(57)【要約】      （修正有）【課題】工業的に適切な量で数μｍから数ｃｍにわたるスケールにおいて、μｍ単位の３次元のパターン形成を用いて高分子薄膜を生産するシステムの提供。【解決手段】コンベア１１０表面（例えば、ローラまたはベルト）１１１に液体（例えば、高分子）薄膜１４１を配置し、精密に制御されたギャップ（またはニップ）領域１０１内へ薄膜を運搬し、領域１０１内で電界を発生させて、同電界は電気流体力学（ＥＨＤ）パターン形成型変形を同液体に受けさせ、それによって同液体はパターン状マイクロスケール機能１４３を形成し、硬化メカニズム（例えば、ＵＶレーザ）は、ギャップ領域１０１の内部で又は領域１０１から抜け出た直後に、パターン状液体機能１４３を凝固（例えば、架橋）させるのに用いられ、それによってマイクロスケールのパターン状構造１４５を形成し、分割電極及びパターン状電荷が、デジタルパターン形成制御を提供するのに利用されるシステム。【選択図】図１
2015020434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロスケールのパターン状構造を生産するシステムであって、
第１経路に沿って移動するように制約された第１表面を有する第１コンベアと、
第２経路に沿って移動するように制約された第２表面を有するコンベアであって、前記第１経路および第２経路は、前記第１表面と前記第２表面の間で画定された最小間隔がギャップ領域内に見いだされるように配列される、第２コンベアと、
前記第１表面の第１表面領域が、前記第２表面の対応する第２表面領域と実質的に同時に前記ギャップ領域の中を通過するように、整合速度で前記第１コンベアおよび第２コンベアを移動させる手段と、
前記第１表面領域に硬化性液体薄膜を配置する手段であって、前記第１表面領域が前記ギャップ領域から上流に位置決めされるとき、前記硬化性液体薄膜の第１部分が前記第１表面領域に配置されるようにする手段と、
前記第１表面領域に配置された前記液体薄膜の前記第１部分が、前記ギャップ領域の中を前記第１領域が通過中に電気流体力学（ＥＨＤ）パターン形成型変形を受けるように、前記第１コンベアと前記第２コンベアの間に電界を発生させる手段であって、それによって前記変形した第１部分が、マイクロスケールのパターン形状を有するパターン状液体機能を形成する、手段と、
前記パターン状液体機能を凝固させて、前記マイクロスケールのパターン形状を有する前記固体のマイクロスケールのパターン状構造を形成する手段と、を備える、システム。
【請求項２】
複数のマイクロスケールのパターン状構造を生産するシステムであって、
第１経路に沿って移動するように制約された第１表面を有する第１コンベアと、
第２経路に沿って移動するように制約された第２表面を有するコンベアであって、前記第１経路および第２経路は、前記第１表面と前記第２表面の間で画定された最小間隔が細長いギャップ領域内に見いだされるように配列される、第２コンベアと、
前記細長いギャップ領域から上流に位置決めされたある場所で、前記第１表面に溶融された高分子薄膜を配置する手段であって、続いて起こる前記第１表面の移動が前記細長いギャップ領域を通して前記高分子薄膜を運搬するようにする、手段と、
前記溶融された高分子膜が前記ギャップ領域の中を通過中に電気流体力学（ＥＨＤ）パターン形成型変形を受けるように、前記ギャップ領域内で前記第１コンベアと前記第２コンベアの間に電界を発生させる手段であって、それによってマイクロスケールのパターン形状を有する複数のパターン状液体高分子機能を形成する、手段とを備え、
前記細長いギャップ領域から下流に位置決めされたある場所で、続いて起こる前記パターン状液体高分子機能の冷却は、前記複数のパターン状液体高分子機能を凝固させ、それによって前記マイクロスケールのパターン形状を有する前記複数の固体のマイクロスケールのパターン状構造を形成する、システム。
【請求項３】
複数のマイクロスケールのパターン状構造を生産するシステムであって、
第１経路に沿って移動するように制約された第１表面を有する第１コンベアと、
第２経路に沿って移動するように制約された第２表面を有するコンベアであって、前記第１経路および第２経路は、前記第１表面と前記第２表面の間で画定された最小間隔がギャップ領域内に見いだされるように配列される、第２コンベアと、
前記ギャップ領域から上流に位置決めされたある場所で、前記第１表面に高分子薄膜を配置する手段であって、続いて起こる前記第１表面の移動が前記ギャップ領域を通して前記高分子薄膜を運搬するようにする、手段と、
前記第１表面および前記第２表面のうちの少なくとも１つに可変電荷パターンを発生させる動的電荷発生メカニズムであって、前記可変電荷パターンは、前記ギャップ領域内の前記第１コンベアと前記第２コンベアの間に電界を発生させて、前記電界は、マイクロスケールのパターン形状を有する複数のパターン状液体高分子機能を形成する電気流体力学（ＥＨＤ）パターン形成型変形を、前記液体高分子薄膜に受けさせるようにする、動的電荷発生メカニズムと、
前記液体高分子薄膜が電気流体力学（ＥＨＤ）パターン形成型変形を受けた後で、前記液体高分子薄膜を凝固させて、前記マイクロスケールのパターン形状を有する前記複数のマイクロスケールのパターン状構造を形成する手段と、を備える、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロスケールのパターン状構造に関し、さらに詳しくはマイクロスケールのパターン状構造を生産するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
工業的に適切な量で数ミクロンから数センチメートルにわたるスケールにおいて、３次元のパターン形成を用いて高分子薄膜を生産するシステムの必要性が、しだいに増大している。このようにパターン状高分子薄膜は、例えば、光学的用途（反射防止コーティングおよびフィルタ）および制御された湿潤用途（疎水性用途および親水性用途）向けに有益である。
【０００３】
