DE102018010197A1 - Electronic element and electrically controlled display element - Google Patents

Electronic element and electrically controlled display element Download PDF

Info

Publication number
DE102018010197A1
DE102018010197A1 DE102018010197.6A DE102018010197A DE102018010197A1 DE 102018010197 A1 DE102018010197 A1 DE 102018010197A1 DE 102018010197 A DE102018010197 A DE 102018010197A DE 102018010197 A1 DE102018010197 A1 DE 102018010197A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
software
display
display element
computer
data
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102018010197.6A
Other languages
German (de)
Inventor
Udo Tünte
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Grid Invent gGmbH
Original Assignee
Grid Invent gGmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Grid Invent gGmbH filed Critical Grid Invent gGmbH
Priority to DE102018010197.6A priority Critical patent/DE102018010197A1/en
Priority to PCT/DE2019/000340 priority patent/WO2020125840A1/en
Priority to DE112019005630.1T priority patent/DE112019005630A5/en
Priority to PCT/DE2019/000339 priority patent/WO2020125839A1/en
Publication of DE102018010197A1 publication Critical patent/DE102018010197A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W12/00Security arrangements; Authentication; Protecting privacy or anonymity
    • H04W12/06Authentication
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F21/00Security arrangements for protecting computers, components thereof, programs or data against unauthorised activity
    • G06F21/30Authentication, i.e. establishing the identity or authorisation of security principals
    • G06F21/31User authentication
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F21/00Security arrangements for protecting computers, components thereof, programs or data against unauthorised activity
    • G06F21/60Protecting data
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F21/00Security arrangements for protecting computers, components thereof, programs or data against unauthorised activity
    • G06F21/70Protecting specific internal or peripheral components, in which the protection of a component leads to protection of the entire computer
    • G06F21/78Protecting specific internal or peripheral components, in which the protection of a component leads to protection of the entire computer to assure secure storage of data
    • GPHYSICS
    • G09EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09FDISPLAYING; ADVERTISING; SIGNS; LABELS OR NAME-PLATES; SEALS
    • G09F27/00Combined visual and audible advertising or displaying, e.g. for public address
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L63/00Network architectures or network communication protocols for network security
    • H04L63/08Network architectures or network communication protocols for network security for authentication of entities
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/32Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols including means for verifying the identity or authority of a user of the system or for message authentication, e.g. authorization, entity authentication, data integrity or data verification, non-repudiation, key authentication or verification of credentials
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/50Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols using hash chains, e.g. blockchains or hash trees
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04SSYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S40/00Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them
    • Y04S40/20Information technology specific aspects, e.g. CAD, simulation, modelling, system security

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Bioethics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

Verwendung eines elektronischen Elementes mit Prozessor- und Speicherfunktion zur Verwendung als ein Rechner und / oder Computerelement mit Identifikations- und/oder Authentifizierungsfunktion eines Nutzers in einem digitalen Netz, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Element aus mindestens einem Hardwarelement und/ oder einer Software besteht.Use of an electronic element with processor and memory function for use as a computer and / or computer element with identification and / or authentication function of a user in a digital network, characterized in that the electronic element consists of at least one hardware element and / or software.

Description

Aufgabe der Erfindung, Stand der TechnikObject of the invention, prior art

Die zunehmende Digitalisierung von Informationen, wie die von Zeichen und Bildern führt zwangsläufig dazu, dass Informationen heutzutage bevorzugt auf mobilen Smartphones, Notebooks, Pads, E-books, TV Flachbildschirmen etc. direkt visuell auf dem Bildschirm abgerufen werden Es ist kaum noch erforderlich oder notwendig einen physischen Ausdruck der Bild- und/oder Zeicheninformation durch Ausdrucken z.B. auf Papier oder Folienmaterial zu erzeugen. Die Informationen sind durch Speicherung jederzeit, schnell und platzsparend auf dem Bildschirm zugänglich und visuell erfassbar.The increasing digitization of information, such as that of characters and images, inevitably leads to the fact that information is now preferably viewed directly on the screen on mobile smartphones, notebooks, pads, e-books, TV flat screens, etc. It is hardly necessary or necessary a physical printout of the image and / or character information by printing out, for example to produce on paper or foil material. The information is accessible at any time, quickly and space-saving on the screen and visually ascertainable.

