JP4410135B2

JP4410135B2 - 電子的にアドレス指定可能なマイクロカプセル化されたインクおよびそのディスプレイ

Info

Publication number: JP4410135B2
Application number: JP2005093264A
Authority: JP
Inventors: エム．ジャコブソンジョセフ
Original assignee: イーインクコーポレイション
Priority date: 1996-07-19
Filing date: 2005-03-28
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2016-08-20
Also published as: EP1231500B1; JP3833266B2; EP1231500A2; JP2001500172A; JP2004252465A; US20110286081A1; JP2005227795A; US20070057908A1; AU6955096A; DE69636960C5; US20070052757A1; AU726057B2; ATE356369T1; JP4105107B2; WO1998003896A1; JP2010224576A; DE69636960D1; JP2010244066A; EP0912913A1; EP1231500A3

Description

（関連出願）
本願は、１９９６年７月１９日に出願された米国仮出願シリアルＮｏ．６０／０２２，２２２に対する優先権を主張する。この出願の内容全体を、本明細書中で参考として援用する。

（背景）
現在、導体およびレジスタの印刷は、回路板製造の技術分野においてよく知られている。論理素子を組み込むための標準的な方法は、半導体チップを回路板表面上に実装することである。今のところ、任意の基材上に論理素子を直接印刷するシステムは存在しない。

フラットパネルディスプレイドライバの分野には、シリコンまたは他の半導電性材料の真空蒸着により、ガラス上に論理素子を形成し、その後回路および論理素子をエッチングする技術が存在する。このような技術では、真空の必要性およびエッチング工程があるために、任意の表面上に論理素子を形成することができない。

フラットパネルディスプレイをもたらすために使用され得る、電子的にアドレス指定可能なコントラストメディア（ｃｏｎｔｒａｓｔｍｅｄｉａ）の分野において、エレクトロルミネセントフィルムおよびエレクトロクロミックフィルム等の発光性および反射性の電子的に活性なフィルム、ポリマーが分散された液晶フィルムおよび二色性微粒子（ｂｉｃｈｒｏｍａｌｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅ）エラストマースラブ（ｅｌａｓｔｏｍｅｒｉｃｓｌａｂ）が知られている。しかし、このような直接、電子的にアドレス指定可能なコントラストメディアでは、任意の表面上に印刷を施すことができない。

最後に、表面アクチュエータの分野において、エッチングされ得るまたはエッチングされ得ない静電気モータが当該分野において知られている。最初の静電気モータの場合、このようなエッチングされたデバイスは任意の表面上に製造できないという欠点がある。２番目の静電気モータの場合、エッチングされないデバイスは、駆動論理および電子制御を直接、作動表面上に組み込むことができないという欠点がある。

本開示の目的は、印刷可能な論理、ディスプレイおよび作動の分野における従来技術の限界を克服することである。

（発明の要旨）
概して本発明は、電子的に活性なインクのシステムと、標準的な真空処理またはエッチングを必要とせずに、様々な基材上に任意のパターンでインクを印刷する手段とを提供する。インクは、機械的特性、電気的特性または他の特性を組み込み得、且つ以下の機能を提供し得るが、それらに限定されない：その機能とは、導電性、絶縁性、抵抗性、磁性、半導電性、光変調特性、圧電性、スピン特性、光電子特性または熱電性である。

ある実施形態において、本発明は、上部および下部の電極あるいは下部の電極のみによってアドレシングするのに適した、マイクロカプセル化電界動作コントラストインクシステム（ｍｉｃｒｏｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄａｃｔｕａｔｅｄｃｏｎｔｒａｓｔｉｎｋｓｙｓｔｅｍ）を提供する。このシステムは、二色性双極微粒子電気泳動染料システム（ｄｙｅｓｙｓｔｅｍ）、液晶エレクトロルミネセント染料システムまたは誘電泳動効果によって動作する。このようなインクシステムは、様々な基材材料のいずれかの上に、電気的にアドレス指定可能なディスプレイを製造するのに有用であり得る。この材料は、薄く、可撓性があり得、且つ安価なディスプレイとなり得る。

別の実施形態において、本発明は半導電性インクシステムを提供する。このシステムでは、半導電性材料が結合剤内に分散され、結合剤を固化（ｃｕｒｅｄ）すると半導電性を有する濾過構造（ｐｅｒｃｏｌａｔｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）が得られる。

別の実施形態において、本発明は、塩の光還元、塩の電子ビーム還元、ジェット電気メッキ、二重ジェット（ｄｕａｌｊｅｔ）無電界メッキ、不活性ガススパッタリングまたは局部真空熱スパッタリング（ｌｏｃａｌｖａｃｕｕｍｔｈｅｒｍａｌｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）あるいは電子ビーム堆積法によって、金属または半導電性材料を任意のパターンに印刷することが可能なシステムを提供する。

別の実施形態において、本発明は、半導体論理素子および電気光学素子を提供する。これらの素子は、ダイオード素子、トランジスタ素子、発光素子、光検知素子、または太陽電池素子を含み得る。これらは、前述の実施形態で説明したように、印刷プロセスによって製造されるか、または電子的に活性なインクシステムを利用する。更に、上記素子は、多層化され得、ビアおよび３次元相互接続を含む、多層論理を形成し得る。

別の実施形態において、本発明は、電子的にアドレス指定可能なディスプレイを提供する。このディスプレイにおいて、いくつかのまたは全てのアドレスライン、電子的にアドレス指定可能なコントラストメディア、論理または電源は、前述の実施形態において説明したように、印刷プロセスによって製造されるか、または電子的に活性なインクシステムを利用する。

