(57)【要約】      （修正有）【課題】カプセルベースの起電ディスプレイにおける使用のための液滴を作製するための方法を提供する。【解決手段】実質的に均一な液滴を形成する方法であって、（ａ）第１流体中に懸濁した複数の粒子を含む非水性内部相を提供する工程、（ｂ）第２流体を含む外部相を提供する工程、（ｃ）該内部相を振動させる工程、および（ｄ）該内部相を該外部相に適用する工程であって、これによって、実質的に均一なサイズの一連の液滴が形成される工程を包含する方法。【選択図】図１
2010256911.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本明細書中に記載される発明。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、１９９９年１０月６日に出願されたＵ．Ｓ．Ｓ．Ｎ０９／４１３，００９の一部継続出願であり、その開示は、本明細書中において参考として援用される。本願はまた、１９９９年４月６日に出願されたＵ．Ｓ．Ｓ．Ｎ６０／１２７，９６４に対する優先権を主張し、その利益を主張し、その開示は、本明細書中において参考として援用される。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、一般的に、カプセルベースの起電ディスプレイにおける使用のために、多量の実質的に単分散な液滴を作製するための方法に関する。より詳細には、本方法は、第２相に導入するために、第１相（この第１相は流体および粒子を含む）の実質的に均一なサイズの液滴を作製する工程に関するか、または本方法は、第１相（この第１相は流体および粒子を含む）から形成されるコアならびに第１相をシェルとして取り囲む第２相を有する実質的に均一なサイズの複合液滴を作製する工程に関する。
【背景技術】
【０００３】
（発明の背景）
伝統的な乳化方法は、起電ディスプレイにおいて使用されるカプセルを形成するには理想的に適してはいない。現在の方法は、所望のサイズ範囲よりも小さい分散相液滴を作製する。例えば、いくつかのシステムは、直径数十ミクロメートルの液滴を作製するが、典型的な液滴は、０．０１μｍ〜１μｍのオーダーである。さらに、多くの伝統的な乳化技術は、多分散の乳濁液（すなわち、狭い液滴サイズ分布によっては特徴付けられない乳濁液）を生じる。従って、起電ディスプレイにおいて使用されるカプセルを形成するために実質的に均一なサイズの液滴を作製する必要がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、例えば、以下を提供する：
（項目１）
実質的に均一な液滴を形成する方法であって、
（ａ）第１流体中に懸濁した複数の粒子を含む非水性内部相を提供する工程；
（ｂ）第２流体を含む外部相を提供する工程；
（ｃ）該内部相を振動させる工程；および
（ｄ）該内部相を該外部相に適用する工程であって、これによって、実質的に均一なサイズの一連の液滴が形成される、工程、
を包含する、方法。
（項目２）
上記第１流体が油を含む、項目１に記載の方法。
（項目３）
上記第２流体が水溶液を含む、項目１に記載の方法。
（項目４）
上記内部相を上記外部相に適用する工程が、該内部相を構造体に入れ、そして該内部相を加圧し、これによって該内部相を、該構造体から該外部相へと出す、工程を包含する、項目１に記載の方法。
（項目５）
上記内部相が少なくとも１つの開口部を通って出る、項目４に記載の方法。
（項目６）
上記内部相が少なくとも１列の液滴として出る、項目４に記載の方法。
（項目７）
上記内部相が複数の位置で上記外部相に適用される、項目４に記載の方法。
（項目８）
上記液滴が、約２０μｍ〜約３００μｍの直径を有し、そして一連の液滴における他の液滴に対して実質的に均一なサイズを有する、項目１に記載の方法。
（項目９）
上記内部相を振動させる工程が、該内部相を振動部材で振動させる工程を包含する、項目１に記載の方法。
（項目１０）
上記振動部材が圧電変換器を備える、項目９に記載の方法。
（項目１１）
上記内部相を振動させる工程が、上記内部相を含む導管を振動させる工程を包含する、項目１に記載の方法。
（項目１２）
上記内部相が、２列の液滴として上記導管から出る、項目１１に記載の方法。
（項目１３）
上記導管の先端が、上記外部相と連絡しており、該先端を通って上記内部相が該外部相内に出る、項目１１に記載の方法。
（項目１４）
上記内部相を上記外部相に適用する工程が、該内部相と該外部相とを同時に、２つの隣接するチャネルを通して出す工程を包含する、項目１に記載の方法。
（項目１５）
上記２つのチャネルが２つの同心性のノズルで終端する、項目１４に記載の方法。
（項目１６）
上記粒子を上記第１流体と混合する工程をさらに包含する、項目１に記載の方法。
（項目１７）
上記混合する工程が、上記内部相内に流れを誘導する工程を包含する、項目１６に記載の方法。
（項目１８）
上記液滴が上記内部相を含む、項目１に記載の方法。
（項目１９）
上記液滴が上記内部相および上記外部相を含む、項目１に記載の方法。
（項目２０）
実質的に均一な液滴を形成する方法であって、
（ａ）第１流体中に懸濁した複数の粒子を含む非水性内部相を提供する工程；
（ｂ）第２流体を含む外部相を提供する工程；および
（ｃ）該内部相を該外部相に、容器の開口部を通して適用する工程であって，該内部相は、該外部相に対して移動させられ、その結果、該内部相が該外部相に接触すると、液滴が該内部相の残りの部分から分離し、その結果、実質的に均一なサイズの一連の液滴が形成される、工程、
を包含する、方法。
（項目２１）
上記内部相を振動させる工程をさらに包含する、項目２０に記載の方法。
（項目２２）
実質的に均一な液滴を形成する方法であって、
（ａ）第１流体中に懸濁した複数の粒子を含む非水性内部相を提供する工程；
（ｂ）第２流体を含む水性外部相を提供する工程；および
（ｃ）該内部相を該外部相に適用する工程であって、該内部相が加圧され、そしてバルブを通してパルス化され、その結果、該内部相が、実質的に均一なサイズの一連の液滴が形成される、工程、
を包含する、方法。
（発明の要旨）
本発明の方法は、起電ディスプレイに有用なカプセルを形成するために多量の実質的に均一なサイズの液滴または複合液滴を作製し得る。さらに、本発明の方法は、流体と複数の粒子の両方を含む第１相から実質的に均一なサイズの液滴のグループを作製し得る。これらの液滴は、第２相に適用される。一旦、第２相と接触すると、液滴をカプセル化する工程を含む任意の種々の工程が実施され得る。あるいは、本発明の方法は、起電ディスプレイを形成するために有用なカプセルを形成するために実質的に均一なサイズの複合液滴のグループを作製し得る。複合液滴は、そのコアにおいて第１相（流体および複数の粒子を含む）、ならびにシェルとして第１相を取り囲む第２相から形成される。典型的には、この複合液滴のコアはまた、複合液滴のグループ中の他のコアに対して実質的に均一なサイズの液滴である。
【０００５】
本発明の１つの局面において、実質的に均一な液滴を形成するための方法は、非水性内部相を提供する工程；外部相を提供する工程；内部相を振動させる工程；および内部相を外部相に適用する工程を包含する。内部相は、第１流体に懸濁された複数の粒子を含み；外部相は、第２流体を含み；そして実質的に均一なサイズの一連の液滴が形成される。液滴は、内部相から形成され得るか、または液滴は、内部相と外部相の両方から形成され得る。
【０００６】
本発明のこの局面は、以下の特徴のいずれかを有し得る。第１の流体は、油状物であり得る。第２流体は、水溶液であり得る。内部相を外部相に適用する工程は、構造内に含まれる内部相を有する工程および内部相を加圧する工程を包含し、その結果、内部相が、構造から外部相に出る。上記適用工程の間、内部相は、少なくとも１つの開口部を通って出され得、少なくとも１つの列の液滴で出され得；そして／または複数の位置において外部相に適用され得る。液滴は、約２０μｍ〜約３００μｍの直径を有し得、そして一連の液滴で他の液滴と比較して実質的に均一なサイズを有し得る。内部相を振動する工程は、内部相を振動部材を用いて振動する工程を包含し得る。振動部材は、圧電変換器であり得る。あるいは、電気機械的または磁気ひずみまたは他の類似の振動部材が使用され得る。内部相を振動する工程は、内部相を含む導管を振動する工程を包含し得、そして／または内部相は、液滴の２つ以上の列中の導管から出得、そして／または導管の先端（ここを通って内部相が外部相に出る）は、外部相と連絡し得る。内部相を外部相に適用する工程は、２つの隣接するチャネルを通って内部相および外部相を実質的に出る工程を包含し得る。これらの２つの隣接するチャネルは、同心性のノズルで終端となり得る。本方法は、さらに粒子を第１流体と混合する工程を包含する。混合は、内部相内に流れを誘導することによって達成され得る。
【０００７】
本発明の別の局面において、実質的に均一な液滴を形成するための方法は、非水性の内部相を提供する工程；外部相を提供する工程；および容器の開口部を通して内部相を外部相に適用する工程を包含する。内部相は、第１流体内に懸濁される複数の粒子を含み、そして外部相は、第２流体を含む。内部相は、外部相に対して移動され、その結果、内部相が外部相と接触するとき、液滴が内部相の残りから分離し、そしてその結果、実質的に均一なサイズの一連の液滴が形成される。本発明のこの局面は、さらに、内部相を振動する工程を包含する。
【０００８】
本発明の別の局面において、実質的に均一な液滴を形成するための方法は、非水性内部相を提供する工程；外部相を提供する工程；および内部相を外部相に適用する工程を包含する。内部相は、第１流体に懸濁された複数の粒子を含み；外部相は、第２の流体を含み；内部相は、バルブによって加圧され、拍動（ｐｕｌｓｅ）され、その結果、内部相が実質的に均一なサイズの一連の液滴を形成する。
【０００９】
本発明は、以下の詳細な説明、図面、および特許請求の範囲にさらに詳細に記載される。図面において、類似の参照文字は、一般的に、異なる図面を通して同じ部分を示す。また、図面は、必ずしも一定の比率ではなく、かわりに一般的に、本発明の原理を示す際に強調がなされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、圧電変換器を含むデバイスの概略図を示し、この圧電変換器は、特定の周波数で駆動して振動を内部相のジェットに与え、相の単分散液滴の列を作製する。
【図２】図２Ａは、特定の速度で回転する中空の管内の穴を通って相を出ることによって内部相の液滴を形成するデバイスの概略図を示す。  図２Ｂは、図２Ａの管の部分の開口部から出る液滴の概略的な拡大図を示す。  図２Ｃは、図２Ａの管の概略的な上面図を示し、液滴が管の種々の穴から出る。  図２Ｄは、管が回転されそして振動される図２Ａのデバイスの代替の実施形態の部分の概略的な拡大図を示す。
【図３】図３Ａは、液滴の列を作製するために導管および振動機構を備えるデバイスの概略的な図を示す。  図３Ｂは、液滴の列を作製するために導管および２つの振動機構を備えるデバイスの概略的な図を示す。
【図４Ａ】図４Ａは、ダブルジェットを作製するために振動機構を備える狭いゲージ管（ｇａｕｇｅ  ｔｕｂｅ）を備えるデバイスの概略図を示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、内部相のダブルジェットを作製するために振動機構を備える狭いゲージ管を備え、外部相と連絡する管の先端を有するデバイスの概略図を示す。
【図５】図５Ａは、隣接チャネルを形成する２つの同心ノズルの概略断面図を示す。  図５Ｂは、図５Ａのノズルの概略的な端部の図を示す。
【図６】図６は、液滴を作製するためのバルブを備えるデバイスの概略図を示す。
【図７】図７は、気体の流れが液滴およびカプセル形成を補助する隣接チャネルを形成する２つの同心性ノズルの概略的な断面図を示す。