Es gibt mittlerweile eine Fülle von Anwendungen für digitalen Bildschirme / Displays wie z.B. elektronische Tickets, E-Books, Moderations-, Präsentationsstexte, digitale Werbetafeln (Stadionwerbung) Verkehrs und Anzeigetafeln, 3 D Brillen und virtuelle Simulationen, Computerspiele , Augmented Reality, etc.There are now a plethora of applications for digital screens / displays such as electronic tickets, e-books, moderation and presentation texts, digital advertising boards (stadium advertising), traffic and display boards, 3D glasses and virtual simulations, computer games, augmented reality, etc.

Durch die stetig wachsende Verbreitung von Rechnern und Bildschirmen in allen Lebensbereichen findet eine zunehmende Virtualisierung von Informationen statt, gewissermassen als Ersatz für physische, erlebbare materielle Informationen.Due to the ever-increasing spread of computers and screens in all areas of life, information is increasingly virtualized, to a certain extent as a replacement for physical, tangible material information.

Die Akzeptanz und der Konsum von virtuellen Produkten, die rein auf digitalen Zeichen und Bildern basieren, ist vor allem bei den „Digital Natives“, die neue virtuelle Normalität und Selbstverständlichkeit. Es hat eine gesellschaftliche Veränderung, d.h. ein kultureller Wandel im Umgang und der Wahrnehmung und Verarbeitung von Informationen stattgefunden von der materiellen, analogen hin zur künstlich, virtuellen InformationThe acceptance and consumption of virtual products based purely on digital signs and images is, above all, the “digital natives”, the new virtual normality and a matter of course. It has a social change, i.e. A cultural change in the handling and perception and processing of information has taken place from material, analogue to artificial, virtual information

Diese Entwicklung wird sich in den nächsten 30 Jahren dramatisch fortsetzen. Durch Künstliche Intelligenz basierend Algorithmen von Quantencomputern werden bahnbrechende Fortschritte in allen Lebensbereichen erreicht werden.This development will continue dramatically over the next 30 years. Artificial intelligence based algorithms from quantum computers will lead to groundbreaking advances in all areas of life.

Fraglich bleibt allerdings welche Folgen diese Entwicklung für den menschlichen Körper und Geist haben wird und welche seelisch -psychischen Auswirkungen damit verbunden sind. Da der Mensch, ein natürlicher Organismus ist, geprägt durch die vielen Jahrtausende der Erdgeschichte, bleibt abzuwarten, ob Ihm dieser virtuelle Wandel ohne negative, schädliche Nebenwirkungen gelingt.However, it remains questionable what consequences this development will have for the human body and mind and which psychological and psychological effects are associated with it. Since man, a natural organism, is shaped by the many thousands of years of earth's history, it remains to be seen whether this virtual change will succeed without negative, harmful side effects.

