DE19934963A1 - Display für Chipkarten - Google Patents

Abstract

Es wird ein Display (1) insbesondere zur Verwendung mit Chipkarten vorgeschlagen. Das Display besteht aus transparenten Elektrodenschichten (5) und dazwischenliegenden elektrolumineszierenden Leuchtschichten (6) mit einer Dicke von jeweils weniger als 20 _m. Die Leuchtschichten (6) können im Siebdruckverfahren aufgedruckt werden. Die Leiterschichten (5) werden der Reihe nach jeweils einzeln mit einer Gleichspannung beaufschlagt, die insbesondere von einer lokal vorhandenen Batterie (3) geliefert werden kann. DOLLAR A Die rechteckwellenförmige Gleichspannungsbeaufschlagung regt die Leuchtschichten (6) jeweils zur Lumineszenz an. Aufgrund der Nachleuchtzeit der Leuchtschichten addiert sich die Leuchtintensität der einzelnen Leuchtschichten zu einer höheren Gesamtleuchtintensität des Displays.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Display, das insbesondere zur Ver­ wendung in Chipkarten geeignet ist. Es ist ein grundsätzliches Anliegen, Chipkarten, besonders als Geldkarten verwendete, mit Displays auszustat­ ten, um auf der Chipkarte gespeicherte Inhalte, beispielsweise einen auf der Karte verfügbaren Geldbetrag, unabhängig von einem Kartenterminal jeder­ zeit anzeigen zu können.

Displaykarten dieser Art sind in EP 0 385 290 A1 und EP 0 416 916 A2 er­ wähnt, wobei die letztgenannte Druckschrift vorschlägt, LCD-Anzeigen ein­ zusetzen. Zumindest herkömmliche LCDs sind indes im Chipkartenbereich nicht verwendbar, weil die darin eingesetzten Glassubstrate zu unflexibel und zerbrechlich sind. Auch die Dickenabmessungen solcher LCDs sind mit den an Chipkarten zu stellenden Anforderungen kaum zu vereinbaren.

Unter der Bezeichnung "Chamäleon" sind weiter neuartige, elektrolumines­ zierende Flachbildschirme bekannt geworden, die eine nur wenige hundert Mikrometer dicke aktive Leuchtschicht aufweisen. Das selbstleuchtende Schichtmaterial aus mangan-dotiertem Zinksulfid wird in einem einfachen Siebdruckverfahren auf eine Unterlage aufgebracht und ist dadurch flexibel, stoß- und vibrationsunempfindlich, so daß sich der CCL- Elektrolumineszenz-Flachbildschirm prinzipiell für die Verwendung in Chipkarten eignet. Problematisch ist allerdings, daß zur Anregung der Man­ gan-Ionen eine Wechselspannung von 100 Volt notwendig ist und die Licht­ ausbeute nur bei einem Zehntel dessen liegt, was mit den in der Laptop- Technik üblichen Dünnfilm-Einheiten (TPT-Technik) erreichbar ist (vgl. Egon Schmidt "Großer Betrachtungswinkel ohne Hintergrundbeleuchtung" in VDI-Nachrichten vom 22. Januar 1999, Seite 10).