別の実施形態において、本発明は、クロックまたはウォッチの形態をとり得る、静電気アクチュエータまたはモータを提供する。ここで、いくつかのまたは全てのアドレスライン、論理または電源は、前述の実施形態において説明したように、印刷プロセスによって製造されるか、または電子的に活性なインクシステムを利用する。

別の実施形態において、本発明は、電子的にアドレス指定可能なディスプレイを含む腕時計バンドを提供する。ここで、いくつかのまたは全てのアドレスライン、電子的にアドレス指定可能なコントラストメディア、論理または電源は、前述の実施形態において説明したように、印刷プロセスによって製造されるか、または電子的に活性なインクシステムを利用する。

別の実施形態において、本発明はスピンコンピュータを提供する。ここで、いくつかのまたは全てのアドレスライン、電子的にアドレス指定可能なスピンメディア、論理または電源は、前述の実施形態において説明したように、印刷プロセスによって製造されるか、または電子的に活性なインクシステムを利用する。

更なる特徴および局面が、以下の説明および請求の範囲から明らかになる。

添付の図面に示すように、本発明の好適な実施形態の以下のより詳細な説明から、本発明の、前述および他の目的、特徴および利点が明らかになる。図中、同じ参照符号は同様の部分を示す。図面は必ずしも縮尺通りでなく、本発明の原理を説明する箇所を強調して示している。

（好適な実施形態の詳細な説明）
従来技術において、電子ディスプレイに使用する二色性粒子または微粒子を製造する手段が知られている。このような技術は、移入された（ｉｍｐｌａｎｔｅｄ）双極子モーメントを持たず、通常、材料のゼータ電位に依存して永久双極子を生成する粒子を製造する。このような機構は、材料特性を電子特性と結び付けるため、形成され得る双極子モーメントの大きさを制限するという欠点を有する。図１は、移入された双極子モーメントを有する粒子であって、静電気ディスプレイに使用され得る二色性粒子、または誘電泳動ディスプレイ（ｄｉｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃｄｉｓｐｌａｙ）に使用され得る単色粒子の、いずれかの粒子を製造する手段を詳細に示す。

図１Ａを参照すると、噴霧ノズル１に、異なる色に着色され得る材料１２および１３が充填されている。第１の噴霧ノズルが正電位３に保持され得、第２のノズルが負電位４に保持され得る。このような電位は、噴霧を助け、ノズルから形成される液滴に電荷を与え、正に帯電した液滴５および負に帯電した液滴６を生成する。このような逆極性に帯電した液滴は相互に誘導し合い、全体的に中性の対を静電気的に形成する。中性粒子が形成されると、静電誘導（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃａｔｔｒａｃｔｉｏｎ）は起こらず、更なる液滴が中性の対へと誘導されることはない。材料１２および１３が、ノズルからの出ていく時に液体であり、冷却され固体を形成するか、または更なる硬化剤を含み得る化学反応を経て固体を形成するかのいずれかの場合、電荷は中性対の各側に捕らえられ得、移入された双極子１６を有する二色性固体粒子を形成する。エレクトレットの技術分野で公知のように、ポリエチレン、ポリフッ化ビニリデンまたは他の材料等の材料の適切な選択によって、このような準安定双極子は、長期間持続し得る。加熱素子７が対を再加熱する役割を果たし得、それにより表面張力エネルギーを最小化し、対を更に完全な球体状へと再形成する役割を果たす。最後に、同じまたは反対の電圧にバイアスされた電極８の組が、全体の電荷が中性でない粒子を捕らえるために使用され得る。

図１Ｂを参照すると、移入された双極子を有する単色粒子の形成に、同様の装置が使用され得る。この構成において、同色の材料１２を含むノズルが、移入された双極子を有する単色粒子２１を形成するのに前と同様使用される。

図１Ｃおよび図１Ｄを参照すると、回転ディスク１１上またはダブルバレルノズル１９で２つの異なる色の材料１２および１３を合わせることによって、移入された双極子を有する二色性粒子を製造する別の手段が示される。材料は、正電極１４および負電極１５によって帯電され、ディスクのリムまたはダブルバレルノズルの出口において静電気的な誘導により合わされ、移入された双極子モーメントを有する二色性粒子１６を形成する。この手段は、表面特性および２材料間の相互作用に依存するのではなく、静電気的な誘導により、２つの異なる材料１２および１３を合体するという点で、当該分野で公知の手段とは異なる。更に、本機構は、自然発生のゼータ電位から可能となる双極子モーメントよりも大きな双極子モーメントを生成する役割を果たし得る、移入された双極子モーメントを有する粒子１６を形成する。

図１Ｅおよび図１Ｆを参照すると、移入された双極子を有する単色粒子の形成に同様の装置が使用され得る。この構成において、同色の材料１２を含むノズルが、移入された双極子を有する単色粒子２１を形成するのに前と同様利用される。

ある１つの材料を他の材料の内側にマイクロカプセル化するための技術が、文献により数多く知られている。このような技術は、概して製紙工業または製薬工業において使用され、通常、視覚的明瞭性（ｏｐｔｉｃａｌｃｌａｒｉｔｙ）の特性、高い誘電力、不浸透性および耐圧性を同時に含んだマイクロカプセルを製造するものではない。しかし、適切な改変によって、これらの技術は、電子特性を用いたマイクロカプセル化システムに適用され得る。

