(57)【要約】電子インクあるいは他の視認ディスプレイとして用いるための、好ましくは双安定であり、一対の電極によって生成される電界内で構成される電界起動式の分子システムが提供される。その分子システムは、化学結合の変化を通して電子の共役の延在（可逆的あるいは不可逆的に）変化させ、バンドギャップを変化させることによって生じる電界誘起のバンドギャップ変化を有し、第１の状態では、その分子システム全体を通して大きな共役が存在し、結果としてバンドギャップが相対的に小さくなり、第２の状態では、その大きな共役が破壊され、結果としてバンドギャップが相対的に大きくなる。大きな共役を変化させることは、（１）分子内の電子の局在性を増減することに伴って引き起こされる電荷の分離あるいは再結合、（２）電荷の分離あるいは再結合およびπ結合の破壊あるいは形成による大きな共役の変化のうちの一方において達成されることができる。その分子システムの主な利点は、コントラストが改善されることである。本発明の着色剤は分子であり、それゆえ実効的には単分子の平面性を有するので、着色剤からの後部反射あるいは余分な散乱はないであろう。本発明の第２の利点は、解像度が改善されることである。最後に、本発明の各分子は、その色状態のいずれか一方を安定化させるように保持するであろう。
2005525583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極によって生成される電界内で構成される電界起動式の分子システムを含む視認ディスプレイのための切替え可能媒体であって、前記分子システムは化学結合の変化を通して分子内に延在する電子の共役を可逆的あるいは不可逆的に変化させ、バンドギャップを変化させることによって生じる電界誘起のバンドギャップ変化を有し、第１の状態では、前記分子システム全体を通して大きな共役が存在し、結果としてバンドギャップが相対的に小さくなり、第２の状態では、前記大きな共役が破壊され、結果として前記バンドギャップが相対的に大きくなる、一対の電極によって生成される電界内で構成される電界起動式の分子システムを含む視認ディスプレイのための切替え可能媒体。
【請求項２】
前記大きな共役の前記変化は、分子の電子状態の局在性を増減することに伴って引き起こされる電荷の分離あるいは再結合によって達成される請求項１に記載の切替え可能媒体。
【請求項３】
前記分子システムは以下の状態変化、すなわち
【化１】
2005525583.tif 000009
を含み、
ただし、Ｊ1、Ｊ2、Ｊ3、Ｊ4およびＪ5は、誘導効果、共鳴効果および立体効果からなるグループから選択される少なくとも１つの適当な機能的効果を与える調整基であり、該調整基は、（ａ）水素と、（ｂ）Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ、Ｂ、Ｆ、Ｃｌ、ＢｒおよびＩからなるグループから選択されるヘテロ原子と、（ｃ）該ヘテロ原子のうちの少なくとも１つを有する官能基と、（ｄ）飽和あるいは不飽和炭化水素と、（ｅ）置換炭化水素とからなるグループから選択され、
Ｇ1は、少なくとも２つの共役環を接続して所望の発色団を達成するブリッジング基であり、該ブリッジング基は、（ａ）Ｎ、Ｏ、ＳおよびＰからなるグループから選択されるヘテロ原子と、（ｂ）該ヘテロ原子のうちの少なくとも１つを有する官能基と、（ｃ）飽和あるいは不飽和炭化水素と、（ｄ）置換炭化水素とからなるグループから選択され、
Ｗは、前記電界がかけられる際に前記分子システムが円滑な電荷の分離あるいは再結合を受けることができるようにする、前記分子システムの無水マレイン酸基の反応性を調整する電子求引基であり、該電子求引基は、（ａ）カルボン酸およびその誘導体と、（ｂ）ニトロと、（ｃ）ニトリルと、（ｄ）ケトンと、（ｅ）アルデヒドと、（ｆ）スルホンと、（ｇ）硫酸およびその誘導体と、（ｈ）Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｎ、ＯおよびＳからなるグループから選択されるヘテロ原子と、（ｉ）該ヘテロ原子のうちの少なくとも１つを有する官能基とからなるグループから選択される請求項２に記載の切替え可能媒体。
【請求項４】
前記分子システムは以下の状態変化、すなわち
【化２】
2005525583.tif 000010
を含み、
ただし、Ｊ1、Ｊ2、Ｊ3、Ｊ4およびＪ5は、誘導効果、共鳴効果および立体効果からなるグループから選択される少なくとも１つの適当な機能的効果を与える調整基であり、該調整基は、（ａ）水素と、（ｂ）Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ、Ｂ、Ｆ、Ｃｌ、ＢｒおよびＩからなるグループから選択されるヘテロ原子と、（ｃ）該ヘテロ原子のうちの少なくとも１つを有する官能基と、（ｄ）飽和あるいは不飽和炭化水素と、（ｅ）置換炭化水素とからなるグループから選択され、
Ｇ1は、少なくとも２つの共役環を接続して所望の発色団を達成するブリッジング基であり、該ブリッジング基は、（ａ）Ｎ、Ｏ、ＳおよびＰからなるグループから選択されるヘテロ原子と、（ｂ）該ヘテロ原子のうちの少なくとも１つを有する官能基と、（ｃ）飽和あるいは不飽和炭化水素と、（ｄ）置換炭化水素とからなるグループから選択され、
Ｍ+は遷移金属、そのハロゲン複合体、Ｈ+およびルイス酸からなるグループから選択される請求項２に記載の切替え可能媒体。
【請求項５】
前記大きな共役の前記変化は、電荷の分離あるいは再結合およびπ結合の破壊あるいは形成を通して前記分子の電子状態の前記共役の延在を変化させることにより達成される請求項１に記載の切替え可能媒体。
【請求項６】
前記分子システムは十分に不安定なラクトンのＣ−Ｏ結合を含み、電界がかけられる際に結合の破壊あるいは形成を受けることができ、それにより、化学結合の変化を通して前記電子の共役の前記変化を誘起し、前記バンドギャップを変化させる請求項５に記載の切替え可能媒体。
【請求項７】
前記分子システムは以下の状態変化、すなわち
【化３】
2005525583.tif 000011
を含み、
ただし、Ｑは２つのフェニル環の間の接続ユニットであり、Ｓ、Ｏ、ＮＨ、ＮＲ、炭化水素あるいは置換炭化水素からなるグループから選択され、
Ｃｏｎ1およびＣｏｎ2は、１つの分子と別の分子との間、あるいは１つの分子と１つの固体基板との間の任意選択の接続ユニットであり、該接続ユニットは、（ａ）水素（水素結合を利用する）と、（ｂ）Ｃ、Ｎ、Ｏ、ＳおよびＰからなるグループから選択される多価ヘテロ原子と、（ｃ）該ヘテロ原子を含む官能基と、（ｄ）飽和あるいは不飽和炭化水素と、（ｅ）置換炭化水素とからなるグループから個別に選択され、
Ｒ1およびＲ2は、前記分子の一部のための回転空間を設けながら、適当な３次元の足場を設け、分子を詰め込むことができるようにするのに用いられるスペーシング基であり、該スペーシング基は、（ａ）水素と、（ｂ）飽和あるいは不飽和炭化水素と、（ｃ）置換炭化水素とからなるグループから個別に選択され、
Ｊ1、Ｊ2、Ｊ3およびＪ4は、誘導効果、共鳴効果および立体効果からなるグループから選択される少なくとも１つの適当な機能的効果を与える調整基であり、該調整基は、（ａ）水素と、（ｂ）Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ、Ｂ、Ｆ、Ｃｌ、ＢｒおよびＩからなるグループから選択されるヘテロ原子と、（ｃ）該ヘテロ原子のうちの少なくとも１つを有する官能基と、（ｄ）飽和あるいは不飽和炭化水素と、（ｅ）置換炭化水素とからなるグループから選択され、
Ｇ1は、少なくとも２つの共役環を接続して所望の発色団を達成するブリッジング基であり、該ブリッジング基は、（ａ）Ｎ、Ｏ、ＳおよびＰからなるグループから選択されるヘテロ原子と、（ｂ）該ヘテロ原子のうちの少なくとも１つを有する官能基と、（ｃ）飽和あるいは不飽和炭化水素と、（ｄ）置換炭化水素とからなるグループから選択され、
Ｗは、前記電界がかけられる際に前記分子システムが円滑な電荷の分離あるいは再結合を受けることができるようにする、前記分子システムの無水マレイン酸基の反応性を調整するための電子求引基であり、該電子求引基は、（ａ）カルボン酸およびその誘導体と、（ｂ）ニトロと、（ｃ）ニトリルと、（ｄ）ケトンと、（ｅ）アルデヒドと、（ｆ）スルホンと、（ｇ）硫酸およびその誘導体と、（ｈ）Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｎ、ＯおよびＳからなるグループから選択されるヘテロ原子と、（ｉ）該ヘテロ原子のうちの少なくとも１つを有する官能基とからなるグループから選択される請求項６に記載の切替え可能媒体。
【請求項８】
前記分子システムは以下の状態変化、すなわち
【化４】
2005525583.tif 000012
を含み、
ただし、Ｑは２つのフェニル環の間の接続ユニットであり、Ｓ、Ｏ、ＮＨ、ＮＲ、炭化水素あるいは置換炭化水素からなるグループから選択され、
Ｃｏｎ1およびＣｏｎ2は、１つの分子と別の分子との間、あるいは１つの分子と１つの固体基板との間のオプションの接続ユニットであり、該接続ユニットは、（ａ）水素（水素結合を利用する）と、（ｂ）Ｃ、Ｎ、Ｏ、ＳおよびＰからなるグループから選択される多価ヘテロ原子と、（ｃ）該ヘテロ原子を含む官能基と、（ｄ）飽和あるいは不飽和炭化水素と、（ｅ）置換炭化水素とからなるグループから個別に選択され、
Ｒ1、Ｒ2は、前記分子の一部のための回転空間を設けながら、適当な３次元の足場を設け、分子を詰め込むことができるようにするのに用いられるスペーシング基であり、該スペーシング基は、（ａ）水素と、（ｂ）飽和あるいは不飽和炭化水素と、（ｃ）置換炭化水素とからなるグループから個別に選択され、
