JP6145749B2 - Deformable liquid crystal moving body - Google Patents
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Description
本発明は、変形可能な液晶移動体に関する。 The present invention relates to a deformable liquid crystal moving body.
従来、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た。
近年、液晶分子に電場や磁場を印加することによって、液晶流動を発生させる技術が開発されている(特許文献1〜5)。
Conventionally, liquid crystals have been used in information display devices such as liquid crystal displays because their optical properties change as liquid crystal molecules are aligned.
In recent years, techniques for generating liquid crystal flow by applying an electric field or a magnetic field to liquid crystal molecules have been developed (
この特許文献1〜5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。つまり、特許文献1〜5の技術によれば、液晶中に流動を発生させて、液晶を移動させることができるのである。
The techniques of
しかるに、上記特許文献1〜5の技術では、液晶を挟むように配置された一対の電極から液晶に対して電界を印加することによって液晶中に流動を発生させているので、液晶を移動させる経路には、液晶を挟むように一対の電極を配置しなければならない。つまり、特許文献1〜5の技術の場合、液晶を移動させる経路は電極を設けた場所に限定される。言い換えれば、特許文献1〜5の技術では、予め定められた経路に沿ってしか液晶を移動させることができないのである。
However, in the techniques of
本発明はかかる事情に鑑み、平面上を自由に移動することができる変形可能な液晶移動体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 deformable liquid crystal moving body that can freely move on a plane.
第1発明の変形可能な液晶移動体は、液晶流動を駆動源とする移動体であって、液晶を封入した収容体と、該収容体の内面に設けられた電極および/または磁極と、選択された印加電極および/または印加磁極間に電界および/または磁界を発生させる制御部と、を備えており、前記収容体が柔軟性を有する部材によって形成されていることを特徴とする。
第2発明の変形可能な液晶移動体は、第1発明において、前記収容体が、シート状部材を袋状にしたものであることを特徴とする。
The deformable liquid crystal moving body of the first invention is a moving body using liquid crystal flow as a driving source, and a container enclosing liquid crystal, an electrode and / or a magnetic pole provided on the inner surface of the container, and selection And a controller that generates an electric field and / or a magnetic field between the applied electrode and / or the applied magnetic pole, wherein the container is formed of a flexible member.
The deformable liquid crystal moving body of the second invention is characterized in that, in the first invention, the container is a sheet-like member formed into a bag shape.
第1発明によれば、制御部によって、選択された印加電極間および/または印加磁極間に電界および/または磁界を発生させれば、印加電極間および/または印加磁極間に位置する液晶の液晶分子は、その軸方向が電界の電気力線および/または磁界の磁力線に対して所定の方向を向くようにその配向を変化させる。すると、収容体内の液晶中に液晶流動が発生する。そして、収容体が柔軟性を有する部材によって形成されているので、液晶流動によって収容体はその形状を変化させる。すると、収容体の形状変化に伴って移動体が移動する。したがって、液晶中に発生させる液晶流動を調整すれば、所望の方向に移動体を移動させることができる。
第2発明によれば、電極および/または磁極をシート状部材の表面に形成して、そのシート状部材を袋状に形成すればよいので、液晶移動体の製造が容易になる。
According to the first aspect of the present invention, if an electric field and / or magnetic field is generated between the selected applied electrodes and / or applied magnetic poles by the control unit, the liquid crystal liquid crystal positioned between the applied electrodes and / or between the applied magnetic poles. The molecule changes its orientation so that its axial direction is in a predetermined direction with respect to the electric field lines of electric field and / or the magnetic field lines of magnetic field. Then, liquid crystal flow is generated in the liquid crystal in the container. And since the container is formed with the member which has a softness | flexibility, a container changes the shape by a liquid-crystal flow. Then, the moving body moves with the shape change of the container. Therefore, if the liquid crystal flow generated in the liquid crystal is adjusted, the moving body can be moved in a desired direction.
According to the second invention, since the electrode and / or the magnetic pole is formed on the surface of the sheet-like member and the sheet-like member is formed into a bag shape, the liquid crystal moving body can be easily manufactured.
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
なお、各図は、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 addition, in each figure, in order to make the structure of each part intelligible, the relative dimension of each part does not correspond with an actual thing.