Da Chipkarten mit integrierter Spannungsquelle meist eine Gleichspannung von 5 Volt liefern, wenn sie mit einer entsprechenden Batterie ausgestattet sind, sind die CCL-Elektrolumineszenz-Flachbildschirme für die Verwen­ dung in Chipkarten noch nicht einsatzfähig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Display insbesondere für die Verwendung in Chipkarten vorzuschlagen, welches leuchtstark ist und mit einer geringen Spannungsversorgung auskommt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Display mit den Merkmalen des Hauptanspruchs. Erfindungsgemäß werden mehrere hauchdünne elektro­ lumineszierende Leuchtschichten, wie sie etwa von CCL- Elektrolumineszenz-Flachbildschirmen her bekannt sind, unter Zwischenla­ ge von transparenten elektrischen Leiterschichten übereinander angeordnet. Mittels eines Schalters wird die von einer Batterie gelieferte Gleichspannung nacheinander auf die einzelnen Leiterschichten geschaltet. In der ersten Schaltposition wird dabei in einer ersten Richtung an der ersten Leucht­ schicht eine Spannung angelegt, welche in der folgenden Schaltposition, gleichsam durch Umkehrung der Spannungsrichtung, wieder aufgehoben wird. Die dadurch realisierte Richtungsumkehr bildet für die erste Leucht­ schicht eine Wechselspannung. Mit Umschalten der Spannung liegt zugleich an der angrenzenden zweiten Leuchtschicht eine Spannung an. Diese wird in der dritten Schaltstellung wiederum umgekehrt und an die vierte Leucht­ schicht gelegt, in der nächsten Schaltposition an die fünfte, usw. Durch auf diese Weise in jeweils aneinanderliegenden Leuchtschichten erzeugte Wech­ selspannungen werden die Leuchtschichten nacheinander zum Leuchten angeregt: Dabei wird ausgenutzt, daß elektrolumineszierende Materialien "nachleuchten". Kurz nach der Anregung erreichen sie schnell ihre maximale Leuchtintensität, die dann vergleichsweise langsam wieder auf Null ab­ nimmt. Die serielle Einzelanregung der übereinanderliegenden Schichten bewirkt daher eine Überlagerung der von den einzelnen Leuchtschichten emittierten Strahlungen, so daß sich die Leuchtintensität des Displays zu einem Vielfachen der Leuchtintensitäten der einzelnen Leuchtschichten ad­ diert.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es dabei in vorteilhafter Weise, auf einen Wechselrichter, der die von der Batterie gelieferte Gleichspannung in eine Wechselspannung wandelt, zu verzichten. Während für Chipkarten ge­ eignete Wechselrichter derzeit nicht verfügbar sind, ist die erfindungsgemäß vorgesehene Verwendung einer Transistorschaltung auf der Karte demge­ genüber problemlos möglich. Ohne Wechselrichter läßt sich mithin bei ge­ ringer Spannungsversorung und geringer Bauhöhe eine große Leuchtdichte erzielen. Durch Wiederholung der sequenziellen Spannungsaufschaltung auf die Leuchtschichten eines erfindungsgemäßen Diplays kann seine Leucht­ dauer eingestellt werden. Gleichzeitig wird die Lichtausbeute mit ver­ gleichsweise geringem Energiebedarf erreicht - es treten beispielsweise keine Wandlerverluste auf - und das Display "low-power"-optimiert. Ein erfin­ dungsgemäßes Display eignet sich deshalb besonders für die Chipkartenfer­ tigung, ist aber nicht auf diese Anwendung beschränkt.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend nä­ her erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Chipkarte mit Display, Schalter, Spannungsquelle und Chip,

Fig. 2 den Schichtaufbau eines Displays,

Fig. 3 den Schichtaufbau eines Displays im Querschnitt, und

Fig. 4 das Verhalten der Ansteuerimpulse und der Leuchtintensitäten als Funktion der Zeit.

Fig. 1 zeigt eine Chipkarte 10 mit einem Display 1, einem Chip 2, einer Spannungsquelle 3 und einem Schalter 4. Chip 2 und Display 1 werden von der Spannungsquelle 3 gespeist, wobei zwischen Spannungsquelle 3 und Display 1 der Schalter 4 angeordnet ist, um die elektrischen Leiterschichten des Displays 1 nacheinander mit der Spannungsquelle 3 zu verbinden. Der Doppelpfeil zwischen dem Chip 2 und dem Schalter 4 deutet an, daß der Schalter 4 von dem Chip 2 gesteuert wird. Als Spannungsquelle 3 kommt eine Gleichstromquelle, insbesondere eine Batterie oder ein Kondensator in Betracht.