【図８】図８は、隣接チャネルを形成する２つの同心性ノズルの概略的な断面図を示し、この隣接チャネルにおいて、液滴およびカプセルが流れる収集液体に押し出される。
【図９】図９は、３つの隣接チャネルを形成する３つの同心性ノズルの概略的な断面図を示し、その１つが、収集液体を含む。
【図１０】図１０は、振動部材を用いて内部相の実質的に均一なサイズの液滴を作製するための装置の概略的な断面図を示す。
【図１１】図１１は、内部相が排出チャンバに送達されるとき、内部相の混合を促進するための湾曲したチャネルを示す図１０の実施形態のダイヤフラムのラインにほぼ沿ってとられた上部の断面図を示す。
【図１２】図１２は、図１１の１つの湾曲したチャネルの断面の概略的な拡大図を示す。
【図１３】図１３は、排出速度が約１０００液滴／秒である場合の圧電変換器に適用される信号の周波数および振幅に、内部相の圧力がマッチした場合の図１０に示される実施形態から放出される内部相の速度を示す。
【図１４】図１４は、排出速度が約１０００液滴／秒である場合の圧電変換器に適用される信号の周波数および振幅に、内部相の圧力が理想的にはマッチしていない場合の図１０に示される実施形態から放出される内部相の速度を示す。
【図１５】図１５Ａは、運動力学的な整列のためのプレートの概略的な上面図を示す。  図１５Ｂは、図１５Ａに示されるプレートを通るラインＡ−Ａに沿った概略的な部分を示す。  図１５Ｃは、図１５Ａのプレートの概略的な側面断面図を示す。  図１５Ｄは、第２のプレートと整列した図１５Ａのプレートの概略的な側面断面図を示す。
【図１６】図１６Ａは、２つの整列した同時押出しプレートの概略的な側面断面図を示す。  図１６Ｂは、図１６Ａのプレートの概略的な端面図を示す。
【図１７】図１７は、フォトリソグラフィーおよびエッチングを用いて作製される三角形断面トレンチの概略的な図を示す。
【図１８】図１８は、運動力学的なカップリングと結合される同時押出しのためのプレート構成の概略的な側面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（発明の説明）
本発明は、液体（オイルベースまたは水性、そして本明細書中以下「内部相」という）の、別の液体（水性またはオイルベース、そして本明細書中以下「外部相」という）への分散の適用に関する。一般的に、内部相は非水性であり、粒子を含み、そして内部相を含む構造から放出され、それによって実質的に均一な液滴または実質的に均一な複合液滴が形成される。内部相が構造から放出される場合、内部相は、同時に外部相に適用されるか、または放出とは異なる時間で、外部相に適用されるかのいずれかである。特定の実施形態においては、内部相が外部相中に放出される場合、内部相の液体分散は、外部相内で乳化される。この乳化技術は、例えば、外部相中の成分によるカプセル化によって起電ディスプレイのためのカプセルを生成するために、一連の実質的に均一なサイズの内部相の液滴を形成するために使用され得る。他の実施形態においては、内部相および外部相が、隣接する、同軸ノズルを通って同時に放出される場合、一連の実質的に均一なサイズの複合液滴（内部相のコアおよび薄い外部相のシェルを有する液滴）が生成される。これらの複合液滴はまた、外部相シェルを硬化することによってカプセル化され得る。代表的には、これらの複合液滴のコアもまた、実質的に均一なサイズである。従って、本発明の方法は、ハイスループットの、高品質のカプセル生成に向かう、カプセルベースの起電ディスプレイ技術の進歩に寄与する。
【００１２】
（Ｉ．起電ディスプレイ）
一歩退いて、起電ディスプレイは、長年の間、熱心な研究および開発の対象であった。起電ディスプレイは、液晶ディスプレイと比較した場合、良好な輝度およびコントラスト、広い視角、状態双安定性、ならびに低い電力消費の特性を有する。それにも関わらず、これらのディスプレイの長期的な画質に関する問題は、それらの広範な使用を妨げてきた。例えば、このようなディスプレイを作製する粒子は、クラスター形成および沈殿する傾向にあり、これらのディスプレイに対して不適当な耐用年数を生じる。
【００１３】
カプセル化起電ディスプレイは、代表的には、伝統的な起電デバイスのクラスター形成および沈殿の失敗様式に苦労せず、そしてさらなる利点（例えば、種々の可撓性の基板および固い基板上に、ディスプレイを印刷またはコートする能力）を提供する。用語「印刷（ｐｒｉｎｔｉｎｇ）」は、印刷およびコーティングのすべての形態を含むことを意図され、そのような印刷およびコーティングとしては、以下が挙げられるが、これらに限定されない：予め計量された（ｐｒｅｍｅｔｅｒｅｄ）コーティング（例えば、パッチダイコーティング、スロットコーティングまたは押出コーティング、スライドコーティングまたはカスケードコーティング、およびカーテンコーティング）；ロールコーティング（例えば、ナイフオーバーロールコーティング、順方向ロールコーティングおよび逆方向ロールコーティング）；グラビアコーティング；浸漬コーティング；スプレーコーティング；メニスカスコーティング；スピンコーティング；ブラシコーティング；エアナイフコーティング；シルクスクリーン印刷プロセス；静電印刷プロセス；熱印刷プロセス；インクジェット印刷；ならびに他の類似の技術。従って、得られるディスプレイは、可撓性があり得る。さらに、このディスプレイ媒体は、（種々の方法を用いて）印刷され得るので、このディスプレイ自身、安価に作製され得る。
【００１４】
広い概要においては、カプセル化起電ディスプレイは、可撓性のある、反射ディスプレイを提供し、このディスプレイは、容易に製造され得、そしてほとんど電力を消費し得ない（または、特定の状態の双安定ディスプレイの場合は、全く電力を消費しない）。従って、このようなディスプレイは、種々の適用に組み込まれ得る。このディスプレイは、電荷に応答して移動する粒子から形成され得、そしてこの粒子を含み得る。この操作の様式は、代表的には、起電ディスプレイの分野にある。粒子が、電荷によって整列し、特定の配置をとるディスプレイは、多くの形態をとり得る。一旦、電場が取り除かれると、粒子の光学的状態は一般的に安定（例えば、双安定）であり得る。さらに、次の電荷を提供することによって、先の粒子の配置を変化させ得る。いくつかのカプセル化起電ディスプレイは、２以上の異なる型の粒子を含み得る。このようなディスプレイとしては、例えば、懸濁液中の複数の異方性粒子および複数の第２の粒子を含むディスプレイが挙げられ得る。第１の電場の適用は、異方性粒子に特定の配向を帯びさせ、そして光学特性を提示させ得る。次いで、第２の電場の適用は、複数の第２の粒子を動かし、それによって、異方性粒子の配向性をなくし、そして光学特性を妨げ得る。あるいは、異方性粒子の配向は、複数の第２の粒子のより容易な移動を可能にし得る。この粒子は、実質的に懸濁液の反射率と一致する反射率を有し得る。
【００１５】
カプセル化起電ディスプレイは、ディスプレイの光学状態が、ある長さの時間、安定であるように構成され得る。ディスプレイが、この様式で安定である２つの状態を有する場合、このディスプレイは、双安定である。ディスプレイの２より多い状態が安定である場合、このディスプレイは、多安定性である。本発明の目的のために、用語双安定は、一旦、アドレッシング電圧が取り除かれると、任意の光学状態が固定されたままになるディスプレイを示す。しかし、双安定状態の定義は、ディスプレイの適用に依存する。光学状態が、必要とするビューイングタイムにわたって、実質的に変化しない場合、ゆっくり減衰する光学状態は、効率的に双安定であり得る。例えば、数分ごとに更新されるディスプレイにおいては、何時間もまたは何日間も安定なディスプレイの画像は、特定の適用に対して効率的に双安定である。従って、本発明の目的のために、用語双安定はまた、特定の適用に対して効率的に双安定であるために、十分に永続する光学状態を有するディスプレイを示す。あるいは、一旦、ディスプレイに対するアドレッシング電圧が取り除かれると、急速に画像が減衰する（すなわち、ディスプレイは、双安定でも多安定でもない）、カプセル化起電ディスプレイを構築することが可能である。カプセル化起電ディスプレイが双安定であるか否かに関わらず、その双安定性の程度は、起電粒子、懸濁液、カプセル、およびバインダー材料の適切な化学修飾により制御され得る。
【００１６】
カプセル化起電ディスプレイは、多くの形態をとり得る。このディスプレイは、バインダー中に分散されたカプセルを含み得る。このカプセルは、任意のサイズまたは形状であり得る。このカプセルは、例えば、球状であり得、そしてミリメートル範囲またはミクロン範囲の直径を有し得るが、好ましくは約１０〜約数百ミクロンである。このカプセルは、カプセル化技術によって形成され得る。粒子は、カプセル中にカプセル化され得る。この粒子は、２以上の異なる型の粒子であり得る。この粒子は、例えば、有色、発光性、光吸収性または透明であり得る。この粒子は、例えば、ニートな顔料、染色（レーキ）顔料、または顔料／ポリマー複合体を含み得る。ディスプレイは、さらに粒子が分散される懸濁液を含み得る。
【００１７】
一般的に、カプセル化起電ディスプレイは、光を吸収または散乱し、液体中に懸濁されている、１種以上の粒子を含むカプセルを含む。１つの例は、カプセルが、染色された懸濁液に分散された１種以上の電気泳動的に移動する粒子を含むシステムである。別の例は、カプセルが、透明な懸濁液中に懸濁された２つの別の種の粒子を含み、１種の粒子は、光を吸収する（黒色）が、他方の種の粒子は光を散乱する（白色）、システムである。他の拡大（色素を有するかまたは有さない、２種より多い粒子など）が存在する。粒子は、通常、固体顔料、染色した粒子、または顔料／ポリマー複合体である。
【００１８】
起電ディスプレイにおいては、粒子は、カプセルにわたって電場をかけることによって配向されるかまたは移動され得る。電場は、交流場または直流場を含み得る。電場は、カプセルを含むディスプレイに隣接して配置される、少なくとも１対の電極によって提供され得る。
【００１９】
カプセル化起電ディスプレイの成功した構築は、これらの材料およびプロセスすべての適切な相互作用を必要とする。ポリマーバインダー（例えば、カプセルを基板に結合するため）、起電粒子、液体（例えば、起電粒子を取り囲み、そして移動のための媒体を提供するため）、およびカプセル膜（例えば、起電粒子および液体を封入するため）のような材料は、すべて化学的に適合性でなければならない。カプセル膜は、起電粒子と有用な表面相互作用で係合し得るか、または液体とバインダーとの間の不活性な物理的境界として作用し得る。ポリマーバインダーは、カプセル膜と電極表面との間の接着剤として設定され得る。
【００２０】
種々の材料を使用して、起電ディスプレイを作製し得る。これらの材料の選択は、製造されるべきディスプレイの機能的成分に基づく。このような機能的成分としては、粒子、色素、懸濁液、安定添加剤／荷電添加剤、およびバインダーが挙げられるが、これらに限定されない。１つの実施形態においては、懸濁粒子ディスプレイを作製するために使用され得る粒子の型としては、散乱顔料、吸収顔料、および発光顔料が挙げられる。このような粒子はまた、透明であり得る。例示的な粒子は、二酸化チタンを含み、これは金属酸化物（例えば、酸化アルミニウムまたは酸化ケイ素など）で１層または２層にコートされ得る。このような粒子は、コーナーキューブとして構築され得る。発光粒子は、例えば、硫化亜鉛を含み得る。硫化亜鉛粒子はまた、電気伝導を減少させるため、絶縁性コーティングでカプセル化され得る。光遮蔽粒子または光吸収粒子は、例えば、色素または顔料を含み得る。起電ディスプレイにおける使用のための色素の型は、当該分野においてよく知られている。有用な色素は、代表的には懸濁液に溶解し、そしてさらにポリマー鎖の一部となり得る。色素は、熱的プロセス、光化学的プロセスおよび化学的拡散プロセスによって重合され得る。単一の色素または色素の混合物もまた、使用され得る。
【００２１】
