DE19934963A1

DE19934963A1 - Display for chip cards has multilayer structure with series of electroluminescent light layers less than 20 microns thick and intermediate, transparent, electrically conducting layers

Info

Publication number: DE19934963A1
Application number: DE19934963A
Authority: DE
Inventors: Thomas Grasl
Original assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Priority date: 1999-07-26
Filing date: 1999-07-26
Publication date: 2001-02-08
Anticipated expiration: 2019-07-27
Also published as: FR2797084A1; FR2797084B1; DE19934963B4

Abstract

The display has a multilayer structure with a series of electroluminescent light layers (6.1-6.3) and intermediate, transparent, electrically conducting layers (5.1-5.4). The thickness of the light layers is less than 20 microns, e.g. between 2 and 10 microns. The light layers are made of a polymer-based material. An Independent claim is also included for a chip card with a display.

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.The present invention relates to a display, in particular for ver is suitable in chip cards. It is a fundamental concern Chip cards, especially used as money cards, to be equipped with displays ten to content stored on the chip card, for example one on the Card available amount of money, regardless of a card terminal each time.

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.Display cards of this type are described in EP 0 385 290 A1 and EP 0 416 916 A2 thinks, the latter publication suggests LCD displays clog. At least conventional LCDs are in the chip card area cannot be used because the glass substrates used in it are too inflexible and are fragile. The thickness dimensions of such LCDs are also included the requirements to be placed on smart cards can hardly be reconciled.

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). Under the name "Chameleon" are new, electrolumines decorative flat screens became known, the only a few hundred Have micron thick active luminescent layer. The self-luminous Layer material made of manganese-doped zinc sulfide is made in a simple Screen printing process applied to a base and is therefore flexible, insensitive to shocks and vibrations, so that the CCL Electroluminescent flat screen in principle for use in Smart cards are suitable. It is problematic, however, that to stimulate the man gan ions an AC voltage of 100 volts is necessary and the light yield is only a tenth of what is in the laptop Technology conventional thin film units (TPT technology) can be reached (cf. Egon Schmidt "Large viewing angle without backlight" in VDI news of January 22, 1999, page 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.Since chip cards with an integrated voltage source usually have a DC voltage supply of 5 volts when equipped with an appropriate battery are the CCL electroluminescent flat screens for use not yet usable in chip cards.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Display insbesondere für die Verwendung in Chipkarten vorzuschlagen, welches leuchtstark ist und mit einer geringen Spannungsversorgung auskommt.The object of the present invention is to provide a display especially for the Propose use in smart cards, which is luminous and with needs a low voltage supply.

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.This task is solved by a display with the characteristics of the Main claim. According to the invention, several wafer-thin electro luminescent luminescent layers, such as those used by CCL Electroluminescent flat screens are known ago, under Zwischenla ge of transparent electrical conductor layers arranged one above the other. The DC voltage supplied by a battery is switched off by means of a switch successively switched to the individual conductor layers. In the first Switch position is in a first direction on the first light a voltage is applied, which in the following switching position, as it were by reversing the direction of tension, canceled again becomes. The reversal of direction thus realized forms the first light layer an alternating voltage. When switching the voltage lies at the same time a voltage is applied to the adjacent second luminescent layer. This is in the third switch position in turn and the fourth light layered, in the next switching position to the fifth, etc. By on this way in alternating layers of light produced alternating voltages, the luminescent layers become illuminated one after the other stimulated: This exploits the fact that electroluminescent materials "afterglow". Shortly after the suggestion, they quickly reach their maximum Luminous intensity, which then slowly turns back to zero takes. The serial individual excitation of the superimposed layers therefore causes an overlay of the individual luminescent layers emitted radiation, so that the luminous intensity of the display increases a multiple of the light intensities of the individual light layers ad dated.