Ｊ1、Ｊ2、Ｊ3およびＪ4は、誘導効果、共鳴効果および立体効果からなるグループから選択される少なくとも１つの適当な機能的効果を与える調整基であり、該調整基は、（ａ）水素と、（ｂ）Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ、Ｂ、Ｆ、Ｃｌ、ＢｒおよびＩからなるグループから選択されるヘテロ原子と、（ｃ）該ヘテロ原子のうちの少なくとも１つを有する官能基と、（ｄ）飽和あるいは不飽和炭化水素と、（ｅ）置換炭化水素とからなるグループから選択され、
Ｇ1は、少なくとも２つの共役環を接続して所望の発色団を達成するブリッジング基であり、該ブリッジング基は、（ａ）Ｎ、Ｏ、ＳおよびＰからなるグループから選択されるヘテロ原子と、（ｂ）該ヘテロ原子のうちの少なくとも１つを有する官能基と、（ｃ）飽和あるいは不飽和炭化水素と、（ｄ）置換炭化水素とからなるグループから選択され、
Ｗは、前記電界がかけられる際に前記分子システムが円滑な電荷の分離あるいは再結合を受けることができるようにする、前記分子システムの無水マレイン酸基の反応性を調整する電子求引基であり、該電子求引基は、（ａ）カルボン酸およびその誘導体と、（ｂ）ニトロと、（ｃ）ニトリルと、（ｄ）ケトンと、（ｅ）アルデヒドと、（ｆ）スルホンと、（ｇ）硫酸およびその誘導体と、（ｈ）Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｎ、ＯおよびＳからなるグループから選択されるヘテロ原子と、（ｉ）該ヘテロ原子のうちの少なくとも１つを有する官能基とからなるグループから選択される請求項６に記載の切替え可能媒体。
【請求項９】
前記分子システムは以下の状態変化、すなわち
【化５】
2005525583.tif 000013
を含み、
ただし、Ｑは２つのフェニル環の間の接続ユニットであり、Ｓ、Ｏ、ＮＨ、ＮＲ、炭化水素あるいは置換炭化水素からなるグループから選択され、
Ｃｏｎ1およびＣｏｎ2は、１つの分子と別の分子の間の、あるいは１つの分子と１つの固体基板との間のオプションの接続ユニットであり、該接続ユニットは、（ａ）水素（水素結合を利用する）と、（ｂ）Ｃ、Ｎ、Ｏ、ＳおよびＰからなるグループから選択される多価ヘテロ原子と、（ｃ）該ヘテロ原子を含む官能基と、（ｄ）飽和あるいは不飽和炭化水素と、（ｅ）置換炭化水素とからなるグループから個別に選択され、
Ｒ1およびＲ2は、前記分子の一部のための回転空間を設けながら、適当な３次元の足場を設け、分子を詰め込むことができるようにするのに用いられるスペーシング基であり、該スペーシング基は、（ａ）水素と、（ｂ）飽和あるいは不飽和炭化水素と、（ｃ）置換炭化水素とからなるグループから個別に選択され、
Ｊ1、Ｊ2、Ｊ3、Ｊ4およびＪ5は、誘導効果、共鳴効果および立体効果からなるグループから選択される少なくとも１つの適当な機能的効果を与える調整基であり、該調整基は、（ａ）水素と、（ｂ）Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ、Ｂ、Ｆ、Ｃｌ、ＢｒおよびＩからなるグループから選択されるヘテロ原子と、（ｃ）該ヘテロ原子のうちの少なくとも１つを有する官能基と、（ｄ）飽和あるいは不飽和炭化水素と、（ｅ）置換炭化水素とからなるグループから選択され、
Ｇ1は、少なくとも２つの共役環を接続して所望の発色団を達成するブリッジング基であり、該ブリッジング基は、（ａ）Ｎ、Ｏ、ＳおよびＰからなるグループから選択されるヘテロ原子と、（ｂ）該ヘテロ原子のうちの少なくとも１つを有する官能基と、（ｃ）飽和あるいは不飽和炭化水素と、（ｄ）置換炭化水素とからなるグループから選択され、
Ｗは、前記電界がかけられる際に前記分子システムが円滑な電荷の分離あるいは再結合を受けることができるようにする、前記分子システムの無水マレイン酸基の反応性を調整するための電子求引基であり、該電子求引基は、（ａ）カルボン酸およびその誘導体と、（ｂ）ニトロと、（ｃ）ニトリルと、（ｄ）ケトンと、（ｅ）アルデヒドと、（ｆ）スルホンと、（ｇ）硫酸およびその誘導体と、（ｈ）Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｎ、ＯおよびＳからなるグループから選択されるヘテロ原子と、（ｉ）該ヘテロ原子のうちの少なくとも１つを有する官能基とからなるグループから選択される請求項６に記載の切替え可能媒体。
【請求項１０】
前記分子システムは以下の状態変化、すなわち
【化６】
2005525583.tif 000014
を含み、
ただし、Ｑは２つのフェニル環の間の接続ユニットであり、Ｓ、Ｏ、ＮＨ、ＮＲ、炭化水素あるいは置換炭化水素からなるグループから選択され、
Ｃｏｎ1およびＣｏｎ2は、１つの分子と別の分子との間、あるいは１つの分子と１つの固体基板との間のオプションの接続ユニットであり、該接続ユニットは、（ａ）水素（水素結合を利用する）と、（ｂ）Ｃ、Ｎ、Ｏ、ＳおよびＰからなるグループから選択される多価ヘテロ原子と、（ｃ）該ヘテロ原子を含む官能基と、（ｄ）飽和あるいは不飽和炭化水素と、（ｅ）置換炭化水素とからなるグループから個別に選択され、
Ｒ1、Ｒ2は、前記分子の一部のための回転空間を設けながら、適当な３次元の足場を設け、分子を詰め込むことができるようにするのに用いられるスペーシング基であり、該スペーシング基は、（ａ）水素と、（ｂ）飽和あるいは不飽和炭化水素と、（ｃ）置換炭化水素とからなるグループから個別に選択され、
Ｊ1、Ｊ2、Ｊ3、Ｊ4およびＪ5は、誘導効果、共鳴効果および立体効果からなるグループから選択される少なくとも１つの適当な機能的効果を与える調整基であり、該調整基は、（ａ）水素と、（ｂ）Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ、Ｂ、Ｆ、Ｃｌ、ＢｒおよびＩからなるグループから選択されるヘテロ原子と、（ｃ）該ヘテロ原子のうちの少なくとも１つを有する官能基と、（ｄ）飽和あるいは不飽和炭化水素と、（ｅ）置換炭化水素とからなるグループから選択され、
Ｇ1は、少なくとも２つの共役環を接続して所望の発色団を達成するブリッジング基であり、該ブリッジング基は、（ａ）Ｎ、Ｏ、ＳおよびＰからなるグループから選択されるヘテロ原子と、（ｂ）該ヘテロ原子のうちの少なくとも１つを有する官能基と、（ｃ）飽和あるいは不飽和炭化水素と、（ｄ）置換炭化水素とからなるグループから選択され、
Ｗは、前記電界がかけられる際に前記分子システムが円滑な電荷の分離あるいは再結合を受けることができるようにする、前記分子システムの無水マレイン酸基の反応性を調整する電子求引基であり、該電子求引基は、（ａ）カルボン酸およびその誘導体と、（ｂ）ニトロと、（ｃ）ニトリルと、（ｄ）ケトンと、（ｅ）アルデヒドと、（ｆ）スルホンと、（ｇ）硫酸およびその誘導体と、（ｈ）Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｎ、ＯおよびＳからなるグループから選択されるヘテロ原子と、（ｉ）該ヘテロ原子のうちの少なくとも１つを有する官能基とからなるグループから選択される請求項６に記載の切替え可能媒体。
【請求項１１】
前記分子システムは双安定であり、不揮発性の構成要素を提供する請求項１に記載の切替え可能媒体。
【請求項１２】
前記分子システムは種々の状態間に基本的には低い活性化障壁を有し、高速であるが、揮発性のスイッチを提供する請求項１に記載の切替え可能媒体。
【請求項１３】
前記分子システムは、３つ以上の切替え可能な状態を有し、それによって、揮発性スイッチを形成するために減少あるいは増加する電界をかけることにより前記分子システムの光学的特性が絶えず調整されることができるようにするか、少なくとも１つの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色が急激に変更されるようにする請求項１に記載の切替え可能媒体。
【請求項１４】
前記分子システムは、透明状態と有色状態との間で、あるいは１つの有色状態と別の有色状態との間で変化する請求項１に記載の切替え可能媒体。
【請求項１５】
請求項１に記載の切替え可能媒体を含む電子インク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は包括的には電子インクのような視認ディスプレイへの応用形態に関し、より詳細には、光学切替えを提供する分子システムに関する。本発明の教示によれば、マイクロメートルあるいはサブマイクロメートルの臨界寸法を有する光学素子を構成することができる。
【０００２】
電子インクあるいはＥインクとして知られる技術で形成されるフレキシブルディスプレイは商品開発の過程にある。早期のものは、前方の事故を警告するために高速道路の端に置かれていたり、あるいはコンビニエンスストアにおいて特売を広告したりすることができる簡単なディスプレイの類似品になることが期待されていたが、後期のものは、紙のようなページを有し、動画を表示する電子ブック、自ら更新する新聞、携帯電話用の再利用可能なペーパディスプレイ、使い捨てのＴＶ画面、さらには電子壁紙に繋がることが期待されている。
【０００３】
現時点で知られている競合技術として、E  Ink社の電気泳動ディスプレイおよびXerox社のジリコン球体の２つがある。
【０００４】
電気泳動ディスプレイは、たとえば、２０００年１月２５日に出願の「Multi-Color Electrophoretic Displays and Materials for Making the Same」というタイトルの米国特許第６，０１７，５８４号、および２０００年５月２３日に出願の「Process for Creating an Encapsulated Electrophoretic Display」というタイトルの米国特許第６，０６７，１８５号に開示される。