懸濁（すなわち、起電）液は、高抵抗率の液体であり得る。懸濁液は、単一の液体であり得るか、または２以上の液体の混合物であり得る。懸濁液は、単一の液体であるか液体の混合物であるかに関わらず、カプセル内の粒子の密度と実質的に一致する密度を有し得る。懸濁液は、ハロゲン化炭化水素（例えば、テトラクロロエチレンなど）であり得る。ハロゲン化炭化水素はまた、低分子量のポリマーであり得る。１つのこのような低分子量のポリマーは、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）である。このポリマーについての重合度は、約２〜約１０であり得る。
【００２２】
さらに、カプセルは、バインダー中で形成されるか、または後からバインダー中に分散され得る。バインダーとしての使用のためのポリマーとしては、水溶性ポリマー、水分散ポリマー、油溶性ポリマー、熱硬化性ポリマー、熱可塑性ポリマー、およびＵＶ硬化ポリマーまたは放射線硬化ポリマーが挙げられる。
【００２３】
本明細書中に記載される例は、カプセル化起電ディスプレイを用いて列挙されるが、十分に作用すべき他の粒子に基づくディスプレイメディアもまた存在し、このようなディスプレイメディアとしては、カプセル化懸濁粒子および回転ボールディスプレイが挙げられる。他のディスプレイメディア（例えば、液晶および磁粉）もまた有用であり得る。
【００２４】
いくつかの場合においては、プロセスの別個のカプセル化工程は必要ではない。起電液は、バインダー中（またはバインダー材料の前駆体）に直接分散されるかまたは乳化され、いわゆる「ポリマー分散起電ディスプレイ」を形成する。このようなディスプレイにおいては、個々の起電相は、たとえカプセル膜が存在しなくても、カプセルまたはマイクロカプセルと呼ばれ得る。このようなポリマー分散起電ディスプレイは、カプセル化起電ディスプレイのサブセットであると考えられる。
【００２５】
カプセル化起電ディスプレイにおいては、バインダー材料がカプセルを取り囲み、そして２つの結合している電極を分離する。このバインダー材料は、カプセルおよび結合している電極に適合性でなければならず、そして容易な印刷またはコーティングを可能にする特性を有していなければならない。バインダーはまた、水、酸素、紫外光、起電液、または他の材料に対するバリア特性を有し得る。さらに、バインダーは、界面活性剤および架橋剤を含み得、これはコーティングまたは耐久性に役立ち得る。ポリマー分散起電ディスプレイは、エマルジョンまたは相分離型であり得る。
【００２６】
（ＩＩ．実質的に均一なサイズの液滴、複合液滴、および／またはカプセルの作製）
本発明は、特に、実質的に均一なサイズの液滴または複合液滴の作製を通して、カプセルの作製を容易にすることによる、これらのカプセル化ディスプレイを作製するための材料および方法を提供する。特定の実施形態においては、内部相は、流動中の外部相中に排出され、そして種々の物理学的理由のために、液滴の列に分解する。他の実施形態においては、内部相および外部相は、隣接する、同軸のノズルを通して同時押出しされ、そして化合物の噴流は、複合液滴の列に分解する。本明細書中で使用される場合、「列（ｔｒａｉｎ）」は、それらのお互いに対する位置を考慮することなく、２以上の液滴（または複合液滴）の任意の群をいう。しばしば、液滴（または複合液滴）の列は、実質的に線に沿って体系付けられた液滴（または複合液滴）の群である。しかし、液滴（または複合液滴）の列は、この配向を有する必要はない。
【００２７】
代表的には、本発明の方法は、内部相液滴の乳化物を作製し、この液滴は、狭いサイズ分布によって特徴付けられるか、または内部相のコアおよび外部相のシェルを有する複合液滴を作製し、この複合液滴は、狭いサイズ分布によって特徴付けられる。本明細書中で使用される場合「単分散」液滴（または複合液滴）は、実質的に均一なサイズである２以上の液滴（または複合液滴）をいう。例えば、実質的に均一なサイズの液滴（または複合液滴）の群においては、液滴（または複合液滴）の群の平均直径の約２０％以内、好ましくは約５％以内である直径を有する任意の１つの液滴（または複合液滴）は、単分散である。また、液滴（または複合液滴）は、約２０μｍ〜少なくとも約３００μｍの直径にわたるように作製され得る。これらの液滴（または複合液滴）は、所望される特定の直径に関して単分散であり得る。
【００２８】
いくつかの技術が、乳化物を作製するために使用されてきた。これらの技術としては、機械混合技術（例えば、コロイドミル、ローターまたはローター／ステーターシステム、および静力学（インラインミキサー））、他の混合技術（例えば、超音波攪拌および振動ブレード上の分散相のジェット流）、均質化技術（例えば、超高剪断機械混合、および小さい開口部を通る高圧下の相の流れ）ならびにクロスフロー技術（例えば、第１の相が毛細管または膜における開口を通って、第２の相に押し出され、それによって第１の相の液滴が、第２の相の強制的な動きによって開口部から取り除かれる）が挙げられる。
【００２９】
これらの技術（例えば、混合方法）のいくつかは、一般的には、高収率の実質的に均一なサイズの液滴（または複合液滴）を生成しない。さらに、電気泳動的に移動する粒子を含むカプセルの作製のような状況においては、作製される液滴（または複合液滴のコア）が、液体および固体（例えば、懸濁液および電気泳動的に移動する粒子）の両方を含む場合、粒子を含む内部相を外部相に適用する方法（例えば、別の相へ分解する１つの相のジェット流の生成、または１つの相と別の相の同時押出し）は、１つの液体（または液体の組み合わせ）の第２の液体への単なる適用とは実質的に異なる問題に直面する。例えば、内部相が液体および粒子を含む本発明においては、内部相に存在する大きい面積の液−固界面、流動可能な液体と対照的に、流動不可能な固体の性質、ならびに液体が固体粒子に関して移動しようとする場合の摩擦力および／または剪断力を考慮すると、固体および液体の両方を含む内部相を、下記のように外部相へ適用することが成功することは明らかではない。さらに、内部相を振動させて液滴（または複合液滴）を作製する工程を包含し、そして液体の振動特性に依存し得る方法は、内部相が単純な液体である状況から、内部相が固体を含む液体である状況へ、原理的に移行され得ない。なぜなら、このような特徴は、固体の存在によって変化するからである。
【００３０】
このように、金属、インク、モノマーおよび他の材料の単分散液滴を生成するためにジェットの励振を予め使用したが、これは、特にジェットが非水性流体および粒子を含む相である状況において、実質的に単分散の乳濁液を形成するための一般的な実施として確立されなかった。このように、ジェット分解法は、起電ディスプレイにおいて使用されるカプセルの製造に関連するプロセスにおいて使用されなかった。さらに、２つ以上の流体の同時押し出しは、一方の流体の単分散複合液滴を別の流体と共に生成するために使用されたが、これもまた、実質的に均一なサイズの複合液滴、粒子を含む非水性流体を含むコアおよびコアを取り囲む外部相のシェルからなる複合液滴を形成するために一般的な実施として確立されなかった。少なくとも流体および粒子からなる実質的に均一なサイズの液滴の形成、または流体および粒子を含むコアならびに第２の流体のシェルからなる実質的に均一なサイズの複合液滴の形成の利点としては、以下が挙げられる：このような液滴または複合液滴を高速度で生成し得ること；このような液滴または複合液滴をスケールに応じて生成し得ること；および約２０μｍから少なくとも約３００μｍまでの範囲の平均滴サイズを有する、実質的に均一なサイズの内部相液滴または複合液滴を生成し得ること。
【００３１】
本発明の種々の実施形態における液滴サイズまたは複合液滴サイズの調節は、以下のものを変更することによりなされ得る：内部相が出る開口部および／または外部相が出る開口部の、サイズおよび／または形状；内部相および／または外部相が曝される圧力；回転して内部相の液滴を形成するデバイスの回転速度；ならびに／あるいは振動部材が振動される周波数または振幅。種々の系は、平行プレートジオメトリー（Ｃｏｕｅｔｔｅフロージオメトリー）、代替（ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ）管フロージオメトリー（Ｐｏｉｓｅｕｉｌｌｅフロージオメトリー）、ジェットの軸またはジェットの横軸に沿った振動、および個々のキャピラリー管からの分配を含み得る。
【００３２】
図１を参照すると、１つの実施形態において、粒子２０を含む流体（例えば、油）である内部相１０は、開口部２２を通って外部相１２（例えばゼラチンおよびアカシア溶液）内に排出される。内部相１０は、ポンプ１８（または複数のポンプ）により提供される圧力下にあり、概して矢印２４により示される方向に移動する。開口部２２は、約１０μｍ〜約５００μｍの範囲の直径を有する。内部相１０が外部相１２に出るジェット２６を形成するように排出が制御される。振動部材１４（例えば、圧電変換器）は、電圧源１６によりある周波数にされて、ジェット２６に振動を伝達するために使用される。ジェット２６は、部分的に振動の周波数に従って、実質的に単分散の液滴２８の列３０（１つの液滴２８のみが標識される）に分解する。周波数は開口部２２のサイズおよび内部相１０の流速に依存する。このシステムは、大きなスループットを有する。例えば、少なくとも約３００ｍｌ／時の直径約２５０μｍの内部相液滴が、処理され得る。さらに、この実施形態は、スケールアップされ、そして連続製造プロセスに適合される。
【００３３】
ここで図１０〜１２を参照すると、本発明の別の実施形態（機能において図１に示される実施形態に類似する）は、内部相を振動および排出させ、実質的に均一なサイズの液滴を形成する。２つの管７０、７２は、装置１００を取り囲むシース７８に入り、装置１００内の構成要素を乾燥したままで、装置１００を外部相中に沈めることを可能にする。これらの管７０、７２は、上部プレート９２にネジで留められる。しかし、管７０、７２は、ボンディングのような他の様式で上部プレート９２と接続され得る。管７０、７２は、上部プレート９２において開口部と整列する。ダイヤフラム８４は、上部プレート９２と下部プレート９４との間に位置する。上部プレート９２における開口部は、ダイヤフラム８４における開口部と整列し、そして下部プレート９４の頂部表面に形成される２つのチャネル１７０、１７２の末端１７１、１７３と整列する。ダイヤフラム８４は、下部プレート９２の頂部表面においてチャネルの頂部を覆うことにより、チャネル１７０、１７２を囲む。チャネル１７０、１７２は、排出チャンバー９０および装置１００から出る開口部８６（特有の形状を有し得る）に至る。排出チャンバー９０は、ダイヤフラム８４から開口部８６に移動すると、大きな直径の円からより小さい直径の円に先細りになる。ネジ９６（１つしか標識されない）は、ネジ９６がチャネル１７０、１７２に隣接するように、そして排出チャンバー９０が上部プレート９２と下部プレート９４とを一緒に締めつけるように位置付けされる。ネジ９６の位置により、「Ｏリング」のようなシールを使用することなく、プレート９２、９４の間のしっかりとしたシールが可能になる。これらのプレート９２、９４は、代表的には金属から構築され、その結果ネジ９６の締めつける力が、金属表面シールを作製する。開口部８６は、下部プレート９２と別々に構築され得、そして排出チャンバー９０が終結する下部プレート９２に固定され得る。あるいは、開口部８６は、直接下部プレート９２に構築され得る。振動部材８０（例えば、圧電変換器）は、実質的に均一なサイズの液滴２８の列３０で、外部相への内部相の排出を容易にする。振動部材８０は、キャリッジ上に取り付けられ、そしてダイヤフラム８４は、振動部材８０から排出チャンバー９０中に位置する内部相へ振動を伝える。下部プレート９４、ダイヤフラム８４、および上部プレート９２は、シールド８２であり、そして上部プレート９２およびシース７８は、シールド８２である。
【００３４】