(本実施形態の液晶移動体1)
まず、図1に基づいて、本実施形態の変形可能な液晶移動体1を説明する。
図1に示すように、本実施形態の変形可能な液晶移動体1は、収容体2と、電極3と、制御部5と、液晶10と、を備えている。
以下、本実施形態の変形可能な液晶移動体1の構成要素について説明する。なお、以下では、変形可能な液晶移動体1を、単に液晶移動体という。
(Liquid
First, a deformable liquid
As shown in FIG. 1, the deformable liquid
Hereinafter, components of the deformable liquid
(液晶10)
図1に示おいて、符号10は、収容体2内部に収容されている液晶を示している。この液晶10は、自由に流動できるように収容体2内に収容されている。そして、本実施形態の液晶移動体1は、この液晶10中に液晶流動を発生させることによって、この液晶流動を動力源として本実施形態の液晶移動体1が移動できるように構成されている。
(Liquid crystal 10)
In FIG. 1,
なお、本実施形態の液晶移動体1に使用される液晶10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、電界や磁界を加えたときに、液晶分子が回転する液晶であれば、特に限定はない。
In addition, the
(収容体2)
図1に示すように、収容体2は、シート状の部材を袋状に形成したものであり、その内部に液晶10を収容することができる空間を有している。この収容体2を形成するシート状部材は、内部において液晶10が移動したときに変形できる程度の柔軟性を有する素材によって形成されている。例えば、液晶10の内部に液晶流動が発生すると、この流動により膨らんだり撓んだりできる程度の柔軟性を有する素材によって、収容体2は形成されている。
(Container 2)
As shown in FIG. 1, the
なお、収容体2を形成するシート状の部材の素材は上述するような柔軟性を有していればとくに限定されない。とくに、後述するように、電極3等をスパッタリングなどの方法でその表面に形成することができるものが好ましい。かかる素材としては、例えば、高分子薄膜やゲルなどを採用することができる。
In addition, the raw material of the sheet-like member which forms the
(電極3)
図1に示すように、収容体2の内面には、複数の電極3が設けられている。複数の電極3は、例えば、ITOや銅や銀などの導電体などを素材として形成されたものである。各電極3は、収容体2の内面に沿って並ぶように(例えば格子状となるように、図1(B)参照)設けられており、隣接する電極3同士が互いに離間した状態となるように形成されている。言い換えれば、複数の電極3は、隣接する電極3同士が互いに電気的に絶縁された状態となるように形成されている。
(Electrode 3)
As shown in FIG. 1, a plurality of
なお、同じシート状部材に設けられている複数の電極3において、隣接する電極3間の距離は、両電極3間に電圧を印加したときに、両電極3間に電界EFが形成される程度とすればよく、その距離はとくに限定されない。
Note that, in the plurality of
また、同じシート状部材に設けられている複数の電極3において、隣接する電極3間の距離は、両電極3間に電圧を印加したときに、両電極3間に電界EFが形成される程度とすればよく、その距離はとくに限定されない。
Further, in the plurality of
(制御部5)
本実施形態の液晶移動体1では、収容体2に制御部5(図示せず)が取り付けられている。この制御部5には、電極3が配線によって電気的に接続されている。この制御部5は、電圧を印加する電極3(印加電極)を選択したり、印加電極に対して印加する電圧やそのタイミング、周期等を制御したりする機能を有している。つまり、制御部5は、電界EFを形成する位置や、電界を形成するタイミング、電界EFの強度などを調整するものである。
(Control unit 5)
In the liquid
なお、制御部5による印加電極などの制御は、制御部5にプログラミングしてもよいし、外部からの信号によって制御してもよく、とくに限定されない。 In addition, control of the application electrode etc. by the control part 5 may be programmed in the control part 5, and may be controlled by the signal from the outside, and is not specifically limited.
