JP4701415B2 - 液晶欠陥を利用した液晶流動形成機構および液晶流動形成方法、並びに、液晶流動を利用した物体移動機構および物体移動方法 - Google Patents
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Description
本発明は、かかる液晶に発生する転傾を積極的に利用して物体を移動させる物体移動機構および物体移動方法、並びに、液晶欠陥を利用した液晶流動形成機構および液晶流動形成方法に関する。
液晶中に転傾が存在すると、転傾の部分は液晶分子の配向方向が本来予定されている方向と異なる方向を向いているため、転傾の部分は、液晶に電圧を加えても液晶分子の配向方向を制御することが困難である。すると、転傾の部分は、予定した色や明るさを示さなくなり、その部分に色落ち等の不具合が生じてしまう可能性がある。つまり、転傾の存在は液晶ディスプレイの品質の低下につながるのである。
かかる事情もあり、転傾の発生を抑制したり除去したりすることを目的とした研究は行われてきたのであるが(例えば、非特許文献1)、これまで、転傾を工業的に利用するような試みは全くなされてこなかった。
第2発明の物体移動機構は、第1発明において、前記移動部材が、前記一対の転傾の間に配設されていることを特徴とする。
第3発明の物体移動機構は、第1発明において、前記一対の転傾形成手段が、前記液晶中に、該液晶内で移動可能に挿入される挿入部材を備えており、該挿入部材は、その表面に、該挿入部材の周囲に位置する液晶分子が、該挿入部材の位置に転傾が存在するときと同等の配向を示すようにラビング処理が施されていることを特徴とする。
第4発明の物体移動方法は、液晶上に配置された移動部材を移動させるための物体移動方法であって、前記液晶に、互いに異なる符号を有する一対の転傾を形成し、該一対の転傾を、互いに接近離間させることを特徴とする。
第5発明の物体移動方法は、第4発明において、前記移動部材を挟む位置に、前記一対の転傾を形成することを特徴とする
第6発明の液晶欠陥を利用した液晶流動形成機構は、液晶内に液晶流動を発生させる液晶流動形成機構であって、該液晶内に、互いに異なる符号を有する一対の転傾を形成する一対の転傾形成手段と、該一対の転傾を、互いに接近離間させる転傾移動手段とからなることを特徴とする。
第7発明の液晶欠陥を利用した液晶流動形成方法は、液晶内に液晶流動を発生させる液晶流動形成方法であって、液晶内に、互いに異なる符号を有する一対の転傾を形成し、該一対の転傾を、互いに接近離間させることを特徴とする。
第2発明によれば、一対の転傾間には、最も高速かつ移動量の大きい流動が発生するので、転傾の移動量が同じであれば、移動部材を他の位置に配置した場合に比べて、高速にかつ長い距離を移動させることができる。
第3発明によれば、液晶分子を、挿入部材の位置に転傾が存在しているかのように配向させることができるから、挿入部材を移動させることによって転傾が移動するときと同等の液晶流動を発生させることができる。しかも、挿入部材は、配設する位置やその移動を正確に制御できるから、液晶に発生する流動を正確に制御することができ、移動部材の移動制御も正確に制御することができる。
第4発明によれば、一対の転傾を互いに接近離間させれば、液晶の表面に、一の転傾から他の転傾に向かい、その後、一の転傾に戻るような液晶の流動が発生する。このため、液晶の表面に接している移動部材を、液晶流動の方向に移動させることができる。そして、液晶に発生した流動を部材の移動に利用することができるので、液晶を利用した搬送装置等に応用することができる。
第5発明によれば、一対の転傾間には、最も高速かつ移動量の大きい流動が発生するので、転傾の移動量が同じであれば、移動部材を他の位置に配置した場合に比べて、高速にかつ長い距離を移動させることができる。
第6発明によれば、転傾形成手段によって液晶中に符号の異なる一対の転傾を発生させ、転傾移動手段によって発生した一対の転傾を互いに接近離間させれば、液晶の表面に、一の転傾から他の転傾に向かい、その後、一の転傾に戻るような液晶の流動を発生させることができる。