操作の際、装置１００は、最初に内部相が装置１００の構成要素を満たすように準備され、その結果、装置１００は、実質的に気泡が無い。装置１００は、加圧されたリザーバーから、三方弁９６ａ、入口管７０、チャネル１７０、１７２および排出チャンバー９０、出口管７２、そして三方弁９６ｂを通して内部相をフラッシングし、内部相を排出することにより準備される。このシステムをフラッシングして、システムから空気を実質的に除去した後、出口管７２の機能は三方外部弁９６ａ、９６ｂを調節することにより切換えられ、その結果内部相は、三方弁９６ｂを通って出口管７２に流れ、出口管７２を入口として作用させる。従って、一旦システムが準備されると、内部相は、入口管７０および出口管７２（ここで第２の入口管として作用する）の両方を通って装置１００内に入る。
【００３５】
内部相は、加圧されたリザーバーに溜められ、そしてリザーバーから移動させられる。リザーバーは、内部相分散中の粒子が重力下で沈殿するのを避けるために、攪拌されるか、またそうでなければ混合されるべきである。代表的には、内部相は、機械的攪拌および／または超音波処理により攪拌され得る。機械的攪拌は、例えば、内部相を最も小さい長さのスケールの乱流で混合するために有用であり、そして超音波処理は、例えば、小さいスケールにおいてさえ、粒子の凝集を破壊するために有用である。従って、混合は、乱流特性のサイズ限界により決定されるより低い限界まで下げられた特定のサイズの材料を攪拌し得る。少なくともこのより低い限界のサイズ（およびおそらくこの限界よりも上）で、超音波処理は、より低い限界よりも小さいサイズの材料を浸透し得る。さらに、内部相の粒子は、それらの化学的組成が、互いに離れたままにする際に補助するように設計され得る。例えば、粒子は、粒子間の立体反発を示すように構築され得る。
【００３６】
リザーバーから、内部相は、乳化システムの細長い入口／出口管７０、７２へ流れる。内部相は入口／出口管７０、７２を下って、これらの入口／出口管７０、７２と整列されたチャネルの起点１７１、１７３に至り、そして湾曲したチャネル１７０、１７２を（矢印１８０により示される方向で）通過する。この実施形態において、チャネル１７０、１７２は、下部プレート９４（図１１に最もよく示される）の表面に機械加工される。各チャネル１７０，１７２のジオメトリーは、内部相のさらなる混合を促進するように選択される。例えば、湾曲したチャネルを通る流れは、内部相における流体（複数または単数）および粒子（複数または単数）を混合する２次的な流れを誘導する。図１２において、この２次的な流れは、湾曲したチャネル１７０のうちの１つの拡大模式図において、複数の連続的な環の矢印１８２（１つのみが標識される）として模式的に示される。従って、湾曲したチャネル１７０、１７２は、内部相の成分の均一性、１つ以上の流体および１つ以上の粒子の種の流分散を維持するために、乱混合を最大にするために使用される。チャネル１７０、１７２における流れが乱流であることを確実にするために、レイノルズ数は、例えば約２０００よりも大きくあるべきである。レイノルズ数は、以下の式のように定義される：
【００３７】
【数１】
2010256911.tif 000003
ここでρは、内部相分散密度であり、Ｕは、チャネルにおける分散の平均速度であり、Ｌは、チャネルの寸法特性（例えば、液圧直径（チャネルの断面積Ａｃの、チャネルのウェッティッドペリメーターＰｃに対する比））であり、そしてηは、分散の速度である。内部相分散は、いくつかの状況では、非ニュートン挙動を示し得る。いくつかの例において、剪断力の内部相ヘの適用（例えば、装置１００を通って移動させるために内部相を加圧することによる）は、内部相の粘性を、剪断力が加えられない場合の粘性と比較して減少させ得る。この挙動は、多くのコロイド懸濁液および充分に充填された分散において見出され得る。分散が非ニュートン挙動を示すということが分析により示される場合、ηは、効果的な粘性（すなわち、剪断力が加えられる場合の粘性）として考慮され得、当該分野で公知の標準的な技術に従って算出され得る。
【００３８】
例えば、起電ディスプレー材料として有用ないくつかの内部相分散において、ρは、約１０９０ｋｇ／ｍ3であり、そしてηは、約２×１０-3Ｐａ・ｓである。これらの値は、上記のレイノルズ数の式に挿入されてチャネルジオメトリーについての状況を説明し、このチャネルジオメトリーは、チャネルがこの型の内部相分散を含む場合に、チャネルにおける内部相の充実質的に完全な乱流を提供するために充分であるべきである。以下の式１および２は、数学的に等価であるが、互いに対して数学的に転換される。これらの計算は、例示的であり、限定を意図しない。
【００３９】
【数２】
2010256911.tif 000004
所定のチャネルジオメトリーに関して、（１）または（２）の拘束は、チャネルにおける内部相の最小平均速度を束縛する。あるいは、このシステムの必要な流速は固定されているとみなされ得、そしてチャネルジオメトリーは、（１）または（２）の拘束を満たすように設計される。
【００４０】
乳化システムの連続して安定な操作を維持するために、代表的には、開口部８６および湾曲したチャネル１７０、１７２は、内部相中の固体粒子で詰まるべきではない。詰まりを避けるために、開口部８６の直径および湾曲したチャネル１７０、１７２の断面積は、システム中の最も大きな粒子の直径の少なくとも約５倍、そして好ましくは約１０倍であるべきである。また、開口部８６および湾曲したチャネル１７０、１７２の形状は、流れる内部相の磨耗効果に起因して長期間にわたって変化しないべきである。開口部のジオメトリーは、広範な種々の構成から選択され得るが、より長い耐用年数を達成するために、鋭い縁と反対に、この装置１００における排出チャンバー９０からの開口部８６への滑らかな入口を使用することが望ましい。滑らかな開口部入口が好ましい。なぜなら、高流速において、内部相中の粒子は、徐々に任意の鋭い縁を磨耗し、それにより使用期間の関数として、鋭い縁を有する開口部の開口部性能を改変する。さらに、開口部８６は、磨耗耐性材料（例えばステンレス鋼またはサファイア）から作製され得るか、または磨耗耐性材料でコーティングされ得る。
【００４１】
装置１００は、外部相に出る、粒子を含む内部相の液滴を生成するために操作される。比較として、２つの方法（「ドロップ−オン−デマンド」および「連続ジェット」）が、インクの滴を生成するインクジェッ技術において存在する。従来のドロップ−オン−デマンドインクジェットプリンターは、電圧パルスを圧電変換器に送ることによって作動され、これは小さいチャンバー中の流体を迅速に加圧する。流体は、チャンバーに付随の開口部から出、従って約５μｓ〜１０μｓのタイムスケールで単一の滴を排出する。排出後、システムはより長いタイムスケール（約５０μｓ〜１０，０００μｓ）にわたって再平衡化され得る。ドロップ−オン−デマンド法は、従来の連続インクジェットデバイスと対照的であり、この方法において、加圧された流体は、開口部から排出され、そして圧電変換器の振動は、ジェットにおけるキャピラリー不安定性を励振する。しかし、これらの方法のいずれも、内部相を静止外部相に排出するために適切ではない。ドロップ−オン−デマンドシステムは、滴を粘性の外部相に圧入し得る適切な運動量を排出される滴に伝達しない。連続ジェットシステムは、外部相の存在によりキャピラリー不安定性の強度が実質的に減少されるため、不適切である。キャピラリー不安定性は、その現象によって開口部から出る流体のジェットが不安定になる現象である。この現象は、ジェットが発生する開口部からおよそ数個の液滴の直径より大きいある点において、ジェットの分割を生じる。これらの連続ジェットシステムに関与する多くの状況に関して、実際、剪断力（ジェットの表面と外部相との間の界面で作用する）は、キャピラリー不安定性を駆動する力に必要以上の力を与える。従って、ジェットは、全く分解しないか、または有用な液滴を生成するように分解しないかのいずれかである。結果として、粒子を含む１つ以上の流体の液体外部相への分散を乳化するために、これらの既存の滴の排出方法のいずれかを使用することは困難である。
【００４２】
この問題を克服するために、装置１００は、高速で個々の滴を排出する技術を使用する。この方法において、内部相は、静圧Ｐに加圧され、そして圧電変換器８０は、周期的電圧信号によって振動する。圧力および圧電励振電圧信号は、開口部からの流速が、図１３に示されるプロフィールと同様の様式で変化するように選択される。図１３は、時間（「ｔ」）にわたる排出された内部相の速度（「Ｕ」）を示す。内部相の圧力が、圧電変換器８０に加えられる信号の周波数および振幅に適切に適合される場合、および排出速度が約１０００液滴／秒である場合に、図１３のプロフィールが起こり得る。この例において、排出速度は、約０から約２１ｍ／ｓまで一時的に変化する。このプロフィールは、内部相のスラグ（高速で開口部８６から排出される）が、圧電変換器８０により課される拍動性の流れに起因して、開口部８６の近傍で細くなるということを示す。すなわち、内部相は高速で（図１３におけるシヌソイド波のピーク）排出され、そして内部相の速度が０（図１３におけるシヌソイド波の谷）に接近するときに細くなる。内部相の速度は、システムの静圧（内部相を装置１００の通路を通って移動させる）および振動部材８０の動的圧力（静圧に重ねられる）により制御される。従って、動的圧力はシステムを高速と低速との間で振動させ得る。図１３は、例示的であり、限定を意図しない。さらに、内部相のジェットの制御された分解を生じるために、０に達する必要はなく、そして内部相の速度は、速度の他の値において高速とみなされ得る。これらの上の値および下の値は、使用される内部相のような多くの変数に依存する。例えば、より高速から約５ｍ／ｓまでさえの減少は、このジェットの制御された分解を生じ得ることが意図される。従って、装置１００の性能は、ドロップ−オン−デマンドインクジェットと異なる。なぜならば、ドロップ−オン−デマンドインクジェットは、連続的な様式で操作され、そして代表的には静止状態に再平衡しないからである。また、装置１００の性能は、連続インクジェットとも異なる。なぜならば、連続インクジェットは、個々の滴を形成するために、出されるジェットのキャピラリー不安定性のみに依存するからである。対照的に、装置１００は、連続インクジェットと異なる様式で駆動され、およそ数個の液滴の直径の、液滴が出る開口部内で形成する液滴を生じる。より詳細には、装置１００において、内部相は、加圧され、かつ圧電により生成した振動に供され、開口部における液滴の振動したピンチオフを生じ、一方連続インクジェットにおいて、振動はレイリー不安定性を増強するように指向される。従って、本発明は、ハイスループットを制御された液滴形成と組合せ、そして上記のような現在のインクジェット技術の問題を克服する。
【００４３】
圧力および振動シグナルが適切に一致されない場合、このシステムは、上記の様式で機能しない。その代わりに、非理想的に一致されたシステムの代表的プロットは、図１４（放出された内部相の速度（Ｕ）：ｙ軸、および時間（ｔ）：ｘ軸）中に示され、ここで、排出速度は、約９ｍ／ｓから約１７ｍ／ｓまで変化する。この配置において、液滴の離脱は、開口部８６で生じない。その代わり、弱いパルスであるが連続した、内部相のジェットは、開口部８６から出る。この流れは、種々のサイズの液滴に分解しそうである。
【００４４】
図１０〜１２中に示される装置１００は、多数の設計パラメータおよび操作条件に対して感応的である。いくらかの調節可能なパラメータとしては、振動部材８０（例えば、圧電変換器）の振動、排出チャンバ９０のサイズおよび形状、開口部８６のサイズおよび形状、チャネル１７０、１７２のサイズおよび形状、ならびにダイヤフラム８４のサイズおよび厚さが挙げられる。
【００４５】
振動部材８０は、内部相が排出されるチャンバ９０の満足な大部分の容量を置換するように、設計されねばならない。振動部材８０による（ダイヤフラム８４を介する）この排出チャンバ９０における内部相の最大容量変位（「ΔVmax」）は、およそ
【００４６】
【化１】
