CN106852196A - 具有发光二极管的安全元件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于限制处于安全元件上的发光二极管6的反向方向上的电压的方法，其中，发光二极管6与线圈2并且与集成电路4的工作电压接线端并联电连接，其中，线圈2不仅用于通过借助通过外部终端产生的电磁场在线圈2中感生电压，来对集成电路4和发光二极管6进行能量供应，而且用于在集成电路4和所述终端之间进行非接触数据传输，其中，集成电路4用于处理在所述终端和集成电路4之间传输的数据，其特征在于，分流调节器将集成电路4工作所需的工作电压调节到允许范围内的值，并且由此进行限制，使得不超过发光二极管6的反向方向上的最大允许电压。

Description

具有发光二极管的安全元件

技术领域

本发明描述一种具有简称为LED的发光二极管的安全元件、例如芯片卡。该安全元件特别地被配置用于非接触数据传输，为此具有线圈，线圈不仅用于在安全元件的芯片、例如安全控制器和外部终端、例如非接触读取设备之间进行能量传输，而且用于进行数据传输。

背景技术

通常，LED的反向方向上的最大允许电压为大约5伏。如果LED在不与安全元件的芯片连接的自己的第二线圈上运行，则必须注意限制LED的反向方向上由第二线圈提供的电压，以便LED不被反向方向上过高的电压损坏。为了避免这，通常将第二LED与第一LED反向并联连接。反向并联意为，第一和第二LED虽然彼此并联电连接，但是每一个LED的导通方向不同。这种解决方案的缺点是，通过第二LED的电流消耗以及第二LED的成本较高。

发明内容

从现有技术出发，本发明要解决的技术问题是找到避免所描述的缺点的解决方案。

本发明要解决的技术问题通过独立权利要求来解决。在从属权利要求中描述了有利实施方式。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种用于限制处于安全元件上的发光二极管的反向方向上的电压的方法，

其中，发光二极管与线圈并且与集成电路的工作电压接线端并联电连接，

其中，线圈不仅用于通过借助通过外部终端、例如卡读取设备或者具有NFC接口的移动电话产生的电磁场在线圈中感生电压，来对集成电路和发光二极管进行能量供应，而且用于在集成电路和所述终端之间进行非接触数据传输，

其中，集成电路用于处理在所述终端和集成电路之间传输的数据，

其特征在于，

分流调节器将集成电路工作所需的工作电压调节到允许范围内的值，并且由此进行限制，使得不超过发光二极管的反向方向上的最大允许电压。

有利的是，可以使用分流调节器来同时完成两个任务，即调节芯片的工作电压和限制发光二极管的反向方向上的电压，从而避免发光二极管由于反向方向上的电压过高而损坏。

一个有利实施例是，集成电路工作所需的最小工作电压小于在导通方向上降落在二极管上的电压。

由此确保对于集成电路的工作总是提供足够的能量。或者换句话说：首先集成电路开始工作，之后，当线圈提供足够的能量时，发光二极管开始工作，从而当终端仅提供弱的电磁场时，发光二极管不从集成电路取走工作所需的能量，其中，安全元件距离终端越远，电磁场越弱。

另一个有利实施例是，发光二极管与至少一个电子部件串联连接，以增大包含发光二极管的电流支路上的电压降。

由此确保，当集成电路具有足够的能量工作时，发光二极管才发光。此外，作为电子部件，可以使用不同类型的二极管，例如普通二极管、齐纳二极管、发光二极管、肖特基二极管等，以获得足够高的电压降。

另一个有利实施例是，除了作为电子部件的二极管之外，发光二极管还与用于进行电流限制的欧姆电阻串联连接。

此外，通过欧姆电阻可以限制流过发光二极管的电流，由此可以调整发光二极管的亮度。

另一个有利实施例是，使用开关元件，以接通或者断开发光二极管。开关元件通常整体上可以被视为欧姆电阻，其在断开状态下是高欧姆的，而在闭合状态下是低欧姆的。由此，开关还可以通过具有上述特性的任意其它合适的电路来实现。

