DE10124457A1 - Faser mit integriertem elektronischem Bauteil, elektronisches Gewebe, Herstellungsverfahren und Verwendung dazu - Google Patents
Faser mit integriertem elektronischem Bauteil, elektronisches Gewebe, Herstellungsverfahren und Verwendung dazuInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft das neue Gebiet der "wearable electronics" insbesondere ein in eine Faser integriertes elektronisches Bauteil, ein Gewebe für ein Textil mit zumindest einer Faser mit integriertem elektronischem Bauteil, ein Herstellungsverfahren und Verwendungen dazu. Durch die Erfindung wird erstmals textiles Gewebe vorgestellt, in dem elektronische Bauteile in den Fasern des Gewebes selbst integriert sind. Die Fasern werden dabei als leitende oder isolierende Elemente der Bauteile genutzt.
Description
Die Erfindung betrifft das neue Gebiet der "wearable electro
nics" insbesondere ein in eine Faser integriertes elektroni
sches Bauteil, ein Gewebe für ein Textil mit zumindest einer
Faser mit integriertem elektronischem Bauteil, ein Herstel
lungsverfahren und Verwendungen dazu.
Gewebe mit einem integrierten elektronischen Bauteil ist bis
lang praktisch unbekannt. Erste Ansätze beruhen darauf, dass
man herkömmliche, siliziumhaltige Halbleiter-Elektronik oder
einfache metallische Leiterfäden ins Gewebe einbaut. Nachtei
lig daran ist, dass die Fasern der Gewebe selbst keine Träger
elektronischer Bauteile sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Faser zu schaffen, in der
ein elektronisches Bauteil integriert ist.
Gegenstand der Erfindung ist eine Faser mit zumindest einem
integriertem elektronischem Bauteil, wobei zumindest ein Teil
der Faser Leiterbahn, isolierende oder halbleitende Schicht
des Bauteils und/oder ein sonstiges Element des Bauteils ist.
Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung ein Gewebe, das zumin
dest eine Faser mit einem integrierten elektronischen Bauteil
umfasst. Schließlich ist Gegenstand der Erfindung die Her
stellung eines elektronischen und/oder intelligenten Gewebes
durch Verknüpfung einer Faser mit integriertem elektronischem
Bauteil mit zumindest einer weiteren Faser, die gleich oder
ungleich der ersten Faser sein kann. Schließlich ist Gegens
tand der Erfindung die Verwendung von elektronischem Gewebe
in Kleidung, Möbel, Einrichtung und/oder sonstigen Textilien.
Als "elektronisches Bauteil" wird jedes denkbare elektroni
sche Bauteil bezeichnet, also passive Bauteile wie beispiels
Weise ein Widerstand, ein Kondensator oder eine Spule, sowie
aktive Bauteile wie beispielsweise eine Diode und/oder ein
Transistor etc. Als Diode kann natürlich auch eine Leuchtdio
de gemeint sein.
In textiles Gewebe sollen elektronische Bauteile eingefügt
werden, um eine "intelligente Kleidung" herzustellen. Das Ge
webe übernimmt beispielsweise die Funktion von isolierten
Leiterbahnen und dient gleichzeitig der Aufnahme elektroni
scher Bauelemente. Dies kann für viele verschiedene Zwecke
eingesetzt werden, z. B. zur Sensorik (Temperatur, Herzschlag,
Blutdruck, Schweiß, . . .) zur Kommunikation (integriertes Te
lefon, Modem, . . .) zur Realisierung von Schaltungen in Klei
dung (inkl. Schuhe, Hüte, Handschuhe etc.), Bezügen, Taschen
und/oder Wägen (z. B. Einkaufswagen, Türverkleidung beim Fahr
zeug, Polster im KFZ, Zug oder Flugzeug) zur Integration ei
ner intelligenten Faser in Stühle, Büromöbel, oder ähnliches.