現在、数１００ナノメートルから数ミクロンにわたるトポロジを用いて、パターン状薄膜を生産する技術は相当数あり、これらの技術には、ローリング・マスク・リソグラフィ（米国、カリフォルニア州、プレザントンのＲｏｌｉｔｈ社によって開発された）、ナノインプリントリソグラフィ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｉｍｐｒｉｎｔｓ社（Ａｕｓｔｉｎ、ＴＸ、ＵＳＡ）およびＯｂｄｕｃａｔ社（Ｌｕｎｄ、Ｓｗｅｄｅｎ））、ホログラフィックリソグラフィ（ＴｅｌＡｚｔｅｃ  ＬＬＣ社（Ｂｕｒｌｉｎｇｔｏｎ、ＭＡ、ＵＳＡ））、および液体堆積（「シャークスキンコーティング装置」Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ（Ｍｕｎｉｃｈ、Ｇｅｒｍａｎｙ））が含まれる。これらの方法はすべて、原版ベースの方法を用いてフォトレジスト膜内に一構造を生み出し、続いて同構造を用いてガラス内または高分子薄膜内に動的に構造を生み出し、同構造は、エンボス加工し、ＵＶ光（紫外線）を用いて硬化することができる。これらの技術はいずれも、広領域の形式でまたは動的かつデジタル的なやり方で任意に変化するパターンを生み出すことはできない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電気流体力学（ＥＨＤ）パターン形成は、最近開発された技術であり、液体高分子薄膜の表面を、同液体に加えられた力と同液体の表面張力とのバランスを通して形作ることによって、鋳型上に形成されたマイクロ構造またはナノ構造を同高分子薄膜上へ電気的に移送することを含む。表面の不安定性は、ファン・デル・ワールス力および熱による力によって駆動されることがあるが、不安定性が存在している場合、典型的には外力によって支配される。界面を横切って圧力勾配を引き起こすすべての外（例えば、電気的または熱による）力は、この表面不安定性を引き起こすことがある。本発明は、不安定性の長さスケールをはるかに下回る高さ／厚さを有する高分子薄膜に適用されたＥＨＤパターン形成技術に焦点を合わせ、それゆえ高分子薄膜の動力学は潤滑理論によって完全に説明され、現れるパターンは最速で増大する表面張力波モードによって駆動される。このような高分子薄膜のＥＨＤパターン形成を発生させる時間スケールは、液体高分子の誘電率、粘度、高さ／厚さおよび表面張力、印加された電圧（電界）、ならびに電界を発生させるのに用いられる電極間または電荷間の間隔に依存しており、現れるパターンの長さスケールは、表面張力、ならびに高分子膜の内部で印加された電圧および電界に依存している。これらのパターンは、電界が一定の場合、膜特性に固有の長さスケールで見いだされるか、それとも電界が空間的に変化する場合、特定の構造に強いられるかすることができる。ＥＨＤパターン形成に対する複製の高さは、電界が鋳型のスペーサ高さに感知できるので、以前に提案された技術ではナノスケールに限定されている。加えて、従来のＥＨＤパターン形成技術は、商業的に有益な量の膜を生産することができないので、商業的に実行可能ではない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、改善された電気流体力学（ＥＨＤ）薄膜パターン形成技術を実装するシステムであって、高分子薄膜へ一体的に接続されるかそれとも互いに分離されるかする、マイクロスケールのパターン状構造を連続的に生産する、実行可能でかつ安価な製造技術を提供するシステムに向けられる。本システムは、ギャップ（またはニップ（挟持部））領域の両側に比較的広い間隔だけ離れて配置された、対向する表面を有する、２つの湾曲したコンベア（例えば、２つのローラまたは２つのベルト）を利用する。高分子、高分子前駆体、または別の適切な材料を含有する液体薄膜は、適切なコーティング（塗布）メカニズムによって一方のコンベア（例えば、「下側」ローラまたはベルト）表面にコーティングされまたは別のやり方では配置され、続いてギャップ領域内へ運搬されるようにし、この場合、２つのコンベア表面間の最小ギャップ間隔は、上側膜表面と、対向するコンベア表面との間で小さいギャップがもたらされるように、設定されている。液体薄膜は、ギャップ領域の中を通過しながら、２つのコンベア間で発生した電界を受けるが、電界強度および液体薄膜特性（例えば、粘度および誘電率）は、液体薄膜がＥＨＤパターン形成を受けるように設定される（すなわち、液体高分子の一部が上側コンベアの方に引っ張られ、それによって下側コンベアから、空気または別の流体で充填された小ギャップ内へ広がる、パターン状マイクロスケールの液体高分子機能を形成する）。ＥＨＤパターン形成を受けながら（例えば、ギャップ領域の内部でまたはギャップ領域のすぐ外側で）、適切な硬化メカニズム（例えば、ＵＶレーザ処理または熱処理）が、高分子薄膜を架橋する（硬化させる）のに利用され、それによって液体マイクロスケール高分子機能は、硬化され（凝固し）て、液体高分子内に電界によって発生した形状と実質的に同一のパターン形状を有する、マイクロスケールのパターン状構造を形成する。次いで、固体のマイクロスケールのパターン状構造および隣接する任意の高分子薄膜材料は、下側コンベアから除去される。このように本発明は、種々多様な商業用途に利用することができるデジタルマイクロスケール高分子構造を連続的に生産する、低コストかつ効率的なシステムを提供する。
【０００６】
特定の一実施形態によって、高分子薄膜は、マイクロスケール構造の内部で垂直に方向付けられるようになるナノ構造（例えば、ナノワイヤまたはナノチューブ）を含有する。具体的には、ナノ構造は、薄膜の形成中に、最初の（例えば、ランダムな）方向付けを有するが、マイクロスケールのパターン状構造の内部において、印加された電界に応じて、およびその結果発生する流体力であってマイクロスケール機能のＥＨＤパターン形成と関連付けられた流体力に応じて、直下のコンベア表面に関して実質的に垂直の方向付けで整列するようになる。この属性により、本発明は、特殊なナノ構造（例えば、柔軟性のある電子機器の相互接続またはセンサアレイについての、生産用カーボンナノチューブ）を含有するいくつかの装置の大量生産に対して非常に価値のあるものになる。
【０００７】
本発明の代替の一実施形態によれば、離散的な（分離した）マイクロスケールのパターン状構造が生産され、同構造は、例えば、特異性が増加した薬品の供給において、ミクロンサイズに形成された粒子を生み出すのに用いることができる。このプロセスは、印加された電界がマイクロスケール機能の垂直の成長を引き起こしながら、高分子薄膜が、全体に複数の機能に形成されて離散的な液体高分子「島」に粉々になるように、高分子薄膜を形成するステップを含む（すなわち、不十分な液体高分子が柱状のマイクロスケール機能を囲む場合、同機能は互いに分離されるようになる）。続いて起こる硬化させるステップは、離散的な機能を「凍結させて」（凝固させて）、下側コンベア表面に離隔された配列で配置された、複数の前記固体のマイクロスケールのパターン状構造を形成する。次いで、マイクロスケールのパターン状構造が、分離メカニズムを用いてコンベア表面から除去され、したがって目標とする材料に同構造を組み込むことができる。
【０００８】
実用的な実施形態において、上側および下側コンベアは、平行な上側および下側円筒ころによって実装され、同円筒ころは、ニップ（ギャップ）システムによって位置決めされて精密なニップ間隔を画定する。ＵＶ硬化高分子薄膜は、スロットコーティング装置を用いて下側ローラ上へ塗布され、ニップ領域内でマイクロスケール機能がＥＨＤパターン形成によって確立された後で、硬化ステップがＵＶレーザ光によって実行される。このロールツーロール生産システムは、既存のスロット・コーティング・システムおよび精密ローラを用いて、高い生産出力（生産高）を可能にし、これは製造コストを最小化する。
