(57)【要約】【課題】【解決手段】単一の画面を有する電子ブックは、読者に順に印刷されたページを提供するために、電界によってアドレス指定可能な書換え可能着色剤、好ましくは双安定分子着色剤を用いる。その電子ブックは、引出し−格納装置に接続される書換え可能画面と、電極アレイプリンタと、シート位置検出器と、画像をダウンロードし、格納し、順序付けし、画面上に印刷するための関連する回路とを備える。ドキュメント流通に関連する方法が本発明の別の態様である。
2005506566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ブック装置であって、
書換え可能観察画面と、
前記観察画面の画像素子を書き込むための電気的プリントヘッドであって、前記観察画面はドキュメントコンテンツを印刷するための書換え可能電子着色剤を有する、電気的プリントヘッドとを備える電子ブック装置。
【請求項２】
前記着色剤は、
前記画像素子を形成するために前記プリントヘッドからの電界の影響を受けやすい双安定性で、二モードの分子着色剤を含む請求項１に記載の装置。
【請求項３】
ダウンロードし、格納し、順序付けし、前記画面上に消去可能に印刷するための電子機器をさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項４】
ハウジングをさらに備え、
前記画面が前記プリントヘッドを横断し、１回横断すると画面ページ全体が書き込まれるように、前記画面は前記ハウジングに対して電気的に付勢されて引出し可能及び格納可能である請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記プリントヘッドは、画面画素解像度が電極の収容密度によって決定されるような、複数のアドレス指定可能電極を含む請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記装置は可搬性であり、前記画面上にデータを印刷するために英数文字及びグラフィックスを表す前記データを処理するために相互接続される内蔵型の電源と、メモリと、電子コントロール部とを有する請求項１に記載の装置。
【請求項７】
電気的に付勢されたローラをさらに備え、前記画面は１つのローラに固定される１つの端部と、選択的に前記ハウジングから延び、かつ前記ハウジングに格納する反対側にある端部とを有するフレキシブルシートである請求項４に記載の装置。
【請求項８】
前記ハウジングは、その周りに前記シートが巻き付けられる前記電気的に付勢されたローラと、前記プリントヘッドとを収容するための可搬性が最大になる物理的な寸法を有する請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記画面上に表示されるデータを処理するための対話式の機能コントロール部を提供するコントロールパッドを備える請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
少なくとも１つの読取り可能なドキュメントを電子情報で受信するための有線あるいは無線の入力ポートをさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記観察画面及び前記プリントヘッドは、前記画面が前記プリントヘッドを１回横断すると、全ページドキュメントコンテンツが印刷されるように協動する請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記画面上に印刷されるページのドキュメントコンテンツ解像度は、少なくとも商用のハードコピー印刷物の解像度に等しい請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記着色剤はさらに、
電界によって引き起こされるバンドギャップ変化を示す分子を含む請求項２に記載の装置。
【請求項１４】
前記電界によって引き起こされるバンドギャップ変化は、（１）分子立体配座の変化あるいは異性化、（２）化学結合の変化による延在する共役の変化であって、それにより前記バンドギャップを変化させる、延在する共役の変化、及び（３）分子折りたたみあるいは延伸を含むグループから選択される仕組みによって生じる請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記分子は、揮発性スイッチを形成するためにかけられる電界を増大するか又は低減することのいずれかによって光学特性が連続的に調整されることができるように、あるいは少なくとも１つの分子活性化障壁を有するスイッチに電圧パルスを印加することにより選択された組成物領域の色が急激に変化するように、切替え可能な３つ以上の前記状態を有する請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
書換え可能デジタルブック装置であって、
前記装置の構成要素を収容するためのハウジング手段と、
ドキュメントコンテンツをダウンロードし、格納し、順序付けし、消去可能に印刷するための手段と、
商用の品質の高い解像度のハードコピー画素解像度で前記コンテンツを順に消去可能に書き込むための観察手段とを備える書換え可能デジタルブック装置。
【請求項１７】
前記観察手段は、消去可能に書き込むための電子着色剤手段を用いて前記コンテンツを印刷するための手段を含む請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記着色剤手段は、前記観察手段の画像素子を形成するための、前記プリントヘッドからの電界の影響を受けやすい双安定性で、二モードの分子着色剤システムを含む請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記観察手段は、前記コンテンツが引出し及び格納によって全ページコンテンツにおいて同時に消去され、かつ書き込まれるように前記ハウジング手段から引出し可能である請求項１６に記載の装置。
【請求項２０】
前記ドキュメントコンテンツをダウンロードし、格納し、順序付けし、消去可能に印刷するための手段は、インターネットデータ及びコントロール部を処理するための手段を含む請求項１６に記載の装置。
【請求項２１】
前記ドキュメントコンテンツをダウンロードし、格納し、順序付けし、消去可能に印刷するための手段は、前記コンテンツを検索するための無線通信手段を含む請求項１６に記載の装置。
【請求項２２】
個人情報端末装置に組み込まれる請求項１６に記載の装置。
【請求項２３】
前記観察手段は前記装置から取外し可能である請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記ドキュメントコンテンツをダウンロードし、格納し、順序付けし、消去可能に印刷するための手段は、アドレス指定可能な分子ワイヤ機構を含む請求項１６に記載の装置。
【請求項２５】
前記ドキュメントコンテンツをダウンロードし、格納し、順序付けし、消去可能に印刷することを操作するためのコントロール部がその上に表示される画面をさらに備える請求項１６に記載の装置。
【請求項２６】
前記ハウジング手段は、ハードコピー新聞用紙に関連する幾何学的形状及びサイズを有する請求項１６に記載の装置。
【請求項２７】
前記ハウジング手段は、ポケットサイズの市販製品に関連する幾何学的形状及びサイズを有する請求項１６に記載の装置。
【請求項２８】
前記ドキュメントコンテンツをダウンロードし、格納し、順序付けし、消去可能に印刷するための手段に関連して、前記観察手段の位置を検知するための手段をさらに備える請求項１６に記載の装置。
【請求項２９】
前記ドキュメントコンテンツをダウンロードし、格納し、順序付けし、消去可能に印刷するための手段及び前記観察手段に関連して、前記観察手段上のコンテンツの印刷を制御するための手段をさらに備える請求項１６に記載の装置。
【請求項３０】
読取り可能なページを提供する方法であって、該方法は、
前記読取り可能なページをそれぞれ表すデータをメモリにダウンロードすること、
その上に電界によってアドレス指定可能な書換え可能着色剤を有する観察画面を配設すること、
前記画面の画素に関連付けられる電界を有するプリントヘッドに隣接して前記画面を横断させ、前記データが前記メモリから前記画面に転写されるようにすることにより、前記観察画面に順に前記ページをそれぞれ書き込むこととを含む、読取り可能なページを提供する方法。
【請求項３１】
通信リンクが確立されることができる場合にいつでも、どこでも、かつ任意の既知の態様で、書かれたドキュメントの電子コピーを入手するための通信インターフェース能力を配設することをさらに含む請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記画面上に英数文字及びグラフィックス画像を生成するために二モードの双安定分子システムを用いることを含む請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記システムは、電界によって引き起こされるバンドギャップ変化を示す分子を有する請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記電界によって引き起こされるバンドギャップ変化は、（１）分子立体配座の変化あるいは異性化、（２）化学結合の変化によって延在する共役を変化させて前記バンドギャップを変化させること、（３）分子折りたたみあるいは延伸を含むグループから選択される仕組みによって生じる請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
ドキュメントの流通のビジネスを行う方法であって、該方法は、
前記ドキュメントを表す電子データを送信すること、
顧客が、前記ドキュメントのハードコピー形式と概ね同等の形式で前記データを表示する、電界によってアドレス指定可能な書換え可能着色剤を含む単一の表示画面を有するポータブル読書装置上で前記データを受信するために、前記送信することに関連付けられる仕組みを該顧客に提供することとを含む、ドキュメントの流通のビジネスを行う方法。
【請求項３６】
通信リンクが確立されることができる場合にいつでも、どこでも、かつ任意の態様で、書かれたドキュメントの電子コピーを前記送信することのために、市販の通信インターフェースを用いることをさらに含む請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記画面上に英数文字及びグラフィックス画像を生成するために二モードの双安定分子システムを用いることをさらに含む請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
前記システムは、電界によって引き起こされるバンドギャップ変化を示す分子を有する請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記電界によって引き起こされるバンドギャップ変化は、（１）分子立体配座の変化あるいは異性化、（２）化学結合の変化による延在する共役の変化であって、それにより前記バンドギャップを変化させる、延在する共役の変化、及び（３）分子折りたたみあるいは延伸を含むグループから選択される仕組みによって生じる請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
ページ毎の支払いに基づいてリアルタイムに前記ドキュメントを提供することを含む請求項３５に記載の方法。
【請求項４１】
ドキュメント毎の支払いに基づいてリアルタイムに前記ドキュメントを提供することを含む請求項３５に記載の方法。
【請求項４２】
前記仕組みはさらに、
入手可能なドキュメントの索引から該ドキュメントを注文することを関連付けられるコントロール部を配設することを含む請求項３５に記載の方法。
【請求項４３】
前記仕組みはさらに、
前記ドキュメントの購入に関連付けられるセキュリティコントロール部を配設することを含む請求項３５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［発明の背景］
［発明の分野］
本発明は全般に電子出版に関し、より詳細には、ポータブル電子読書装置に関する。さらに具体的には、本発明は、当技術分野において「ナノテクノロジー」と呼ばれる場合もある、二モード双安定分子イメージング技術を用いる電子ブックに関する。
【０００２】
［関連特許出願への相互参照］
なし。
【０００３】
［連邦政府から資金提供された研究あるいは開発に関する供述］
なし。
【０００４】
［付属書への参照］
本特許出願は、本発明に従って請求される主題に関連するような、本発明の共同発明者であるZHANG等による「MOLECULAR MECHANICAL DEVICES WITH A BAND GAP CHANGE ACTIVATED BY AN ELECTRIC FIELD FOR OPTICAL SWITCHING APPLICATION」というタイトルの米国特許出願第０９／８４４，８６２号（譲受人、ヒューレット・パッカード社）の関係のある明細書のページ及び図面を含むハードコピーの付属書の印刷物を含む。
【０００５】
［関連技術の説明］
現在、書籍、雑誌、新聞及び紙面上に着色剤（たとえばインクあるいはトナー）を用いる種々の他の形式のハードコピーを通して、持ち運び可能な読み物を入手することができる。これらの形式で出版される、読むことができる情報を含むテキスト及び画像コンテンツ（これ以降、単に「コンテンツ」あるいは「ドキュメントコンテンツ」）は、目に不快感を与えることなく、長時間にわたって容易に読むことができるほど十分に高い解像度及びコントラストを有する。そのような商用の品質の高解像度の印刷物は６００ドット／インチ以上の解像度を有する。持ち運びできることにより、個々のユーザが、好きな場所を選んで読書を快適に楽しむことができるようになる。さらに、定期的に体位を変更し、読む距離及び姿勢を変えて、個人的な快適さを維持することができる。一般的に、そのようなハードコピー印刷媒体は、印刷、製本、保管及び流通において高いコストが必要になる。これらの要因によって、コンテンツ生成から読者が手にするまでに比較的長い時間を要するようになるので、媒体のコンテンツは多くの場合に最新のものではなく、新聞記事にしても実際には昨日あるいは先週の報道記事である。そのコストは通常、一度読むことにより償却され、その後、本あるいは書類は物理的に保管されるか、あるいは破棄される。さらに、原材料及び印刷媒体の製造あるいは廃棄物管理のいずれかに関しても、ハードコピーは環境にやさしい技術ではない。
【０００６】
