DE19934963A1 - Display für Chipkarten - Google Patents
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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.
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