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.The method according to the invention advantageously allows for an inverter that measures the DC voltage supplied by the battery converts an AC voltage to waive. While ge for smart cards suitable inverters are currently not available, that is according to the invention intended use of a transistor circuit on the card demge compared to possible without any problems. Without an inverter, you can therefore at ge low voltage supply and low overall height a high luminance achieve. By repeating the sequential voltage feed on the luminous layers of a diplay according to the invention can be luminous duration can be set. At the same time, the light output is ver equally low energy consumption achieved - for example, none occur Converter losses on - and the display "low-power" optimized. An invent The display according to the invention is therefore particularly suitable for smart cards but is not limited to this application.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend nä her erläutert. Es zeigen:With reference to the drawing, the invention is hereinafter nä ago explained. Show it:

Fig. 1 eine Chipkarte mit Display, Schalter, Spannungsquelle und Chip, Fig. 1 is a chip card with display, switches, voltage source and chip,

Fig. 2 den Schichtaufbau eines Displays, Fig. 2 shows the layer structure of a display,

Fig. 3 den Schichtaufbau eines Displays im Querschnitt, und Fig. 3 shows the layer structure of a display in cross section, and

Fig. 4 das Verhalten der Ansteuerimpulse und der Leuchtintensitäten als Funktion der Zeit. Fig. 4 shows the behavior of the drive pulses and the light intensities as a function of time.

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. Fig. 1 shows a smart card 10 having a display 1, a chip 2, a voltage source 3 and a switch 4. Chip 2 and display 1 are fed by voltage source 3 , switch 4 being arranged between voltage source 3 and display 1 in order to connect the electrical conductor layers of display 1 to voltage source 3 one after the other. The double arrow between the chip 2 and the switch 4 indicates that the switch 4 is controlled by the chip 2 . A DC source, in particular a battery or a capacitor, can be considered as voltage source 3 .

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.In Fig. 2, the layer sequence of the display 1 with three electroluminescent light layers 6 is shown schematically. Between a transparent carrier substrate 8 and a rear cover substrate 7 are alternating column electrodes 5 a and row electrodes 5 b with electroluminescent luminous layers 6 between the electrodes angeord net. The electrodes 5 a, 5 b are made of transparent material, such as inidium tin oxide (ITO), so that light emitted by the luminous layers 6 can emerge from the card through the electrodes 5 a, 5 b and the carrier substrate 8 . By individually controlling a column electrode 5 a and a row electrode 5 b, a defined point for luminescence is excited in the light layer 6 located between them. The areas of a 7-field display can also be controlled in a corresponding manner. The luminous layers 6 can be brought up in a simple manner in screen printing technology. Because of their flexibility, polymer-based fluorescent layer materials are particularly suitable. With regard to chip cards, the application in screen printing technology offers the advantage of being easily integrable into common chip card productions; a special environment for producing the luminescent layers, such as vacuum, is not necessary.

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. The excitation of the luminous layers 6 is described below using the example of FIG. 3. With 5.1 to 5.4 are superimposed electrodes 5 are designated by 6.1 to 6.3 between the electrodes 5 of light emitting layers. 6 The voltage supplied by the voltage source 3 is first switched to the electrode 5.1 by a switch, which can be implemented, for example, as a complementary metal oxide semiconductor (CMOS technology) by means of transistors. A possible voltage source 3 is a battery that typically delivers a DC voltage of 5 volts. With such a battery, a voltage of 5 volts is then present at the electrode 5.1 , and no voltage is present at the electrode 5.2 underneath. After a defined switch-on time, the switch applies the voltage to the next electrode 5.2 , so that the electrode 5.1 above it is without voltage. A rectangular wave-shaped alternating voltage is thus created on the luminous layer 6.1 located between the electrodes 5.1 and 5.2 . After the luminescent layer 6.1 has been stimulated to luminescence in this way, the voltage is applied to the next adjacent electrode 5.3 with the next switch step, as a result of which a rectangular wave-shaped alternating voltage now arises on the luminescent layer 6.2 and this is excited to luminescence. Switching the direct voltage on to the next adjacent electrode 5.4 has the same effect for the luminous layer 6.3 . The luminescent radiation emitted by the luminous layers 6.1 to 6.3 is indicated in FIG. 3 by arrows.

