodynamic instability occurs in the nematic liquid crystal used. From this, it was speculated that a flow due to electrohydrodynamic instability may occur in the liquid crystal droplets, and this flow affects the movement of the liquid crystal droplets.

(液晶滴内の流動確認)
直流電圧を印加した際に、電気流体力学的不安定性に起因する流動が液晶滴中に発生していることが推測された。そこで、実際に液晶滴中に電気流体力学的不安定性に起因する流動が発生していること、および、その流動状態を確認した。
(Confirmation of flow in liquid crystal droplets)
It was speculated that the flow caused by electrohydrodynamic instability occurred in the liquid crystal droplets when a DC voltage was applied. Therefore, it was confirmed that a flow caused by electrohydrodynamic instability actually occurred in the liquid crystal droplets and the flow state thereof.

実験は、実施例1と同様のアクチュエータにおいて、セルのガラス基板間の隙間に微粒子を混入したネマティック液晶を配置して液晶滴を形成し、この液晶滴に直流電圧を加えて、液晶滴内の流動を確認した。なお、実験では、ITO電極の間隔は18μmとし、直流電圧(40V)を加えた。   In the experiment, in the same actuator as in Example 1, a nematic liquid crystal mixed with fine particles is arranged in the gap between the glass substrates of the cell to form liquid crystal droplets, and a direct current voltage is applied to the liquid crystal droplets. The flow was confirmed. In the experiment, the interval between the ITO electrodes was 18 μm, and a DC voltage (40 V) was applied.

結果を図10、図11に示す。
図10、図11に示すように、直流電圧を加えると、可視化のために液晶滴に混入した微粒子(液晶内に分散している黒い点)の位置が変化していることが確認できる。例えば、円で囲った微粒子に着目すると,時間によって液晶滴中の微粒子の位置が異なっていることが確認できる。このことから、直流電圧の印加によって、液晶滴内に流動が生じていることが確認できる。
The results are shown in FIGS.
As shown in FIGS. 10 and 11, it can be confirmed that when a DC voltage is applied, the positions of the fine particles (black dots dispersed in the liquid crystal) mixed in the liquid crystal droplets for visualization are changed. For example, if attention is paid to fine particles surrounded by a circle, it can be confirmed that the positions of the fine particles in the liquid crystal droplets are different depending on the time. From this, it can be confirmed that flow is generated in the liquid crystal droplets by application of the DC voltage.

また、液晶滴内の各部の微粒子の動きを確認した結果を図12、図13に示す。なお、図12、図13では、画像処理の関係上、図10、図11とは左右が反転している。つまり、図10、図11における左方向の動きが、図12、図13では右方向の動きとなっている。   Moreover, the result of having confirmed the movement of the microparticles | fine-particles of each part in a liquid crystal droplet is shown in FIG. 12, FIG. In FIGS. 12 and 13, the left and right are reversed from those in FIGS. 10 and 11 due to image processing. That is, the leftward movement in FIGS. 10 and 11 is the rightward movement in FIGS. 12 and 13.

図12、図13に示すように、液晶滴内の各部の微粒子では、微粒子が矢印に示すような動きをしていることが確認された。   As shown in FIGS. 12 and 13, it was confirmed that the fine particles in each part in the liquid crystal droplets moved as indicated by arrows.

この結果より、液晶滴内には図2に示すような流動が生じていることが推察された。つまり、図2に示すように、液晶滴の中心近傍では液晶滴の進行方向と同じ向きの流れ(図12、図13では右方向の流れ、図10、図11では左方向の流れ)が生じる。図2(B)における液晶滴の左側上部では反時計回りの旋回流が生じ、図2(B)における液晶滴の左側下部では時計回りの旋回流が生じる。図2(B)における液晶滴の上部では反時計回りの旋回流が生じ、図2(B)における下部では時計回りの旋回流が生じる。図2(B)における液晶滴の右側ではy軸を回転軸とした旋回流が生じている。結果として、液晶滴内には、図2(B)において上下対称かつ巨視的には右向きの流動(図12、図13では右方向の流れ、図10、図11では左方向の流れ)が生じていることが確認でき、この流動が液晶滴の駆動につながっていると推察された。まとめると、全体的にx軸正の方向(図12、図13では右方向、図10、図11では左方向)の流動が生じたことから、液晶滴はx軸正の方向(図12、図13の右方向、図10、図11では左方向)に駆動したと考えられる.   From this result, it was guessed that the flow as shown in FIG. That is, as shown in FIG. 2, a flow in the same direction as the liquid crystal droplet traveling direction occurs in the vicinity of the center of the liquid crystal droplet (the flow in the right direction in FIGS. 12 and 13 and the flow in the left direction in FIGS. 10 and 11). . A counterclockwise swirling flow is generated at the upper left portion of the liquid crystal droplet in FIG. 2B, and a clockwise swirling flow is generated at the lower left portion of the liquid crystal droplet in FIG. In the upper part of the liquid crystal droplet in FIG. 2B, a counterclockwise swirl is generated, and in the lower part in FIG. 2B, a clockwise swirl is generated. On the right side of the liquid crystal droplet in FIG. 2B, a swirl flow having the y axis as the rotation axis is generated. As a result, in the liquid crystal droplet, a flow that is vertically symmetrical and macroscopically rightward in FIG. 2B (a rightward flow in FIGS. 12 and 13 and a leftward flow in FIGS. 10 and 11) occurs. It was speculated that this flow led to the driving of liquid crystal droplets. In summary, since the flow in the positive x-axis direction (the right direction in FIGS. 12 and 13, the left direction in FIGS. 10 and 11) has occurred, the liquid crystal droplets are in the positive x-axis direction (FIGS. 12 and 12). This is considered to be driven in the right direction in FIG. 13 and in the left direction in FIGS. 10 and 11.

