Brevet FR2797084A1 — publié le 20010202

AFFICHEUR POUR CARTES A PUCE La présente invention concemrne un afficheur qui convient Cen particulier à une utilisation dans des cartes à puce. La tendance fondamentale actuelle est d'équiper les cartes à puce, notamment celles utilisées pour des applications monétiques, avec des afficheurs, afin de pouvoir afficher sur la carte à puce à tout moment, indépeln- dammnent d'un termlinal de la carte, des données stockées en mémoire, telle une somme d'argent disponible sur la carte. Des cartes à afficheur de ce type sont mentionnées dans les documents EP 0 385 290 AI et EP 0 416 916 A2, le demrnier document cité proposant d'utiliser des afficheurs à cristaux liquides. Pour le moins, les afficheurs à cristaux liquides classi- ques ne conviennent pas actuellement pour une utilisation dans une zone d'une carte à puce, car les substrats en verre utilisés dans ceux-ci ne sont pas assez flexibles et sont fragiles. De même, l'épaisseur de ces afficheurs à cristaux liquides est difficile- ment compatible avec les exigences auxquelles doivent répondre les cartes à puce. Des écrans plats électroluminescents plus récents sont connus sous l'appellation , dans lesquels l'épaisseur de la couche lumineuse active est égale à quelques centaines de micromètres seulement. La couche fluorescente en sulfure de zinc dopé au manganèse est appliquée sur un substrat par un procédé de sérigraphie simple et, de ce fait, elle est flexible, résiste aux chlocs et vibrations, de telle manière que l'écran plat CCL électroluminescent convient en principe pour utiliser les cartes à puce. Toutefois, il se pose le problème de l'excitation des ions de manganèse qui nécessite une tension alternative de 100 volts et du coefficient d'efficacité de la source lumineuse qui ne représente qu'un dixième de ce qui peut être obtenu avec les unités à couche mince (technique TFT) utilisées habituellement sur les ordinateurs portables (cf. Egon Schmidt " Grol3er Betrachtungswinkel ohne Hintergrundbeleuchtung " [Grand angle de vision sans éclairage en arrière- plan], dans VDI-Nachrichten du 22 janvier 1999, page 10). Etant donné que les cartes à puce avec source de tension intégrée fournissent le plus souvent une tension continue de 5 volts, si elles sont munies d'une pile appro- priée, les écrans plats CCL électroluminescents ne peuvent pas encore être mis en place sur les cartes à puce. L'objet de la présente invention est de proposer un afficheur, destiné en parti- culier à être utilisé dans des cartes à puce, qui présente une bonne luminosité et qui fonctionne avec une faible alimentation en tension. Cet objet est résolu par un afficheur à structure multicouches, qui comprend une suite de couches lumineuses électroluminescentes entre lesquelles sont disposées des couches électro-conductrices transparentes. Selon un mode de réalisation, l'épaisseur des couches lumineuses est inférieure à 20 pm, et de préférence elle se situe entre 2 et 10 ptm. Les couches lumineuses sont de préférence réalisées dans un matériau à base de polymères et sont de préférence imprimées. Les couches électro-conductrices sont de préférence réalisées en oxyde d'indiumn ct d'étain (ITO). Selon un mode de réalisation de l'invention, l'afficheur est couple à un commutateur pour la commande en série des couches électro-conductrices. De préférence, le commutateur commande les couches électro-conductrices avec des impulsions rectangulaires. Selon un mode de réalisation de l'invention, les couches lumineuses sont structurées, de préférence subdivisées en segments, et les couches lumineuses sont de préférence disposées sur la totalité de la surface des électrodes structurées. L'invention propose également une carte à puce comprenant un tel afficheur. Selon l'invention, plusieurs couches lumineuses électroluminescentes très minces, telles que celles connues par les écrans plats CCL électroluminescents, entre lesquelles sont posées des couches électroconductrices transparentes, sont disposées les unes sur les