鈔票安全技術新進展

嚴軍

2020年6月，貨幣產業(yè)新聞網站發(fā)布了長達172頁的第六期《鈔票技術報告》（以下簡稱《報告》），該《報告》介紹了全球21家印制安全企業(yè)近年來新的安全技術進展。涉及基材、油墨、添加物（貼膜、安全線等）和印制設備的新技術和新發(fā)展（見附表）?，F(xiàn)以《報告》中涉及的防偽技術為主，兼顧其他重要內容對《報告》做一個綜述。

一、鈔票基材

（一）Guardian聚合物基材

1.從軟浮雕（SET）到雙軟浮雕（DSET）

大名鼎鼎的Guardian基材目前由加拿大CCL Secure（CCL安全公司）生產供應。一般人都知道Guardian是一種具有高度防偽能力的聚合物基材。但是很少有人注意到，Guardian基材本身由三部分組成。分別是：被稱為Clarity？C的核心層（基底）雙向拉伸聚丙烯薄膜、使膠印和凹版油墨能夠粘附到基材上的不透明印刷層、以及印刷和嵌入式安全功能。其中：印刷和嵌入式安全功能中應用了Soft Emboss Technology（SET）軟浮雕技術。SET技術是基材、凹印和透鏡三者的結合。即在Guardian的核心層上用樹脂壓印設計好的精細紋路，使其形成透鏡，為其他衍射、散射或透射防偽技術提供基礎。按照CCL的介紹，著名的Latitude和Eclipse呈現(xiàn)的效果即源于SET技術。

Latitude是使用約500納米銀色顆粒通過覆蓋涂層（成鏡像）后制成的光學器件。它利用多縫衍射和干涉作用，將射到光柵上的光束按波長不同進行色散，再經成像鏡聚焦而形成光譜。具有強大的光學效應，可組成任意形狀的圖案，并且在非全息貼膜和金屬箔中也可以使用（效果見圖1）。

Eclipse的衍射光學效應我們一般稱之為透射光可變裝置。它是利用微結構來改變光的相位或振幅，當在點光源（例如手機的手電筒）下觀看時，Eclipse會呈現(xiàn)出圖文（效果見圖2）。

在SET基礎上，CCL公司在近期宣布成功研發(fā)了Double Soft Emboss Technology（DSET）雙軟浮雕技術，代表了下一代Clarity？C基底的開發(fā)的新高度。

據(jù)介紹，DSET技術是在Guardian的基底的兩面精準對印SET圖案。兩面均在相同的尺寸和位置微米級精度對印相同的結構。這種以完美對準的方式在基材的兩面生成微觀圖像的能力為創(chuàng)造下一代光學特征以及多種世代提供了廣泛的機會。與最初的SET創(chuàng)新一樣，DSET被集成到Guardian基材生產線中。DSET將允許在Guardian生產過程中創(chuàng)建復雜的光學功能，從而實現(xiàn)光學效果和基材設計的無縫集成。目前DSET已經可以在寬幅紙上量化全速生產，這意味著DSET所產生的功能能夠抵抗鈔票所承受的各種化學和物理壓力。

但遺憾的是，目前尚未見到DSET技術生產的鈔票實物及其具體呈現(xiàn)的效果。CCL公司表示，首個采用DSET技術的鈔票在2020年問世。

2.鈔票設計新理念

除了CCL公司介紹了Guardian基材的新進展外，該基材的前東家NOTE PRINTING AUSTRALIA（澳大利亞鈔票印制局，NPA）也發(fā)行了紀念Guardian基材30年的測試鈔（見圖3）。該測試鈔最直觀的特點是有一個巨大的半圓形透明視窗。這是迄今為止在聚合物鈔票上設計的最大窗口，改變了整張鈔票的視覺體驗。對于這一視窗設計，NPA認為：

即任何視窗的設計都不應該是簡單的，它應該避免簡單的輪廓，因為這使得偽造者更難切割和替換視窗部位。裝飾和視窗輪廓設計除了給視窗帶來美感之外，復雜的邊緣和不規(guī)則形狀的混合使得透明視窗更難被仿造者切割和替換。這一設計理念在不同角度看都可能增強鈔票的防偽性能：