【０００５】
カプセル型電気泳動ディスプレイは一般的には、光を吸収あるいは散乱する１つあるいは複数の化学種の粒子を含む。一例は、着色された懸濁媒体内に分散された、電気泳動によって移動する１つあるいは複数の化学種の粒子がカプセルに収容されたシステムである。別の例は、透明な懸濁流体内に懸濁される２つの個別の化学種の粒子がカプセルに収容されたシステムであり、一方の化学種の粒子が光を吸収し（黒色）、他方の化学種の粒子が光を散乱する（白色）。３つ以上の化学種の粒子、染料を用いるものあるいは用いないものなどを含む他の拡張も実現可能である。その粒子は一般的に固体顔料、着色された粒子、あるいは顔料／ポリマー複合材料である。
【０００６】
ジリコン球体は、Xerox社に対して書面において付与され譲渡された多数の特許に開示される。１つのそのような特許の例は、１９９９年１１月９日に付与された「Fabrication of Twisting Ball Display Having Two or More Different Kinds of Balls」というタイトルの米国特許第５，８９２，３４６号である。
【０００７】
ツイストボールディスプレイ、ロータリボールディスプレイ、粒子ディスプレイ、双極粒子光バルブなどとも呼ばれるジリコンは、１つの形態の電子ペーパを製造するための技術を提供する。簡単に言うと、ジリコンは、それぞれ観測者に所望の面を見せるように選択的に回転させることができる複数の光学的に異方性のボールから形成されるアドレス指定可能なディスプレイである。したがって、少なくとも１つのバージョンでは、ジリコンは、半球体がそれぞれ(hemispherically)黒色および白色に着色され、その半球体がそれぞれ逆のζ電位を有する固体マイクロスフェアである。各ジリコンは、外部からかけられる電界に暴露される際に、媒体内に形成される、誘電性のオイルで満たされたマイクロキャビティ内で回転する。
【０００８】
電気泳動インクおよびジリコンのいずれもが抱える主な欠点は、コントラストが小さいことである。半球体毎に着色されたマイクロスフェア、すなわちマイクロカプセルは、十分に３次元であるとき、後部反射および散乱があり、観察者に向かって反射される暗色および白色画像のコントラストを低下する。
【０００９】
電気泳動インクおよびジリコン解決手法のいずれもが抱える第２の欠点は、画像の解像度が制限されることである。いずれの解決手法とも、実用的なマイクロカプセルあるいはマイクロスフェア直径が約２０〜４０マイクロメートルに制限される。電気泳動インクマイクロカプセルは、各マイクロカプセル内で適度な色の対比と不透明度とを与えるほど十分に着色された着色剤をマイクロカプセル化する必要があることにより制限される。ジリコン球体は、水の中で混ざり合った着色された液滴からマイクロスフェアを形成するための熱質量要件によって制限される。レーザプリンタにおいて用いられるトナー着色剤に対しては、約５〜１０マイクロメートルのマイクロスフェア直径が望ましく、それが一般的である。
【００１０】
以前の解決手法はそれぞれ、水ではなく、低誘電性の液体（オイル）を用いなければならない。水はイオン種のための優れた溶媒であるので、水溶液は導電性であり、通常であれば着色剤を電気泳動により動かすことができる電界を崩壊させるであろう。着色剤切替え時間および電圧はオイルの粘度に依存し、その粘度は周囲温度が低下することにより悪影響を及ぼされる。
【００１１】
最後に、従来技術の着色剤は、マイクロカプセル組成物に起因して機械的な耐久性が低い。マイクロカプセル製造工程は一般的に、容易に破壊される、通常はカプセル直径の１０％のミクロンスケールの薄いカプセル壁を生成する。この要因が、外部からの圧力あるいは溶媒和作用（たとえば、ノーカーボン紙）を加えて、封入された流体を運ぶために、通常はマイクロカプセルが用いられる理由である。その脆弱性のゆえに、折りたたんで、表面が接触するのが一般的である電子ペーパにマイクロカプセルを適用するのはあまり相応しくない。
【００１２】
したがって、紙上のインクと同等の画像コントラストと機械的耐久性とを有し、化学的酸化および／または還元を避け、第１の状態から第２の状態に適度な速度で切り替えられるようにし、リアルタイムあるいは映像速度のディスプレイに適用できるように可逆的であり、Ｅインクのような種々の光学ディスプレイへの応用形態において用いることができる分子システムが必要とされる。
【００１３】
［発明の開示］
本発明によれば、一対の電極によって生成される電界内で構成される電界起動式の双安定あるいは電界依存分子システムを含む視認ディスプレイのための切替え可能な媒体が提供される。その分子システムは、化学結合を変化させることにより分子内に延在する共役を変化させ（可逆的あるいは不可逆的に）、結果としてバンドギャップを変化させる、電界誘起のバンドギャップ変化を有する。言い換えると、その分子システムは、電界がかけられる際に結合の破壊あるいは形成を受けることができ、それにより分子システム内のバンドギャップ変化を引き起こし、第１の状態では、分子システム全体にわたって大きな共役が存在し、結果としてバンドギャップが相対的に小さくなり、第２の状態では、大きな共役が破壊され、結果としてバンドギャップが相対的に大きくなる。大きな共役を変化させることは、以下の方法のうちの１つにおいて達成することができる。
（１）分子の電子状態の局在性を増減することに伴って引き起こされる電荷の分離あるいは再結合。
（２）電荷の分離あるいは再結合およびπ結合の破壊あるいは形成によって分子の電子状態の共役の延在を変化させること。
【００１４】
本発明は、状態を変更する際に（たとえば、１つの色から第２の色に、あるいは透明から有色に）、分子が可逆的に色を変更し、電子インク、視認ディスプレイ、電子ブック、書換え可能媒体等を形成するために容易に製造されることができる電界切替え可能な分子を提供する。そのような応用形態は他でも説明されており、本発明の電界切替え可能な分子がそのような応用形態の装置の構成において用いられる場合を除いて、本発明には密接には関連しない。
【００１５】
したがって、その分子は、スイッチを切り替える際に酸化も還元もされない。さらに、その分子は、紙上のインクと同等の画像コントラストおよび機械的耐久性を示す。また、分子の動く部分が極めて小さく、粘性抵抗力がないので、切替え時間が非常に速くなるであろう。
【００１６】
本発明の分子システムの主な利点は、コントラストが改善されることである。本発明の着色剤は分子であり、それゆえ実効的には単分子の平面性を有するので、着色剤からの後部反射あるいは散乱はないであろう。電子媒体の背景色（たとえば白色）は、媒体基板あるいは基板コーティングによって与えられ、切替え可能な着色剤によって汚されることはない。
【００１７】
本発明の第２の利点は、解像度が改善されることである。この場合、着色剤が分子の寸法を有するので、解像度はアドレス指定方式によってのみ制限される。
【００１８】
第３の利点は、切替えが分子内部の電荷の分離および再結合にのみ関連するので、切替えの寿命を長くできることである。
【００１９】
最後に、本発明の各分子は、その有色状態のいずれか一方を安定化するように保持するであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
［定義］
本明細書において用いられる用語「自己組織化」（ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ）は、システムの構成要素の特性に起因して、ある幾何学的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。
【００２１】
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プロセス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。
【００２２】
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プロセスを通して何度もその状態を変更することが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色画素のように、何度も開閉されることができる。
【００２３】
分子に適用される用語「双安定」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つの相対的に低いエネルギー状態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）、あるいは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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
ミクロンスケールおよびサブミクロンスケールのワイヤは、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である、棒状あるいは帯状の導体あるいは半導体を指す。
【００２８】
「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およびＬＵＭＯは、分子内の電子伝導のための役割を果たし、ＨＯＭＯおよび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は分子の色を得るための役割を果たす。
