Устройство динамической защиты

Защитное устройство проявляет по меньшей мере одну динамическую реакцию на ускорение или на изменение ориентации по отношению к гравитации, причем динамическая реакция продолжается после прекращения ускорения или изменения ориентации. Кроме этого, динамическая реакция может быть оптической, так что она видима невооруженным человеческим глазом. Альтернативно, реакция может быть машиночитаемой. В некоторых случаях динамическая реакция имеет продолжительность приблизительно от 0,01 с приблизительно до 100 с или от приблизительно 1 с до приблизительно 10 с. 22 з.п. ф-лы, 18 ил.

 

[0001] Настоящее изобретение относится к области защитных устройств. В частности, оно относится к устройству динамической защиты на основе реакции на ускорение.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Защитные устройства (или признаки), которые обеспечивают высокую степень защиты от подделывания, важны для обеспечения уверенности в подлинности защищенных документов, используемых для финансовых транзакций или идентификации личности. Различные типы защитных устройств к настоящему времени разработаны и внедрены в такие защищенные документы, как банкноты, монеты, паспорта, удостоверяющие личность документы, идентификационные карточки и кредитные карточки. Некоторые защитные устройства либо реализованы с привлечением секретной информации, либо требуют использования машин для должной идентификации. Несмотря на эффективность для официального подтверждения подлинности уполномоченными органами, такие высокоуровневые защитные устройства не могут легко использоваться широким кругом лиц для оценивания достоверности документа. Защитные устройства, разработанные для использования широким кругом лиц (то есть защитные устройства «1-го уровня»), таким образом, также внедрены в защищенные документы для предотвращения использования поддельных документов при совершении транзакций между отдельными людьми. Защитные устройства 1-го уровня важны для обеспечения высокой степени уверенности для широкого круга лиц и предотвращают обширное распространение поддельных документов прежде, чем они будут проверены официальными организациями и удалены из оборота.

[0003] В банкноты и другие защищенные документы часто внедрены защитные устройства 1-го уровня для обеспечения безопасного подтверждения подлинности широким кругом лиц. Например, большинство базовых защитных устройств 1-ого уровня, доступных на банкнотах, может включать в себя особую тактильность субстрата или подложки, чернильный рельеф, связанный с глубокой печатью, водяные знаки, наличие прозрачных окон, элементов, совмещаемых при просмотре на просвет и микропечать. Они, однако, обычно не считаются достаточными для обеспечения высокой степени противодействия подделыванию для высокозащищенных документов, в частности, современных банкнот. В многие банкноты, паспорта и защищенные идентификационные карты теперь также внедрены оптически переменные защитные устройства. Оптически переменные устройства (Optically variable device, OVD (OVD-устройства)) обеспечивают дополнительный слой защиты по сравнению с более привычными технологиями защищенной печати, такой как микропечать или глубокая печать, поскольку оптические эффекты, которые они демонстрируют, не могут быть воспроизведены обычными технологиями сканирования и печати. OVD-устройства, известные в уровне техники, включают в себя: дифракционные решетки, голограммы, меняющие цвет фольги, оптически переменные чернила, основанные на плазмонах устройства и дифракционные оптические элементы.

[0004] Внедрение OVD-устройств в защищенные документы обусловлено повышенной массовой доступностью дешевых технологий копирования, формирования изображений и печати. Несмотря на возможность обеспечения OVD-устройства ми многих преимуществ в качестве защитных устройств 1-го уровня по сравнению с обычной защитной печатью, устойчивость к подделыванию многих OVD-устройств, известных в уровне техники, может иногда быть преодолена посредством простых обманных схем. Например, подделыванию таких устройств, как дифракционные решетки, голограммы и меняющие цвет фольги, способствует повышенная доступность дешевых металлизированных дифракционных решеток, находимых в некоторой бумажной обертке и потребительской упаковке. Несмотря на то, что поддельные устройства, изготовленные с использованием этих простых дифракционных решеток, могут не обеспечивать той же самой степени сложности, что и те, которые доступны на существующих защищенных документах, они могут обеспечить дифракционные цвета и оптически переменные эффекты, которые достаточно близки к тем, которыми обладают оригинальные документы, чтобы потенциально ввести в заблуждение неограниченно широкий круг лиц. Действительно, вследствие ограниченной осведомленности неограниченно широкого круга лиц о подробностях защитного устройства, эффективность и устойчивость к подделыванию защитного устройства 1-го уровня могут быть ухудшены, как только подобные визуальные эффекты становятся широкодоступными подделывателям.

[0005] Другое ограничение обусловлено тем, что многие OVD-устройства, известные в уровне техники, совместно используют подобный тип визуального эффекта, причем оптические изменения формируются посредством изменения угла наблюдения или условий освещения. Данная схожесть многих OVD-устройств может ввести в заблуждение широкий круг лиц и легко убедить их принять поддельный документ, потому что изменение в угле наблюдения создает оптически переменные эффекты. Это может также создавать трудности для широкого круга лиц в различении нового и традиционного OVD-устройства, потенциально уменьшая эффективность новых защитных устройств.

[0006] Другие типы защитных устройств, известных в уровне техники, могут также вносить ограничения. Например, дифракционные оптические элементы являются защитными устройствами 1-го уровня, широко используемыми на банкнотах, которые включают узорчатое выполнение комплекта микроскопических устройств для создания проходящих преломляемых изображений или голограмм. Таким дифракционным оптическим элементам требуются особые условия освещения, чтобы быть видимыми, например, малый точечный источник света с темным фоном. Такие условия освещения могут не всегда быть доступными для оценки достоверности устройства. Кроме этого, процедура для проверки достоверности устройства может не обязательно быть очевидной для широкого круга лиц, таким образом требуя информационных кампаний для гарантирования эффективности указанного устройства в качестве защитного устройства 1-го уровня.

[0007] Внедрение более усовершенствованных визуальных эффектов на защищенные документы является ключевым элементом, который может помочь в повышении осведомленности широкого круга лиц о защитных устройствах 1-го уровня, таким образом улучшая устойчивость к подделыванию. Введение действительно динамического или активного визуального эффекта (то есть эффекта, который наблюдаем во время и после действия внешней силы) на защищенном документе, такой как банкнота, представляет собой сложную задачу.

[0008] В WO 2013/040703 А1 раскрыто устройство подтверждения подлинности на оптической основе, которое прикреплено к защищенному документу, имеющему подложку. Устройство подтверждения подлинности включает в себя слой из пьезоэлектрического материала для создания электрического поля в качестве реакции на механическое усилие; и оптически реагирующий слой, непосредственно прикрепленный к слою из пьезоэлектрического материала. В качестве реакции на электрическое поле, созданное слоем из пьезоэлектрического материала, оптически реагирующий слой изменяется между первым состоянием и вторым состоянием, имеющими различные зрительные восприятия.

[0009] В WO 2013/040704 А1 раскрыты защитные устройства, которые включают в себя текучую среду или текучие среды, которые обеспечивают методы проверки того, является ли защищенный документ законной или поддельной копией.

[0010] В DE 102011108477А1 раскрыт защитный элемент с подложкой, имеющей окно и полую камеру, которая заполнена заполняющим материалом с защитными признаками. Заполняющий материал содержит заливочную матрицу. Кроме этого, окно включает в себя проставки.

[ООН] В СА 2,714,639 (опубликовано 20 августа 2009) раскрыт защитный элемент, который содержит подложку с множеством частиц. Частицы представляют собой по меньшей мере два различимых информационных состояния. Защитный элемент обратимо изменяется между информационными состояниями, в то время как частицы остаются полностью выровненными под воздействием гравитации, и соответственно, действуют как миниатюрные гироскопы.

[0012] Один возможный подход в создании динамических или активных визуальных эффектов заключается в использовании микрочастиц Януса. Примеры микрочастиц Януса включают в себя микроскопические частицы, которые имеют по меньшей мере два различных типа физических свойств на своей поверхности. Микрочастицы Януса используются в таких областях техники, как устройства отображения с электронной бумагой, биомедицинские приложения, самоходность, и в создании самособирающихся структур. Особый интерес в области техники защитных устройств представляет использование микрочастиц Януса в устройствах отображения и электронной бумаге. Например, во всех патентах США №8,068,271 В2; 6,980,352; 6,197,228; 5,808,783; 6,445,490 В1 и 5,389,945 раскрыто то, как бихромические сферические частицы используются для создания активных устройств отображения посредством вращения микрочастиц Януса с помощью приложения электрического или магнитного поля. Действие тяготения или ускорения обычно считаются вредным для устройства отображения и применения электронной бумаги, поскольку оно может ухудшить изображение, первоначально созданное силами электрического или магнитного полей. Кроме этого, поскольку бихромические шары, используемые для изготовления раскрытых устройств отображения Гирикон (Gyricon), обычно изготавливаются из белого и темного парафина, плотность таких микрочастиц Януса довольно равномерна, таким образом ограничивая возможность создания изменений в ориентации, происходящих вследствие тяготения или ускорения. Наконец, размер микрочастиц Януса, используемых в таких устройствах отображения (обычно 30-300 мкм), не подлежит совмещению со многими связанными с защитой применениями, при которых устройства должны иметь тонкий профиль, предпочтительно менее 10 мкм.

[0013] В целом, существует постоянная потребность в улучшении и совершенствовании защитных устройств 1-го уровня, чтобы оставаться на уровне технологических новшества, доступных подделывателям. Особый интерес представляют устройства, которые являются не только устойчивыми к подделыванию, но и могут быть ясно отличимы неограниченно широким кругом лиц от предыдущего поколения защитных устройств. Кроме этого, разработка устройства активной или динамической защиты с тонким конструктивным профилем, которое является долговечным, не требует питания устройства, имеет масштабируемый технологический маршрут, может быть применено к защищенному документу с существующим оборудованием и является весьма явным, интуитивным и может быть активировано посредством небольшого взаимодействия со стороны широкого круга лиц, представит большой прорыв в защите документов.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0014] Сначала защитное устройство будет описано в своем общем виде, а затем после этого будет подробно описан его вариант реализации с точки зрения вариантов осуществления. Эти варианты осуществления предназначены для демонстрации принципов действия защитного устройства и характера реализации. Защитное устройство в самой широкой и более частных формах будет затем дополнительно описано и определено в каждом из отдельных пунктов формулы изобретения, которые подытожат данную спецификацию.

[0015] В данном документе раскрыто защитное устройство, которое может создавать динамические эффекты на основе изменений ускорения или ориентации устройства. В частности, изготовляются защитные устройства, которые могут демонстрировать динамические эффекты, вызываемые относительной ориентацией защищенного документа по сравнению с гравитационным полем. В одном варианте осуществления раскрытое защитное устройство может использоваться для создания динамических визуальных изменений, когда документ вращается (вокруг оси, которая не выровнена с гравитационным полем) для формирования защитного устройства 1-го уровня, которое может быть легко узнано широким кругом лиц. Скорость динамических визуальных эффектов может также быть отрегулирована так, чтобы видимые изменения сохранялись в течение некоторого времени после манипулирования документом.