(配向膜4)
そして、複数の電極3の表面には、配向膜4が積層されている。配向膜4は、液晶10中の液晶分子を所定の方向に配向させるものである。例えば、配向膜4には、液晶10中の液晶分子を収容体2の内面に垂直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)
An
なお、液晶10中の液晶分子を配向させるのは、液晶10に電界EFが印加された際に、液晶分子を所定の方向に回転させて所定の液晶流動を液晶10中に発生させるためである。
The liquid crystal molecules in the
(液晶移動体1の作動)
以上のごとき構成であるので、床面やテーブルなどの平面に載せられた液晶移動体1は以下のように作動する。以下、図2に基づいて、液晶移動体1の移動を説明する。
なお、図中の丸囲み内には、液晶10中の液晶分子mの動きの概略説明図を記載している。
(Operation of liquid crystal moving body 1)
Since the configuration is as described above, the liquid
In the circled circle in the figure, a schematic explanatory diagram of the movement of the liquid crystal molecules m in the
図2(A)は、本実施形態の液晶移動体1の電極3間に電圧が印加されていない状態を示している。図2(A)に示すように、電極3間に電圧が印加されていない状態では、収容体2が柔軟性を有しているので、液晶移動体1の表面は、液晶10の表面張力によってほぼ球面状になる。
FIG. 2A shows a state in which no voltage is applied between the
図2(A)の状態から、電極3間に電圧を印加すると、電極3間に電界EFが形成される。すると、形成された電界EFは収容体2内の液晶10を通過する。
When a voltage is applied between the
このとき、配向膜4によって、液晶10中の液晶分子mは、その配向が収容体2の内面に対して垂直になるように配向されているのに対し、電極3間に形成される電界EFは、収容体2の内面近傍を除き、収容体2の内面の法線方向に対して傾斜した状態となっている。このため、電界EFが形成されると、液晶10において電界EFが通過する部分の液晶分子mは、その軸方向が収容体2の内面に対して垂直となった状態から、その軸方向が電界EFの方向と平行となるように時計回りに回転する(図2(B)の丸囲み内参照)。すると、液晶分子mの回転に伴って、液晶10中には液晶分子mの流動が発生する。例えば、図2であれば、右方向に向かう液晶分子mの流動が発生するので、液晶10は右方向に移動する。このとき、収容体2が柔軟性を有する部材によって形成されているので、収容体2は液晶分子mの流動によって変形し、液晶移動体1は右側(移動方向前方)が盛り上がった流線形となり、その重心の位置(つまり液晶10の重心の位置)が右側に移動する(図2(B)参照)。
At this time, the
液晶分子mは、その軸方向が電界EFの方向と平行となるまで回転するとその状態で回転を停止する(図2(B)参照)。つまり、電界EFが液晶10に印加されて続けていても、液晶10中の液晶分子mの流動は、最初に液晶分子mが回転する際にしか発生しない。このため、液晶分子同士の摩擦や液晶10と収容体2の内面との間の摩擦などの影響より、液晶10中の液晶分子mの流動がなくなると、電界EFが液晶10に印加されていても、液晶10はその移動を停止する。そして、液晶10中の液晶分子mの流動がなくなると、液晶10は、その形状が流線形の状態から電界EFが印加される前の形状に戻る(図2(C))。
When the liquid crystal molecule m rotates until its axial direction becomes parallel to the direction of the electric field EF, the liquid crystal molecule m stops rotating in that state (see FIG. 2B). That is, even if the electric field EF continues to be applied to the
ここで、液晶移動体1は、流線形となった状態(図2(B)の状態)において、重心の位置が元の位置(図2(A)の位置)から右側に移動している。このため、電界EFが印加される前の形状に戻っても、重心の位置は元の位置(図2(A)の位置)から右側に移動する。
Here, in the liquid
したがって、電界EFが液晶10に印加すれば、液晶10の液晶分子mの回転に起因する液晶10中の液晶分子mの流動(液晶流動)によって、液晶移動体1を、液晶流動の方向に移動させることができるのである。
Therefore, when the electric field EF is applied to the
そして、電極3に対して間欠的に電圧を印加すれば、電圧を印加する度に液晶分子mが回転し、液晶10中に液晶流動を間欠的に発生させることができる。すると、電圧を印加する度に同じ方向に沿って液晶流動が発生するように、電極3に対して間欠的に電圧を印加すれば、液晶移動体1を、同じ方向(図2であれば右方向)に間欠的に移動させることができる。しかも、電圧を印加する周期を短くすれば、液晶移動体1の移動を、連続移動に近い状態で移動させることも可能となる。
If a voltage is intermittently applied to the
(液晶移動体1の移動方向について)