図２Ａを参照すると、内部相２５は液体または固体であり得、更なる結合された表面層２７を有する。液体である場合の内部相または結合された表面層は、シリコーンオイル内のアジビン酸クロリド等のポリマー成分（ｐｏｌｙｍｅｒｂｕｉｌｄｉｎｇｂｌｏｃｋ）を含み得る。液体の場合には結合された境界層を有する内部相は、連続相液体（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｐｈａｓｅｌｉｑｕｉｄ）３０内に分散され得る。連続相液体は、内部相または結合された表面層と混合できない水溶液であり得る。最後に、連続相液体３０に、別のポリマー成分を含む溶液４０が付加され得るか、または架橋剤が付加され得る。溶液４０は、内部相または結合された表面層と連続相液体３０との界面において固体層を形成し、それにより内部相をマイクロカプセル化する効果を有する。

図２Ｂを参照すると、固体または液体であり得る内部相２５は、ポリマー成分、架橋剤および被覆材料を含み得る、一連の液体フィルム５０、６０、７０を通過し得、その結果、内部相２５、結合された表面層２７および外殻８０から形成された、最終的なマイクロカプセル１２０が得られる。

別のマイクロカプセル手段を、図２Ｃに示す。この機構においては、ＵＶ光源であり得る光源８２が、いくつかの領域においてフォトマスク８４を通過し、セル構造８６を形成し得る架橋可能なポリマーを露光する。その後、セル構造の個々のセルには、内部相２５が充填され得る。

図２Ａから図２Ｃに示したシステムを用いて、電子的に活性な特性、詳細には電子的にアドレス指定可能なコントラストメディアを有するシステムのマイクロカプセル化が可能である。図３は、このような電子的にアドレス指定可能なコントラストメディアシステムを詳細に示す。このシステムは、上部透明電極１００および下部電極１１０によってアドレシングするのに適する。図３Ａを参照すると、マイクロカプセル１２０は、正に帯電した半球体１４２および負に帯電した半球体１４０ならびに結合された表面層材料１３０を有する微粒子を含み得る。半球体が異なる色を着色される場合、電極に付与された電界が球体の向きを変える役割を果たし得、それにより知覚される色変化を引き起こしうる。

図３Ｂを参照すると、マイクロカプセル１２０は、ある色の正に帯電した粒子２１０および別の色の負に帯電した粒子２２０を含み得、電極への電界の付与により、場の極性に応じて、一方の色または他方の色が、マイクロカプセルの表面の方向に移動し、それにより、知覚される色変化をもたらす。このようなシステムが、マイクロカプセル化電気泳動システムを構築する。

図３Ｃから図３Ｄを参照すると、マイクロカプセル１２０は、所定の電荷極性の染料、染料前駆物質または染料インジケータ材料２３０、もしくは、他の電荷極性の粒子に付着された適切な表面基と、還元剤、酸化剤、プロトン供与剤、プロトン吸収剤または溶媒とを有する微粒子等の、所定の電荷極性の粒子に付着された、染料、染料前駆物質または染料インジケータ材料を含み得る。電界が付与された状態では、染料物質２３０が、還元剤、酸化剤、プロトン供与剤、プロトン吸収剤または溶解剤２４０に対して遠位に維持され、従って、図３Ｃに示すある色の状態をもたらす。電界の付与を停止すると、染料物質と還元剤、酸化剤、プロトン供与剤、プロトン吸収剤または溶解剤とが結合し、第２の色の状態の複合体２４５を形成する。このシステムにおいて使用する適切な材料は、還元剤、酸化剤または溶解剤の付与時にある色の状態から第２の色の状態に変化し得る、ロイコ（ｌｅｕｃｏ）およびラクトン（ｌａｃｔｏｎｅ）の染料システムならびに他のリング構造体、もしくは、当業界で公知のプロトン供与剤またはプロトン吸収剤の付与時にある色の状態から第２の色の状態に変化し得る、染料インジケータシステムである。システムの双安定（ｂｉｓｔａｂｉｌｉｔｙ）をもたらして、成分が、電界の付与時以外に比較的不動性となるように、更なるゲルまたはポリマー材料が、マイクロカプセルの内容物に付加されてもよい。

図３Ｅを参照すると、マイクロカプセル１２０は、蛍光粒子２５５、光伝導性半導体粒子および染料インジケータ粒子２６０を、適切な結合剤２５０内に含み得る。ＡＣ電界を電極１００および１１０に付与すると、ＡＣエレクトロルミネセンスが起こる。ＡＣエレクトロルミネセンスは、自由電荷を半導電性材料内に発生させ、更に染料インジケータの色の状態を変化させる。

図４Ａから図４Ｍを参照して、デバイスの光学特性を悪化させ得る上部透明電極１００を用いない使用に適したインクシステムを開発することが望ましいであろう。図４Ａおよび図４Ｂを参照して、面内電極とともに、図３Ｃおよび図３Ｄを参照して説明された化学現象（ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）が用いられ得、面内電極２７０および２８０に電界を付与すると、この化学現象により、１つの色状態から第２の色状態への色切り換えが生じる。そのようなシステムは、上から見られるため、これらの電極は、不透明であり得、ディスプレイの光学特性に影響を与えることなはい。

別のシステムとして、面内切り換え（ｉｎ−ｐｌａｎｅｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）技術が、従来から、透過型ＬＣＤディスプレイにおいて、別の目的のために、即ち、そのようなディスプレイの視野角を増加するために使用されている。図４Ｃおよび図４Ｄを参照して、ミノルタ社のＨａｔａｎｏらによって示されたタイプの双安定液晶システムが、面内電極によってもたらされ、液晶混合物が第１の透明な平面構造２９０から第２の散乱焦点円錐構造（ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｆｏｃａｌｃｏｎｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）２９２に変化するように改変されている。