[0016] В отличие от большинства OVD-устройств 1-го уровня, известных в уровне техники, защитное устройство может использоваться для создания очевидных динамических визуальных изменений, которые сохраняются после манипулирования, даже при отсутствии изменения относительного угла наблюдения. Динамические визуальные эффекты, которые могут быть созданы раскрытыми защитными устройствами, отличаются от эффектов, обычно достигаемых с помощью традиционных OVD-устройств, известных в уровне техники. Эти очевидные отличия могут предотвратить некоторые типы попыток подделывания, которые могут быть проблематичными для широкого диапазона традиционных OVD-устройств.

[0017] Дополнительно, защитное устройство может быть выполнено так, что отсутствует необходимость в каком-либо внешнем оборудовании для создания эффекта, и поскольку такой эффект не опирается на дифракцию, то его визуализация возможна при большинстве условий освещения (то есть без необходимости в зеркальном отраженном свете или точечных источниках света). Кроме этого, поскольку обычное манипулирование защищенными документами обычно включает в себя изменения их ориентации, то динамические эффекты могут быть естественно созданы во время транзакции. Усовершенствованные защитные устройства могут таким образом обеспечивать инструмент для оценивания достоверности документа без необходимости того, чтобы конечный пользователь выполнял определенные действия или тесты.

[0018] Например, подтверждение подлинности документа может быть достигнуто посредством простого наблюдения визуальных динамических изменений, которые возникают как во время, так и в течение нескольких секунд после переворачивания документа вверх дном. Таким образом, разработано динамическое защитное устройство 1-го уровня, которое приводится в действие гравитационными или ускоряющими силами и таким образом не требует приложения какого-либо источника энергии или электродов к банкноте.

[0019] В одном варианте выполнения настоящего изобретения раскрыто защитное устройство, выполненное с возможностью проявления по меньшей мере одной динамической реакции при ускорении или при изменении ориентации по отношению к гравитации, причем динамическая реакция продолжается после прекращения ускорения или изменения ориентации. Динамическая реакция может иметь продолжительность от приблизительно 0,01 с до приблизительно 100 с, или от приблизительно 1 с до приблизительно 10 с. Ускорение может включать в себя вибрацию и/или встряхивание защитного устройства. В одном варианте осуществления защитное устройство проявляет более одной динамической реакции.

[0020] Защитное устройство может содержать множество микроскопических элементов; в то время как динамическая реакция может содержать переход микроскопических элементов из по существу механического равновесия в неравновесное состояние при действии ускорения или изменения ориентации; и обратно в по существу механическое равновесие после прекращения ускорения или изменения ориентации. Переход микроскопических элементов приводит к созданию одного или более макроскопических эффектов, по меньшей мере один из которых является оптическим или машиночитаемым. Там, где макроскопический эффект является оптическим, он может быть видим невооруженным человеческим глазом. Кроме этого, микроскопические элементы могут переходить посредством вращения, седиментации или всплывания элемента; смещения внутри элемента; или любого их сочетания. Множество микроскопических элементов может переходить во временном интервале приблизительно от 0,01 с приблизительно до 100 с, или от приблизительно 1 с до приблизительно 10 с, или до приблизительно 10 с, или до приблизительно 5 с.

[0021] В некоторых случаях поступательное или вращательное Броуновское движение микроскопических элементов незначительно по сравнению с гравитационными конвективными силами, действующими на микроскопические элементы. В некоторых других случаях поступательное или вращательное Броуновское движение микроскопических элементов велико по сравнению с гравитационной силой (в 1G). В данном случае реакция может быть проявлена посредством приложения поля ускорения, которое, например, больше гравитационного поля, для временного увеличения степени выравнивания, седиментации или всплывания микроскопических элементов. При прекращении приложенного ускорения поступательное или вращательное Броуновское движение микроскопических элементов снова доминирует, давая начало динамической реакции вслед за нарушением выравнивания, седиментации или всплывания микроскопических элементов, созданным приложенным ускорением.

[0022] Микроскопические элементы, которые составляют часть защитного устройства, имеют много характеристик. Например, их размер может быть разбросан в диапазоне между 0,01 и 100 микронов, или между 0,01 и 10 микронов.

[0023] Кроме этого, микроскопические элементы могут быть внедрены в один или более микроканалов, которые могут быть зависимыми или независимыми. Каждый микроканал может иметь высоту между 0,1 и 1000 микронов.

[0024] В одном варианте осуществления микроскопические элементы диспергированы в текучей среде. Кроме этого, часть или все микроскопические элементы имеют центр масс, который отличен от центра объема. В таком варианте осуществления микроскопические элементы переходят посредством вращения. В качестве примера микроскопический элемент может быть микрочастицей Януса, которая содержит внутреннее ядро; и покрытие на части поверхности частицы Януса, причем внутреннее ядро имеет плотность, отличающуюся от плотности покрытия. Внутреннее ядро может иметь диаметр от 0,1 до 100 микронов (мкм), в то время как покрытие может иметь толщину от 10 нм до 500 нм, причем толщина покрытия менее 20% от диаметра. Внутреннее ядро может быть твердым. Покрытие может включать в себя неотражающую поверхность, в частности, покрытие, которое содержит хром, золото и двуокись кремния. Одним примером такого неотражающего покрытия является первый слой из хрома на части поверхности внутреннего ядра; второй слой из золота; третий слой хрома; четвертый слой из двуокиси кремния; пятый слой из хрома и шестой слой из двуокиси кремния. Другим примером покрытия является покрытие, которое содержит тонкую пленку, краску или краситель.

Тонкая пленка может содержать первый слой из одной или более металлических пленок, второй слой из первой диэлектрической пленки, третий слой из одной или более металлических пленок, и четвертый слой из второй диэлектрической пленки.

[0025] В другом варианте осуществления микроскопические элементы диспергированы в текучей среде. Кроме этого, часть или все микроскопические элементы имеют среднюю плотность, которая неравна плотности текучей среды. В таком варианте осуществления микроскопические элементы переходят посредством седиментации или всплывания. В данном случае, текучая среда может содержать краску, которая контрастирует с микроскопическими элементами, когда они переходят.

[0026] В вышеупомянутых вариантах осуществления вращение, седиментация или всплывание микроскопических элементов может отклонять свет для изменения, показа или увеличения одного или более статичных напечатанных признаков, узорчато выполненных на элементах. Кроме этого, микроскопические элементы и текучая среда могут быть внедрены в одну или более микрокапсул, имеющих диаметр между 0,1 и 200 микронов.

[0027] Еще в одном варианте осуществления микроскопический элемент может содержать микрокапсулу, которая заключает в себе две или более несмешивающихся текучих сред неравной плотности. В таком варианте осуществления микроскопические элементы переходят посредством смещения текучих сред внутри элемента. Размер микрокапсулы может находиться в диапазоне между 0,1 и 200 микронов. В качестве примера, каждая микрокапсула может включать в себя две жидкости. Одна из возможностей в содействии смещению жидкостей состоит в наличии у одной жидкости краевого угла более 140 градусов с микрокапсулой, в то время как другая жидкость имеет краевой угол менее 40 градусов с микрокапсулой. Другой пример включает в себя микрокапсулу с первой, второй и третьей текучей средой; причем первая текучая среда смачивает внутреннюю поверхность микрокапсулы, а вторая и третья текучие среды заключены в первой текучей среде.

[0028] В различных вариантах осуществления, описанных выше, микрокапсула и/или текучая среда могут отклонять свет для создания эффекта линзы.

[0029] Микроскопические элементы, используемые в этом устройстве, могут быть осаждены, напечатаны, прикреплены или добавлены на подложку или в нее.

[0030] Также возможно диспергировать микроскопические элементы в жидкой матрице, для которой обеспечена возможность затвердевания; и подвергнуть затвердевшую матрицу воздействию способствующего набуханию вещества, которое обеспечивает жидкую оболочку вокруг микроскопических элементов. Обеспечена возможность затвердевания жидкой матрицы посредством отверждения или испарения растворителя.

[0031] В защитном устройстве различные типы микроскопических элементов могут использоваться для обеспечения одной или более динамических реакций.

[0032] В другом варианте выполнения настоящего изобретения предложено защитное устройство, которое содержит множество микроскопических элементов, диспергированных в текучей среде; и проявляет по меньшей мере одну динамическую реакцию на ускорение или на изменение ориентации по отношению к гравитации, причем средняя плотность каждого микроскопического элемента отлична от средней плотности текучей среды, и динамическая реакция включает в себя переход микроскопических элементов посредством седиментации или всплывания: из по существу механического равновесия в неравновесное состояние при действии ускорения или изменения ориентации; и обратно в по существу механическое равновесие при прекращении ускорения или изменения ориентации.

[0033] Переход микроскопических элементов приводит к созданию одного или более макроскопических эффектов, по меньшей мере один из которых является оптическим или машиночитаемым. Там, где макроскопический эффект является оптическим, он может быть видим невооруженным человеческим глазом. Множество микроскопических элементов может переходить во временном интервале приблизительно от 0,01 с приблизительно до 100 с, или от приблизительно 1 с до приблизительно 10 с, или до приблизительно 10 с. В одном примерном варианте, когда устройство подвержено встряске и/или вибрации, часть или все из микроскопических элементов переходят от адгезии на стенку устройства к дисперсии в текучей среде посредством седиментации или всплывания. В дополнительно вариантах осуществления защитное устройство может содержать первый набор микроскопических элементов, причем каждый со средней плотностью, большей плотности текучей среды, которые переходят посредством седиментации; и второй набор микроскопических элементов, причем каждый со средней плотностью, меньшей плотности текучей среды, которые переходят посредством всплывания. Текучая среда в устройстве может содержать краску, которая контрастирует с микроскопическими элементами, когда они переходят посредством седиментации или всплывания.

[0034] В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения предложено защитное устройство, которое содержит множество микроскопических элементов, диспергированных в текучей среде; и проявляет по меньшей мере одну динамическую реакцию на изменение ориентации по отношению к гравитации, при этом каждый микроскопический элемент содержит две или более несмешивающихся текучих сред, заключенных в микрокапсулу, а динамическая реакция включает в себя переход микроскопических элементов посредством смещения двух несмешивающихся текучих сред внутри микрокапсулы: из по существу механического равновесия в неравновесное состояние при изменении ориентации; и обратно в по существу механическое равновесие при прекращении изменения ориентации.