In Fig. 2 ist die Schichtabfolge des Displays 1 mit drei elektrolumineszie­ renden Leuchtschichten 6 schematisch dargestellt. Zwischen einem transpa­ renten Trägersubstrat 8 und einem rückseitigen Abdecksubstrat 7 sind ab­ wechselnd Spaltenelektroden 5a und Zeilenelektroden 5b mit zwischen den Elektroden liegenden elektrolumineszierenden Leuchtschichten 6 angeord­ net. Die Elektroden 5a, 5b bestehen aus transparentem Material, etwa aus Inidiumzinnoxyd (ITO), so daß von den Leuchtschichten 6 emittiertes Licht durch die Elektroden 5a, 5b und das Trägersubstrat 8 hindurch aus der Karte austreten kann. Durch individuelle Ansteuerung einer Spaltenelektrode 5a und einer Zeilenelektrode 5b wird in der dazwischen befindlichen Leucht­ schicht 6 ein definierter Punkt zur Lumineszenz angeregt. In entsprechender Weise lassen sich auch die Bereiche einer 7-Feld-Anzeige ansteuern. Die Leuchtschichten 6 können in einfacher Weise in Siebdrucktechnik aufge­ bracht sein. Besonders geeignet sind wegen ihrer Flexibilität Leuchtschicht­ materialien auf Polymerbasis. Das Aufbringen in Siebdrucktechnik bietet im Hinblick auf Chipkarten den Vorzug, ohne weiteres in gängige Chipkarten­ produktionen integrierbar zu sein; eine spezielle Umgebung zur Herstellung der Leuchtschichten, etwa Vakuum, ist nicht notwendig.

Die Anregung der Leuchtschichten 6 wird nachfolgend am Beispiel der Fig. 3 beschrieben. Mit 5.1 bis 5.4 sind übereinanderliegende Elektroden 5, mit 6.1 bis 6.3 zwischen den Elektroden 5 liegende Leuchtschichten 6 bezeichnet. Durch einen Schalter, der beispielsweise als komplementärer Metalloxyd- Halbleiter (CMOS-Technik) mittels Transistoren realisiert sein kann, wird die von der Spannungsquelle 3 gelieferte Spannung zunächst auf die Elektrode 5.1 geschaltet. Eine mögliche Spannungsquelle 3 ist eine Batterie, die typi­ scherweise eine Gleichspannung von 5 Volt liefert. Mit einer solchen Batterie liegt dann an der Elektrode 5.1 eine Spannung von 5 Volt, an der darunter­ liegenden Elektrode 5.2 keine Spannung an. Nach Ablauf einer definierten Einschaltzeit legt der Schalter die Spannung auf die nächste Elektrode 5.2, so daß die darüberliegende Elektrode 5.1 ohne Spannung ist. An der zwischen den Elektroden 5.1 und 5.2 befindlichen Leuchtschicht 6.1 entsteht so eine rechteckwellenförmige Wechselspannung. Nachdem auf diese Weise die Leuchtschicht 6.1 zur Lumineszenz angeregt wurde, wird mit dem nächsten Schalterschritt die Spannung an die nächstangrenzende Elektrode 5.3 ange­ legt, wodurch nun an der Leuchtschicht 6.2 eine rechteckwellenförmige Wechselspannung entsteht und diese zur Lumineszenz angeregt wird. Wei­ terschalten der Gleichspannung auf die nächstangrenzende Elektrode 5.4 bewirkt denselben Effekt für die Leuchtschicht 6.3. Die von den Leucht­ schichten 6.1 bis 6.3 emittierte Lumineszenzstrahlung ist in Fig. 3 durch Pfeile angedeutet.

