Смарт-карта (электронная карта) и способ ее изготовления - RU2179337C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к области электронных устройств и может быть использовано в качестве многофункциональных электронных карт.

Известны электронные карты, состоящие из функциональных элементов, размещенных между двумя пластинами. В качестве функциональных элементов в них использованы, в частности, микроэлектронный элемент, который обеспечивает хранение и обработку информации, элемент питания, жидкокристаллический (ЖК) дисплей, система связи с внутренними и внешними элементами [1, 2]. Эти элементы защищены двумя пластинами.

Известным электронным картам присущи определенные недостатки. В частности, некоторые функциональные элементы электронной карты такие, как микроэлектронный элемент и дисплей, представляют собой отдельные устройства, которые встраиваются в процессе сборки карты между двух пластин. Такая конструкция требует применения специального соединения между электронными элементами и другими элементами карты, обеспечивающего надежный электрический контакт между ними. Наличие нескольких устройств между двумя тонкими пластинами уменьшает механическую прочность конструкции в целом. Кроме того, способы изготовления ЖК-дисплеев, применяющихся в картах, делают невозможным изготовление элементов карты и дисплея в едином технологическом процессе.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции электронной карты, возможность обеспечения единого процесса изготовления карты с дисплеем, уменьшение ее толщины, повышение механической прочности, производительности и экономичности ее изготовления, а также повышение надежности карты.

Смарт-карта представляет собой совокупность нескольких функциональных элементов, и ее толщина является определенной величиной. Поэтому механическая прочность смарт-карты обеспечивается как механической прочностью входящих в нее элементов (элементы дисплея, другие функциональные элементы, пластины), так и механической прочностью соединения этих элементов в единое целое. Используя ЖК индикаторный элемент с внутренними поляризаторами, мы обеспечиваем механическую прочность карты, как за счет возможности использовать более толстые пластины карты, так и за счет того, что, по крайней мере, одна из пластин карты и дисплея общая. Наиболее уязвимым местом в смарт-карте с точки зрения механической прочности являются места стыка внутренних элементов. Механическая прочность будет выше в том случае, если жесткость внешней пластины будет выше, чем жесткость внутренних элементов. Это при прочих равных условиях будет обеспечиваться за счет соотношения толщин внутренних элементов и внешней пластины. Именно дисплей с внутренними поляризаторами обеспечивает возможность повысить механическую прочность смарт-карты, однако это свойство никоим образом не следует из свойств самого дисплея.

Кроме того, использование внутренних поляризаторов исключает необходимость использования планаризующей и защитной пленок. Формируя внешний поляризатор на общей панели, пришлось бы наносить его на всю панель, что было бы дорого, или наносить пленку внешнего поляризатора лишь на часть общей панели, но при этом формировать планаризующий слой, что также усложняло бы как саму конструкцию, так и процесс ее изготовления и, кроме того, было бы экономически менее выгодным.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в смарт-карте (электронной карте), содержащей две пластины с размещенными между ними и/или на них функциональными элементами, в состав которых входит дисплей с жидкокристаллическим индикаторным элементом, а также могут входить микроэлектронный элемент, элемент питания, клавишная система, система связи с внутренними и внешними элементами и/или другие элементы, в качестве жидкокристаллического дисплея использован дисплей, который содержит две стенки, со стороны внутренних поверхностей которых сформированы соответствующие электроды или системы электродов, поверх, по крайней мере, одного электрода или системы электродов размещен, по крайней мере один, слой поляризатора и жидкий кристалл, причем, по крайней мере, одной из стенок индикаторного элемента является одна из пластин карты, со стороны внутренней поверхности которой сформирован соответствующий электрод или система электродов.

Второй стенкой индикаторного элемента может являться вторая пластина карты, со стороны внутренней поверхности которой сформирован соответствующий электрод или электродная система.

В качестве индикаторного элемента может быть использован элемент отражательного типа, в котором электрод или система электродов, по крайней мере, одной из стенок выполнена из оптически прозрачного материала, а на поверхности другой стенки расположен диффузно отражающий слой. При этом диффузно отражающий слой может одновременно образовывать электрод или систему электродов указанной стенки.

В индикаторном элементе отражательного типа одна из стенок элемента выполнена из оптически прозрачного материала, а вторая стенка может быть выполнена из монокристаллического кремния, или из металла, или из пластика, или из стекла.

В индикаторном элементе отражательного типа между диффузно отражающим слоем и ЖК или между ЖК и слоем поляризатора расположен двулучепреломляющий слой.