【０００９】
別の実用的な実施形態によれば、対向して水平に配置されたベルト部間で細長いギャップ領域を画定するように位置決めされたベルトによって、２つのコンベアが実装される。熱硬化性またはＵＶ硬化性高分子が、ギャップ領域の上流に塗布されて、加熱ブロックによって、または透明なベルト材料の中を透過されたＵＶ光によって、硬化ステップが実行される。特定の一実施形態において、ベルトの精密な位置決めは、さねはぎ型配列を用いて達成され、同配列においてＴ字形リブは、各ベルトの下方に広がって、ベルト支持構造内に形成された対応する溝内にスライド可能に収容される。このベルトツーベルト生産システムは、ロールツーロール手法より長いパターンセットアップ期間およびより高い生産出力レートを可能にする。
【００１０】
別の一実施形態によれば、パターンを生み出しかつ制御するにあたって最大の柔軟性を達成するために、本発明は、パターン形成プロセスにわたってデジタル制御を容易にする動的電荷発生装置を利用する。特定の一実施形態に従って、動的電荷発生装置は、連続表面移動電極構造（例えば、上側ローラまたはベルト）上に配置された分割電極から成るアレイを含み、この場合各電極は、個々にアドレス指定可能である（すなわち、各分割電極は、関連付けられたアドレス指定ラインによって個々にアクセスされる）。別の実施形態において、電荷パターンは、（例えば、スコロトロン（グリッド付きコロナ帯電器）によって）移動電極構造の絶縁表面または誘電体表面に、光電プロセスを介して直接に堆積しまたは生み出され、電極間隔上のＥＨＤパターンの感度を低減する利益をもたらして、薄膜パターンの空間変調を可能にし、かつ連続的ＥＨＤパターン形成手法に対する薄膜パターンの時間的変動を可能にする。これらのデジタルパターン形成法は、対象を横切る種々の波長のＥＭ放射と任意に相互作用して、または受動ポンプとして機能する、空間的に変化する濡れ性特性を有する表面と任意に相互作用して、コーティングを生み出すことを可能にする。
【００１１】
本発明のこれらのおよび他の機能、態様および利点が、次の説明、添付の請求項、および添付の図面に関してより良好に理解されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の単純化した実施形態によるシステムを描写する側面断面斜視図である。
【図２】図２は、ナノ構造を含有する高分子薄膜を示す拡大側面断面図である。
【図３】図３は、本発明の特定の一実施形態による、図２のナノ構造を含有するマイクロスケールのパターン状機能の形成を示す拡大側面断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の別の特定の実施形態による、離散的なマイクロスケールのパターン状機能の形成を示す拡大側面断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の別の特定の実施形態による、離散的なマイクロスケールのパターン状機能の形成を示す拡大側面断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、本発明の別の特定の実施形態による、離散的なマイクロスケールのパターン状機能の形成を示す拡大側面断面図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、本発明の別の特定の実施形態による、離散的なマイクロスケールのパターン状機能の形成を示す拡大側面断面図である。
【図４Ｅ】図４Ｅは、本発明の別の特定の実施形態による、離散的なマイクロスケールのパターン状機能の形成を示す拡大側面断面図である。
【図５】図５は、本発明の実用的な実施形態による、マイクロスケールのパターン状構造を生産する単純化ロールツーロール型システムを示す側面斜視図である。
【図６】図６は、本発明の別の実用的な実施形態による、マイクロスケールのパターン状構造を生産する単純化ベルトツーベルト型システムを示す側面断面図である。
【図７】図７は、図６のシステムの一部を示す側面断面図である。
【図８】図８は、本発明の別の実施形態による分離電極を用いてマイクロスケールのパターン状構造を生産する単純化システムを示す側面断面図である。
【図９】図９は、図８のシステムの一部を示す概略斜視図である。
【図１０】図１０は、本発明の別の一実施形態による、電荷パターンが印加された電極を用いてマイクロスケールのパターン状構造を生産する単純化システムを示す側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、さまざまな商業目的向けにマイクロスケールのパターン状構造を生産するシステムにおける改善策に関する。次の説明は、特定の用途およびその要件との関連で提供される本発明を、当業者が製作して使用することを可能にするように提示される。本明細書で使用される、「上側」、「下側、「上流」および「下流」などの方向性の用語は、説明のために相対位置を提供するように意図されていて、参照の絶対的なフレームを示すようには意図されていない。加えて、語句「一体的に接続される」は、本明細書において単一構造の２つの部分間の接続関係を説明するために用いられ、（修飾語「一体的に」を用いない）用語「接続される」または「結合される」と区別され、例えば、接着剤、締め具、クリップ、または可動型ジョイントによって結合される２つの分離した構造を指し示す。好適な実施形態への種々の修正形態が当業者には明らかなことになり、本明細書において定義された概略の原理は、別の実施形態に適用することができる。したがって、本発明は、示された特定の実施形態に限定されるようには意図されていなくて、本明細書において開示された原理および新規性のある機能と一致するもっとも広い範囲を与えられるべきである。
【００１４】
本発明は、ＥＨＤパターン形成条件を生み出すように構成された典型的なシステムを参照して、以下で説明される。当業者は、以下で述べられるパラメータが特定の実験的観測と関連付けられおり、したがって同パラメータに限定するように意図するものではないことを認識することになる。
【００１５】
図１は、単純化された本発明の典型的な実施形態に従って、デジタルマイクロスケールのパターン状（高分子）機能を薄膜上に連続的に生産するシステム１００を描写する。システム１００は、一般に、下側（第１）コンベア１１０、上側（第２）コンベア１２０、関連付けられたコンベア駆動メカニズム１３０−１および１３０−２、薄膜形成装置１４０、電界発生器（低電圧源１５０−１および高電圧源１５０−２によって示される）、ならびに任意選択の硬化メカニズム１６０を含む。
【００１６】
