JP4971306B2 - タイマを有する積層ラベル構造 - Google Patents

Description

（関連出願に対する相互参照）
本出願は、２００５年４月１１日付けで出願された米国仮特許出願第６０／６７０，０７６号及び２００５年８月２２日付で出願された米国特許出願第１１／２０９，３４５号の利益を主張するものである。
本発明は、例えば、埋め込まれたアクティブなディスプレイ及びこのディスプレイを駆動するための関連電子回路などの組み込まれた電子機能を有する薄い積層アクティブラベル構造に関するものである。ディスプレイ及び／又は構造内のその他の機能要素は、印刷プロセスによって形成されている。

製品ラベルは、人間及び装置に対する情報の伝達において重要な役割を果たしてきた。通常、ラベルの主要な目的は、使用法の説明、製品の識別、商標、販売促進、製造、新鮮さ又は使用期限、製品の認証、及び製品に関係したその他の情報などの情報を提供することにある。既存のラベルは、一般に、タイプ、ロゴ、グラフィック、並びに、バーコード及びこれに類似したものなどの製品識別情報のような静的な情報を伝達している。いくつかの既存のラベルの個別の部分には、可変情報（例えば、製品の通し番号）が導入されているが、このようなラベルは、一旦製造されると、層を除去するか又は表面を物理的に変更することなしには、画像を変更することができない。

製品ラベルにアクティブな画像を包含することは、極めて望ましいが、この機能を実現する効率的で手ごろな方法は、現時点においては、ほとんど存在していない。現時点においては、ラベルは、一般に、従来の印刷プロセスを使用し、極めて大量に、且つ、非常に低コストで生産されている。従って、既存の方法を通じてアクティブな画像の機能をラベルに包含するという要求は、既存の製造プロセスの変更及び関連するコストの吸収を伴うことなしにはアクティブな画像を導入できないという事実によって制限されてきた。又、既存の方法を通じてアクティブな画像の機能を提供するという要求は、通常の意味においてはラベルではないが（即ち、ラベルは、通常、製品又はその容器に付加されている）製品又はサービスと密接に関連付けられたアプリケーションにも存在している。例えば、製品の使用に関係した経過時間を通知する製品と共にパッケージングされたタイマトークン、変化可能な使用説明書、又はその他のアクティブなパッケージ挿入物を製造して製品のパッケージに添付するか、又はこれらを製品のパッケージ上に直接構築可能である。

当技術分野においては、温度や光などの環境条件に応答するサーモクロミック又はフォトクロミックインクを使用してアクティブな画像ラベルを提供する方法がいくつか存在している。しかしながら、このような方法の有用性は、画像の変更に必要とされる極端な環境の変化に起因し、制限されている。同様に、光学的に変化可能な画像を使用することによってアクティブなコンポーネントをラベルに追加しているが、このような方法の有用性も、代替画像の起動を制御することができないという事実によって制限されている。

その他のアクティブなラベルは、情報を提供するべくＲＦエネルギーを使用することにより、ラベルから装置に対して情報を伝達する方法を実現している。この方法は、互換性を有する機械に対しては追加情報を提供しているが、保存されている情報が視覚的に伝達されないため、人間に対する追加的な伝達は、不可能である。

ラベル内においてアクティブな画像を提供するための別の方法は、薄いディスプレイを通じたものである。ディスプレイは、一般に、画像を能動的に変化させる能力により、印刷と弁別されている。印刷は、画像が一旦生成された後には、変化不能であるため（又は、外部環境の影響を受けることができないため）、静的であると考えられる。一方、ディスプレイは、付与された入力又は環境条件に基づいて変化する能力を具備している。

ディスプレイと従来の印刷されたラベルの間の更なる弁別ファクタは、コストである。従来の印刷のコストは、大量生産、使用する基板（紙）、及び製造プロセスに起因して非常に低い。一般的な印刷プロセスは、非常に高速で稼動しており、低コストの基板を使用し、様々なアプリケーションにおいて必要とされている極めて低いコストポイントにおいて情報を伝達している。印刷プロセスは、１つの印刷ジョブから次のものへと容易に切り換え可能である。これらのプロセスにより、全世界において、毎年、数兆平方フィートの静的な印刷物が製造されている。これらには、新聞、製品パッケージ、製品ラベル、出版物、及び多くのその他のアプリケーションが含まれている。

対照的に、従来のディスプレイは、通常、従来の電子アセンブリプロセスによって製造されている。液晶ディスプレイ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）及び有機発光ダイオード（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＯＬＥＤ）は、マイクロアセンブリ技法を使用して従来の電子製造プラント内において生産されており、偏光ガラス上に構築されている。アクティブな成分の堆積において極端な精度が必要とされており、環境条件も厳密に制御しなければならない。

ディスプレイは、単純な単一ドット又はアイコン画像からフルカラーのビデオまで、その複雑性において様々である。情報コンテンツは、その特定のディスプレイの目的及び特定の通信ニーズによって左右される。これらの例は、望ましい警告メッセージを伝達する単一のアイコン、言葉又は数値を伝達する英数字ディスプレイ、或いは、地図や写真などの更に複雑な画像を伝達するマトリックスアドレス指定可能ディスプレイを包含可能である。ディスプレイが変化又は更新可能な速度により、更新可能な情報のストリームが決定される。

ディスプレイ技術は、増大した情報に対する社会のニーズを満足させるべく進化を遂げている。特に興味深いものは、破棄可能な物品上において極めて大量且つ広範に実装できるコストにおいて、薄く、且つ、曲げに耐えるディスプレイを提供するというニーズである。

このようなディスプレイを製造するべく、いくつかの試みが行われている。基板としてガラスを使用することによってＬＣＤが開発されている。いくつかの最近の柔軟なＬＣＤ開発においては、必要な柔軟性を実現してはいるが、依然として、製造に極めて費用を要している。その他の柔軟な技術には、米国特許第６，４４５，４８９号に記述されているものなどの電気泳動ディスプレイが含まれている。電気泳動ディスプレイは、必要な柔軟性を有してはいるが、現時点においては、既存の大量であって低コストの印刷製造プロセスによって製造することはできない。