第7発明によれば、液晶中に符号の異なる一対の転傾を発生させ、この一対の転傾を互いに接近離間させれば、液晶の表面に、一の転傾から他の転傾に向かい、その後、一の転傾に戻るような液晶の流動を発生させることができる。
まず、本発明の液晶欠陥を利用した液晶流動形成機構を説明する。
本発明の液晶欠陥を利用した液晶流動形成機構は、液晶中に存在する転傾を利用して液晶流動を発生させるものである。図3は転傾が存在する液晶のシュリーレン写真である(出展:C. Destrader, H. -T. Nguyen, H. Gasparoux, J. Malthete, and A. M. Levelunt, Mol. Cryst. Liq. Cryst., 71, 118,(1981) 図2.233)。
転傾とは、液晶における配向ベクトルの場の欠陥、すなわち不連続線をいい、図3では、その紙面と垂直な方向に沿って、周囲の液晶分子に対して液晶分子の配向が不連続となっている部分が並んで線状に存在することによって形成されている。この図3において、白色と黒色の帯状組織が交差する箇所が欠陥核、つまり、転傾において液晶分子の向きの空間的歪みが最も高くなるところである。なお、周囲の液晶分子に対して配向が不連続となっているとは、その位置において、紙面内での配向が規定できない状態となっていることを意味する。例えば、図3であれば、紙面と垂直な方向、つまり、紙面面外に向かう方向に液晶分子が配向していたり、配向秩序が低下している状態をいう。
以下では、この液晶分子の配向が不連続となっている部分が並んでいる方向を転傾の軸方向という。
図4に、転傾の周囲における液晶分子の配向をモデル化した図を示す(出展:液晶辞典)。図4において、点で表されている部分が、転傾が存在する位置である。また、図4において実線が転傾周囲の配向場を示しており、実線に沿って液晶分子が、その配向方向が連続してるように配向している。なお、図4中のsは欠陥の強度示している。
シミュレーションに用いた、液晶分子の配向確率密度を表す配向分布関数fの時間発展方程式、運動方程式、連続の式、および構成方程式は、それぞれ以下の数式で表される。
計算条件として、無次元化した式を空間方向には中心差分法を、時間方向には4次のRunge-Kutta法を用いて離散化した。境界条件として、周期境界条件を用いた。このとき、計算メッシュ幅をΔx*=Δz*=10−2、dt*=2×10−5とした。また物性値は実際の液晶材料から、U=5、li *=0.2、ρ=10−3kg/m3とし、c=2.25×1027m−3、T=300K、H=1.5×10−4mとした。そして、回転拡散係数は、以下の数5のようにした。
図5示すように、一対の転傾A,Bが互いに接近し、やがて消滅する状況が確認できる。しかも、一対の転傾A,Bが互いに接近していくにしたがって、一対の転傾A,B間および各転傾の周囲における液晶の配向の空間的歪み領域が小さくなっていることが確認できる。
図6では、矢印により各点での速度を表して、矢印の向きが液晶の流動方向、長さが流動速度を示している。図6に示すように、一対の転傾A,B転傾の周囲では、図3に示す配向の変化に起因すると考えられる液晶流動が発生していることが確認できる。つまり、符号の異なる一対の転傾を液晶中に発生させ、この一対の転傾を互いに接近離間させれば、液晶中に液晶流動を発生させることができるのである。
また、一対の転傾A,Bが互いに接近していくときに発生する液晶流動は、一の転傾(図6では転傾B)から他の転傾(図6では転傾A)に向かって流れ、再び一の転傾に戻る循環流(以下、基本循環流という、図1(B)参照)を形成していることが確認できる。しかも、液晶流動の速度は、一対の転傾A,Bの間の部分において最も大きいことが確認できる。また、循環流は、基本循環流だけでなく、転傾Aの側方(図6では上方下方)にも、基本循環流と逆周り、かつ、基本循環流よりも小規模の循環流が形成されることが確認できる。
以上のごとく、符号の異なる一対の転傾を互いに接近させれば、液晶中には流動を発生させることができるのである。
なお、図示しないが、一対の転傾を互いに離間させれば、液晶分子は、接近するときと逆の動きによって元の状態に戻るから、一対の転傾を互いに接近させる場合と逆向きの循環流が形成させることができる。