コンベア１１０および１２０は、狭いギャップ領域を通して液体高分子薄膜を移す（移動させる）ことができる湾曲した表面を提供する（例えば、ローラまたはベルトなどの）任意の運搬装置によって実装される。具体的には、下側コンベア１１０は、対応する第１湾曲（例えば、円形または楕円形の）経路に沿って移動するように支持されかつ制約された下側（第１）コンベア表面１１１を有し、第２コンベア１２０は、対応する第２湾曲経路に沿って移動するように支持されかつ制約された上側（第２）コンベア表面１２１を有する。コンベア１１０および１２０と関連付けられた湾曲経路は、コンベア表面１１１および１２１がギャップ領域１０１において最小間隔Ｇだけ分離され、ギャップ領域１０１から「上流」のある場所で比較的広い第１間隔Ｄ１だけ、およびギャップ領域１０１から「下流」のある場所で比較的広い第２間隔Ｄ２だけ分離され、この場合、間隔Ｄ１およびＤ２は最小ギャップ間隔Ｇよりもはるかに広い。以下で説明される目的のために、下側コンベア１１０および上側コンベア１２０は、両方とも、動作中にギャップ領域１０１の両端の電位を維持する導電性材料または誘電性材料を備える。一実施形態において、下側コンベア１１０は、導電性金属または高分子を含み、または任意選択でインジウム酸化スズ（ＩＴＯ）などの導電性かつ透明な材料でコーティングされる。上側ローラ１２０は、電極パターン（以下で説明される）も含み、または導電性金属もしくは高分子も含む。
【００１７】
本発明の一態様によれば、下側コンベア１１０および上側コンベア１２０は、表面１１１および１２１がギャップ領域１０１の中を整合速度で移動するように、それぞれ下側駆動部材１３０−１および上側駆動部材１３０−２（例えば、モータおよび／またはベルト）によって駆動される。具体的には、表面１１１および１２１は、下側表面１１１の各（第１）表面領域１１１−１が、上側表面１２１の対応する（第２）表面領域１２１−１と実質的に同時にギャップ領域１０１中を通過するように、各経路に沿って移動する。
【００１８】
図１の左側を参照すると、薄膜形成装置１４０は、ギャップ領域１０１から上流のある場所で、下側コンベア表面１１１に硬化性液体高分子薄膜１４１Ｌを配置するのに適したコーティング装置または他のメカニズムであり、それによって薄膜１４１Ｌは、下側コンベア１１０の垂直の移動によってギャップ領域１０１内へ続いて運搬される。例えば、装置１４０は、下側コンベア表面１１１の表面領域１１１−１に液体高分子（例えば、ポリスチレン、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）またはＯｒｍｏＳｔａｍｐ（登録商標）ＵＶ硬化高分子）の薄膜（第１）部分１４１−１を堆積させ、および続いて起こる下側コンベア表面１１１の移動は、部分１４１−１をギャップ領域１０１内へ移動させる。一実施形態において、薄膜形成装置１４０は、１ミクロンから１００ミクロンの範囲にある（コンベア表面１１１から薄膜１４１の上側表面１４２へ測定された）厚さ（高さ）Ｔを有する薄膜１４１Ｌを確実に生み出すスロットコーティング装置によって実装される。別の実施形態において、数ミクロン厚を有する信頼性のある薄膜を生み出す別のコーティング装置（例えば、スロット・ダイ・コーティング・システム、スライド・コーティング・システム、またはカーテン・コーティング・システム）が用いられる。
【００１９】
本発明の別の一態様によれば、低電圧源１５０−１および高電圧源１５０−２は、例えば、コンベア１１０および１２０上に配置された導電性材料にそれぞれ低電圧Ｖ１および高電圧Ｖ２（例えば、それぞれ０Ｖおよび１００Ｖ）を印加することによって、下側コンベア１１０と上側コンベア１２０の間に電界Ｆを発生させる。電界の強度Ｆは、電圧Ｖ１およびＶ２によって発生した比較的低電荷と比較的高電荷の間の相対間隔によって決定され、これらの電荷は図１にただ便宜的に「＋」および「−」で指し示される（例えば、電荷のうちの１つは０Ｖとすることができ、または電荷の極性は反対とすることができる）。すなわち、湾曲経路の後にコンベア表面１１１および１２１が続くために、電界Ｆは、（すなわち、最小のギャップ間隔Ｇのために）ギャップ領域１０１内でもっとも高く（もっとも強く）、表面１１１と表面１２１の間の関連付けられた離隔間隔に従ってギャップ領域１０１の両側で減少する（弱くなる）。本発明の一態様に従って、高分子液体薄膜１４１がギャップ領域１０１内へ入って同領域の中を通過しながら、高分子液体薄膜１４１ＬにＥＨＤパターン形成（変形）を受けさせるのに電界Ｆが十分であるように、電圧Ｖ１およびＶ２は選択され、それによって液体高分子薄膜１４１Ｌ内にパターン状液体高分子機能１４３を形成する。具体的には、ＥＨＤパターン形成に起因して、持ち上げられた細長隆起部または柱の形状をした、パターン状液体高分子機能１４３は、薄膜部分１４１の周囲部分から引き出された液体高分子によって形成され、それによって各パターン状液体高分子機能１４３は、コンベア表面１１１からギャップ領域１０１内に（すなわち、上側コンベア１２０の方に）、上方へ広がる。電界Ｆの強度を制御することによってかつ適切な高分子特性（例えば、粘度）を利用することによって、パターン状液体高分子機能１４３は、ギャップ領域１０１内にマイクロスケールのパターン形状（すなわち、各パターン状液体高分子機能１４３の幅および高さは、約１ミクロンから１００ミクロンまでである）を示す。
【００２０】
本発明の別の一態様によれば、ＥＨＤパターン状液体高分子機能１４３および任意の周囲の高分子材料は、薄膜高分子材料が電界Ｆの中から外へ通過する前に硬化する。図１の右側を参照すると、硬化メカニズム１６０は、各パターン状液体高分子機能１４３および周囲の高分子材料を凝固させるように動作し（すなわち、機能１４３がギャップ領域１０１の内部で位置決めされるとき、または機能１４３がギャップ領域１０１から抜け出た直後で依然として電界Ｆを受けているとき）、それによって凝固した高分子薄膜１４１Ｓから広がる、固体のマイクロスケールのパターン状構造１４５を形成し、この場合、各マイクロスケールのパターン状構造１４５は、その前駆体の液体高分子機能１４３の形状と実質的に同一のマイクロスケールのパターン形状を有する。各例において利用される特定の硬化メカニズム１６０は、薄膜１４１Ｌを形成する高分子材料の種類によって決定される（例えば、ＵＶ硬化性高分子が用いられる場合、硬化メカニズム１６０は、例えば、ギャップ領域１０１内に配置された薄膜１４１Ｌの一部へＵＶレーザビーム１６１を向けるＵＶ硬化システムによって実装される）。別の実施形態において、使用される高分子の種類に依存して、硬化メカニズム１６０は、例えば、可視光硬化システムまたは集束型熱硬化システムによって実装される。
【００２１】