Lumineszierende Stoffe haben die Eigenschaft nachzuleuchten, so daß sich die Emissionsstrahlungen der einzelnen Leuchtschichten zeitlich überlagern. Dadurch ergibt sich eine erhöhte Strahlungsintensität gegenüber einem ein­ schichtigen Display. Die Nutzung der Nachleuchteigenschaft ist in Fig. 4 veranschaulicht. Fig. 4 zeigt dazu als Funktion der Zeit im oberen Teil den Spannungsverlauf an den einzelnen Elektroden 5.1 bis 5.4, im unteren den jeweils zugehörigen Intensitätsverlauf der von den Leuchtschichten 6.1 bis 6.3 emittierten Lumineszenzstrahlung. Wie aus dem unteren Diagramm er­ sichtlich ist, bewirkt das erstmalige Aufschalten der Anregungsspannung auf die Elektrode 5.1 zunächst noch keine Lumineszenz in der zugehörigen Leuchtschicht 6.1. Umlegen der Anregungsspannung auf die Elektrode 5.2 vervollständigt dann eine Wechselspannungsrechteckwelle und veranlaßt die Leuchtschicht 6.1 zu lumineszieren. Der Intensitätsverlauf der resultie­ renden Lumineszenz ist im unteren Diagramm der Fig. 4 durch Kurve a angedeutet: Nach schnellem Erreichen eines Maximums nimmt die Intensität der Lumineszenz langsam wieder ab. Das Maximum wird dabei etwa er­ reicht, wenn die Spannung auf die nächste Elektrode 5.3 geschaltet wird. Auf analoge Weise wird nacheinander jede der Leuchtschichten 6.2, 6.3 zur Lu­ mineszenz angeregt, der jeweils zugehörige Intensitätsverlauf ist in Fig. 4 durch die Kurven c bzw. d wiedergegeben. Wurden alle Leuchtschichten 6.1, 6.2, 6.3 einmal angeregt, kann unmittelbar eine erneute Anregungsserie fol­ gen, welche Intensitätskurven d, e, f liefert. Infolge ihres langsamen Abklin­ gens überlagern sich die Leuchtintensitäten der Einzelschichten, mithin die Kurven a bis f, und summieren sich zu einer Gesamtleuchtintensität, die in Fig. 4 durch die gestrichelte Linie Z angedeutet ist. Das Verhältnis zwi­ schen Gesamtleuchtintensität Z und Einzelleuchtintensitäten a bis f hängt dabei insbesondere von Nachleuchtdauer und -intensität der einzelnen Leuchtschichten 6 sowie von der Höhe und Dauer der angelegten Spannung ab. Grundsätzlich bewirkt eine Erhöhung der Anzahl der Leuchtschichten 6 eine höhere Gesamtleuchtintensität Z. Die maximale Anzahl der Leucht­ schichten 6 ist einerseits durch die minimale Leuchtschichtdicke und die durch das Chipkartenformat vorgegebene Displaydicke begrenzt. Die Leuchtschichten 6 haben vorzugsweise eine Dicke von weniger als 20 µm, bevorzugt wird eine Schichtdicke von 2 bis 10 µm. Durch eine geringere Schichtdicke erhöht sich linear die elektrische Feldstärke in der Leucht­ schicht und damit die Lichtausbeute. Durch Leuchtschichten mit geringer Dicke läßt sich zudem die Absorption von durch untere Schichten emittier­ ten Lichts in darüberliegenden Schichten klein halten.

Claims (13)

1. Display mit einem Mehrschichtaufbau, welcher eine Abfolge von elektro­ lumineszierenden Leuchtschichten (6, 6.1 bis 6.3) und dazwischenliegenden transparenten, elektrischen Leiterschichten (5, 5a, 5b, 5.1 bis 5.4) umfaßt.

2. Display nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Leuchtschichten (6) weniger als 20 µm beträgt.

3. Display nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Leuchtschichten (6) zwischen 2 und 10 µm liegt.

4. Display nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtschichten (6) aus einem Material auf Polymerbasis bestehen.

5. Display nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtschichten (6) gedruckt sind.

6. Display nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Leiterschichten (5) aus Inidiumzinnoxyd (ITO) bestehen.

7. Display nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Display (1) an eine Gleichspannungsquelle (3) gekoppelt ist.

8. Display nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Display (1) an einen Schalter (4) zur seriellen Ansteuerung der elektri­ schen Leiterschichten (6) gekoppelt ist.

9. Display nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (4) ein Halbleiterschalter ist.

10. Display nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (4) die elektrischen Leiterschichten (5) mit Rechteckimpul­ sen (Fig. 4) ansteuert.

11. Display nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leucht­ schichten (6) strukturiert, vorzugsweise in Segmente unterteilt sind.

12. Display nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leucht­ schichten (6) ganzflächig auf strukturierte Elektroden aufgetragen sind.

13. Chipkarte (10) mit einem Display (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.