2010256911.tif 000005
によって所与され、ここで、αは、振動部材８０の特性であり、かつ適用された電圧（「Ｖ」）の変位に関する係数であり、そしてβは、排出チャンバの半径に関し、かつ流体圧力（「Ｐ」）の変位に関する係数である。従って、最小において、装置１００の有用な操作を提供するために、特定の実施形態における設計は、式：
【００４７】
【化２】
2010256911.tif 000006
に従うべきである。従って、αＶは、流体圧力（Ｐ）がないときの振動部材８０（およびダイヤフラム８４）による最大量の容量変位を記載し、そしてβＰは、振動部材８０からの圧力に対向作用する圧力を記載する。言いかえると、式（３）および（４）に示されるように、本発明の設計は、操作する（すなわち、内部相は、排出チャンバ９０から外にずらされ、その結果この内部相は、開口８６から外へ出る）ために正のΔＶmax有し、そしてそれが起こるために、振動部材８０に対する電圧の適用を生じるダイヤフラム偏倚は、排出チャンバ９０における内部相の静電圧を生じるダイヤフラム偏倚より大きい。
【００４８】
例えば、装置１００の操作の間、Ｖは、約５０〜約３００ボルトの範囲であり、そしてＰは、約５〜約５００ｐｓｉの範囲である。しかし、装置１００のシール８２ならびにこの装置の他の構成要素が、このような圧力を支持するために十分である場合、Ｐは、増加され得る。従って、Ｐの範囲は、部分的に、装置１００を構築するために使用される材料の機械的特性に依存し、そしてＰ値のこの範囲は、高圧力下でこの装置１００の統合性を増大させる材料および設計を選択することに基づいて拡大されることが考えられる。高圧力の操作は、有用である。なぜなら、より高度なスループットの乳化を可能にし、より低い操作圧力で形成される量より、時間あたり、内部相の実質的により均一なサイズの液滴を形成するからである。上記の通常の条件は、単一の開口ユニットを通して乳化される、１時間あたり数リットルの内部相を可能にする。さらなる開口を加えることは、より高いスループットの操作を可能にし得る。
【００４９】
さらに、振動は、同時に２種の単分散の液滴を意図的に作製するように調整され得る。この装置は、２つの型の液滴を作製し得、ここで、１つの型の液滴は、その型の他の液滴に比較して実質的に均一なサイズである一方で、第２の型の液滴は、その型の他の液滴に比較して実質的に均一なサイズである。例えば、この振動は、約３００μｍの液滴のグループおよびより小さい液滴のグループを作製するように調整され得る。従って、２つのサイズの実質的に均一なサイズの液滴は、パターン（例えば、大きい液滴および小さい液滴を交互にする）に従って次々に同じ開口部から現れる。
【００５０】
また、排出チャンバ９０の半径は、係数αおよびβを決定する際に役立つ。内部相の変位を最大にするためにできるだけ大きい半径を作製することは、好ましいが、高速度の操作のために、小さい半径を使用することは、好ましい。従って、内部相の変位された容量を最大にしかつ内部相のスループットを最大にするために到達されるバランスは、必要である。この実施形態について、チャンバ９０の半径は、約１ｍｍ〜約１０ｍｍの範囲である。しかし、他の半径が、本発明の他の実施例のために意図され、変位容量および操作速度のバランス、ならびに他の変数との相互作用に依存する。
【００５１】
チャネル１７０、１７２の長さおよび断面積はまた、制御可能な変数である。チャネル１７０、１７２はまた、約０．２５ｍｍ〜約１５ｍｍの範囲であり得、断面積は、約２０，０００μｍ2〜約５００，０００μｍ2の範囲である。所与の流速について、チャネル１７０、１７２の断面積は、混合を増強するレイノズル数を増大するために減少され得る。チャネル１７０、１７２は、従来の機械加工、化学エッチング、フォトリソグラフィープロセス、反応性イオンエッチング、荷印刻み付け、または精密機械加工および微細加工のために有用な任意の他の技術を使用して製造され得る。開口部８６は、約数μｍ〜約数百μｍ以上、および好ましくは約２５μｍ〜約２００μｍの範囲の直径を有し得る。これらの開口は、精密機械加工または微細加工のための技術を使用して製造され得、そして低部プレート９４から別々に構築されかつ低部プレート９４に後で添加され得るか、または低部プレート９４自体から構築され得る。
【００５２】
ダイヤフラム８４は、振動部材８０から圧力下で偏倚し得かつ合理的な耐用年数を提供するために使用の間適切な弾力性および剛性を有する（永久歪を避けるため）任意の材料で作製され得る。約０．１ＧＰａ〜約４００ＧＰａ、好ましくは約６９ＧＰａ〜約３００ＧＰａのヤング率を有する金属、および約１ＧＰａ〜約１０ＧＰａ、好ましくは約３ＧＰａ〜約５ＧＰａのヤング率を有するポリマーは、有用である。ヤング率が増大する場合、圧力下での振動部材８０からのダイヤフラム８４の偏倚は、減少する。ダイヤフラム８４として有用な材料の１つの例は、約数μｍから約数百μｍ、および好ましくは約２５μｍ〜約１００μｍの範囲の厚みを有するステンレス鋼箔である。薄い箔が、好ましいが、非常に薄い箔は、果敢な使用の間、破裂するかさもなくば永久に変形する傾向がある。ダイヤフラム８４として有用な材料の別の例は、ポリイミド（例えば、Ｋａｐｔｏｎ（Ｅ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｄ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥから入手可能））である。
【００５３】
上記の装置１００は、内部相の実質的に均一なサイズの液滴が外部相に排出することを可能にする。生じたエマルジョンは、カプセル化され、上記のようなカプセル化された起電ディスプレイ材料を生じ得る。例えば、複合体コアセルベーションが使用され得る。しかし、種々のカプセル化技術が、使用され得る。
【００５４】
例えば、カプセル化は、油／水エマルジョンを利用するインサイチュ重合によって実施され得、外部相の水性環境に内部相（例えば、色素粒子の懸濁を含む誘電液体）を分散させることにより形成される。モノマーは、重合し、水性外部相より内部相に対してより高い親和性を有するポリマーを形成し、従って、乳化された油状の液滴の周りで凝集する。このようなインサイチュ重合の１つの例は、負に荷電したカルボキシル置換直鎖状炭化水素の高分子電解質材料（例えば、ポリアクリル酸）の存在下で、油（内部相）／水（外部相）エマルジョンの水性外部相における尿素とホルムアルデヒドとの間の重合である。生じたカプセルは、尿素／ホルムアルデヒドコポリマーであり、そしてこれは、別個に内部相を囲む。このカプセルは、透明であり、力学的に頑丈であり、そして良好な抵抗特性を有する。このようなプロセスにおける使用のための他の有用な架橋剤としては、アルデヒド、特にホルムアルデヒド、グリオキサール、またはグルタルアルデヒド；ミョウバン；ジルコニウム塩；およびポリイソシアネートが挙げられる。
【００５５】
コアセルベーションアプローチはまた、内部相および外部相の油／水エマルジョンを利用する。１以上のコロイドは、水性外部相から外へコアセルベートされ（すなわち、塊状化される）、そして温度、ｐＨおよび／または相対濃度の制御を通して内部相の油状液滴のまわりで殻として保存され、それによってカプセルを生成する。コアセルベーションに適切なカプセル材料としては、ゼラチンおよびアラビアゴムが挙げられる。
【００５６】
界面重合アプローチは、内部相中の油可溶性モノマーの存在に基づき、またもや水性外部相におけるエマルジョンとして存在する。この内部相液滴中のモノマーは、水性外部相に導入されるモノマーと反応し、内部相の液滴とまわりの水性外部相との間の界面で重合し、この液滴の周りでカプセル壁を形成する。生じた壁は、比較的薄くかつ浸透性であり得るが、このプロセスは、他のプロセスの特徴である上昇温度を必要とせず、従って、誘電液体の選択に関してより大きな融通性を与える。
【００５７】
ここで、図２Ａ〜２Ｄを参照すると、別の実施形態において、上記のような、流体および粒子２０を収容する内部相１０は、矢印３４に従って中空管３２に供給される。この管３２は、複数の小開口部２２を有するその外表面に沿って穿孔される。これらの開口部の直径は、約１０μｍ〜約５００μｍの範囲であり得る。この管３２は、特定の速度で方向Ａで回転され、そして管３２の回転に伴なう力は、内部相１０を開口部２２を通して押出させる（図２Ｂに最も良好に示される）。内部相１０が、外部相１２に出る場合、内部相１０の液滴２８は、内部相１０とその周りの外部相１２との間の粘性相互作用に起因して内部相１０の残余から離脱する。開口２２の数に依存して、液滴２８の多くの列３０（１つの列３０のみが標識される）は、生成される（図２Ｃに最も良好に示される）。あるいは、外部相が移動し得、そして穿孔された管は、静止したままであり得る。内部相が管から流れる場合、内部相および外部相の相対的移動は、上記のように液滴の列を生じる。
【００５８】
必要に応じて、振動部材１４（例えば、圧電変換器）は、穿孔された管３２（図２Ｄ）と組み合わせられ得る。例えば、振動部材１４は、電圧１６で励振され、そして開口部２２から液滴生成を容易にするために内部相を振動する。より詳細には、内部相は、穿孔された管３２を通して強要され、その結果複数のジェットは、管３２から半径方向外向きに出る。振動部材１４を使用して、管３２は、その中心線軸（ジェットの軸に垂直である）に沿って励振される。振動は、同時にジェットの各々に付与され、これらのジェットは実質的に均一なサイズの液滴の幾らかの列に分かれる。
【００５９】
図２Ａ〜２Ｄに示される設計は、図１および１０〜１４についての上記の利点と類似の利点を提供し、そして管３２の回転が、連続様式で開口部２２の領域に輸送される新鮮な外部相１２を可能にするという利点をも提供する。十分な濃度の安定化剤（例えば、ドデシル硫酸ナトリウム）を維持することは、困難であるので、多くの乳化システムにおける開口部に非常に近い、回転管３２は、これらの安定化剤が開口部２２に近い領域に所与されることを可能にする。他の同様な設計は、回転または振動する穿孔された構造（例えば、球またはプレート）、またはさもなければ外部相が安定化剤の局所濃度を補充するための開口部を流れることを可能にするシステムが挙げら得る。
【００６０】
図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、別の実施形態において、流体および粒子２０を含む内部相１０は、圧力下で狭いゲージ管３６を通って流れる。管３６からの内部相１０（粒子２０を含む）の排出速度は、分散がジェット２６における管３６の末端の開口部２２から出るほど十分大きい。この排出速度は、実質的に均一なサイズの液滴の形成を誘発するほど十分大きい。振動部材１４（例えば、圧電変換器）は、管３４の側面に近接する。振動部材１４は、電圧源１６からの印加電圧によって駆動され得、その結果、狭いゲージ管３６の先端は、特定の周波数で横に振動する。代替の実施形態において、２つの振動部材１４ａ、１４ｂ（例えば、圧電変換器）は、管３６に近接する。二重振動部材１４ａ、１４ｂの配置は、圧電変換器１４ａ、１４ｂが相の外にあるように構成される。例えば、単一の電圧シグナルに応答して、１つの圧電は、拡大する一方で、その他は、縮小する。この運動は、狭いゲージ管３６の先端の横振動を生じる。さらに、特定の実施形態において、振動周波数は、このシステムの共鳴周波数に一致またはほぼ一致するように、選択される。代表的に、狭いゲージ管３６の先端は、外部相１２の表面より下に沈められ、その後このシステムは、操作される。幾らかの振動（例えば、管３６を通る内部相１０の流速、振動の周波数、および振動の振幅）は、内部相１０の実質的に均一なサイズの液滴２８が、ジェット２６から離脱するように、制御され得る。これらの液滴２８は、列３０を形成し得る。
【００６１】
