МНОГОСЛОЙНОЕ ПОЛИМЕРНОЕ ИЗДЕЛИЕ, ТАКОЕ КАК ИДЕНТИФИКАЦИОННЫЙ ДОКУМЕНТ
MULTILAYERED POLYMERIC PRODUCT, SUCH AS IDENTIFICATION DOCUMENT

Изобретение относится к области химии полимеров, материаловедения тонкопленочных полимерных материалов, а также к композиционным многослойным полимерным изделиям. В настоящее время широкое применение находят полимерные пленки при изготовлении различных многослойных изделий, например документов, требующих защиты от фальсификации и предназначенных для идентификации их владельца. Композиционные материалы для производства защищенных документов постоянно совершенствуются и должны обеспечивать высокие физико-механические показатели изделия в части его долговечности и прочности к воздействиям, направленным на расслаивание и внесение изменений в графические и другие данные. Для массового выпуска идентификационных документов необходимо, чтобы используемые материалы изготавливались без изменения существующих технологий.
Использование полимерных многослойных материалов для удостоверяющих документов, таких как паспорта, идентификационные карты, водительские удостоверения, имеет важное значение для обеспечения защиты от подделок. Для защиты от подделки таких документов при их изготовлении и выдаче в них записывается персональная информация о владельце документа. Как правило, это портрет владельца и его биометрические данные, дата и место рождения, время и место выдачи документа и др. В современных технологиях применения многослойных полимерных материалов для идентификационных документов персональная информация записывается в виде портретных и текстовых изображений, размещаемых на/или в отдельных слоях многослойных пластиковых структур. Во многих случаях для защиты документа от подделки в дополнение к основной персональной информации записывают дополнительные или дублирующие изображения и информацию, связанные с основной информацией, которые являются полупрозрачными, визуализируемыми в проходящем и/или отраженном свете и не препятствующими восприятию основной информации. В некоторых случаях в дополнительные или дублирующие изображения вносится скрытая или кодированная информация, позволяющая провести проверку подлинности документа с использованием специализированных технических средств.
Наибольший защитный эффект достигается, если дублирующие изображения являются цветными и легко распознаваемыми, а технология их получения доступна только изготовителю документов.
Известны и широко используются в многослойных полимерных изделиях цветные цифровые и аналоговые изображения, получаемые по стандартным технологиям, основанным на методах прямой печати, при которых на носитель различными способами наносится краска или цветные чернила. Основным недостатком таких цветных изображений с точки зрения использования их в удостоверяющих документах является широкая распространенность и доступность технологий по их изготовлению, что позволяет заменять и подделывать фотографии и графические персональные данные в документах, индивидуализированных такими способами.
На сегодняшний день также известен целый ряд оригинальных технологий записи цветных изображений в многослойных полимерных материалах, требующих использования специальных веществ и материалов, доступных только ограниченному числу предприятий.
Это, например, технология записи в многослойных структурах, содержащих красители, меняющие цвет под воздействием лазерного излучения (RU 2286888 C2, 10.11.2006), или технология послойного лазерного гравирования многослойной структуры, содержащей последовательность слоев пигментов разного цвета (US 7763179 B2, 27.07.2009). Недостатком таких технологий является необходимость применения уникальных многослойных материалов со специальным составом и пигментными покрытиями, что затрудняет внедрение технологий и их использование для промышленного применения.
Известны также различные технологии записи цветных объемных голографических изображений в фотополимерных слоях, например, с использованием микролинзового растра (US 20130301090 A1, 14.11.2013) Основным недостатком таких технологий является необходимость изготовления голограмм на пленочном носителе в отдельном технологическом процессе с последующим нанесением пленки с голограммой на документ.
Известно решение, в котором формирование в многослойном полимерном документе дополнительного изображения в полупрозрачном слое осуществляется методом лазерного гравирования частично деметаллизированной дифракционной решетки, являющейся компонентом основного фиксированного голографического изображения (US 2013/0082458 A1, 04.04.2013). Это происходит при лазерной маркировке нижележащего слоя, карбонизирующегося под действием лазерного излучения. Частичная деметаллизация дифракционной решетки обеспечивает защиту документа от расслаивания, поскольку обеспечено спекание материала соседних слоев на участках, свободных от металлизации. Основным недостатком такого решения является невозможность получения произвольного цветного изображения.