Aufgabe dieser Erfindung ist es neue Anwendungsbereiche für den Einsatz von Bildschirmen/ Displays vorzuschlagen und hierfür eine technische Lösung anzubieten, die in vielen Lebensbereichen zu nützlichen und hilfreichen Neurungen 2führt. Die Erfindung zeigt auf, wie Bildschirmdisplays in sehr dünner Bauweise hergestellt werden können und durch die drahtlose Ansteuerung mittels eines externen Rechners /Computers von einem anderen Ort bedient werden können. Hierdurch werden gänzlich neue Anwendungsfelder möglich werden, die nach dem derzeitigen Stand der Technik noch nicht existieren, wie z.B. ein digitales KFZ Kennzeichen, das vom Strassenverkehrsamt gesteuert und kontrolliert wird oder beispielsweise eine Möbeloberfläche, ausgebildet als Bildschirmdisplay mit virtuellen Holzdekoren, die vom Smartphone aus gesteuert werden.The object of this invention is to propose new areas of application for the use of screens / displays and to offer a technical solution for this which leads to useful and helpful innovations 2 in many areas of life. The invention shows how screen displays can be manufactured in a very thin construction and can be operated from another location by the wireless control by means of an external computer. This will make entirely new fields of application possible that do not yet exist according to the current state of the art, e.g. a digital license plate that is controlled and monitored by the road traffic office or, for example, a furniture surface, designed as a screen display with virtual wood decors that are controlled from the smartphone.

Der derzeitige Stand der Technik bei Smartphones weist im Minimum eine Gesamtdicke, das heisst Gehäuseaussenmaß, von 4.6 mm auf. Laut der Computerzeitschrift Chip vom 19.3.2017 ist dies das Smartphone- Produkt: Carbon Mobile. Das heißt die bauliche Anordnung von Speicher und Prozessor und eines Akkumulaors / Batterie und des Bildschirmdisplays nach dem derzeitigen Stand der Technik erfordern diese Bauhöhe. Dünnere Smartphones oder E Pads gibt es zum Zeitpunkt dieser Patent- Anmeldung nicht auf dem Markt.The current state-of-the-art in smartphones has a minimum total thickness, i.e. the outer dimension of the case, of 4.6 mm. According to the computer magazine Chip dated March 19, 2017, this is the smartphone product: Carbon Mobile. This means that the structural arrangement of memory and processor and an accumulator / battery and the screen display according to the current state of the art require this height. There are no thinner smartphones or e-pads on the market at the time of this patent application.

Weiterhin ist es Stand der Technik bei Bildschirmen, wie z.B. bei Smartphones, E-Pads und Flachbildschirmen, das die Ansteuerung des Bildschirms über den intern eingebauten Rechner / Computer erfolgt.It is also state of the art for screens, such as For smartphones, e-pads and flat screens, the screen is controlled via the internally installed computer / computer.

Der Grundgedanke der Erfindung ist es nun ein elektrisch angesteuertes Anzeigeelement zur optischen Signalisierung von veränderlichen Informationen wie Zeichen oder Bildern mit einem integrierten elektronischen Element mit Prozessor- und Speicherfunktion zu verwenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung über eine drahtlose Verbindung von einem externen Rechner / Computer erfolgt und das Anzeigeelement eine Dicke, das heißt Gehäuseaußenmass, von 0,3 bis 4,5 mm aufweist, wobei das elektronische Element eine maximale Dicke von 1 mm aufweist.The basic idea of the invention is to use an electrically controlled display element for the optical signaling of variable information such as characters or images with an integrated electronic element with processor and memory function, characterized in that the control via a wireless connection from an external computer / computer takes place and the display element has a thickness, that is, outer housing dimension, of 0.3 to 4.5 mm, the electronic element having a maximum thickness of 1 mm.

Das elektronische Element besteht dabei aus mindestens einem Hardwarelement und/ oder einer Software und / oder App Anwendung . The electronic element consists of at least one hardware element and / or software and / or app application.

Weiterhin besteht das elektronische Element aus einer auswechselbaren physischen Chipkarte und / oder einer eingebauten physisch nicht auswechselbare Chipkarte und / oder aus einem chipkartenidentischen Funktion aufweisendem Element.Furthermore, the electronic element consists of an exchangeable physical chip card and / or a built-in physically non-exchangeable chip card and / or an element having a function identical to the chip card.