図１の右下部分を参照すると、硬化プロセスに続いて（すなわち、ギャップ領域１０１から下流で）、凝固した高分子薄膜１４１Ｓは、次の処理のために下側コンベア１１０から除去される。マイクロスケールのパターン状構造１４５は、凝固した高分子薄膜１４１Ｓから離れて配置されたままであり、かつ薄膜１４１Ｓから上方へ広がっていることに留意されたい。
【００２２】
図２および図３は、本発明の修正されたＥＨＤパターン形成手法の固有の属性を図示し、同図で「投入された」高分子薄膜は、マイクロスケール高分子構造の形成中に本質的に整列するナノ構造を含有し、それによって種々多様な高度に有益な商業用途の生産を容易にする。
【００２３】
図２は、ナノ構造１４８（例えば、カーボンナノチューブまたはＧａＡｓナノワイヤ）を含む液体高分子薄膜部分１４１Ｌ−１Ａを示す部分断面図である。この場合、高分子／ナノ構造薄膜形成装置１４０Ａ（例えば、修正された高分子／ナノ構造材料を堆積させるために最適化された上述のコーティングシステムのうちの１つ）は、図１を参照して上述した構造と類似した構造を利用する下側コンベア１１０上に、厚さＴを有する液体高分子薄膜部分１４１Ｌ−１Ａを形成する。ナノ構造１４８は、堆積時に液体高分子薄膜部分１４１Ｌ−１Ａの内部で、最初の（例えば、ランダムなまたはランダムでない）方向付けで分散することに留意されたい。
【００２４】
図３は、図１を参照して上述したやり方と類似したやり方で、下側コンベア１１０と上側コンベア１２０の間のギャップ領域１０１内に配置されたときの液体高分子薄膜部分１４１Ｌ−１Ａを示す。上述したように、電圧源１５０Ａ−１および１５０Ａ−２によって発生した電界Ｆは、ＥＨＤパターン形成型変形を引き起こし、それによって液体高分子材料は、（破線矢印で指し示されるように）内側へかつ上方へ流れて、液体高分子薄膜部分１４１Ｌ−１Ａから上側コンベア１２０の方に広がるパターン状液体高分子機能１４３を形成する。加えて、ナノ構造１４８が、電界に対して反応性であるとき（例えば、カーボンナノチューブ）、ナノ構造１４８は、電界Ｆ内で整列しかつパターン形成から生じる流体力に結合して、概して垂直の（すなわち、下側コンベア１１０の表面１１１に概して垂直の）方向付けを引き起こす。
【００２５】
この点に対して本発明は、高分子薄膜の製作に関連して説明されていて、同製作において、マイクロスケールのパターン状構造間の間隔は、例えば図１に示すようにマイクロスケールのパターン状構造が一体的に接続される対象の薄い高分子材料によって、一定となる。このような一体の高分子薄膜は、上述した用途などの多くの商業用途を有すると考えられているが、個々の（分離された）マイクロスケールのパターン状構造は、他の商業用途（例えば、薬品）に有益である。
【００２６】
図４Ａ〜図４Ｅは、本発明の代替の一実施形態によるシステム１００Ｂを図示する概略断面図であり、システム１００Ｂは、薬品の供給において特異性が増加した粒子を作り出すために、分離された（離散的な）マイクロスケール構造を生産する。
【００２７】
図４Ａは、最初の期間（ｔ０）で下側コンベア１１０Ｂの表面１１１Ｂにある高分子薄膜部分１４１Ｂ１（ｔ０）を描写する。先行する実施形態にあるように、高分子薄膜部分１４１Ｂ１（ｔ０）は、スロットコーティング装置または他の薄膜形成装置１４０Ｂ（図示されない）によって形成され、一方で表面１１１Ｂは、比較的広い間隔Ｄ１だけ上側コンベア１２０Ｂの表面１２１Ｂから分離される。本実施形態において、以下で説明されるように高分子薄膜を離散的な島へ粉々にするために、高分子薄膜部分１４１Ｂ１（ｔ０）を形成する高分子材料は、比較的低粘度を有し、および／または高分子薄膜部分１４１Ｂ１（ｔ０）の厚さＴ１は、上述した本実施形態において用いられるよりも故意に小さい。
【００２８】
図４Ｂは、ギャップ領域からすぐ上流の位置へ下側コンベア１１０Ｂによって移動した後の、時点ｔ０に続く期間（ｔ１）における高分子薄膜部分１４１Ｂ１（ｔ１）を図示し、この場合表面１１１Ｂは、比較的小さい間隔Ｄ１１だけ表面１２１Ｂから分離される。この段階では供給源１５０Ｂ−１および１５０Ｂ−２によって発生した印加電界Ｆ（ｔ１）は、高分子薄膜部分１４１Ｂ１（ｔ１）のＥＨＤパターン形成を引き起こし始め、それによって液体高分子の内側かつ上方への流れは、液体マイクロスケールのパターン状機能１４３Ｂ（ｔ１）を発生させる。時点ｔ１で、その小さいサイズのために、（極めて薄いが）連続的なウェブ状部分（パターン状機能間の膜状部分）１４１Ｂ１１を維持するのに十分な液体高分子材料が、パターン状機能１４３Ｂ（ｔ１）を囲むことに留意されたい。
【００２９】
図４Ｃは、時点ｔ１に続く期間（ｔ２）における高分子薄膜部分１４１Ｂ１（ｔ２）を図示し、このときパターン状機能１４３Ｂ１（ｔ２）はギャップ領域１０１Ｂ内に配置される（すなわち、この場合最小のギャップ間隔Ｇはコンベア１１０Ｂとコンベア１２０Ｂを分離する）。高分子薄膜の低粘度および／または薄膜厚のために、電界Ｆの強度（ｔ２）は、パターン状液体高分子機能１４３Ｂ（ｔ２）を、第１表面１１１Ｂ上で隣接する高分子機能（図示されない）から分離させる。すなわち、パターン状機能１４３Ｂ１（ｔ２）の垂直の成長を与えるのに役立つどんな周囲の流体も追加されないので、ウェブ状部分１４１Ｂ１１は、隣接する機能から離れる方に切れて、それによってパターン状機能１４３Ｂ１（ｔ２）を形成する液体は、液体高分子の離散的な「島」を備える。具体的には、各パターン状機能（離散的な液体島）１４３Ｂ１（ｔ２）内へ引き出された液体高分子の容量が、垂直（Ｚ）方向（すなわち、表面１１１Ｂに垂直の方向）に成長しながら、パターンのネガティブスペース（空白部分）の流体の容量に等しくなるように、高分子膜の間隔および厚さは制御されて、ＥＨＤパターン形成プロセスは、パターンと同一サイズスケールの小さい粒子を生み出す。
【００３０】
図４Ｄは、時点ｔ２の直後の期間（ｔ３）における高分子薄膜部分１４１Ｂ１（ｔ３）を図示し、このときパターン状機能１４３Ｂ１（ｔ３）がギャップ領域からすぐ下流に配置される（すなわち、この場合コンベア１１０Ｂとコンベア１２０Ｂは、最小ギャップ間隔に実質的に等しいまたはわずかに広い間隔Ｄ２１だけ分離される）。この段階のパターン状機能１４３Ｂ１（ｔ３）において、硬化エネルギ１６１Ｂ（例えば、ＵＶレーザ光）は、離散的な機能１４３Ｂ１（ｔ３）を「凍結させて」（凝固させて）、固体のマイクロスケールのパターン状粒子（構造）１４５Ｂを形成する。この硬化プロセスは、ギャップ領域の中を通過しながら、あらゆる離散的な機能上で実行され、それによってコンベア表面１１１Ｂ上に離隔された配列で配置された、多数の固体のマイクロスケールのパターン状粒子を発生させることに留意されたい。
【００３１】
図４Ｅは、期間ｔ３に続いて、マイクロスケールのパターン状粒子１４５Ｂを図示する。本発明の一実施形態によれば、分離装置１７０Ｂ（例えば、ナイフエッジ）は、コンベア表面１１１Ｂからマイクロスケールのパターン状構造１４５Ｂを分離するように動作する。