[0035] Переход микроскопических элементов приводит к созданию одного или более макроскопических эффектов, по меньшей мере один из которых является оптическим или машиночитаемым. Там, где макроскопический эффект является оптическим, он может быть видим невооруженным человеческим глазом. Множество микроскопических элементов может переходить во временном интервале приблизительно от 0,01 с приблизительно до 100 с, или от приблизительно 1 с до приблизительно 10 с, или до приблизительно 10 с. Микрокапсула может иметь диаметр между 0,1 и 200 микронов. В одном примерном варианте каждая микрокапсула может содержать две жидкости. Для содействия смещению этих двух жидкостей одна жидкость может иметь краевой угол более 140 градусов с микрокапсулой, в то время как другая жидкость может иметь краевой угол менее 40 градусов с микрокапсулой. В другом примере каждая микрокапсула содержит первую, вторую и третью текучую среду; причем первая текучая среда смачивает внутреннюю поверхность микрокапсулы; вторая и третья текучие среды заключены в первой текучей среде; и вторая и третья текучие среды подвержены смещению во время динамической реакции.

[0036] В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения предложено защитное устройство, которое содержит множество микроскопических элементов, выполненных с возможностью перехода из по существу выравнивания в отсутствие выравнивания с гравитационным полем при действии ускорения или изменения ориентации устройства и обратно в по существу выравнивание с гравитационным полем после прекращения ускорения или изменения ориентации. Переход производит один или более макроскопических эффектов. По меньшей мере один из этих макроскопических эффектов может быть оптическим.

[0037] В еще одном дополнительном варианте выполнения настоящего изобретения предложено защитное устройство, которое содержит множество микроскопических элементов; и проявляет по меньшей мере одну динамическую реакцию на ускорение, или на изменение ориентации по отношению к гравитации, причем динамическая реакция включает в себя переход микроскопических элементов: из по существу механического равновесия в неравновесное состояние при ускорении или изменении ориентации; и обратно в по существу механическое равновесие после прекращения ускорения или изменения ориентации.

[0038] Выше по существу изложены основные признаки защитного устройства и некоторых необязательных вариантов его выполнения. Защитное устройство может быть дополнительно понято через описание вариантов осуществления, которые следуют далее.

[0039] Повсюду в данном описании, где упоминаются диапазоны значений, подразумевается, что их поддиапазоны включены в объем защиты защитного устройства, пока не указано иное. Там, где характеристики приписаны тому или иному варианту защитного устройства, если не указано иное, подразумевается, что такие характеристики применимы ко всем другим вариантам, в которых такие характеристики являются подходящими или совместимыми с такими другими вариантами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0040] На Фиг. 1 показан общий замысел динамического перехода защитного устройства в качестве реакции на изменение ускорения устройства.

[0041] На Фиг. 2 показан динамический переход защитного устройства в качестве реакции на быстрое изменение ускорения устройства для создания вибраций и/или встряхивающего действия.

[0042] На Фиг. 3A-3D показан динамический переход защитного устройства в качестве реакции на переворачивание устройства в присутствии внешнего гравитационного поля.

[0043] На Фиг. 4A-4D показан пример визуального эффекта, который происходит вследствие переворачивания/вращения защитного устройства.

[0044] На каждой из Фиг. 5А-5В показан пример гравитационной микрочастицы Януса для использования в изготовлении варианта осуществления защитного устройства.

[0045] На Фиг. 6 показан вариант осуществления защитного устройства.

[0046] На Фиг. 7 показан другой вариант осуществления защитного устройства.

[0047] На Фиг. 8 показан другой вариант осуществления защитного устройства.

[0048] На Фиг. 9 показан другой вариант осуществления защитного устройства на основе создания динамических визуальных эффектов посредством седиментации микроскопических элементов.

[0049] На Фиг. 10 показан другой вариант осуществления защитного устройства на основе создания динамических визуальных эффектов посредством всплывания микроскопических элементов, заключенных в капсулы.

[0050] На Фиг. 11А-11С показан другой вариант осуществления защитного устройства.

[0051] На Фиг. 12 показаны различные стратегии для содействия смещению двух несмешивающихся жидкостей, используемых в варианте осуществления, показанном на Фиг. 11A-D.

[0052] На Фиг. 13 показан процесс изготовления микрочастиц Януса.

[0053] На Фиг. 14 показаны микроснимки сканирующей электронной микроскопии (scanning electron microsopy, SEM) микрочастиц Януса диаметром в 3 мкм, изготовленных с использованием процесса, показанного на Фиг. 13.

[0054] На Фиг. 15 показана последовательность оптических микроснимков микрочастиц Януса диаметром в 5 мкм, диспергированных в жидкой среде и изготовленных с использованием процесса, описанного на Фиг. 13, изображающих вращение и гравитационное выравнивание частиц вслед за возмущением текучей среды.

[0055] На Фиг. 16 показан макроскопический видимый эффект раствора микрочастиц Януса, изготовленных с использованием процесса, описанного на Фиг. 13.

[0056] На Фиг. 17 показана динамическая реакция, полученная посредством переворачивания варианта осуществления защитного устройства, состоящего из канала, заполненного водным раствором микрочастиц Януса.

[0057] На Фиг. 18A-18D показана динамическая реакция, полученная посредством переворачивания другого варианта осуществления защитного устройства, состоящего из контейнера, заполненного водным раствором микрочастиц Януса.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

[0058] Микрочастицы: частицы, имеющие характерные размерности в микрометрическом диапазоне, обычно в диапазоне 0,01 -500 микронов (мкм). Микрочастицы могут быть изготовлены из большого разнообразия одного или более материалов, включающих в себя следующие неограничивающие примеры: полимеры, металлы, керамика, стекло, пористые материалы, пены, композитные материалы, магнитные материалы. Они могут иметь различные формы, включающие в себя следующие неограничивающие примеры: сфера, овал, квазисфера, диск, цилиндр, куб, призма, пирамида, пластинки либо полые, пористые, шероховатые или сложные формы.

[0059] Микрочастицы Януса: микрочастицы, имеющие по меньшей мере два отличающихся физических и/или химических свойства.

[0060] Микроскопический элемент: элемент защитного устройства, имеющий размерности в микрометрическом диапазоне, обычно в диапазоне 0,01 - 500 микронов. Неограничивающие примеры микроскопических элементов включают в себя микрочастицы, микрокапсулы, полые микрокапсулы, микрочастицы Януса, пластинки.

[0061] Подложка: материал, поддерживающий защитное устройство. Например, к подложке обычно относится материал (например, пластмасса, бумага) защищенного документа, используемый для поддерживания защитного устройства. К подложке может также относиться несущий материал (например, фольга PET), используемый во время изготовления защитного устройства перед переносом на защитное устройство.

[0062] Ускорение: скорость, с которой скорость предмета изменяется со временем. Ускорение является результатом суммы всех сил, действующих на предмет согласно Второму закону Ньютона. Ускорение является векторной величиной, которая включает в себя как амплитуду, так и направление, и описывается единицей, представляющей собой длину, разделенную на время в квадрате (например, м/с²). Термин «ускорение» может относиться к любому из объектов в следующем неограничивающем списке: замедление, линейное ускорение, нелинейное ускорение, равномерное или постоянное ускорение, неравномерное ускорение, гравитационное ускорение, инерционное ускорение, центробежное ускорение, центростремительное ускорение, тангенциальное ускорение и угловое ускорение. По отношению к защитному устройству говорится, что событие происходит при ускорении, когда внешнее событие, действие, влияние или сила создает ускорение или изменяет амплитуду или ориентацию ускорения. Внешнее событие, действие или сила может включать в себя следующие неограничивающие примеры: встряхивание, вибрацию, бросание, наклон, вращение, центрифугирование, манипулирование, вытягивание, толкание, подергивание или падение. Прекращение ускорения указывает на окончание внешнего события, действия или силы, создающих ускорение или изменение амплитуды или ориентации ускорения. В данном контексте понято, что можно сказать, что ускорение прекращено, даже если гравитация, другие типы постоянных ускорений или незначительных ускорений все еще присутствуют.

[0063] Гравитационное ускорение, гравитационное поле ускорения: ускорение предмета, вызванное гравитационной силой. Гравитационное ускорение является векторной величиной и описывается в единицах, представляющих собой длину, разделенную на время в квадрате (например, м/с²). На Земле гравитационное ускорение принимает значение приблизительно в 9,8 м/с².

[0064] Текучая среда: относится к веществу, которое продолжительно деформируется и течет под приложением сдвига. К текучим средам обычно относятся жидкость, газ, смесь, раствор, дисперсия, суспензия, коллоид, эмульсия или гель. Неисчерпывающие примеры текучих сред включают в себя: водные растворы, фторированные масла, сегрегированные гидрофторэфиры, производные гликоля, ионные жидкости, силиконовые масла, перфторуглеродные текучие среды, перфторполиэфирные текучие среды, этилендибромид, метилендихлорид, поливольфрамат натрия, метиленовый йодид, изопарафин, ферромагнитная жидкость, невулканизированная УФ-смола и их смеси. Кроме этого, текучая среда может включать в себя поверхностно-активное вещество, стабилизатор, диспергирующее вещество, эмульгатор, управляющее зарядом вещество, антистатическое вещество, краску, краситель или пигмент.Неисчерпывающие примеры поверхностно-активных веществ включают в себя полоксамер, полисорбатное очищающее средство, додецилсульфат натрия, сорбитанолеат, перфторполиэфирный смазочный материал и любое их сочетание. В качестве примера вязкость текучей среды может использоваться для управления скоростью смещения, вращения и седиментации/всплывания микроскопических элементов, используемых в защитном устройстве.

[0065] Седиментация: нисходящее смещение или падение микроскопических элементов в текучей среде в качестве реакции на силу, действующую на микроскопические элементы. К седиментации может относиться в данном документе осаждение, падение или нисходящее движение микроскопических элементов. Термин седиментация используется в данном документе как для (i) частиц в суспензии в текучей среде, которая осаждается на твердую поверхность, так и для (и) частиц, которые предварительно осаждены на твердую поверхность перед началом их движения в текучей среде.

[0066] Всплывание: восходящее смещение или подъем микроскопических элементов в текучей среде, в качестве реакции на силу, действующую на микроскопические элементы. Термин всплывание используется в данном документе как для (i) микроскопических элементов в суспензии в текучей среде, которая поднимается к твердой поверхности, так и для (ii) частиц, которые были предварительно осаждены на твердой поверхности перед началом их движения в текучей среде.

[0067] Механическое равновесие, по существу механическое равновесие: устойчивое или квазиустойчивое состояние вещества, при котором силы на микроскопических элементах являются таковыми, что со временем не возникает какого-либо заметного изменения, или при котором достигается конфигурация установившегося состояния, динамического равновесия или квазидинамического равновесия. В данном контексте должно быть понято, что система может считаться в механическом равновесии даже в присутствии Броуновского движения, диффузии установившегося состояния, гравитации или незначительных сил.