相対的にハイコンテンツのディスプレイにおいても、同様に、その他の進歩を遂げている。ＯＬＥＤは、カラーと、非常に高い解像度を提供している。ＯＬＥＤは、柔軟にすることが可能であるが、大電力を必要としており、高価値のハイコンテンツアプリケーションに最も好適である。

前述のように、印刷技法は、一般に、コストの節約と製造効率の恩恵を受けている。電気泳動ディスプレイは、印刷製造プロセスの利益のいくつかを活用している。この技術は、スクリーン印刷を実装することにより、導電性のフロント及びバックプレーンの間にアクティブな層を堆積可能である。但し、相対的に厚いインクの層が必要であり、セルの厚さを厳密に制御しなければならない。更には、電気泳動ディスプレイの動作電圧は、高く、通常は、７ボルト超であり、この結果、従来の電池からの電力を変更するべく追加コンポーネントが必要とされる。

従って、埋め込まれたアクティブなディスプレイ及びこのディスプレイを駆動するための関連電子回路などの組み込まれた電子機能を有する、薄くて柔軟な積層ラベル構造に対するニーズが存在している。又、このニーズは、タイマトークン、変化可能な説明書、エレクトロクロミックホログラフィック構造、又はその他のアクティブな構造などの非ラベル構造にも同様に及んでいる。又、所望の情報を人間に対して視覚的に伝達するアクティブなディスプレイを有するこのようなラベル及び非ラベル構造に対するニーズも存在している。更には、破棄可能な物品上において極めて大量且つ広範に実装可能な印刷プロセスなどの低コスト方法によって、電子機能を有する構造を製造するニーズも存在している。又、相対的に低い電圧及び／又は電流によって電力供給される電子機能を有する構造に対するニーズも存在している。

本発明は、組み込まれた電子機能を有する薄い積層可変ラベル構造に関するものである。ディスプレイ及び／又は構造内のその他の機能要素は、印刷プロセスによって形成可能である。このラベル構造は、アクティブなディスプレイを有する薄い積層構造を含んでおり、これは、物質のベース層及びカバー層と、ベース層とカバー層の間に位置したディスプレイコンポーネントと、を有している。ディスプレイは、エレクトロクロミックインクの層と、離隔した電極のペアと、を有するように形成されている。カバー層は、エレクトロクロミックインクの層がカバー層を通じて可視状態となることができるようにするウィンドウを含んでいる。又、このラベルは、電源とディスプレイコンポーネントの離隔した電極のペアの間に電気的な接続を完成させることによって、ディスプレイの外観を変更することにより、起動イベントに対して応答するべく構成されている。起動イベントは、ラベル上のスイッチの押下、電源の導入によるディスプレイの起動、及びセンサによるラベル近傍の状態の検知などの様々な出来事を包含可能である。

（はじめに）
本発明は、フレキソ印刷、グラビア印刷、又はロータリスクリーンプロセスなどの印刷プロセスによって全体的に又は主として、生産可能であるラベルディスプレイ技術に関するものである。結果的に得られるディスプレイラベルは、極めて薄く且つ柔軟であり、紙、フィルム、フォイル、又はその他の柔軟な基板などの様々な基板上に印刷可能である。印刷プロセス及びラベル材料と関連した低コストにより、現在のディスプレイ技術によっては実現不可能な非常に大量の実装が可能である。ディスプレイラベルには、外部プローブ、ＲＦアンテナ、又は内部に埋め込まれた又は印刷された電池などの様々な手段を通じて電力供給可能である。本明細書に記述されているラベル構造は、タイマトークン、パッケージの説明、エレクトロクロミックホログラフィック構造、又はその他のアクティブな構造などの非ラベル実施例においても同様に構築可能である。

ディスプレイラベルは、ラベルによる視覚的な情報の表示を起動する様々な起動イベントによって制御可能なアクティブ画像を提供している。本発明のディスプレイラベルは、通常、起動イベントに対して化学的且つ視覚的に応答するエレクトロクロミック材料をディスプレイとして利用している。ディスプレイは、後程詳述するように、所望の構成においてエレクトロクロミック材料を堆積させることにより、従来の静止画像の製造に使用されている既存の印刷プロセスによって製造可能である。ラベルの画像の起動には、電気的な入力が必要であり、これは、印刷されたスイッチ、センサ、又はその他の低コストの起動方法を使用して制御可能である。

本発明によれば、エレクトロクロミックディスプレイ材料内におけるアクティブな画像と、ラベル内の別の場所における静止画像を組み合わせることが可能であり、この結果、ラベルによって視覚的に伝達される情報の量が増大する。ディスプレイラベルによって伝達される情報は、「オン／オフ」メッセージインジケータ又は「良／不良」メッセージインジケータなどのように単純なものであってよい。或いは、この代わりに、アクティブマトリックスディスプレイなどの構成を使用することにより、ディスプレイラベルを通じて更に複雑な情報を伝達することも可能である。伝達される情報の複雑性とは無関係に、アクティブなディスプレイの画像は、一般に、起動イベントに応答して変化している。

（ディスプレイ）
図１を参照すれば、ディスプレイラベルは、離隔した電極のペア１２０及び１３０と接触状態にあるラベル構造内に堆積されたエレクトロクロミックディスプレイ材料１１０を含んでいる（これらの電極は、ディスプレイの陽極及び陰極と呼称可能である）。後程詳述するディスプレイ構造は、ディスプレイ材料１１０に跨って直流の電流及び電位を供給するように、正の電極（陰極）１３０及び負の電極（陽極）１２０を構成する必要がある。エレクトロクロミックディスプレイ材料１１０は、通常、非水溶性の電気活性インクによって形成されている。このようなインクの例は、米国特許第６，６３９，７０９号、第６，７４４，５４９号、及び第６，８７９，４２４号、並びに、２００５年１月４日付けで出願された「Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｍｏｄｕｌｅ」という名称の米国特許出願第１１／０２９，２０１号に開示されており、このそれぞれの内容は、本引用により、本明細書に包含される。