【００２９】
本発明の内容に沿った電子インクは、人の目によって検知可能なスペクトル領域内で、分子の光学的および／または電気的特性の切替え可能な変化を伴う。電子インク分子の切替えは、電磁波の吸収、反射、屈折、回折および拡散散乱のような特性の変化を含む。
【００３０】
［電子インク］
電界によりアドレス指定可能な書換え可能媒体が、２００１年７月３１日に出願の同時係属中の米国特許出願第０９／９１９，３９４号にさらに詳細に記載される。その特許出願から得られる一般的な例が本明細書の図１に示される。図１の部分拡大図に概略的に示されるように、電子印刷媒体１０は、支持基板１４の上側に付着するエレクトロクロミックコーティング１２を含む。エレクトロクロミックコーティング１２は、電界をかける結果として化学的変化を受ける分子１６（大きく拡大された線によって示される）を含む分子着色剤コーティングであり、電界は実効的には、このコーティングの局在化された領域を１つの色相から別の色相に選択的に変化させる。印刷媒体１０を表現するために、エレクトロクロミック分子そのものは図１ａでは極性を有する線１６として示される。しかしながら、着色剤１立方マイクロメートル当たりに、そのような分子が文字通り「何百万個」も存在することは理解されたい。
【００３１】
本発明のエレクトロクロミック分子着色剤は、電子インクにおいて現時点で用いられているマイクロカプセル技術とは大きく、かつ比較にならないほど異なることが直ちに明らかになるであろう。本発明の分子そのものが、かけられる電界に応答して色を変更しているので、コントラストおよび画像解像度の問題は解決される。前者の場合、マイクロスフェアではなく分子が色変化の作用物質であるので、光の後部反射および散乱が解消される。後者の場合、同じく、分子がマイクロスフェアよりも非常に小さいものである結果として、画像解像度、切替え速度、帯域外の透明度および耐久性が大きく改善されるようになる。
【００３２】
以下にさらに詳細に記載される分子技術に関して、電子印刷媒体のためのマイクロカプセル技術（先に記載された「発明の背景」を参照されたい）よりも優れたエレクトロクロミック分子着色剤の大きな利点は、標準化された印刷コントラストおよび画像解像度を実現することである。そのようにエレクトロクロミック分子着色剤を利用することにより、色の表れ方、色密度およびコーティング層の合体可能性において、紙上に従来の印刷用の染料あるいは顔料が存在する形態に類似の読取り可能な内容が提供されるであろう。図２ａには、図２ｂに示されるような半球マイクロカプセル技術の吸収−反射を組み合わせた物理現象との著しい対比が示されており、高い色密度状態２０（たとえば黒色）では、染料分子１６ａを含むエレクトロクロミック分子着色剤層１２は、全ての光入射角において均一に光を吸収し、従来のインク色密度を提供する。透明状態２２（図２ａの右側）では、本発明の２色分子１６ｂは目に見えるほど可視光を吸収せず、コーティング層１２を通して完全に媒体基板１４を見ることができるようにする。以下にさらに十分に説明されるように、分子１６ａおよび１６ｂの間の差は単に、それらの分子がとるエネルギー状態である。したがって、観察者に対して、エレクトロクロミック分子着色剤画像は、紙上の従来のインク印刷において現れる画像と概ね同一に見える。すなわち、特定の高密度の色のグラデーションは、あったとしても、肉眼では見ることができない。本明細書において用いられる用語「エレクトロクロミック分子着色剤」は、例示的な黒色状態以外の所望の合成色を達成することができる層を形成するように混合される複数の異なる着色剤分子を含むことが特に意図されている。
【００３３】
従来技術の手法を示す図２ｂを参照すると、黒色半球体２４ａおよび白色半球体２４ｂを備えるマイクロスフェア２４が液体２６内に浸漬されるのがわかる。十分な色密度を達成するためには、多数の層内の球体が重なり合う必要があり、画素解像度は約３００〜４００ドット／インチ（「ｄｐｉ」）に制限される（ところが、人の目の裸眼視力は約１，０００ｄｐｉ以上の解像度を識別することができる）。そのようなマイクロカプセルから形成されるディスプレイは、表面層を越えて浸透する光が、下にあるマイクロカプセルの後部から反射され、色の混合が生じるので、コントラストおよび色が劣化する傾向がある。図２ｂから明らかなように、画像コントラストの劣化は、各マイクロカプセルからの後部反射から生じる。媒体表面コーティング２６内のマイクロカプセル２４の第１の層の隙間に入射し、浸透する光は、背面２４ｂ、および前面２４ａ、すなわち次のマイクロカプセル層の半球体によって反射し、吸収される。画像の低い色密度のエリアはさらに暗くなり、高い色密度のエリアは、マイクロカプセルがその外側全体にわたって均一な色を有する場合（これは、従来の印刷工程において用いられる顔料および染料について当てはまる）に生じるよりものよりも明るくなるであろう。したがって、２色マイクロカプセルの層を用いる装置では、画像は多くの場合に実際には、ライトグレーの背景に対してダークグレーで描写される。
【００３４】
図２ａに示されるエレクトロクロミック分子着色剤は、その分子（オングストローム）スケールにおいて空間的にアドレス指定可能であり、それにより、マイクロカプセル着色剤の数十マイクロメートルのスケールよりもはるかに高い画像解像度を可能することに留意されたい。そのような用途のために適合可能な分子ワイヤが、２０００年１０月３日に付与され、本発明の譲受人に譲渡され、参照により本明細書に援用される、Philip J. 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号に記載される。
【００３５】
さらに、媒体１０のエレクトロクロミック分子着色剤が行き渡った画素領域の場合の色切替え時間は、マイクロカプセル着色剤の場合よりも著しく短くなり、それによりイメージング速度が著しく速くなるが、それは主に、着色剤のエレクトロクロミック分子が概ね静止しており、電子が移動することまたは分子構成要素が捩れることにより、あるいはその両方によって色を変えるためである。それぞれの場合に、任意のアドレス指定された画素の場合の移動する全質量は、マイクロカプセル着色剤で必要とされる質量よりも何桁も小さくなる。
【００３６】
さらに、後に詳細に記載されるようなエレクトロクロミック分子着色剤コーティング層（１つあるいは複数）を含む電子媒体１０は、従来の媒体の印刷物の耐久性を有し、マイクロカプセル着色剤でコーティングされた媒体のように、製造中あるいは使用中に外部からかけられる圧力によって着色剤が破壊されることがない。
【００３７】
図２および図２ａに示される一実施形態では、電子媒体１０は電界によってアドレス指定可能であり、書換え可能である。媒体１０は、（ａ）２色分子のエレクトロクロミック分子着色剤を注入されたコーティング液体ベヒクル（これ以降、一般にコーティング１２と呼ばれ、媒体１０の書込み可能−消去可能層を形成する）と、（ｂ）その上にコーティングが付着する基板１４とを含む。
【００３８】
基板１４は、種々の材料および形態を含むことができる。通常のハードコピー応用形態への使用の一例として、コーティング１２を、一般的な便箋のレターヘッドによく似たサイズ、厚みおよび形状のフレキシブルプラスチック材料基板１４に付着させることができる。実施される特定の基板１４の組成は、具体的な応用形態に、詳細には、コーティング層１２にわたってかけられる電界を支持あるいは生成する際に基板が果たす役割に完全に依存する。
【００３９】
媒体１０のコーティング層１２は、電界に応答して高い色密度の状態（これ以降、単に「有色状態」）と透明状態とを有する、２色分子１６（図１、図１ａ）、すなわち別の化学成分、すなわち「ベヒクル」に関連付けられる分子を含む。ベヒクルは結合剤、溶媒、流動添加剤、あるいは所与の実施態様のために相応しい他の一般的なコーティング添加剤を含むことができる。
【００４０】
コーティング１２の着色剤は、第１の電界をかけられるときに有色状態（たとえば黒色）を達成し、第２の電界をかけられるときに透明状態を達成することが好ましい。したがって、好ましい実施形態では、媒体１０のコーティング１２、あるいはさらに具体的にはアドレス指定可能な画素領域は「双安定」と呼ばれる。言い換えると、一旦、設定あるいは書込みがなされたなら、電界が向けられた「着色された画素」分子（「印刷される内容」）は、第２の電界がかけられて、電界が向けられた画素において分子がその透明状態に戻ることにより画像を「消去する」まで、現在の状態のままである。印刷される内容を保持するために、電界を保持する必要はない。
【００４１】
別法では、着色剤は単安定にすることができ、局在化された電界をかけられとき、局在化された第１の色状態（たとえば透明）をとり、電界が存在しないときに第２の色状態（たとえば黒色）に構成的に緩和することができる。
【００４２】
上記の各着色剤タイプの色反応は電界によって逆にすることができ、電界をかけられない場合でも双安定であるので、画像を保持するために電界は不要であり、画像を何度でも書き込み、消去し、上書きすることができる。
【００４３】
成分は大きく異なるが、本明細書において用いられるコーティング組成は、従来のコーティング配合技術に類似である。その成分は、印刷／コーティング工程および基板材料の流動作用および接着剤の必要性によるであろう。コーティング層１２は通常、基板１４上にコーティング層を形成するために堆積される薄膜の固形分１〜３０ｗｔ％を含むであろう。この量は一般的に、所望の画像色密度によって決定される。また、コーティング１２は通常、基板１４上に、その中にエレクトロクロミック分子着色剤が懸濁された、乾燥あるいは硬化されたコーティング層を生成するための高分子結合剤も含むであろう。別法では、固形分は、着色剤、あるいは関連するベヒクルが蒸着される、ある特定の既知の蒸着方法の場合には、概ね１００％の着色剤を含むことができる。着色剤を蒸着する場合、関連するベヒクルはなくてもよい。