図４Ｅを参照して、図３Ｅのシステムは、面内電極２７０および２８０を使用することにより、切り換えられ得る。

ＡＣ電界を付与することによって第１の色変化を引き起こし、ＤＣ電界または別の周波数のＡＣ電界のいずれかを付与することによって第２の色変化を引き起こす、他のシステムも作製され得る。図４Ｆから図４Ｇを参照して、閉状態のヘアピン型の分子またはばね２８４は、この分子またはばね自体に、正に帯電したヘッド２８２または負に帯電したヘッド２８３を付着させ得る。ヘッド２８２およびヘッド２８３は、移入された双極子を有する微粒子であり得る。さらに、ヘアピン型の分子またはばねの一方側には、ロイコ染料２８６を付着させ、ヘアピン型の分子またはばねの他方側には、還元剤２８５を付着させている。この分子またはばねが閉状態２８４であるとき、ロイコ染料２８６および還元剤２８５が互いに近接され、結合２８７が形成され、ロイコ染料は効果的に還元され、それにより、第１の色状態をもたらす。ヘアピン型の分子またはばねの上で片持ちにされた（ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｅｄ）帯電したヘッドの振動モードに共鳴する周波数のＡＣ電界を付与すると、結合２８７が断たれ得、これにより、開状態２８８をもたらし得る。この開状態では、ロイコ染料および還元剤は近位にはなく、非還元状態であるロイコ染料が、第２の色状態をもたらす。システムは、ロイコ染料および還元剤の基を再び近接させる（ｒｅｐｒｏｘｉｍａｔｅ）役割を果たすＤＣ電界を付与することによって反転され得る。多くの分子またはミクロ製造された構造は、通常開いているヘアピン型の分子またはばねとしての役割を果たし得る。これらは、オレイン酸状の分子２８９を含み得る。還元剤は、亜ジチオン酸ナトリウムを含み得る。尚、ここで説明するシステムは、双安定であることに注目されたい。また、ヘアピン型の分子またはばねにはエネルギーが蓄積され得るため、システムはまた、電池として機能し得ることに注目されたい。

図４Ｉから図４Ｋを参照して、別のロイコ染料−還元剤システムは、図４Ｉに示される、自然状態２９３のポリマーを使用し得る。ＤＣ電界が付与されると、ポリマーは、線形の形状２９４となり、ロイコ基２８６および還元剤基２８５は、互いに遠位となる。逆のＤＣ電界またはＡＣ電界のいずれかが付与されると、ポリマーは、コイル状になってランダムに収縮し、ロイコ基および還元基が、結合２８７を形成し、それに対応する色変化が起こる。ポリマーは、システムを双安定にする役割を果たす。

図４Ｌおよび図４Ｍを参照して、類似のシステムが可能であるが、この場合には、ロイコ基および還元基は、架橋２８６によって、直接、逆極性に帯電した微粒子に付着され得る。架橋２８６は、ビオチン−ストレプトアビジン架橋、ポリマー架橋、または他の任意の適切な架橋であり得る。以前と同様に、ＤＣ電界を付与すると、ロイコ基および還元基は互いに遠位となり、逆のＤＣ電界またはＡＣ電界を付与すると、ロイコおよび還元基はランダムに接する。酸化状態の安定性を助けるために、ポリマーが添加され得る。

図５Ａから図５Ｄ、ならびに図６Ａおよび図６Ｂを参照して、電気的にアドレス指定可能なコントラストメディアインクにおいて、完全に異なる原理が使用され得る。これらのシステムでは、より高い誘電率の種が高電界強度の領域に移動され得る、誘電泳動効果が使用される。

図５Ａおよび図５Ｂを参照して、電極対１５０に電界が付与されていない場合に安定する非着色の染料−溶媒複合体３１５は、電極対１５０によって与えられる、染料複合体および溶媒複合体の誘電率に差動的に作用する電界１７０によって、着色された染料成分３００と、溶媒成分３１０とに解離され得る。図３Ｃおよび図３Ｄのシステムにおいて説明した化学現象が、ここで容易に使用され得ること、ならびに、染料複合体および溶媒複合体は、それ自体は、実質的に異なる誘電率を有していなくてもよく、実質的に異なる誘電率を有する、微粒子などの他の分子または粒子と結合され得ることが理解される。最後に、双安定をもたらすために、マイクロカプセルの内容物に、ゲルまたはポリマー複合体が添加され得ることが理解される。

図５Ｃおよび図５Ｄを参照して、より高い平面１７０またはより低い平面１８０において高電界領域をもたらし、それにより、二色性微粒子（ｂｉｃｈｒｏｍａｌｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅ）の一方の半球体１４１、または、着色された種の混合物のうちの１つの種１４７、などのより高い誘電率の材料を、それぞれより高いまたはより低い平面に移動させて、異なる色状態の効果を与えるために、スタックされた電極対１５０および１６０が使用され得る。そのような機構では、電界を整形するために、材料１６５が使用され得る。材料１６５は、誘電性材料であっても、導電性材料であってもよい。

図６Ａおよび図６Ｂを参照して、周波数に依存する誘電泳動効果に基づくシステムを説明する。そのようなシステムは、所定の色を生成するために、ある周波数の電界を付与し、別の色を生成するために、異なる周波数の電界を付与することによってアドレシングされる。そのような機能は、リアアドレシング（ｒｅａｒａｄｄｒｅｓｓｅｄ）ディスプレイを可能にする。