後述する様々な起動イベントは、ディスプレイ材料１１０内における変化をトリガ可能である。起動イベントは、２つの電極１２０及び１３０の間に電位差を生成し、この結果、ディスプレイ材料１１０の少なくとも一部が画像を生成することになる（即ち、ディスプレイ材料１１０内において可視的な変化を提示する）。具体的には、ディスプレイ材料１１０は、電極をＤＣ電源に接続することにより、画像を生成する。印加された電圧により、ディスプレイ材料１１０に跨って電流が流れ、この結果、ディスプレイ材料インクの発光又は「画像生成」が実現される。前述の非水溶性のインクは、約１．２ボルトＤＣにおいて画像を生成するとされているが、特定の構成においては、０．８ボルトなどの更に低い電圧で十分であろう。

電極及びディスプレイ材料の形状は、後程詳述するように、提供された電源とは独立的に変化可能である。電極は、ディスプレイラベルと同一の基板上に並列に形成された平面的な構成（ｐｌａｎａｒ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）又はディスプレイラベルとは異なる基板上に形成された同一平面上の形状（ｃｏ−ｐｌａｎａｒ ｇｅｏｍｅｔｒｙ）のいずれかにおいて構成可能である。同一平面上の構成においては、陽極及び陰極は、スペーサ又は適切な誘電材料により、空間的且つ電気的に分離されている。

（ラベル構造）
本発明のディスプレイラベルコンポーネントは、ロータリ又はフラットスクリーン印刷、フレキソ印刷、又はグラビア印刷プロセスなどの従来の印刷プロセスを通じて製造されている。ディスプレイ材料及び電源を含むラベル構造の構成は、大量且つ低コストのラベルの製造を実現する高速印刷プロセスを通じて製造可能である。更には、集積回路及びセンサなどの印刷によるものではない事前に成形されたコンポーネントを印刷プロセスにおいて（又は、この後に）ラベル構造に対して挿入可能である。

好適な印刷プロセスには、オフセットリソグラフィ、フレキソ印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷、及び静電トナー及びインクジェットなどのデジタル印刷が含まれている。オフセットリソグラフィは、その実現される高速、フルカラー、及び基板の許容範囲に起因し、従来の印刷市場を支配している。これに次ぐ大量の印刷方法には、フレキソ印刷及びグラビア印刷が含まれている。これらのプロセスの主な利点は、様々なインク及び基板を高速において使用可能であるという点にある。スクリーン印刷は、ロータリフォーマット又はフラットベッドフォーマットにおいて使用可能である。スクリーン印刷の主な利点は、リソグラフィ、フレキソ印刷、又はグラビア印刷によるものよりも厚いインク層を堆積可能であるという点にあるが、このプロセスは、通常、稼動が格段に低速である。これらの方法は、通常、シートごとに変化させることができない。但し、画像の可変性が決定的な考慮事項でないか、又は印刷工程が長い場合には、これらの方法に伴うコストは、その他の印刷方法よりも格段に低い。

デジタル印刷法の主な利点は、シートごとに又はセルごとに画像を変化させる能力にあり、この結果、変化可能な印刷が実現すると共に、短い印刷工程のみが必要とされる場合には、特に経済的である。この方法は、ラベルの組に対する通し番号の付与などの変化可能な画像が必要である場合に望ましいであろう。

図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、及び図２Ｄは、本発明の実施例によるアクティブディスプレイ１１０を内蔵したラベル構造２００の概略断面側面図であり、このそれぞれは、異なる手段によって電力供給されている。ラベル構造２００は、いくつかの個別の層を含んでおり、これらは、印刷プロセスにおいて順番に貼付されている。図２Ａ〜図２Ｄに示されている実施例においては、これらの層又はコンポーネントは、ベース層２１０、回路２２０、ディスプレイ材料１１０、ラミネーティング接着剤２３０、カバーフィルム２４０、及びグラフィックインク層２５０を含んでいる。

ベース層又はベース基板２１０は、ラベル構造全体を支持している。ベース層２１０は、通常、従来のラベルストックであり、１つの面にコーティングされた感圧接着剤を有するポリコーティング紙又はフィルムを包含可能であり、且つ、シリコンコーティングされたリリースシートにラミネート可能である。但し、ベース層２１０としては、紙、カードストック、支持されていないフィルム、及びこれらに類似したものなどの別の基板も好適であろう。

回路２２０は、陽極電極１２０及び陰極電極１３０、並びに、これらを電源及びその他の所望の相互接続回路及びピクセルに対して接続しているその個々の導電性トレース２９０及び２８０を含んでいる。電極１２０及び１３０及び導電性トレース２９０及び２８０は、陽極及び陰極の両方について、様々な導電性材料を使用することによって製造可能である。平面的な電極構成の場合には、回路層２２０用の好適な電極導体材料の例は、印刷された導電性の銀、エッチングされた又はスタンピングされたフォイル、印刷された導電性の炭素、或いは、打ち抜かれた金属フォイルを含んでいる。陰極導体１３０は、電気活性インクに対する化学的な耐性、適切な導電性、及び電極を空間的にパターニングする能力を具備する必要がある。通常、トレース２８０及び２９０は、同一の導電性材料による印刷プロセスによって製造される。同一平面上の電極構成の場合には、様々な導電性材料を使用することにより、ベース層２１０上の回路層２２０内に適切なバックプレーンを構築可能である。バックプレーンは、通常、ディスプレイ画像を形成するが、これは、マトリックスアドレス指定可能パターンのように複雑なものであってもよく、或いは、単一ピクセルインジケータのように単純なものであってもよい。

ラミネーティング接着剤２３０は、ディスプレイ材料１１０を封入しており、カバーフィルム２４０は、ディスプレイ材料１１０の上部を保護している。接着剤２３０は、ディスプレイ材料１１０の周囲を印刷することによって貼付されており、且つ、カバーフィルム２４０をベース層２１０又は回路層２２０に接着している。カバーフィルム２４０は、ポリエステル、ポリエチレン、又はＰＶＣなどの任意の数の好適な材料からなる透明なフィルムであり、且つ、これは、ディスプレイ材料１１０及び接着剤２３０の上部にラミネートされている。正の電極１３０及び負の電極１２０の両方が同一の層(即ち、回路層２２０）内に位置している、図２Ａ〜図２Ｄに示されている並列又は平面的な構成においては、ディスプレイ材料１１０は、カバーフィルム２４０によって閉じ込められており、このカバーフィルムは、下部の層を保護すると共にディスプレイ材料を収容するための透明な重ね印刷である。陽極及び陰極電極１２０及び１３０は、回路層２２０の一部として層２１０上に製造されている。トレース２８０及び２９０に電力が印加されると、２つの電極１２０／１３０の間に電流が流れ、ディスプレイが起動される。