【００４４】
いくつかの場合には、着色剤は、堆積されたコーティング層１２内で予め向きを定められ、印刷される内容を書き込み、消去するために用いられることになる電界に最適に整列できるようにしなければならない。そのように向きを定めることは、媒体１０にわたって同時に電界をかけながら、堆積されたコーティング層１２を固化することにより達成されることができる。
【００４５】
１つの具体的な実施形態では、コーティング１２は、エレクトロクロミック分子着色剤と、液状で、紫外線（ＵＶ）硬化可能なプレポリマー（たとえば、アクリラート（メタクリレート）あるいはビニルモノマー／オリゴマー）とを含む。この場合のポリマーは、ＵＶ放射に暴露される際に、媒体基板１０上にその場で形成される。そのようなプレポリマーはコーティング技術においてよく知られている。
【００４６】
第２の具体的な実施形態では、コーティング固化は、エポキシ、ウレタンでは一般的である熱活性化ベヒクル化学反応と、熱フリーラジカル活性化重合とを通して行うことができる。
【００４７】
第３の具体的な実施形態では、コーティング固化は、部分的あるいは全体的なベヒクル蒸着を通して行うことができる。
【００４８】
また着色剤は、自己組織化格子構造を可能にする着色剤／コーティング設計を通して自己配向されることもでき、その場合には、各着色剤モノマーが隣接する着色剤モノマーと整列する。たとえば、そのような設計および格子構造は、デンドリマーおよび結晶では一般的である。自己組織化のための工程は、よく知られているラングミュア膜および気相成長技法などの逐次的なモノマー堆積技法を含むことができる。
【００４９】
基板１４は、着色剤コーティング層１２と相補的な誘電率および電気伝導度を有する材料から製造されることになる。
【００５０】
ここで図３を参照すると、一枚の書換え可能なハードコピー媒体あるいはデータ記憶媒体１０のような実施態様の場合には、たとえば、電子ペンの先端あるいは電極対３０１および３０３、あるいは３０１および３０５で、コーティングの片側から書込み電界を生成し、コーティング層１２にわたって電界を移動させることが好ましい場合がある。そのような場合、コーティング層内で電界が逸れるのを防ぐために、適当な低い電気伝導度と誘電率とを有する着色剤コーティング１２が望ましい。基板１４の電気的特性は、そのようなフリンジ電界（破線矢印３０７によって表される）タイプの書込み手段ではあまり重要ではない。
【００５１】
図４に示されるような、媒体の両側にある電極４０３、４０５で、媒体１０の厚みを通して書込み電界（破線矢印４０１）を生成することが望ましい応用形態の場合、隣接する電極が全ての画素に共通である場合には、基板１４は高い誘電率あるいは高い電気伝導度を有することが好ましい。これらの特性は基板１４にわたる電圧降下（損失）を最小限に抑え、媒体切替え電圧要件を最小限に抑える。たとえば、利用条件に適った基板１４は、チタニアを充填したプラスチック、ある特定の高誘電率樹脂を染み込ませた紙、および金属からなるグループから選択される。
【００５２】
大きな表示板などのある特定の実施態様の場合、コーティングされることになる基板表面上に電極あるいは電極のアレイが含まれる基板をコーティングすることが望ましい。典型的な基板は、金属で被覆されたファイバーボード、プリント回路基板、金属化ガラス、表面をエッチング処理された金属化ガラス、グラファイトを埋め込まれたゴムおよびプラスチック、シートメタル等を含む。
【００５３】
ここで図５を参照すると、さらにコストの高い実施形態では、媒体１０’は、好ましい背景色層５０３でコーティングされた反射性基板５０１を有する基板１４を含むことができ、背景色は、かけられる書込み電界（破線矢印５０５）にかかわらず、固定されたままである。この表面５０１は標準的には、分子着色剤コーティング層１２が透明状態に切り替えられる際に、媒体１０’の背景色を作り出すであろう。そのような表面コーティングは一般的に、ポリマー結合剤内に混合される従来の顔料あるいは着色剤を含む。基板１４の場合のように、コーティング層５０３は、媒体１０’にかけられる電界５０５の完全性を保持し、かつ媒体にわたる付加的な電圧降下を最小限に抑えるように選択される組成からなる結合剤および着色剤を含む。別法では、従来の顔料あるいは着色剤が、基板１４そのものに混合されることもできる。そのような表面コーティングおよび混合される基板着色製造工程は媒体分野においてよく知られている。
【００５４】
媒体１０’は保護表面層５０７をさらに含むことができる。一般的に、保護表面層５０７は透明で見通すことができ、着色剤コーティング１２を、磨耗、光酸化、退色、化学分解あるいは媒体１０’の完全性を変更する可能性がある他の環境的に課せられる要因から保護する。保護表面層５０７の製造は、ポリマーコーティング、透明材料の堆積、あるいはラミネートなどの既知の態様で実行されることができる。例として、紫外線吸収添加剤を含むための、ポリメチルメタクリレートおよびポリウレタンタイプのポリマーコーティングが知られている。薄膜、気相成長薄膜、ガラスおよびポリマーラミネート薄膜が用いられる場合もある。層を被着する種々の方法も当分野において知られている。基板１４の場合のように、保護表面層は、媒体１０’にかけられる電界の完全性を保持し、かつ媒体にわたる付加的な電圧降下を最小限に抑えるように構成されることが好ましい。
【００５５】
［本発明］
本発明によれば、化学結合を変化させることによる、大きな共役の電界（Ｅ）誘起の変化を含む分子システムが提供される。大きな共役を変化させることは、以下の方法のうちの１つにおいて達成することができる。
（１）分子の電子状態の局在性を増減することに伴って引き起こされる電荷の分離あるいは再結合。
（２）電荷の分離あるいは再結合およびπ結合の破壊あるいは形成によって分子の電子状態の共役の延在を変化させること。
【００５６】
［分子の電子状態（あるいは分子内の電子状態）の局在性を増減することに伴って引き起こされる電荷の分離あるいは再結合を通して延在する共役を変化させることによって引き起こされる電界誘起のバンドギャップ変化］
図６ａはこのモデルを示しており、分子内の電子状態の局在性を増減することに伴って引き起こされる電荷の分離あるいは再結合を通して延在する共役を変化させることによって引き起こされる電界誘起のバンドギャップ変化を伴う。図６ａに示されるように、分子６３０は２つの部分６３２および６３４を含む。分子６３０は、バンドギャップ状態が大きく、π非局在性が小さいことを明示する。電界をかけることにより、分子６３０内の電荷が分離するようになり、結果として、バンドギャップ状態が小さくなり、π非局在性が大きくなる。電荷を再結合することにより、分子６３０はその元の状態に戻される。
【００５７】
このモデルでは以下の要件が満たされなければならない。
（ａ）分子は適度な誘電率εrを持たなければならず、外部からの電界によって容易に分極されることができ、εrは２〜１０の範囲にあり、分極電界は０．０１〜１０Ｖ／ｎｍの範囲にある。
（ｂ）分子の少なくとも１つのセグメントは、分子全体または分子の一部にわたって動員されることができる、非結合電子、あるいはπ電子、あるいはπ電子および非結合電子を持たなければならない。
（ｃ）分子は対称であることも、非対称であることもできる。
（ｄ）分子の誘起可能な双極子（１つあるいは複数）は少なくとも１つの方向に向けられることができる。
（ｅ）電荷は、電界誘起の分極中に部分的に、あるいは完全に分離されるであろう。
（ｆ）電荷の分離あるいは再結合の状態は電界に依存するか、双安定にすることができ、共有結合形成、水素結合、分子の種々の断片の電子親和度の差、クーロン力、金属錯体形成あるいはルイス酸（塩基）複合体の相互作用などの分子間あるいは分子内力を通して安定化されることができる。
（ｇ）分子の電荷の分離あるいは再結合の過程は、σおよびπ結合破壊あるいは形成を伴う場合も伴わない場合もある。
（ｈ）電界によって起動される電荷の分離あるいは再結合の過程において、分子のバンド（ＨＯＭＯ−ＬＵＭＯ）ギャップは、分子内の非結合電子、あるいはπ電子、あるいはπ電子および非結合電子の非局在性の度合いに応じて変化するであろう。それに応じて、分子の光学的および電気的特性の両方が変化するであろう。
【００５８】
結合の破壊あるいは結合の形成を伴う電荷の分離あるいは再結合による電界誘起のバンドギャップ変化（色変化）の一例が以下に示される（実施例１）。
【００５９】
【化１】
2005525583.tif 000003
【００６０】
ただし、記号Ｊ1、Ｊ2、Ｊ3、Ｊ4およびＪ5は分子に組み込まれる調整基を表す。これらの調整基（たとえば、ＯＨ、ＮＨＲ、ＣＯＯＨ、ＣＮ、ニトロ等）の役割は、適当な機能的効果（たとえば、誘導効果および共鳴効果の両方）および／または立体効果を与えることである。機能的効果は、分子のバンドギャップ（ΔＥHOMO/LUMO）を調整し、分子の所望の電子的および光学的特性を得ることである。立体効果は、立体障害、分子間あるいは分子内相互作用力（たとえば、水素結合、クーロン相互作用、ファンデルワールス力）によって分子配座を調整し、分子の向きの双安定性あるいは多安定性を提供することである。それらは、水素、ヘテロ原子（たとえば、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ、Ｂ、Ｆ、Ｃｌ、ＢｒおよびＩ）、上記のヘテロ原子のうちの少なくとも１つを有する官能基、炭化水素（飽和あるいは不飽和のいずれか）、あるいは置換炭化水素のうちの任意のものであってよい。