從用戶角度看，集成安全技術的超大透明視窗會引起用戶的注意，因為他們不可能只對視窗的部分區(qū)域進行驗證，而會自然地對整個視窗區(qū)域進行驗證。這意味著鈔票用戶驗證的區(qū)域更大。

從技術層面看，在考慮放置安全特征的空間時，更大的窗口尺寸為使用更多技術來創(chuàng)建復雜視窗創(chuàng)造了平臺，這也增強了防偽能力。在這種情況下，凹版和安全油墨等傳統(tǒng)的安全特性覆蓋比正常范圍大得多的區(qū)域，并能夠在處理過程中提供增強的視覺效果。同樣的原理可以應用于任何安全特征的組合，如澳大利亞印制公司印刷的其他聚合物鈔票，其視窗區(qū)域應用了全息薄膜或Spark油墨。

從造假者的角度看，由于存在上述兩個因素，造假變得更加困難，因為擴大視窗范圍以及視窗內更多的防偽特征的應用讓偽造者試圖模擬的特征更多，必將加大偽造的難度。

（二）Durasafe復合基材

Durasafe復合基材由瑞士LANDQART（蘭夸）造紙廠生產。該基材由分為三層：中間是聚合物，兩邊分別包覆傳統(tǒng)的棉質紙張層。以往人們印象中Durasafe只在瑞士第九版鈔票中應用?！秷蟾妗分兄辽儆?張鈔票采用了Durasafe基材，分別是：獲得2019年亞洲高安全性印刷業(yè)協(xié)會最佳新鈔獎的柬埔寨15000瑞爾紀念鈔、紀念瑞士Orell Füssli（OFS）安全印刷公司成立500年系列測試鈔中的1張（該測試鈔共3張，基材分別為聚合物、紙塑復合和棉紙，其中紙塑復合材料即為Durasafe）。從這兩張鈔票看，都采用了多個國家、不同按全印制企業(yè)的防偽材料，從一個側面反應了Durasafe基材良好的生產和印刷適應性。

比如：柬埔寨15000瑞爾紀念鈔的TRILUMIC全息條由奧地利Hueck Folien公司提供。一般全息條只作為一線防偽使用，但該全息條加入了二線防偽特征。其邊部在正常光線下是透明的，在紫外光照射下，它呈現(xiàn)出非常明亮的真彩色半色調圖像，這在紙張上無法實現(xiàn)，只有在貼膜上才能實現(xiàn)（紫光燈下效果見圖4）。這種特殊的技術結合了全息條帶的低光澤區(qū)，確保了對公眾的吸引力，為鈔票設計者提供了有趣的機會，也為造假者提供了重大的障礙。

OFS的Durasafe測試鈔使用了Hueck Folien公司的ColorSwitch安全線。當鈔票傾斜時，安全線的顏色會改變。

（三）MRPS可機讀聚合物基材

基材嵌入式安全特性為中央銀行提供了最高水平的安全性，并能夠以最快的分揀機速度驗證真實性。多年來紙質鈔票都是如此，然而，當聚合物鈔票視窗要求霧度（偏離入射光2.5°角以上的透射光強占總透射光強的百分數(shù)，霧度越大意味著薄膜光澤以及透明度尤其成像度下降。）值<2.5這一高透明度公共安全特征時，在聚合物鈔票中嵌入標示物一直是一個特別困難的問題。Spectra與全球領先的研究驅動的BOPP供應商合作，生產出MACHINE READABLE POLYMER SUBSTRATE（機讀聚合物基材，MRPS），該基材符合所有行業(yè)標準的基材，同時具有最高速度的機讀特征和與紙張最低錯誤接受和錯誤拒絕率相似的特征。該基材與所有其他應用的安全特性兼容，以油墨和箔的形式，并表現(xiàn)出優(yōu)越的機械強度、收縮、剛度、厚度控制、霧度和印制性能?；脑诓煌该骱头漓o電涂層以及隨后的鈔票設計印刷中都表現(xiàn)出了優(yōu)異的印刷性能。這些新基材有多重機讀特征，可以提供中央銀行使用的III級機讀特征。