或いは、この代わりに、カバーフィルム２４０は、インジウムすず酸化物がコーティングされたポリエステルなどの透明な導電性フィルム（ＩＴＯフィルム）であってもよい。この場合には、陰極が印刷され、ＩＴＯは、陽極を形成すると共に、保護層として機能することになる。ＩＴＯフィルムは、印刷されたラミネーティング接着剤を使用してバックプレーンに付着される。又、必要に応じて、導電性接着剤を印刷することにより、ＩＴＯとバックプレーンの間に電気的な接続を提供することも可能である。又、バックプレーンに対するフロントプレーン導体２４０の接続は、必要に応じて、バックプレーン上の陽極と陽極回路の間に電気的な接続を提供する導電性接着剤の小滴を堆積させることによって実現することも可能である。電圧がディスプレイに印加されると、バックプレーン導体とＩＴＯフィルムの表面の間に電流が流れることになる。

カバーフィルム２４０が望ましくない場合には、ワニスなどの保護層をディスプレイ１１０上に印刷することにより、これを保護及び収容可能である。ワニスは、印刷されたコーティングとして堆積させ、印刷プロセスにおいてＵＶ又はＥＢ放射又は熱乾燥によって硬化させる。

グラフィックインク層２５０をカバーフィルム２４０に対して貼付可能である。グラフィックインク層２５０を従来のグラフィックインクによって印刷することにより、所望の静止画像、メッセージ、或いは、ディスプレイに対して指定された関係を具備した較正マーク又は使用説明書などのラベル用のその他の情報を生成している。グラフィックインク層２５０は、ディスプレイ材料１００を可視状態とすることができるウィンドウを含んでおり、この結果、ディスプレイ材料１１０によって生成されるアクティブな画像と協力した状態において、グラフィックインク層２５０の静止画像を使用可能である。例えば、特定のアプリケーションおいては、グラフィックインク層２５０上において、アクティブな画像の近傍にディスプレイ材料１１０のアクティブな色を近似した基準色又はカラースケールを印刷することにより、顧客に視覚的な基準を提供することが望ましいであろう。

いくつかの実施例においては、ラベル構造２００は、印刷不能であって、電極１２０／１３０と電気的な接続状態にあると共に、ディスプレイ材料１１０を駆動するべく構成されたＩＣ、センサ、又はその他の電気コンポーネントを含んでいる。ＩＣは、必要に応じて、ディスプレイ１１０に対する動的な通信を提供することにより、変化する画像を実現している。ＩＣ、センサ、又はその他の電気コンポーネントを内蔵することにより、表示可能な複雑性を増大させるための手段が提供され、これにより、更に良好な情報伝達が実現される。例えば、図２Ｄは、接着剤２３０によって回路層２２０内に埋め込まれたセンサ３３０を含むラベル構造２００を示している。センサ３３０は、温度や圧力を計測する環境センサなどの任意の数の既知のセンサであってよい。このセンサは、製品内に（又は、この近傍に）実際に存在している状態を検知するべく、又は製品を取り囲んでいる状態を更に一般的に検知するべく、配置可能である。

前述の特定の層及びコンポーネントに加えて、ラベル構造２００の特定のアプリケーションにおいては、様々なその他の層及び電気コンポーネントを回路２２０内に、或いは、場合によっては、構造２００のその他の層内に、内蔵可能である。構造２００及びその様々な構成層の表面を使用することにより、電気要素用の必要な接続回路を保持可能である。それぞれの層の前面及び背面は、印刷可能な抵抗性、誘電性、又はその他のコンポーネントを含む回路のために使用可能である。スルーホール印刷などの技術を利用することにより、層の１つの面からもう１つの面に導電性回路を到達させることができる。これは、フィルム層を貫通するビアを提供し、このビアを通じて導電性材料を提供して電気的に接続することによって実現される。この回路は、印刷された銀又は当技術分野において既知のその他の導電性、抵抗性、又は誘電性の材料などの導電性トレースの形態であってよい。例えば、本発明の一実施例においては、ラベル構造は、タイマ装置として使用可能である。この実施例においては、印刷された抵抗器を提供することにより、ディスプレイ材料１１０の個別のピクセルに対する電流の流れを制御可能である（この電流の流れが、それぞれのピクセルの画像生成速度を変化させる）。後程詳述するように、時間の関数として抵抗器を適切に較正することによって個別のピクセルを連続的に起動しており、この結果、このラベルは、低コストのタイマとして機能可能である。

従って、ラベル構造２００のすべての要素又はコンポーネントは、印刷ライン内において印刷可能であり、又は印刷ライン内において発生する段階に容易に追加可能である。既知のプロセスを使用することにより、ディスプレイピクセル、導電性トレース、抵抗器、スイッチ、電池、コンデンサ、導電性接着剤、電極、コンデンサ、及びアンテナなどの様々な要素を印刷（又は、印刷された層によって構築）可能である。これらのプロセスは、２００５年８月２２日付けで出願された「Ｌａｙｅｒｅｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｉｔｈ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ」という名称の米国特許出願第１１／２０９，３４５号に更に詳しく記述されている。

（電源）
大量にラベル構造を製造するニーズに加えて、ディスプレイを刺激及び制御するための低コストの手段を実装しなければならない。大部分のディスプレイ技術を起動するためには、電力が必要であり、ディスプレイを起動するのに必要な電力を最小化することにより、ディスプレイラベルの全体的なコストが低減される。米国特許第６，６３９，７０９号、第６，７４４，５４９号、及び第６，８７９，４２４号に記述されているエレクトロクロミックディスプレイ技術は、低い電圧及び電流において動作している（０．８〜３．０ボルトのレベル）。例えば、いくつかの実施例においては、画像を起動するのに必要な最小電圧は、１Ｖ未満であってよい。この技術に必要な電流は、ディスプレイの厚さの関数である。例えば、ディスプレイの厚さは、０．２７９４、０．１２７および０．０７６２ｍｍ（０．０１１、０．００５、及び０．００３インチ）に印刷可能である。同一の電力条件下において、それぞれのディスプレイの対応する応答時間（即ち、電力の印加から可視的変化までの時間）は、それぞれ、２５０ミリ秒、８０ミリ秒、及び５０ミリ秒である。