図６Ａを参照して、マイクロカプセル１２０は、内部相１８４を囲む。内部相１８４は、図６Ｃのプロットの曲線（Ｐｌｏｔ６Ｃ，ｃｕｒｖｅ）３２０に示されるような、周波数依存性の誘電率を有する材料であって、第１の色Ｂを有し得る材料と、周波数依存性の誘電率を有し、第２の色Ｗを有する材料１８２とであり得る。周波数依存性材料はさらに、図６Ｃの３２２で示されるように、低周波数では高誘電率を有し、より高い周波数ではより小さい誘電率を有し得る。電極２７０および２８０によって低周波数のＡＣ電界を付与すると、材料１８２が、これらの電極の近位の高電界領域に引き寄せられ、それにより、マイクロカプセルは、上から見ると、色Ｂに見える。逆に、電極２７０および２８０により高周波数のＡＣ電界を付与すると、材料１８４が、これらの電極の近位の高電界領域に引き寄せられて、材料１８２と置き換わり、それにより、マイクロカプセルは、上から見ると、色Ｗに見える。ＢおよびＷが黒および白に対応する場合、白黒表示がもたらされ得る。電界が無い状態（ｆｉｅｌｄｏｆｆｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）でシステムを双安定にするために、内部相１８４にはポリマー材料が添加され得る。あるいは、カプセルの内部側壁への付着（ｓｔｉｃｔｉｏｎ）が、双安定を引き起こし得る。

図６Ａの材料１８２、および図６Ｃを参照して、本願は、操作された周波数依存性誘電率（ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｅｐｅｎｄｅｎｔｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｎｓｔａｎｔ）を有する粒子の製造を教示する。この粒子を製造する手段は、図１Ｂ、図１Ｅおよび図１Ｆに示される。低周波数では、そのような双極性粒子は十分に小さい質量を有するため、これらの双極性粒子は、ＡＣ電界と同位相で回転し、それによりこの電界を効果的に相殺し、高誘電率材料として作用し得る。しかし、高周波数では、粒子は、粒子がＡＣ電界と同位相を維持できず、従って、この電界を相殺することができないため、効果的に小さい誘電率を有することができないような慣性を有する。

あるいは、材料１８２は、天然に存在する周波数依存性誘電材料からなっていてもよい。上記の人工的に作製された双極性材料と同様の周波数依存機能に従う材料であって、図６Ｃの曲線３２２と同様の曲線をたどる材料は、ｆ＝１０^３ＨｚでＫ＝３６、ｆ＝１０^６ＨｚでＫ＝９の誘電率を有するヘベア（Ｈｅｖｅａ）ゴム化合物などの材料、Ｔ．Ｂ．ＪｏｎｅｓによるＥｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｓｏｆＰａｒｔｉｃｌｅｓにおいて知られているような、抵抗損失を有する材料、および、永久双極子モーメントを有する巨大分子を含む。本明細書において、上記文献を参考として援用する。

さらに、材料１８２は、本明細書において参考として援用されるＴ．Ｂ．ＪｏｎｅｓによるＥｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｓｏｆＰａｒｔｉｃｌｅｓにおいて説明されているような、図６Ｄの曲線３３０に示されるような誘電率の周波数依存性を有する、天然または人工のセル材料であり得る。そのような粒子はさらに、電子的にアドレス指定可能なコントラストインクの製造に適している。

図６Ｂを参照して、カラー表示をもたらすことができるシステムが示される。マイクロカプセル１２０は、第１の誘電率、導電性、および色をもつ粒子１８６と、第２の誘電率、導電性、および色をもつ粒子と、第３の誘電率、導電性、および色を有する内部相１９０とを含む。図６Ｅのプロットを参照して、粒子の電気機械技術の分野では、抵抗損失（即ち、有限の導電性）を有する粒子の場合、低周波数では、ＤＣ導電性が誘電率を左右し、高周波数では、誘電分極が誘電率を左右することが知られている。従って、有限の導電性を有する粒子は、図６Ｅのプロットの曲線３３８に示されるような、周波数ｆの関数としての誘電率Ｋを有する。第２の色をもつ第２の粒子は、図６Ｅの曲線３４０で示されるような、周波数ｆの関数としての誘電率Ｋを有する。最後に、導電性を持たない内部相は、曲線３３６の、周波数に依存しない誘電率Ｋを有する。電極２７０および２８０によって周波数ｆ１のＡＣ電界が付与されると、色Ｍの材料１８６が、これらの電極の近位の高電界領域に引き寄せられ、これにより、マイクロカプセルは、上から見ると、それぞれ他方の粒子および内部相のため、色ＣおよびＹの混合色に見える。電極２７０および２８０によって周波数ｆ２のＡＣ電界が付与されると、色Ｙの材料１８８が、これらの電極の近位の高電界領域に引き寄せられ、これにより、マイクロカプセルは、上から見ると、色ＣおよびＭの混合色に見える。最後に、電極２７０および２８０によって周波数ｆ３のＡＣ電界が付与されると、色Ｃの内部相１９０が、これらの電極の近位の高電界領域に引き寄せられ、これにより、マイクロカプセルは、上から見ると、色ＭおよびＹの混合色に見える。Ｃ、ＭおよびＹが、シアン、マゼンタおよび黄色に対応する場合、カラー表示がもたらされ得る。

電子的にアドレス指定可能な周波数依存性の表示をもたらすために、上記の物理的プロセスから生じる、周波数依存性の誘電率を有する粒子の、他の多くの組み合わせが使用され得ることが理解される。