本発明の液晶内流動を利用した液晶滴アクチュエータは、軸状の部材やプレートなどの物体の移動等に利用できる。   The liquid crystal droplet actuator using the flow in the liquid crystal of the present invention can be used for moving an object such as a shaft-shaped member or a plate.

1 液晶滴アクチュエータ
2 移動媒体
2L 液体
2a 対向壁面
2b 対向壁面
2h 流路
4 配向膜
6 電極部
7 制御部
8 液晶
EF 電界
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Liquid crystal drop actuator 2 Moving medium 2L Liquid 2a Opposite wall surface 2b Opposite wall surface 2h Flow path 4 Alignment film 6 Electrode part 7 Control part 8 Liquid crystal EF Electric field

Claims (6)

液晶滴と、
該液晶滴が移動可能に配置される移動媒体と、
該移動媒体に配置された状態の前記液晶滴に電界を印加する一対の電極部を有する電界生成部と、
前記電界生成部の一対の電極部間に、前記液晶滴中に電気流体力学的不安定性に起因する流動を生じさせる電界を形成し得る直流電圧を印加する制御部と、を備えている
ことを特徴とする液晶内流動を利用した液晶滴アクチュエータ。
Liquid crystal drops,
A moving medium in which the liquid crystal droplets are movably disposed;
An electric field generating unit having a pair of electrode units for applying an electric field to the liquid crystal droplets arranged in the moving medium;
A control unit that applies a DC voltage capable of forming an electric field that generates a flow caused by electrohydrodynamic instability in the liquid crystal droplets between the pair of electrode units of the electric field generation unit. A liquid crystal drop actuator that uses the flow in the liquid crystal.
前記移動媒体が、
一対の対向壁面を有し、該一対の対向壁面間に前記液晶滴が配置される流路を備えた移動媒体を備えており、
前記一対の電極部は、
前記移動媒体の流路内の前記液晶滴を挟み、該一対の電極部間に直流電圧が印加されると、前記流路の軸方向と交差する電界が発生するように配設されている
ことを特徴とする請求項1記載の液晶内流動を利用した液晶滴アクチュエータ。
The moving medium is
A moving medium having a pair of opposing wall surfaces and having a flow path in which the liquid crystal droplets are disposed between the pair of opposing wall surfaces;
The pair of electrode portions includes:
When the liquid crystal droplets are sandwiched in the flow path of the moving medium and a DC voltage is applied between the pair of electrode portions, an electric field that intersects the axial direction of the flow path is generated. The liquid crystal droplet actuator using the flow in the liquid crystal according to claim 1.
前記移動媒体が、
前記液晶滴が浸漬される液体を有している
ことを特徴とする請求項1または2記載の液晶内流動を利用した液晶滴アクチュエータ。
The moving medium is
3. A liquid crystal droplet actuator using a flow in liquid crystal according to claim 1, wherein the liquid crystal droplet has a liquid into which the liquid crystal droplet is immersed.
前記制御部は、
前記一対の電極部間に印加する直流電圧の大きさを変化させる機能を有している
ことを特徴とする請求項1、2または3記載の液晶内流動を利用した液晶滴アクチュエータ。
The controller is
4. A liquid crystal droplet actuator using a flow in liquid crystal according to claim 1, wherein the liquid crystal droplet actuator has a function of changing the magnitude of a DC voltage applied between the pair of electrode portions.
前記制御部は、
前記一対の電極部間に発生する電界の向きを変化させる機能を有している
ことを特徴とする請求項1、2、3または4記載の液晶を利用した液晶滴アクチュエータ。
The controller is
5. A liquid crystal droplet actuator using liquid crystal according to claim 1, wherein the liquid crystal droplet actuator has a function of changing the direction of an electric field generated between the pair of electrode portions.
前記電界生成部が複数の電極部を備えており、
前記制御部は、
前記複数の電極部のうち、選択された電極部間に直流電圧を印加する機能を有している
ことを特徴とする請求項1、2、3、4または5記載の液晶内流動を利用した液晶滴アクチュエータ。
The electric field generating unit includes a plurality of electrode units;
The controller is
6. The flow in liquid crystal according to claim 1, 2, 3, 4, or 5 having a function of applying a DC voltage between selected electrode portions among the plurality of electrode portions. Liquid crystal drop actuator.
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