一般的に、ディスプレイ材料を起動する起動イベントは、電源と電極１２０／１３０の間に回路を完成させることによって機能している。ディスプレイは、外部プローブ、ＲＦ場、及び内部電源などの様々な電源によって起動可能である。電源の選択は、その特定のディスプレイラベルのアプリケーションによって決定可能である。

本発明の一実施例においては、プローブなどの外部電源を利用することにより、ディスプレイを起動している。図２Ａを参照すれば、ラベル構造２００は、それぞれ、電極１３０及び１２０に対して電気的に接続された正の端子２６０及び負の端子２７０を含んでいる。これらの端子は、導電性トレース２８０及び２９０によって電極に接続されている。構造２００は、複数の層を含んでいるため、それぞれの層（前面及び背面）を印刷可能な導電性トレースを含む回路に使用可能である。図２Ａに示されているように、スルーホール印刷などの技法を利用することにより、導電性トレース２８０及び２９０を層の１つの面から他方の面に到達させることができる。導電性トレースは、印刷された銀又は当技術分野において既知のその他の導電性材料であってよい。このプロセスについては、米国特許出願第１１／２０９，３４５号に更に詳細に記述されている。端子２６０及び２７０は、ラベル構造の外部表面上に位置しているため、これらは露出しており、この結果、外部プローブによってこれらに接触することにより、ディスプレイ材料１１０の画像を変化させる所望の電圧及び電流をディスプレイに対して供給可能である。この外部電源は、必要に応じて、更に大きなアセンブリの一部であってよい。通常、このような外部電源は、電池で動作しており、且つ、携帯型である。外部プローブの場合には、起動イベントは、通常、プローブを端子２６０及び２７０と接触させる動作である。このようなラベルは、さもなければ不可視状態にある認証マーキングを表示するための廉価な方法を提供している。

図２Ｂに示されているように、本発明の別の実施例においては、ラベル構造２００は、適切にチューニングされたＲＦアンテナ３１０を含んでいる。アンテナ３１０は、トレース２９０及び２８０によって電極１２０及び１３０に直接接続されており、且つ、これは、ディスプレイのバックプレーンを構築するべく使用されるものなどの導電性材料を使用することにより、後述するプロセスによって印刷可能である。ＲＦ電源の場合には、起動イベントは、通常、ＲＦトランスミッタ（図示されてはいない）をＲＦアンテナ３１０の十分近傍に近づける動作である。アンテナがトランスミッタに対して誘導的に十分な電力によって結合された際に、ディスプレイを通じて電流が生成される。この電源は、交流を提供するため、この電流を（本発明のディスプレイを起動するのに必要とされる）直流に変換するべく、ディスプレイ回路内にダイオードを包含しなければならない。ダイオードは、従来の表面実装コンポーネントによって提供することも可能であり、或いは、ラベルのその他の電気コンポーネントと共に印刷することも可能である。ダイオード回路が所望のラベル構造上の既定の場所に事前に製造されている場合には、その他のディスプレイコンポーネントを追加するための印刷プロセスを通じて、これを後から仕上げることが可能である。このようなラベルは、さもなければ不可視状態である認証マーキングを表示するための廉価な方法を提供している。

図２Ｃ及び図２Ｄに示されているように、本発明の更に別の実施例においては、外部電源が不要となるように、内部電池３１０からディスプレイに電力供給している。ＲＦアンテナ３００と同様に、電池３００は、電極１２０及び１３０に電気的に接続されている。内部電池３１０は、ラベルと一体化された部分としてラベル構造内にカプセル化された又は全体的に印刷された事前に製造されたコンポーネントであってよい。具体的には、ラベルの構築において、電池の陽極及び陰極は、所望のディスプレイ画像と共に印刷されている。このプロセスは、米国特許出願第１１／２０９，３４５号に更に詳しく記述されている。ディスプレイは、接触などの外部刺激又はセンサ３３０などの内部刺激によって起動されている。例えば、従来のメンブレインスイッチ３２０又はディスプレイをターンオン及びオフするその他の手段が提供されており、これらは、図２Ｃに示されているように、既知の印刷プロセスによって印刷可能である。スイッチ３２０は、起動された際にスイッチを永久的に閉路する小さな導電性接着剤パッドを提供することにより、永久的なものにすることができる。或いは、この代わりに、印刷プロセスにおいて回路層２２０内に事前に製造及び内蔵可能であるセンサ３３０などの内部刺激によってディスプレイを起動することも可能である。センサ３３０は、環境条件が満足されることに応答してスイッチを閉路するコンポーネントのような簡単なものであってよい。例えば、センサ３３０は、温度を計測する環境センサであってよい。この場合には、起動イベントは、構造が特定の高い又は低い温度に到達するというものであり、これに応答し、センサは、電極１２０／１３０と電源（電池３１０）の間に電気的な接続を完成させる。更なる代替肢として、センサ３３０は、感度を有するその他の変数を時間の経過に伴って蓄積又は積算するものであってよい。この結果、このセンサは、期間の終了後にのみ、電池３１０から起動出力を供給可能であり、このような回路は、単一の閾値イベントではなく、更に長い期間にわたる温度露出を検知可能である。

本発明のラベル構造は、多数のアプリケーションを具備しており、このそれぞれが、起動イベントに応答してディスプレイ材料を起動する段階を提供している。一例においては、ラベル構造は、プローブによって外部的に電力供給されており、ディスプレイ材料は、平面的な電極及びグラフィックオーバーレイ２５０を有する単一のピクセルのみを含んでいる。別の例においては、ディスプレイは、平面的な電極及びグラフィックオーバーレイを有する単一のピクセルを含んでおり、ディプレイ材料は、ＲＦによって起動されている。更に別の例においては、ディスプレイラベルは、同一平面上の電極を有するマルチピクセルディスプレイを含んでおり、ディスプレイ材料は、電池によって電力供給され、且つ、メンブレインスイッチを閉路することによって起動されている。更に別の例においては、ディスプレイラベルは、ＲＦＩＤ及びディスプレイを含んでおり、ＲＦトランスミッタによって起動されている。