Die Neuheit der Erfindung liegt darin, das elektrisch angesteuerte Anzeigeelement über eine drahtlose Verbindung von einem externen Computer/ Rechner anzusteuern um aus der Ferne, veränderliche Informationen wie Zeichen oder Bilder auf einem Bildschirm an einem anderen Ort zu übertragen und anzuzeigen. Zudem schlägt die Erfindung vor dass, dass Anzeigeelement sehr dünn ausgebildet wird, mit einer Stärke von 0,3 - 4,5 mm.The novelty of the invention is to control the electrically controlled display element via a wireless connection from an external computer / computer in order to remotely transmit and display changeable information such as characters or images on a screen at another location. In addition, the invention proposes that the display element be made very thin, with a thickness of 0.3-4.5 mm.

Die drahtlose Verbindung kann dabei aus einem Funk- und /oder Licht- (LiFi) und / oder Ultraschallnetz bestehen.The wireless connection can consist of a radio and / or light (LiFi) and / or ultrasound network.

Diese dünne Ausführungsform wird erfindungsgemäß dadurch ermöglicht, dass ein elektronisches Element mit Prozessor und Speicherfunktion, verwendet wird, in minituarisierter Bauform in einer maximalen Dicke von nur 1 mm. Das elektronische Element weist weiterhin eine Identifikations- und/oder Authentifizierungsfunktion eines Nutzers in einem digitalen Netz auf.This thin embodiment is made possible according to the invention in that an electronic element with processor and memory function is used, in a miniaturized design with a maximum thickness of only 1 mm. The electronic element furthermore has an identification and / or authentication function of a user in a digital network.

Die drahtlose Verbindung erfolgt vorzugsweise über eine Funkverbindung auf Basis einer G - Frequenz Funkverbindung, vorzugsweise auf Basis von 3G und / oder 4 G und /oder 5G und / oder einer Mobilfunkverbindung und /oder auf Basis einer Bluetooth-, und /oder WLAN-,und /oder WIFI- und / oder LiFi und /oder Satelliten-Verbindung(GPS).The wireless connection is preferably made via a radio connection based on a G-frequency radio connection, preferably based on 3G and / or 4 G and / or 5G and / or a mobile radio connection and / or based on a Bluetooth and / or WLAN, and / or WIFI and / or LiFi and / or satellite connection (GPS).

Die Kanalbandbreite der Funkverbindung liegt dabei im Bereich von 100 MHZ bis 100 GHZ liegt, vorzugsweise bei 800MHZ - 30GHZ, insbesondere bei 3 GHZ bis 6GHZ.The channel bandwidth of the radio connection is in the range from 100 MHz to 100 GHz, preferably 800 MHz to 30 GHz, in particular 3 GHz to 6 GHz.

Das Elektronische Element ist z.B. eine vorkonfigurierte 3G oder 4G. oder 5 G Simkarte, die sich beim Einschalten automatisch über Funkverbindung zur Ansteuerung des Anzeigeelementes, sprich Bildschirmdisplays, mit dem externen Rechner, z.B. einem Smartphone verbindet, und sofort betriebsbereit ist. Dabei enthält jedes Anzeigeelement, beispielsweise eine 3 G Simkarte mit einen eindeutigen, Verbindungscode, dem sog. Association Token : Beispiel 8 -stelliger Zeichen Code: z.B. AC11-GE4S-P3 , der nur für dieses eine Anzeigeelement existiert. Optional kann dem Anzeigeelement auch eine eigene E- mail Adresse zugewiesen werden Die 3G Simkarte funktioniert z.B. international in über 100 Ländern und weist auch eine GPS Funktion auf.The electronic element is e.g. a preconfigured 3G or 4G. or 5 G SIM card, which automatically turns on when switched on via radio connection to control the display element, i.e. screen displays, with the external computer, e.g. connects to a smartphone and is immediately ready for use. Each display element contains, for example, a 3 G sim card with a unique connection code, the so-called association token: Example 8-digit character code: e.g. AC11-GE4S-P3, which only exists for this one display element. Optionally, the display element can also be assigned its own email address. The 3G SIM card works e.g. internationally in over 100 countries and also has a GPS function.