autres. Un commutateur permet d'alimenter les couches conductrices les unes après les autres avec la tension continue fournie par une pile. Dans la première position de commutation, une tension est appliquée dans une première direction sur la première couche lumineuse, laquelle tension, dans la position de commutation suivante, est à nouveau supprimée en quelque sorte par l'inversion de la polarité. L'inversion de la polarité ainsi réalisée produit une tension alternative pour la première couche lumineuse. L'inversion de la tension entraîne en même temps l'application d'une tension sur la deuxième couche lumineuse contiguë. Cette tension est à nouveau inversée dans la troisième position de commutation et est appliquée sur la quatrième couche lumineuse, puis dans la position de commutation suivante sur la cinquième couche, etc. Les tensions alternatives produites de cette manière dans chaque couche lumineuse contiguë excitent les couches lumineuses l'une après l'autre pour les rendre luminescentes. À cet effet, on utilise le fait que les matières électroluminescentes sont " phosphorescentes >". Peu après l'excitation, elles atteignent vite leur intensité lumineuse maximale, qui décroît ensuite relative- ment lentement jusqu'à zéro. L'excitation en série de chacune des couches superpo- sées provoque ainsi une superposition des rayonnements émis par les différentes couches lumineuses, de telle manière que l'intensité lumineuse de l'afficheur est égale à un multiple de la somme des intensités lumineuses de chacune des couches lumineuses. Le procédé selon l'invention permet donc de manière avantageuse de renoncer à un onduleur qui convertit la tension continue fournie par la pile en une tension alternative. Alors qu'à l'heure actuelle il n'existe pas d'onduleur approprié aux cartes à puce, l'utilisation prévue selon l'invention d'un circuit à transistor sur la carte est par contre possible sans problème. Par conséquent, il est possible sains onduleur d'obtenir une grande luminance avec unec plus faible alimentation enll tension et unec plus faible épaisseur du dispositif. Par la répétition de l'application séquentielle de la tension sur les couches lumineuses d'un afficheur selon l'invention, il est possible de réguler la durée de la luminescence de celui-ci. En même temps, le coefficient d'efficacité de la source lumineuse est atteint avec une consommation d'énergie relativement faible - il n'apparaît pas de pertes dues au convertisseur, par exemple - et l'afficheur est optimisé à " >. C'est pourquoi un afficheur selon l'invention convient en particulier pour la fabrication des cartes à puce, mais n'est pas limité à cette application. L'invention est expliquée en détail ci-après à l'appui du dessin. Le dessin représente: la figure I: une carte à puce comprenant un afficheur, un commutateur, une source de tension et une puce; la figure 2 la disposition des couches d'un afficheur; la figure 3 une coupe transversale de la disposition des couches d'un affi- cheur; et la figure 4 le comportement des impulsions d'excitation et des intensités lumineuses en fonction du temps. La figure I illustre une carte à puce 10 comprenant un afficheur 1, une puce 2, une source de tension 3, et un commutateur 4. La puce 2 et l'afficheur I sont alimen- tés par la source de tension 3, le commutateur 4 étant disposé entre la source de tension 3 et l'afficheur 1, afin que les couches électroconductrices de l'afficheur I soient connectées l'une après l'autre avec la source de tension 3. La double flèche entre la puce 2 et le commutateur 4 met en évidence que le commutateur 4 est commandé par la puce 2. La source de tension 3 est une source de courant continu, en particulier une pile ou un condensateur. La figure 2 représente schématiquement la succession des couches de l'afficheur I comportant trois couches lumineuses électroluminescentes 6. Entre un substrat de base 8 transparent et la face arrière d'un substrat de recouvrement 7 sont disposées en alternance des électrodes de colonnes 5a et des