【００３２】
図５は、本発明の実用的な特定の実施形態によるシステム１００Ｃを示す斜視図であり、同図において、上述した一般化されたコンベアは平行な下側および上側ローラ（コンベア）１１０Ｃおよび１２０Ｃによって実装され、一般化された薄膜形成装置はスロットコーティング装置１４０Ｃによって実装され、および一般化された硬化装置は紫外線（ＵＶ）光源１６０Ｃによって実装され、この場合これらの特定の装置は、上述した一般化された方法と一致する生産方法を実行するように制御される。
【００３３】
図５の下側部分を参照すると、下側ローラ１１０Ｃは、電界回路内の接地として機能するように、低電圧源１５０Ｃ−１に動作可能に結合される。電界を発生させるために、下側ローラ１１０Ｃの外周部分は、導電性金属もしくは導電性高分子で構成され、または外側表面１１１Ｃは、任意選択でＩＴＯなどの導電性材料および／もしくは透明材料でコーティングされる。
【００３４】
最上ローラ１２０Ｃは、高電圧源１５０Ｃ−２に動作可能に結合され、高電圧源１５０Ｃ−２は、１つ以上の高電圧信号を供給して印加電界回路を発生させる。一実施形態において、最上ローラ１２０Ｃの外側表面１２１Ｃは、ローラ表面１２１Ｃの全体にわたって電気的に活性である連続的導電層を含む。（以下でさらに詳細に説明される）別の実施形態において、最上ローラ１２０Ｃは、電荷パターンが印加される対象の、電極パターンまたは誘電性材料を含む。
【００３５】
下側ローラ１１０Ｃおよび上側ローラ１２０Ｃは、１つ以上のモータ１３０Ｃ−１および１３０Ｃ−２によって、当技術分野で周知の技術を用いて駆動されて、表面１１１Ｃの各領域が、表面１２１Ｃの対応する領域と実質的に同時にニップ型ギャップ領域１０１Ｃの中を通過する（すなわち、ローラ１１０Ｃおよび１２０Ｃが整合速度で駆動される）ようにする。下側ローラ１１０Ｃおよび上側ローラ１２０Ｃは、ニップ（ギャップ）領域１０１Ｃにおいて一定の最小間隔Ｇだけ分離されたままであるように、支持構造（同様に図示されない）によって保持される。ローラ１１０Ｃおよび１２０Ｃの軸間に作動可能に接続されて周知の技術を用いて最小間隔Ｇの調整を容易にする、従来の高精度ニップシステム１８０Ｃは、ローラ間隔の寸法制御を高度に保証するように機能する。
【００３６】
スロットコーティング装置１４０Ｃは、直接に下側ローラ１１０Ｃのシリンダローラ表面１１１にまたは表面１１１Ｃの全体にわたって配置された支持ウェブ（図示されない）上に、液体高分子薄膜１４１Ｃをコーティングする（堆積させる）。この機能を実行することができるスロットコーティング装置は、当技術分野で周知のことである。高分子膜１４１Ｃは、ニップ領域１０１Ｃに入ると、以下で説明されるやり方で上側ローラ１２０Ｃ上に配置された電極のパターンを複製する、または上述したように高分子システムの自然の不安定性に基づいてパターンをセットアップする。
【００３７】
ローラ１１０Ｃとローラ１２０Ｃの間のニップ（ギャップ）領域１０１Ｃの近くで硬化を容易にするために、ＵＶ硬化性高分子が、高速の定着時間のゆえに利用され、「定着」メカニズムが、ニップ型ギャップ領域１０１Ｃに隣接する場所上へビーム１６１Ｃを向けるシステム１６０Ｃ（例えば、紫外線（ＵＶ）硬化システム、可視光硬化システム、および集束型熱硬化システムのうちの１つ）によって実装される。具体的には、ニップ領域１０１Ｃの中を通過した後で、ビーム１６１Ｃが当てられて、高分子が、架橋され、かつ固体のマイクロスケールパターン形状であって印加電界によって液体高分子上に強制された形状に硬化するようにする。この硬化機能を実行することができるＵＶレーザシステムは、当技術分野で周知のことである。代替の一実施形態において硬化システムは、ローラ１１０Ｃおよび１２０Ｃのうちの１つの内部に配置され、透明なローラ材料を通してギャップ領域１０１Ｃ内へ向けられる。次いで凝固した高分子膜（図示されない）は、下側ローラ１１０Ｃから除去されて、必要となる場合がある任意の追加ステップのために、下流に移動する。
【００３８】
システム１００Ｃの生産出力は、ローラ１１０Ｃおよび１２０Ｃの幅Ｗ、ならびにローラ１１０Ｃおよび１２０Ｃの回転速度Δθといった２つの要因によって制限される。ローラ幅Ｗは、必要とされる許容誤差内で、ローラ１１０Ｃおよび１２０Ｃを製造しかつ設置する物理的能力によって制限される。これらの許容誤差は、典型的なスロット・コーティング・システムにおける許容誤差と類似しており、同許容誤差は、３．５メートルにわたって０．５ミクロンの許容誤差を維持するように合理的に予測することができる。これにより、２ミクロンの許容誤差で８ミクロンの機能を実現するにあたって、高速のＵＶ硬化時間で１．３ｍ／ｓの最大生産出力がもたらされる。幅は増加することができ、機械加工の許容誤差に対する膜パターンの感度は、以下でさらに詳細に説明される相当数の電極のアドレス指定法を介して、印加電圧を変化させることによって調整することができる。
【００３９】
図６は、本発明の別の実用的な実施形態によるシステム１００Ｄを示す概略側面断面図である。システム１００Ｄは、ベルトツーベルト配列によって特徴付けられ、同配列は、下側ベルト表面１１１Ｄおよび上側ベルト表面１２１Ｄの対向する平面領域間の細長いギャップ領域１０１Ｄを画定するように位置決めされた下側ベルト状コンベア１１０Ｄおよび上側ベルト状コンベア１２０Ｄによって形成される。薄膜堆積装置（例えば、スロットコーティング装置）１４０Ｄは、ギャップ領域１０１Ｄに入る前に下側ベルト表面１１１Ｄに液体高分子薄膜１４１Ｄを形成するように配置され、電圧源（図示されない）は、上述したようにベルト上に形成された導電性材料に接続されて、細長いギャップ領域１０１Ｄの内部で所望の電界を発生させる。
【００４０】
システム１００Ｄのベルトツーベルト配列は、１００Ｃのロールツーロール配列と類似しているが、ロールツーロール配列の小さいニップ型ギャップ領域でなく、システム１００Ｄは、マイクロスケールパターン機能を形成するためにより多くの時間を可能にする広いギャップ領域を提供する。この配列は、熱硬化を容易にすることによって（例えば、細長いギャップ領域１０１Ｄに隣接するベルト材料の内面に沿って配置された熱硬化システム（加熱ブロック）１６０Ｄによって）、熱硬化性高分子の利用を容易にする。熱硬化を容易にするために、例えば、熱伝導材料、または赤外線を細長いギャップ領域１０１Ｄへ入れる透明材料を用いて、ベルトが形成される。
【００４１】
図６に示されるベルトツーベルトプロセスに必要とされる余裕のない許容誤差を維持するために、ベルト状コンベア１１０Ｄおよび１２０Ｄは、整列ブロックによって接近して保持しなければならない。これは、かなりの量の張力か、それとも図７に指し示される配列を使用してブロックの中でおよびブロックの中から外へスライドする連動部分かを用いて、達成することができる。