Das elektronische Element weist vorzugsweise maximal ein Format von 85,6 mm × 54 mm aufweist, insbesondere ein Format 25 mm × 15 mm und /oder 15 mm × 12 mm und /oder 12,3 mm × 8,8 mm auf.The electronic element preferably has a maximum format of 85.6 mm × 54 mm, in particular a format of 25 mm × 15 mm and / or 15 mm × 12 mm and / or 12.3 mm × 8.8 mm.

Weiterhin hat das elektronische Element vorzugsweise eine Dicke von maximal 1 mm , vorzugsweise eine Dicke von mindestens 0,3 - 1 mm , insbesondere 0,76 mm und / oder 0,67 mm und hat vorzugsweise eine Speicherkapazität von mindestens 128 Gigabyte.Furthermore, the electronic element preferably has a thickness of at most 1 mm, preferably a thickness of at least 0.3-1 mm, in particular 0.76 mm and / or 0.67 mm, and preferably has a storage capacity of at least 128 gigabytes.

Das Anzeigeelement und /oder Hardwareelement weist mindestens eine Kamera- und /oder Videokamera- und/ oder Scanfunktion und /oder Sensorfunktion und / oder Infrarotlichtfunktion und / oder Lautsprecherfunktion und/ oder Mikrofonfunktion und / oder Soundkarte auf.The display element and / or hardware element has at least one camera and / or video camera and / or scan function and / or sensor function and / or infrared light function and / or loudspeaker function and / or microphone function and / or sound card.

Die Sensorfunktion erfasst physikalische, chemische und stoffliche Eigenschaften quantitativ oder qualitativ , vorzugsweise mit Messfunktion für Temperatur, Wärmemenge, Feuchtigkeit, Druck, Gewicht, Abstandsmessung, Regensensor, Schall, Helligkeit, Beschleunigung, PH-Wert, lonenstärke, elektroschemisches Potential und /oder die stoffliche Beschaffenheit qualitativ erfasst.The sensor function detects physical, chemical and material properties quantitatively or qualitatively, preferably with a measuring function for temperature, amount of heat, moisture, pressure, weight, distance measurement, rain sensor, sound, brightness, acceleration, PH value, ionic strength, electrochemical potential and / or the material Qualities recorded qualitatively.

Die elektrisch angesteuerte Anzeige besteht.aus einem Bildschirm und /oder Screen und /oder Display, insbesondere Smart Display, und / oder Monitor und /oder Touchsreen Oberfläche oder aus einer projezierten Oberfläche.The electrically controlled display consists of a screen and / or screen and / or display, in particular a smart display, and / or monitor and / or touchscreen surface or a projected surface.

Die Darstellungstechnik der elektrisch gesteuerten Anzeige wird dabei vorzugsweise auf technologischer Basis von Light Emitting Diodes (LED) Feldemmisionsbildschirm (FED) und / oder Flüssigkristallbidschirm (LCD) und /oder Dünnschichttransistorbildschirm (TFT-LCD) und / oder Kathodenstrahlröhrenbildschirm(CRT) Und /oder Plasmabildschirm und / oder organische Leuchtdiode (OLED), SOLED oder SMOLED -Folien Displays, PLED, AMOLED-(Aktivmatrix-OLED) oder Super AMOLED+ ,und /oder Surface Conduction Electron-emitter Display (SED) und (oder QLED und / oder Micro LED (mikroskopische Leuchtdioden und /oder HDR (High Dynamic Range) und /oder elektronischer Tinte und/ oder E-Paper erzeugt.The display technology of the electrically controlled display is preferably based on the technology of light emitting diodes (LED), field emission screen (FED) and / or liquid crystal screen (LCD) and / or thin film transistor screen (TFT-LCD) and / or Cathode ray tube screen (CRT) and / or plasma screen and / or organic light emitting diode (OLED), SOLED or SMOLED film displays, PLED, AMOLED- (active matrix OLED) or Super AMOLED +, and / or surface conduction electron emitter display (SED) and (or QLED and / or Micro LED (microscopic light-emitting diodes and / or HDR (High Dynamic Range) and / or electronic ink and / or e-paper.