【００６１】
記号Ｇ1はブリッジング基である。これらのブリッジング基の役割は、２つ以上の共役環を接続して、所望の発色団を達成することである。それらは、ヘテロ原子（たとえば、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ等）、あるいは上記のヘテロ原子のうちの少なくとも１つを有する官能基（たとえば、ＮＨ等）、炭化水素（飽和あるいは不飽和のいずれか）、あるいは置換炭化水素のうちの任意のものであってよい。
【００６２】
記号Ｗは電子求引基である。この電子求引基の役割は、外部からかけられる電界の影響下で分子が円滑な電荷の分離あるいは再結合（結合の破壊あるいは形成など）を受けることができるようにする、この分子の無水マレイン酸基の反応性を調整することである。電子求引基は、カルボン酸あるいはその誘導体（たとえば、エステル、アミドなど）、ニトロ、ニトリル、ケトン、アルデヒド、スルホン、硫酸あるいはその誘導体、ヘテロ原子（たとえば、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｎ、Ｏ、Ｓなど）、あるいはヘテロ原子（たとえば、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｎ、Ｏ、Ｓなど）のうちの少なくとも１つを有する官能基のうちの任意のものであってよい。
【００６３】
分子−金属複合体あるいは分子−ルイス酸複合体の形成を伴う電界誘起のバンドギャップ変化の一例が以下に示される（実施例２）。
【００６４】
【化２】
2005525583.tif 000004
【００６５】
ただし、記号Ｊ1、Ｊ2、Ｊ3、Ｊ4およびＪ5は分子に組み込まれる調整基を表す。これらの調整基（たとえば、ＯＨ、ＮＨＲ、ＣＯＯＨ、ＣＮ、ニトロ等）の役割は、適当な機能的効果（たとえば、誘導効果および共鳴効果の両方）および／または立体効果を与えることである。機能的効果は、分子のバンドギャップ（ΔＥHOMO/LUMO）を調整し、分子の所望の電子的および光学的特性を得ることである。立体効果は、立体障害、分子間あるいは分子内相互作用力（たとえば、水素結合、クーロン相互作用、ファンデルワールス力）によって分子配座を調整し、分子の向きの双安定性あるいは多安定性を提供することである。それらは、水素、ヘテロ原子（たとえば、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ、Ｂ、Ｆ、Ｃｌ、ＢｒおよびＩ）、上記のヘテロ原子のうちの少なくとも１つを有する官能基、炭化水素（飽和あるいは不飽和のいずれか）、あるいは置換炭化水素のうちの任意のものであってよい。
【００６６】
記号Ｇ1はブリッジング基である。これらのブリッジング基の役割は、２つ以上の共役環を接続して、所望の発色団を達成することである。それらは、ヘテロ原子（たとえば、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ等）、あるいは上記のヘテロ原子のうちの少なくとも１つを有する官能基（たとえば、ＮＨ等）、あるいは置換炭化水素のうちの任意のものであってよい。
【００６７】
Ｍ+は遷移金属を含む金属、あるいはハロゲン複合体またはＨ+あるいは他のタイプのルイス酸（１つあるいは複数）を表す。
【００６８】
［電荷の分離あるいは再結合およびπ結合の破壊あるいは形成を通して、延在する共役を変化させることにより引き起こされる電界誘起のバンドギャップ変化］
図６ｂはこのモデルの概略図であり、電荷の分離あるいは再結合およびπ結合の破壊あるいは形成を通して、延在する共役を変化させることにより引き起こされる電界誘起のバンドギャップ変化を伴う。図６ｂに示されるように、分子６３０’は２つの部分６３２’および６３４’を含む。分子６３０’は、小さなバンドギャップ状態を明示する。電界をかけることにより、分子６３０’のπ結合が破壊されるようになり、結果として大きなバンドギャップ状態になる。電界を逆にすると、２つの部分６３２’と６３４’との間のπ結合が再び結合され、分子６３０’はその元の状態に戻る。
【００６９】
先のモデルの場合に列挙されたのと同じ要件がこのモデルにおいても満たされなければならない。
【００７０】
電荷の分離（σ結合の破壊およびπ結合の形成）を通して、延在する共役によって引き起こされる電界誘起のバンドギャップ変化の一例が以下に示される（実施例３）。
【００７１】
【化３】
2005525583.tif 000005
【００７２】
ただし、Ｑはここでは２つのフェニル環の間の接続ユニットを示すために用いられる。それは、Ｓ、Ｏ、ＮＨ、ＮＲ、炭化水素あるいは置換炭化水素のうちの任意のものであってよい。
【００７３】
記号Ｃｏｎ1およびＣｏｎ2は、１つの分子と別の分子の間、あるいは１つの分子と１つの固体基板（たとえば、金属電極、無機あるいは有機基板など）との間のオプションの接続基を表す。それらは、水素（水素結合による）、へテロ原子（すなわち、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐなど）、上記のヘテロ原子のうちの少なくとも１つを含む官能基（たとえば、ＮＨなど）、炭化水素（飽和あるいは不飽和のいずれか）、あるいは置換炭化水素のうちの任意のものであってよい。
【００７４】
記号Ｒ1およびＲ2は、分子に組み込まれるスペーシング基を表す。これらのスペーサユニットの役割は、分子の下側部分のための回転空間を設けながら、適当な３次元の足場を設け、分子を詰め込むことができるようにすることである。それらは、水素、炭化水素（飽和あるいは不飽和のいずれか）、あるいは置換炭化水素のうちの任意のものであってよい。
【００７５】
記号Ｊ1、Ｊ2、Ｊ3およびＪ4は、分子に組み込まれる調整基を表す。これらの調整基（たとえば、ＯＨ、ＮＨＲ、ＣＯＯＨ、ＣＮ、ニトロなど）の役割は、適当な機能的効果（たとえば、誘導効果および共鳴効果の両方）および／または立体効果を与えることである。機能的効果は、分子のバンドギャップ（ΔＥHOMO/LUMO）を調整し、分子の所望の電子的および光学的特性を得ることである。立体効果は、立体障害、分子間あるいは分子内相互作用力（たとえば、水素結合、クーロン相互作用、ファンデルワールス力）によって分子配座を調整し、分子の向きの双安定性あるいは多安定性を提供することである。それらは、分子の下側部分のための回転空間を設けながら、適当な３次元の足場を設け、分子を詰め込むことができるようにするためのスペーシング基として用いることもできる。それらは、水素、ヘテロ原子（たとえば、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ、Ｂ、Ｆ、Ｃｌ、ＢｒおよびＩ）、上記のヘテロ原子のうちの少なくとも１つを有する官能基、炭化水素（飽和あるいは不飽和のいずれか）、あるいは置換炭化水素のうちの任意のものであってよい。
【００７６】
記号Ｇ1はブリッジング基である。これらのブリッジング基の役割は、２つ以上の共役環を接続して、所望の発色団を達成することである。ブリッジング基は、ヘテロ原子（たとえば、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ等）、あるいは上記のヘテロ原子のうちの少なくとも１つを有する官能基（たとえば、ＮＨあるいはＮＨＮＨなど）、炭化水素（飽和あるいは不飽和のいずれか）、あるいは置換炭化水素のうちの任意のものであってよい。
【００７７】
記号Ｗは電子求引基である。この電子求引基の役割は、外部からかけられる電界の影響下で分子が円滑な電荷の分離あるいは再結合（結合の破壊あるいは形成など）を受けることができるようにする、この分子のラクトン基の反応性を調整することである。電子求引基は、カルボン酸あるいはその誘導体（たとえば、エステル、アミドなど）、ニトロ、ニトリル、ケトン、アルデヒド、スルホン、硫酸あるいはその誘導体、ヘテロ原子（たとえば、Ｆ、Ｃｌなど）、あるいはヘテロ原子（たとえば、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｎ、Ｏ、およびＳなど）のうちの少なくとも１つを有する官能基、炭化水素（飽和あるいは不飽和のいずれか）、あるいは置換炭化水素のうちの任意のものであってよい。
【００７８】
最も上側にある分子構造は最も下側にある分子構造よりも小さなバンドギャップ状態を有する。
【００７９】
電荷の再結合およびσ結合の形成を通して、延在するπ結合共役を破壊することにより引き起こされる電界誘起のバンドギャップ変化の別の例が以下に示される（実施例４）。
【００８０】
【化４】
2005525583.tif 000006
【００８１】
ただし、Ｑはここでは２つのフェニル環の間の接続ユニットを示すために用いられる。それは、Ｓ、Ｏ、ＮＨ、ＮＲ、炭化水素あるいは置換炭化水素のうちの任意のものであってよい。
【００８２】
記号Ｃｏｎ1およびＣｏｎ2は、１つの分子と別の分子との間、あるいは１つの分子と１つの固体基板（たとえば、金属電極、無機あるいは有機基板など）との間のオプションの接続基を表す。それらは、水素、へテロ原子（すなわち、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐなど）、上記のヘテロ原子のうちの少なくとも１つを含む官能基（たとえば、ＮＨなど）、炭化水素（飽和あるいは不飽和のいずれか）、あるいは置換炭化水素のうちの任意のものであってよい。