（タイマ）
本発明は、時間の間隔を通知するアクティブなディスプレイを有するラベル構造を提供するべく構成可能である。ディスプレイ材料１１０内における色の変化は、電圧、電流、及びディスプレイ材料容積などのいくつかの制御可能な変数の関数であるため、電源、回路、及びディスプレイ材料の望ましい構成により、経過時間を伝達するラベル構造を提供可能である。

図３Ａを参照すれば、陽極電極１２０を形成して回路層２２０内に一連の印刷された抵抗器４１０ａ〜４２０ｅを包含することによってラベル構造４００をアセンブルすることにより、経過時間を伝達可能である。陰極電極１３０は、ディスプレイ材料１１０とカバーフィルム２４０の交差部に形成されている。この構成は、ディスプレイ材料１１０内に５つの平坦なピクセル又はピクセルエリア４２０ａ〜４２０ｅを提供している。

図３Ａに示されている構成においては、電源は、電池の陰極が共通電極１３０に接続され、電池の陽極が陽極１２０に接続された炭素亜鉛電池などの印刷された電池３１０であり、これは、それぞれピクセル４２０ａ〜４２０ｅに接続している別個の印刷された抵抗器４１０ａ〜４１０ｅを含んでいる。抵抗器４１０ａ〜４１０ｅのそれぞれは、個別の抵抗値を具備している。尚、この例においては電池によって電源を提供しているが、本明細書に記述されている及び当技術分野において既知のその他の電源も、本発明によるタイマ構造にとって好適であろう。

動作の際には、スイッチ３２０の閉路などの起動イベントに応答し、個別のピクセル４２０ａ〜４２０ｅに対して同一の電源３１０から並列に電力が供給される。この結果、それぞれのピクセル４２０に供給される電流は、小さな抵抗値を有する抵抗器４１０においては、大きく、大きな抵抗値を有する抵抗器４１０においては、小さくなる。従って、それぞれのピクセル４２０内の発色は、そのピクセルに供給される電流の関数であるため、関連するピクセルの所望の発色レートに対応するように、それぞれの抵抗器４２０の抵抗値を具体的に選択可能である。グラフィック層２５０内の静止グラフィックをそれぞれのピクセル４２０の近傍に印刷することにより、対応した経過時間を通知可能である。

図３Ａ及び図４Ａに示されているように、この実施例の一例においては、バックプレーン回路２２０が、５つの別個の抵抗器４１０を有するように印刷されている。これらの抵抗器４１０は、当技術分野において周知のカーボンレジストインクを使用して製造されている。陽極１２０内の５つの陽極と共通陰極１３０の間の間隔は、１ｍｍであり、電源は、１．５ボルトの電位差を供給する印刷された炭素亜鉛電池３１０である。抵抗器４１０ａは、ゼロの抵抗値を有しており、印刷された抵抗器４１０ｂは、１４０ＫΩの抵抗値を有しており、印刷された抵抗器４１０ｃは、３５０ＫΩの抵抗値を有しており、抵抗器４１０ｄは、６００ＫΩの抵抗値を有しており、抵抗器４１０ｅは、８００ＫΩの抵抗値を有している。スイッチ３２０を通じて起動されると、ピクセル４２０ａは、約１分後に起動することになる（これは、ピクセル４２０ａにおけるディスプレイ材料１１０の色の変化が可視状態となった際に、発生する）。ピクセル４２０ｂは、約３分後に起動し、ピクセル４２０ｃは、約５分後に起動し、ピクセル４２０ｄは、約８分後に起動し、ピクセル４２０ｅは、約１０分後に起動する。

グラフィックインク層２５０は、時間の尺度、時間の標識、又はその他の時間的な視覚的画像などのディスプレイ１１０用のコンテキストを提供する追加の静止情報を包含可能である。例えば、図４Ａ（これは、図３Ａに示されている構造の平面図である）に示されているように、グラフィックインク層２５０は、「分」という言葉と、それぞれのピクセル４２０の関連した時間に対応する数値を含んでいる。又、グラフィックインク層２５０は、タイマを起動するスイッチ３２０の近傍に「開始」という言葉をも含んでいる。このタイマラベルは、多数の変形が可能である。例えば、図４Ｂを参照すれば、先程の抵抗器の中の２つ（抵抗器４１０ａ及び４１０ｃ）を使用することにより、１分及び５分という２つのピクセルラベル構造を構築可能である。又、図４Ｂは、第２スイッチ３４０をも含んでおり、これは、既存のディスプレイピクセル４２０ａ及び４２０ｃをクリアすることにより、スイッチ３２０による後続のタイマの起動を実現するべく構成されている。図４Ｃを参照すれば、前述のラベル構造の中の抵抗器４１０ｅのみを印刷することにより、単一ピクセルの１０分インジケータを構築可能である。或いは、この代わりに、抵抗器の代わりに（又は、これとの組み合わせにおいて）、ディスプレイ材料１１０の容積を使用することにより、所望の時点におけるピクセルの着色を実現することも可能である。