Eine weitere Ausführungsform ist es, dass die Darstellungstechnik der elektrisch gesteuerten Anzeige vorzugsweise auf technologischer Basis von Micro LED Pixeln, vorzugsweise mit einer Auflösung von mindestens 7680 x4320 Bildpunkten. und /oder und / oder elektronischer Tinte erzeugt wird,Another embodiment is that the display technology of the electrically controlled display is preferably based on technology of micro LED pixels, preferably with a resolution of at least 7680 x4320 pixels. and / or and / or electronic ink is generated,

Um eine möglichst dünne Ausführung zu erzeugen, wird ein Foliendisplay auf Basis einer Folie, insbesondere auf Basis petrochemischer und /oder biopolymeren Kunststoffe und /oder organischer Stoffe verwendet wird, wobei die Folie eine Stärke von vorzugsweise 20 bis 1000 µm aufweist, insbesondere 20 bis 100 µm.In order to produce the thinnest possible design, a film display based on a film, in particular on the basis of petrochemical and / or biopolymeric plastics and / or organic substances, is used, the film preferably having a thickness of 20 to 1000 μm, in particular 20 to 100 µm.

Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Folie eine gedruckte Elektronik auf.In a further embodiment, the film has printed electronics.

Die Stromversorgung des elektrisch gesteuerten Anzeigeelementes erfolgt vorzugsweise drahtlos und/oder kabelgebunden auf technischer Basis einer Verbindung mit dem Stromnetz und /oder eines Akkumulators und /oder Induktionsstroms und /oder durch Funkstrom, wobei der Akkumulator eine maximale Dicke von 0,3 bis 4,5 mm aufweist.The electrically controlled display element is preferably supplied with power in a wireless and / or wired manner on a technical basis by means of a connection to the power supply system and / or an accumulator and / or induction current and / or by radio current, the accumulator having a maximum thickness of 0.3 to 4.5 mm.

Bezüglich der Gestaltung und Formgebung des Anzeigeelementes ist vorgesehen, das ein Bildschirmdisplay dreidimensionale Verformungen aufweisen kann, und insbesondere rollbar und/ oder faltbar ist.With regard to the design and shape of the display element, it is provided that a screen display can have three-dimensional deformations, and in particular can be rolled and / or folded.

Wobei die äussere Form des Anzeigeelementes vorzugsweise auf Basis geometrischer und / freier Formen gestaltet ist, vorzugsweise aus Rechteck-, Quadrat-, Kreis-, Ellipsen- , Dreieck-, Vieleck-, Parabel- , Freiform- Elementen und deren Kombinationsmöglichkeiten.The outer shape of the display element is preferably designed on the basis of geometric and / or free shapes, preferably from rectangle, square, circle, ellipse, triangle, polygon, parabola, free-form elements and their possible combinations.

Bei den folgenden Ausführungsformen der Erfindung wird zur Herstellung des elektrisch angesteuerten Anzeigeelementes, die Verwendung von Metallbeschichtungen, sowie funktionellen Folien vorgeschlagen insbesondere zur Herstellung von Halbleiterelektronik- und Mikrotechnikelementen.In the following embodiments of the invention, the use of metal coatings and functional foils is proposed for producing the electrically controlled display element, in particular for producing semiconductor electronics and microtechnology elements.

Die hier vorgeschlagenen Herstellungsarten und -Verfahren und Ausführungsformen, sind besonders wirtschaftlich in grossen Mengen produzierbar.The production types and methods and embodiments proposed here are particularly economical to produce in large quantities.