【００８３】
記号Ｒ1、Ｒ2は、分子に組み込まれるスペーシング基を表す。これらのスペーサユニットの役割は、分子の下側部分のための回転空間を設けながら、適当な３次元の足場を設け、分子を詰め込むことができるようにすることである。それらは、水素、炭化水素（飽和あるいは不飽和のいずれか）、あるいは置換炭化水素のうちの任意のものであってよい。
【００８４】
記号Ｊ1、Ｊ2、Ｊ3およびＪ4は分子に組み込まれる調整基を表す。これらの調整基（たとえば、ＯＨ、ＮＨＲ、ＣＯＯＨ、ＣＮ、ニトロなど）の役割は、適当な機能的効果（たとえば、誘導効果および共鳴効果の両方）および／または立体効果を与えることである。機能的効果は、分子のバンドギャップ（ΔＥHOMO/LUMO）を調整し、分子の所望の電子的および光学的特性を得ることである。立体効果は、立体障害、分子間あるいは分子内相互作用力（たとえば、水素結合、クーロン相互作用、ファンデルワールス力）によって分子配座を調整し、分子の向きの双安定性あるいは多安定性を提供することである。それらは、分子の下側部分のための回転空間を設けながら、適当な３次元の足場を設け、分子を詰め込むことができるようにするためのスペーシング基として用いることもできる。それらは、水素、ヘテロ原子（たとえば、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ、Ｂ、Ｆ、Ｃｌ、ＢｒおよびＩ）、上記のヘテロ原子のうちの少なくとも１つを有する官能基、炭化水素（飽和あるいは不飽和のいずれか）、あるいは置換炭化水素のうちの任意のものであってよい。
【００８５】
記号Ｇ1はブリッジング基である。これらのブリッジング基の役割は、２つ以上の共役環を接続して、所望の発色団を達成することである。ブリッジング基は、ヘテロ原子（たとえば、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ等）、あるいは上記のヘテロ原子のうちの少なくとも１つを有する官能基（たとえば、ＮＨあるいはＮＨＮＨなど）、炭化水素（飽和あるいは不飽和のいずれか）、あるいは置換炭化水素のうちの任意のものであってよい。
【００８６】
記号Ｗは電子求引基である。この電子求引基の役割は、外部からかけられる電界の影響下で分子が円滑な電荷の分離あるいは再結合（結合の破壊あるいは形成など）を受けることができるようにする、この分子のラクトン基の反応性を調整することである。電子求引基は、カルボン酸あるいはその誘導体（たとえば、エステル、アミドなど）、ニトロ、ニトリル、ケトン、アルデヒド、スルホン、硫酸あるいはその誘導体、ヘテロ原子（たとえば、Ｆ、Ｃｌなど）、あるいはヘテロ原子（たとえば、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｎ、Ｏ、Ｓなど）のうちの少なくとも１つを有する官能基、炭化水素（飽和あるいは不飽和のいずれか）、あるいは置換炭化水素のうちの任意のものであってよい。
【００８７】
ここでもまた、最も上側にある分子構造は最も下側にある分子構造よりも小さなバンドギャップ状態を有する。
【００８８】
本発明は、インクあるいは染料分子を、任意の先に記載されるエレクトロクロミックあるいはクロモジェニック材料とは全く異なる機構によって、外部からの電界を用いて切り替えることができる能動素子に変える。その全体的な概念は、ラクトンのＣ−Ｏ結合が十分に不安定であり、かけられた電界の影響下で結合の破壊および形成（上記の実施例３および実施例４を参照）を受けることができる、修飾クリスタルバイオレットラクトンタイプの分子を用いることである。
【００８９】
Ｃ−Ｏ結合の破壊過程において正および負の電荷が生成される。結果として生成される電荷は分離され、外部からかけられた電界に対して平行に反対方向に動くか（分子の上側部分）、あるいは結合回転（分子の下側部分）するであろう。双極子が部分的に延在する分子の最も上側の領域は完全に共役し、色（赤方偏移）が生じる（実施例３を参照）。しかしながら、分子は水素結合、クーロン、あるいは双極子−双極子相互作用および立体斥力のような分子間および／または分子内力を有するように設計されるか、あるいは永久な外部電界によってこの特定の向きにおいて両方の電荷を安定させるように設計される。したがって、分子をその初期の向きから引き離すためには大きな電界が必要とされる。一旦、特定の向きに切り替えられたなら、分子は、切り替えられるまで、その向きにとどまるであろう。
【００９０】
逆の電界がかけられるとき（実施例４）、いずれの電荷とも、逆向きの外部電界の方向に対して自らを再び整列する傾向がある。分子の上側部分にある正の電荷は、非結合電子、あるいはπ電子、あるいはπ電子および非結合電子の非局在化を通して、分子の端から分子の中央部分（トリアリールメタン位置）に移動するであろう。同様に、分子の負に帯電した下側部分は、Ｃ−Ｃ結合回転を通して、外部の電界の近くに動く傾向がある。分子設計の重要な要素は、ＣＯ2-とＪ3およびＪ4の基との間に、分子の下側部分（負に帯電したセクタ）が完全な１８０°半周期を通り越して回転しないようにする立体および静電斥力が存在することである。この場合には１８０°まで回転せずに、下側部分および上側部分の大きな原子団の立体相互作用によって、その回転は初期の向きから約９０°の角度で停止される。さらに、この９０°の向きはＣ−Ｏ結合の形成および電荷の再結合によって安定化される。この過程において、四面体炭素（アイソレータ）がトリアリールメタン位置に形成される。分子の共役は破壊され、ｐおよびπ電子は分子の最も上側の部分にわたってもはや非局在化されない。これは、電子によって占有される体積の大きさを縮小する効果があり、それによりＨＯＭＯ−ＬＵＭＯギャップが増加するようになる。青方偏移の色あるいは透明状態がこの過程において生じるであろう。
【００９１】
有色のインクおよび染料分子の場合、分子の１つの端と中央位置との間のみに正の電荷の移動を制限することはきわめて重要である。別の重要な要因は、分子の上側部分から光学的に意味のある角度（名目的には１０°〜１７０°）だけ分離された２つの状態間で分子の下側部分を切り替える能力である。分子内電荷分離が最大距離に達するとき、分子の最も上側の部分は完全に共役された状態になる。したがって、分子のπ電子、あるいはπ電子および非結合電子は最も上側の領域にわたって非局在化される。その作用は、箱の中にある量子力学的粒子の作用と同一であり、箱が分子全体のサイズであるときに、すなわちｐおよびπ電子が非局在化されるとき、ＨＯＭＯとＬＵＭＯとの間のギャップは相対的に小さい。この場合、分子のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯギャップは、インクあるいは染料の所望の色を生成するように設計される。全て平行な構造の場合のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯギャップは、分子の種々の芳香環上の種々の化学基（Ｊ1、Ｊ2、Ｊ3、Ｊ4およびＷ）を置換することにより調整することができる。分子の上側部分および下側部分に結合される化学置換基（Ｊ1、Ｊ2、Ｊ3、Ｊ4およびＷ）の性質に応じて、分子の下側部分が分子の上側部分に対して１０°〜１７０°だけ回転する場合、増加したＨＯＭＯ−ＬＵＭＯギャップは、全て平行な構造の色に対して青方偏移された色に対応するであろう。十分に偏移する場合、その新たなＨＯＭＯ−ＬＵＭＯギャップが十分に大きいなら、分子は透明になる。こうして、分子は、２つの色間で、あるいは１つの色から透明な状態に切替え可能である。
【００９２】
実施例３および実施例４は、外部からかけられる電界の影響下にある典型的な切替え可能な分子の２つの異なる状態を示す。この特定のタイプの分子の場合、たとえば、ラングミュア−ブロジェット技法、気相成長、あるいは電気化学堆積を用いて、分子の配向軸が、分子を切り替えるために用いられる電極の面に対して垂直になるように、十分に厚い分子膜を成長させる。別の堆積技法は、分子をモノマー／オリゴマーあるいは溶媒系溶液として懸濁し、それを基板上に厚膜コーティング（たとえば、リバースロール）あるいはスピンコーティングし、次にそのコーティングに分子の向きを定める電界をかけながら、重合（たとえば、ＵＶ放射による）あるいは乾燥させることである。上側電極には、インジウム−スズ酸化物のような透明な導体を用いることができ、その膜は、分子軸が電極の面に対して平行になるように成長する。その分子は、分子の一方の部分（ここでは上側部分）が分子間相互作用あるいは支持構造への直接結合によって所定の位置に固定され、分子の別の部分（ここでは下側部分）が分子の格子内を動くほど十分に小さい、固体結晶あるいは液晶を形成する。
【００９３】
以下の実施例５および実施例６は、別の種類の電界依存エレクトロクロミック有機着色剤の例である。ここに示される分子は、これらの分子が電界に依存して、切り替えられた色を保持するという点で、先に述べられた例（実施例３および実施例４）から区別される。これらの例は、外部からかけられる電界の影響下にある場合、あるいはその影響下にない場合の典型的な切替え可能な分子の２つの異なる状態を示す。実施例５および実施例６の両方の最も上側の分子構造は、最も下側の分子構造よりも小さなバンドギャップ状態を有する。
【００９４】
【化５】
2005525583.tif 000007
【００９５】
【化６】
2005525583.tif 000008
【００９６】