二、鈔票油墨

（一）VIVID系列油墨

從防偽角度看上文提及的澳大利亞Guardian30年測試鈔。它采用了最新的VIVID系列油墨。該功能包括紫外、紅外油墨圖案等多種技術所呈現(xiàn)的獨特效果。VIVID家族油墨可以從可見光中的一種顏色更改為多種熒光顏色。透明視窗中的綠色手部血管圖案在不同的紫外光下可分別呈現(xiàn)黃色、白色和藍色等不同熒光效果。更為獨特的是，這種油墨在紅外照明下也可見。在紫外線和紅外線下都能被檢測到的這種防偽能力大大提高了鈔票的安全性。

（二）抗病毒（菌）油墨

2020年的新冠疫情讓部分社會公眾對現(xiàn)金的安全性產生了疑慮。對此，印制行業(yè)也做出了反應。法國OBERTHUR FIDUCIAIRE（歐貝特信托）公司研發(fā)了可以抵抗細菌和病毒的油墨。嚴格地說，是一種油墨中的添加劑——Bioguard Enhance。據(jù)歐貝特介紹，該材料有兩大特征。一是具備一定的抗抗病毒和細菌能力。據(jù)檢測，其中的銀基成分對細菌和病毒都有一定的抵抗作用。二是該材料良好的適應性。其優(yōu)點是可以添加到現(xiàn)有的一系列鈔票中，而不會對鈔票的視覺外觀、安全特性或機器可讀性造成任何影響。據(jù)歐貝特的研究，Bioguard Enhanc的抗病毒特性對鈔票的物理特性沒有影響，不會受到平版或凹版印刷以及洗滌的影響，并在人工老化試驗中能夠保持其有效性。

三、鈔票添加物

從《報告》整個內容看，各種添加物成為介紹的重點，其中主要涉及貼膜和安全線。

（一）Plasmogra貼膜

Plasmogra貼膜屬于衍射光變圖像（DOVID）的一種，是由法國SURYS（蘇銳）公司新推出的具有獨特的視覺特性和可立即識別外觀的貼膜，可以應用在聚合物基材上。它的顏色組合不僅隨觀察角度的不同而變化，更重要的是，還取決于觀察鈔票的哪一面。簡單地說，Plasmogra貼膜在正面、背面和透光觀察的顏色效果完全不一樣（見圖7）非常容易驗證：

顏色驗證：可以看到，鈔票開窗部位正面的紫紅色和藍色在背面觀察時分別變成了黃色和粉紅色，非常容易吸引公眾的注意力。并且每一種顏色也會通過傾斜鈔票而改變，這樣就使得普通油墨或傳統(tǒng)全息圖無法模擬Plasmogra。

透光驗證：透光觀察，紙幣的兩面都能看到第三種獨特的顏色。如正面的紫色變成藍色，藍色會變成綠色。

Plasmogram可由未經訓練的眼睛驗證。由于不同顏色之間的非常明顯的變化可以很好地抵抗普通紙幣的偽造攻擊。由于其獨特且高度安全的技術，無法用傳統(tǒng)油墨或箔模仿。由于可以選擇顏色組合和高清晰的形狀和表面，在設計上提供了更大的靈活性。此外，Plasmogram可以采用安全線、貼膜和貼片等不同形式表現(xiàn)，與市場上的主要基材兼容，可以很容易地融入鈔票的設計，并強化公眾對鈔票的信任。

（二）Motion Surface安全線

Motion Surface（表面動感安全線）貼膜由Crane（克蘭）公司生產。Motion Surface技術的首次應用是2017年底的吉爾吉斯2000索姆紀念鈔上。主要特點一是貼膜用肉眼觀察有明顯的立體感；二是晃動鈔票，感覺圖像的相對位置在變化；三是圖案中有類似凸透鏡的位置，會看到背景圖案被放大。