另一个有利实施例是，开关元件或者集成在集成电路中，或者作为单独的部件存在。

另一个有利实施例是，开关元件通过集成电路激活或者自激活。

另一个有利实施例是，开关元件通过时间控制来自激活。

另一个有利实施例是，使用开关元件，以便以脉冲方式驱动发光二极管。

由此，除了展现静态调节的上述欧姆电阻之外，通过开关元件还可以动态地调节发光二极管的亮度。

另一个有利实施例是，分流调节器集成在集成电路中或者形成与集成电路分离的单元。

另一个有利实施例是，分流调节器是与电压相关的电阻，其中，其通过电子部件或电子电路来实现。

另一个有利实施例是，使用便携式数据载体、例如芯片卡、信用卡、身份证、SIM卡等作为安全元件。

附图说明

下面，根据附图描述本发明的实施例。

图1示出了根据本发明的电路。

图2示出了补充了开关的根据本发明的电路，该开关由集成电路操作。

图3示出了补充了开关的根据本发明的电路，该开关与集成电路独立地以时间控制的方式进行开关。

图4示出了根据本发明的电路，其中，开关包含在集成电路中。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的电路。该电路由线圈2和集成电路4、例如RFID芯片的并联电路构成，其中，集成电路4经由其工作电压接线端与线圈2连接。通过终端的外部电磁场在线圈2中感生电压。在线圈2中感生的电压用于对该电路进行能量供应。此外，线圈2还用于在集成电路4和未示出的终端之间进行非接触数据传输。原则上，也可以存在接触连接的接口，但是为了清楚起见其并未示出。示出了与集成电路4并联的串联电路，该串联电路由发光二极管6、二极管8和欧姆电阻10构成，其中，二极管8和电阻10是可选部件。本发明实质上在于线圈2、集成电路4和发光二极管6。

为了避免发光二极管6上的反向方向上的电压过高，而可能导致发光二极管6损坏，根据本发明，未示出、但是通常包含在集成电路4中的分流调节器将集成电路4的工作电压调节到使得能够无干扰地运行并且防止发光二极管6的反向方向上的电压过高的值。

在一个优选实施方式中重要的是，存在足以使集成电路4运行的能量，而该能量不足以使发光二极管6运行。这意味着，在根据本发明的电路接近具有电磁场的终端时，集成电路4首先获得提供的足够的能量，以使其开始运行。在根据本发明的电路进一步接近该终端时，与提供的能量的增加、最后还与由线圈2提供的电压的增大相关联，自距该终端特定距离起与发光二极管的导通电压有关地提供足够的电能，以使发光二极管发光。发光二极管6的导通电压的值在此与其发出的波长或发光二极管6的发光颜色和材料有关。由此不会发生集成电路4不会开始其运行，特别是在例如在距终端的距离大时电磁场弱的情况下，因为能量被发光二极管6消耗。这可以通过具有尽可能高的正向方向上的导通电压的发光二极管6实现。

二极管8用于进一步提高发光二极管6和集成电路4之间的电压差，由此确保在发光二极管6开始发光之前，集成电路4首先获得足够的能量开始其运行。二极管8例如可以是普通二极管、齐纳二极管、发光二极管或者任意其它合适的二极管。实现与二极管8相同的目的的其它部件和电路也是可以的。还可以根据需要对二极管8串联连接另外的二极管，这未示出。

欧姆电阻10用于进行电流限制，由此通过限制流过的电流，来调整发光二极管6的亮度。电阻10在此可以具有例如直至1000欧姆的值。作为结构形式，可以想到所有合适的结构形式，例如作为SMD结构形式中的分立构件或者作为具有分布式电阻的印制导体轨迹。