[0068] Механическая неравновесное состояние, неравновесное состояние: состояние вещества, при котором силы являются таковыми, что со временем возникают заметные изменения, смещение, вращение или седиментация. Например, механическая неравновесное состояние может возникнуть как во время, так и после приложения значительной механической силы. Наличие Броуновского движения, диффузии установившегося состояния, гравитации или незначительных сил не обязательно помещает систему в механическую неравновесное состояние.

[0069] Динамическая реакция: реакция, которая проявляет по меньшей мере одно обнаруживаемое изменение, возникающее продолжительно со временем. Например, динамическая реакция может быть очевидной или скрытой. Она может включать в себя продолжающееся оптическое изменение, которое может быть наблюдаемо невооруженным человеческим глазом.

[0070] Защитное устройство, защитный признак или защитный элемент: любое устройство, признак или элемент, которое или который может быть добавлен(о) к документу для предотвращения подделывания или усложнения копирования или воспроизведения документа. В одном варианте осуществления защитное устройство, защитный признак или защитный элемент могут быть выполнены с наличием тонкого профиля для исключения значительного выпячивания из документа. Например, толщина защитного устройства, защитного признака или защитного элемента может находиться в диапазоне 0,1 - 20 мкм или в 1 - 10 мкм.

[0071] Макроскопический эффект: совокупное видоизменение или реакция, порождаемые посредством объединения отдельных видоизменений, реакций, смещений или вращений множества микроскопических элементов. Макроскопический эффект может быть результатом множества идентичных, подобных или различных микроскопических реакций, возникающих в одной или более временных рамках.

[0072] Защищенный документ: любой документ, объект или изделие производства любой важности или ценности, которое может быть подвергнуто копированию с целью подделки. Защищенный документ может включать в себя признаки или устройства, предназначенные для демонстрации того, что документ, объект или изделие является подлинной и законной версией, а не поддельной копией такого документа, объекта или изделия. Например, такие защищенные документы могут включать в себя защитные признаки, в частности, раскрытые в данном документе. Такие защищенные документы могут включать в себя, но без ограничения, идентификационные документы, такие как паспорта, документы гражданства или вида на жительство, водительские права, банкноты, монеты, чеки, кредитные карточки, банковские карточки и другие документы, а также снабжение метками или другими защитными признаками, для объектов денежной стоимости, таких как дизайнерская одежда, аксессуары или любые другие фирменные изделия, где желательно указывать или демонстрировать подлинность или законность продукта по сравнению с поддельной копией. Такие защитные признаки могут быть постоянно или с возможностью удаления внедрены туда в зависимости от характера документа, объекта или изделия и целевого конечного пользователя.

ОУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0073] На Фигуре 1 показан общий замысел динамического перехода защитного устройства (100) в качестве реакции на ускорение (3) устройства (100).

[0074] Защитное устройство (100), содержащее микроскопические элементы (не изображены), помещается на сторону А подложки (1). Перед ускорением (3) устройства (100) микроскопические элементы находятся в существенном механическом равновесии, как продемонстрировано исходным состоянием (2А) защитного устройства (100).

[0075] Устройство (100) подвергается действию, вызывающему ускорение (3) во время Т=0. Например, данное действие может включать в себя встряхивание, вибрацию, бросание, наклон или вращение устройства (100). Устройство (100) может также вращаться вокруг оси, которая не выровнена с гравитационным полем ускорения для создания изменения ориентации устройства по отношению к гравитации.

[0076] В момент ускорения (3) (то есть при Т=0) состояние, демонстрируемое устройством (100), остается фактически неизменным. Однако, с испытанием устройством (100) ускорения (то есть при Т>0) по существу механическое равновесие микроскопических элементов нарушается. То есть микроскопические элементы находятся в состоянии механической неравновесности. Впоследствии, состояние устройства (100) динамически продолжительно переходит, как это представлено переходным состоянием (2В).

[0077] Когда ускорение (3) прекращается в T=T₁, защитное устройство (100) продолжает демонстрировать переходное состояние (2С), так как микроскопические элементы все еще не находятся в существенном механическом равновесии.

[0078] Некоторое время после прекращения ускорения микроскопические элементы восстанавливают по существу механическое равновесие, и защитное устройство (100) демонстрирует либо свое исходное состояние (2А), либо новое состояние (2D), любое из которых не изменяется заметно, пока устройство (100) не будет подвергнуто другому действию, вызывающему ускорение.

[0079] Во время последовательности событий, изображенных на Фиг. 1, микроскопические элементы переходят из по существу механического равновесия в механическую неравновесное состояние, и затем обратно в по существу механическое равновесие (некоторое время после прекращения ускорения). Например, в одном варианте осуществления микроскопические элементы не остаются выровненными с гравитационным полем во время действия устройства, а скорее, переходят из по существу выравнивания к отсутствию выравнивания, обратно к существенному выравниванию с гравитацией после прекращения ускорения.

[0080] Динамическое изменение состояния защитного устройства (100) из 2А в 2В в 2С в 2A/2D может привести к видимым оптическим изменениям, а также к машиночитаемым или даже полностью скрытым изменениям (то есть с сохранением в секрете производителем защищенного документа). Состояние машиночитаемого защитного устройства может, например, быть обнаружено посредством использования магнитного или электрического поля; ультрафиолетового излучения, инфракрасного или видимого света; электрических измерений; дифракционных диаграмм; поляризации пропускаемого или отраженного света; и т.д. Скорость, с которой состояние защитного устройства (100) изменяется от 2А в 2В в 2С в 2A/2D, может также быть настроена для создания динамических изменений, которые сохраняются в течение некоторого времени после прекращения ускорения. Защитное устройство может также быть разделено на многие независимые подэлементы (не изображены), каждый из которых демонстрирует различные типы динамических эффектов с различными скоростями. Скорость, с которой изменяются различные подэлементы, может использоваться для создания уникальной сигнатуры, например, для повышения устойчивости к подделыванию или повышения явности защитного устройства.

[0081] Временные рамки таких динамических визуальных изменений могут находиться, например, от приблизительно 0,01 с до приблизительно 100 с, или от приблизительно 1 с до приблизительно 10 с, или приблизительно 5 с, чтобы обеспечить быструю и явную визуализацию динамического эффекта. Однако, должно быть понято, что временные рамки такого динамического визуального изменения могут быть настроены в зависимости от потребностей отдельно взятого варианта применения.

[0082] На Фиг. 2-4 показаны примеры различных типов изменений для устройства в качестве реакции на ускорение устройства.

[0083] На Фиг. 2 показано, что изменения состояния защитного устройства (100) из исходного состояния (2А) в переходное состояние 2В/2С обратно в состояния 2А или 2D могут также быть инициированы быстрым изменением ускорения (3), которое может, например, быть достигнуто посредством встряхивания или вибрации защитного устройства. Альтернативно, защитное устройство может быть выполнено таким образом, чтобы активироваться только машиной, например, через предоставления звукового или ультразвукового возбуждения. В другом примерном варианте защитное устройство может быть активировано более сильным ускорением, которое естественно возникает во время высокоскоростной автоматической сортировки банкнот. Например, датчики могут обнаруживать, возникают ли изменения у защитного устройства во время перемещения для обеспечения устройства подтверждения подлинности или для сверки того, по-прежнему ли функционально устройство (проверка пригодности).

[0084] на Фиг. 2 в начале встряхивания/вибрации (при Т=0) защитное устройство (100) демонстрирует состояние, которое является фактически тем же самым, что и исходное состояние (2А). Однако, при осуществлении встряхивания/вибрации (Т>0) микроскопические элементы больше не находятся в существенном механическом равновесии, и защитное устройство (100) демонстрирует переходное состояние (2В). В момент времени, когда встряхивание/вибрация прекращается (Т=T₁), микроскопические элементы все еще не находятся в существенном механическом равновесии, и защитное устройство (100) продолжает демонстрировать переходное состояние (2С). После некоторого времени (то есть Т>>T₁) микроскопические элементы возвращаются в по существу механическое равновесие, и защитное устройство (100) демонстрирует либо состояние (2А) еще раз, либо новое состояние (2D).

[0085] На Фиг. 3A-D показан примерный вариант, в котором состояние защитного устройства (100) динамически переходит из 2А в 2В в 2С в 2A/2D посредством переворачивания (3) или вращения (3), или переориентации (3) устройства вокруг оси, перпендикулярной гравитационному полю. Во время переориентации устройства (100), изображенного на Фиг. 3В, микроскопические элементы теперь находятся в состоянии механической неравновесности (2В) и начинают возвращаться обратно в по существу механическое равновесие. После прекращения переворачивания/вращения микроскопические элементы все еще находятся в состоянии неравновесности, представленной переходным состоянием 2С (как показано на Фиг. 3С). После некоторого времени (то есть Т>>T₁) микроскопические элементы возвращаются в по существу механическое равновесие, представленное состоянием 2A/2D (как показано на Фиг. 3D).

[0086] Если подложку переворачивают быстро по сравнению со временем реакции микроскопических элементов, то переходное состояние 2С может первоначально быть почти идентичным исходному состоянию 2А. Это дополнительно изображено с помощью практического примерного варианта на Фиг. 4.

[0087] На Фиг. 4A-4D схематично показан пример визуального эффекта, который происходит вследствие динамической реакции, изображенной на Фиг. 3A-3D, и при котором подложку переворачивают быстро по сравнению со временем реакции микроэлементов. На Фиг. 4А рисунок (5) (например кленовый лист) ясно видим наблюдателю (7), находящемуся над защитным устройством (100). С другой стороны, наблюдатель (8), находящийся под защитным устройством (100), наблюдает рисунок (6), который предстает видимо отличающимся от (5), даже если защитное устройство (100) помещено на прозрачное окно. Например, рисунок (5), составленный защитным устройством (100), может иметь другой цвет или контраст в отличие от рисунка (6). Альтернативно, рисунок (6) может быть труден для наблюдения наблюдателем (8), если его цвет и контраст совпадают с цветом и контрастом окружающего напечатанного фона.

[0088] Когда изменяется ориентация защитного устройства (100) по отношению к гравитации (3), то оба наблюдателя (7) и (8) наблюдают динамическое изменение изображения, которое каждый из них наблюдает.

[0089] На Фиг. 4В показано защитное устройство после быстрого переворачивания или переориентации, которые быстрее по сравнению со временем реакции микроскопических элементов. Сразу после переворачивания при Т~0 наблюдатель (7) сначала видит перевернутый рисунок (6), тогда как наблюдатель (8) сначала видит перевернутый рисунок 5.