フレキソ印刷プロセスを使用することにより、ラベル構造４００のコンポーネントのすべて又は大部分を製造可能であり、一例の印刷工程が図５Ａ〜図５Ｊに示されている。この例においては、図５Ａに示されているベース基板２１０は、シリコンリリースライナにラミネートされた感圧コーティングされた２ミルのポリエステルフィルムである。図５Ｂに示されているように、第１印刷ステーションが、ベース基板２１０上に回路層２２０の一部として電池電源３１０の陰極及び陽極電流コレクタ５１０及び５２０を印刷している。図５Ｃに示されているように、第２印刷ステーションが、陽極及び陰極回路１２０／１３０、導電性トレース２８０／２９０、及びスイッチ３２０層を形成する導電性銀回路を回路層２２０の一部としてベース層２１０に貼付している。図５Ｃに示されているように、任意選択の抵抗器４１０をトレース２９０に沿って印刷することも可能である。図５Ｄに示されているように、第３印刷ステーションが、陰極電流コレクタ５１０上に二酸化マンガン陰極５３０を印刷している。図５Ｅに示されているように、次の印刷ステーションが、陽極電流コレクタ５２０上に金属亜鉛インク５４０を貼付している。図５Ｆに示されているように、後続の印刷ステーションが、電気活性ディスプレイ材料１１０を貼付することにより、少なくとも１つのピクセルエリア４２０を形成している。図５Ｇに示されているように、次のステーションが、陰極５３０及び陽極５４０の両方の上に電池電極５５０を形成することにより、電池電源３１０を完成させている。図５Ｈに示されているように、次のステーションが、ＵＶ硬化性ラミネーティング接着剤２３０を印刷しており、これは、電気活性ディスプレイエリア１１０及び電池エリア３１０の両方を封入する環境を提供しており、且つ、これは、電池３１０をカバーすることも可能である。図５Ｉに示されているように、次のステーションは、ディスプレイ材料１１０及び接着剤２３０の上にカバーフィルム２４０をラミネートすることにより、ディスプレイを保護している。カバーフィルム２４０は、ディスプレイ１１０が、これを通じて可視状態となるように透明な材料のウィンドウを含んでいる。

図５Ｊに示されているように、次のステーションが、グラフィック層２５０を貼付しており、これには、ラベルのグラフィック並びにスイッチ３２０用の短絡パッドの両方を有するように事前印刷可能である。当技術分野において既知の一般的なラミネーティング技法を使用することにより、事前に印刷されたグラフィック層２５０のウェブをカバーフィルム２４０にラミネートしている。ラミネートした際には、ラミネーティング接着剤をＵＶエネルギーによって硬化させることにより、構造全体をシーリングしている。当業者であれば、前述のラベル構造を実現するのに望ましいウェブ経路を認識するであろう。

前述の製造されたウェブは、切り分けられたラベルを実現するためのマトリックスストリッピングを伴う打ち抜きなどのラベルの仕上げ技法を使用することにより、最終的な所望の構造に仕上げることが可能である。製品には、インクジェット、レーザー印刷、又は熱によるそれぞれの個々のラベルへの通し番号の転写を使用することにより、通し番号を付与可能である。

更に別の実施例においては、図３Ｂ及び図４Ｆに示されているタイマ構造は、固定された抵抗値及び電圧においてディスプレイ材料１１０内の発色を提供している。ディスプレイ材料１１０が、電極が近接している地点においては、早期に、電極が更に離隔している地点においては、後から、画像を生成することになるように、陰極電極１３０を陽極電極１２０に対して傾いた状態において配置している。ディスプレイ材料１１０は、電極に沿って、時間との関係において実質的に線形で画像を生成する。図４Ｆに示されているように、グラフィック層２５０において視覚的な時間又は色の基準を提供することにより、画像生成されるディスプレイ材料１１０の進捗又はディスプレイ材料１１０内において視覚的に生成される色を視覚的な基準に照らして比較することにより、経過時間を判定する。陽極電極１２０内の抵抗器４１０の抵抗値を変化させることにより、時間の尺度における変化が実現され、この結果、同一の基本設計及び材料から様々なレンジを有するタイマを製造可能である。

（変化可能な説明書及びその他のアプリケーション）
更に別の実施例においては、本発明は、使用説明書を提示する新しい方法を実現している。いくつかの薬剤又は栄養補助食品の場合には、推奨服用量又は消費量が、年齢、体重、又はその他の患者の特性に応じて変化可能である。この情報を提示するための従来の方法は、説明書のシート上に印刷された表又は言葉による説明の形態を有している。これは、表が複雑な場合には、理解するのが困難であり、少なくとも妥当なサイズの印刷フォントによって小さな容器上に提示するには、大き過ぎる可能性もあろう。

図６には、複数の体重範囲の中の１つのもののボタンスイッチ３２０をユーザーが選択可能であるラベル構成が示されている。このスイッチを閉路することにより、ユーザーは、セグメント化されたディスプレイ４２０の特定の構成用の回路を完成させ、この結果、例えば、「１．５ＴＳＰ」又は「０．５ｏｚ」などの服用量又は消費量が識別されることになる。それぞれのスイッチを電気的に接続することにより、ディスプレイ材料の固有の堆積に対応した別個の回路を完成させることができる。或いは、この代わりに、選択されたスイッチに応じて同一のディスプレイ材料上に異なる情報を表示するべく構成された論理コンポーネントに対してそれぞれのスイッチを電気的に構成することも可能である。

本発明の別の実施例においては、外部電源を通じて起動された際に、アクティブなマークをユーザーに対して提供するホログラフィック製品認証ラベルを製造可能である。この例においては、導電性のＩＴＯがスパッタリングされたフロントプレーン及び画像を形成しているパターニングされたバックプレーンを有する同一平面上の形状を利用している。この特定の例においては、エンボス加工されたポリエステルフィルムにＩＴＯによってスパッタリングすることにより、ディスプレイの表面上にホログラフィック効果を実現している。ディスプレイが起動されていない際には、ラベルは、グラフィック層２５０内に形成された従来のホログラムを表面上に有した状態において観察される。ディスプレイが起動された際には、ホログラムが目立たない画像を有するように変化するか、又はホログラム全体が色を変更可能である。

ディスプレイは、少なくとも１．５Ｖをディスプレイに供給する外部プローブを提供することによって起動される。プローブを使用することにより、内部電源に対するニーズが除去されると共に、特殊なプローブを使用してホログラムを「起動」することにより、装置のセキュリティを向上させることができる。前述の時間計測構造を使用することにより、指定された経過時間の後にのみホログラムが変更されるように、更なるセキュリティの特性を追加可能である。