在一个有利的实施方式中，线圈2由至少两个单独的线圈构成，其中，在两个线圈中的至少一个中布置铁氧体。两个线圈针对同一谐振频率设计。在此，一个线圈可以用于对集成电路4供电，并且另一个线圈用于对负载供电。例如用于使包含在卡中的信息可视化、例如为了个性化的热致变色的颜色的加热线圈或者至少一个照明用具、例如LED、OLED或者其它功能性负载适合作为负载。

铁氧体使得与没有铁氧体的线圈相比，终端能够响应或激活具有更小的响应场强的线圈。由此能够根据标准或者客户要求的预给定参数对至少一个线圈的响应场强进行优化。例如，RFID功能必须满足相关标准，其中，LED6可以以较低的优先级进行处理。由此，铁氧体使得能够与各个线圈相应地包围的面积无关并且与另一个线圈无关地对单个线圈供应能量，其中，各个线圈的响应场强同时减小或者终端能够以更小的场强工作，以便对各个线圈供应能量，用于集成电路4或者功能性负载的运行。

线圈可以被布置为，将其布置在卡的共同的平面中或者不同的平面中。线圈可以作为部分或完全重叠的线圈、并排布置的线圈或者交错布置的线圈布置。

两个线圈可以具有相同或者不同的大小。这意味着，一个线圈包围卡的整个面积，例如所谓的全尺寸线圈，或者一个线圈仅包围卡的整个面积的一部分，例如所谓的半尺寸线圈。

线圈可以以单层或者多层的方式构造。例如，一个线圈可以是单层的，另一个线圈可以是多层的。在多层线圈中，例如在线圈的绕组之间布置绝缘层。

在多于一个线圈的情况下，线圈不一定必须布置在基板的同一侧，例如在卡的内箔层上，或者在同一个基板上，而可以布置在基板的不同侧，或者在不同的基板上。

两个线圈分别具有至少一个绕组，其中，两个线圈可以具有相同或不同数量的绕组。

铁氧体可以作为箔或者借助印制处理或者以其它合适的方式布置在线圈内。通过在两个线圈中的至少一个中布置铁氧体，优选对在其内部布置铁氧体的线圈供应能量，因为铁氧体在一定程度上收集场线。

通过铁氧体的几何结构和电磁特性的变化，例如通过例如在印制时选择材料或加工参数，调整各个线圈的谐振频率和其它电特性也是可能的。铁氧体在此可以比在其内部布置铁氧体的相应的线圈小，或者可以具有类似的大小，或者也可以比所属的线圈大。

铁氧体在卡中的布置原则上独立于线圈的位置。铁氧体可以布置在与线圈中的一个相同的基板表面上或者在基板的背面，或者也可以布置在卡内部的另一个箔层上。此外，铁氧体也可以在外部施加在卡上。铁氧体的有利效果是，铁氧体影响两个线圈的电感的比率，使得在其内部布置铁氧体的线圈的响应场强减小，由此得到改善。

作为另一个有利实施例设置为，将LED 6与光学闪光体组合。在芯片卡中使用时，引入的光学闪光体、例如反射金属或云母颗粒、例如优选小片形状的颜料，通过小片产生具有所谓的闪光效果、即代替平面的光散射的点状光反射的明亮的闪烁，可以产生光学可见图像。

通过在卡内部结合闪光体使用LED 6作为点光源，产生明亮的闪烁点。日光或人造光分别是漫射光光源，其仅产生具有非常小的光强度的漫射光反射。由此，通过借助卡的LED 6的主动照明，与如例如日光所呈现的漫射光光源相比，产生明显不同的图像。由此，由卡中的LED 6和闪光体构成的组合适合作为安全特征。

作为根据本发明的另一个构型，还可以进一步对具有反射金属或云母颗粒的透明卡材料添加荧光染料，以将内置的LED 6的光转换为观察者从外部可以识别的具有更长波长的光。

在另一个构型中，光学闪光体或者散射体具有与包围其的卡材料不同的折射率，以获得例如反射、折射或者散射的光学效果。光学闪光体或者散射体可以作为安全特征、例如作为安全条或者作为在光学上引人注目的效果使用。