【００４２】
図７は、特定の一実施形態による連動配列を示す断面斜視図であり、下側ベルト状コンベア１１０Ｄは、同配列によって、直下の加熱ブロック（または他の支持構造）１６０Ｄの上側表面に関して精密な平面の方向付けで保持される。指し示されるように、下側ベルト状コンベア１１０Ｄは、加熱ブロック１６０Ｄの平面の上側表面１６１Ｄの全体にわたってスライドする搬送ベルト部分１１２Ｄを含み、パターン状液体機能１４３Ｄが、上述したプロセスのうちの１つに従うコンベア表面１１１Ｄに形成されるようにする。搬送ベルト部分１１２Ｄの全幅にわたって平面の上側表面１６１Ｄに関してＺ軸の精密な位置決めを維持するために、加熱ブロック１６０Ｄは、下側ベルト状コンベア１１０Ｄの移動方向Ｘに広がる細長いＴ字形の溝１６３Ｄを画定するように構成され、下側ベルト状コンベア１１０Ｄは、上側ベルト部分１１２Ｄの下方に広がるＴ字形リブ１１３Ｄを含み、対応する溝１６３Ｄ内にスライド可能に収容される。上側ベルト状コンベア１２０Ｄ（図６）は、類似の配列を用いて構成され、それによって垂直方向にベルトを制約して達成目標の余裕のない許容誤差を可能にする、スライド式さねはぎ型配列を提供する。
【００４３】
ベルトツーベルトシステム１００Ｄは、より高い生産出力速度（すなわち、線形的なベルト速度）を容易にする。ベルト許容誤差は、ロールコーティング装置の設計における同一の許容誤差限界に大きく左右される。精密な機械加工を用いて、１つの起こりうる具現化において、３．５メートル長にわたって０．５ミクロンの許容誤差を達成することが可能なはずである。７メートル掛ける７メートル領域にわたって２ミクロンの許容誤差を用いて８ミクロン機能を生み出すために、この具現化におけるベルトの線形的な全速度は、約１４ｍ／ｓに制限される。このようにこの具現化は、はるかに高いかつ工業的に関係のあるスループットの能力がある。
【００４４】
細長いギャップ領域１０１Ｄによって提供されたより長い処理時間のために、ベルトツーベルトシステム１００Ｄは、硬化装置（すなわち、システム１００Ｄ）を必要としない動作を容易にする。この場合、高分子１４１Ｄは、加熱されて、ギャップ領域１０１Ｄの上流にある表面１１１Ｄへ溶融された状態で塗布される。高分子の温度は、高分子が上述したやり方で印加電界によってパターン形成されながら、溶融された状態を維持するのに十分な高さである。パターンがいったん確立されると、高分子を高分子の融点温度未満に冷却することが可能となり、上述した形状のうちの１つを有する固体のマイクロスケールのパターン状構造１４５Ｄを形成する。
【００４５】
好適な手法によれば、マイクロスケールパターンを生み出しかつ制御するにあたって最大の柔軟性を達成するために、（ベルトおよびローラの両実施形態を含む）上述した種々のシステムは、デジタルパターン形成制御を含むように修正され、同制御は、コンベア表面のうちの少なくとも１つに動的な（可変の）電荷パターンを生成することによってＥＨＤパターン形成（すなわち、電界の発生）を容易にする動的電荷発生メカニズムを用いて実装され、それによって電界を定める電荷パターンは、システムの可変性を補償するように動的に変更可能となる。次の典型的な実施形態で説明するように、このような動的な電荷の発生は、分割電極法または電荷パターン形成法を用いて達成される。
【００４６】
図８は、ギャップ領域１０１Ｅを通して高分子薄膜１４１Ｅを運搬するように構成されかつ配列された、下側（第１）コンベア１１０Ｅおよび上側（第２）コンベア１２０Ｅを含むシステム１００Ｅを描写する概略図であり、この場合薄膜１４１Ｅは、適切な装置１５０Ｅによって下側コンベア表面１１１Ｅに発生し電界Ｆによってパターン形成されて機能１４３Ｅを形成し、同機能は、続いて（例えば、ＵＶ光１６１Ｅによって）硬化して、上述したやり方と類似したやり方でマイクロスケール構造１４５Ｅを形成する。
【００４７】
システム１００Ｅは、コンベア１１０Ｅおよび１２０Ｅのうちの少なくとも１つが、動的電圧源（電界発生器）によってデジタル的にアドレス指定可能である分割電極を含み、個々の電極が、例えば、生産工程に先立って実行される実験的測定によって決定された値を有する、関連付けられた電荷（電圧）を受けるようにする。具体的には、上側コンベア１２０Ｅは、動的高電圧源（電界発生器）１５０Ｅ−２によって個々にアドレス指定可能である分割された上側電極１２５Ｅを含み、個々の上側電極（例えば、電極１２５Ｅ−１〜１２５Ｅ−５）が、関連付けられた（例えば、固有の／異なるまたは共通の／同一の）電圧値を受けるようにする。代替策としては（または加えて）、下側コンベア１１０Ｅは、動的低電圧源（電界発生器）１５０Ｅ−２によってデジタル的にアドレス指定可能である分割された下側電極１１５Ｅを含み、個々の下側電極（例えば、電極１１５Ｅ−１〜１１５Ｅ−５）が、関連付けられた電圧値を受けるようにする。源１５０Ｅ−１および１５０Ｅ−２は、周知の技術に従って製造された電子回路であり、関連付けられた電圧値を発生させて供給し、各分割電極（または各上側／下側電極対）が、関連付けられた電界強度を有する電界Ｆの関連付けられた部分を生成するようにする。例えば、上側電極１２５Ｅ−１（または上側電極１２５Ｅ−１および下側電極１１５Ｅ−１によって形成された対）は、コンベア１１０Ｅとコンベア１２０Ｅの間の領域内に電界部分Ｆ１を発生させる。同様に、電極１２５Ｅ−２〜１２５Ｅ−５（または対１２５Ｅ−２／１１５Ｅ−２、１２５Ｅ−３／１１５Ｅ−３、１２５Ｅ−４／１１５Ｅ−４および１２５Ｅ−５／１１５Ｅ−５）は、それぞれ電界部分Ｆ２からＦ５を発生させる。
【００４８】
図９は、ローラ型上側コンベア１２０Ｅ−１を示す斜視図であり、同コンベアは、システム１００Ｅに用いられる１つの種類の上側コンベア１２０Ｅを表す（すなわち、コンベア１２０Ｅは、ベルト型コンベアを用いて実装することもできる）。コンベア１２０Ｅ−１によって指し示されるように、分割された上側電極１２５Ｅは、回転（周回）方向（すなわち、図８に指し示されるように）に沿って配列され、かつ円柱軸に沿っても配列される。すなわち、図８に関連した説明が、ローラ型コンベア１２０Ｅ−１の回転方向に沿って見いだされる可変電荷パターンを参照するが、本明細書で説明される可変電荷パターンは、その上に周回軸方向に沿って変化することを理解されたい。すなわち、すべてのローラ型上側コンベア１２０Ｅ−１は、各電極が関連付けられた電荷値を受けるように、独立してアドレス指定可能である。
【００４９】