Система электродов, по крайней мере, одной из стенок индикаторного элемента может быть выполнена из электропроводящего полимера.

По крайней мере, один из поляризаторов может быть выполнен в виде молекулярно ориентированного слоя дихроичного красителя, способного к образованию лиотропной жидкокристаллической фазы.

Для формирования цветного отображения выводимой информации со стороны внутренней поверхности одной из стенок индикаторного элемента между стенкой и одним из поляризаторов сформирован слой цветной матрицы или рисунка.

По крайней мере, один из поляризаторов может быть выполнен из поляризующих элементов, различающихся цветом и/или направлением оси поляризации.

По крайней мере, один из поляризаторов может быть размещен на прозрачном электроде, или между стенкой и электродом, или на изолирующем подслое, покрывающем прозрачный электрод, или между ориентирующим слоем, расположенным на поляризаторе, и электродом, или между ориентирующим слоем и изолирующим подслоем, покрывающим электрод.

Благодаря заявленной совокупности признаков, дисплей, используемый в карте, может иметь оптический путь, не превышающий 10 мкм.

Между внешними - покрывными пластинами карты может быть размещена, по крайней мере, одна вспомогательная пластина с окнами под соответствующие функциональные элементы, являющаяся ограничителем.

Жидкокристаллический дисплей может быть выполнен с сенсорным экраном и цифровым и/или буквенным планшетом для обеспечения ввода информации.

Технический результат способа изготовления электронной карты заключается в возможности обеспечения единого процесса изготовления карты с дисплеем, повышении производительности и экономичности.

Указанный технический результат заявленного способа достигается тем, что в способе изготовления электронной карты, предусматривающем размещение функциональных элементов на, по крайней мере, одной из двух пластин карты и соединение пластин, в качестве одного из функциональных элементов карты используют дисплей на основе ЖК индикаторного элемента с внутренним поляризатором, индикаторный элемент формируют в процессе изготовления карты, при этом в качестве, по крайней мере, одной из стенок индикаторного элемента используют одну из пластин карты, со стороны внутренней поверхности которой формируют соответствующий электрод или систему электродов индикаторного элемента.

В качестве второй стенки индикаторного элемента дисплея могут использовать вторую пластину карты, со стороны внутренней поверхности которой формируют соответствующий электрод или систему электродов.

Для индикаторного элемента отражательного типа электрод или систему электродов, по крайней мере, одной из стенок выполняют из оптически прозрачного материала, поверх которого формируют слой поляризатора, на поверхности другой стенки формируют диффузно отражающий слой. При этом, по крайней мере, часть пластины карты, на которой сформирован дисплей выполнена из оптически прозрачного материала.

Диффузно отражающий слой может образовывать электрод или систему электродов.

На поверхности диффузно отражающего слоя с одной стороны или на поверхности слоя поляризатора с другой формируют двулучепреломляющий слой.

По крайней мере, один слой поляризатора формируют на оптически прозрачном электроде, или на стенке индикаторного элемента, или на изолирующем подслое, покрывающем оптически прозрачный электрод.

Операцию формирования системы проводников, обеспечивающих коммутацию функциональных элементов карты, на, по крайней мере, одной из пластин карты, проводят либо до формирования электрода или системы электродов дисплея на этой пластине, либо после, либо одновременно в едином технологическом цикле. При этом проводники и электроды могут быть изготовлены как из одного, так и из различных материалов.

При размещении функциональных элементов на, по крайней мере, одну пластину карты накладывают, по крайней мере, одну промежуточную пластину с окнами под соответствующие функциональные элементы. При этом функциональные элементы карты размещают на пластине либо до наложения промежуточной пластины, либо после, либо частично до, а частично после.

Слой ЖК формируют либо на поверхности поляризатора одной из пластин карты до соединения пластин, либо после соединения пластин карты путем заливки. В качестве индикаторного элемента может быть использован элемент пропускающего типа, в котором системы электродов обеих стенок выполнены из оптически прозрачного материала.

Строение электронной карты проиллюстрировано фигурами 1-6. На фиг. 1 показана общая схема расположения и взаимодействия элементов электронной карты. На фиг. 2 представлено строение электронной карты в сечении А-А с ЖК-дисплеем пропускающего типа, в котором одна из пластин карты служит стенкой ЖК-дисплея. На фиг. 3 представлено строение электронной карты в сечении А-А с ЖК-дисплеем пропускающего типа, в котором обе пластины карты служат стенками ЖК-дисплея. На фиг. 4 представлено строение электронной карты в сечении А-А с ЖК-дисплеем отражательного типа. На фиг. 5 представлено строение электронной карты в сечении А-А с ЖК-дисплеем отражательного типа с одним поляризатором. На фиг. 6 схематично представлены различные варианты сборок электронной карты с промежуточными пластинами.