[0090] На Фиг. 4С вскоре после этого (то есть Т>0) перевернутый рисунок (5) на стороне А начинает исчезать и имеет переходную форму (5А), в то время как перевернутый рисунок (6) на стороне В начинает исчезать и имеет переходную форму (6А). Микроскопические элементы, которые дают начало каждому изображению, находятся в состоянии неравновесности, поскольку они переходят под действием гравитации.

[0091] На Фиг. 4D после того, как по существу механическое равновесие микроскопических элементов было восстановлено (Т>>0), рисунок (5) теперь появляется на Стороне В, как это наблюдается наблюдателем (7). Наблюдатель (8) теперь наблюдает рисунок (6).

Изготовление защитного устройства

[0092] В данном документе раскрыты способы изготовления вариантов осуществления защитного устройства, которое демонстрирует динамические эффекты в качестве реакции на ускорение и/или изменение ориентации по отношению к гравитации.

[0093] На Фиг. 5А показаны различные силы, действующие на микрочастицу (18) Януса, взвешенную в текучей среде (16). Микрочастица (18) Януса имеет свой центр тяжести (13), расположенный в другом положении по сравнению с ее центром объема (12). Это может быть достигнуто, например, если микрочастица (18) Януса имеет неравномерную плотность, которая может быть достигнута, например, посредством изготовления микрочастицы Януса из двух различных материалов или посредством покрытия микрочастицы Януса тонкой пленкой, имеющей различную плотность, или посредством создания микрочастицы Януса с переменной пористостью.

[0094] Когда центры тяжести (13) и объема (12) отличаются, то гравитационные и ускоряющие силы (14) (которые прикладываются к центру тяжести (13)) в целом не выровнены с выталкивающими силами и силами (15) вязкостного сопротивления (которые приложены к центру объема (12)). Это приводит к крутящему моменту (11), который вращает микрочастицу (18) Януса, пока центр тяжести (13) и центр объема (12) не выровняются с гравитацией (д). Несмотря на то, что на Фиг. 5А показано вращение по часовой стрелке, понято, что также возможно вращение против часовой стрелки. Скорость вращения микрочастицы (18) Януса может быть настроена посредством регулировки характеристик устройства, таких как распределение плотности внутри микрочастицы Януса, плотность и толщина покрытия на микроскопической частице, плотность микроскопической частицы, вязкость жидкости, размер микроскопической частицы, размер капсулы или микрофлюидного канала и взаимодействие с боковыми стенками устройства. Вращение и выравнивание множества микрочастиц (18) Януса с гравитацией могут затем привести к созданию макроскопических эффектов, которые могут наблюдаться непосредственно невооруженным человеческим глазом или могут быть обнаружены с помощью машины.

[0095] На Фиг. 5В показан один вариант осуществления микроскопического элемента в виде гравитационной микрочастицы (18) Януса, которая является почти сферической, диспергированной в текучей среде (16). Микрочастица (18) Януса имеет по меньшей мере два различных типа поверхностей (9) и (10), каждая из которых имеет различные свойства. Например, каждая поверхность может иметь различные оптические свойства (цвет, поглощение, флюоресценция, плазмонная сигнатура, отражательная способность, показатель преломления и т.д.), шероховатость, магнитные свойства, электрические свойства, химический состав и т.д. Микрочастица (18) Януса также имеет свой центр тяжести (13), расположенный в другом положении по сравнению с ее центром объема (12). Это может быть достигнуто, например, когда микрочастица (18) Януса имеет неравномерную плотность, например, посредством изготовления микрочастицы Януса из двух различных материалов или посредством покрытия части микрочастицы (18) Януса тонкой пленкой. Альтернативно, микрочастица (18) Януса с неравномерной пористостью также будет иметь свой центр тяжести (13) расположенным в другом положении по сравнению с ее центром объема (12).

[0096] Когда центры тяжести (13) и объема (12) отличаются, то гравитационные и ускоряющие силы (14) (которые приложены к центру тяжести (13)) в целом не выровнены с выталкивающими силами и силами (15) вязкостного сопротивления (которые приложены к центру объема (12)). Это приводит к крутящему моменту (11), который вращает микрочастицу (18) Януса, пока центр тяжести (13) и центр объема (12) не будут выровнены с гравитацией (g). Несмотря на то, что на Фиг. 5 показано вращение по часовой стрелке, понято, что также возможно вращение против часовой стрелки. Скорость вращения микрочастицы Януса может быть настроена посредством регулировки характеристик, таких как распределение плотности внутри микрочастицы Януса, плотность и толщина покрытия на микроскопической частице, плотность микроскопической частицы, вязкость жидкости, размер микроскопической частицы, размер капсулы или микрофлюидного канала, и взаимодействие с боковыми стенками устройства. Вращение и выравнивание множества микрочастиц (18) Януса с гравитацией могут затем привести к созданию макроскопических эффектов, которые могут наблюдаться непосредственно невооруженным человеческим глазом или могут быть обнаружены с помощью машины.

[0097] На Фиг. 6A-6D показаны поперечные сечения, на которых изображен вариант осуществления защитного устройства, в котором микроскопические элементы (88) внедрены в подложку (1). Защитное устройство (100) помещено на подложку (1); объединенные защитное устройство (100) и подложка (1) обозначается как документ (11). Защитное устройство (100) находится в исходном состоянии (2А).

[0098] Защитное устройство (100) состоит из одной или более камер или каналов (17), заполненных текучей средой (16) и микроскопическими элементами (88). Текучая среда (16) может быть нелетучей жидкостью, которая испаряется медленно с целью увеличения долговечности устройств. Камеры и каналы (17) могут быть выполнены с возможностью создания особого изображения, например, кленового листа, как показано на Фиг. 4А. Каждая камера или канал (17) могут содержать один или более микроскопических элементов (88). Кроме этого, камеры и каналы (17) могут быть взаимно соединены или могут состоять из множества независимых участков. Кроме этого, один или более различных типов микроскопических элементов (88) могут быть внедрены в каналы и камеры (17), которые затем могут быть заполнены одной или более текучими средами, например, для создания множества динамических эффектов.

[0099] В данном варианте осуществления микроскопические элементы (88) могут быть гравитационными частицами Януса, имеющими свойства, как описано выше. Возможны и другие типы микроскопических элементов, примеры которых приведены ниже.

[0100] На Фиг. 6А до переворачивания/вращения устройство (100) демонстрирует состояние 2А, в котором микроскопические элементы (88) находятся в существенном механическом равновесии, так что они выровнены, как показано (например, заштрихованная часть (30) обращена вверх и от подложки (1); незаштрихованная часть (23) обращена вниз и в направлении подложки (1)).

[0101] Когда документ (11) поворачивают (3) (при Т=0), как показано на Фиг. 6В, микроскопические элементы (88) также первоначально переворачиваются и находятся в состоянии механической неравновесности. Таким образом микроскопические элементы теперь выровнены в состоянии, которое не устойчиво (заштрихованная часть (30) снизу; незаштрихованная часть (23) сверху). Если переориентация происходит быстро по сравнению со временем реакции микроскопических элементов, то наблюдатель, находящийся под документом, по-прежнему будет наблюдать состояние 2В, которое подобно состоянию (2А) устройства, так как заштрихованные части микроскопических элементов видимы снизу.

[0102] После завершения переориентации (в Т>T₁) на Фиг. 6С микроскопические элементы по-прежнему находятся в состоянии механической неравновесности и таким образом вращаются или повторно выравниваются в присутствии гравитации для того, чтобы в конечном счете восстановить состояние по существу механического равновесия. Они могут вращаться с различными или схожими скоростями, давая начало переходному состоянию 2С. Вращение и повторное выравнивание микроскопических элементов (88) с гравитацией дают начало динамическим эффектам, обсужденным выше.

[0103] На Фиг. 6D микроскопические элементы (88) возвращаются в состояние по существу механического равновесия, так что заштрихованные части (30) оказываются выровненными сверху, а незаштрихованные части (31) оказываются выровненными снизу. В случае, при котором микроскопические элементы (88) являются микрочастицами Януса, микроскопические элементы вращаются/повторно выравниваются так, что заштрихованные части оказываются выше незаштрихованной части. Устройство (100) теперь демонстрирует состояние (2D), при котором заштрихованная часть (30) микроскопических элементов обращена вверх и в направлении подложки (1), а незаштрихованная часть (23) обращена вниз и от подложки (1).

[0104] В одном варианте осуществления вращение микроскопических элементов (88) дает начало изменению цвета или контраста, наблюдаемому непосредственно невооруженным человеческим глазом. В данном варианте осуществления наблюдатель, который смотрит сверху на документ на стороне А на Фиг. 6А, наблюдает изображение, которое происходит от заштрихованной части микроскопических элементов (состояние 2А). Когда устройство (100) переворачивают, наблюдатель, который смотрит на документ снизу, может наблюдать состояние 2В, которое выглядит подобным состоянию (2А). Однако, данное изображение является переходным, поскольку микроскопические элементы (88) вращаются/повторно выравниваются динамически, чтобы в конечном счете поместить незаштрихованные части ниже заштрихованных частей. После того, как механическое равновесие достигнуто, наблюдатель под стороной А будет таким образом наблюдать изображение, которое происходит от незаштрихованной части микроскопических элементов (состояние 2D).

[0105] В еще одном варианте осуществления подложка (1) по меньшей мере частично прозрачна для предоставления возможности наблюдения устройства на каждой стороне документа (11). Наблюдатель с любой стороны от документа (11) будет наблюдать динамическое изменение изображения, как подытожено на Фиг. 4A-4D

[0106] Микроскопические элементы (88) могут также действовать в качестве линз, которые отклоняют свет для изменения, показа или увеличения статичного напечатанного устройства. Альтернативно, сложные устройства могут быть узорчато выполнены непосредственно на микроскопических элементах (88) для усиления эффекта, вызываемого их вращением, повторным выравниванием или смещением (например, посредством седиментации или всплывания). Отклонение света, вызванное микроскопическими элементами (88), может затем использоваться для увеличения малого участка устройств, напечатанных на микроскопических элементах (88), потенциально давая начало сложным динамическим эффектам, возникающим как с помощью вращения частицы, так и угла наблюдения. Микроскопические элементы (88) могут также содержать либо традиционные краски, либо даже фотохромные, термохромные или электрохромные краски для усиления или изменения эффекта от защитного устройства (100). Кроме этого, взаимодействие микроскопических элементов (88) с боковыми стенками устройства может быть настроено для создания различных эффектов. Например, данное взаимодействие может быть таким, что только сильное ускорение (например, посредством энергичного встряхивания) сможет сместить микроскопические элементы (88) от боковой стенки и предоставить им возможность вращения для создания динамического эффекта от защитного устройства (100).