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.Luminescent substances have the property of afterglow, so that the emission radiation of the individual luminescent layers overlap in time. This results in an increased radiation intensity compared to a single-layer display. The use of the afterglow property is illustrated in FIG. 4. FIG. 4 shows this as a function of time in the upper part of the voltage waveform at the individual electrodes 5.1 to 5.4, the light emitted from the phosphor layers 6.1 to 6.3 luminescent radiation in the bottom of the respectively associated intensity profile. As can be seen from the lower diagram, the first application of the excitation voltage to the electrode 5.1 initially does not cause any luminescence in the associated luminescent layer 6.1 . Switching the excitation voltage to the electrode 5.2 then completes an AC voltage square wave and causes the luminescent layer 6.1 to luminesce. The intensity curve of the resulting luminescence is indicated in the lower diagram in FIG. 4 by curve a: after a maximum has been reached quickly, the intensity of the luminescence slowly decreases again. The maximum is approximately enough if the voltage is switched to the next electrode 5.3 . In an analogous manner, each of the luminescent layers 6.2 , 6.3 is stimulated to luminescence, the associated intensity curve is shown in FIG. 4 by the curves c and d. Once all the luminous layers 6.1 , 6.2 , 6.3 have been excited once, a renewed series of excitation can follow immediately, which delivers intensity curves d, e, f. As a result of their slow declining, the luminous intensities of the individual layers, hence the curves a to f, overlap and add up to a total luminous intensity, which is indicated in FIG. 4 by the dashed line Z. The ratio between total luminous intensity Z and individual luminous intensities a to f depends in particular on the persistence and intensity of the individual luminous layers 6 and on the level and duration of the voltage applied. Basically, causes an increase in the number of light-emitting layers 6 a higher overall luminous intensity Z. The maximum number of phosphor layers 6 on the one hand limited by the minimum luminous layer thickness and predetermined by the chip card format display thickness. The luminescent layers 6 preferably have a thickness of less than 20 μm, a layer thickness of 2 to 10 μm is preferred. A smaller layer thickness linearly increases the electric field strength in the luminescent layer and thus the luminous efficacy. Luminous layers with a small thickness can also keep the absorption of light emitted by lower layers in layers above them small.

Claims

1. Display with a multilayer structure, which comprises a sequence of electro-luminescent luminous layers ( 6 , 6.1 to 6.3 ) and intermediate transparent, electrical conductor layers ( 5 , 5 a, 5 b, 5.1 to 5.4 ).

2. Display according to claim 1, characterized in that the thickness of the luminous layers ( 6 ) is less than 20 microns.

3. Display according to claim 2, characterized in that the thickness of the luminous layers ( 6 ) is between 2 and 10 microns.

4. Display according to one of claims 1 to 3, characterized in that the luminescent layers ( 6 ) consist of a polymer-based material.

5. Display according to one of claims 1 to 4, characterized in that the luminescent layers ( 6 ) are printed.

6. Display according to one of claims 1 to 5, characterized in that the electrical conductor layers ( 5 ) consist of inidium tin oxide (ITO).

7. Display according to one of claims 1 to 6, characterized in that the display ( 1 ) is coupled to a DC voltage source ( 3 ).

8. Display according to one of claims 1 to 7, characterized in that the display ( 1 ) to a switch ( 4 ) for serial control of the electrical conductor layers ( 6 ) is coupled.

9. Display according to claim 8, characterized in that the switch ( 4 ) is a semiconductor switch.

10. Display according to one of claims 8 or 9, characterized in that the switch ( 4 ) controls the electrical conductor layers ( 5 ) with rectangular impulses ( Fig. 4).

11. Display according to claim 1, characterized in that the luminous layers ( 6 ) structured, preferably divided into segments.

12. Display according to claim 5, characterized in that the luminous layers ( 6 ) are applied over the entire surface to structured electrodes.

13. Chip card ( 10 ) with a display ( 1 ) according to one of claims 1 to 10.