一方、コンピュータは、読者に対して大幅に安いコストで、インターネットのような電子情報の伝達手段を通してコンテンツを概ね瞬時に配信する。（本明細書において、用語「インターネット」は、１組の業界標準規格プロトコル（たとえば、ＴＣＰ／ＩＰ、ＨＴＴＰ、ＵＤＰなど）によって互いにリンクされ、ほぼ大域的に分散したネットワークを形成する、分散型の相互接続ネットワーク（ＡＲＰＡＮＥＴ、ＤＡＲＰＡＮＥＴ、ワールド・ワイド・ウエブなど）の集合体のための総称として用いられる。私設及び独自開発のイントラネットも知られており、それらも本発明の用途に合致する。）しかしながら、コンピュータディスプレイは、ハードコピー印刷媒体と比較すると、解像度がかなり低く、読むときの快適性ははるかに劣る。陰極線管ディスプレイは可搬性が低く、固定された焦点距離において読むために概ね体位を固定する必要があり、比較的早期に眼精疲労になり、姿勢が不快になる。ポータブルコンピュータの液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）はいくらか可搬性を高めることができるが、それと引き換えに、ディスプレイコントラスト及び軸外視認性（viewability）が劣り、コストが高くなる。商用の印刷媒体に比べて、コンピュータディスプレイの解像度が少なくとも１桁だけ低いことにより、一般的に、読者が一度に、ハードコピードキュメントに匹敵するページ全体を視認する（seeing）のが妨げられる。低解像度のポータブルディスプレイにさらにコストがかかるのは、１つには、より高い解像度でマトリクスアドレス指定が難しいことに起因する。通常は、読者はボタンコントロールを用いて、表示される画像をドキュメントページの下方にスクロールし、そのコンテンツを読まなければならない。たとえばインターネットから長いドキュメントがダウンロードされるとき、上記のハードコピー印刷媒体の利点を取り戻すために、一般的に読者はそのコンテンツを印刷するであろう。しかしながら、そのような印刷は、これまでどおりに一般的には一度だけ読まれて、破棄されるドキュメントのための処理に、ローカルプリンティングのコストを上乗せする。現在のコンピュータ解像度は、本、雑誌及び新聞を配信する要件に反している。
【０００７】
読書媒体及び媒体流通の概念においてパラダイムシフトし、ポータブル電子装置を提供することが必要とされる。
【０００８】
１つの典型的な解決策は、McMahonによる「PORTABLE HAND-HELD READING DEVICE」というタイトルの米国特許第６，０３７，９５４号（２０００年５月１４日）に示されるような固定された画面の電子ブックである。McMahonは従来のＬＣＤディスプレイを利用する。記載される装置は、固定画面ディスプレイに固有の制限によって、サイズ、解像度、視角、電池寿命及び汎用性のいずれにおいても制限される。
【０００９】
別の典型的な解決策は、本のように開閉されるようにヒンジ結合される、折りたたみ式ディスプレイのための、米国特許第６，１０７，９８８号（２０００年８月２２日）においてPhillipsによって提案されるポータブル電子装置である。この解決策は２つのＬＣＤディスプレイを必要とする。McMahonに付与された特許による装置に関して先に記載されたような制限に加えて、Phillips装置は、二重ＬＣＤディスプレイの要件に対応するために、比較的過酷な電力需要を有するであろう。
【００１０】
第３の典型的な解決策は、Jacobsonによる「ELECTRONIC BOOK WITH MULTIPLE PAGE DISPLAYS」というタイトルの米国特許第６，１２４，８５１号（２０００年９月２６日）において提案される。Jacobsonは、各ページを植字するためにE-Ink社（譲受人）のマイクロカプセル電子インク（本明細書における図７Ａ〜図７Ｄ）を用いて、「通常のペーパブック、、、、の自然の手触りと視覚的なインターフェース」とを保持する、フレキシブルな薄い基板上に形成される多数ページディスプレイを有する。
【００１１】
さらに、上記のようにパラダイムシフトする場合に、電子ドキュメントサービスプロバイダにアクセスし、ドキュメントを検索できるようにするには、コンテンツに対して、より巧みに、かつ容易にアクセスできるようにするエンドユーザ装置が必要とされる。それゆえ、ポータブル電子読書装置とコンテンツプロバイダとの間に直接的なインターフェースが必要とされる。
【００１２】
商用の印刷媒体の利便性に勝り、概ね瞬時のダウンロード能力を提供するコンテンツアクセス能力を有する、高解像度で、高コントラストで、コンパクトで、持ち運びができる電子ブックを提供する電子読書装置の解決手段が必要とされる。
【００１３】
［発明の簡単な概要］
その基本的な態様において、本発明は、書換え可能観察画面と、該観察画面の画像素子に書込みを行うための電気的プリントヘッドとを備える電子ブック装置を提供し、該観察画面は、該画面でドキュメントコンテンツを印刷するための書換え可能電子着色剤を有する。
【００１４】
別の態様では、本発明は書換え可能デジタルブック装置を提供し、該装置は、該装置の構成要素を収容するためのハウジング手段と、ドキュメントコンテンツをダウンロードし、格納し、順序付けし、消去可能に印刷するための手段と、商用の品質の高解像度のハードコピー画素解像度で該コンテンツを順に、消去可能に書き込むための観察手段とを備える。
【００１５】
さらに別の態様では、本発明は読取り可能なページを提供する方法を提供し、その方法は、該読取り可能なページをそれぞれ表すデータをメモリにダウンロードすること、その上に電界によってアドレス指定可能な書換え可能着色剤を有する観察画面を配設すること、画面の画素に関連付けられる電界を有するプリントヘッドに隣接して画面を横断させて、該データが該メモリから該画面に転写されるようにすることにより、観察画面に順に該各ページを書き込むこととを含む。
【００１６】
本発明の別の態様はドキュメントの配信のビジネスを行う方法であり、該方法は、該ドキュメントを表す電子データを送信すること、該ドキュメントのハードコピー形式と概ね同じ形式で該データを表示する、電界によりアドレス指定可能な書換え可能着色剤を含む単一の表示画面を備えるポータブル読書装置上で該顧客が該データを受信するために、該送信することに関連付けられる仕組みを顧客に提供することとを含む。
【００１７】
先に記載される概要は、本発明の全ての態様、目的、利点及び特徴の包括的なリストであることを意図しているわけではなく、またその概要から、本発明の範囲への制限が暗示されるべきではない。この概要は、将来に研究する際に本特許を即座に理解するのを助けるための役割を果たすために、本発明の本質を一般公衆に、特に本発明が関連する特定の技術分野に関心を持っている人々に知らせるためだけに、米国３７Ｃ．Ｆ．Ｒ．１．７３及び米国Ｍ．Ｐ．Ｅ．Ｐ．６０８．０１（ｄ）の命ずるところに従って提供される。本発明の目的、特徴及び利点は、以下に記載される説明及び添付の図面を十分に検討する際に明らかになるであろう。なお、図面全体を通して、類似の参照番号は類似の特徴部を表す。
【００１８】
米国３７Ｃ．Ｆ．Ｒ．１．８４（ｕ）に従って、付属書の図面との混同を避けるために、本明細書の図面は二重の大文字の添字を用いる。
【００１９】
特に注記がある場合を除いて、本明細書において参照される図面は、正確な縮尺で描かれていないものと理解されたい。
【００２０】
［発明の詳細な説明］
ここで、本発明を実施するために本発明人が考える現時点で最良の形態を示す、本発明の特定の実施形態が詳細に参照される。また、適用可能な場合には別の実施形態も手短に記載される。
【００２１】
［定義］
以下に記載される用語及び概念は、この説明及び付属書の両方に適用することができる。
【００２２】
本明細書において用いられるような用語「自己組織化」は、システムの構成要素の特性に起因して、ある幾何学的なパターンを自然に選ぶシステムのことを指す。そのシステムは、この構成を選ぶことにより、少なくともそのエネルギーの局部的な最小値を達成する。
【００２３】
用語「一度だけ構成可能な」は、スイッチが酸化あるいは還元反応のような不可逆的な過程を通して一度だけその状態を変更できることを意味する。そのようなスイッチは、たとえば、プログラマブルリードオンリーメモリ（ＰＲＯＭ）の基盤にすることができる。
【００２４】
用語「構成変更可能な」は、スイッチが酸化あるいは還元のような可逆的な過程を通して何度もその状態を変更できること意味する。言い換えると、そのスイッチは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）内のメモリビット、あるいはディスプレイ内のカラー画素のように、何度でも開閉されることができる。
【００２５】
分子に適用されるような用語「双安定性」は、分子が、エネルギー（あるいは活性化）障壁によって分離される２つの比較的低いエネルギー状態（局部的な最小値）を有することを意味する。その分子は、１つの状態から他の状態に不可逆的に切り替えられるか（一度だけ構成可能）、１つの状態から他の状態に可逆的に切り替えられるか（構成変更可能）のいずれの場合がある。用語「多安定性」は、３つ以上のそのような低エネルギー状態、あるいは局部的な最小値を有する分子のことを指す。
【００２６】
本発明による着色剤分子のための用語「二モード」は、高速であるが、揮発性の切替えを可能にするために、活性化障壁がないか、あるいは低い場合を含むように設計されることができる。この後者の状況では、双安定性は不要であり、分子は電界によって１つの状態に切り替えられ、電界を除去する際にその元の状態に戻される。そのような分子は「二モード」と呼ばれる。実際には、二モード着色剤分子のこれらの形態は「自己消去型」である。対照的に、双安定着色剤分子の場合、着色剤分子は電界を除去してもその状態に保持されたままであり（不揮発性スイッチ）、その場合には活性化障壁が存在するので、分子をその以前の状態に戻すためには逆の電界をかける必要がある。また、本発明の態様を記述するための１つの用語としてこれ以降用いられるような「分子着色剤」は、分子レベルで挙動する、染料のような他の化学的調合物とは区別されるべきである。言い換えると、これ以降に用いられる「分子着色剤」は、付属書あるいはそれに相当する部分に記載されるような着色剤分子が本発明に従って用いられることを意味する。
【００２７】
ミクロンスケール寸法は、サイズが１マイクロメートルないし数マイクロメートルの範囲にある寸法を指す。
【００２８】
サブミクロンスケール寸法は、１マイクロメートルないし０．０５マイクロメートルの範囲の寸法を指す。
【００２９】
ナノメートルスケール寸法は、０．１ナノメートルないし５０ナノメートル（０．０５マイクロメートル）の範囲の寸法を指す。
【００３０】
ミクロンスケール及びサブミクロンスケールワイヤは、幅あるいは直径が０．０５ないし１０マイクロメートルの寸法を有し、高さが数十ナノメートルないし１マイクロメートルの範囲を有することができ、長さが数マイクロメートル以上に及ぶ、棒状あるいは帯状の導体あるいは半導体を指す。
【００３１】
「ＨＯＭＯ」は「最高占有分子軌道」のための一般的な化学的略称であり、「ＬＵＭＯ」は「最低空分子軌道」のための一般的な化学的略称である。ＨＯＭＯ及びＬＵＭＯは、分子内の電子伝導のための役割を果たし、ＨＯＭＯ及びＬＵＭＯと、他のエネルギー的に近い分子軌道との間のエネルギー差が分子の色のための役割を果たす。
【００３２】
本発明の内容における「光スイッチ」は、たとえば、遠赤外線（ＩＲ）から深紫外線（ＵＶ）までの範囲にある、人の目によって検出することができる範囲内あるいは範囲外両方の分子の電磁特性の変化を含む。光スイッチングは、電磁放射の吸収、反射、屈折、回折及び散乱拡散のような特性の変化を含む。
【００３３】
用語「透明性」は、着色剤が吸収するスペクトル領域内を除いて、着色剤の中を通過する光が光学的に妨げられないか、あるいは変更されないことを意味するために、可視スペクトル内において定義される。たとえば、分子着色剤が可視スペクトル内の光を吸収しない場合には、その着色剤は無色透明であるように見えるであろう。
【００３４】
本明細書において、用語「全周囲照明視認性」は、目が反応するあらゆる周囲照明条件下での視認性として定義される。
【００３５】
一般的な事柄として、本発明の内容に沿った「媒体」は、「双安定」分子が用いられる、本発明による分子着色剤を含む分子着色剤あるいはコーティングを含むか、あるいはそれと層状に重ねられる、移動可能であるか、固定されているかのいずれかの任意の表面、たとえば一枚の紙の全ての特性を有する可撓性のシート及び機器（その分子着色剤を用いる冷蔵庫ドアあるいはコンピューティング機器）の書込み可能な表面を含む。本発明の内容に沿った「ディスプレイ」（あるいは「画面」）は、「二モード」分子を用いるが、必ずしも双安定分子を用いるとは限らない任意の装置を含む。媒体タイプ装置が終了し、ディスプレイ機構が開始する場所に関するラインが不鮮明であることに起因して、任意の特定の実施形態を「媒体」として、あるいは「ディスプレイ」として指定することから、本発明の範囲への制限が意図されることはなく、また暗示されるべきではない。
【００３６】
「詳細な説明」及び「付属書」を読むことから明らかになるように、本発明によれば、「分子」は単体の分子素子、たとえば光スイッチを意味するものと解釈されることができるか、あるいは文脈によっては、分子レベル素子の大きなアレイ、たとえば、個別にアドレス指定可能な画素サイズの光スイッチ、実際には自己組織化の実施態様において単一の分子として共有結合される光スイッチからなるアレイの場合もある。したがって、いくつかの分子システムは、システムを形成する個々の分子素子の選択的な領域変更を利用することができる超分子を含むものと見なすことができる。本明細書において用いられるような用語「分子システム」は、たとえば画素パターンの規則的なアレイとして組織化されて用いられる単体の分子システム、及び分子レベルで結合された個々の素子の両方を指す。これらの用語を入れ替えて用いることによって、本発明の範囲への制限が意図されることはなく、また暗示されるべきではない。
【００３７】
［全般的な説明］
図１ＡＡを参照すると、概して、本発明は、インターフェース及び適当なオンボード回路を備え、プロバイダからコンテンツを直にダウンロードできるようにプログラミングする、これ以降「電子ブック」１００と呼ばれる、読み物を表示するためのポータブル電子装置を導入する。図１ＡＡは、ポケットサイズの実施態様、すなわち高さの寸法がペーパバックブックと同じような約６〜７インチの実施態様を概略的に示す。以下にさらに詳細に記載されるように、電子ブックの「バインディング」、すなわち背１０３は、１インチ程度の断面しか必要としないので、背を薄くして、電子ブック１００を筆記用具以下にすることができるかもしれない。
【００３８】
図１ＢＢは、図１ＡＡに示されるような本発明による電子ブック１００の別の実施形態であり、その電子ブック１００はサイズが大きく、ブリーフケースに入れやすくなり、それにより、はるかに大きな観察エリア、たとえばライティングタブレット、ハードコピーの雑誌のページなどに相当する観察エリアを提供する。
【００３９】