さらに、図３から図６において説明される、マイクロカプセル化された電子的にアドレス指定可能なコントラストメディアインクに加えて、図７から図９は、他のタイプの電気的に活性なインクシステムを示す。従来技術では、後に硬化されて導電性または抵抗性トレース（ｔｒａｃｅｓ）を形成し得る結合媒体に、金属または抵抗性材料を堆積させるための手段が知られている。以下の説明では、ある場合には種々の基材材料上に、結合剤中の半導電材料を堆積させ、別の場合には、エッチング工程を必要とせずに、種々の基材材料上に、真空外の、金属、抵抗性材料、または半導電性材料を、任意のパターンで堆積させるための新規な手段が示される。

あるシステムでは、半導体インク３５０は、適切な結合剤３５６中に半導体粉末３５５を分散させることによって製造され得る。この半導体粉末は、Ｓｉ、ゲルマニウムもしくはＧａＡｓ、または、他の適切な半導体であり得、リン、アンチモンもしくはヒ素などのｎ型不純物、または、ホウ素、ガリウム、インジウムもしくはアルミニウムなどのｐ型不純物、または、半導体製造の技術分野において公知の他の適切なｎ型もしくはｐ型ドーパントをさらに有し得る。結合剤３５６は、熱硬化性もしくはＵＶ硬化性のビニルプラスチック材料、または、導電性インクの技術分野において公知の他の適切な結合剤であり得る。半導電性インク３５０は、印刷技術によって付与され得、スイッチまたは論理構造を形成し得る。この印刷技術は、１つ以上のインク３７２、３７４が基材上に所望のパターンで印刷され得る流体送達システム３７０を含み得る。あるいは、インクシステム３５０は、パターニングされた開口マスク３７８を介してインク３８０が基材３７９上に向けられて所望のパターンを形成する、スクリーンプロセス３７７によって印刷され得る。インクパターン３６０は、硬化されると、半導電性粉末粒子３５５を近接させ、半導電性の、連続する浸透（ｐｅｒｃｏｌａｔｅｄ）構造３６５を作り出す。

図８を参照して、光ビーム操向装置（ｓｔｅｅｒｅｒ）３８４によって操向され得る照射光源３８２に対応して、基材３８８上に、導電性または半導電性トレース３９０を形成させるシステムが示される。このシステムの動作は、溶液中に金属または半導電性の塩を含むマイクロカプセル３８６に基づく。ＵＶ光であり得る光３８２に露光されると、金属または半導電性の塩は、金属または半導体に還元され、それと同時に、マイクロカプセルが破裂して、導電性または半導電性トレースの堆積を引き起こす。

図９Ａを参照して、金属性または半導電性トレース４１０を堆積させるためのインクジェットシステムが示される。このシステムでは、金属または半導電性の塩を含む噴射（ｊｅｔ）４２０が、還元剤を含む噴射４３０とともに、基材４００にぶつかる。

一例として、金属性トレースを形成するためには、噴射４２０には、硝酸銀（ＡｇＮＯ_３）が使用され得、還元用噴射４３０には、適切なアルデヒドが使用され得る。本発明に適した化学現象の他の多くの例が、無電解メッキの技術分野において公知である。そのような例のすべてにおいて、噴射は、任意のトレースが印刷され得るように、移動可能で、且つ、制御可能であることが理解される。

図９Ｂを参照して、図９Ａのシステムと類似したシステムが示される。この場合、噴射４６０から出される金属または半導電性の塩の還元を引き起こすために、還元用噴射の代わりに、電子ビーム４７０が使用され得る。電子ビームの接地のために、接地面４５０が使用され得る。

図９Ｃを参照して、電気メッキに基づいて、金属性または半導電性トレースを堆積させるためのシステムが示される。このシステムでは、電位Ｖに保持された噴射４８０中の金属または半導電性の塩が、基材４１０上に電気メッキされ、それにより、金属性または半導電性トレースを形成する。

図９Ｄを参照して、インクジェットヘッドからの金属塩をＵＶ還元するための手段が、従来技術において公知である。このシステムでは、金属または半導電性の塩を含む噴射４９０は、照射された光ビーム４９５とともに、基材４００上に当たり得、この金属または半導電性の塩が還元されて、導電性または半導電性トレース４１０になる。あるいは、噴射４９０は、光導電性材料と、光導電電気メッキの分野において公知のように光源４９５を付与することによって、表面４００上に光導電的に電気メッキされ得る金属塩とを含み得る。

図９Ｅを参照して、入口５１０を介して不活性ガスが充填され得るチャンバ５２０を含み、熱堆積、スパッタリング堆積、電子ビーム堆積、または他の堆積手段５３０をさらに含む移動式堆積ヘッド５００のためのシステムが示される。この移動式堆積ヘッド５００は、様々な基材５４０上に、金属、半導体、絶縁体、スピン材料、または他の材料を、任意のパターンで印刷し得る。そのような基材５４０を冷却または急冷（ｃｈｉｌｌｅｄ）して、高温であり得るこれらの材料からの損傷を防ぐ場合もある。

図１０を参照して、上で説明した電子的に活性なインクシステムおよび印刷手段は、スイッチまたは論理構造を形成するために適用され得る。図１０Ａおよび図１０Ｂに示されるように、ｎ型エミッタ９５０、ｐ型ベース９５４およびｎ型コレクタ９５２からなるＮＰＮ接合トランジスタが製造され得る。

