從專利技術角度淺談光學防偽技術的發展

李　斌（國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心,江蘇　蘇州215000）

從專利技術角度淺談光學防偽技術的發展

李斌
（國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心,江蘇蘇州215000）

摘要：本文對防偽印刷中的光學防偽技術領域的專利申請趨勢、專利申請產出國和申請人分布進行了統計分析，并重點針對光學防偽四大主要研究方向進行技術分析，對其技術方向和技術手段的發展脈絡進行了梳理。通過本文的撰寫，以期幫助審查員快速準確地把握技術要點，以提高檢索和審查效率。

關鍵詞：印刷；防偽；光學防偽；專利分析；技術綜述

1　光學防偽技術概述

印刷防偽技術是一種綜合性的防偽技術，包括防偽設計制版、精密的印刷設備和與之配套的油墨、紙張等。單純從印刷技術的角度來看，印刷防偽技術主要包括：雕刻制版、用計算機設計版紋、凹版印刷、彩虹印刷、花紋對接、雙面對印技術、多色接線印刷、疊印、縮微印刷技術、折光潛影、隱形圖像和圖像混擾印刷。

而其中的光學防偽技術，是利用光學特性進行防偽的技術的總稱，其將光的自然特性與人的視覺特性相結合，形成了特有的防偽工藝。

從90年代初期開始，發達國家非常重視防偽技術的開發利用以保護本國知識產權和高附加值產品，在短短幾年里，防偽技術迅猛發展，一大批防偽技術政府實驗室和研究機構相應建立。國際光學工程學會(SPIE)已連續多年舉辦光學防偽技術座談會，美國國家基金會(NSF)、美國國防部高級研究計劃局(DARPA)和美國空軍(USAF)也多次聯合舉行專題研討會，討論光學在安全、加密和防偽中的作用，使得這一領域的研究空前活躍。我國的光學防偽研究，也在這種國際大環境中，得到了快速的發展。

2　光學防偽專利技術的整體情況

2.1專利申請量趨勢分析

下圖1為光學防偽專利申請量在全球的趨勢圖。由圖可見，自20世紀60年代起，已出現了對于光學防偽技術的專利申請，但直至20世紀80年代，發展一直較為緩慢，自20世紀90年代起，隨著防偽技術的廣泛使用，有關光學防偽技術的專利申請量開始迅速增長，到了21世紀申請量基本保持震蕩上升的發展趨勢。

為了比較國內外光學防偽技術的發展趨勢，對光學防偽專利申請量在國內的發展趨勢也做了相應的統計。下圖2為光學防偽專利申請量在國內的趨勢。由圖中可見，國內光學防偽專利申請基本上于20世紀90年代起步，隨后一直處于快速增長的階段，到21世紀初期到達小的高峰，隨后也處于震蕩上升的趨勢，2013年之后的申請量的下降可能是近兩年申請的專利還有大量未公開的原因。從圖中的數據比較也可以看出，國內光學防偽技術的發展起源滯后于國外，但發展速度和上升趨勢強勁，這與我國經濟的快速發展有著密不可分的關系。

由圖1、圖2可以看出，中國的光學防偽技術的發展趨勢與國際范圍內的相關技術的發展趨勢相比，有以下特點：

（1）起步較晚。中國首次出現相關的光學防偽的專利申請比全球范圍內的首次專利申請晚了大約20年，這一方面與我國的專利制度的形成時間較晚有一定的關系，另一方面也說明了，我國對于光學防偽的早期技術的研究比較滯后。

（2）發展的趨勢大致相同。從圖1、圖2中可以看出，從20世紀90年代開始，中國有關光學防偽的相關專利申請的申請量，伴隨著國際范圍內對于防偽技術研究的持續升溫，也出現了一段持續快速的增長期，可見，國內光學防偽技術的研究逐步與國際相接軌。

（3）發展勢頭強勁。中國有關光學防偽技術的研究和相關專利申請的起步較晚，但發展勢頭強勁，并且有持續震蕩升高的趨勢，可見，在國內對于光學防偽的應用范圍和研究范圍在不斷發展和擴大，對于專利技術的創新性研究也在不斷發展。