При персонализации и индивидуализации документов одним из наиболее перспективных решений является способ получения полноцветных голографических изображений в многослойной полимерной структуре по технологии, описанной в RU 2079167 C1, 10.05.1997. Изображения записываются на внутренних дифракционных решетках, расположенных друг над другом в многослойных полимерных носителях. Полноцветные изображения восстанавливаются в белом свете. Размещенная на носителе информация имеет вид текстовых и графических изображений.
Техническое решение, описанное в RU 2079167, является наиболее близким аналогом заявляемого идентификационного документа. Недостатком известного технического решения является невозможность получения по таким технологиям прозрачных и полупрозрачных изображений. Кроме того, такие многослойные голографические структуры не являются однородными. При формировании пластиковых документов сплошные металлизированные дифракционные решетки располагают внутри многослойных полимерных структур, что во многих случаях облегчает проведение послойного расслаивания документов и осуществление их фальсификаций.
Задача, решаемая изобретением, - создание многослойного полимерного изделия - защищенного идентификационного документа, в котором кроме основных персональных данных содержатся дополнительные цветные изображения, связанные с персональными данными и индивидуализирующие документ, при этом документ защищен от расслаивания и фальсификации записанной персональной информации. Это достигается тем, что дополнительные цветные изображения выполнены в виде полупрозрачной матрицы пикселей, содержащих металлизированные дифракционные решетки и расположенных на удалении друг от друга так, что на участках, свободных от дифракционных решеток, обеспечивается спекание полимерных слоев изделия при его изготовлении.
То есть задача решается тем, что многослойное полимерное изделие, такое как идентификационный индивидуализирующий документ или защитный элемент, включающий несколько полимерных слоев, соединенных по бесклеевой технологии, в котором как минимум в одном из слоев записаны цветные идентифицирующие индивидуализирующие изображения, отличающееся тем, что изображения записаны в виде полупрозрачных пиксельных матриц, состоящих из тонкопленочных элементов-пикселей с субпиксельными структурами, состоящими из областей с металлизированными дифракционными решетками, отражающая способность которых на заданных длинах световых волн изменена при индивидуализации изделия методами лазерного гравирования дифракционных решеток с точной приводкой лазерного луча к областям их расположения, не менее двух полимерных слоев соединены посредством спекания, при этом пиксельные матрицы сформированы на поверхностях между спекаемыми слоями, один из которых прозрачный, и состоят из удаленных друг от друга на расстоянии от 30 до 500 мкм пикселей размером от 30 до 200 мкм так, что заданная величина прозрачности получаемых изображений составляет от 50 до 99%, а площадь металлизированных дифракционных решеток не превышает 50% от площади слоя, в котором они расположены.
В частном случае слой с полупрозрачной пиксельной матрицей находится над слоем с персональными графическими и текстовыми данными.
В частном случае пиксели представляют собой дифракционные решетки, отражающие в заданном направлении электромагнитное излучение заданной длины волны.
Следует отметить, что таким образом можно изготовить изделие по любому из форм описанного выполнения, которое представляет собой банкноту, бланк ценного документа, акцизную марку, паспорт, удостоверение личности, проездной документ, водительское удостоверение, диплом, пластиковую карту или подобный документ.
В частном случае пиксели сформированы путем маскирования и последующего травления матричных структур на поверхности прозрачных полимерных пленок перед проведением спекания слоев идентификационного документа.
Запись изображений в предлагаемом идентификационном документе производится с помощью сфокусированного лазерного излучения на установках лазерного гравирования. Изображения формируют путем частичного разрушения металлизированных дифракционных решеток, приводящего к изменению цветовой насыщенности и яркости субпиксельных областей за счет модуляции интенсивности, длительности и количества лазерных импульсов с применением точного позиционирования лазерного луча по элементам пиксельной матрицы и/или специальным маркерам, размещенным на поверхности пиксельной матрицы.
Возможность удаления дифракционной решетки определяется наличием ее металлизации, поскольку для гравирования используются лазеры инфракрасного диапазона с длиной волны электромагнитного излучения 1,064 мкм, которое хорошо поглощается в металлах, приводя к деметаллизации решеток и потере их отражающих свойств.
Лазерный луч перемещают по пикселям матричной структуры, фокусируя его на субпикселях с дифракционными решетками, отражающими излучение определенной длины волны. В зависимости от длительности и мощности лазерных импульсов удаляют полностью или частично дифракционную решетку в выбранном пикселе.
Перемещаясь по пикселям и субпикселям матричной структуры, формируют цветные изображения, наблюдаемые в заданных направлениях наблюдения.