あるいは、金属酸化物半導体などの電界効果トランジスタが、印刷され得る。そのようなトランジスタは、ｐ型材料９７０、ｎ型材料９６６、ｎ型反転層９６８、ゲートとして作用する酸化物層９６２、ソースリード９６０、およびドレインリード９６４からなる。論理層間に適切な絶縁層を用いることによって、多数の論理層が印刷され得る。さらに、異なる論理層間の３次元的相互接続は、絶縁層のビアによって達成され得る。

図１０Ｄを参照して、印刷された太陽電池は、金属コンタクト層９７２、ｐ型層９７４、ｎ型層９７６、および絶縁層９７８のうちの幾つかまたはすべてを印刷することによって製造され得る。太陽電池の技術分野において公知のように、基材に入射する光９７９は、電流を発生させる。そのような印刷された太陽電池は、電力が必要とされる非常に薄型でコンパクトおよび／または安価な構造において有用であり得る。

上記記載で説明したインクシステムおよび印刷手段は、広範な分類の電子的に機能する構造の製造に有用であり得る。図１１〜１４に、製造し得るそのような可能な構造のいくつかを示している。

図１１を参照して、Ｊａｃｏｂｓｏｎの同時係属中の特許出願に記載されたものと同様な電子ディスプレイは、電子的にアドレシング可能なコントラストメディア６４０、アドレス線６１０および６２０ならびに論理要素６７０からなっている。これらのうち全部または一部を、上記記載で説明したインクシステムおよび印刷手段によって製造し得る。

図１２を参照して、基材７００上に印刷されている印刷導電性要素７２０、７３０、７４０および７６０からなる、アナログ時計または腕時計を形成し得る静電モータを示している。これらの要素は、論理制御回路７１０により正負またはニュートラル（ｎｅｕｔｒａｌ）状態の間を交互に切り替えられるとき要素７５０を平行移動させ得、従ってモータまたはアクチュエータを形成する。図１２の装置において、導電性要素のうちの一部または全部および／または論理制御要素は、上記記載で説明したインクシステムおよび印刷手段を用いて製造し得る。

図１３を参照して、バンド８２０が電子的にアドレシング可能なディスプレイ８３０を含む、腕時計８００を示している。ディスプレイの要素のうち、電子的にアドレシング可能なコントラストメディア、アドレス線および／または論理を含む一部または全部が、上記記載で説明したインクシステムおよび印刷手段によって製造される。このような製造は、安価で容易に製造可能かつ薄型のディスプレイ機能の創出において有用であり得る。制御ボタン８１０は、ディスプレイ８３０の局面を制御する機能を有し得る。

図１４を参照して、双極子モーメント９１４を有する双極子９１２が行９２０および列９３０のアドレス線のノードに位置している、スピンコンピュータを示している。このようなコンピュータは、まず双極子をアドレス線により初期状態にアドレシングした後、双極子を相互作用させることにより、全体としてのシステムの最終状態を創出することにより、ＳｐｉｎＩｓｉｎｇモデルおよびセルラーオートマトン（ｃｅｌｌｕｌａｒａｕｔｏｍａｔａ）の分野において公知の計算を行う。双極子は、マイクロカプセル９１０にマイクロカプセル化された双極子微球体９１２からなっていてもよく、あるいは、別の形態の双極子および／または別の封入手段からなっていてもよい。

本発明をその好適な実施形態について特に示したが、付属の請求項に定義する発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、その形態および詳細を様々に変更し得ることが、当業者には理解されるであろう。