2.2 專利申請產出國和目標國分布

專利申請產出國通常是指一項技術的原創技術國，通常來說，一個國家擁有的原創技術越多，說明其在該技術領域的研發能力和技術實力也越強。

通過對所檢索到的專利文獻產出國進行統計分析（如圖3所示），排名靠前的國家依次為中國、美國、德國、日本和英國，并且排名第一的中國的申請量遠遠高于其他國家，顯示出極度的開發研究活躍度。

專利申請目標國通常是指一項技術的專利申請地國家，通常來說，一個國家的相關專利的申請量越大，說明該項技術的該國家的市場份額及發展價值越大。

通過對所檢索到的專利文獻目標國進行統計分析（如圖4所示），排名靠前的國家依次為中國、美國、日本、德國，并且排名第一的中國的申請量高于其他國家，顯示出極高的市場關注度。

由圖3、圖4可以看出，中國有關光學防偽的專利技術的發展勢頭強勁，無論是申請量還是技術原創度都排在世界前列。

這一方面說明了，國內對于防偽技術的研究活躍度較高，另一方面也說明了，防偽相關技術在中國的市場發展前景廣闊。

形成這樣的局面的原因一方面是由于國家對于發展原創性發明的大力支持，另一方面也體現了中國市場對于防偽技術的高關注度和技術的渴求度。

2.3 國內主要申請人的構成

既然中國有關光學防偽的專利申請量在國際范圍內排名第一，那么對于在中國申請的相關技術的主要申請人的構成的分析是必不可少的。

通過對所檢索到的專利文獻的申請人進行統計分析（如圖5所示），中國印鈔造幣總公司的申請量最高，中國人民印刷印制科學技術研究所排名第4，由此不難看出，我國對于光學防偽技術的研究主要依靠國家相關銀行部門，這也從一個側面反映了，雖然我國已有的從事防偽的企事業單位有上千家，但光學防偽的主要應用領域還是在于貨幣、票據、證券等領域。

2.4國內外主要研究方向

由圖6、圖7可以看出，國內外對于光學防偽的則重點主要在于：C09D、C09K油墨組分配比方向，G 09F防偽標簽，D 21H紙漿組合物，B41M防偽印刷技術。

而兩者也略有差別，國外有關B41M防偽印刷技術的相關專利較多，而國內有關防偽油墨、防偽紙張以及利用防偽技術在標簽上的應用性研究較多。造成該種現象的原因，主要由于，國外發達國家對于防偽技術特別是光學防偽技術的理論性研究開始的較早，在光學防偽技術發展的各個轉折點和突破點都有著開創性的研究，而中國雖然在申請量上占據優勢，但對于光學防偽技術的理論研究的專利較少，主要的研究方向主要在于利用國外已經成型的理論知識和專利文獻，針對防偽中的油墨和紙張進行改進性的研究或是利用國外的理論技術進行的應用性研究。因此，可以看出，中國對于光學防偽的核心的防偽印刷技術的研究力量較為單薄。

針對光學防偽的理論性研究（B41M），如圖8可以看出，中國遠遠落后于美國、日本、德國、英國等國家。

通過第二部分對于光學防偽專利技術的整體分析，我們可以看出，我國對于光學防偽技術的專利的申請和發展潛力巨大，但是對于光學防偽的理論性力量較弱，目前我國的專利申請的重心更偏向于應用性的研究。

3　光學防偽技術分支

3.1光學觀察角度方向

對于利用光學觀察角度制作的光學防偽圖像，主要是利用從特定的角度才能觀察特定圖像這一核心思想，來實現光學防偽圖像的制作，該種技術被稱為“瞬間圖像”或“潛影圖像”，多采用印刷壓紋技術制作光學防偽圖像。

其主要的發展脈絡大致有以下幾個階段：

最為初期的潛影圖像的制作主要如專利：CA965125A/ US4033059A/CN85103866A中記載的技術，其采用壓紋技術，在印刷油墨時，壓印出不同高度的平行的突出線段，并通過不同方向上的交錯，形成一定的集合圖形，由于線段的高低不同，在采用一定的觀察角度觀察時，可觀察到背景和暫現圖像（即瞬時圖像）。