這是在10毫米以上寬的運動表面微光學條帶上，超過300萬透鏡陣列被精確地排列在相應的圖標上，每個圖標都被透鏡巧妙、獨特地改變觀察效果，以達到理想的視覺效果。要在極薄的材料上制造這樣的視覺效果，需要材料、設備和專門制造微光學特征的技術。每個圖標位置的變化是如此之小，以至于傳統(tǒng)的方法無法嚴格管理陣列。早期的計算軟件效率極低，為此Crane公司招募熟練的軟件工程師加入微光學技術設計團隊，開發(fā)出了專有軟件，使整個過程加快了10萬多倍，可以用數(shù)小時的時間生成設計和效果更加復雜，渲染也更加逼真最終產品。如果Crane現(xiàn)在使用舊的計算軟件來渲染Motion Surface設計，計算機處理時間將會是幾個月。

憑借這些算法和計算能力的進步，這個過程允許創(chuàng)作者微調視覺效果的每個特征。可以修改具體的尺寸，形狀，放大圖像的移動效果。人們最后看到的強烈的3D效果，是專業(yè)技術和設備的結果，這些技術和設備可以操縱每個圖標，使其在大小和形狀上與周圍的圖標不同，并在每個鏡頭下精確定位每個圖標。

一旦設計的微光學圖標創(chuàng)建和排列到位，即進入生產過程。Motion Surface圖標和鏡頭陣列的原圖是使用專有技術創(chuàng)建的，確保過程中不會出現(xiàn)失真或不準確。在這樣的規(guī)模下，鏡頭和圖標之間的生產公差至關重要；破壞效果的最小失調將和畸變必須限制在納米內。如果把12毫米寬的表面放大到兩車道寬度，其產生的形變不允許超過17毫米。事實上，由于傳統(tǒng)方法無法測量這種畸變，目前唯一能夠精確測量這種畸變的技術就是微光學本身。

在Crane內部，使用微光學的測量方案已經被開發(fā)出來，使得小于25納米的工件和小于10納米的畸變可以被肉眼看到。這些嚴格的公差推動了開發(fā)定制生產設備的需求，這些設備能夠生產數(shù)以百萬計的多層單個微光學結構，同時保持繪制過程能夠精確對齊原始數(shù)據(jù)。

（三）雙面雙金屬全息圖

雙面雙金屬全息圖由KRYPTEN全息實驗室開發(fā)。它可以用于開窗的紙質鈔票或聚合物鈔票。這一技術有兩個特征：首先是正背面有相同的圖案，其次兩邊圖案的顏色分別是金色和銀色。復雜的工藝流程允許全息圖像兩面之間有100%的容差。在同一物品中使用不同的金屬使得圖案在技術上更加復雜，并提高了其安全性能。全息光學元件采用高精度微模壓（HPMD）制作。這項技術允許復制任何復雜的設計。它可以是一個單獨的物體，也可以是一個組合。HPMD創(chuàng)建具有精確細節(jié)和獨特視覺效果的高分辨率圖像。在全息圖設計中結合不同的光學效果，確保了元素的額外安全性。這種雙金屬全息圖在測試圖案中的效果很明顯（見圖8）。雙金屬雙面全息圖的概念是顯而易見的。該元素的安全特征是基于傳統(tǒng)的金和銀的對比。人們很容易記住安全特征的概念，并饒有興趣地比較全息圖的視覺效果。

（四）3D-GRAM全息光聚合物條帶

KRYPTEN全息實驗室另一項創(chuàng)新的安全元素是3D-GRAM全息光聚合物條帶。光聚合物全息圖以其選擇性和三維效果這兩個特點引起人們的關注。與傳統(tǒng)的彩虹色全息圖相比，3D-Gram全息圖在不同角度保持其原始顏色。全息圖起源于內部聚合物層，并從真實物體中記錄下來。這就是為什么圖像具有3D效果和看起來真實。浮雕花耀眼的色彩和3D效果吸引了人們對圖像的注意（見圖9）。即使在透射光下，圖像也清晰可見。3D-Gram技術可以創(chuàng)建具有不同光學效果的元素：視差效應、顏色和圖像的觸發(fā)器效應、微光效應、動態(tài)效應的微透鏡或微文本。熟悉的全息效果隨著圖像顏色的穩(wěn)定而變得更加明顯。光聚合物全息圖3D-Gram有紅色、綠色、藍色或它們的組合。在透明層上制作光聚合物條帶，并疊合在鈔票上。因此，從全息圖下面可以看到圖像。3D-Gram條帶適用于紙張和聚合物基質。