Электронная карта (фиг. 1) может содержать микроэлектронный элемент, источник питания, клавишную систему, устройство связи электронной карты с внешним устройством записи и считывания информации, дисплей, систему проводников и/или другие элементы. Микроэлектронный элемент обеспечивает обработку информации, поступающую с внешнего устройства записи и считывания или с клавишной системы, хранение информации и управление дисплеем. Он может быть исполнен в виде одного или нескольких микроэлектронных схем (микрочипов), которые встраиваются в карту, либо изготовлением микроэлектронной схемы непосредственно на внутренней поверхности пластины путем, например, нанесения на нее пленки кремния и последующего формирования на ней необходимых электронных элементов. Источник питания обеспечивает работу всех элементов карты. В качестве источника питания может служить солнечная батарея, электрохимический источник питания или любой другой доступный источник питания. Клавишная система позволяет пользователю изменять режим работы карты или вводить необходимые данные. Клавишная система может быть реализована на основе емкостной, индуктивной или оптической связи, а также за счет изменения проводимости или других свойств соответствующего материала при механическом, звуковом или другом воздействии на него. Устройство связи с внешним устройством записи на карту и считывания с нее информации необходимо для обмена данными, хранящимися в памяти карты, и удаленным устройством обработки информации. Оно может быть выполнено как контактным, так и бесконтактным способом с использованием емкостной, индуктивной, оптической, магнитной, радиочастотной или иной связи. Дисплей необходим для визуализации режима работы карты, хранящейся в ней информации и процесса обмена информацией с внешним устройством. В качестве дисплеев могут быть использованы ЖК-дисплеи различных типов, в том числе, ЖК-дисплей на твист нематике, супер-твист нематике, на смектических ЖК и др. Система проводников обеспечивает коммутацию внутренних элементов карты. Она может быть выполнена на основе любых известных электропроводящих материалов, в том числе, металлов и проводящих полимеров. Схематичное представление электронной карты на фигуре 1 обусловлено тем, что в данном случае нас интересует выполнение конкретного элемента, а именно ЖК-дисплея. Предложенная конструкция карты с определенным дисплеем позволяет реализовать заявленное преимущество при различных наборах функциональных элементов карты различного назначения.

Рассмотрим более подробно строение дисплея электронной карты. В одном из вариантов выполнения электронной карты с ЖК-дисплеем пропускающего типа, одна из его стенок является одновременно пластиной 1 электронной карты, которая выполнена, по крайней мере, в этой области из оптически прозрачного материла (фиг. 2). Другая стенка дисплея 2 не является пластиной карты и может быть выполнена из любого прозрачного материала, например, полимерной пленки или стекла. Со стороны внутренней поверхности стенки 2 и пластины 1 сформированы электроды или системы электродов 4 из оптически прозрачных материалов, например, IТО или проводящего полимера. Поверх электродов 4 нанесены слои поляризаторов 5 с направлением осей поляризации под определенным углом друг к другу, например, 90^o. Область между поляризаторами заполнена жидким кристаллом, который ориентируется поверхностью поляризаторов, образуя при этом закрученную на заданный угол, например, на 90^o твист-структуру. За пределами рабочей области дисплея стенка 2 и пластина 1 герметично соединены между собой одним из известных способов, например, клеевым слоем 7. Другим способом соединения может быть сварка материалов пластины и стенки. Со стороны стенки 2 вся конструкция электронной карты закрыта второй пластиной 3. Клеевой слой 8 обеспечивает прочность соединения пластины 3 со стенкой 2 дисплея и другими элементами конструкции.

В другом варианте пропускающего дисплея (фиг. 3) пластины 1 и 2 электронной карты одновременно являются стенками дисплея. На пластинах размещены система электродов 4 и поляризаторы 5.

В электронной карте с отражательным вариантом дисплея (фиг. 4) вместо системы электродов 4 на одной из стенок дисплея сформирован диффузный отражатель (рефлектор) 9, который выполнен из пленки алюминия и одновременно служит электродом или системой электродов. При этом стенка дисплея 2, на которой расположен отражатель, может быть выполнена из непрозрачного материала, например, кристаллического кремния. Очевидно, что возможен вариант строения электронной карты, в которой отражательный элемент расположен на пластине 1, а также когда стенками дисплея служат две пластины карты.