Nach der Erfindung ist in der einzelnen Faser integriert ein
elektronisches Bauteil enthalten. Dies lässt sich beispiels
weise mit einem Bauteil basierend auf im Wesentlichen organi
schem Material (mit organischem Leiter, Halbleiter und/oder
Isolator) realisieren. Dabei entstehen Bauteile wie organi
sche Feldeffekttransistoren, organische Dioden (auch Leucht
dioden), Photovoltaik-Elemente, Sensorelemente (z. B. Druck,
Temperatur, Feuchtigkeit, . . .) oder auch ein passives Bauteil
basierend auf im Wesentlichen organischer Elektronik wie ein
Widersand etc. Natürlich kann auch ein elektronisches Bauteil
oder eine Schaltung mit einer Kombination aus organischer und
anorganischer Elektronik vorliegen.
Als "organische Elektronik" werden Bauteile bezeichnet, die
im Wesentlichen auf organischem Material basieren. Als
"anorganische Elektronik" wird im Gegensatz dazu die herkömm
liche siliziumhaltige Elektronik sowie metallische Leiter
verstanden. Alle Elektronik, die nicht herkömmlich, das heißt
Silizium, Galliumarsenid oder ähnliche aus dieser Technologie
bekannte Materialien, enthaltende Elektronik ist, wird hier
als "organische Elektronik" bezeichnet, wobei z. B. grundsätz
lich anorganische Kunststoffe und Metalle auch unter diesen
Begriff fallen können.
Beispiele für gut leitende Fasern der organischen Elektronik
sind Fasern, die organische Leiter wie z. B. Polyanilin, Poly
pyrrol, PEDOT oder ähnliches enthalten.
Beispiele für halbleitende Fasern der organischen Elektronik
sind Fasern, die organische Halbleiter, wie z. B. Polythio
phen, Polyfluoren, Pentacen oder ähnliches enthalten.
Beispiele für isolierende Fasern der organischen Elektronik
sind Fasern, die Polyimid, Polyhydroxystyrol, oder sonstige
isolierende organische Materialien enthalten.
Zur Einbettung und/oder Ummantelung der Elektronik geeignete
textile Fasern sind sämtliche in der Textilindustrie gängigen
Chemiefasern wie Polyacryl-, Polyamid-, Polyester-, Elastan-,
Viskose-, Acetat-Fasern, sowie Polytetrafluorethylenfasern
(PTFE) und sämtliche unter dem Sammelbegriff Mikrofasern gän
gige Fasern
Bei der Herstellung des Gewebes wird durch entsprechende Ver
bindung oder Auftrennung an den Kreuzungspunkten der Fäden im
Gewebe eine oder mehrere geeignete Verknüpfungen hergestellt
oder unterbrochen, so dass eine komplexe elektronische Schal
tung realisiert werden kann. Im einfachsten Fall wird ein
Leiterbahnengeflecht erzeugt, das beispielsweise eine in ei
nem Textil integrierte Spule darstellt.
Das zumindest eine Bauteil ist in der Faser durch geeigneten
Schichtaufbau integriert. Dazu sind die Fasern so ausgelegt,
dass die Bauteile durch eine integrierte Faser oder eine ent
sprechend leitfähige Oberfläche miteinander elektrisch ver
bunden sind.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand dreier Figuren, die
Ausführungsformen der Erfindung darstellen, näher erläutert.
Fig. 1 zeigt drei Ausschnitte einer oder mehrerer Fasern mit
verschiedenen integrierten Bauteilen.
Fig. 2 und 3 zeigen Beispiele für intelligente Gewebe.
In Fig. 1 sind drei Ausschnitte einer Faser oder drei Fasern
gezeigt mit jeweils einem anderen Bauteil integriert.
Das Teilbild A) zeigt einen schematischen Aufbau eines Wider
stands, der in eine Faser integriert ist. Zu sehen ist die
Gewebefaser 1, die eine leitfähige Faser 2 ummantelt, wobei
die gut leitfähige Faser 2 verbunden ist mit einer schlechter
leitfähigen Faser (im Bild als eine Verdickung dargestellt)
in Form eines Widerstands 3.
Als Teilbild B) ist der schematische Aufbau eines Kondensa
tors und/oder einer Diode in einer Faser integriert gezeigt.