ただし、Ｑはここでは２つのフェニル環の間の接続ユニットを示すために用いられる。それは、Ｓ、Ｏ、ＮＨ、ＮＲ、炭化水素あるいは置換炭化水素のうちの任意のものであってよい。
【００９７】
記号Ｃｏｎ1およびＣｏｎ2は、１つの分子と別の分子との間、あるいは１つの分子と１つの固体基板（たとえば、金属電極、無機あるいは有機基板など）との間のオプションの接続基を表す。それらは、水素（水素結合による）、へテロ原子（すなわち、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐなど）、上記のヘテロ原子のうちの少なくとも１つを含む官能基（たとえば、ＮＨなど）、炭化水素（飽和あるいは不飽和のいずれか）、あるいは置換炭化水素のうちの任意のものであってよい。
【００９８】
記号Ｒ1、Ｒ2は、分子に組み込まれるスペーシング基を表す。これらのスペーサユニットの役割は、分子の下側部分のための回転空間を設けながら、適当な３次元の足場を設け、分子を詰め込むことができるようにすることである。それらは、水素、炭化水素（飽和あるいは不飽和のいずれか）、あるいは置換炭化水素のうちの任意のものであってよい。
【００９９】
記号Ｊ1、Ｊ2、Ｊ3、Ｊ4およびＪ5は分子に組み込まれる調整基を表す。これらの調整基（たとえば、Ｈ、ＣＨ3、ＯＨ、ＮＨＲ、ＣＯＯＨ、ＣＮ、ニトロなど）の役割は、適当な機能的効果（たとえば、誘導効果および共鳴効果の両方）および／または立体効果を与えることである。機能的効果は、分子のバンドギャップ（ΔＥHOMO/LUMO）を調整し、分子の所望の電子的および光学的特性を得ることである。立体効果は、立体障害、分子間あるいは分子内相互作用力（たとえば、水素結合、クーロン相互作用、ファンデルワールス力）によって分子配座を調整し、分子の向きの双安定性あるいは多安定性を提供することである。それらは、分子の下側部分のための回転空間を設けながら、適当な３次元の足場を設け、分子を詰め込むことができるようにするためのスペーシング基として用いることもできる。それらは、水素、ヘテロ原子（たとえば、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ、Ｂ、Ｆ、Ｃｌ、ＢｒおよびＩ）、上記のヘテロ原子のうちの少なくとも１つを有する官能基、炭化水素（飽和あるいは不飽和のいずれか）、あるいは置換炭化水素のうちの任意のものであってよい。
【０１００】
記号Ｇ1はブリッジング基である。これらのブリッジング基の役割は、２つ以上の共役環を接続して、所望の発色団を達成することである。ブリッジング基は、ヘテロ原子（たとえば、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｐ等）、あるいは上記のヘテロ原子のうちの少なくとも１つを有する官能基（たとえば、ＮＨあるいはＮＨＮＨなど）、炭化水素（飽和あるいは不飽和のいずれか）、あるいは置換炭化水素のうちの任意のものであってよい。
【０１０１】
記号Ｗは電子求引基である。この電子求引基の役割は、外部からかけられる電界の影響下で分子が円滑な電荷分離あるいは再結合（結合破壊あるいは形成など）を受けることができるようにする、この分子のラクトン基の反応性を調整することである。電子求引基は、カルボン酸あるいはその誘導体（たとえば、エステル、アミドなど）、ニトロ、ニトリル、ケトン、アルデヒド、スルホン、硫酸あるいはその誘導体、ヘテロ原子（たとえば、Ｆ、Ｃｌなど）、あるいはヘテロ原子（たとえば、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｎ、Ｏ、Ｓなど）のうちの少なくとも１つを有する官能基、炭化水素（飽和あるいは不飽和のいずれか）、あるいは置換炭化水素のうちの任意のものであってよい。
【０１０２】
実施例３および実施例４の場合のように、その全体的な概念は、ラクトンのＣ−Ｏ結合が十分に不安定であり、かけられた電界の影響下で結合の破壊および形成（上記の実施例５および実施例６を参照）を受けることができる、修飾クリスタルバイオレットラクトンタイプの分子を用いることである。
【０１０３】
分子に外部から電界がかけられるとき、Ｃ−Ｏ結合破壊過程において、正および負の電荷が生成される。結果として生成される電荷は分離され、外部からかけられた電界に対して平行に反対の方向に動くであろう（分子の上側部分および分子の下側部分の両方）。分子の正に帯電された上側部分は完全に共役し、色（赤方偏移）が生じる（実施例５を参照）。この有色状態は、外部からの電界がかけられている限り保持されるであろう。
【０１０４】
外部からの電界が除去されるとき（実施例６）、分子の上側部分上の正の電荷は、非結合電子、あるいはπ電子、あるいはπ電子および非結合電子の非局在化を通して、分子の端から分子の中央部分（トリアリールメタン位置）に移動するであろう。同様に、分子の負に帯電された下側部分は、Ｃ−Ｃ結合回転を通して、ならびに内部電界の力およびクーロン引力に起因して生成されるＣ−Ｏ結合の形成および電荷の再結合を通して、内部電界の近くに動く傾向がある。この過程において、四面体炭素（アイソレータ）がトリアリールメタン位置に形成される。分子の上側部分の延在する共役は破壊される。これは、電子によって占有される体積の大きさを縮小する効果があり、それによりＨＯＭＯ−ＬＵＭＯギャップが増加するようになる。青方偏移の色あるいは透明状態がこの過程において生じるであろう。
【０１０５】
電荷の分離が外部からかけられる電界の影響下で最大距離に達するとき、分子の最も上側の部分は完全に共役された状態になる。その作用は、箱の中にある量子力学的粒子の作用と同一であり、箱が分子全体のサイズであるときに、すなわちｐおよびπ電子が完全に非局在化されるとき、ＨＯＭＯとＬＵＭＯとの間のギャップは相対的に小さい。この場合、分子のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯギャップは、インクあるいは染料の所望の色を生成するように設計される。全て平行な構造の場合のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯギャップは、分子の種々の芳香環内の種々の化学基（Ｊ1、Ｊ2、Ｊ3、Ｊ4、Ｊ5およびＷ）を置換することにより調整することができる。増加したＨＯＭＯ−ＬＵＭＯギャップは、全て平行な構造の色に対して青方偏移された色に対応するであろう。十分に偏移する場合、その新たなＨＯＭＯ−ＬＵＭＯギャップが十分に大きいなら、分子は透明になる。こうして、分子は、２つの色間で、あるいは１つの色から透明な状態に切替え可能である。
【０１０６】
実施例５および実施例６は、外部からかけられた電界の影響下にある典型的な切り替え可能な分子の２つの異なる状態を示す。この特定のタイプの分子の場合、たとえば、ラングミュア−ブロジェット技法、気相成長、あるいは電気化学堆積を用いて、分子の配向軸が、分子を切り替えるために用いられる電極の面に対して垂直になるように、十分に厚い分子膜を成長させる。別の堆積技法は、分子をモノマー／オリゴマーあるいは溶媒系溶液として懸濁し、それを基板上に厚膜コーティング（たとえば、リバースロール）あるいはスピンコーティングし、次にそのコーティングに分子の向きを定める電界をかけながら、重合（たとえば、ＵＶ放射による）あるいは乾燥させることである。上側電極には、インジウム−スズ酸化物のような透明な導体を用いることができ、その膜は、分子軸が電極の面に対して平行になるように成長する。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本明細書に開示される電界切替え可能な分子は、電子インクの応用形態および種々の視認ディスプレイ、センサ、および検出器において用途を見いだすことが期待される。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明に従って用いるための２色（たとえば白黒）ディスプレイ画面構成の概略図（斜視図）である。
【図１ａ】ディスプレイ画面の着色剤層素子のための細部を示す図１の一部の拡大図である。
【図２ａ】本発明にしたがって用いるためのフルカラーディスプレイ画面の概略図（透視図）である。
【図２ｂ】図２ａに類似であるが、従来の手法を示す図である。
【図３】図１および図１ａに示されるような本発明による書込みおよび消去のための第１の方法および装置の概略図である。
【図４】図１および図１ａに示されるような本発明による書込みおよび消去のための第２の方法および装置の概略図である。
【図５】図１、図３および図４によって示されるような本発明の別の実施形態である。
【図６ａ】バンド局在性を増減することに伴って引き起こされる電荷の分離あるいは再結合によって大きな共役を変化させることにより引き起こされる電界誘起のバンドギャップ変化を示す概略的なモデルである。
【図６ｂ】電荷の分離あるいは再結合およびπ結合の破壊あるいは形成によって大きな共役を変化させることにより引き起こされる電界誘起のバンドギャップ変化を示す概略的なモデルである。
【図１−１ａ】
2005525583.tif 000015
【図２ａ】
2005525583.tif 000016
【図２ｂ】
2005525583.tif 000017
【図３】
2005525583.tif 000018
【図４】
2005525583.tif 000019
【図５】
2005525583.tif 000020
【図６ａ】
2005525583.tif 000021
【図６ｂ】
2005525583.tif 000022
【国際調査報告】
2005525583.tif 000023
2005525583.tif 000024
2005525583.tif 000025