[0107] На Фиг. 7A-7D показан другой вариант осуществления защитного устройства (100). В данном варианте осуществления, изображенном на Фиг. 7А, микроскопические элементы (88) сначала диспергированы в жидко-вулканизируемом материале (19), таком как, например, УФ-смола или термореактивный полимер. Данный жидко-вулканизируемый материал (19) затем осаждается на подложке (1), например, посредством методик традиционной печати, и вулканизируется для создания твердого слоя. Наконец, затвердевший слой подвергают воздействию жидкого способствующего набуханию вещества. Способствующее набуханию вещество проникает в твердый слой и вызывает его расширение, которое может создать тонкий жидкий слой (16) вокруг каждого микроскопического элемента (88).

Микроскопические элементы (88) могут затем вращаться по сравнению с защитным элементом для предоставления возможности осуществления динамических эффектов, обсужденных ранее.

[0108] Когда документ (11) быстро переворачивают/вращают (3) (в Т>0) на Фиг. 7В, микроскопические элементы (88) первоначально следуют за вращением документа, таким образом давая начало динамическим эффектам, обсужденным ранее.

[0109] На Фиг. 8A-8D показан другой вариант осуществления защитного устройства (100). В данном варианте осуществления микроскопические элементы (88) заключены в больших капсулах (20), заполненных жидкостью (16), которые могут быть нелетучими или иметь низкую летучесть. Капсулы (20) могут затем быть непосредственно осаждены на подложку (1) посредством методики традиционной печати. После печати жидкость (16) внутри каждой капсулы (20) обеспечивает возможность вращения микроскопического элемента (88) по сравнению с документом для создания динамических эффектов, обсужденных ранее. Кривизна капсул (20) может также отклонять свет для создания эффекта линзы, который может улучшить визуальный контраст динамических изменений, вызываемых вращением микроскопических элементов (88). В каждую капсулу может быть внедрено более одной частицы (не изображено).

[0110] На Фиг. 9A-9D показано то, как динамические визуальные эффекты могут также быть созданы седиментацией микроскопических элементов (21), а не их вращением. В данном варианте осуществления каждый микроскопический элемент (21) имеет среднюю плотность, которая существенно отличается от плотности окружающей текучей среды (16b). Если средняя плотность будет больше плотности окружающей текучей среды (16b), то микроскопические элементы (21) осядут на нижнюю часть камеры (17), как показано на Фиг. 9A-9D; если средняя плотность будет меньше плотности окружающей текучей среды (16b), то микроскопические элементы (21) всплывут к верхней части камеры (17). Жидкость (16b) может содержать краску, которая частично блокирует свет так, чтобы седиментация микроскопических элементов (21) к верхней части или нижней части камеры (17) создавала визуальный эффект.

[0111] Альтернативно, два типа микроскопических элементов могут быть внедрены одновременно в одну и ту же камеру (17). Эти микроскопические элементы могут иметь соответственно большую и меньшую плотность в отличие от жидкости (16b), а также, например, другой цвет. Микроскопические элементы, плотнее жидкости (16b), будут осаживаться на нижнюю часть камеры (17), в то время как более легкие микроскопические элементы всплывут к верхней части камеры (17), таким образом давая начало видимым динамическим эффектам. Поскольку для данного варианта осуществления не требуется вращения микроскопических элементов (21), то более легко могут использоваться различные формы частиц.

[0112] На Фиг. 9А до переворачивания/вращение устройство (100) демонстрирует состояние 2А, в котором микроскопические элементы (21) имеют более высокую плотность в отличие от окружающей текучей среды (16b) и находятся в существенном механическом равновесии так, что они, например, оседают на дно камеры 17, вблизи подложки (1).

[0113] Когда документ (11) переворачивают (3) (при Т=0), как показано на Фиг. 9В, микроскопические элементы (21) также первоначально переворачиваются и находятся в состоянии механической неравновесности. Таким образом микроскопические элементы находятся в состоянии, которое является неустойчивым, поскольку они больше не находятся на дне камеры (17). Если переориентация является быстрой по сравнению со временем реакции микроскопических элементов, то наблюдатель, находящийся под документом, по-прежнему будет наблюдать состояние 2В, которое подобно состоянию (2А) устройства, поскольку снизу окрашенная жидкость (16b) все еще маскирует микроскопические элементы (21).

[0114] После завершения переориентации (при Т>T₁) на Фиг. 9С микроскопические элементы по-прежнему находятся в состоянии механической неравновесности и таким образом оседают или осаждаются в присутствии гравитации, для того чтобы в конечном счете восстановить состояние по существу механического равновесия. Они могут оседать с различными или схожими скоростями, давая начало переходному состоянию 2С. Седиментация микроскопических элементов (21) благодаря гравитации изменяет толщину окрашенной жидкости между микроэлементами и стенками камеры (17), что дает начало динамическим эффектам, обсужденным ранее.

[01145] На Фиг. 9D микроскопические элементы (21) возвращаются в состояние по существу механического равновесия и устройство (100) теперь демонстрирует (2D) такое состояние, при котором микроскопические элементы осели на дно камеры (17), вдали от подложки (1).

[0116] На Фиг. 10A-10D показан другой вариант осуществления защитного устройства на основе всплывания микроскопических элементов (21), заключенных в полые капсулы (20), заполненные жидкостью (16b). В данном примере микроскопические элементы (21) имеют плотность, которая меньше плотности окружающей текучей среды (16b). В данном случае, подложку (1), к которой прикреплены капсулы (20), переворачивают/вращают (3), давая начало динамическому эффекту, подобному тому, который описан на Фиг. 9A-9D, за исключением того, что микроскопические элементы (21) всплывают (или поднимаются), а не оседают.

[0117] На Фиг. 11A-11D показан другой вариант осуществления защитного устройства, в котором микроскопические элементы (100) содержат полые капсулы (20), которые заполнены двумя различными типами несмешивающихся жидкостей (16с) и (16d), каждая из которых имеет различную плотность. На Фиг. 11А жидкость (16с) имеет меньшую плотность в отличие от плотности жидкости (16d), и ориентация микроскопических элементов (100) является такой, как показано.

[0118] На Фиг. 11В документ (11) переворачивают/вращают (3), две жидкости (16с, 16d) противоположным образом меняют ориентацию. То есть более плотная жидкость (16d) оказывается над менее плотной жидкостью (16с). Это приводит к неравновесности относительных положений этих двух жидкостей (16с, 16d). Разность плотности между этими двумя жидкостями (16с) и (16d) приводит к продолжающемуся смещению этих двух жидкостей (16с) и (16d), как показано на Фиг. 11С. Эти жидкости (16с, 16d) возвращаются в состояние по существу механического равновесия (то есть менее плотная жидкость (16 с) сверху более плотной жидкости (16d)), как показано на Фиг. 11D.

[0119] В таком варианте осуществления защитного устройства различные силы трения, такие как гистерезис краевого угла, могут препятствовать или блокировать смещение этих двух жидкостей (16с), и (16d), пока они пытаются вернуться в положение равновесия на Фиг. 11D. Например, из уровня техники известно, что силы гравитации может быть не достаточно для перемещения жидкости, помещенной в микроскопический канал. На Фиг. 12 показаны различные стратегии, которые могут использоваться для содействия такому смещению жидкостей. Например, краевые углы (22а), (22b) и (22с) двух жидкостей (16с) и (16d) с капсулой (20) могут быть видоизменены для минимизации таких сил трения. Конфигурации, такие как (22с) (когда одна из жидкостей имеет очень большой краевой угол, а другая жидкость имеет очень маленький краевой угол с капсулой) предпочитаются для минимизации сил трения гистерезиса краевого угла. Альтернативно, третья несмешивающаяся жидкость (16е), которая сильно смачивает материал капсулы (20), может использоваться для дополнительной минимизации сил трения гистерезиса краевого угла.

[0120] Также понято, что сочетания различных типов микроскопических элементов могут использоваться для изготовления защитных устройств. Например, гравитационные микрочастицы Януса могут быть внедрены в канал, содержащий две жидкости, причем каждая жидкость имеет различную плотность. Микрочастицы Януса могут, например, иметь покрытия так, чтобы одна сторона предпочтительно смачивалась первой жидкостью, в то время как другая сторона смачивалась второй жидкостью. Смещение этих двух текучих сред вслед за изменением ускорения вызывает вращение микрочастиц Януса и дает начало динамическим эффектам.

[0121] Защитные устройства, описанные выше, могут быть внедрены в защищенные документы с использованием методов, известных в уровне техники. Например, устройство может быть напечатано, приложено в качестве накладки или фольги, или в качестве слоистого пластика или нити. Альтернативно, устройство может быть внедрено в основную часть защищенного документа, например, или вставлено в подложки банкноты.

[0122] Со ссылкой на Фиг. 5 и 6A-6D можно использовать микроскопические элементы, которые имеют средний диаметр или размер между 0,1 мкм - 100 мкм, или между 0,1 мкм - 50 мкм, или между 0.1 мкм - 10 мкм, пока размер микроскопического элемента меньше толщины защитного устройства. Например, толщина защитного устройства может обычно находиться между 0,1 и 20 мкм, или между 1-10 мкм.

[0123] В качестве примера, микрочастицы Януса, имеющие диаметр менее 10 мкм, могут использоваться в качестве части защитного устройства, имеющего толщину 10 мкм.

[0124] Процесс изготовления микрочастиц Януса показан на Фигуре 13. Процесс изготовления начинается с коммерчески доступных частиц микронного размера (в диапазоне от 0,7 до 10 мкм в диаметре). В качестве примера, микрочастицы из полистирола, покрытые традиционной или флуоресцентной краской, могут использоваться для усиления визуального контраста, порождаемого вращением конечной микрочастицы Януса. Микрочастицы из полистирола сначала диспергируются в водном растворе (200), осаждаются на подложку (210) и оставляются для высыхания. Как известно из уровня техники, процесс сушки может создавать самособирающийся монослой микрочастиц (220) на подложке (210). После сушки микрочастицы (220) покрываются тонкой пленкой (230) с использованием процесса нанесения покрытия осаждением из паров (например, электронно-лучевое испарение). Более высокая плотность уплотнения микрочастиц (220) на подложке (210) гарантирует то, что тонкая пленка (230) изготавливается предпочтительно на одной стороне поверхности микрочастицы, таким образом вызывая одновременно неравномерную плотность и оптический контраст, используемые во многих вариантах осуществления защитного устройства.