Zu sehen ist wieder die Gewebefaser 1, die zwei gut leitfähi
ge Fasern 2 ummantelt. In der Mitte ist ein Bereich mit über
lappenden Enden 4 zu erkennen, in dem die beiden Enden der
integrierten gut leitfähigen Fasern sich überlappen. Die ü
berlappenden Enden 4 sind im Fall eines Kondensators gegen
einander isoliert und können damit als Kondensator wirken. Im
Fall einer Diode ist zwischen den beiden leitfähigen Fasern
ein System mit halbleitenden Schichten integriert, so dass
dieser Aufbau als Diode wirkt. Dies kann natürlich auch eine
Leuchtdiode sein.
Als Teilbild C) ist schließlich in Fig. 1 ein Transistor,
der in einer Faser realisiert ist, gezeigt. Beispielsweise
kann es sich dabei um einen organischen Feld-Effekt-Transis
tor handeln. Wieder ist außen die Gewebefaser 1 zu erkennen,
die zumindest zwei gut leitfähige Fasern 2 ummantelt. In ei
nem Bereich 5 aus halbleitendem Material überlappen sich die
Enden der gut leitfähigen Fasern und bilden die Source und
Drain Elektroden 6 des organischen Feld-Effekt-Transistors.
Der Bereich 5 aus halbleitendem Material in das die Elektro
den 6 eingebettet sind, wird von leitendem Material als Gate
Elektrode 7 umgeben. Dabei ist die Gateelektrode noch durch
eine isolierende Schicht von dem halbleitenden Material ge
trennt. Die Gateelektrode kann ebenso gut die Außenfläche al
so die Faseroberfläche sein.
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus einem intelligentem Gewe
be. Zu sehen sind die beiden Gewebefäden 8 die sich kreuzen.
Beide Gewebefäden haben ein integriertes elektronisches Bau
teil 9 mit einer gut leitfähigen Faser 2. Am Kreuzungspunkt
10 ist eine Verbindung vorgesehen, mit der eine Leitung von
der einen Faser zu der anderen gebildet wird.
Fig. 3 schließlich zeigt eine Realisierung einer komplexen
Schaltung durch ein intelligentes Gewebe mit mehreren Fasern
11, die jeweils integrierte elektronische Bauteile 12 haben,
und die an verschiedenen Kreuzungspunkten 13 miteinander ver
knüpft/verbunden sind.
Durch die Erfindung wird erstmals textiles Gewebe vorge
stellt, in dem elektronische Bauteile in den Fasern des Gewe
bes selbst integriert sind. Die Fasern werden dabei bei
spielsweise als leitende, halbleitende oder isolierende Ele
mente der Bauteile genutzt.
Claims (10)
1. Faser mit zumindest einem integrierten elektronischen Bau
teil, wobei zumindest ein Teil der Faser Leiterbahn, halblei
tende oder isolierende Schicht des Bauteils und/oder ein
sonstiges Element des Bauteils ist.
2. Faser nach Anspruch 1, bei der das Bauteil ein Transistor
ist.
3. Faser nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Bauteil ein
Feldeffekttransistor aus im Wesentlichen organischem Material
ist.
4. Faser nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das
Bauteil ein Kondensator oder eine Diode ist.
5. Faser nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das
Bauteil ein Widerstand ist.
6. Gewebe, das zumindest eine Faser mit zumindest einem in
tegrierten elektronischen Bauteil umfasst.
7. Gewebe nach Anspruch 6, bei dem durch geeignete Verbindun
gen oder Auftrennungen an den Kreuzungspunkten der Fasern im
Gewebe eine elektronische Schaltung realisiert ist.
8. Gewebe nach einem der Ansprüche 6 oder 7, in dem ein Lei
terbahnengeflecht, wie eine Spule, realisiert ist.
9. Verfahren zur Herstellung eines elektronischen und/oder
intelligenten Gewebes durch Verknüpfung einer Faser mit zu
mindest einem integrierten elektronischen Bauteil mit zumin
dest einer weiteren Faser, die gleich oder ungleich der ers
ten Faser ist.
10. Verwendung von elektronischem Gewebe in Kleidung, Möbel,
Einrichtung und sonstigen Textilien.
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