В электронной карте может быть реализован отражательный дисплей с одним поляризатором. Один из вариантов строения электронной карты с одним поляризатором показан на фиг. 5. В этом случае строение стенки дисплея 1, совпадающей с пластиной карты, остается без изменения. Вторая стенка 2 представляет собой четвертьволновую пластину и может быть выполнена из оптически анизотропного материала соответствующей толщины. Быстрая оптическая ось пластины ориентирована под углом 45^o к направлению ориентации ЖК. На внешней по отношению к жидкому кристаллу поверхности этой стенки сформирован диффузный отражатель 9, а на внутренней стороне - прозрачный электрод или система электродов 4. Поверх электродов наносится ориентирующий слой 10, который придает жидкому кристаллу 6 ориентацию. Пластина 3, как и в других случаях, закрывает всю конструкцию и закрепляется с помощью клеевого слоя 8. Жидкий кристалл 6 ориентирован поверхностью поляризатора 5 и ориентирующим слоем 10 так же, как и в других случаях, с образованием твист-структуры.

Рассмотренные варианты изготовления электронной карты с ЖК-дисплеем, в котором оптический путь может быть менее 10 мкм, обеспечивают уменьшение толщины карты.

При изготовлении карты формируют систему проводников на пластинах карты. Одновременно с формированием системы проводников формируют систему электродов дисплея на одной из пластин карты. Для пропускающего варианта дисплея в качестве проводящего материала используют, например, IТО. При формировании электродов и системы проводников в едином технологическом процессе повышается производительность процесса, а также надежность проводящей системы карты.

Другим вариантом изготовления карты является способ, в котором систему проводников карты и электроды дисплея формируют в различных технологических процессах. При этом материалы электропроводящих элементов могут быть различными.

После формирования электродов дисплея формируют поляризаторы одним из известных методов.

Одной из последних операций при изготовлении электронной карты является совмещение и соединение ее пластин. При сборке электронной карты, поскольку ее функциональные элементы имеют разные размеры (толщину), конформное наложение покрывной пластины на разновеликие элементы может привести к сдвигу, перекосу, смещению уже размещенных элементов, что в конечном результате может нарушить целостность карты и снизить надежность ее работы. Поэтому к операции ламинирования, которой обычно завершается процесс изготовления карты, предъявляют жесткие требования. Другим вариантом сборки электронной карты является размещение ее элементов в специально сформированных в промежуточной тонкой пластине окнах. Пластина в данном случае выполняет функцию ограничительного элемента. Использование вспомогательной пластины-ограничителя позволяет проводить завершающую операцию соединения внешних пластин карты по планарной поверхности вспомогательной пластины. При необходимости, могут быть использованы, например две или более тонкие промежуточные пластины, наложенные друг на друга и скрепленные между собой. Соответственно окно под элемент наибольших размеров (толщины) или под элемент, требующий сквозного оптического или электрического контакта, должно быть выполнено сквозным во всех промежуточных пластинах. При наличии функциональных элементов, размещенных как на одной, так и на другой внешней пластине электронной карты, окна под соответствующие элементы выполняются в соответствующих промежуточных пластинах. На фиг. 6 схематично представлены различные варианты сборок электронных карт. Возможны следующие варианты - а/ без вспомогательной пластины, в/ - с одной вспомогательной пластиной, с/ - с двумя вспомогательными пластинами.

Представленные примеры реализации электронной карты и способа ее изготовления не исчерпывают всех различных вариантов, изложенных в формуле изобретения.

Электронная карта действует следующим образом. С помощью клавиатуры устанавливается функциональный статус работы карты в зависимости от того, какую функцию она должна выполнять в данный момент. Например, она может быть настроена на работу в качестве идентификационной, кредитной или медицинской карты, карты парковки и т.п. Количество функций, которые она может выполнять, определяется микроэлектронной схемой, используемой в карте. После установки функционального статуса клавиатурой устанавливается режим работы карты, определяющий характер действий, которые должны быть проведены над картой. Это может быть просмотр пользователем на дисплее данных, записанных в памяти карты или обмен данными с внешним устройством при проведении пользователем каких-либо операций, обслуживаемых электронной картой. Например, пользователь может установить режим просмотра остатка средств на банковском счете, осуществление фиксированных платежей и т.п. В другом случае, например, при оплате счета в магазине, карточка устанавливается в режим обмена данных с кассовым аппаратом и вставляется в считывающее/записывающее устройство. Обмен данными идет через устройство связи (интерфейс). При этом на дисплее карточки может отображаться связанная с этой операцией информация. При проведении указанных действий в микросхеме обрабатываются команды, вводимые пользователем или оператором, обслуживающим карту через устройство связи, карта сохраняет данные в памяти и управляет выводом информации на дисплей. При этом элемент питания обеспечивает электропитанием все функциональные элементы карты.