隨后又有專利將潛影圖像與其他印刷技術相結合，進一步提高防偽效果，如JPH05338388A將上述瞬時圖像的壓紋方法和彩色印刷技術相結合，只對不同高度的線段采用不同的色彩進行印刷，在觀察角度的形象因素中又增加了色彩的變化。WO9847715A1通過隨機編碼，隨機定義壓紋線段的長寬，增加防偽效果。US6296281B1對于US4033059A在多組潛行圖像之間的排布方式和排布角度進行了改進，以增加其防偽效果，JP4192233B2相似的改進思路。

隨后又出現了將觀看角度的光學防偽與光學理論（如：反射、衍射）相結合的光學防偽技術，如CN1157595A設置載體與金屬層，將載體層設置為具有特定的漫反射功能，通過載體層與金屬化層之間不同的反射率對比，在不同觀察角度可觀察到不同的金屬色澤（如明暗）。CN1335811A（US6905755B1）也利用了高光反射，反射率的差異，形成不對對比度的光學效果。DE4446368A1利用衍射原理，在某一特定角度觀察時，可觀察到特殊標記。

3.2光學色彩變化方向

關于光學防偽技術，其中“變色性”的光學防偽研究也一直是光學防偽領域的一個重要的分支，而其中不乏很多重要的防偽技術如：光敏防偽、熱敏防偽、磁性防偽等等，而其中的光敏防偽是應用最為普遍的一種變色防偽技術，光敏防偽，主要是通過光的激發效果使同一種印刷油墨或印刷圖案在不同的光源下產生不同的顏色，而其中的熒光防偽無疑是發展最早、應用最廣泛的防偽技術。

熒光（冷光）物質的使用：防偽熒光粉，是以稀土為主原料而制得的無機發光材料。在波長365nm的紫外光激發下，能發出高亮度的紅色、紫色、黃綠色、藍色、綠色、黃色、白色、藍綠色、橙色等色光。其可分為：有色熒光油墨、和無色熒光油墨兩大類。

有色熒光油墨用這種油墨印刷的圖案在普通光線下看是一種顏色，但在紫外光照射下會看到它發出明亮的熒光，甚至呈現出另一種顏色。有色熒光油墨一般應用在鈔票某一個固定的位置或某種花紋圖案上。

無色熒光油墨這種油墨的印刷圖案在普通光下是看不見的，而在紫外光下可看見發出明亮的熒光。如第五套人民幣各面額紙幣上均使用了這種油墨。

最早的關于使用熒光油墨作為防偽油墨使用的專利文獻是1967.5.26的US1967000641606。

隨后針對熒光防偽的研究主要分為油墨組分和印刷工藝兩大方向。由于熒光防偽技術的應用廣泛，針對該種防偽技術，ECLA分類體系中針對該種技術給出了細分B41M 3/14f，其中相關度較高的文獻有280多篇。

3.3兩者相結合的方向

隨著防偽技術的不斷發展，單純的利用光學觀察角度的防偽技術和單純的利用光敏變色技術的防偽技術已經不滿足人們對于防偽的需求，人們開始嘗試將兩者相結合，但是由于熒光油墨的光變性，需要紫外或紅外光的激發，不便于人們的日常觀察和使用，因此，對于光學防偽的研究發展到了以下階段：

US5912767A公開了一種利用光的衍射現象，當觀察角度不同時，會出現不同的顏色的光學防偽技術。

隨后光變油墨的誕生，大大加快了光學防偽技術的發展。

3.3.1光變油墨

光變油墨又稱光學變色油墨，印品色塊呈現一對顏色，例好：紅—綠、綠—藍、金—銀等。在白光下正看或側視，隨著人眼視角的改變，呈現兩種不同的顏色，光變特性強，色差變化大，特征明顯，不需要任何儀器設備都可以識別，其顏色角度效應無法用任何高清晰度的掃描儀、彩色復印機及其它設備復制，印刷特征用任何其他油墨和印刷方式都無法效仿，防偽可靠性極強，所以被世界上多個國這指定用于要求最嚴、難度最大的貨幣和有價證券的防偽上，國內一些著名的廠家也已用于包裝防偽。如第五套人民幣100元、50元紙幣正面右下角的面額數字即是使用光變油墨印刷的[2]。