[0125] Может использоваться много типов покрытий. В своей наиболее простой форме тонкая пленка (230) (или покрытие) может состоять из пленки высокой плотности, имеющей толщину приблизительно 100 нм. Плотность пленки выше плотности ядра микрочастицы. Материалы, такие как металлы, могут служить в качестве покрытий; например, может использоваться тонкая пленка из золота или вольфрама. Кроме этого, тонкопленочное покрытие, которое предотвращает отражение света от множества микрочастиц Януса, улучшает видимый контраст, порождаемый вращением микрочастиц Януса в качестве реакции на гравитацию и ускорение. Таким образом, разработаны тонкопленочные покрытия, которые могут одновременно (i) обеспечивать разность плотностей, требуемую для гравитационной ориентации микрочастицы Януса, и (ii) порождать неотражающий темный слой. Примером такого покрытия является тонкая пленка последующего слоя из хрома (2 нм) - золота (100 нм) - хрома (2 нм) -двуокиси кремния (80 нм) - хрома (10 нм) - двуокиси кремния (80 нм). Толстые пленки из хрома в 2 нм служат в качестве адгезионных слоев; слой из золота создает покрытие высокой плотности, необходимое для обеспечения быстрого вращения микрочастиц Януса; и слои из SiO₂ - Сr - SiO₂ создают неотражающее темное покрытие.

[0126] После седиментации покрытия микрочастицы Януса (220) диспергируются в жидкости (240) через разрушение ультразвуком. Микрочастицы Януса могут быть диспергированы во многих растворителях, таких как водные растворы, масла, органические растворители, термореактивные форполимеры, лаки с отверждением ультрафиолетом и т.д. Для некоторых вариантов осуществления защитного устройства могут использоваться жидкости с низким парообразованием, низким давлением пара, низкой вязкостью, низкой токсичностью, более высокой точкой кипения и низкой точкой плавления. В качестве окончательного необязательного этапа концентрация микрочастиц Януса может быть отрегулирована посредством центрифугирования или других методик, известных в уровне техники.

[0127] На Фиг. 14А-14 В показаны микроснимки сканирующей электронной микроскопии (scanning electron microsopy, SEM) микрочастиц (300) Януса диаметром в 3 мкм, изготовленных с помощью процесса, описанного выше. На Фиг. 14А показаны микрочастицы (300) Януса перед диспергированием; а на Фиг. 14В показана микрочастица (300) Януса после диспергирования. На этих SEM-изображениях толстое золотое покрытие в 100 нм видимо на Фиг. 14В вследствие его более яркого контраста. На Фиг. 14А показано пространственное расположение микрочастиц (300) после этапов сушки и покрытия. На Фиг. 14В показано, что покрытие (310) покрывает примерно половину микрочастицы (300). Форма микрочастицы (300) остается почти сферической даже после седиментации покрытия.

[0128] На Фиг. 15А-С показаны оптические микроснимки микрочастиц (400) Януса диаметром в 5 мкм, изготовленных с использованием процесса, описанного выше, диспергированных в водном растворе и помещенных в стеклянную пластину. Микрочастицы (400) Януса состоят из ядра из полистирола, покрытого красной краской, у которого часть его поверхности впоследствии покрыта неотражающим покрытием, описанным выше. На Фиг. 15А-С показаны микрочастицы Януса, наблюдаемые сверху. Фиг. 15А-С были сформированы посредством извлечения только красной составляющей цветных изображений для лучшего показа вращение частицы в полутоновом изображении. Вслед за данным преобразованием красная сторона частицы видна белой или бледно серой, а темная неотражающая сторона покрытия частиц видна черной или темно серой.

[0129] На Фиг. 15А почти все микрочастицы (400) Януса выровнены с гравитационным полем так, что только красный цвет (420) видим сверху, скрывая темное неотражающее покрытие. На Фиг. 15В показаны микрочастицы (400) Януса сразу после локального возмущения (то есть ускорения или изменения ориентации), полученного посредством перемешивания компоновки жидкости и микрочастиц (400) Януса. Как темные (430), так и красные (420) стороны микрочастиц (400) Януса являются видимыми. На Фиг. 15С показана ситуация спустя приблизительно 5 секунд после возмущения, которая демонстрирует, что микрочастицы (400) Януса вращаются обратно к своей исходной ориентации спустя только несколько секунд после возмущения - то есть только красный цвет (420) видим сверху. Это демонстрирует, что изготовленные микрочастицы (400) Януса диаметром только в 5 мкм могут быть успешно сориентированы гравитационным полем во временные рамки, подходящие для целевых защитных применений.

[0130] Результаты с Фиг. 15А-С также показывают, что микрочастицы Януса естественно реорганизуются в качестве относительно равномерного монослоя после возмущения. Это происходит вследствие седиментации микрочастиц Януса посредством гравитации совместно с произвольными смещениями, вызываемыми Броуновским движением. Седиментация возникает вследствие того, что средняя плотность микрочастицы Януса составляет приблизительно 2 г/см³, которая выше плотности окружающей жидкости. Образование компактного слоя частиц может улучшить визуальный контраст, порождаемый их вращением.

[0131] На Фиг. 16 показан макроскопический видимый эффект, получаемый тогда, когда раствор (500), содержащий приблизительно 1%-ую объемную концентрацию микрочастиц Януса, изображенных на Фиг. 15А-С, помещен над зеркалом (510) в стеклянной кюветке (520). Фиг. 16 была получена с помощью одного и того же процесса преобразования цветов, как и для Фиг. 15А-С. В данном изображении гравитационное поле направлено вниз. Изображение (530) кюветки (520) в зеркале обеспечивает нечто среднее для одновременного наблюдения нижней части и верхней части жидкого раствора (500). Чистый контраст красного цвета (540) и черного цвета (550) видим между верхней частью и нижней частью жидкого раствора (500). Полученный цветовой контраст демонстрирует, что гравитационная ориентация частиц может дать начало макроскопическим эффектам, ясно видимым невооруженному человеческому глазу.

[0132] На Фиг. 17A-D показана макроскопическая динамическая реакция, полученный посредством переворачивания прототипного защитного устройства (600), состоящего из канала (605), заполненного водным раствором (610), содержащим красные и черные микрочастицы Януса, изображенные на Фиг. 15А-С. Фиг. 17A-D были получены с помощью того же самого процесса преобразования цветов, как и на Фиг. 15А-С и на Фиг. 16. Количество микрочастиц Януса, введенных в канал (605), соответствует средней толщине в приблизительно 1,5 монослоя частиц (то есть приблизительно в 7,5 микронов). В исходном состоянии (показанном в 17А), область (605) канала устройства (600) демонстрирует яркий красный цвет (615) несмотря на ограниченную эффективную толщину микрочастиц Януса. Сразу после переворачивания устройства (как показано на Фиг. 17В) канал (605) демонстрирует черный цвет (620), который контрастирует значительно по сравнению с его начальным красным цветом (615 на Фиг. 17А). На Фиг. 17С спустя приблизительно 2 секунды после Фиг. 17В канал (605) демонстрирует динамическую реакцию (625), при которой получается, что его цвет постепенно и динамически возвращается обратно к своему начальному красному цвету (615). На Фиг. 17D спустя пять секунд после Фиг. 17В канал (605) возвращается к своему красному цвету (615), таким образом демонстрируя вызванные гравитацией динамические видимые эффекты. Данный эффект четко видим невооруженным человеческим глазом в большинстве условий освещения и на удалении в несколько футов (более полуметра). Кроме этого, в отличие от большинства OVD-устройств, известных в уровне техники, как красные, так и черные сформированные цвета являются почти постоянными с углом наблюдения. После нескольких месяцев после изготовления устройства остаются функциональными без значительного присоединения частиц к боковым стенкам.

[0133] На Фиг. 18A-D показан промежуток времени динамической реакции, при которой возникают сложные потоковые профили во время седиментации микрочастиц Януса в контейнере, содержащем текучую среду. В данном примере динамическая реакция включает в себя как седиментацию, так и вращение (то есть выравнивание с гравитационным полем). Микрочастицы Януса являются почти сферическими и имеют один участок поверхности, который является черным, и другой участок поверхности, который является красным. Черный участок микрочастиц Януса обращен вниз после гравитационного выравнивания. На Фиг. 18А показан контейнер с жидкостью сразу после того, как он был перевернут, в котором наблюдается черный цвет. На Фиг. 18В показан тот же самый контейнер спустя приблизительно 2 с. В данном случае черный цвет быстро обращается обратно в красный цвет (светлое затенение на Фиг. 18В) вслед за вызываемым гравитацией вращением и выравниванием микрочастиц Януса. На Фиг. 18С показан тот же самый контейнер спустя приблизительно 6 с после Фиг. 18А, в котором микрочастицы Януса группируются в древоподобные волокна во время седиментации (Фиг. 3с). Седиментация нарушает вращение, так что наблюдаются как красные, так и черные цвета. Образование таких сложных узоров вызвано сложными профилями потока, которые являются результатом многочастичных взаимодействий во время седиментации. На Фиг. 18D показана динамическая реакция спустя приблизительно 20 с после Фиг. 8А. На Фиг. 18D седиментация закончена; наблюдается только красный цвет, подтверждая вызванное гравитацией выравнивание микрочастиц Януса на донной стенке контейнера с жидкостью.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

1. Защитное устройство, содержащее множество микроскопических элементов, выполненных с возможностью перехода из по существу выравнивания в отсутствие выравнивания с гравитационным полем при действии ускорения или изменения ориентации устройства и обратно в выравнивание с гравитационным полем при прекращении ускорения или изменения ориентации.

2. Защитное устройство в соответствии с дополнительным 1-ым вариантом осуществления, в котором переход из по существу выравнивания в отсутствие выравнивания и обратно в выравнивание с гравитационным полем обеспечивает возможность произведения одного или более макроскопических эффектов.

3. Защитное устройство в соответствии с дополнительным 2-ым вариантом осуществления, в котором по меньшей мере один из макроскопических эффектов является оптическим.

4. Защитное устройство в соответствии с дополнительным 3-им вариантом осуществления, в котором оптический макроскопический эффект обеспечивается с возможностью визуального наблюдения невооруженным человеческим глазом.

5. Защитное устройство в соответствии с дополнительным 4-ым вариантом осуществления, в котором оптический макроскопический эффект является машиночитаемым.

6. Защитное устройство в соответствии с любым из дополнительных вариантов осуществления с 1-ого по 5-ый, в котором обеспечивается возможность перехода множества микроскопических элементов из по существу выравнивания в отсутствие выравнивания и обратно в выравнивание во временном интервале от приблизительно 0,01 с до приблизительно 100 с, 0,01 до 10 с, или 1 с до 10 с.

7. Защитное устройство в соответствии с любым из дополнительных вариантов осуществления с 1-ого по 6-ой, в котором ускорение является вибрацией и/или встряхиванием защитного устройства.

8. Защитное устройство в соответствии с любым из дополнительных вариантов осуществления с 1-ого по 7-ой, в котором размер микроскопических элементов варьируется между 0,01 и 100 микронов.

9. Защитное устройство в соответствии с 8-ым дополнительным вариантом осуществления, в котором размер микроскопических элементов варьируется между 0,01 и 10 микронов.

10. Защитное устройство в соответствии с любым из дополнительных вариантов осуществления с 1-ого по 9-ый, в котором микроскопические элементы внедрены в один или более микроканалов.