図２ＡＡを見ると、本発明の電子ブック１００は、書換え可能画面１０５と、電極アレイ印刷装置１１３と、媒体変換センサ１１８と、反転可能で、電気的に付勢された（biased）シートペイアウト装置１０６と、テキスト及び画像データをダウンロードし、格納し、順序付けし、画面上に消去可能に印刷するための関連する回路１０７、１０９、１１１、１１９、１２５とを備える。電子ブック１００は、電子着色剤イメージング技術を用いる、単一の書換え可能な観察画面１０５を有することが好ましい。画面１０５は、図１ＡＡ、図２ＡＡ、図３ＡＡ〜３ＣＣ及び図５ＡＡに関連して既に示されたか、あるいは後に示されるように、電子ブックの最新技術において知られているような、固定された形状及び向きを有することもできるが、本発明の好ましい実施形態は、格納式（retractable）の画面１０５を備える。非常にコンパクトな実施態様では、電子ブック１００は、格納式の画面１０３を備える図５ＡＡに示されるようなペンサイズの機器５０１まで小型化される。図６ＡＡは、挿入可能で、取出し可能なハードカード画面６０３を例示する。用いられる画面１０５の書込み及び消去技術の性質に起因して、単一の画面１０５しか必要とないことが、本発明の１つの利点である。
【００４０】
画面１０５上の画像及びテキストコンテンツは、電子着色剤を用いて生成される。本発明の実施態様に適合可能な２つの市販の技術は、（１）E-Ink社から市販され、参照して本明細書に援用される前掲のJacobsonによって記載されるマイクロカプセル電子インク技術、及び（２）参照して本明細書に援用される米国特許第５，６０４，０２７号（Sheridon）において示されるような、Xerox社から市販されるゼロックス（登録商標）ジリコン（登録商標）マイクロスフェア技術である。当然ながら、そのような電子着色剤は、たとえば、電子銃を利用するコーティング、液晶など、あるいは能動トランジスタ及びダイオード素子、あるいは他のそのような素子を利用し、その点で、性質が全く似ていない現在のビデオ画面技術から十分に区別されることに留意されたい。
【００４１】
しかしながら、これら２つの技術よりも好ましく、視認性が改善された実施形態では、書換え可能観察画面１０５は分子着色剤技術を利用する。この電界による書込み可能及び消去可能で、二モード及び双安定性の分子着色剤技術の基礎が、２００１年４月２７日に出願のZhang等による「MOLECUALR MECHANICAL DEVICES WITH A BAND GAP CHANGE ACTIVATED BY AN ELECTRIC FIELD FOR OPTICAL SWITCHING APPLICATIONS」というタイトルの同じ譲受人の米国特許出願第０９／８４４，８６２号に詳細に記載される。本特許出願の付属書は、本発明に関連するような、その特許出願の適当な明細書のページ及び図面のコピーである。
【００４２】
図２ＡＡは、本発明による電子ブック１００の装置の概略的なブロック図である。データを管理するために、マイクロプロセッサを搭載するコントローラ１１１が配設され、背１０３に組み込まれる。１つ又は複数のページ、あるいは１つあるいは複数の本のコンテンツが、従来のコンピュータリンクあるいはインターネットアクセス装置（有線あるいは無線）を経由して、入力ポート１０７を通して本の背１０３に収容されるメモリ１０９にデジタル情報としてダウンロードされることができる。本発明によれば、ワールド・ワイド・ウエブにアクティブに接続されるときのように、同時にページ毎にダウンロードすること、及びオンボードメモリ１０９上にドキュメント全体をダウンロードすることの両方を用いることができる。現在のインターネットアクセス及び製品の購入と同じように、最新のコンピューティングハンドシェイクプロトコルを用いて、ユーザ識別、支払いの形式、著作権保護などが確保される。そのようなダウンロード装置及び方法のさらに細かい点は、図７ＡＡに関して後に記載される。
【００４３】
インターネット時代の到来で、エンドユーザは一般的には、複雑なコンピュータ装置ユーザになり、高速及び従来どおりの両方のデータアクセスを要求する。総称的に示されるが、入力ポート１０７は最新の無線電波あるいは光波（赤外線を含む）通信ポートであることが好ましい。公衆アクセスシステムのために利用可能な方法及び装置が２０００年１０月１０日に出願のCohenによる「PAY PER USE DIGITAL PHOTOGRAPHY」というタイトルの米国特許出願第０９／６８５，６４２号（本発明と同じ譲受人に譲渡され、参照して本明細書に援用される）に詳細に記載されており、その特許出願には、ある背景境界内のデジタル写真を印刷あるいは送信するためのキオスクタイプの公衆アクセスが記載される。そのような概念の応用形態を本発明のために適合させることができる。たとえば、空港ターミナルにおいて、読み物をダウンロードするためのキオスクが、書店を補うか、あるいは書店の代わりをすることができる。実際には、適当な機上のインターフェースを用いて、そのような読み物を飛行中にダウンロードすることができる。特に、電子ブックから出版社あるいは他のコンテンツプロバイダまで、マイクロ波通信あるいは直接衛星アップリンクなどによる最新の通信を利用できるものと考えられる。本発明の目的は、いくつかの形態の通信リンクが確立されることができる任意の場所において、いつでも、あらゆるドキュメントを入手できるようにすることである。
【００４４】
別法では、背１０３は、最新のプラグインメモリ素子（図示せず）を収容するように構成されることができる。図１ＡＡに示されるような特定の実施態様では、サイズが最適化され、そのようなプラグインメモリ素子にさらになじみやすい図１ＢＢでは、その特定の実施態様は、可搬性を犠牲にして、より大型の観察画面を備えることも大きな関心事である。
【００４５】
動作時に、各ドキュメントページは、高解像度の電極アレイプリントヘッド１１３を通して、メモリ１０９から順に印刷される。種々の具体的な電極が、共通の発明人Vincentによって出願される同じ譲受人の米国特許出願第    ／      ，      号（整理番号１０００５７４３）に完全に記載される。その説明は、図４ＡＡに関して後に含まれる。
【００４６】
観察画面１０５は、たとえばばね押しされた（双方向の矢印によって表される）シリンダ１０６上に電気的に付勢されて取り付けられ、図３ＡＡ及び図３ＢＢによって順番に例示されるようにして、スロット１０５を通して背１０３から引き出され、かつ背１０３内に格納される（retracted into）。マイクロプロセッサを搭載するコントローラ１１１が、単純にダウンロードし、順にページをめくる動作を行うように予めプログラミングされることができるか、あるいはオプションのユーザコントロールパネル１１７が背１０３上に設けられ、ユーザが種々の機能を実行できるようにする。たとえば図３ＡＡ及び図３ＢＢによって例示されるように、ウォールストリートジャーナル新聞からのデータの最初のページがメモリ１０９からダウンロードされ、既知の態様のデータバッファリング動作でプリントヘッド１１３に転送され、画面１０５が背１０３から引き出されている最中に、すなわち図３ＡＡから図３ＢＢまで画面１０５が位置を変える間に現在のページとして書き込まれる。コントローラ１１１のために、キャッシュメモリ（図示せず）ならびに関連するデータ記憶及びバッファリング技術が提供されることができる。
【００４７】
また図３ＡＡを参照すると、特定の実施態様の場合に、必要に応じて画面支持ローラ３０１、３０２、３０３が配設されることができる。オプションでは、ローラのうちの１つとして電極装置あるいは位置エンコーダを用いることができることにも留意されたい。一旦、画面１０５が完全に引き出されたことが検知されたなら、メモリ１０９からプリントヘッド１１３にダウンロードするために、次のページがバッファリングされる。一旦、現在のページが読まれたなら、ばね力によって画面１０５を背１０３内に（図３ＢＢの位置から図３ＡＡの位置に）格納できるようにし、それをコントローラ１１１で検知することにより、次のページのコンテンツが印刷される。画面１０５が２度目にスロット１１５を通して（図３ＡＡの位置から図３ＢＢの位置まで）引き出されるとき、現在のページデータが消去され、画面が新たな画像データ、すなわち次のページで印刷され直される。画面１０５が、後に本明細書及び付属書において記載されるような、イメージング用の双安定分子着色剤を有するとき、消去及び再書込みは同時に行うことができる。書込み及び消去は、画面の引出し又は格納動作のいずれか、あるいは両方の動作の最中になされることができる。この動作はハードコピーブックページをめくる動きに非常によく似ていることに留意されたい。
【００４８】
背１０３上にあるコントロールボタン１１９によって、ドキュメントの中を前方「Ｆ」及び後方「Ｒ」に動くこと、次の章にスキップすること、１つのドキュメントから別のドキュメントに動くことなどが可能になる。複雑な実施形態では、入力ポート１０７を介して、キーボードを備えるコンピュータにコントローラ１１１を接続することにより、あるいは図６ＡＡに例示されるように、メニュー及びコントロール機能画面６０５を搭載することにより、用語及びトピックサーチ機能のためのコントロール部を設けることができることに留意されたい。
【００４９】
一旦、あるリーディングセッションが完了したなら、たとえば読者が画面１０５上で現在のページ（１つあるいは複数）を読み終えたなら、その画面は背１０３内に格納され、電子ブック１００をコンパクトに保管できるようになる。それにより、その電子ブックを収納するために必要とされるスペースは、それが代用するハードコピーブック（１つあるいは複数）よりも小さくなる。読まれた最後のページがメモリ１０９に格納されるとき、その読まれた最後のページは、個別の操作を必要とすることなく、画面１０５の双安定性によって、画面上に電子情報として保持、すなわち「ブックマーク」されることができる（たとえば、従来技術において用いられるような仮想ポインタに似ている）。引出し−格納操作を容易にするために、従来技術のプルタブあるいは電子フィード（いずれも示されない）を既知の態様で設けることができる。コントロールボタンを用いるための機器操作メニュー（１つあるいは複数）が画面１０５上あるいは個別の（たとえば、背１０３に関連付けられるか、図６ＡＡにおいて示されるような）ディスプレイ上に表示されることもできる。
【００５０】
［具体的な実施形態の説明］
書換え可能観察画面１０５は、その上に電子着色剤を用いる、好ましくは双安定性の二モード分子着色剤を用いる観察エリアを有するフレキシブル基板からなる。本発明に適合させるのに相応しい特定の書換え可能な仕組みの十分に細かい点については、２００１年７月３１日に出願の共同発明人のVincent等による「FIELD ADDRESSABLE REWRITABLE MEDIA」というタイトルの米国特許出願第０９／９１９，３９４号に記載される（同じ譲受人に譲渡され、その全体を参照して本明細書に援用される）。テキスト及び画像を形成するために用いられる分子着色剤は、付属書の関係する部分に記載される。概して、耐久性を持たせるために、画面１０５の基板は、少なくとも可撓性のプラスチック、可塑化された紙複合物などを含むグループから選択される材料からなる、ポリマーコーティングシートのような、フレキシブルで、耐久性がある材料から作製されるべきである。好ましい実施形態では、画面１０５そのものが、付属書に詳細に記載される双安定性の二モード分子着色剤の関連する層を有するか、あるいはその分子着色剤を組み込む基板の単一のシートである。
【００５１】
本発明の場合、分子着色剤は、好ましくは共役された向きにおいて黒色であり、共役が小さい向きにおいて透明であるような分子を有する。画面基板を白色にすることにより、書換え可能画面１０５は高いコントラストの白黒画像を生成する。その着色剤は、単一の電界で切替え可能な黒色−透明分子システムを構成するか、あるいは集団で合成の黒色を生成し、フルカラーイメージングを含む多色分子システムを構成することができ、最新技術に対する著しい改善を提供する。二モード分子着色剤を用いることにより、生成される画像の解像度が、電極アレイプリントヘッド１１３の素子（図４ＡＡに関して以下に記載される細部を参照されたい）によって生成される電界の分解能によってのみ制限される。言い換えると、画面の画像素子、すなわち「画素」は、インクの液滴のような微粒子（商用の解像度は１２００滴／インチ）あるいは制御されたマイクロカプセル（たとえば、Ｘｅｒｏｘ２色ボールあるいはE-Ink社の電子インク）によって達成される寸法よりもはるかに小さな寸法の解像度を有することができる。特定の実施態様によっては、プリントヘッド電極によってアドレス指定される画素は、本発明による何百万個もの二モード分子を含み、個々の画素による「解像度」という概念を無意味にすることができる。具体的には、従来の解像度という概念を無意味にする継ぎ目のない１組の画素を形成するために、画素を印刷するように構成されることができる典型的な分子ワイヤが、Kuekes等による「MOLECULAR WIRE CROSSBAR MEMORY」というタイトルの米国特許第６，１２８，２１４号（本明細書と同じ譲受人に譲渡され、参照して本明細書に援用される）に記載されており、プリントヘッド機構１１３の代わりに本発明に従って用いられることができ、それは特に図６ＡＡのような一実施形態の全ページ印刷のための有用である。それに加えて、分子着色剤はさらに、高速にページ付けする要求に対して有益である、概ね瞬時の切替え速度を有する。その着色剤は、オプションで透明な保護あるいは光沢調整コーティング層でオーバーコートされることができる高分子層内に収容されることが好ましい。
【００５２】
観察画面１０５は、オプションでは、種々の原色着色剤（たとえば、赤、緑、青あるいはシアン、マゼンタ、イエロー）からなるモザイク画素パターンを含むことができる。そのようなパターンは最初に、従来のプリンティング手段、たとえばインクジェットあるいはリソグラフィを通して、画面１０５上にイメージングされることができる。パターニングされた着色剤は、オプションでフィデューシャルマークを印刷されることができ、電子イメージング中に着色剤の位置を正確に検知できるようにする。フルカラーディスプレイの場合には、マイクロプロセッサによるプログラミングが提供されることができる。その後、各画素の着色剤のパターンがプリントヘッド１１３の電極アレイによってアドレス指定され、カラー画像を生成することができる。
【００５３】
プリントヘッド１１３は、画面１０５の表面と接触するか、概ね接触する電極のシート幅からなる直線状のアレイあるいは同等の互い違いに配置されたアレイを備える。電極アレイ及び駆動電子機器は静電プリンタに共通であり、その構成及びインターフェースはよく知られている。各電極４０１は、書換え可能画面１０５の画素列（あるいは互い違いに配置されるアレイの場合には画素行）に沿った所与の各画素位置（あるいは画素の大きな組）において着色剤層４０５に適当な電界を与えるために、既知の態様で大きさを決められ、配置され、電気的にアドレス指定される。