特定の実施形態において、振動部材１４を用いて管３６を振動することは、図４Ａおよび４Ｂに示されるように、２つの位置２６ａ、２６ｂの１つにおけるジェットから液滴３０ａ、３０ｂの２つの列の形成へ導く。この振動部材１４は、管３６を前後に屈曲させる。管３６の先端は、実線の１つの位置および破線の第２の位置に示され、そして２つの位置２６ａ、２６ｂの１つにおけるジェット、および液滴２８は、それらを生じる管３６の先端の位置に対応するように、実線または破線で示される。一般的に、管３６からの内部相の流れは、管３６の振動周波数に調整される。例えば、この管が方向を変える各時間において、液滴は、内部相１０が出る開口部でまたはこの開口部付近の位置２６ａ、２６ｂの１つにおけるジェットから離脱する。特定の実施形態において、この流速は、管３６の１つの掃引の間、１容量の内部相１０を出るように調整され、この１容量の内部相１０は、所望の液滴容量にほぼ等しい。従って、内部相１０のダブルジェット２６ａ、２６ｂは、液滴２８の２つの列３０ａ、３０ｂになる。図４Ａおよび４Ｂは、類似の実施形態を示すが、図４Ａにおいて、管３６の先端は、外部相１２の上にあり、そして図４Ｂにおいて、この先端は、外部相１２と連絡する。
【００６２】
このシステムにおける幾らかの振動は、実施され得る。第１に、１つは、圧電変換器の外部表面に電気的に絶縁するために任意の適切な手段を使用し得、その結果、全体のシステムは、外部相の下に沈められ得る。例えば、圧電変換器は、合理的にコンプリアントなエポキシでカプセル化され得、その結果、この変換器は、なお振動し得る。あるいは、この開口は、このハウジングを通って内部相を出る管が突出するハウジング内に含まれ得る。第２に、管および振動部材の形状は、このシステムの自然の周波数および振動特徴を変えるように変化され得る。単一の振動部材配置、および二重の、相外の、振動部材配置が上記される。多くの他の配置（例えば、より振動する部材を含むかまたはこの管の長さに沿って上下に振動部材をずらすことによる）が可能である。振動部材が管の先端（すなわち、内部相が出る開口部）からさらに離れて移動される場合、この先端における振動の振幅は、より大きくなる。第三に、「ダブルジェット」配置が狭い液滴サイズ分布を所与すると見い出される一方で、狭い液滴サイズ分布は、任意の数のジェットが開口から出ることが明らかである場合に得られることができる。最後に、このシステムは、スループットにおける考慮すべき利点を実現するように多重化され得る。
【００６３】
別の実施形態において、図６を参照して、高速弁４０（例えば、ソレノイド弁）は、細いゲージ管４０または小さい開口を有する他の構造の上流に配置される。内部相１０は、ポンプ１８によって加圧され、それによって内部相は開口から噴出し、シャッター弁３８（開口とポンプ１８との間にある）は、流れをパルス様式に限定するように拍動する。内部相１０のジェット２６から断ち切られて得られた液滴２８は、実質的に均一のサイズであり、そして列３０中に現れる。これらの液滴２８は、内部相流が通る開口で、またはその近くで、ジェット２６から断ち切られる。この型の高速弁は、Ｌｅｅ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｗｅｓｔｂｒｏｏｋ，ＣＴ）から市販されている。
【００６４】
複合液滴（および、究極的にはカプセル）はまた、複合流体ジェットの制御された崩壊から形成され得、この複合流体ジェットは、２つの非混和性の流体の同心ノズルを通る同時押出しによって形成される。流体が押し出されるノズルで発生するジェット表面の乱れの増大によって、流体ジェットは液滴に分解する。ジェットを形成するために、最小の流体流速が望ましい。この関係は、以下の式：Ｑ＞（π／２）（（σｄ3）／ρ）1/2
で与えられ、ここでＱは、開口を通る流体の流量を表し、σは、流体の表面張力を表し、ｄは、開口の直径を表し、そしてρは、流体の密度を表す。ジェット形成は、開口を通る流体の層流を必要とするので、特定の開口の直径ｄを通る流体の速度（以下、流体流速）は、以下：
Ｒｅ＝（ρｄｕ）／η
（ここで、Ｒｅは、レイノルズ数を表し、ｕは、開口を通る流体の速度を表し、そしてηは、流体の粘度を表す）で定義されるレイノルズ数が約２１００未満であるという条件に拘束される。代表的には、結果は、流速が２００ミクロンの開口について約２０ｍｌ／分未満であるか、または７４ミクロンの開口について約７ｍｌ／分未満である。
【００６５】
複合ジェットは、１つの開口からの流体のジェットが、別の流体のジェット内に押し出され、それによって非混和性流体の２つの同心性のスレッドが形成される場合に形成される。例えば、図５Ａおよび５Ｂに示されるように、粒子２０を含有する内部相１０は、ノズル５２ａを通って中央通路５２から、ジェットとなって現れる。また、外部相１２は、ノズル５０ａを通って第２の通路５０から、ジェットとなって現れる。第２の、外側通路５０およびノズル５０ａは、内側通路５２およびノズル５２ａに隣接し、内側通路５２およびノズル５２ａと同心であり、そして内側通路５２およびノズル５２ａを取り囲む。本明細書中で、ノズルならびにそこを通って内部相および／または外部相が出てくる他の構造物は、一般的に、開口という。ジェット分解のように、複合液滴５４は、外部相１２から形成される外部シェルを有する液滴を形成する。外部相１２のシェルは、内部相１０のコアを含む。開口５０ａ、５２ａを有するそれぞれの通路５０、５２を通る、外部相１２と内部相１０との相対流速の調節は、複合液滴５４のコア直径に対するシェル厚の比を制御するための１つの方法である。外部相１２の複合液滴５４のシェルは、内部相１０のコアの周りで固体化され、起電ディスプレイデバイスにおける使用のためのカプセルを作製し得る。
【００６６】
振動部材１４（例えば、圧電素子）は、次いでジェット分解を制御する１つの方法を提供するために、外部相１２および内部相１０の複合ジェットに振動を与え得る。この振動は、内部相１０のコアおよび外部相１２のシェルを有する、実質的に均一なサイズの連続する複合液滴の生成を促進する。また、代表的に、連続する複合液滴において、複合液滴の内部相１０コアは、実質的に均一のサイズである。複合ジェットの外部振動が存在しない場合、ジェットの主な乱れは、ジェットの直径の「自然な」揺らぎを生じ、これは、約４．５０８×（外側開口直径）に等しい波長を有する。この乱れは、最終的にはジェットの崩壊を引き起こし、直径が約１．８９×（外側開口直径）である複合液滴を与える。外側開口直径は、ほぼジェットの直径に等しい。乱れの波長は、ジェットの壁が正弦の形状で特徴付けられる場合に、ジェットのみかけをいう。
【００６７】
振動部材１４の拍動によってジェットに与えられる振動は、ジェットの崩壊を引き起こすジェット表面上の主な乱れの振動数に影響を与えることによって、振動自体を物理的に明らかにする。上記の自然なゆらぎの振幅よりも大きな振幅を有する振動が流体ジェットに与えられる場合、その振動の最小波長（これは、実質的に均一なサイズの複合液滴の生成とともに、なおジェットの崩壊を引き起こす）は、開口の外周（すなわち、ほぼπ×（外側開口直径））にほぼ等しい。この場合、複合液滴は、約１．６８×（外側開口直径）の直径で生成される。従って、複合液滴および／または完成したカプセルが作製され、これは、理論的に同じ直径（最も大きな開口直径の約２倍に等しい）を有し、そして制御可能な壁厚を有する。さらに、球状で同心の複合液滴およびカプセルを維持するために、第２の振動が与えられ得、これは複合ジェットの流れの方向に垂直である。この第２の振動は、振動部材１４とは異なり、ジェット作製装置から物理的に離れている供給源から生じ、外部相シェル内の内部相コアの同心性を維持するために、複合液滴を振動するように機能する。
【００６８】
所定の開口を通る最小流体流速と最大流体流速との間で、複合液滴のサイズは、等式：
Ｄ＝（（６Ｑ）／（πｆ））1/3
（ここで、Ｄは、複合ジェットの分解によって形成される複合液滴の直径を表し、Ｑは、両方の開口を通る全流量速度を表し、そしてｆは、流体（複合ジェット）の励起（振動）の振動数を表す）に従う励起振動数を調節することによって制御され得る。約１ｍｌ／分と約１０ｍｌ／分との間の流速で、約１００μｍ〜約２００μｍの範囲の直径を有する開口を通って、直径約３００ミクロンの複合液滴を生成するために、約５００〜約８０，０００Ｈｚの範囲の振動数が有用である。上記の等式から、流速および振動数は、所定の開口から同じサイズの複合液滴を生成するように変化し得ることが認められるが、他の液体流条件は当てはまらない。例えば、高流速および高振動数率は、特定のサイズの複合液滴を生成するが、比較的低い振動数率と組み合わせた比較的低い流速は、実質的に同じサイズの複合液滴を生成する。
【００６９】
代表的なカプセルは、固体壁（例えば、ポリマー）を有する。同時押出しプロセスの間の、複合液滴の固体カプセル壁を有するカプセルへの作製は、いくつかの方法で達成され得る。６つの例を以下で考察する。第１に、外部相シェルは、揮発性溶媒中のポリマーの溶液を含み得る。この溶媒は、新しく形成された複合液滴が、ノズルから落ちる場合、または適切な容器への収集の後に蒸発することが可能である。蒸発は、例えば、減圧または熱によって達成される。第２に、壁は、外部相中の液体モノマー（例えば、シアノアクリレート（例えば、エチル２−シアノアクリレートもしくはｎ−ブチル２−シアノアクリレート）またはシアノメタクリレート）から形成され得、これらのモノマーは、湿った空気と接触する際に重合する。第３に、外部相は、同時押出しヘッドへのそれらの流入のすぐ前に混合される液体反応性モノマー、オリゴマー、またはプレポリマーの混合物を含み得る。固体壁を形成する重合は、複合液滴が形成された後に起こる。例えば、適切な壁材料は、イソシアネート（例えば、トルエンジイソシアネート（モノマー））を含み、これらは、ポリアミン（例えば、１，６−ジアミノヘキサン（低分子量モノマー）またはポリエチレンイミン（高分子量ポリマー）と化合して、ポリウレア壁を形成する。あるいは、イソシアネート（例えば、トルエンジイソシアネート）は、ポリオール（例えば、エチレングリコール）と混合されて、ポリウレタン壁を形成する。また、２部エポキシ系（例えば、エピクロロヒドリンとビスフェノール−Ａとの反応から形成されたプレポリマーと混合された１，６−ジアミノヘキサン）が、壁を形成するために使用され得る。第４に、外部相は、液体モノマー、またはモノマーの混合物を含み得、これらはエネルギーに曝露された場合に重合し得る。例えば、新しく形成された複合液滴がノズルから出てくるときに、ＵＶ光が新しく形成された複合液滴に向けられ、外部相シェルを硬化してカプセル壁にする。ＵＶ光硬化性の系の例としては、Ｓｏｍｏｓ２１００、Ｓｏｍｏｓ６５００（いずれも、ＤＳＭ  Ｓｏｍｏｓ，Ｎｅｗ  Ｃａｓｔｌｅ，ＤＥから入手可能）、およびＤｅｓｏｌｉｔｅ（カタログ番号Ｄ６−１１４）（ＤＳＭ  Ｄｅｓｏｔｅｃｈ，Ｅｌｇｉｎ，ＩＬから入手可能）が挙げられる。あるいは、複合液滴を形成するときに、シェルの熱重合を起こすために、熱が使用され得る。熱硬化性の系の例としては、過酸化ベンゾイルと化合したブチルメタクリレートまたは加熱された場合に迅速に硬化する低分子量シリコン物質（例えば、Ｆｌｕｏｒｏｇｅｌ（カタログ番号３−６７９）（Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩから入手可能）が挙げられる。第５に、外部相シェルは、冷却された場合に固体化する溶融ポリマーを含み得る。例えば、有用なポリマーとしては、ポリエチレン−コ−酢酸ビニル（「ＥＶＡ」）、ポリエチレンまたは低融点Ｃａｒｂｏｗａｘシリーズポリマー（Ｕｎｉｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ，Ｄａｎｂｕｒｙ，ＣＴから入手可能）が挙げられる。第６に、外部相シェルは、ラテックス分散物を含み得る。水は、複合液滴のシェルから除去され、ポリマー壁を形成する。
【００７０】