針對光變油墨或光可變顏料的專利申請，最早出現在而美國、歐洲等國家和地區，如：US4，434，010、US5，059，245、US5，084，351、US5，135，812、US5，171，363、US5，571，624、EP 0341002、EP0736073、EP668329和EP0741170，隨后在中國也出現了一些改進性的專利申請如：CN1211437C。

3.3.2珠光油墨

隨著光變油墨的快速發展，以及人們對于光學防偽油墨組成不斷研究，另一種革新型的光變油墨應運而生。

珠光油墨，珠光油墨印刷圖案隨觀察角度的不同會出現明亮的多種金屬光澤效果或彩虹效果。珠光油墨的特殊性就在于使用了珠光顏料。例如云母鈦珠光顏料是以云母薄片為基底物，在光滑的云母表面包覆上透明或較透明的高折射率的二氧化鈦和氧化鐵組成的薄層。當光線照射到云母片上時，云母片就像透明的小鏡子，部分光線被反射出去，部分光線以折射到下一個界面上，又發生第二次的部分反射和部分透射，依此繼續下去。由物理光學知道，在兩個反射面反射的光線，會相互作用，相互作用的結果取決于相位差、入射角、折射率等因素，從而形成干涉特征的珠光現象[3]。歐元和日元采用了該項技術。代表專利如：JP4742372B2、FR2429292A1。中國對于珠光油墨的研究也一直備受關注，在中國申請的與珠光油墨相關的專利有200余篇。

3.4 微透鏡、動態光學防偽

隨著光學防偽的進一步發展，在防偽圖像中越來越多的使用了光學理論，如光柵動畫成像。

這種利用了微透鏡的光學防偽技術初期主要是通過在防偽圖像上添加微透鏡圖案（光柵圖像），使得在不同的觀察角度下看到防偽圖像的不同部分，繼而可得到不同的信息內容，如：WO2012049096A2（同族CN103380006A）。

隨后得到了快速發展，如：WO03/022598A1中公開了具有一頂層的記錄介質，所述頂層在其外側具有多個柱狀透鏡并且在背側具有顯示元件，當記錄介質繞至少一個軸線傾斜時，該顯示元件看起來是運動的。

CN203503242U一種將微透鏡陣列圖形與微圖文陣列圖形重疊在一起，組成只有一層浮雕圖形結構的微透鏡防偽標識。這種單層浮雕圖形結構的微透鏡防偽標識，在普通燈具照明或自然光下不顯現圖像，具有防偽隱蔽性，而在點光源照射下能夠顯現出特殊的微圖文放大現象和動態效果。

CN102795008A防偽圖像動態莫爾加密方法，提供一種激光全息、疊加多幅隱藏加密圖案、解碼加密圖案清晰、隱藏性好、具有連續生動表觀、動態效果防偽圖像動態莫爾加密方法，防偽標識上，疊加多層關聯黑白加密圖紋，采用計算機光柵處理得到相同光柵頻率的光柵方向各異的平行直線簇構成光柵圖案；平行直線簇在加密圖紋區域內頻率發生細小改變，即平行直線簇與加密圖紋交錯的起點與終點之間設一段同方向波動弧線形彎曲線簇；每層平行直線簇方向依照關聯順序依次相隔等角度旋轉重疊隱藏構成合成圖；設與光柵圖案的頻率相同的解碼片重疊在合成圖上旋轉觀察，依次動畫片式顯見關聯的n層加密圖紋。

4　總結

本文針對光學防偽印刷技術對專利文獻進行了梳理分析，闡述了該領域的發展趨勢以及在各國的分布狀況，對針對主要的分支進行了討論。光學防偽是一個極其重要的防偽技術領域，應用面極廣，涉及到許多學科，在光學防偽印刷方面有較大的改進的話需要了解到各種例如光學、化學等的知識，正因為此，各種學科的交叉也提高了防偽的性能，它必將在印制防偽印刷制品領域得到充分的應用和長足的發展。

參考文獻：

[1]姜晶.光學防偽技術[J].光電子·激光，1998,9(02).

[2]徐遵燕.光學防偽油墨印刷特性的研究[J].江南大學,2011，碩士論文.

[3]劉昕.珠光油墨在印刷中的應用[J].今日印刷，2006(03).