【００５４】
典型的な「フリンジ電界」電極が図４ＡＡ及び図４ＢＢに示される。電界は、画面１０５の平面あるいはそれに平行な平面に対して垂直に向けられることができる。図４ＡＡの典型的な実施形態では、１つあるいは複数の共通の電極４０１が画面１０５の画素アレイに隣接して配置され、着色剤の中をフリンジ電界が通過することにより印刷が行われるようにする。フリンジ電界イメージングは、その電界が基板の物理的な構造によって大きく影響を受けないので好都合である。フリンジ電界は破線によって示されており、「Ｖhigh」及び「Ｖlow」を付される。図４ＡＡの実施形態では、その電界は電極先端の下に集められ、戻り電界は分散され、それゆえ着色剤４０５の層に作用しない。図４ＢＢに示されるように、ローラ３０３が電気的に付勢されないときには、高電圧及び低電圧電極が用いられる。図３ＡＡに戻ると、画面１０５とプリントヘッド１１３の電極アレイとの所望の間隔を保持するために、１組のローラ３０２、３０３が用いられる。各格納−引出しサイクル中に、画面１０５のアドレス指定可能な各画素がプリントヘッド１１３のそばを通過するので、電極４０１の直線状のアレイのみが必要とされる。プリントヘッド素子を形成するために、標準的な半導体ウェーハ薄膜処理を用いるとき、電極アレイの収容密度は非常に大きくすることができ、人間の目がドットマトリクスの個々のドットを識別する能力をはるかに超える解像度を生み出すことができる。
【００５５】
書換え可能画面１０５の一端は、ばね押しされたペイアウトシリンダ１０６に取り付けられる。シリンダ１０６のばね機構１２１は、全く同じではないにしても、一般的なブラインドのシリンダ装置と同じようにすることができる。電子ブック１００が使用中でないとき、画面１０５は、付勢力によって、シリンダ１０６を包み込むように格納される。画面１０５が引き出されるとき、ばね機構１２１は巻きつく。ブラインドの仕組みと同じように、シリンダ１０６はオプションでは、画面１０５を、伸長した「読書」位置に保持するラチェットあるいはデテント機構（図示せず）を含むことができる。画面１０５を格納するために、ユーザはシートを引っ張り、その保持を解除するだけである。画面１０５の取り付けれていない端部は、シートが、引き出すために容易に触れる場所よりも奥まで背１０３の中に格納されるのを防ぐ小さな付属ストッパ１２３、たとえばバーあるいはロッドを有することが好ましい。ペイアウトシリンダ１０６はオプションでは、画面１０５が背１０３から引き出される際に、電源１２５の電池のための再生電流を生成するか、画面１０５を印刷するために必要とされるエネルギーを供給あるいは補給する小型の発電機（図示せず）を組み込むことができるか、あるいはその軸方向において小型の発電機に取り付けられることができる。
【００５６】
既知の態様の媒体変換センサ１１８を用いて、電極アレイ１１３に対する画面１０５の瞬時の画素行位置を検知し、印刷パルスのタイミングを計る。これにより、ユーザは概ね任意の速度で画面１０５を引き出すことができるようになる。センサ１１８は、画面１０５の移動の開始位置及び終了位置を検出するために用いることもできる。ラップシリンダ１０６、あるいは画面１０５と係合される図３ＡＡの支持ローラ３０３の軸に取り付けられるシャフトエンコーダ、画面テクスチャセンサ（同じ譲受人に譲渡された米国特許第５，０８９，７１２号に記載されるようなセンサ）、あるいは画面そのものに沿って印刷されるコーディングトラックを読み取るように配置されるリニアエンコーダを含む、多数の異なるセンシング方式が適用可能である。書換え可能画面１０５は、シートが電極アレイ１１３のそばを通過するのに応じて、同時に全ての画素行、一度に画素の１つあるいは複数の列を印刷することによりイメージングされる。
【００５７】
図６ＡＡは、従来の固い外殻のケースあるいはハウジング６０１を有する電子ブック６００の別の実施形態である。取出し可能な固い観察画面６０３が配設され、先に記載された実施形態と同じようにして書込み及び消去が行われる。ハウジング６０１は、メニュー画面６０５と、１組のコントロールボタン６０７とを組み込む。メニュー画面６０５は本発明による同じ分子着色剤技術を組み込むことができることに留意されたい。コントロールボタン６０７の代わりに、メニュー画面６０５上の仮想的なボタンを用いて、より高い自由度を与えることができることに留意されたい。この実施形態の１つの利点は、双安定分子着色剤を用いる画面６０３を手に持ち、ハードコピーのページと同じ触感で便利に操作することができ、装置６００の残りの部分は都合によっては脇に置いておくこともできることである。さらに、この実施形態は、完全な個人情報端末（「ＰＤＡ」）装置を、ハードカード画面６０３に関連付けられる電子機器及び通信パッケージとして利用できるように構成することができる。したがって、電子ブック１００のためのデータ入力、記憶、順序付け、プリンティング電子機器として、従来どおりの既知の態様のコンピュータ関連電子機器を用いることができる。
【００５８】
再び図２ＡＡを参照すると、一般的に、データは、本のプリロードされた内容、本、雑誌、新聞あるいは他の１つ又は複数のドキュメントのライブラリを含む標準的なＲＯＭあるいはＲＡＭカード（たとえば、数メガバイトのＰＣＭＣＩＡカードあるいは等価な形式のディスクドライブ）を用いて入力されることができる。オプションでは、データは、コンピュータあるいはコンピュータ周辺装置から、無線通信あるいはケーブル又はケーブルレス（たとえば、赤外線）インターフェースを介して、オンボードメモリ１０９内にダウンロードされることができる。そのようなダウンロードは、最初に電子ブック１００からのセキュリティコードをドキュメントプロバイダサーバに渡し、著作権のある読み物の安全性を確保することによりなされることができる。電子ブック１００は、標準化された形式の命令セットを含み、低いドキュメントメモリ要件で、メモリ１０９に高速にデータ転送できるようにすることが好ましい。そのために、データ圧縮技術を用いることもできる。多数のドキュメントがメモリ１０９に格納されるとき、背１０３上に配置されるコントロールボタン１１９を用いて入力あるいはトグルすることにより、ユーザは、印刷されたリスト、あるいは画面１０５上にあるコンテンツのテーブルから、最適なダウンロードされたドキュメントを選択するか、あるいは単に読まれることになるページを印刷し始める。オプションでは、背１０３は、選択を支援するために、小型で低電力のＬＣＤ等（図示せず）を備えることもできる。画面１０５を引き出すことにより、第１の選択が印刷される。一旦、印刷されたなら、コントローラ１１１のページ順序付け回路が、画面１０５が格納され、引き出されたときには必ず、自動的に次のページのページ付けをする。この順序付けは、電子ブックの背コントロール１１７に沿ったキー入力を通して設定変更されることができる。その過程を支援するために、ＣＯＮＴＥＮＴＳ、ＰＡＧＥ、ＦＯＲＷＡＲＤ、ＢＡＣＫＷＡＲＤなどのための個別のボタンあるいは画面選択を設けることができる。ドキュメントを再選択するときに、読者が最後に読んだページに自動的に戻ることができるように、格納されたドキュメント毎に、多数のブックマークされたページが自動的にメモリ１０９に格納されるように準備することができる。
【００５９】
［全般的な解説、操作及びビジネスを行う方法］
本発明は、インターネットで配信される媒体の流通の速さ及びコスト効果で、商用の印刷媒体の高い解像度、コントラスト、可搬性及びコンパクト性を提供する。これらの利点を用いるとき、本、雑誌、新聞及び定期刊行物がオンラインで購入され、インターネットを介してダウンロードされることができ、ハードコピーバージョンを購入する必要性に取って代わることができる。電子ブックは、より容易にオンラインで読めるために、標準的なコンピュータディスプレイに代わりに用いられることができる。それは優れた画素解像度を提供し、フラットパネルディスプレイに共通するものよりもはるかに簡単に画素がアドレス指定される。用いられる双安定性で、書換え可能で、二モードの分子着色剤は高いエネルギー効率を有し、画像を変更するためにのみエネルギーを必要とし、画像を保持するために、あるいは画像を照明するためにエネルギーを必要としない。これは、全てのコンピュータディスプレイとは全く対照的であり、電池で駆動される十分な可搬性の可能性を提供する。商用のフラットパネルディスプレイとは異なり、本発明の書換え可能ページは、印刷されたインクフィルムと同じような着色されたフィルムを含み、それにより、本を読む場合に普通に出会う可能性がある全ての周囲光条件下で、全ての視角において読み取ることができる。本発明の電子ブックは、理想的には、著作権を保護された、電子商取引による定期購読のために適している。
【００６０】
インターネットなどのドキュメントプロバイダは、接続された電子ブックとドキュメントサーバとの間のハンドシェークに従って、インターネットを経由してドキュメントを購読者にダウンロードすることができる。ハンドシェークを通して、本のシリアル番号あるいは他のセキュリティコードがサーバに渡され、そのドキュメントが電子ブックのメモリのみに確実に転送されるようにする。この事例では、電子ブックは、著作権のあるドキュメントコンテンツを他の電子装置に渡すことができない読出し専用装置である。商用の本のコストの大部分は印刷、製本、流通及び小売のコストで相殺されるので、電子商取引による定期購読は顧客への大幅なコスト削減を提供できるとともに、コンテンツプロバイダは、本の出版を通して得られるよりも、コンテンツに対するはるかに高い印税を受け取ることができる。ドキュメントのダウンロードのための自動的な請求及び支払いは、購読者及びプロバイダが適当な清算方法を設定している電子ブックそのものを用いることにより実施されることができるか、あるいはユーザが、特定のドキュメントを注文するために、別の仕組み、たとえば電子ドキュメント配信業者に電話をかけるなどの仕組みを用いて、ドキュメントの注文毎に支払いが実施されることができる。
【００６１】
図７ＡＡは、本発明の実用的な実施態様のための装置及び方法、ならびにビジネスを行う方法を示す。図７ＡＡに示されるように、ドキュメントコンテンツサービスプロバイダ（１つあるいは複数）７０３に対するインターネット（雲記号７０１によって表される）上での無線トランシーバ通信及びドキュメントコンテンツサービスプロバイダ７０３からのドキュメントの検索は、本発明による技術を用いることにより容易になり、大幅に改善される。完全に可搬性の機器において、インターネット上で、いつでも、どこでも任意のドキュメントを見つけ、選択し、大幅に削減されたコストで入手し、そのハードコピープリント品質の表示を読む能力は、最新技術を著しく進歩させる。
【００６２】
一般的に、サービス「プロバイダ」７０３は、無線トランシーバ（「サーバＸＣＶＲ」）インターフェース７０７を有する、インターネットあるいはイントラネットによってアクセス可能なコンピュータサーバ７０５である。クライアントブラウザがアクセス可能なウエブサイト７０９は、選択されたコンテンツ、たとえば小説をブラウジングし、選択し、料金を支払い、ダウンロードするための全ての通信プログラムを含む。
【００６３】
総称的に表される電子ブック２００は、オンボード電子機器パッケージ７１５（破線の矢印７１３によって「オンボード」機器７１１として分解され、拡大されて表される）を設けられる。本発明に関連する機能及びプログラミングを実施する際に、特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）を用いることができる。電子ブック２００には、本発明による表示画面７００の適合した実施態様が含まれる。
【００６４】
電子ブック２００の電子機器パッケージ７１５は、既知の態様で、インターネット７０１上で通信するように構成されるトランシーバ「クライアントＸＣＶＲ」７１７を備える。サーバ７０５のウエブサイト７０９と双方向に通信するために、ブラウザプログラム７１９が設けられる。電子ブック２００のユーザ、すなわちクライアントが対象のドキュメントコンテンツを見つけて、購入するとき、ウエブサイト７０９からのコンテンツが機器メモリ７２１にダウンロードされる（当技術分野では、必要とされるメモリ容量を適度なサイズに制限するために、データ圧縮を用いることが知られている）。日刊新聞のようなドキュメント（図２ＡＡを参照されたい）のための、定期購読サービスによる自動ダウンロードがプログラミングされることができる。メモリから、クライアントはコントロール２０１を用いて、ドキュメントのページを画面表示７００に転送する。
【００６５】
別法では、あるいは無線トランシーバ７１７インターフェースに加えて、電気通信電子ブック２００は、インターネット７０１にアクセスするためのケーブルタイプの相互接続部を備えることもできる。
【００６６】
動作時に、ウエブサイト７０９からプロバイダ７０３によって送信されるのに応じて、メモリ７２１からディスプレイ７００上に転送される第１の引き出されたページは最初に、利用可能なドキュメントサービス、ドキュメントカテゴリ及びドキュメントタイトル（及び好ましくはコンテンツの要約）のメニューあるいは索引を順番に表示するであろう。その際、クライアントはインターフェースとしてブラウザ７１９を利用することができる。クライアントはリアルタイムに注文することができ、たとえば、電子ブック２００のシリアル番号に関連する口座を有するなどにより、プロバイダ７０３とのクレジットカードあるいは他のクレジット情報に関連するデータの交換を介して（長距離電話による通話と同様）、請求額を支払い、そのドキュメントを直ちに、あるいは後の都合のよい時間にダウンロードする。魅力的な商用の実施態様は、プロバイダ７０３が、ハードコピーを印刷し、郵送するコストが全て削減される低コストで、定期購読ではなく、ペイ・パー・ビュー方式で、新聞、雑誌などの、他の場合には定期購読になるドキュメントを入手する能力をクライアントに提供することである。注文する際に、ディスプレイ７００を用いて、インターネット７０１上でサーバ７０５によって提供される、注文情報、メニュー、リスト、バーチャルショッピングカートコンテンツなどが表示される。
【００６７】