図1(A)は転傾の接近に起因する液晶流動を利用した物体移動機構の一例であり、(B)は棒状部材4Aを移動させたときにおける液晶流動と移動部材2の移動の関係を示した図である。
図1において、符号3は液晶を示している。この液晶3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、転傾を生じさせることができるものであればよく、特に限定はない。
なお、図1では、移動部材2を、その下面が固定部材1の上面と平行となるように配設しているが、移動部材2の下面と固定部材1の上面は互いに平行でなくてもよい。
さらになお、移動部材2は、液晶3の上面において、どの方向にも自由に移動できる状態で配設してもよいが、図示しない案内レールなどによって、移動方向が拘束されていてもよい。
さらになお、移動部材2において液晶3と接触する面は、ラビング処理やラビングレス処理等の液晶の配向を拘束する処理を行っていてもよいし、配向を拘束する処理を行っていなくてもよい。
一方、図4(d)に示すような液晶の配向を形成させ、かつ、棒状部材の位置が負の符号を有する転傾であるかのように液晶分子を配向させるには、棒状部材の表面を、その軸方向に沿って複数の領域に分割し、各領域において異なるラビング処理、例えば、棒状部材の軸方向に対するラビング方向やラビング強度を軸方向に沿って徐々に変化させればよい。すると、棒状部材の表面に接する液晶分子を垂直配向させることができ、しかも、棒状部材の位置が、正の符号を有する転傾であるかのように液晶分子は配向する。
さらになお、一対の棒状部材4A,4Bは、その軸方向が固定部材1の上面と直交するように配設されている必要はなく、固定部材1の上面に対して傾いていてもよい。
上記の棒状部材4A,4Bが、特許請求の範囲にいう挿入部材であるが、挿入部材は棒状に限られず、どのような形状の部材でもよく、挿入部材の位置に転傾が存在しているかのように配向させることができればよい。
さらになお、上記の例では一対の棒状部材4A,4Bのうち、一方の棒状部材4Aのみを移動させたが、両方の棒状部材4A,4Bを移動させてもよいのは、いうまでもない。
2 移動部材
3 液晶
4 棒状部材
Claims (7)
- 移動が固定された固定部材と、
該固定部材の一面と対向する対向面とを有し、該固定部材に対して、該固定部材の一面に沿って移動可能に配設された移動部材と、
該移動部材の対向面と前記固定部材の一面との間に配設された液晶と、
該液晶内に、互いに異なる符号を有する一対の転傾を形成する一対の転傾形成手段と、
該一対の転傾を、互いに接近離間させる転傾移動手段とからなる
ことを特徴とする物体移動機構。 - 前記移動部材が、前記一対の転傾の間に配設されている
ことを特徴とする請求項1記載の物体移動機構。 - 前記一対の転傾形成手段が、
前記液晶中に、該液晶内で移動可能に挿入される挿入部材を備えており、
該挿入部材は、
その表面に、該挿入部材の周囲に位置する液晶分子が、該挿入部材の位置に転傾が存在するときと同等の配向を示すようにラビング処理が施されている
ことを特徴とする請求項1記載の物体移動機構。 - 液晶上に配置された移動部材を移動させるための物体移動方法であって、
前記液晶に、互いに異なる符号を有する一対の転傾を形成し、
該一対の転傾を、互いに接近離間させる
ことを特徴とする物体移動方法。 - 前記移動部材を挟む位置に、前記一対の転傾を形成する
ことを特徴とする請求項4記載の物体移動方法。 - 液晶内に液晶流動を発生させる液晶流動形成機構であって、
該液晶内に、互いに異なる符号を有する一対の転傾を形成する一対の転傾形成手段と、
該一対の転傾を、互いに接近離間させる転傾移動手段とからなる
ことを特徴とする液晶欠陥を利用した液晶流動形成機構。 - 液晶内に液晶流動を発生させる液晶流動形成方法であって、
液晶内に、互いに異なる符号を有する一対の転傾を形成し、
該一対の転傾を、互いに接近離間させる
ことを特徴とする液晶欠陥を利用した液晶流動形成方法。
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