Элементы-пиксели матричной структуры могут иметь различную форму, например прямоугольную, ромбовидную или круглую. Размер пикселей может быть от 30 до 200 мкм. При этом не менее двух полимерных слоев соединены посредством спекания, а пиксельные матрицы сформированы на поверхностях между спекаемыми слоями, один из которых прозрачный, и состоят из удаленных друг от друга на расстоянии от 30 до 500 мкм пикселей. Заданная величина прозрачности получаемых изображений составляет от 50 до 99%. Размеры, расположение и удаленность пикселей друг от друга определяют прозрачность записываемых изображений и сложность расслаивания многослойной полимерной карточки без разрушения дифракционных решеток в субпикселях матричной структуры и соответственно без разрушения записанных изображений.
Минимальный размер пикселей определяется используемым на практике диаметром лазерного луча, находящегося в диапазоне от 5 мкм до 100 мкм, и возможностью его наведения на пиксель с точностью, позволяющей осуществить гравирование дифракционных решеток.
Максимальный размер пикселей ограничивается тем, что непрозрачные пиксели перекрывают нижележащие изображения и делают их недоступными для наблюдения. При характерной толщине прозрачного слоя между дополнительным и основным изображением, составляющей 50-100 мкм, максимальный размер пикселей не должен превышать 200 мкм.
В то же время для защиты от расслаивания два прилегающих полимерных слоя в документе должны быть равномерно спечены по площади, не меньшей 50% общей площади слоя, поскольку металлизированная дифракционная структура относится к легко расслаиваемым компонентам.
Субпиксельные дифракционные решетки могут располагаться как внутри пикселей рядом друг с другом, так и на некотором расстоянии друг от друга, что определяется разрешающей способностью используемой лазерной гравировальной установки. В результате лазерной индивидуализации при идентификации документов плотность расположения дифракционных пикселей выполняет функцию контроля прозрачности дифракционной структуры. Любая попытка отделения слоя с нанесенным дополнительным изображением от слоя с персональными данными будет приводить к искажению пространственного соотношения между элементами, что будет легко различимо при проведении приборной оценки подлинности документа в случае плохой различимости изображения невооруженным глазом.
На фиг. 1 представлена схема заявленного идентификационного документа.
В качестве примера реализации предложенного технического решения рассмотрим многослойный идентификационный документ, в котором верхний прозрачный полимерный слой 1, находящийся над нижележащими слоями с основными графическими изображениями и персональными данными, содержит тонкопленочные алюминиевые отражающие элементы. Изображения формируются в матрице, в узлах которой размещены пиксели 2 с субпиксельными структурами, состоящими из двух областей с различными дифракционными решетками, отражающими в заданном направлении световое электромагнитное излучение соответственно красного и синего цветов. Пиксели могут иметь прямоугольную или какую-либо иную форму с характерными размерами от 30 до 200 мкм. Элементы-пиксели матрицы располагают друг от друга на расстояниях от 30 до 500 мкм, что определяет степень прозрачности изображения - плотностью расположения пикселей можно регулировать прозрачность получаемых изображений. Величина прозрачности получаемых изображений согласно изобретению составляет от 50 до 99%. Каждый пиксель разбивают на две области - субпиксели 3, 4, заполненные дифракционными решетками, которые при падении на них белого света 5 отражают в заданном направлении 6, например перпендикулярном поверхности носителя информации, излучение соответственно красного и синего цвета. При этом число субпикселей не ограничивается двумя, их может быть и 3, и 4, и т.д. Площади, занимаемые дифракционными решетками, в каждом из субпикселей одинаковые. При записи персонализационного изображения, например цветного текста, в каждом из субпикселей 7 выжигается часть дифракционной решетки. Изменяя отражательную способность дифракционных решеток субпикселей в различных пикселях пиксельной матрицы, формируют цветное голографическое изображение, восстанавливаемое при облучении белым светом 5 и наблюдаемое в заданном направлении 6 к поверхности пиксельной матрицы. Размеры и дифракционная эффективность субпиксельных областей может варьироваться путем изменения интенсивности, длительности и количества лазерных импульсов. Для точного позиционирования лазерного луча при проведении гравировки в субпиксельных областях применяют высокоточные технологии позиционирования луча по элементам пиксельной матрицы и специальным маркировочным меткам. С учетом довольно большого числа пикселей (тысячи и более) кодирование по позициям каждого пикселя делает это кодирование хорошо защищенным.