四、對我國的鈔票印制啟示

從《報告》的內容看，涉及面非常廣。既有對鈔票防偽技術的介紹，也有鈔票設計理念的創(chuàng)新。還包含了印制企業(yè)對社會公眾安全、環(huán)境污染等方面承擔的責任。限于篇幅，本文無法全部顧及到。但從《報告》透露的信息看，以下幾方面值得關注：

（一）開展國際合作引進合適合的原材料。從《報告》中涉及的鈔票（含紀念鈔、測試鈔）看，沒有一張鈔票的所有原料、技術由一家企業(yè)單獨提供。以OFS成立500年紙塑復合材料測試鈔為例，除了自己的技術和材料，其基材來自蘭夸公司，安全線來自Hueck Folien公司，光變油墨和光彩光變圖文來自于錫克拜公司。如果再加上其他兩種基材，原料供應上商還涉及到庫爾茲公司和CCL安全公司等安全印制企業(yè)。在目前分工越來越細的情況下，已經沒有一家企業(yè)能夠包打天下。因此，在確保安全和來源穩(wěn)定的前提下，可以與國際知名企業(yè)開展合作，及時引進好的技術用于人民幣產品是值得考慮的路徑。

（二）加快聚合物基材的應用。《報告》中涉及了大量聚合物鈔票。據(jù)CCL公司介紹，目前全球已有50多個國家（地區(qū)）的150多種券別采用了Guardian基材。再加上另一家聚合物基材供應大戶，使用De La Rue的SAFEGUARD聚合物基材的約50種鈔票，越來越多的國家（地區(qū)）的鈔票轉向聚合物基材。與紙幣相比，聚合物基材首先是流通壽命更長，可以帶來較高的經濟效益；其次是不易吸附污垢，比較干凈；此外，聚合物基材的透明視窗可以更方便地應用各種比較炫酷的視覺防偽特征，使得其安全性大為增強。我國在2017年即通過公開渠道表示已經開始研發(fā)塑料鈔，但到目前為止，除了新世紀紀念鈔采用了Guardian基材外，我國還沒有一張使用聚合物作為基材鈔票，應該加快聚合物基材進入生產驗證的進度，不斷掌握聚合物材料的生產、流程特性，對其耐用性、衛(wèi)生性進行驗證，為今后大范圍使用積累經驗。

（三）高度重視一線防偽技術研發(fā)。從《報告》列舉的新技術、新材料看，大量都是鈔票中的附加物。而基材、油墨以及印刷方面的內容相對較少。從附加物所的防偽功能看，重點在供社會公眾使用的一線防偽技術。從傳統(tǒng)的光柵和透鏡，到現(xiàn)在的各種納米級的結構和算法，公眾看到的是各種全息圖像、3D物體、運動效果、色彩變換和形狀變化等等，給人以深刻的印象。加之越來越大的視窗有足夠的空間擺布各種防偽技術，鈔票將越來越朝著識別快速簡便、偽造難度極高的目標邁進。2015年版以后的人民幣對一線防偽技術的應用已經開始重視起來，但綜合其技術的應用，還更多地停留在基材中的水印、安全線以及油墨等方面，其他貼膜等技術在流通鈔票中還沒有用過。從奧運等紀念鈔看，目前我國對此項技術還是有一定儲備的，期待看到今后在流通鈔票中能夠看到更多一線防偽的技術，讓社會公眾更加容易識別鈔票的真?zhèn)巍?img src="https://cimg.fx361.com/images/2021/02/21/qkimagesfwwbfwwb202012fwwb20201240-8-l.jpg"/>