光学闪光体可以在制造卡的最后一个步骤之前例如借助层压施加在至少一个箔上，其中，在制造卡之后将箔例如布置在卡内部。光学闪光体可以借助涂覆施加在箔的整个表面上或者例如借助印制法仅施加在箔的部分表面上。

作为另一个实施例，可以例如借助将光学闪光体添加到用于制造箔的压注机中，将光学闪光体例如集成到箔的材料中。具有集成的光学闪光体的箔可以稍后在整个表面上或者以具有集成的光学闪光体的条状箔的形式以任意朝向布置在卡中，其中，优选取向在纵向或者横向方向上。

作为光学闪光体，还可以使用以下材料，例如玻璃纤维屑、所谓的微纤维、实心或者空心的由玻璃或塑料制成的球。在此，特别是空心球由于包围的空气而具有强的光学效果。球直径越小，稳定性越高，其中，在直径较大的情况下，光学效果更好。例如，球的直径处于1至200μm的范围内。

一般来说，引入的光学闪光体形式的材料也可以是彩色的，即其仅在表面上是彩色的，或者材料整个是彩色的。其它可能的示例性变化是，材料是单色或多色和/或透明的，并且同时是UV荧光的。

对于使用空心球的情况，则也可以用磁性颜料、例如E墨填充这些空心球。球的填充物在此可以由彩色液体构成并且包含另一颜色的带电或磁性纳米颗粒。由此得到从外部或内部可切换的安全特征。

在成品卡中，引入的光学闪光体形式的材料可以被观察者识别。当闪光体布置在卡的未印制区域中并且光从卡背面通过卡照射时，光学闪光体可以从卡的一侧或两侧识别。此外，当光源的光在印制表面下方照射通过时，引入的闪光体形式的材料在成品卡中可以在印制表面中被识别。

例如，当将LED 6布置在印制的卡表面下方时，是这种情况。替换地，引入的闪光体在卡的正面或者背面可识别。作为另一个替换方案，例如当将光从外部耦合到卡的光导体中，并且光经由光导体传输到另一侧并且在那里又退耦时，光学闪光体在卡的边缘可识别。

由此，在成品卡中，在通过光中观察时，在入射光中观察时，通过激活存在于卡体中的光源、例如LED 6或者通过例如耦合到透明层或区域中并且进一步传导的存在于卡体中的光，引入的光学闪光体形式的材料是可见的，其中，光例如借助平面或者条状的光导体进一步传导。

作为光导体，可以使用条状箔。条状箔在此可以具有一个或更多个层。此外，相同的条状箔可以平行或者成角度地、例如交叉地铺设在卡中。此外，不仅可以铺设包含光学闪光体、而且可以铺设不包含光学闪光体的条状箔。在此，包含光学闪光体的条状箔至少是部分透明的，其中，没有光学闪光体的条状箔是不透明或者透明的。此外，存在如下可能性：在卡表面上条状箔相交的区域中形成观察窗。替换地，也可以在边缘区域中形成观察窗。

图2示出了补充了开关12的根据本发明的电路，开关12由集成电路4操作。开关12这里作为通过集成电路4的信号操作或激活的单独的元件示出。一旦集成电路4开始其运行或者提供了足够的能量，则例如集成电路4操作开关12，以便还驱动发光二极管或者例如使得通过发光二极管6显示处理结果。

图3示出了补充了开关12的根据本发明的电路，开关12与集成电路4独立地以时间控制的方式进行开关。

图4示出了根据本发明的电路，其中，开关12包含在集成电路4中。

现在给出具有开关12的根据本发明的电路的不同的应用情况。

在自动交易确认的情况下，全部以非接触方式接收到的能量首先用于由集成电路4、例如RFID芯片执行交易。因为集成电路4获得全部以非接触方式接收到的能量，因此根据本发明的电路和终端之间的距离可以最大化。