再び図８を参照すると、分割電極１２５Ｅは、所定の固有の（異なる）または各電極に同一の電圧値を送ることを容易にすることによって、ＥＨＤパターン形成中にギャップ領域１０１Ｅ内に発生した電界の全体にわたってデジタル制御を可能にし、それによって精密な許容誤差を必要とする、システム１００Ｅなどの大規模システム内で必然的に生じる物理的な可変性を、（必要であれば）電気的に修正することを可能にする。すなわち、局所的電界値Ｆ１〜Ｆ５における差異は、隣接した電極１２５Ｅ−１〜１２５Ｅ−５間、またはギャップ領域１０１Ｅの両端の対の電極（例えば、電極１１５Ｅ−１および１２５Ｅ−１）間において、電極間隔変動によって引き起こすことがあるが、同差異は、各電極１２５Ｅ−１〜１２５Ｅ−５に所定の固有の「高」電圧を送ることによって修正可能である。例えば、各電極１２５Ｅ−１〜１２５Ｅ−５は、動的高電圧源１５０Ｅ−２によって個々にアドレス指定されて、各電界部分Ｆ１からＦ５が一様な電界強度を有するように値が設定された、関連付けられた電圧を受ける。円柱軸方向（すなわち、図９に示すように）に配列された電極１２５Ｅもまた、動的高電圧源１５０Ｅ−２によって個々にアドレス指定されて、各関連付けられた電界部分も一様な電界強度を有するように値が設定された、関連付けられた電圧を受けることに留意されたい。電極１１５Ｅおよび１２５Ｅを実装するのに適した、個々のアドレス指定法を有する典型的な分割電極が、発明の名称が「ＣＯＮＣＥＮＴＲＡＴＩＯＮ  ＡＮＤ  ＦＯＣＵＳＩＮＧ  ＯＦ  ＢＩＯ−ＡＧＥＮＴＳ  ＡＮＤ  ＭＩＣＲＯＮ−ＳＩＺＥＤ  ＰＡＲＴＩＣＬＥＳ  ＵＳＩＮＧ  ＴＲＡＶＥＬＩＮＧ  ＷＡＶＥ  ＧＲＩＤＳ」である、共有された米国特許第７，１６３，６１１号明細書に開示されているが、この開示された明細書は、参照することによって全体として本明細書に組み込まれる。
【００５０】
代替の実施形態において、分割電極１２５Ｅのうちの少なくともいくつかは、必要となるパターンに依存して「反対」表面の異なる部分を覆う、修正された（異なる）形状（例えば、線電極または点電極）を有する。線電極または点電極のうちの起こりうる例が、（上述に引用された）米国特許第７，１６３，６１１号明細書に開示される。例えば、注文形状のマイクロスケール粒子を製作するために、他の電極形状（例えば、６角形または円形）もまた可能である。
【００５１】
代替の実施形態において、電極間のサイズおよび間隔は、所望のＥＨＤパターンを生産するために変更される。例えば、図８は、各電極対が単一の分離したマイクロスケール構造１４５Ｅを生産することを指し示すが、別の実施形態では各電極は、多数の機能／構造を発生させるようなサイズに形成することができる。電極の形状を制御することによって、固有のλｍａｘに対して競合する長さスケールが導入され、同スケールは、２Ｄ（２次元）平面上のパターン形成寸法を支配することができ、または固有の柱パターン用の領域を画定することができる。
【００５２】
別の代替の実施形態において、各分割電極に送られる電圧（電荷）は、時間とともに変化（すなわち、増加または減少）して、注文パターンが成長することおよび／またはパターン形成領域の全体にわたって製作の変動が補償されること可能にする。これらの電圧は、動的に調整されて、膜に関して特定の品質基準を達成するか、それとも処理条件が変化しながら適応して、極端に堅牢なプロセスをもたらすかすることができる。
【００５３】
図１０は、下側（第１）コンベア１１０Ｆおよび上側（第２）コンベア１２０Ｆを含む別のシステム１００Ｆを描写する概略図であり、両コンベアは、ギャップ領域１０１Ｆを通して高分子薄膜１４１Ｆを運搬するように構成されかつ配列され、この場合薄膜１４１Ｆは装置１４０Ｆによって堆積しかつ電界Ｆによってパターン形成されて機能１４３Ｆを形成し、同機能は続いて硬化して、上述したやり方と類似したやり方でマイクロスケール構造１４５Ｆを形成する。システム１００Ｆは、上側コンベア１２０Ｆの表面１２１Ｆに配置された適切な絶縁性材料層または半導電性材料層１２３Ｆ上に形成される、明確に定められた電荷パターンを用いて、動的な電荷の発生が達成されるという点で、先行する実施形態とは異なる。典型的な一実施形態において、第１（例えば、正）電荷は、第１（例えば、正）電荷発生装置１５０Ｆ（例えば、スコロトロンなどのプラズマ発生装置）によってギャップ領域１０１Ｆの上流で層１２３Ｆ上に所定のパターンで選択的に印加され、それによって第１電荷は、分割電極手法を参照して上述したやり方と類似したやり方で、電界Ｆの対応する部分を発生させる。別の実施形態において、下側コンベア１１０Ｆ上の電極に比較的高電荷が印加され、上側コンベア１２０Ｆの電極に比較的低電荷印加される。いくつかの実施形態において、電荷パターンは、マスキングプロセスによって、または所要のサイズのプラズマ発生装置一式によって達成される。別の実施形態において、上側コンベア上に、レーザプリンタに用いられる感光体膜と類似した感光体膜などの感光性材料が配置され、感光性材料上へ送られる光によって電荷パターンが発生し、この場合レーザ光は感光体上に電荷パターンを書き込むのに用いられる。電荷パターン形成手法は、続いて起こる製作ステップでまたは連続的パターン形成システムで異なるＥＨＤパターンが必要となる場合（すなわち薄膜の各シートまたは各部分が異なるパターンを有する場合）の用途において、利点をもたらす。電荷パターン形成手法は、アドレス指定する電極上に最大の変動性を与えるが、それは、電荷パターンが１つのステップから次のステップへ、特に（電子写真法と類似した）光学的に電荷を発生させる場合に、容易に変化することができるからである。
【００５４】
本発明は、一部の特定の実施形態に関して説明されているが、本発明の発明性のある機能が別の実施形態に同様にうまく適用可能であり、これらのすべてが本発明の範囲内に収まるように意図されていることは、当業者には明らかであろう。例えば、種々の例は、比較的高い（例えば、正）電荷が上側コンベアに印加され、比較的低い（例えば、負）電荷が下側コンベアに印加されることを説明するが、別の実施形態において関連付けられた電界は、印加された電荷を反転することによって（すなわち、比較的高い（例えば、正）電荷が下側コンベアに印加され、比較的低い（例えば、負）電荷が上側コンベアに印加された状態で）発生する。
【図１】
2015020434.tif 000003
【図２】
2015020434.tif 000004
【図３】
2015020434.tif 000005
【図４Ａ】
2015020434.tif 000006
【図４Ｂ】
2015020434.tif 000007
【図４Ｃ】
2015020434.tif 000008
【図４Ｄ】
2015020434.tif 000009
【図４Ｅ】
2015020434.tif 000010
【図５】
2015020434.tif 000011
【図６】
2015020434.tif 000012
【図７】
2015020434.tif 000013
【図８】
2015020434.tif 000014
【図９】
2015020434.tif 000015
【図１０】
2015020434.tif 000016