本発明の好ましい実施形態の上記の記載は、例示及び説明する目的を果たすために提供されてきた。それは、余すところなく述べることや、本発明を厳密な形態に、又は開示される典型的な実施形態に限定することは意図していない。明らかに、数多くの変更あるいは変形が当技術分野の熟練者には容易にわかるであろう。同様に、同じ結果を達成するために、記載される任意の処理ステップを他のステップと入れ替えることもできるであろう。その実施形態は、本発明の原理及びその最良の実用的な応用形態を最もわかりやすく説明し、それにより当業者が、検討している特定の用途あるいは実施態様に適するように、種々の実施形態の場合に、かつ種々の変更形態で本発明を理解できるようにするために選択され、記載された。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びそれに相当するものによって制限されることが意図されている。単数の素子を参照することは、明らかにそのように述べられない限り、「唯一無二」を意味するのではなく、むしろ「１つあるいは複数」を意味する。さらに、添付の特許請求の範囲に明らかに記載されるのが素子であるか、構成要素であるか、方法のステップであるかにかかわらず、本開示の素子、構成要素、方法のステップはいずれも一般公衆に開放される（dedicated to）ことは意図されていない。ここに記載される請求項の要素は、その要素が「〜のための手段」という言い回しを用いてはっきりと記載されない限り、米国特許法１１２条第６項の規定の下で解釈されるべきではなく、ここに記載される処理ステップは、その１つ又は複数のステップが「〜のステップを含む」という言い回しを用いてはっきりと記載されない限り、それらの規定の下で解釈されるべきではない。
【００６８】
前記［付属書への参照］の項で参照した本発明の共同発明者であるZHANG等による「MOLECULAR MECHANICAL DEVICES WITH A BAND GAP CHANGE ACTIVATED BY AN ELECTRIC FIELD FOR OPTICAL SWITCHING APPLICATION」というタイトルの米国特許出願第０９／８４４，８６２号（譲受人、ヒューレット・パッカード社）の関係のある明細書のページ及び図面を含むハードコピーの付属書の印刷物の内容を以下に示す。
【００６９】
切替えの幾つかの新たな型の１つを明示する分子は、着色層１０１に提供される。すなわち、本発明は、従来技術と区別する切替え機構の幾つかの新たな型を導入する：
（１）分子のバンドギャップを変化させるための少なくとも１つの回転セクション（ロータ）又は分子の電界（an electric field ("E-field")）によって引き起こされる回転、
（２）バンドギャップを変化させるための化学結合変化を介した、分子の電界によって引き起こされる電荷分離又は再結合、及び
（３）分子の折りたたみ又は延伸を介した電界によって引き起こされるバンドギャップ変化。
【００７０】
したがって、色の切替えは、従来技術のアプローチと対照的に、拡散又は酸化／還元反応というよりはむしろ、電界によって引き起こされる分子内変化の結果である。また、移動する分子部分が非常に小さく、したがって切替え時間は、実に早いと予測される。また、分子は、かなり単純、したがってロタキサン、カテナン、及び関連化合物よりも、製造するのにより容易でかつ安価である。
【００７１】
以下に、モデル分子の機能の簡単な説明とともに、そのモデル分子の例を示す：
（１）分子立体配座変化を介した電界によって引き起こされるバンドギャップ変化（ロータ／ステータ型のモデル）−図８及び図９〜図１１、
（２ａ）バンドの局在化を増加又は減少させることにより付随する電荷分離又は再結合を介した拡張共役の変化により生じる、電界によって引き起こされるバンドギャップ変化−図１２、
（２ｂ）電荷分離又は再結合及びπ−結合破壊又は形成を介した拡張共役の変化により生じる、電界によって引き起こされるバンドギャップ変化−図１３、及び
（３）分子の折りたたみ又は延伸を介した電界によって引き起こされるバンドギャップ変化−図１４。
【００７２】
各モデルを、支持例とともに以下に記載する。しかしながら、付与する例は、説明する具体的な分子システムに本発明を限定するものとみなされず、むしろ上記切替え機構の単なる例示とみなされるべきである。
【００７３】
モデル（１）：分子立体配座変化を介した電界によって引き起こされるバンドギャップ変化（ロータ／ステータ型のモデル）
図８は、このモデルの一実施形態の概略図であり、分子立体配座変化を介した電界によって引き起こされるバンドギャップ変化（ロータ／ステータ型のモデル）を含む。図８に示すように、分子４３０は、ロータ部分４３２及びステータ部分４３４を含む。ロータ部分４３２は、かけられる電界により回転する。図の左側に表した状況では、分子全体を通して拡張共役が存在し、比較的小さなバンドギャップを生じ、それにより長波長（レッドシフト）の光吸着を生じる結果となる。図の右側に表したロータの回転後である他方の状況では、拡張共役は破壊され、比較的大きなバンドギャップを生じ、それにより短波長（ブルーシフト）の光吸着を生じる結果となる。図９〜図１１は、このモデル１の代替的な好ましい実施形態を表す。これらの後者の図は、以下のモデル１の実施例１及び２と関連して説明する。
【００７４】
このモデルでは、以下の要件を満たさなければならない：
（ａ）分子は、少なくとも１つのロータセグメント、及び少なくとも１つのステータセグメントを有さなくてはならない、
（ｂ）分子のある状況では、分子（ロータ（複数可）及びステータ（複数可））の大部分にわたって拡張するＨＯＭＯ及び／又はＬＵＭＯ（π−状態及び／又は非結合性軌道）が脱局在化すべきであり、他方の状況では、ロータ（複数可）及びステータ（複数可）、及び他のセグメントに関する軌道は、局在化している、
（ｃ）ロータ及びステータ間の連結ユニットは、単σ結合、あるいは（１）非結合性電子（ｐ又は他の電子）、又は（２）π−電子、あるいは（３）π−電子及び非結合性電子（複数可）を有する少なくとも１つの電子であり得る、
（ｄ）ロータ（複数可）及びステータ（複数可）の非結合性電子、又はπ−電子、あるいはπ−電子及び非結合性電子（複数可）を、分子の立体配座に依存して局在化又は脱局在化することができ、一方でロータは、電界により活性化されると回転する、
（ｅ）分子の立体配座（複数可）は、電界依存性又は双安定性であり得る、
（ｆ）双安定性状態（複数可）は、水素結合、クーロン力、ファンデルワールス力、金属イオン錯体又は双極子間安定化のような分子内力又は分子間力により達成され得る、かつ
（ｇ）分子のバンドギャップは、分子の非結合性電子、又はπ−電子、あるいはπ−電子及び非結合性電子の脱局在化の度合いに依存して変化するであろう。これは、分子の光学特性（例えば、色及び／又は屈折率等）を制御するであろう。
【００７５】
以下は、このモデルの２つの例である（実施例１及び２）：
本発明の新規二モード性分子は、外部電界により切替えられ得る活性な光学装置である。好ましくは、着色分子は、双安定性である。この概念は、大きな双極子モーメントを有し（実施例１及び２を参照）、固定された（ステータ）４３４である分子４３０の２つの他の部分を結合する回転中間セグメント（ロータ）４３２の分子を設計することである。かけられる電界の影響下では、ロータ４３２のベクトル双極子モーメントは、外部電界の方向に平行に整列するように企図するであろう。しかしながら、分子４３０は、ステータ４３４に関して特定の配向でロータ４３２を安定化する、水素結合又は双極子−双極子相互作用のような分子内力及び／又は分子間力、ならびに立体反発が存在するように設計される。したがって、ロータ４３２がその初期配向から外れて(unlatch)、ステータ４３４に関して回転するのに、大きな電界が必要である。
【００７６】
特定の配向にいったん切替えられると、分子４３０は、異なる配向に切替えられるか、又は再構成されるまでその配向を保つであろう。しかしながら、分子設計の重要な構成要素は、ロータ４３２が完全な１８０度の半サイクルで回転することを防ぐであろう立体反発又は障害が存在することである。その代わりに、初期配向から典型的に１０°〜１７０°の光学的に有意な角度にてロータ４３２及びステータ４３４における嵩高い基の立体的相互作用により、回転は停止される。説明の目的で、この角度は、本出願では９０°と示される。さらに、この切替え配向は、異なるセットの分子間及び／又は分子内水素結合あるいは双極子相互作用により安定化されてもよく、したがってかけられる電界を止めた後でも適所に留まっている(latch)。双安定性又は多安定性着色分子に関して、ステータから光学的に有意な回転により分離される２つの状態間にロータ４３２を留めるこの能力は重要である。
【００７７】
多重項状態（２つよりも多い）に複数状態（例えば、複数の色）系を生じさせるように、幾つかの切替えステップを提供するように着色分子を設計するための上記戦略を一般化してもよい。かかる分子は、減少又は増加する電界とともに連続的に調整すべき着色層、又はパルス化電界をかけることにより突然ある状態から別の状態に変更されるべき着色層の光学特性を可能にする。
【００７８】
さらに、着色分子は、速いが揮発性の切替えに関する活性化障壁がまったくないか、又は低い場合を含むように設計されてもよい。この後者の状況では、双安定性である必要がなく、分子は、電荷により１つの状態に切替えられ、電界を除去するともとの状態に戻って緩まる（「二モード性」）。実質的に、これらの形態の二モード性着色分子は、「自己消去」する。対照的に、双安定性着色分子を用いる場合、電界を除去すると、着色分子はその状態で留まった状態であり（不揮発性スイッチ）、この場合における活性化障壁の存在は、その以前の状態に分子を戻して切換えるために、反対の電界の適用を要する。
【００７９】
ロータ４３２及びステータ４３４は、すべて同一平面である場合、その分子を「より強く共役されている」という。したがって、最高被占分子軌道（ＨＯＭＯ）及び最低空軌道（ＬＵＭＯ）を介した、着色分子の非結合性電子、又はπ−電子、あるいはπ−電子及び非結合性電子は、分子４３０の大部分にわたって脱局在化される。このことを、分子に関する「レッドシフト状態」、又は「光学状態Ｉ」と称する。ロータ４３２がステータ４３４に関して約９０°だけ共役から回転する場合には、分子４３０の共役は破壊され、ＨＯＭＯ及びＬＵＭＯは、分子の小部分にわたって局在化され、それは「より弱く共役されている」と呼ばれる。これは、分子４３０の「ブルーシフト状態」又は「光学状態ＩＩ」である。したがって、着色分子４３０は、２つの異なる光学状態間で可逆的に切替え可能である。
【００８０】
理想的な場合には、ロータ４３２及びステータ４３４が完全に同一平面であると分子は十分に共役し、ロータ４３２がステータ４３４に関して９０°の角度で回転すると分子は共役しないことを、当業者は理解できるであろう。しかしながら、熱変動により、これらの理想状態は、完全には実現されず、したがって分子は、前者の場合には「より強く共役されている」と、後者の場合には「より弱く共役されている」といわれる。さらに、「レッドシフト」及び「ブルーシフト」という用語は、色相との関連を伝えることを意味するのではなくむしろ、ＨＯＭＯ及びＬＵＭＯ状態間のギャップのエネルギーシフトの電磁エネルギースペクトルにおける方向を伝えるものを意味する。
【００８１】
実施例１及び２は、分子を切替えるための２つの異なる配向を示す。以下の実施例１ａは、このモデル１に関する第１の一般的な分子の例を表す。
【００８２】
【化１】
2005506566.tif 000003
【００８３】
式中、Ａ-という文字は、アクセプター基を表す。それは、電子吸引性基である。それは、以下の：水素、カルボン酸又はその誘導体、硫酸又はその誘導体、リン酸又はその誘導体、ニトロ、ニトリル、ヘテロ原子（例えば、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ）又は上記へテロ原子の少なくとも１つを有する官能基（例えば、ＯＨ、ＳＨ、ＮＨ等）、炭化水素（飽和又は不飽和）又は置換炭化水素のうちの１つであり得る。
【００８４】
Ｄ+という文字は、ドナー基を表す。それは、電子供与性基である。それは、以下の：水素、アミン、ＯＨ、ＳＨ、エーテル、炭化水素（飽和又は不飽和）又は置換炭化水素、あるいはヘテロ原子（例えば、Ｂ、Ｓｉ、Ｉ、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ）の少なくとも１つを有する官能基のうちの１つであり得る。ドナーは、分子上のアクセプター基よりも電気陰性が低いか、又は電気陽性が高いという事実により、アクセプターと区別される。
【００８５】
Ｃｏｎ1及びＣｏｎ2という文字は、１つの分子と別の分子間、又は分子及び固体基板（例えば、金属電極、無機又は有機基板等）間の連結ユニットを表す。それらは、以下の：水素（水素結合を利用する）、多価ヘテロ原子（すなわち、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ等）又はこれらのヘテロ原子を含有する官能基（例えば、ＮＨ、ＰＨ等）、炭化水素（飽和又は不飽和）又は置換炭化水素うちの１つであり得る。
【００８６】
ＳＡ及びＳＢという文字は、ステータＡ及びステータＢを示すために本明細書中で使用される。それらは、炭化水素（飽和又は不飽和）又は置換炭化水素であり得る。典型的に、これらの炭化水素ユニットは、平面状態（レッドシフト状態）に場合に分子の拡張共役に寄与する共役環を含有する。これらのステータユニットでは、それらは、ブリッジング基Ｇn及び／又はスペーシング基Ｒnを含有してもよい。ブリッジング基（たとえば、アセチレン、エチレン、アミド、イミド、イミン、アゾ等）は、典型的にステータをロータに連結するか、又は２つ又はそれ以上の共役環に連結して、所望の発色団を獲得するのに使用される。あるいは連結子は、単酸素原子を用いたエーテル架橋のような一原子架橋、又はロータ及びステータ間の直接的シグマ結合を含んでもよい。スペーシング基（例えば、フェニル、イソプロピル又はｔ−ブチル等）は、適切な３次元スカフォード(scaffolding)を提供して、分子がぎっしり詰まるようにし、同時に各ロータのためにスペースを提供し、所望の移動範囲にわたって回転するために用いられる。
【００８７】
以下の実施例１ｂは、モデル１の実際の分子の例である。実施例１ｂでは、ロータの回転軸は、分子の正味通電軸に対してほぼ直角であるのに対し、実施例２では、回転軸は、分子の配向軸に平行であるように設計される。これらの設計により、所望の結果に依存して、用いられるべき分子膜及び電極の種々の幾何学が可能となる。
【００８８】
【化２】
2005506566.tif 000004
【００８９】
式中、Ａ-という文字は、アクセプター基を表す。それは、電子吸引性基である。それは、以下の：水素、カルボン酸又はその誘導体、硫酸又はその誘導体、リン酸又はその誘導体、ニトロ、ニトリル、ヘテロ原子（例えば、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ）又は上記へテロ原子の少なくとも１つを有する官能基（例えば、ＯＨ、ＳＨ、ＮＨ等）、炭化水素（飽和又は不飽和）又は置換炭化水素のうちの１つであり得る。
【００９０】
Ｄ+という文字は、ドナー基を表す。それは、電子供与性基である。それは、以下の：水素、アミン、ＯＨ、ＳＨ、エーテル、炭化水素（飽和又は不飽和）又は置換炭化水素、あるいはヘテロ原子（例えば、Ｂ、Ｓｉ、Ｉ、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ）の少なくとも１つを有する官能基のうちの１つであり得る。ドナーは、分子上のアクセプター基よりも電気陰性が低いか、又は電気陽性が高いという事実により、アクセプターと区別される。