在交易结束之后，经由开关12激活发光二极管6，由此显示交易结束。开关12在此可以由集成电路4直接操作，或者可以在经过例如在相关标准中作为最大交易时间允许的特定时间之后，与集成电路4独立地操作。

在另一种应用情况下，经由发光二极管6的发光通知布置在安全元件、例如信用卡上的根据本发明的电路处于终端的电磁场中。在操作处于安全元件中并且由用户操作的开关12时，集成电路4获得执行交易所需的能量。在执行交易期间，集成电路4将发光二极管6断开，以便确保集成电路4和发光二极管6不必分享提供的能量。

这里，发光二极管6作为所有可能的其它类型的负载、例如电致发光显示器或者加热电阻器的示例而存在。

在一个特别的应用中，可以使用开关12来以脉冲方式驱动发光二极管6。这在将进行电流限制的电阻10对应地选择为低，并且通过以高频率断开和闭合开关12，以脉冲方式驱动发光二极管6时能够实现。于是人眼看到的发光二极管6的光与在相同的能量消耗下以非脉冲方式驱动看到的发光二极管6的光相比更亮。由此，通过以脉冲方式驱动发光二极管6，在人眼看到的发光二极管6的亮度相同的情况下可以节省能量，其中，于是向集成电路提供更多的能量，或者在能量消耗相同的情况下，可以提高人眼看到的发光二极管6的亮度。

此外，通过合适地调整脉冲持续时间和脉冲中断时间的时间长度，尽管距终端的距离不同，由此相关联的电磁场强不同，也可以将发光二极管6的亮度调节为，使得人眼在卡距终端的特定距离范围内看到的亮度始终同样亮。

附图标记列表

2 线圈

4 集成电路、例如RFID芯片

6 发光二极管

8 二极管

10 欧姆电阻

12 开关元件

Claims (12)

1.一种用于限制处于安全元件上的发光二极管(6)的反向方向上的电压的方法，

其中，发光二极管(6)与线圈(2)并且与集成电路(4)的工作电压接线端并联电连接，

其中，线圈(2)不仅用于通过借助通过外部终端产生的电磁场在线圈(2)中感生电压，来对集成电路(4)和发光二极管(6)进行能量供应，而且用于在集成电路(4)和所述终端之间进行非接触数据传输，

其中，集成电路(4)用于处理在所述终端和集成电路(4)之间传输的数据，

其特征在于，

分流调节器将集成电路(4)工作所需的工作电压调节到允许范围内的值，并且由此进行限制，使得不超过发光二极管(6)的反向方向上的最大允许电压。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，集成电路(4)工作所需的最小工作电压小于在导通方向上降落在发光二极管(6)上的电压。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，发光二极管(6)与至少一个电子部件(8)串联连接，以增大包含发光二极管(6)的电流支路上的电压降。

4.根据权利要求1至3所述的方法，其特征在于，除了电子部件(8)之外，发光二极管(6)还与用于进行电流限制的欧姆电阻(10)串联连接。

5.根据权利要求1至4所述的方法，其特征在于，使用开关元件(12)，以接通或者断开发光二极管(6)。

6.根据权利要求1至5所述的方法，其特征在于，开关元件(12)或者集成在集成电路(4)中，或者作为单独的部件存在。

7.根据权利要求1至6所述的方法，其特征在于，开关元件(12)通过集成电路(4)激活或者自激活。

8.根据权利要求1至7所述的方法，其特征在于，开关元件(12)通过时间控制自激活。

9.根据权利要求1至8所述的方法，其特征在于，使用开关元件(12)，以便以脉冲方式驱动发光二极管(6)。

10.根据权利要求1至9所述的方法，其特征在于，分流调节器集成在集成电路(4)中或者形成与集成电路分离的单元。

11.根据权利要求1至10所述的方法，其特征在于，分流调节器是与电压相关的电阻。

12.根据权利要求1至11所述的方法，其特征在于，使用便携式数据载体作为安全元件。