Принцип действия ЖК-дисплея с поляризующими элементами, расположенными внутри ячейки, рассмотрим на примере пропускающего варианта ЖК-индикатора на основе закрученного на 90^o нематика (фиг. 2). Неполяризованный световой поток падает на дисплей со стороны первой пластины 1. После прохождения через нее и прозрачный электрод 4 свет поляризуется при прохождении через поляризатор 5. Если напряжение на электродах отсутствует, поляризованный свет проходит через слой жидкого кристалла 6, поворачивая свою плоскость поляризации на 90^o, и проходит без ослабления через второй поляризующий слой 5, прозрачный электрод 4 и пластины 2 и 3. При этом область электродов будет выглядеть светлой. При подаче напряжения на электроды под действием электрического поля закрученная форма нематика переходит в гомеотропную, в которой оптическая ось нематика ориентируется перпендикулярно плоскости пластин 1 и 2, и он перестает вращать плоскость поляризации проходящего через него света. Это означает, что при прохождении света через слой нематика заданное поляризатором 5 направление плоскости поляризации света не изменится и будет на выходе из нематика 3 перпендикулярно направлению поляризации второго поляризатора 5. При прохождении света через второй поляризатор 5 свет поглощается им, и эта область будет на просвет выглядеть темной. В тех областях индикатора, где нет электродов, всегда сохраняется закрученная форма нематика, и эти области выглядят всегда светлыми.

В отражательном типе индикаторов принцип действия сохраняется таким же, как и в индикаторе пропускающего типа. Разница заключается только в том, что свет не проходит через пластину 2, а через все оставшиеся элементы проходит два раза. При этом при отражении от отражающего слоя 9 плоскость поляризации света сохраняет свою ориентацию.

В дисплее с одним поляризатором свет проходит через пластину 1, электрод 4, поляризатор 5, жидкий кристалл 6, ориентирующий слой 10 и электрод 4. Далее он попадает на четвертьволновую пластину 2, при прохождении через нее с отражением на слое 9 два раза, плоскость поляризации света поворачивается на 90^o и свет беспрепятственно проходит через все слои обратно. При подаче напряжения на электроды жидкий кристалл перестает вращать плоскость поляризации света. В результате свет падает на четвертьволновую пластину с тем же направлением плоскости поляризации, с каким вышел из поляризатора 4. После двойного прохождения света через четвертьволновую пластину она поворачивается на 90^o и, в результате чего свет при попадании на поляризатор поглощается им. Таким образом, области электродов, на которые не подано напряжение будут выглядеть светлыми, а области под напряжением - темными.

Таким образом, представленная электронная карта, обеспечивает любой набор необходимых операций и функций. При этом достигнут указанный технический результат, который заключается в упрощении конструкции карты, в обеспечении возможности изготовления ряда элементов в едином технологическом процессе, что ведет к повышению производительности. Уменьшается толщина карты, повышается механическая прочность, поскольку пластина карты является элементом дисплея и исключена, по крайней мере, одна операция склеивания. Повышается экономичность изготовления за счет экономии материала стенки дисплея. В конечном результате повышается надежность работы карты, поскольку унифицирован процесс ее изготовления.

Источники информации
1. ЕР 0498582 А2, G 06 K 7/10, 1992.

2. GB 2275654 A, G 06 K 19/073, 1994.

Реферат

Изобретение относится к многофункциональным электронным картам. Его использование позволяет получить технический результат в виде упрощения конструкции карты и улучшения ее характеристик с обеспечением единого процесса изготовления карты с дисплеем. Смарт-карта содержит две пластины с размещенными между ними функциональными элементами, в состав которых входит дисплей с жидкокристаллическим индикаторным элементом. Технический результат достигается благодаря тому, что в качестве жидкокристалличекого индикаторного элемента, который формируется в процессе изготовления карты, использован элемент с по крайней мере одним внутренним поляризатором, содержащий две стенки, со стороны внутренней поверхности которых сформированы соответствующие электроды или системы электродов, поверх которых размещен по крайней мере один слой поляризатора, и жидкий кристалл, причем по крайней мере одной из стенок индикаторного элемента является одна из пластин карты, со стороны внутренней поверхности которой сформирован соответствующий электрод или система электродов. 2 с. и 22 з.п. ф-лы, 6 ил.

Формула