本発明の別の実施例においては、前述のタイマラベルは、ＲＦエネルギーによって電力供給及び起動の両方が実行されている。この例においては、導電性回路内にＲＦアンテナが含まれている。このアンテナが、タイマ回路に電力を供給する読み取り機と結合することになる。ラベルは、電力が供給される時点までは非起動状態にあるため、読み取り機のレンジ内においてラベルを移動させることにより、タイマが起動され、この結果、スイッチとしても機能することになる。高周波読み取り機は、通常、１３．５６Ｍｈｚにおいて動作しているが、その他の周波数も同様に利用可能である。誘導結合されたエネルギーは、交流の形態であり、従って、この電力を直流に変換してディスプレイに電力を供給するべく、ダイオードが包含されている。この結果、アンテナが読み取り機に結合された際には、常に、タイマがアクティブとなる。

本発明の別の実施例においては、製品認証に好適なホログラフィックディスプレイが製造されており、この場合には、ＲＦエネルギーを使用して電力供給及び起動の両方が実行されている。この例においては、ラベルは、読み取り機の場を通過する時点までは、従来のホログラムの外観を有しており、通過した時点において、ディスプレイが起動され、アクティブなホログラムが提供される。

又、ラベル構造は、前述の構造の変形によって構成することも可能である。例えば、図４Ｄ及び図４Ｅは、２つのセンサ３３０／３６０を含むラベル構造を示しており、この場合には、センサは、温度などの所望の環境条件が満足されることに応答して電極１２０／１３０と電池３１０の間に電気的な接続を完成させるべく構成されている。センサ３３０は、既定の低い温度が検知された場合に、ディスプレイピクセル４２０を起動するべく構成されており、センサ３６０は、既定の高い温度が検知された場合に、異なるディスプレイピクセル４２０を起動するべく構成されている。図４Ｅに示されているラベル構造は、それぞれのピクセル４２０に二次的なアクチュエータを提供するべく２つのスイッチ３２０／３４０を更に含んでいる。

（結論）
以上の例は、本発明の印刷された構造の範囲及び柔軟性を例示している。具体的には、本発明を使用することにより、指定された様々な使用法の電子機能を提供するラベル及び非ラベル構造としてアクティブなディスプレイを効率的に製造可能である。当業者であれば、その他のコンポーネント及び構成を実施可能であり、且つ、それらも本発明の範囲内に属していることを認識するであろう。

並列接点構成を有するディスプレイ電極構成の平面図である。 アクティブなディスプレイ及びこのディスプレイに電力供給するべく外部電力プローブに接触するための端子を内蔵した本発明のラベル構造の概略断面側面図である。 アクティブなディスプレイ及びこのディスプレイに電力供給するためのＲＦアンテナを内蔵した本発明のラベル構造の概略断面側面図である。 アクティブなディスプレイ及びこのディスプレイに電力供給するための内部電池を内蔵した本発明のラベル構造の概略断面側面図である。 アクティブなディスプレイ、このディスプレイに電力供給するための内部電池、及びこのディスプレイを起動するためのセンサを内蔵した本発明のラベル構造の概略断面側面図である。 スイッチ及び内部電池を含み、且つ、経過時間を示すべく構成された本発明のラベル構造の概略断面側面図である。 スイッチ及び内部電池を含み、且つ、経過時間を示すべく構成された本発明の別のレベル構造の概略断面平面図である。 図３Ａに示されたラベル構造の平面図である。 ２つのスイッチを含み、且つ、経過時間を示すべく構成された本発明のラベル構造の平面図である。 センサを含み、且つ、経過時間を示すべく構成された本発明のラベル構造の平面図である。 ２つのセンサ及び２つのピクセルを含む本発明のラベル構造の平面図である。 ２つのセンサ、２つのスイッチ、及び２つのピクセルを含む本発明のラベル構造の平面図である。 コンテキストを画像生成ディスプレイ材料に付与するべくグラフィックインク層上に時間線を含む図３Ｂに示されているラベル構造の平面図である。 印刷プロセスの様々なステーションにおける本発明のラベル構造の平面図である。 ６つのスイッチを含み、且つ、製品服用量のサイズを示すべく構成された本発明のラベル構造の平面図である。

Claims (7)

1. 経過時間を伝達するためのアクティブディスプレイを有する薄い積層タイマ構造において、
   物質のベース層及びカバー層と、
   前記ベース層と前記カバー層の間に位置したディスプレイコンポーネントであって、前記ディスプレイコンポーネントは、第１ピクセル及び第２ピクセルを形成するエレクトロクロミックインクの層を含んでおり、この場合に、前記第１及び第２ピクセルは、前記カバー層内のウィンドウを通じて可視状態にある、ディスプレイコンポーネントと、
   第１電極及び第２電極であって、該第１電極及び第２電極は、離隔しており、且つ、前記エレクトロクロミックインクの層と電気的な接続状態にあり、前記第１電極は、前記第１ピクセルとの電気的な接続状態にあって、その間に第１抵抗値を有しており、前記第１電極は、更に、前記第２ピクセルとの電気的な接続状態にあって、その間に第２抵抗値を有している、第１電極及び第２電極と、
   電源、及び前記電源を前記第１及び第２電極に電気的に接続するための電気的なトレースのペアと、
   前記電源と前記ディスプレイコンポーネントの前記第１及び第２電極の間に電気的な接続を完成させるべく構成されたアクチュエータと、
   を有する積層構造。
2. 前記カバー層の上に位置したグラフィック層を更に有しており、該グラフィック層は、時間の尺度と、前記第１及び第２ピクセルが、それを通じて可視状態となることができるように構成されたウィンドウと、を具備している、請求項１記載の積層構造。
3. 前記時間の尺度は、個別の時間的なコンテキストを前記第１及び第２ピクセルに対して提供している、請求項２記載の積層構造。
4. 前記時間の尺度は、前記第１ピクセルの近傍に第１の経過時間値を、そして、前記第２ピクセルの近傍に第２の経過時間値を含む、請求項３記載の積層構造。
5. 前記電源は、前記ベース層と前記カバー層の間に位置した電池を含む、請求項１記載の積層構造。
6. 前記アクチュエータは、前記電源と前記第１及び第２電極の間に前記電気的な接続を完成させるためのスイッチを含む、請求項５記載の積層構造。
7. 前記アクチュエータは、前記電源と前記第１及び第２電極の間に前記電気的な接続を完成させるためのセンサを含む、請求項１記載の積層構造。

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