さらに、液晶移動体1では、収容体2自体が複数の電極3を有しており、しかも、収容体2内で発生する液晶流動によって移動方向が決定されるので、電圧を印加する印加電極3を調整すれば、液晶移動体1を所望の方向に移動させることができる。
(About the moving direction of the liquid crystal moving body 1)
Further, in the liquid
例えば、図1に示すように、複数の電極3が収容体2の内面に格子状に配置されていれば、電圧を印加する印加電極を選択することによって、所望の方向に液晶移動体1を移動させることができる。つまり、印加電極の並んでいる方向(つまり電界EFの方向)に沿って液晶流動を発生させることができるので、その方向に沿って液晶移動体1を移動させることができる。
For example, as shown in FIG. 1, when a plurality of
例えば、図1(B)に示すように、線SLの方向に沿って並んだ電極3を印加電極として選択すれば、線SLに沿って液晶流動が発生するので、液晶移動体1を線SLに沿って移動させることができる。また、線LLの方向に沿って並んだ電極3を印加電極として選択すれば、線LLに沿って液晶移動体1を移動させることができる。
For example, as shown in FIG. 1B, if the
(液晶移動体1の移動形態について)
液晶移動体1は、上述したように、重心の位置を移動させるように液晶流動を発生させて移動する形態を取ることができるが、液晶移動体1が移動形態はかかる形態に限定されない。例えば、液晶10周囲を回るように収容体2が変形しながら移動するように液晶流動を発生させても、液晶移動体1を移動させることができる(移動形態2)。また、収容体2が伸縮するように(図1の左右方向の長さが変化するように)液晶流動を発生させてもでも、液晶移動体1を移動させることができる(移動形態)3。なお、移動形態2、3の場合には、液晶流動の方向と液晶移動体1の移動方向は必ずしも一致しないが、適切に液晶流動の方向を制御すれば、液晶移動体1を所望の方向に移動させることができる。
(About the moving form of the liquid crystal moving body 1)
As described above, the liquid
なお、上記例では、電極3は収容体2の内面と配向膜4との間に設けられている場合を説明した。しかし、電圧が印加されたときに液晶10を通過する電界EFを形成させることができるのであれば、電極3は収容体2の外面に設けてもよい。つまり、配向膜4だけを収容体2の内面に設けて、電極3は収容体2の外面に設けてもよい。この場合には、液晶10を封入した袋状の収容体2を形成した後で電極3を設けることができるので、収容体2に電極3を設ける自由度を高めることができる。
In the above example, the case where the
(収容体2の製造方法)
上述したような、電極3を備えた収容体2を製造する方法はとくに限定されないが、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 container 2)
Although the method for manufacturing the
まず、収容体2の材料となるシート状部材の表面に、スパッタリングや真空蒸着などの方法でITO等の膜を形成して複数の電極3を形成する。このとき、複数の電極3を形成する位置の間にマスキングしておけば、複数の電極3は、互いに電気的に絶縁された状態でシート状部材の表面に形成される。
ついで、複数の電極3が形成されたシート状部材の表面に、スピンコート法等によって配向膜4を形成する。すると、複数の電極3および表面が配向膜4によって覆われたシート状部材を形成することができる。
そして、複数の電極3および配向膜4が形成されたシート状部材を袋状にすれば、収容体2を形成することができる。
First, a plurality of
Next, the
And if the sheet-like member in which the
例えば、円柱状や球状の型の表面にシート状部材を張り付けたりシート状部材に円柱状や球状の型を押し付ければ、シート状部材を開口を有する袋状に形成することができる。このような方法でシート状部材を袋状にした場合には、開口から液晶を袋内に入れて、開口を閉じるようにすれば、液晶移動体1を形成することができる。
For example, when a sheet-like member is attached to the surface of a columnar or spherical mold or a columnar or spherical mold is pressed against the sheet-like member, the sheet-like member can be formed into a bag shape having an opening. When the sheet-like member is formed into a bag shape by such a method, the liquid
もちろん、シート状部材を袋状にする方法や、液晶移動体1を形成する方法は、上記の方法に限られず、種々の方法を採用することができる。
Of course, the method of forming the sheet-like member into a bag shape and the method of forming the liquid
なお、ITO等の膜によって、複数の電極3とともに、複数の電極3と制御部5とを接続するための配線を形成してもよい。この場合には、シート状部材の表面に配線の形状のマスキングをしておけばよい。
In addition, you may form the wiring for connecting the some