図１Ａは、永久双極子モーメントを有する粒子の製造手段の模式図である。図１Ｂは、永久双極子モーメントを有する粒子の製造手段の模式図である。図１Ｃは、永久双極子モーメントを有する粒子の製造手段の模式図である。図１Ｄは、永久双極子モーメントを有する粒子の製造手段の模式図である。図１Ｅは、永久双極子モーメントを有する粒子の製造手段の模式図である。図１Ｆは、永久双極子モーメントを有する粒子の製造手段の模式図である。図２Ａは、マイクロカプセル化の手段の模式図である。図２Ｂは、マイクロカプセル化の手段の模式図である。図２Ｃは、マイクロカプセル化の手段の模式図である。図３Ａは、上部から下部へのアドレシングに適した、マイクロカプセル化された、電子的にアドレス指定可能なコントラストメディアシステムの模式図である。図３Ｂは、上部から下部へのアドレシングに適した、マイクロカプセル化された、電子的にアドレス指定可能なコントラストメディアシステムの模式図である。図３Ｃは、上部から下部へのアドレシングに適した、マイクロカプセル化された、電子的にアドレス指定可能なコントラストメディアシステムの模式図である。図３Ｄは、上部から下部へのアドレシングに適した、マイクロカプセル化された、電子的にアドレス指定可能なコントラストメディアシステムの模式図である。図３Ｅは、上部から下部へのアドレシングに適した、マイクロカプセル化された、電子的にアドレス指定可能なコントラストメディアシステムの模式図である。図４Ａは、下部アドレシングに適した、マイクロカプセル化された、電子的にアドレス指定可能なコントラストメディアシステムの模式図である。図４Ｂは、下部アドレシングに適した、マイクロカプセル化された、電子的にアドレス指定可能なコントラストメディアシステムの模式図である。図４Ｃは、下部アドレシングに適した、マイクロカプセル化された、電子的にアドレス指定可能なコントラストメディアシステムの模式図である。図４Ｄは、下部アドレシングに適した、マイクロカプセル化された、電子的にアドレス指定可能なコントラストメディアシステムの模式図である。図４Ｅは、下部アドレシングに適した、マイクロカプセル化された、電子的にアドレス指定可能なコントラストメディアシステムの模式図である。図４Ｆは、下部アドレシングに適した、マイクロカプセル化された、電子的にアドレス指定可能なコントラストメディアシステムの模式図である。図４Ｇは、下部アドレシングに適した、マイクロカプセル化された、電子的にアドレス指定可能なコントラストメディアシステムの模式図である。図４Ｈは、下部アドレシングに適した、マイクロカプセル化された、電子的にアドレス指定可能なコントラストメディアシステムの模式図である。図４Ｉは、下部アドレシングに適した、マイクロカプセル化された、電子的にアドレス指定可能なコントラストメディアシステムの模式図である。図４Ｊは、下部アドレシングに適した、マイクロカプセル化された、電子的にアドレス指定可能なコントラストメディアシステムの模式図である。図４Ｋは、下部アドレシングに適した、マイクロカプセル化された、電子的にアドレス指定可能なコントラストメディアシステムの模式図である。図４Ｌは、下部アドレシングに適した、マイクロカプセル化された、電子的にアドレス指定可能なコントラストメディアシステムの模式図である。図４Ｍは、下部アドレシングに適した、マイクロカプセル化された、電子的にアドレス指定可能なコントラストメディアシステムの模式図である。図５Ａは、誘電泳動効果に基づく、マイクロカプセル化された、電子的にアドレス指定可能なコントラストメディアシステムの模式図である。図５Ｂは、誘電泳動効果に基づく、マイクロカプセル化された、電子的にアドレス指定可能なコントラストメディアシステムの模式図である。図５Ｃは、誘電泳動効果に基づく、マイクロカプセル化された、電子的にアドレス指定可能なコントラストメディアシステムの模式図である。図５Ｄは、誘電泳動効果に基づく、マイクロカプセル化された、電子的にアドレス指定可能なコントラストメディアシステムの模式図である。図６Ａは、周波数依存の誘電泳動効果に基づく、マイクロカプセル化された、電子的にアドレス指定可能なコントラストメディアシステムの模式図である。図６Ｂは、周波数依存の誘電泳動効果に基づく、マイクロカプセル化された、電子的にアドレス指定可能なコントラストメディアシステムの模式図である。図６Ｃは、種々の物理的システムのための周波数の関数としての、誘電パラメータのプロットである。図６Ｄは、種々の物理的システムのための周波数の関数としての、誘電パラメータのプロットである。図６Ｅは、種々の物理的システムのための周波数の関数としての、誘電パラメータのプロットである。図７Ａは、電子インクシステムおよびそれを印刷する手段の模式図である。図７Ｂは、電子インクシステムおよびそれを印刷する手段の模式図である。図７Ｃは、電子インクシステムおよびそれを印刷する手段の模式図である。図７Ｄは、電子インクシステムおよびそれを印刷する手段の模式図である。図８は、レーザ還元金属塩インクシステムの模式図である。図９Ａは、電子インクシステムおよびそれを印刷する手段の模式図である。図９Ｂは、電子インクシステムおよびそれを印刷する手段の模式図である。図９Ｃは、電子インクシステムおよびそれを印刷する手段の模式図である。図９Ｄは、電子インクシステムおよびそれを印刷する手段の模式図である。図９Ｅは、電子インクシステムおよびそれを印刷する手段の模式図である。図１０Ａは、印刷されたトランジスタ構造体の模式図である。図１０Ｂは、印刷されたトランジスタ構造体の模式図である。図１０Ｃは、印刷されたトランジスタ構造体の模式図である。図１０Ｄは、印刷されたトランジスタ構造体の模式図である。図１１は、印刷された素子を使用する、電子ディスプレイの模式図である。図１２は、静電気素子が印刷されたウォッチまたはクロックの形状であり得る静電気モータの模式図である。図１３は、ウォッチのリストバンドが、印刷された素子を有する電子的にアドレス指定可能なディスプレイを組み込んでいるウォッチの模式図である。図１４は、スピンコンピュータ（ｓｐｉｎｃｏｍｐｕｔｅｒ）の模式図である。

Claims

マイクロカプセルを有する電気的にアドレシング可能なインクであって、該マイクロカプセルは、
第１の電荷を有する第１の粒子であって、該第１の電荷は第１の極性を有する、第１の粒子と、
第２の電荷を有する第２の粒子であって、該第２の電荷は該第１の極性と反対の第２の極性を有する、第２の粒子と、
該第１の極性を有する電界を該マイクロカプセルに印加することにより、該電界に応答して該第１および第２の粒子のうち一方を１つの方向に泳動させることにより、知覚される色変化を起こす、インク。
前記第１および第２の粒子の両方が前記電界に応答して移動する、請求項１に記載のインク。
前記第１の粒子は色を有する、請求項１に記載のインク。
前記第１の粒子は染料を包含する、請求項１に記載のインク。
前記第１の粒子は、染料インジケータ系をさらに包含する、請求項１に記載のインク。
前記第１および第２の粒子は、電界がないときにおいて実質的に移動的でない、請求項１に記載のインク。
前記第２の粒子は、前記第１の粒子と反応可能な物質を包含しており、第１の電界の印加により、前記インクが第１の色状態に維持されるように該第１の粒子は該物質から離れて維持され、第２の電界の印加により、該第１の粒子および該物質が反応して第２の色状態を有する化合物を形成する、請求項１に記載のインク。
前記第１および第２の電界のうち少なくとも一方がゼロであるときに、前記第１の粒子および前記物質が反応して色状態を有する化合物を形成する、請求項７に記載のインク。