【００９１】
Ｃｏｎ1及びＣｏｎ2という文字は、１つの分子と別の分子間、又は分子及び固体基板（例えば、金属電極、無機又は有機基板等）間の連結ユニットを表す。それらは、以下の：水素（水素結合を利用する）、多価ヘテロ原子（すなわち、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ等）又はこれらのヘテロ原子を含有する官能基（例えば、ＮＨ、ＰＨ等）、炭化水素（飽和又は不飽和）又は置換炭化水素うちの１つであり得る。
【００９２】
Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3という文字は、分子中に構築されたスペーシング基を表す。これらのスペーサーユニットの機能は、適切な３次元スカフォードを提供して、分子がぎっしり詰まるようにし、同時に各ロータに回転スペースを提供することである。それらは、以下の：水素、炭化水素（飽和又は不飽和）又は置換炭化水素のいずれか１つであり得る。
【００９３】
Ｇ1、Ｇ2、Ｇ3、及びＧ4という文字は、ブリッジング基である。これらのブリッジング基の機能は、ステータ及びロータを連結するか、又は２つ又はそれ以上の共役環を連結して、所望の発色団を獲得することである。それらは、以下の：ヘテロ原子（例えば、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ等）又は上記へテロ原子の少なくとも１つを有する官能基（例えば、ＮＨ又はＮＨＮＨ等）、炭化水素（飽和又は不飽和）又は置換炭化水素のいずれか１つであり得る。あるいは、連結子は、酸素原子を用いたエーテル架橋のような単一原子架橋、又はロータ及びステータ間の直接的シグマ結合を含んでもよい。
【００９４】
上記実施例１ｂでは、垂直点線は、他の分子又は固体基板を表す。切替え電界の方向は、垂直点線に対して直角である。かかる配置は、電気切替えのために用いられ、光学切替えに関しては、結合部分を除去してもよく、分子は単に２つの電極間に配置すればよい。それらはまた、ある分子を別の分子に、又は分子を有機もしくは無機固体基板に結合させるために単に使用され得る。
【００９５】
図９を参照すると、上記（実施例１ｂ）に示した分子は、分子４３０全体の配向軸に対して直角に内部ロータ４３２を用いて設計されている。この場合、外部電界は、図示するように分子４３０の配向軸に沿ってかけられ、電極（垂直点線）は、紙面の平面に対して直角に、かつ分子４３０の配向軸に対して直角に向く。図の左から右に向かって電界をかけると、図の上部に図示したロータ４３２は図の右下に図示した位置に回転し、またその逆もあり得るであろう。この場合に、右下図に図示したロータ４３２は、分子の残部と同一平面でなく、したがって、これは分子のブルーシフト光学状態であるのに対して、図の上部に関して、ロータは、分子の残部と同一平面であり、したがって、これは分子のレッドシフト光学状態である。左下図に示す構造は、図の上部（同一平面、共役）及び右下図（中央部が回転、非共役）間の回転の遷移状態を表す。
【００９６】
実施例１ｂに示した分子は、色的に透明であるか、又はブルーシフトである。共役状態では、分子は着色しているか、又はレッドシフトである。
実施例１ｂの分子に関して、分子の配向軸が分子を切替えるのに用いられる電極の平面に直角になるように、単一の単層分子膜を、例えばラングミュア・ブロジェットの技法又は自己集合単層を用いて成長させる。電極は、上述のCollier et al.により記載される様式、又は上記参照特許出願及び発行された特許に記載の方法で堆積されてもよい。代わりの厚膜堆積技法としては、気相堆積、接触又はインクジェット印刷、又はスクリーン印刷が挙げられる。
【００９７】
以下の実施例２ａは、このモデル１に関する第２の一般的な分子の例を表す。
【００９８】
【化３】
2005506566.tif 000005
【００９９】
式中、Ａ-という文字は、アクセプター基を表す。それは、電子吸引性基である。それは、以下の：水素、カルボン酸又はその誘導体、硫酸又はその誘導体、リン酸又はその誘導体、ニトロ、ニトリル、ヘテロ原子（例えば、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ）又は上記へテロ原子の少なくとも１つを有する官能基（例えば、ＯＨ、ＳＨ、ＮＨ等）、炭化水素（飽和又は不飽和）又は置換炭化水素のうちの１つであり得る。
【０１００】
Ｄ+という文字は、ドナー基を表す。それは、電子供与性基である。それは、以下の：水素、アミン、ＯＨ、ＳＨ、エーテル、炭化水素（飽和又は不飽和）又は置換炭化水素、あるいはヘテロ原子（例えば、Ｂ、Ｓｉ、Ｉ、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ）の少なくとも１つを有する官能基のうちの１つであり得る。ドナーは、分子上のアクセプター基よりも電気陰性が低いか、又は電気陽性が高いという事実により、アクセプターと区別される。
【０１０１】
Ｃｏｎ1及びＣｏｎ2という文字は、１つの分子と別の分子間、又は分子及び固体基板（例えば、金属電極、無機又は有機基板等）間の連結ユニットを表す。それらは、以下の：水素（水素結合を利用する）、多価ヘテロ原子（すなわち、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ等）又はこれらのヘテロ原子を含有する官能基（例えば、ＮＨ、ＰＨ等）、炭化水素（飽和又は不飽和）又は置換炭化水素うちの１つであり得る。
【０１０２】
ＳＡ及びＳＢという文字は、ステータＡ及びステータＢを示すために本明細書中で使用される。それらは、炭化水素（飽和又は不飽和）又は置換炭化水素であり得る。典型的に、これらの炭化水素ユニットは、平面状態（レッドシフト状態）に場合に分子の拡張共役に寄与する共役環を含有する。これらのステータユニットでは、それらは、ブリッジング基Ｇn及び／又はスペーシング基Ｒnを含有してもよい。ブリッジング基は、典型的にステータ及びロータに連結するか、又は２つ又はそれ以上の共役環に連結して、所望の発色団を獲得するのに使用される。あるいは連結子は、単酸素原子を用いたエーテル架橋のような一原子架橋、又はロータ及びステータ間の直接的シグマ結合を含んでもよい。スペーシング基は、適切な３次元スカフォードを提供して、分子がぎっしり詰まるようにし、同時に各ロータのために回転スペースを提供する。
【０１０３】
以下の実施例２ｂは、モデル１の別の実際の分子の例である。
【０１０４】
【化４】
2005506566.tif 000006
【０１０５】
式中、Ａ-という文字は、アクセプター基を表す。それは、電子吸引性基である。それは、以下の：水素、カルボン酸又はその誘導体、硫酸又はその誘導体、リン酸又はその誘導体、ニトロ、ニトリル、ヘテロ原子（例えば、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ）又は上記へテロ原子の少なくとも１つを有する官能基（例えば、ＯＨ、ＳＨ、ＮＨ等）、炭化水素（飽和又は不飽和）又は置換炭化水素のうちの１つであり得る。
【０１０６】
Ｄ+という文字は、ドナー基を表す。それは、電子供与性基である。それは、以下の：水素、アミン、ＯＨ、ＳＨ、エーテル、炭化水素（飽和又は不飽和）又は置換炭化水素、あるいはヘテロ原子（例えば、Ｂ、Ｓｉ、Ｉ、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ）の少なくとも１つを有する官能基のうちの１つであり得る。ドナーは、分子上のアクセプター基よりも電気陰性が低いか、又は電気陽性が高いという事実により、アクセプターと区別される。
【０１０７】
Ｃｏｎ1及びＣｏｎ2という文字は、１つの分子と別の分子間、又は分子及び固体基板（例えば、金属電極、無機又は有機基板等）間の連結ユニットを表す。それらは、以下の：水素（水素結合を利用する）、多価ヘテロ原子（すなわち、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ等）又はこれらのヘテロ原子を含有する官能基（例えば、ＮＨ、ＰＨ等）、炭化水素（飽和又は不飽和）又は置換炭化水素うちの１つであり得る。
【０１０８】
Ｒ1、Ｒ2、及びＲ3という文字は、分子中に構築されたスペーシング基を表す。これらのスペーサーユニットの機能は、適切な３次元スカフォードを提供して、分子がぎっしり詰まるようにし、同時に各ロータに回転スペースを提供することである。それらは、以下の：水素、炭化水素（飽和又は不飽和）又は置換炭化水素のいずれか１つであり得る。
【０１０９】
Ｇ1、Ｇ2、Ｇ3、Ｇ4、Ｇ5、Ｇ6、Ｇ7、及びＧ8という文字は、ブリッジング基である。これらのブリッジング基の機能は、ステータ及びロータを連結するか、又は２つ又はそれ以上の共役環を連結して、所望の発色団を獲得することである。それらは、以下の：ヘテロ原子（例えば、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ等）又は上記へテロ原子の少なくとも１つを有する官能基（例えば、ＮＨ又はＮＨＮＨ等）、炭化水素（飽和又は不飽和）又は置換炭化水素のいずれか１つであり得る。あるいは、連結子は、酸素原子を用いたエーテル架橋のような単一原子架橋、又はロータ及びステータ間の直接的シグマ結合を含んでもよい。
【０１１０】
Ｊ1及びＪ2という文字は、分子に構築されたチューニング基を表す。これらのチューニング基（例えば、ＯＨ、ＮＨＲ、ＣＯＯＨ、ＣＮ、ニトロ等）の機能は、適切な機能効果（例えば、誘導効果及び共鳴効果）及び／又は立体効果を提供することである。機能効果は、分子のバンドギャップ（ΔＥHOMO/LUMO）を調整して、分子の所望の電子特性ならびに光学特性を獲得することである。立体効果は、立体障害、分子間又は分子内相互作用力（例えば、水素結合、クーロン相互作用、ファンデルワールス力）により分子の立体配座を調整すること、又は分子の配向の双安定性又は多安定性を提供することである。それらは、以下の：水素、ヘテロ原子（例えば、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ、Ｂ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、及びＩ）、上記へテロ原子の少なくとも１つを有する官能基、炭化水素（飽和又は不飽和）又は置換炭化水素のいずれか１つであり得る。
【０１１１】
上記（実施例２ｂ）に示した分子は、分子全体の配向軸に対して平行に内部ロータを用いて設計されている。この場合、外部電界は、分子軸に垂直にかけられ、電極は、分子の長軸に対して平行に向き、上記モデル構造の平面に名目上は直角又は平行であり得る。例えば、上記の上部分子に、磁力線が分子軸に対して直角であり、上方を指している電界をかけると、その図に示したロータを約９０度回転させ、上記の低部分子の図に示すように縁が現れて、またその逆もあり得るだろう。この場合に、図の低部に示したロータは、分子の残部と同一平面でなく、したがって、これは分子のブルーシフト光学状態又は光学状態ＩＩであるのに対して、図の上部に関して、ロータは、分子の残部と同一平面であり、したがって、これは分子のレッドシフト光学状態又は光学状態Ｉである。Ｎ、Ｈ、及びＯという文字は、それらの通常の意味を保有する。
【０１１２】
図９は、実施例１ｂ及び２ｂの分子に類似した分子を表すが、より簡潔に、中間ロータ部分４３２及び２つの末端ステータ部分４３４を含む。実施例１ｂ及び２ｂに示すように、ロータ部分４３２は、双極子を有するロータを与える置換基を提供されるベンゼン環を含む。２つのステータ部分４３４は、それぞれアゾ結合を介してベンゼン環に共有結合され、ステータ部分の両方は芳香環を含む。
【０１１３】
図１０は、ロータ４３２及びステータ４３４すべてが同一平面である平面状態を示す概略図（透視図）である。平面状態では、分子４３０は、完全に共役しており、色を示し（第１の分光又は光学状態）、比較的により高い誘電性である。環の共役は、分子４３０の平面のそれぞれ上方及び下方のπ−軌道雲５００ａ、５００ｂにより説明される。
【０１１４】
また図１１は、ロータ４３２が、同一平面を保っているロータ４３４に関して９０°回転した回転状態を示す概略図（透視図）である。回転状態では、分子４３０の共役は破壊されている。したがって、分子４３０は、透明であり（第２の分光又は光学状態）、比較的より低い導電性である。
【０１１５】
実施例２ｂの分子に関して、分子軸が電極の平面に平行であるように、膜を構築する。これは、厚い複数単層である膜を含んでもよい。分子は、固体状態又は液晶を形成し、そこで大きなステータ基は、分子間相互作用又は支持体構造への直接結合による位置に固定されるが、ロータは、分子の格子内に移動するのに十分小さい。この型の構造は、電界制御ディスプレイを構築するのに使用することができ、又は本明細書の最初のほうに記載した他の用途に使用することができる。
【０１１６】
モデル（２ａ）：バンドの局在化の増加又は減少に付随する電荷分離又は再結合を介した拡張共役の変化により生じる、電界によって引き起こされるバンドギャップ変化
【０１１７】
図１２は、このモデルの概略図であり、それはバンドの局在化の増加又は減少に付随する電荷分離又は再結合を介した拡張共役の変化により生じる、電界によって引き起こされるバンドギャップ変化を含む。図１２に示すように、分子６３０は、２つの部分６３２及び６３４を含む。分子６３０は、π−脱局在化がより小さい、大きなバンドギャップ状態を示す。電界をかけると、分子６３０に電荷分離が生じ、より良好なπ−脱局在化を伴う小さなバンドギャップを生じる結果となる。電荷の再結合は、分子６３０をそのもとの状態に戻す。
【０１１８】
このモデルでは、以下の要件を満たさなければならない：
（ａ）分子は、中程度の誘電率εγを有さなくてはならず、外部電界により容易に分極することができ、εγは、２〜１０の範囲であり、分極電界は、０．０１〜１０Ｖ／ｎｍの範囲である、
（ｂ）分子の少なくとも１つのセグメントは、分子全体もしくは分子の一部にわたって移動することができる、非結合性電子、又はπ−電子、あるいはπ−電子及び非結合性電子を有さなくてはならない、
（ｃ）分子は、対称又は非対称であり得る、
（ｄ）分子の誘導性双極子（複数可）は、少なくとも１つの方向に配向され得る、
（ｅ）電荷は、電界によって引き起こされる分極中に、部分的に又は完全に分離されるであろう、
（ｆ）荷電分離又は再結合の状態は、電界依存性又は双安定性であり、共有結合形成、水素結合、電荷引力、クーロン力、金属錯体、又はルイス酸（塩基）錯体等のような分子間力又は分子内力により安定化され得る。
（ｇ）分子の電荷分離又は再結合のプロセスは、σ−及びπ−結合の破壊又は形成を含むことができるか、又は含むはずがない、及び