また、電極3は、上述したような方法以外にも、インクジェット方式等によって電極材料を塗布して形成することもできる。
Moreover, the
(配向膜4について)
さらに、配向膜4は必ずしも設けなくてもよい。例えば、液晶流動を常に一定の方向に発生させるのであれば、配向膜4を設けて液晶10中の液晶分子の配向を揃える必要がある。しかし、液晶10中の液晶流動を大きくするのであれば、シート状部材の表面に、配向膜4を設けずラビングレス処理も施されていない状態、または、弱アンカリング処理が施されている状態、であることが好ましい。すると、液晶10中の液晶分子が回転したり液晶10が移動したりする際に、液晶10とシート状部材の表面(つまり収容体2の内面)との抵抗を少なくできるので、液晶流動による駆動力を大きくすることができる。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。
(Regarding the alignment film 4)
Furthermore, the
また、液晶10中に液晶流動を発生させる方向の自由度を高める上では、配向膜4を設けないほうが好ましい。言い換えれば、液晶移動体1を移動させる方向の自由度を高める上では、配向膜4を設けないほうが好ましい。
In order to increase the degree of freedom in the direction in which the liquid crystal flows in the
(一対のシート状部材2a,2b)
また、図3に示すように、収容体2は、一対のシート状部材2a,2bを重ねて張り合わせて形成してもよい。具体的には、一対のシート状部材2a,2bの外縁を重ね合わせた状態で外縁同士を液密に接合して、収容体2を形成してもよい。この方法で製造する場合、一対のシート状部材2a,2bを張り合わせた部分は他の部分よりも柔軟性が低下する。すると、張り合わせた部分は変形しにくくなるので、一対のシート状部材2a,2bは張り合わせる部分が少なくなるようにすることが望ましい。例えば、液晶10周囲を回るように収容体2が変形しながら移動する場合には、張り合わせる部分が少なくなければ、収容体2の変形がスムースになるので、液晶移動体1の移動もスムースになる。また、図2に示すような変形をしながら移動する場合や、液晶移動体1が伸縮しながら移動する場合(図1の左右方向の長さが変化しながら移動する場合)でも、収容体2の変形がスムースになるので、張り合わせる部分が少ないほうが望ましい。
(A pair of sheet-
As shown in FIG. 3, the
(磁極の使用)
また、上記例では、電極3を設けて電界EFによって液晶10中に流動を発生させる場合を説明したが、電極3に代えて磁極を設けてもよい。この場合には、液晶10として、磁界によって液晶分子の配向が変化するものを使用すればよい。
さらに、液晶10として、電界と磁界の両方によって液晶分子の配向を変化させることができるものの場合には、電極と磁極を両方設けてもよい。
(Use of magnetic poles)
In the above example, the case where the
Furthermore, when the
本発明の変形可能な液晶移動体は、血管や生体内で薬剤を患部に搬送する搬送手段やMEMS上で微小物体を搬送する搬送手段などに利用できる。 The deformable liquid crystal mobile body of the present invention can be used as a transport means for transporting a drug to an affected part in a blood vessel or a living body, a transport means for transporting a minute object on a MEMS, or the like.
1 液晶移動体
2 収容体
3 電極
4 配向膜
5 制御部
10 液晶
EF 電界
DESCRIPTION OF
Claims (2)
液晶を封入した収容体と、
該収容体の内面に設けられた電極および/または磁極と、
選択された印加電極および/または印加磁極間に電界および/または磁界を発生させる制御部と、を備えており、
前記収容体が柔軟性を有する部材によって形成されている
ことを特徴とする変形可能な液晶移動体。 A moving body using liquid crystal flow as a driving source,
A container enclosing a liquid crystal;
An electrode and / or a magnetic pole provided on the inner surface of the container;
A control unit that generates an electric field and / or a magnetic field between selected application electrodes and / or application magnetic poles,
A deformable liquid crystal moving body, wherein the container is formed of a flexible member.
ことを特徴とする請求項1記載の変形可能な液晶移動体。
The deformable liquid crystal moving body according to claim 1, wherein the container is a sheet-like member formed into a bag shape.
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