実質的に均一なサイズの複合液滴（および実質的に均一なサイズの内部相のコア）（これらは、実質的に均一なサイズのカプセルを生じる）は、制御されたジェット分解から形成され得るが、複合液滴はしばしば、列中で他の複合液滴と衝突する。複合液滴はお互いに追いつくので、この出来事が起こる。これらの衝突は、複合液滴のサイズ分布を広くし、そしてカプセルの場合は、多重コアカプセルの形成を生じる。複合液滴間の接触（これは、液体小滴の合体を導く）は、少なくともシェルが固体化されるまでは避けられねばならず、それによって初期の形成の間の接触（これは、複合液滴のサイズ分布を広くする）も、初期の形成後の接触（これは、複合液滴の凝集を生じる）も起こらない。
【００７１】
複合液滴間の衝突を減少し、それによって実質的に均一なサイズの複合液滴および実質的に同じカプセルが形成される、いくつかの方法が存在することが予想される。３つの例は、以下に記載される。第１に、別々に形成された複合液滴間の距離は、励起振幅変調によって増加し得る。例えば、振動部材（例えば、圧電トランスデューサー）は、複合液滴の衝突を引き起こす振幅よりも大きい振幅で振動され得る。振動の振幅が大きくなるにつれて、そしてジェットの形成がなお起こっている間に、複合液滴間の空間は増加し、そして衝突の数は減少する。この解決は、約ミリメートルの範囲の直径を有する大きな複合液滴に対しては、効果的ではない。第２に、図７を参照して、別々に形成された複合液滴間の距離は、それらをノズルから離れて加速することによって増加する。隣接する、同心の通路５０、５２は、例えば、そこを通って矢印５６の方向に示されるように気体が流れる円錐形の通路５８の広い末端に配置される。気体は、ノズル開口５０ａ、５２ａから、そして円錐形通路５８を通って、複合液滴を運ぶ。円錐形通路５８の断面領域が狭くなるにつれて、気体の速度は増加し、そして複合液滴５４間の空間は、それらを分離したまま増加する。あるいは、複合液滴５４が、電荷を有するかまたは電荷を与えられるかのいずれかの場合、この同じ効果が、気体圧の力ではなく電子的な力を用いて、作製される。第３に、外部相１２シェルは、複合液滴５４が衝突する間の時間よりも短い時間で固くされ、カプセルになり得る。従って、カプセルは、たとえそれらが衝突しても合体しないように十分に形成される。この効果は、壁を作製する非常に速い化学反応または壁を形成する間の非常に速い溶媒蒸発で達成され得る。これらの速い化学反応としては、シアノアクリレートまたはＵＶ硬化性の系について上記で記載された反応が挙げられる。外部相における使用のための速い蒸発溶媒は、ジクロロメタンを含み得る。あるいは、外部相１２が水性の場合、外部相１２は、アルギン酸ナトリウムを含み得、これは、塩化カルシウム溶液のエアロゾルに曝露された場合に、外部相１２シェルを固くしてカプセル壁にする。
【００７２】
特定の実施形態においては、有用な複合液滴は、いくつかの後の加工段階で固体になる液体壁を有する、初期のカプセルを生じ得る。これらのカプセルは、例えば、コートしてカプセルの密集した単層にするために有用であり、ここで非常に変形可能なカプセルが、密集を補助する。代表的に、カプセルは、それらの合体を防ぐいくつかの方法で貯蔵されるべきである。例えば、このようなカプセルは、界面活性剤を含有する溶液を含む収集容器中で貯蔵され得る。界面活性剤は、非固体壁カプセルの外側に吸着し、そして分散に安定性を提供する。界面活性剤としては、イオン性の、低分子量界面活性剤（例えば、ドデシル硫酸ナトリウム）；非イオン性の、低分子量界面活性剤（例えば、Ｔｒｉｔｏｎ  Ｘ−１００（Ｓｉｇｍａ，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯから入手可能））；イオン性、ポリマー界面活性剤（例えば、ポリスチレンスルホン酸ナトリウムまたはカルボキシメチルセルロースナトリウム）；および非イオン性の、ポリマー界面活性剤（例えば、ポリビニルアルコール）が挙げられる。初期段階のカプセルの合体を避けるための代替の方法は、収集容器中に高粘度の貯蔵物質（例えば、キサンタンガムを含有する液体または水相濃厚剤（例えば、ＤｒｅｗｔｈｉｘTM５３Ｌ（Ｄｒｅｗ
Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｏｆ  Ａｓｈｌａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｂｏｏｎｔｏｎ，ＮＪから入手可能）を含む液体を使用して、貯蔵の間のカプセル−カプセル接触を避けることである。
【００７３】
起電ディスプレイのための適切な複合液滴のいくつかの実施形態においては、内部相は、誘電性流体中の起電粒子の分散物であり、そして外部相は、壁物質を形成するための適切な流体である。いくつかの要件が、これらの型の複合液滴に関連する。第１に、内部相流体は、すべてのカプセルが同じ濃度の色素粒子を有するように同時押出しの前に混合されるべきである。濃度が等しくない場合は、複合液滴から形成されたカプセルは、種々の光学的外見を有し、それ自体、最終デバイスにおいて非均一の白色状態を生じる。第２に、内部相中の起電粒子は、同時押出しプロセスの間、コロイド状に安定に保たれなければならない。粒子は、凝集させるべきではない。例えば、界面活性剤が使用され得るか；粒子がそれらの表面上にポリマーを含むように作製されて、立体的に安定化された粒子を保ち得るか；または静電的な反発を使用して、粒子を離して保ち得る。第３に、同時押出しノズルは、内部相内に分散された色素粒子（例えば、二酸化チタン）が、同時押出しノズルを擦傷しないように十分に固い物質から作製されるか、または十分に固い物質でコートされ得る。例えば、サファイアおよびダイヤモンドが有用である。第４に、壁物質および／または外部相は、好ましくは、同時押出しの間、実質的に内部相に不溶であるべきであり、そして実質的に内部相と化学的に非反応性であるべきである。しかし、いくつかの技術においては、例えば、外部相が、ノズルから出現した直後に、瞬間的に蒸発する揮発性溶媒を含む場合、相間のいくらかの混合が許容され得る。第５に、壁物質は、生成および起電ディスプレイの使用を容易にするために、実質的に透明であるべきである。第６に、壁形成化学反応において使用される物質は、内部相中の物質と反応すべきではない。第７に、壁を形成するためにＵＶ重合が必要である場合、内部相は、ＵＶ照射に対して感受性であるべきではない（例えば、ＵＶ曝露は、内部相内の色素を脱色し得る）。第８に、液体ジェット分解のような小さい「衛星」液滴（すなわち、実質的に均一なサイズの複合液滴よりも小さい内部相および／または外部相）の形成は、実質的に防がれるべきである。これらの衛星液滴は、ディスプレイに作製された場合に乏しい電気光学特性を有する、小さいカプセルを形成し得る。衛星液滴は、レーリー不安定性の範囲で起こる複合ジェットの確かな分解を作製することによって避けられ得る。第９に、内部相および外部相のレオロジーは、同時押出しが外側カプセル壁を有するカプセルを生じ、そして内部相および外部相が混合しないように選択されるべきである。レオロジーが選択された性質ではない場合、内部相および外部相の流れは、ジェット内での相互の接触の際に、ジェット内の相の剪断により誘導された混合を生じ、質の悪いカプセルを生じる。例えば、流体は、不十分な不安定性が存在するほど粘稠であるべきではなく、実質的に均一なサイズの複合液滴への複合ジェットの制御された分解を有する。
【００７４】
特定の実施形態において、幾つかの起電ディスプレイのためのカプセルは、約３００μｍの直径を有する。このようなカプセルを製造するために、上記の式によれば、約１５０μｍのノズル開口部は、この方法の実施において有用である。内部相を含む内側ノズルは、およそ１５０μｍであるべきであり、外部相を含む外側ノズルは、代表的には、内側ノズルよりごく僅か大きくあるべきである。この技術は、内部相のはるかに大きなコアと比較して、外部相の比較的薄いシェルを用いて複合液滴（カプセル内に硬化され得る）を生成する。（しかし、幾つかの状況において、外側ノズルのサイズは、外部相のカプセル壁形成材料の濃度に依存して、上記のサイズとは異なる。例えば、外部相が溶媒中のポリマーの希釈溶液である場合、内部相より外部相の方がより多くポンプ上げされる必要があり得、これは、さらに外部相から形成された比較的薄い殻を導く。）また、振動部材は、使用される場合、直径約３００μｍの複合液滴を製造するために、約０．５ｋＨｚ（約１ｍｌ／分の流速）〜約８０ｋＨｚ（約１５ｍｌ／分の流速）の間の励振周波数を有するべきである。この励振は、例えば、ノズルから上流の内部相と接触している圧電変換器を有することによって、中心チャネル内の内部相およびノズルに容易に適用される。
【００７５】
透明壁は、エポキシモノマーがＵＶ光に曝露され重合する際に、外部相内のエポキシモノマーから形成され得る。比較的速い化学反応は、他の複合液滴、流体、カプセルまたは構造体との潜在的衝突事象が起こる前にカプセル内に十分に硬化される複合液滴を製造するために所望される。低い粘性エポキシモノマーは、ノズルを通るスムーズな流体流れを提供し得る。また、外部相中の透明な弾性ポリマーの希釈溶液は、外部相中の溶媒がエバポレートされる際に、有用なカプセル壁を生成し得る。この場合、迅速な溶媒損失（カプセル壁形成の速度を増加させるため）は、内部相および外部相の加温および／または減圧されたガス内への同時押出しによって与えられ得る。
【００７６】
製造後、複合液滴またはカプセルは、保存のための適切な液体中に収集され得る。このカプセルは最終的にバインダーと混合され平坦な表面上にコートされるため、複合液滴またはカプセルは、直接バインダー中に、またはバインダーと容易に混和し得る材料中に収集され得る。水ベースのバインダーの場合、この流体は水であり得る。収集液体中で複合液滴またはカプセルが互いに固着するのを避けるために測定が行なわれ得る。界面活性剤および／または分散剤が、複合液滴またはカプセルが互いに固着するのを防ぐために、収集液体中で使用され得る。また、この収集液体は、外部相および内部相のジェットの下に配置された静止リザーバであり得、その結果、硬化された壁を有するカプセルが収集液体中に落下する。しかし、この収集流体中に浸漬されるノズルを通して複合液滴またはカプセルを形成することによって、押出された内部相および外部相の実質的な合体を生成し得る。なぜなら、内部相および外部相の新しく形成されたジェットは、収集流体によって迅速に停止され、これによって複合液滴およびカプセルの形成を回避する。しかし、収集液体は、内部相および外部相のジェット流と同じ方向に流れ得る。例えば、図８を参照して、収集液体６４は、構造体６０内に配置され、外部相１２および内部相１０がノズル５０ａ、５２ａを有するチャネル５０、５２から押し出される方向と実質的に同じ方向（矢印６２によって示される）に移動される。代表的には、収集液体６４は、内部相１０および外部相１２のジェットの速度と同様の速度で流れるが、この速度は、上記の図７に記載されたような分離効果を生成するために、このジェットの速度よりも大きくあり得る。
【００７７】
あるいは、３つのチャネル、３つの開口部ノズルは、複合液滴またはカプセルを収集するために使用され得る。このシステムにおいて、上記の内部相および外部相を含む２つの同心のチャネルおよびノズルに加えて、収集液体は、第３のチャネルおよびノズルを通して押し出される。この第３のチャネルは、内部相および外部相を含む同心のチャネルの両方について同心であり、そして収集液体は、最外開口部を通って流れ、三相の液滴が形成される。この第３の開口部は、中央ノズルから外側相と接触した収集液体を出す。
【００７８】