électrodes de lignes 5b avec des couches lumineuses électroluminescentes 6 situées entre les électrodes. Les électrodes Sa, Sb sont formées dans un matériau transparent, tel l'oxyde d'étain dopé à l'indium (ITO), de telle manière que la lumière émise par les couches lumineuses 6 puisse traverser les électrodes Sa, 5b et le substrat de base 8 et sortir de la carte. La commande individuelle d'une électrode de colonnes Sa et d'une électrode de lignes b permet d'activer la luminescence d'un point défini dans la couche lumineuse 6 située entre les deux électrodes. De manière appropriée, il est aussi possible de commander des zones d'un afficheur à 7 champs. Les couches lumineuses 6 peuvent être déposées de maniaère simple par la technique de sérigraphie. Les matériaux parti- culièrement appropriés pour les couches lumineuses, en raison de leur flexibilité, sont des matériaux à base de polymères. Compte tenu des cartes à puce, le dépôt des couches par la technique de sérigraphie offre l'avantage de pouvoir être intégré sans difficulté dans les étapes de fabrication classiques des cartes à puce; un environne- ment spécifique pour la fabrication des couches lumineuses, tel le vide, n'est pas nécessaire. L'excitation des couches lumineuses 6 est décrite ci-après par l'exemple de la figure 3. Les repères 5.1 à 5.4 désignent les électrodes 5 superposées, les repères 6.1 à 6.3 désignent les couches lumineuses 6 situées entre les électrodes 5. Grâce à un commutateur qui peut être réalisé par exemple sous forme de semiconducteur métal- oxyde complémentaire (technique CMOS) au moyen de transistors, la tension fournie par la source de tension 3 est appliquée en premier sur l'électrode 5.1. Une source de tension 3 possible est une pile, qui fournit de manière typique une tension continue de 5 volts. Une telle pile permet d'appliquer sur l'électrode 5.1 une tension de 5 volts, aucune tension n'est appliquée sur l'électrode 5.2 sous-jacente. A la fin d'une durée de connexion définie, le commutateur applique la tension sur l'électrode 5.2 suivante, de telle manière que l'électrode 5.1 superposée est sans tension. Il se forme ainsi dans la couche lumineuse 6.1, située entre les électrodes 5.1 et 5.2, une tension alternative en onde rectangulaire. Une fois que la luminescence est activée de cette manière dans la couche lumineuse 6.1, la tension est appliquée dans la prochaine étape de commutation sur l'électrode 5.3 suivante contiguë, ce qui produit une tension alternative en onde rectangulaire sur la couche lumineuse 6.2 et active la luminescence de celle-ci. L'application de la tension continue sur l'électrode 5.4 suivante contiguë provoque le même effet sur la couche lumineuse 6.3. Le rayonne- ment luminescent émis par les couches lumineuses 6.1 à 6.3 est esquissé par des flèches sur la figure 3. Des matières luminescentes ont la propriété d'être phosphorescentes, de telle manière que les rayons émis par les différentes couches lumineuses se superposent dans le temps. il en résulte une intensité de rayonnement plus élevée par rapport à un afficheur à une seule couche. L'exploitation de la propriété de phosphorescence est représentée sur la figure 4. A cet effet, la figure 4 représente dans la partie supérieure la courbe de la tension en fonction du temps dans les différentes électrodes 5.1 à 5.4, dans la partie inférieure la courbe de l'intensité du rayonnement lumineux émis par les couches lumineuses 6.1 à 6.3 en fonction du mêlme temps. Coomme il apparaît sur le diagramme de la partie inférieure, la première application d'une tension d'excitation sur l'électrode 5.1 ne provoque pas, dans un premier temps, la luminies- cence de la couche luminleuse 6. I associée. Le transfert de la tension d'excitation sur- l'électrode 5.2 comnplète alors une onde rectangulaire de tension alternative et entraîne la luminescence de la couche lumineuse 6.1. L'évolution de l'intensité de la luminescence qui en résulte est représentée sur le diagramme de la partie inférieure de la figure 4 par la courbe a