（ｈ）電界により活性化される電荷分離又は再結合プロセス中に、分子のバンドギャップは、分子における非結合性電子、又はπ−電子、あるいはπ−電子及び非結合性電子の脱局在化の度合いに依存して変化するであろう。したがって、分子の光学特性及び電気特性の両方は、変化するであろう。
【０１１９】
結合破壊もしくは結合形成を含む電荷分離又は再結合を介した電界によって引き起こされるバンドギャップ変化（色の変化）の一例を以下に示す（実施例３）。
【０１２０】
【化５】
2005506566.tif 000007
【０１２１】
式中、Ｊ1、Ｊ2、Ｊ3、Ｊ4及びＪ5という文字は、分子に構築されたチューニング基を表す。これらのチューニング基（例えば、ＯＨ、ＮＨＲ、ＣＯＯＨ、ＣＮ、ニトロ等）の機能は、適切な機能効果（例えば、誘導効果及び共鳴効果）及び／又は立体効果を提供することである。機能効果は、分子のバンドギャップ（ΔＥHOMO/LUMO）を調整して、分子の所望の電子特性ならびに光学特性を獲得することである。立体効果は、立体障害、分子間又は分子内相互作用力（例えば、水素結合、クーロン相互作用、ファンデルワールス力）により分子の立体配座を調整して、分子の配向の双安定性又は多安定性を提供することである。それらは、以下の：水素、ヘテロ原子（例えば、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ、Ｂ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、及びＩ）、上記へテロ原子の少なくとも１つを有する官能基、炭化水素（飽和又は不飽和）又は置換炭化水素のいずれか１つであり得る。
【０１２２】
Ｇ1いう文字は、ブリッジング基である。ブリッジング基の機能は、２つ又はそれ以上の共役環を連結して、所望の発色団を獲得することである。ブリッジング基は、以下の：ヘテロ原子（例えば、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ等）又は上記へテロ原子の少なくとも１つを有する官能基（例えば、ＮＨ等）、炭化水素又は置換炭化水素のいずれか１つであり得る。
【０１２３】
Ｗという文字は、電子吸引性基である。この基の機能は、この分子のマレイン酸無水物基の反応性を調整し、かけられる外部電界の影響下にて分子が円滑に電荷分離又は再結合（結合破壊又は形成等）を受けることができるようにすることである。電子吸引性基は、以下の：カルボン酸又はその誘導体（例えば、エステル又はアミド等）、ニトロ、ニトリル、ケトン、アルデヒド、スルホン、硫酸又はその誘導体、ヘテロ原子（例えば、Ｆ、Ｃｌ等）又はヘテロ原子（例えば、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｎ、Ｏ、Ｓ等）の少なくとも１つを有する官能基のいずれか１つであり得る。
【０１２４】
分子−金属錯体又は分子−ルイス酸錯体の形成を含む電界によって引き起こされるバンドギャップ変化の例を以下に示す（実施例４）。
【０１２５】
【化６】
2005506566.tif 000008
【０１２６】
式中、Ｊ1、Ｊ2、Ｊ3、Ｊ4及びＪ5という文字は、分子に構築されたチューニング基を表す。これらのチューニング基（例えば、ＯＨ、ＮＨＲ、ＣＯＯＨ、ＣＮ、ニトロ等）の機能は、適切な機能効果（例えば、誘導効果及び共鳴効果の両方）及び／又は立体効果を提供することである。機能効果は、分子のバンドギャップ（ΔＥHOMO/LUMO）を調整して、分子の所望の電子特性ならびに光学特性を獲得することである。立体効果は、立体障害、分子間又は分子内相互作用力（例えば、水素結合、クーロン相互作用、ファンデルワールス力）により分子の立体配座を調整して、分子の配向の双安定性又は多安定性を提供することである。それらは、以下の：水素、ヘテロ原子（例えば、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ、Ｂ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、及びＩ）、上記へテロ原子の少なくとも１つを有する官能基、炭化水素（飽和又は不飽和）又は置換炭化水素のいずれか１つであり得る。
【０１２７】
Ｇ1いう文字は、ブリッジング基である。ブリッジング基の機能は、２つ又はそれ以上の共役環を連結して、所望の発色団を獲得することである。ブリッジング基は、以下の：ヘテロ原子（例えば、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ等）又は上記へテロ原子の少なくとも１つを有する官能基（例えば、ＮＨ等）又は置換炭化水素のいずれか１つであり得る。
【０１２８】
Ｍ+は、遷移金属を含む金属、又はそれらのハロゲン錯体、あるいはＨ+又は他の型のルイス酸（複数可）を表す。
モデル（２ｂ）：電荷分離又は再結合及びπ−結合破壊又は形成を介した拡張共役の変化により生じる、電界によって引き起こされるバンドギャップ変化
図１３は、このモデルの概略図であり、それは電荷分離又は再結合及びπ−結合破壊又は形成を介した拡張共役の変化により生じる、電界によって引き起こされるバンドギャップ変化を含む。図１３に示すように、分子６３０’は、２つの部分６３２’及び６３４’を含む。分子６３０’は、より小さい大きなバンドギャップ状態を示す。電界をかけると、分子６３０’にてπ−結合の破壊が生じ、より大きなバンドギャップ状態を生じる結果となる。電界を逆転させると、２つの部分６３２’及び６３４’間のπ−結合が再結合され、分子６３０’はそのもとの状態に戻る。
【０１２９】
このモデルで満たさなければならない要件は、モデル２（ａ）に関して列挙したのと同じである。
電荷分離（σ結合破壊及びπ−結合形成）を介した拡張共役により生じる、電界によって引き起こされるバンドギャップ変化の一例を以下に示す（実施例５）。
【０１３０】
【化７】
2005506566.tif 000009
【０１３１】
式中、Ｑという文字は、本明細書中では、２つのフェニル環間の連結ユニットを示すために用いられる。それは、以下の：Ｓ、Ｏ、ＮＨ、ＮＲ、炭化水素又は置換炭化水素のいずれか１つであり得る。
【０１３２】
Ｃｏｎ1及びＣｏｎ2という文字は、１つの分子と別の分子間、又は分子及び固体基板（例えば、金属電極、無機又は有機基板等）間の連結基を表す。それらは、以下の：水素（水素結合を介して）、ヘテロ原子（すなわち、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ等）又は上記ヘテロ原子の少なくとも１つを有する官能基（例えば、ＮＨ等）、炭化水素（飽和又は不飽和）又は置換炭化水素うちのいずれか１つであり得る。
【０１３３】
Ｒ1及びＲ2という文字は、分子中に構築されたスペーシング基を表す。これらのスペーサーユニットの機能は、適切な３次元スカフォードを提供して、分子がぎっしり詰まるようにし、同時に各ロータに回転スペースを提供することである。それらは、以下の：水素、炭化水素（飽和又は不飽和）又は置換炭化水素のいずれか１つであり得る。
【０１３４】
Ｊ1、Ｊ2、Ｊ3、及びＪ4という文字は、分子に構築されたチューニング基を表す。これらのチューニング基（例えば、ＯＨ、ＮＨＲ、ＣＯＯＨ、ＣＮ、ニトロ等）の機能は、適切な機能効果（例えば、誘導効果及び共鳴効果の両方）及び／又は立体効果を提供することである。機能効果は、分子のバンドギャップ（ΔＥHOMO/LUMO）を調整して、分子の所望の電子特性ならびに光学特性を獲得することである。立体効果は、立体障害、分子間又は分子内相互作用力（例えば、水素結合、クーロン相互作用、ファンデルワールス力）により分子の立体配座を調整すること、又は分子の配向の双安定性又は多安定性を提供することである。それらはまた、適切な３次元スカフォードを提供して、分子がぎっしり詰まるようにし、同時に各ロータに回転スペースを提供するためのスペーシング基として用いられてもよい。それらは、以下の：水素、ヘテロ原子（例えば、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ、Ｂ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、及びＩ）、上記へテロ原子の少なくとも１つを有する官能基、炭化水素（飽和又は不飽和）又は置換炭化水素のいずれか１つであり得る。
【０１３５】
Ｇ1いう文字は、ブリッジング基である。ブリッジング基の機能は、ステータ及びロータを連結するか、又は２つ又はそれ以上の共役環を連結して、所望の発色団を獲得することである。ブリッジング基は、以下の：ヘテロ原子（例えば、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ等）又は上記へテロ原子の少なくとも１つを有する官能基（例えば、ＮＨ又はＮＨＮＨ等）、炭化水素（飽和又は不飽和）又は置換炭化水素のいずれか１つであり得る。
【０１３６】
Ｗという文字は、電子吸引性基である。この基の機能は、この分子のラクトン基の反応性を調整し、かけられる外部電界の影響下にて分子が円滑に電荷分離又は再結合（結合破壊又は形成等）を受けることができるようにすることである。電子吸引性基は、以下の：カルボン酸又はその誘導体（例えば、エステル又はアミド等）、ニトロ、ニトリル、ケトン、アルデヒド、スルホン、硫酸又はその誘導体、ヘテロ原子（例えば、Ｆ、Ｃｌ等）又はヘテロ原子（例えば、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｎ、Ｏ及びＳ等）の少なくとも１つを有する官能基、炭化水素（飽和又は不飽和）又は置換炭化水素のいずれか１つであり得る。
【０１３７】
一番上の分子構造は、一番下の分子構造よりも小さなバンドギャップ状態を有する。
電荷再結合及びσ結合結合形成を介した拡張π−結合共役の破壊による電界によって引き起こされるバンドギャップ変化の別の例を以下に示す（実施例６）。
【０１３８】
【化８】
2005506566.tif 000010
【０１３９】
式中、Ｑという文字は、本明細書中では、２つのフェニル環間の連結ユニットを示すために用いられる。それは、以下の：Ｓ、Ｏ、ＮＨ、ＮＲ、炭化水素又は置換炭化水素のいずれか１つであり得る。
【０１４０】
Ｃｏｎ1及びＣｏｎ2という文字は、１つの分子と別の分子間、又は分子及び固体基板（例えば、金属電極、無機又は有機基板等）間の連結基を表す。それらは、以下の：水素、ヘテロ原子（すなわち、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ等）又は上記ヘテロ原子の少なくとも１つを有する官能基（例えば、ＮＨ等）、炭化水素（飽和又は不飽和）又は置換炭化水素のいずれか１つであり得る。
【０１４１】
Ｒ1及びＲ2という文字は、分子中に構築されたスペーシング基を表す。これらのスペーサーユニットの機能は、適切な３次元スカフォードを提供して、分子がぎっしり詰まるようにし、同時に各ロータに回転スペースを提供することである。それらは、以下の：水素、炭化水素（飽和又は不飽和）又は置換炭化水素のいずれか１つであり得る。
【０１４２】
Ｊ1、Ｊ2、Ｊ3、及びＪ4という文字は、分子に構築されたチューニング基を表す。これらのチューニング基（例えば、ＯＨ、ＮＨＲ、ＣＯＯＨ、ＣＮ、ニトロ等）の機能は、適切な機能効果（例えば、誘導効果及び共鳴効果の両方）及び／又は立体効果を提供することである。機能効果は、分子のバンドギャップ（ΔＥHOMO/LUMO）を調整して、分子の所望の電子特性ならびに光学特性を獲得することである。立体効果は、立体障害、分子間又は分子内相互作用力（例えば、水素結合、クーロン相互作用、ファンデルワールス力）により分子の立体配座を調整して、分子の配向の双安定性又は多安定性を提供することである。それらはまた、適切な３次元スカフォードを提供して、分子がぎっしり詰まるようにし、同時に各ロータに回転スペースを提供するためのスペーシング基として用いられてもよい。それらは、以下の：水素、ヘテロ原子（例えば、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ、Ｂ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、及びＩ）、上記へテロ原子の少なくとも１つを有する官能基、炭化水素（飽和又は不飽和）又は置換炭化水素のいずれか１つであり得る。
【０１４３】
Ｇ1いう文字は、ブリッジング基である。ブリッジング基の機能は、ステータ及びロータを連結するか、又は２つ又はそれ以上の共役環を連結して、所望の発色団を獲得することである。ブリッジング基は、以下の：ヘテロ原子（例えば、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ等）又は上記へテロ原子の少なくとも１つを有する官能基（例えば、ＮＨ又はＮＨＮＨ等）、炭化水素（飽和又は不飽和）又は置換炭化水素のいずれか１つであり得る。
【０１４４】
Ｗという文字は、電子吸引性基である。この基の機能は、この分子のラクトン基の反応性を調整し、かけられる外部電界の影響下にて分子が円滑に電荷分離又は再結合（結合破壊又は形成等）を受けることができるようにすることである。電子吸引性基は、以下の：カルボン酸又はその誘導体（例えば、エステル又はアミド等）、ニトロ、ニトリル、ケトン、アルデヒド、スルホン、硫酸又はその誘導体、ヘテロ原子（例えば、Ｆ、Ｃｌ等）又はヘテロ原子（例えば、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｎ、Ｏ、Ｓ等）の少なくとも１つを有する官能基、炭化水素（飽和又は不飽和）又は置換炭化水素の少なくとも１つを有する官能基のいずれか１つであり得る。
【０１４５】
ここでもまた、一番上の分子構造は、一番下の分子構造よりも小さなバンドギャップ状態を有する。
【０１４６】
本発明は、インク又は色素分子を変化させて、これまでに記載されているエレクトロクロミック又は色素産生物質とは完全に異なる機構により外部電界を用いて切替え可能な活性装置にする。その概念は、ラクトンのＣ−Ｏ結合が、十分に不安定で、かけられる電界の影響下にて、結合破壊及び形成を受け得る（上記実施例５及び実施例６を参照）、修飾クリスタルバイオレットラクトン型分子を使用することである。
【０１４７】
正の電荷及び負の電荷は、Ｃ−Ｏ結合破壊プロセス中に生成する。得られた電荷は、分離して、かけられる外部電界（分子の上部）又は結合回転（分子の下部）に平行に反対方向に移動するであろう。分子の拡張双極子（上部及び下部）を有する２つの芳香環は、完全に共役し、色（レッドシフト）が生じる（実施例５参照）。しかしながら、分子は、水素結合、クーロン、又は双極子−双極子相互作用のような分子間力及び／又は分子内力、ならびに立体反発を有するように、あるいは不変の外部電界により、この特定配向の両方の電荷を安定化するように設計される。したがって、初期の配向から分子を外すには、大きな電界が必要である。特定配向にいったん切替えられると、分子は、それが消えるまでその配向を保つであろう。