11. Защитное устройство в соответствии с 10-ым дополнительным вариантом осуществления, содержащее множество независимых микроканалов.

12. Защитное устройство в соответствии с 10-ым или 11-ым дополнительным вариантом осуществления, в котором каждый микроканал имеет высоту между 0,1 и 1000 микронов.

13. Защитное устройство в соответствии с любым из дополнительных вариантов осуществления с 1-ого по 12-ый, в котором микроскопические элементы диспергированы в текучей среде; часть или все микроскопические элементы имеют центр масс, который отличен от центра объема; и обеспечивается возможность перехода микроскопических элементов посредством вращения.

14. Защитное устройство в соответствии с 13-ым дополнительным вариантом осуществления, в котором вращение микроскопических элементов отклоняет свет для изменения, показа или увеличения одного или более статичных напечатанных признаков, узорчато выполненных на микроскопических элементах.

15. Защитное устройство в соответствии с 13-ым или 14-ым дополнительным вариантом осуществления, в котором микроскопические элементы и текучая среда внедрены в одну или более микрокапсул, имеющих диаметр между 0,1 и 200 микронов (мкм).

16. Защитное устройство в соответствии с любым из дополнительных вариантов осуществления с 1-ого по 12-ый, в котором микроскопические элементы содержат две или более несмешивающихся текучих сред неравной плотности, и обеспечивается возможность перехода микроскопических элементов посредством смещения текучих сред внутри элемента.

17. Защитное устройство в соответствии с 16-ым дополнительным вариантом осуществления, в котором микроскопические элементы содержат указанные две или более текучих сред, внедренных в одну или более микрокапсул, имеющих диаметр между 0,1 и 200 микронов (мкм).

18. Защитное устройство в соответствии с 17-ым дополнительным вариантом осуществления, в котором каждая микрокапсула содержит первую и вторую жидкость.

19. Защитное устройство в соответствии с 18-ым дополнительным вариантом осуществления, в котором первая жидкость имеет краевой угол более 140 градусов с микрокапсулой, а вторая жидкость имеет краевой угол менее 40 градусов с микрокапсулой.

20. Защитное устройство в соответствии с 17-ым дополнительным вариантом осуществления, в котором каждая микрокапсула содержит первую, вторую и третью текучую среду;

причем первая текучая среда смачивает внутреннюю поверхность микрокапсулы, а вторая и третья текучие среды заключены в первой текучей среде.

21. Защитное устройство в соответствии с любым из дополнительных вариантов осуществления с 17-ого по 20-ый, в котором микроскопические элементы или микрокапсулы осаждены, напечатаны, прикреплены или добавлены на подложку или в него.

22. Защитное устройство в соответствии с любым из дополнительных вариантов осуществления с 17-ого по 24-ый, в котором микрокапсула и/или текучая среда выполнена с возможностью отклонения света для создания эффекта линзы.

23. Защитное устройство в соответствии с дополнительным 1-ым вариантом осуществления, в котором микроскопические элементы диспергированы в жидкой матрице, для которой обеспечена возможность затвердевания; и обеспечена возможность воздействия на затвердевшую матрицу способствующим набуханию веществом, которое обеспечивает жидкую оболочку вокруг микроскопических элементов.

24. Защитное устройство в соответствии с 23-им дополнительным вариантом осуществления, в котором обеспечена возможность затвердевания жидкой матрицы посредством отверждения или испарения растворителя.

25. Защитное устройство в соответствии с дополнительным 1-ым вариантом осуществления, в котором различные типы микроскопических элементов используются для обеспечения одной или более реакций.

26. Защитное устройство в соответствии с любым из дополнительных вариантов осуществления с 1-ого по 24-ый, в котором микроскопический элемент является микрочастицей Януса, содержащей:

i) внутреннее ядро и

ii) покрытие на части поверхности частицы Януса, и внутреннее ядро имеет плотность, отличающуюся от плотности покрытия.

27. Защитное устройство в соответствии с 26-ым дополнительным вариантом осуществления, в котором внутреннее ядро имеет диаметр от 0,1 до 100 микронов (мкм), покрытие имеет толщину от 10 нм до 500 нм, и толщина покрытия менее 20% от диаметра.

28. Защитное устройство в соответствии с 27-ым дополнительным вариантом осуществления, в котором внутреннее ядро является твердым.

29. Защитное устройство в соответствии с любым из дополнительных вариантов осуществления с 26-ого по 28-ой, в котором покрытие имеет неотражающую поверхность.

30. Защитное устройство в соответствии с 29-ым дополнительным вариантом осуществления, в котором покрытие содержит хром, золото и двуокись кремния.

31. Защитное устройство в соответствии с 30-ым дополнительным вариантом осуществления, в котором покрытие содержит первый слой из хрома на части поверхности внутреннего ядра; второй слой из золота; третий слой хрома; четвертый слой из двуокиси кремния; пятый слой из хрома и шестой слой из двуокиси кремния.

32. Защитное устройство в соответствии с любым из дополнительных вариантов осуществления с 26-ого по 28-ой, в котором покрытие содержит тонкую пленку, краску или краситель.

33. Защитное устройство в соответствии с 32-ым дополнительным вариантом осуществления, в котором тонкая пленка содержит первый слой из одной или более металлических пленок, второй слой из первой диэлектрической пленки, третий слой из одной или более металлических пленок, и четвертый слой из второй диэлектрической пленки.

Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что предшествующее раскрытие составляет описание частных вариантов осуществления, изображающих то, как защитное устройство может быть применено и введено в использование. Эти варианты осуществления являются всего лишь примерными и не предназначены ограничивать раскрытие до того, что в частности изображено и описано в данном документе выше. Множество видоизменений и изменений оказывается возможным в свете вышеупомянутого изложения без отступления от объема настоящего раскрытия. Защитное устройство дополнительно описано и определено в последующей формуле изобретения.

1. Защитное устройство, выполненное с возможностью демонстрировать по меньшей мере одну динамическую реакцию при изменении ориентации по отношению к гравитации, причем защитное устройство содержит множество микроскопических элементов в текучей среде, а динамическая реакция:

(a) продолжается после прекращения изменения ориентации по отношению к гравитации и

(b) включает переход микроскопических элементов:

(i) по существу из механического равновесия в неравновесное состояние при изменении ориентации по отношению к гравитации и

(ii) обратно по существу в механическое равновесие после прекращения изменения ориентации по отношению к гравитации, причем микроскопические элементы подвержены по меньшей мере одному из вращательного движения или поступательного движения относительно текучей среды во время указанного перехода.

2. Защитное устройство по п. 1, в котором динамическая реакция имеет продолжительность от приблизительно 0,01 с до приблизительно 100 с.

3. Защитное устройство по п. 1, в котором переход приводит к созданию одного или более макроскопических эффектов.

4. Защитное устройство по п. 3, в котором по меньшей мере один из макроскопических эффектов является оптическим.

5. Защитное устройство по п. 4, в котором оптический макроскопический эффект видим невооруженным человеческим глазом.

6. Защитное устройство по п. 3, в котором по меньшей мере один из макроскопических эффектов является машиночитаемым.

7. Защитное устройство по любому из пп. 1-6, в котором обеспечен переход множества микроскопических элементов по существу из механического равновесия в неравновесное состояние и обратно по существу в механическое равновесие во временном интервале приблизительно от 0,01 с приблизительно до 100 с, предпочтительно до приблизительно 10 с.

8. Защитное устройство по п. 7, в котором временной интервал составляет от приблизительно 1 с до приблизительно 10 с.

9. Защитное устройство по любому из пп. 1-8, в котором микроскопические элементы имеют размер между 0,01 и 100 микронов.

10. Защитное устройство по п. 9, в котором микроскопические элементы имеют размер между 0,01 и 10 микронов.

11. Защитное устройство по любому из пп. 1-10, в котором микроскопические элементы внедрены в один или более микроканалов.

12. Защитное устройство по п. 1 или 11, содержащее множество независимых микроканалов.

13. Защитное устройство по любому из пп. 1-12, в котором:

микроскопические элементы диспергированы в текучей среде;

часть или все микроскопические элементы имеют среднюю плотность, которая не равна плотности текучей среды, и

микроскопические элементы выполнены с возможностью перехода посредством седиментации или всплывания.

14. Защитное устройство по любому из пп. 1-12, в котором микроскопический элемент содержит микрокапсулу, которая заключает в себе две или более несмешивающихся текучих сред неравной плотности, и переход микроскопических элементов обеспечен посредством смещения текучих сред внутри элемента.

15. Защитное устройство по п. 1, в котором микроскопические элементы диспергированы в жидкой матрице, для которой обеспечена возможность затвердевания; и

обеспечена возможность воздействия на затвердевшую матрицу способствующим набуханию веществом, которое обеспечивает жидкую оболочку вокруг микроскопических элементов.

16. Защитное устройство по п. 15, в котором обеспечена возможность затвердевания жидкой матрицы посредством отверждения или испарения растворителя.

17. Защитное устройство по п. 13, содержащее:

первый набор микроскопических элементов, каждый из которых имеет среднюю плотность, превышающую плотность текучей среды, и которые выполнены с возможностью перехода посредством седиментации; и

второй набор микроскопических элементов, каждый из которых имеет среднюю плотность меньше плотности текучей среды и которые выполнены с возможностью перехода посредством всплывания.

18. Защитное устройство по п. 13, выполненное с возможностью тряски и/или вибрации, при которой часть или все микроскопические элементы выполняют переход от адгезии к стенке устройства посредством седиментации или всплывания.

19. Защитное устройство по одному из пп. 13 или 17, в котором текучая среда содержит краску, которая контрастирует с микроскопическими элементами при их переходе посредством седиментации или всплывания.

20. Защитное устройство по п. 1, в котором микроскопические элементы выполнены с возможностью перехода из по существу выравнивания с гравитационным полем в отсутствие выравнивания с гравитационным полем при изменении ориентации устройства и обратно в по существу выравнивание с гравитационным полем после прекращения изменения ориентации.

21. Защитное устройство по п. 20, в котором микроскопические элементы диспергированы в текучей среде;

часть или все микроскопические элементы имеют центр масс, который отличен от центра объема; и

обеспечен переход микроскопических элементов посредством вращения.

22. Защитное устройство по п. 20, в котором микроскопический элемент является микрочастицей Януса, содержащей: i) внутреннее ядро и ii) покрытие на части поверхности частицы Януса, причем внутреннее ядро имеет плотность, отличающуюся от плотности покрытия.

23. Защитное устройство по п. 22, в котором внутреннее ядро имеет диаметр от 0,1 до 100 микронов (мкм), покрытие имеет толщину от 10 нм до 500 нм, и толщина покрытия менее 20% от диаметра.