l'intensité de la luminescence croît d'abord rapide- ment jusqu'à un maximum, puis diminue lentement. A cet effet, le maximum est atteint lorsque la tension est appliquée à l'électrode suivante 5.3. De manière analo- gue, les couches lumineuses 6.2, 6.3 deviennent luminescentes l'une après l'autre, l'évolution de la luminescence de chacune de ces couches est reproduite sur la figure 4 par les courbes b et c. Lorsque toutes les couches lumineuses 6.1, 6.2, 6.3 ont été excitées une fois, il est possible d'appliquer immédiatement une nouvelle série d'excitation, par laquelle on obtient les courbes d'intensité d, e, f. En raison de leur lente désactivation, les intensités lumineuses de chaque couche se superposent, par conséquent les courbes a à f, et s'additionnent pour former une intensité lumineuse totale, qui est esquissée sur la figure 4 par la courbe Z en trait interrompu. La relation entre l'intensité lumineuse totale Z et les intensités lumineuses individuelles a à f dépend en particulier de la durée et de l'intensité de la phosphorescence de chaque couche lumineuse 6, ainsi que de la valeur et de la durée de la tension appliquée. En principe, une augmentation du nombre de couches lumineuses 6 entraîne une plus forte intensité lumineuse totale Z. Le nombre maximum de couches lumineuses 6 est limité, d'une part, par l'épaisseur minimale de la couche lumineuse et, d'autre part, par l'épaisseur de l'afficheur définie par le format de la carte à puce. Les couches lumineuses 6 ont de préférence une épaisseur inférieure à 20 p.m, de préférence l'épaisseur de la couche est de 2 à 10 pin. Une plus faible épaisseur de couche entraîne une croissance linéaire de l'intensité du champ électrique dans la couche lumineuse et, de ce fait, le coefficient d'efficacité de la source lumineuse. Des couches lumineuses de faible épaisseur permettent, en outre, de maintenir à une faible valeur l'absorption de la lumière émise par les couches inférieures dans les couches superposées. REVENDICATIONS I.- Afficheur à structure multicouches, qui comprend une suite de couches lumineuses (6, 6.1 à 6.3) électroluminescentes entre lesquelles sont disposées des couches électro-coniductrices (5, Sa, 5b, 5.1 à 5.4) transparentes. 2.- Afficheur selon la revendication 1, caractérisé enl ce que l'épaisseur des couches lumineuses (6) est inférieure à 20 pim. 3.- Afficheur selon la revendication 2, caractérisé eil ce que l'épaisseur des couches lumineuses (6) se situe entre 2 et 10 pio. 4.- Afficheur selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisé en ce que les couches lumineuses (6) sont réalisées dans un matériau à base de polymères. 5.- Afficheur selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce que les couches lumineuses (6) sont imprimées. 6.- Afficheur selon l'une quelconque des revendications I à 5, caractérisé en ce que les couches électro-conductrices (5) sont réalisées en oxyde d'étain dopé à l'indium (ITO). 7.- Afficheur selon l'une quelconque des revendications I à 6, caractérisé en ce que l'afficheur (1) est couplé à une source de tension continue (3). 8.- Afficheur selon l'une quelconque des revendications I à 7, caractérisé en ce que l'afficheur (1) est couplé à un commutateur (4) pour la commande en série des couches électro-conductrices (5). 9.- Afficheur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le commutateur (4) est un commutateur à semi-conducteur. 10.- Afficheur selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le commnu- tateur (4) commande les couches électro-conductrices (5) avec des impulsions rectangulaires (figure 4). 1 l.- Afficheur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les couches lumrni- neuses (6) sont structurées, de préférence subdivisées en segments. 12.- Afficheur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les couches lumi- neuses (6) sont déposées sur la totalité de la surface des électrodes structurées. 13.- Une carte à puce (10) comprenant un afficheur (1) selon l'une quelconque des revendications I à 10.