あるいは、図９を参照して、収集液体６４の分離したストリームは、ノズル５２ａを有する第３のチャネル５２と同心のノズル５０ａを有する第２のチャネル５０と同心のノズルを有する外側チャネル６６を通って押し出される。収集液体６４の中空シリンダーは、外側チャネル６６のノズル（示していない）からある距離で崩壊する。収集液体６４が集中する地点は、その液滴が収集容器（または、収集容器中の任意の液体）と衝突する地点と同じであり得る。この効果は、収集液体６４の流速および／または収集容器からの距離を調節することによって達成され得る。複合液滴（またはカプセル）自体は、外側チャネル６６の外側ノズルから出る収集液体６４の崩壊中空シリンダー内に含まれる。この状況は、実質的に複合液滴またはカプセルの凝集を防ぎ、複合液滴またはカプセルの収集容器への移動を補助する。カプセルの壁が溶媒の蒸発から形成される場合、たとえ、複合液滴の列が別の液体によって囲まれるとしても、この溶媒は、この系から除去される必要がある。例えば、この溶媒が、幾らかの水溶性（例えば、限定することなく、少なくとも約１％以下）および水より低い沸点を有する場合、複合液滴は、水中に収集そして加熱され得、または減圧に供され得る。この溶媒は、水中に移動し、次いで水から蒸発される。また、収集液体６４は、バインダーであり得、カプセル化された起電ディスプレイを構成する際に、このバインダーを用いてカプセルが基板にコートされ、これによって、このカプセルをバインダーと混合するための別個の工程の必要性が除去される。
【００７９】
あるいは、カプセルは基板上にコーティングするための液体バインダーと混合される乾燥粉末として形成され得る。代表的には、カプセルの凝集は、コーティング性能を損なう。従って、カプセルは、互いに固着することが避けられるべきであるか、またはカプセルが互いに固着することが避けられない場合、このカプセルがバインダーと混合される際に接着が取り消され（ｒｅｖｅｒｓｅｄ）得る。
【００８０】
他の状況において、一組の非混和性流体は、液滴内に混合され得、後の別個のカプセル化工程でポンプと連絡している２つの同心ノズルを使用して、２つの非混和性流体を含有するカプセルを形成する。１つの流体は、ノズルの１つを通して放出され、そして他の流体は他のノズルを通して放出される。次いで、この流体がカプセル化溶媒と化学的に適合性であることを想定して、この液滴は、例えば、ゼラチン／アカシアカプセル化によってカプセル化され得る。カプセル化技術およびカプセル化されるべき流体が非適合性である場合、例えば、物理的な同時押出しプロセスは、液滴をカプセル化するために使用され得る。このようなプロセスにおいて、３つの同心ノズルがポンプに取りつけられる。この液滴は、内側ノズルを通して色素含有流体溶液を、中央ノズルを通して粒子分散含有流体を、そして外側ノズルを通してカプセル化ポリマー（溶液または融解物として）ポンピングすることによって形成され得る。この流体およびポリマーがノズルから出現する際に、カプセルが形成される。一旦、カプセル化された液滴がノズルから出現すると、このカプセルは、ポンピング手順の間に使用される溶媒を蒸発させることによって硬化され得るか、または任意の材料が周囲の温度より高い温度でノズルからポンピングされる場合、カプセルを冷却することによって硬化される。従って、２つの非混和性流体（１つは粒子を含む）を有するカプセルが製造される。
【００８１】
本発明に従う、カプセル化されていない液滴またはカプセル化された液滴の形成の間、幾つかの変数が、例えば、使用される材料に依存して操作され得る。カプセル化されていない液滴を形成する２つのノズルを有する場合、色素流体は、中央ノズルを通してポンピングされ、分散された粒子を含有する第２の非混和性流体は、外側ノズルを通してポンピングされ、液滴を形成する。この液滴は、以下に記載されるように、カプセル化のために調製された水相中に押し出される。この液滴は、ノズルを通して比較的低い流速の流体を使用して１回に１個作製され、またはこの流体は、例えばレイリー不安定性によって個々の液滴にわける液体ジェットとして、比較的高い流速で同時押出しされ得る。各場合において、液滴形成は、例えば、圧電スタックを使用して同心ノズルの振動によって補助され得る。正確な液滴形態（２つのサブ液滴が１つの液滴を形成する）を保証するために、種々の液体の拡散係数が制御され得る。この拡散係数は、どのくらいの一方の流体が他方の流体にわたって拡散するかを示す。
【００８２】
この拡散係数は、数学的にモデル化され得る。２ノズルシステムにおける３つの液体をＡ、Ｂ、Ｃと表し、ここで、Ｂは、カプセル化流体（水）であり、３つの液体についての３つの拡散係数は、以下：
Ｓ（Ａ）＝ｇ（ＢＣ）−［ｇ（ＡＢ）＋ｇ（ＡＣ）］
Ｓ（Ｂ）＝ｇ（ＡＣ）−［ｇ（ＡＢ）＋ｇ（ＢＣ）］
Ｓ（Ｃ）＝ｇ（ＡＢ）−［ｇ（ＡＣ）＋ｇ（ＢＣ）］
のように定義され、ここで、ｇは２つの液体間の界面張力である。ｇ（ＡＢ）＞ｇ（ＢＣ）のような液体を想定すると、液滴（色素流体のサブ液滴および粒子分散した流体サブ液滴を含有する）は、以下の場合に、所望の形態を維持し得る：Ｓ（Ａ）＜０
Ｓ（Ｂ）＜０
Ｓ（Ｃ）＞０。
【００８３】
３重同心ノズルカプセル化法が、直接にカプセルを製造するために使用される場合（非水性カプセル化工程）、同じ分析は、液体Ｂが最外ノズルから押し出される液体を形成する壁をいうことを除いて、３つの液体間の必要な界面張力を決定する。液体Ａおよび液体Ｂは、上記からの２つの非混和性流体のままである。一般的に、３ノズルシステム内の界面張力は、カプセル化材料が優先的に粒子分散含有流体を濡らすように、および／または粒子分散含有流体が優先的に色素含有流体を濡らすように設定される。
【００８４】
液滴形成およびカプセル化に使用される特定の化合物に依存して変更され得る変数の他の例として、ポンピング速度、流速、および粘性が挙げられる。代表的には、１つのノズルを通るポンピング速度の少なくとも１つは、異なるノズルを通るポンピング速度の別の１つと異なる。また、互いに対するノズルを通る材料の流速、およびノズルを通る材料の全体の流量が、変更され得る。また、ノズルを通る材料の粘性は、液滴の最終形態に影響を及ぼし得る。
【００８５】
内部相および外部相の同心ジェットを作製するような、上記の幾つかの技術において、開口部（例えば、ノズル）は、それらが同心であるように整列されるべきである。以下に記載されるように、２つ以上の開口部は、高度な精度でもって同心に整列され得る。この開口部は、同じ面にあり得るか、または異なる面にあり得る。また、この技術は、開口部のアレイが別の開口部のアレイと同心に整列ことを保証するために使用され得る。
【００８６】
約±２５μｍの整列許容度が、現在の技術を用いて達成され得る。しかし、約±２５μｍより厳重な許容度内に開口部を整列することが必須である場合、従来の機械的整列法（例えば、ハードストップ）は、法外に高価で、実行することが困難である。２つ以上のプレート内に２つ以上の開口部を整列するための運動学的カップリング技術を使用することは、現在の技術の代替を提供する。運動学的カップリング設計は、簡潔に実施され得、小さな開口部の精密な整列をコスト効率的に達成する。さらに、運動学的カップリング技術を用いると、達成可能なレベルの精度が、特に、開口部が約１００μｍより小さい場合に、現在の技術の達成可能なレベルから改善され得る。例えば、直径が５０μｍ未満の開口部は、少なくとも約１μｍ〜約１０μｍの許容度内で整列されるべきであり、これは、運動学的カップリング設計を使用して容易に達成され得る。
【００８７】
本技術は、低コストで、精密で、かつ繰り返し可能な機械的整列法を提供する。図１５Ａ−１５Ｄに示されるように、運動学的カップリングは、開口部を含有する複数のプレート間の間隔およびプレートの整列を正確に維持するために使用される。運動学的カップリングは、代表的に、上記のような同時押出しに使用される開口部を有するプレートのような小物体より、非常に大きな物体（例えば、大きな精密機械に使用される計測学フレーム）のために使用される。この運動学的カップリングは、プレート１２０、１２２および球ボール１３８、１４０、１４２から構成され、各プレート１２０、１２２は、開口部１２４、１４４、および各プレート１２０、１２２の面内の３つの三角断面の溝１２６、１２８、１３０、１３２、１３４、１３６（図１５Ａの溝１２８の１つを通る断面Ａ−Ａとして図１５Ｂに最もよく示される）を有し、球ボール１３８、１４０、１４２は、１つのプレート１２２の溝内に強固に固定される。このカップリングは、ボール１３８、１４０、１４２とプレート１２０、１２２との表面間の６つの接触点（しばしば、「ベアリング表面」といわれる）を提供することによって、繰り返し可能で、精密な整列を維持する。カップリングのジオメトリは、この６つの接触点が互いに対するプレート１２０、１２２の運動を完全に制約するように選択される。
【００８８】
図１６Ａおよび１６Ｂは、運動学的技術で整列した同時押出しシステムを示す。溝１３２、１３４、１３６およびボール１３８、１４０、１４２および開口部１４４を有する第１のプレート１４６は、第２の開口部１５０を有する第２のプレート１４８と整列される。隣接チャネル１５２、１５４は、プレート１４６、１４８内に形成される。図１６Ａおよび１６Ｂに描かれた同時押出しシステム設計の場合、安定性および対称性の考慮を基本として、開口部１４４、１５０の周りに正三角形を形成するように、溝１３２、１３４、１３６（第２のプレート１４８の溝は示されていない）およびボール１３８、１４０、１４２を構成することが好ましい。このボールは、半球末端を有する円柱のような他の形状と置き換えられ得る。
【００８９】
幾つかの微細加工技術は、内部相および外部相（または任意の同時押出しされた材料）を同時押出しする運動学的カップリングをベースとするデバイスを製造する際に有用であることが考慮される。図１７を参照して、結晶性シリコンウエハはフォトリソグラフィー技術を使用してパターン化され、三角形の断面トレンチ１５８を製造し得る。これらのトレンチは、運動学的カップリングのための溝として使用され得る。同様の技術が同時押出しプレート上で使用され得る。開口部ホールは、多くの技術（例えば、湿式エッチング技術、乾式エッチング技術、またはレーザー穿孔技術）を使用してプレートを通して穿孔され得る。
【００９０】
運動学的整列のためのボールは、アルミナ、サファイア、またはルビーのような材料から作製され得る。このボールは、高温接着またはエポキシ接着のような技術を使用してプレートに取り付けられ得る。ボールの直径は、運動学的カップリングの硬さに影響を及ぼし、さらに２つのプレートの表面間の隔たり距離を制御する。２つのプレート間の距離のこの距離は、プレート間の間隙を通る流体の流れに影響を及ぼす。より小さい間隙は、より高い圧力落下に対応し、より大きな間隙は、より低い圧力低下に対応する。このシステムにおける非常に大きな圧力低下は、幾つかの実施形態において乱流であるため、所望されない。
【００９１】
ここで、図１８を参照して、２つのプレート２５０、２５２の別の構成は、化合物ジェット２６６を製造するための同時押出し設計を形成する。この構成は、図５Ａおよび５Ｂに示されるものと同様であり、同様の化合物ジェットを生成する。これらのプレートは、一般的に、上で概略した運動学的カップリング技術を使用して整列される。溝２５４、２５８（２つのみが示される）が、第２のプレート２５０内に溝２５６、２６０（２つのみが示される）と共に整列する第１のプレート２５２内に提供される。ボール２６２、２６４（２つのみが示される）が、溝２５４、２５６、２５８、２６０内に設置され、プレート２５０、２５２を整列する。このプレート２５０、２５２は、内部相１０および外部相１２が流れる２つの隣接した同心チャネルを形成する。内部相１０および外部相１２は、開口部（例えば、ノズル）から出現し、化合物ジェットを形成する。
【００９２】
当業者は、請求される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書中に記載される事項の変形、改変、および他の実施を思いつく。従って、本発明は、前出の例示的な記載によって規定されるべきではなく、その代わり、前出の特許請求の範囲の精神および範囲によって規定されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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