Следует отметить, что заданная величина прозрачности получаемых изображений обусловлена следующим: выбранное верхнее значение диапазона - тем, что если слой содержит распределенную матрицу из металлизированных дифракционных пикселей, составляющую по площади 1% от площади слоя, то отраженный матрицей свет будет еще достаточен для восприятия изображения. Выбранное нижнее значение диапазона - тем, что 50% прозрачности напрямую связано с требованием к защите от расслаивания, поскольку если площадь непрозрачных пикселей будет больше 50% общей площади слоя, то документ станет расслаиваемым.
Кроме того, в качестве примера приведен вариант из двух субпиксельных структур (отражающих синий и красный цвета), а не трех, как в системе построения цветных изображений RGB (красный, зеленый, синий), для иллюстрации упрощенной процедуры формирования изображения с помощью лазера, поскольку в этом случае проще система наведения луча. Предлагаемый пример с двумя базовыми цветами позволяет получать цветное изображение, имеющее ограниченный диапазон цветов, но легко различимое и идентифицируемое. Использование двух базовых цветов снижает требования к сложности алгоритмов управления разверткой и наводкой лазерного луча, но сохраняет защищенность документа от подделки, поскольку используется уникальная технология управления лазером.
Согласно одной из особенностей изобретения защитный признак содержит отражающий слой, содержащий алюминиевые отражающие элементы. Наблюдатель воспринимает область как непрозрачную или полностью отражающую, если отражается больше 85% падающего света, и как прозрачную, если отражается меньше чем 20% падающего света и пропускается больше чем 60%. Было определено, что степень прозрачности и/или степень отражения слоя металла зависит от длины волны. Таким образом, можно наблюдать цветные эффекты при облучении полихроматическим, например дневным, светом.
Форма пиксельных областей может быть различной, например шестиугольник, прямоугольник, ромб, квадрат, пятно неправильной формы и т.п. Для обеспечения максимально полного использования площади пикселей в наблюдаемых изображениях форму субпиксельных областей выбирают, например, в виде совмещенных по границам прямоугольников, пиксели в этом случае имеют форму квадратов.
При персонализации идентификационного документа на пиксельной матрице кроме видимого изображения может быть записана скрытая информация за счет изменения формы и размеров субпикселей. Например, пиксель состоит из двух прямоугольных субпикселей разных цветов. При персонализации может быть удалена верхняя половина одного субпикселя или нижняя его половина. При визуальном наблюдении различие не обнаруживается, поскольку на расстоянии виден усредненный по цвету и площади пиксель. Изменением места удаления субпиксельной решетки, т.е. изменением общей формы пикселя, состоящей из форм субпикселей, при сохранении общей площади удаления можно сформировать скрытую кодированную информацию. При использовании специализированного прибора эта информация может быть декодирована.
Предлагаемый идентификационный документ кроме графической видимой информации может содержать персональную информацию в электронном виде, записанную на встроенный в документ электронный носитель.
Частным случаем предложенного технического решения является документ, персонализация которого осуществляется записью монохроматического изображения заданного цвета. В этом случае каждый пиксель состоит только из одного субпикселя 8, содержащего дифракционную решетку, отражающую свет определенной длины волны в заданном направлении.
2
Следует отметить, что защита от расслаивания многослойного полимерного изделия однозначно определяется расположением и размерами пикселей, т.е. сложность расслаивания определяет пиксельная структура. Известно, что расслоение изделия проходит по участкам наименьшего сцепления слоев. Если спекаются два слоя, имеющие одинаковую молекулярную структуру, то обеспечивается максимальная связь слоев, связанная с формированием монолитного слоя. При этом абсолютное спекание осуществить технологически трудно. Дифракционная решетка выполняется на поверхности одного полимерного слоя. Для усиления ее отражательной способности на поверхность решетки наносится тонкий металлический слой. Однако известно, что прочность сцепления металлического слоя с полимерным слоем низкая, поскольку молекулы полимера и атомы металла плохо сцепляются из-за разных свойств. При расслаивании изделия разрыв между слоями проходит по площади соприкосновения металла, т.е. дифракционных решеток и полимера. Установлено, что при наличии равномерно распределенной по поверхности слоя пиксельной матрицы с металлизированными решетками усилие расслаивания ниже установленных в стандартах норм (не менее 0,35 Н/мм) при площади металлизации большей 50% площади слоя.