【０１４８】
逆の電界がかけられると（実施例６）、両方の電荷は、逆の外部電界の方向にそれらを再編成する傾向がある。分子の上部の正の電荷は、非結合性電子、又はπ−電子、あるいはπ−電子及び非結合性電子の脱局在化を介して分子の側面から分子の中央部（トリアリールメタン位置）に移動するであろう。同様に、負に荷電した分子の下部は、Ｃ−Ｃ結合回転を介して外部電界のほうに近づいて移動する傾向にあろう。分子設計の重要な構成要素は、分子の下部（負に荷電した領域）が完全な１８０°の半サイクルで回転することを防ぐであろう、ＣＯ2とＪ3基及びＪ4基間の立体及び静電反発が存在することである。その代わりに、初期配向から典型的に９０°の角度にある下部及び上部における嵩高い基の立体的相互作用により、回転は停止される。さらに、この９０°の配向は、Ｃ−Ｏ結合形成及び電荷再結合により安定化される。このプロセス中、トリアリールメタン位置にて四面体炭素（アイソレーター）が形成される。分子の共役は破壊され、ＨＯＭＯ及びＬＵＭＯは、もはや分子の上部全体にわたって脱局在化しない。これは、電子により占有される体積の大きさを縮小する効果を有し、ＨＯＭＯ−ＬＵＭＯギャップを増加させる。ブルーシフトカラー又は透明状態は、このプロセス中に生じるであろう。
【０１４９】
着色インク及び色素分子に関して、まさに分子の片面及び中心位置間での陽電荷移動の制限は、重要である。別の重要な要素は、ステータ（分子の上部）から光学的に有意な角度（名目上、１０°〜１７０°）により分離される２つの状態間のロータ（分子の下部）を切替える能力である。分子内電荷の分離が最大距離に達すると、分子の上部のほとんどの部分が完全に共役するようになる。したがって、分子のπ−電子又はπ−電子及び非結合性電子は、最高被占分子軌道（ＨＯＭＯ）及び最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）により、上部のほとんどの領域にわたって脱局在化される。この効果は、箱（その箱が分子全体の大きさである場合）における量子力学的粒子に関する効果と同一である。すなわち、軌道が脱局在化されると、ＨＯＭＯ及びＬＵＭＯ間のギャップは、比較的小さい。この場合、分子のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯギャップは、インク又は色素の所望の色を得るように設計される。すべて平行な構造に関するＨＯＭＯ−ＬＵＭＯギャップは、分子の種々の芳香環上に様々な化学基（Ｊ1、Ｊ2、Ｊ3、Ｊ4及びＷ）を置換することにより調整することができる。ロータ（分子の下部）が、ロータ及びステータに結合した化学置換基（Ｊ1、Ｊ2、Ｊ3、Ｊ4及びＷ）の性質に依存してステータ（分子の上部）に関して１０°〜１７０°で回転する場合には、ＨＯＭＯ−ＬＵＭＯギャップの増加は、すべて平面の構造の色に関してブルーシフトである色に対応するであろう。十分シフトすると、新たなＨＯＭＯ−ＬＵＭＯギャップが十分に大きいのであれば、分子が透明になる。したがって、分子は、２つの色の間を、又はある色から透明状態へ切替え可能である。
【０１５０】
実施例５及び６は、外部からかけられる電界の影響下における代表的な切替え可能な分子の２つの異なる状態を示す。この特定型の分子に関して、十分に厚い分子膜は、分子の配向軸が分子を切替えるのに用いる電極の平面に対して直角であるように、例えば、ラングミア・ブロジェッドの技法、気相堆積、又は電気化学的堆積を用いて成長させる。別の堆積技法は、基板上に厚膜被覆（例えば、リバースロール）又はスピン被覆され、続いて重合されるか（例えば、ＵＶ照射による）、又は乾燥され、分子を配向させる電界にその被覆をさらす、モノマー／オリゴマー又は溶媒系溶液として分子を懸濁することである。最上部の電極は、インジウム−酸化錫のような透明な導体であってもよく、膜は、分子軸が電極の平面に平行であるように成長させる。分子は、固体状態又は液晶を形成し、そこで大きなステータ基は、分子間相互作用又は支持体構造への直接結合による位置に固定されるが、ロータは、分子の格子内に移動するのに十分小さい。
【０１５１】
モデル（３）：分子の折りたたみ又は延伸を介した電界によって引き起こされるバンドギャップ変化
図１４は、このモデルの概略図であり、それは分子の折りたたみ又は延伸を介した拡張共役の変化により生じる電界によって引き起こされるバンドギャップ変化を含む。図１４に示すように、分子７３０は、３つの部分７３２、７３４及び７３６を含む。分子７３０は、分子の大きな領域による拡張共役に起因したより小さいバンドギャップ状態を示す。電界をかけると、中央の部分７３４に関する分子の折りたたみに起因して、分子７３０にて共役の破壊が生じ、分子の大きな領域における非拡張共役に起因したより大きなバンドギャップ状態を生じる結果となる。逆に電界をかけると、分子７３０は広がり分子７３０はそのもとの状態に戻る。分子７３０の中央部７３４の延伸及び弛緩は、同じ効果を有する。
【０１５２】
このモデルでは、以下の要件を満たさなければならない：
（ａ）分子は、少なくとも２つのセグメントを有さなくてはならない、
（ｂ）幾つかのセグメント（部分）は、ＨＯＭＯ、ＬＵＭＯ、及びその近傍の軌道に関与する非結合性電子、又はπ−電子、あるいはπ−電子及び非結合性電子を有するべきである、
（ｃ）分子は、対称であるか、又は片側にドナー基及び別の側にアクセプター基を伴う非対称であり得る、
（ｄ）分子の少なくとも１つのセグメントは、水素結合、ファンデルワールス力、クーロン引力もしくは金属錯体形成のような分子内力又は分子間力により、折りたたみ状態又は延伸状態の両方を安定化するのを助長するであろう幾つかの官能基を有する、
（ｅ）分子の折りたたみ状態又は延伸状態は、電界によりアドレス指定可能でなくてはならない、
（ｆ）少なくとも１つの状態では（推定では完全に延伸した状態にて）、分子の非結合性電子、又はπ−電子、あるいはπ−電子及び非結合性電子は、十分脱局在化され、分子のπ−電子及びｐ−電子は、他の状態（複数可）では局在化されるか、又は部分的にのみ脱局在化されるであろう、
（ｇ）分子のバンドギャップは、非結合性電子、又はπ−電子、あるいはπ−電子及び非結合性分子の脱局在化の度合いに依存して変化する一方で、分子は、かけられた外部電界により折りたたまれるか又は延伸され、この型の変化も又同様に、分子の電気特性又は光学特性に影響を及ぼすであろう、
（ｈ）この特徴は、光学又は電気スイッチ、ゲート、蓄積又はディスプレイ用途のために、これらの型の分子を適用させ得る。
分子の折りたたみ又は延伸を介した電界によって引き起こされるバンドギャップ変化の例を以下に示す（実施例７）。
【０１５３】
【化９】
2005506566.tif 000011
【０１５４】
式中、Ｒ1及びＲ2という文字は、分子中に構築されたスペーシング基を表す。それらは、以下の：水素、炭化水素（飽和又は不飽和）又は置換炭化水素のいずれか１つであり得る。
【０１５５】
Ｊ1、Ｊ2、Ｊ3、Ｊ4及びＪ5という文字は、分子に構築されたチューニング基を表す。これらのチューニング基（例えば、ＯＨ、ＮＨＲ、ＣＯＯＨ、ＣＮ、ニトロ等）の機能は、適切な機能効果（例えば、誘導効果及び共鳴効果の両方）及び／又は立体効果を提供するために使用される。機能効果は、分子のバンドギャップ（ΔＥHOMO/LUMO）を調整して、分子の所望の電子特性ならびに光学特性を獲得することである。立体効果は、立体障害、分子間又は分子内相互作用力（例えば、水素結合、クーロン相互作用、ファンデルワールス力）により分子の立体配座を調整して、分子の配向の双安定性又は多安定性を提供することである。それらはまた、スペーシング基として用いられてもよい。それらは、以下の：水素、ヘテロ原子（例えば、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ、Ｂ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、及びＩ）、上記へテロ原子の少なくとも１つを有する官能基、炭化水素（飽和又は不飽和）又は置換炭化水素のいずれか１つであり得る。
【０１５６】
Ｙ及びＺという文字は、分子間又は分子内水素結合を形成するであろう官能基である。それらは、以下の：ＳＨ、ＯＨ、アミン、炭化水素、又は置換炭化水素のいずれか１つであり得る。
【０１５７】
図の上部の分子は、分子の局在化した共役の様々な部分に起因したより大きなバンドギャップを有し、一方下部の分子は、分子の大きな領域により拡張共役に起因してより小さなバンドギャップを有する。
【図面の簡単な説明】
【０１５８】
【図１ＡＡ】本発明の概略図である。
【図１ＢＢ】図１ＡＡに示されるような本発明の別の実施形態の概略図である。
【図２ＡＡ】図１ＡＡ及び図１ＢＢに示されるような本発明の簡略化されたブロック図である。
【図３ＡＡ】図１ＡＡに示されるような本発明の利用法の格納−引出しステップの一連の図である。
【図３ＢＢ】図１ＡＡに示されるような本発明の利用法の格納−引出しステップの一連の図である。
【図４ＡＡ】図２ＡＡに示されるような本発明による典型的なプリントヘッド電極の図である。
【図４ＢＢ】図２ＡＡに示されるような本発明による、図４ＡＡに対する別の実施形態の典型的なプリントヘッド電極の図である。
【図５ＡＡ】図１ＡＡ及び図１ＢＢの実施態様に対する別の実施態様を示す本発明の別の実施形態の概略図である。
【図６ＡＡ】図１ＡＡ及び図１ＢＢの実施態様に対する別の実施態様を示す本発明のさらに別の実施形態の概略図である。
【図７ＡＡ】本発明によるインターネット上でビジネスを行うための方法及び装置のためのブロック図である。
【図８】分子立体配座変化を介した電界によって引き起こされるバンドギャップ変化を説明する概念図である。
【図９】分子立体配座変化を介した電界によって引き起こされるバンドギャップ変化に伴う分子の状態を説明する概念図である。
【図１０】分子立体配座変化を介した電界によって引き起こされるバンドギャップ変化に伴う分子の状態を説明する概念図である。
【図１１】分子立体配座変化を介した電界によって引き起こされるバンドギャップ変化に伴う分子の状態を説明する概念図である。
【図１２】バンドの局在化を増加又は減少させることにより付随する電荷分離又は再結合を介した拡張共役の変化により生じる、電界によって引き起こされるバンドギャップ変化を説明する概念図である。
【図１３】電荷分離又は再結合及びπ−結合破壊又は形成を介した拡張共役の変化により生じる、電界によって引き起こされるバンドギャップ変化を説明する概念図である。
【図１４】分子の折りたたみ又は延伸を介した電界によって引き起こされるバンドギャップ変化を説明する概念図である。
【図１ＡＡ】
2005506566.tif 000012
【図１ＢＢ】
2005506566.tif 000013
【図２ＡＡ】
2005506566.tif 000014
【図３ＡＡ】
2005506566.tif 000015
【図３ＢＢ】
2005506566.tif 000016
【図３ＣＣ】
2005506566.tif 000017
【図４ＡＡ】
2005506566.tif 000018
【図４ＢＢ】
2005506566.tif 000019
【図５ＡＡ】
2005506566.tif 000020
【図６ＡＡ】
2005506566.tif 000021
【図７ＡＡ】
2005506566.tif 000022
【図８】
2005506566.tif 000023
【図９】
2005506566.tif 000024
【図１０】
2005506566.tif 000025
【図１１】
2005506566.tif 000026
【図１２】
2005506566.tif 000027
【図１３】
2005506566.tif 000028
【図１４】
2005506566.tif 000029
【国際公開パンフレット】
2005506566.tif 000030
2005506566.tif 000031
2005506566.tif 000032
2005506566.tif 000033
2005506566.tif 000034
2005506566.tif 000035
2005506566.tif 000036
2005506566.tif 000037
2005506566.tif 000038
2005506566.tif 000039
2005506566.tif 000040
2005506566.tif 000041
2005506566.tif 000042
2005506566.tif 000043
2005506566.tif 000044
2005506566.tif 000045
2005506566.tif 000046
2005506566.tif 000047
2005506566.tif 000048
2005506566.tif 000049
2005506566.tif 000050
2005506566.tif 000051
2005506566.tif 000052
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2005506566.tif 000054
2005506566.tif 000055
2005506566.tif 000056
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2005506566.tif 000058
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2005506566.tif 000060
2005506566.tif 000061
2005506566.tif 000062
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2005506566.tif 000066
2005506566.tif 000067
2005506566.tif 000068
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2005506566.tif 000070
2005506566.tif 000071
2005506566.tif 000072
2005506566.tif 000073
2005506566.tif 000074
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005506566.tif 000075
2005506566.tif 000076
【国際調査報告】
2005506566.tif 000077
2005506566.tif 000078
2005506566.tif 000079
2005506566.tif 000080
2005506566.tif 000081
2005506566.tif 000082
2005506566.tif 000083
2005506566.tif 000084