Durch Metallbeschichtung einer Folie oder auch Trägerfolie können zum Beispiel elektrische Leiterbahnen hergestellt werden. Hierzu kann die Metalllbeschichtung und / oder die die Trägerfolie sowohl vollflächig als auch teilflächig vorgesehen werden. Dabei kann es vorteilhaft sein mehrere Ebenen, d.h. als Verbundschicht, mit metallisierten Folien übereinander anzuordnen, um unterschiedliche elektronische Schaltkreise zu realisieren, mit denen zum Beispiel miniaturisierte LED oder OLED Leuchten oder auch Folienlautsprecher betrieben werden, die ebenfalls in die Verbundschicht integriert werden können, z.B. in Form von funktionellen Folie/n.Electrical conductor tracks can be produced, for example, by metal coating a film or carrier film. For this purpose, the metal coating and / or the carrier film can be provided both over the full area and over part of the area. It can be advantageous to have several levels, i.e. as a composite layer, to be arranged one above the other with metallized foils in order to implement different electronic circuits with which, for example, miniaturized LED or OLED lights or also foil loudspeakers are operated, which can also be integrated into the composite layer, e.g. in the form of functional film / s.

Ebenso kann die Metallbeschichtung zur Herstellung von miniaturisierten, elektronischen Schaltungen eingesetzt werden, insbesondere integrierten Schaltungen, in Form und auf Basis von funktionellen Folie/n.The metal coating can also be used to produce miniaturized electronic circuits, in particular integrated circuits, in the form and on the basis of functional film / s.

Dabei können auch Schaltungen auf der Basis organischer und metallischer Materialien auf organischen Folien in Dünnschichttechnik (z.B. durch PVD, CVD, OPVD (organische Gasphasenabscheidung) Verfahren oder auch durch klassische Drucktechniken (Inkjet, Siebdruck, Mikrokontakt- Stempeldruck mit metallischem Material) aufgebracht werden, oder auch durch Rotationsbeschichtung.Circuits based on organic and metallic materials can also be applied to organic foils using thin-film technology (e.g. using PVD, CVD, OPVD (organic vapor deposition) processes or also using conventional printing techniques (inkjet, screen printing, micro-contact stamp printing with metallic material), or also by spin coating.

Ebenso lassen sich integrierte optoelektronische Systeme dadurch herstellen, wie z.B.Aktoren (Sender) und Dedektoren (Empfänger) oder auch Optosensoren, Optokoppler oder optische Modulatoren, wie z.B. Fotowiderstand, Photodiode (auch Solarzelle) und Fototransistor, Lichtsensoren.It can also be used to manufacture integrated optoelectronic systems, such as actuators (transmitters) and detectors (receivers), or optosensors, optocouplers or optical modulators, e.g. Photo resistor, photodiode (also solar cell) and photo transistor, light sensors.

Für die metallische Schicht wird bei den vorgenannten Beispielen aus der Mikro- und Optoelektronik vorzugsweise das Halbmetall Silicium (Si) oder Germanium (Ge) oder siliciumhaltige Verbindungen eingesetzt, insbesondere Halbleitersilizium oder Solarsilizium. Oder vorzugsweise in der Optoelektronik auch leitfähige Beschichtungen aus TCOs (engl. transparent conductive oxides),wie z.B. aus Indium-Zinn-Oxid Nanopartikeln (engl. indium tin oxide, ITO). Diese haben den Vorteil transparent zu sein und können auch flexibel ausgeführt werden, und können als Elektroden in optoelektronischen Anwendungen, wie z.B. Flachbildschirmen, Touchsreens, Displays, insbesondere flexiblen Displays, organische Leuchtdioden, Elekrolumineszenzlampen oder auch bei Bauteilen aus der Solartechnik eingesetzt werden.The semimetal silicon (Si) or germanium (Ge) or silicon-containing compounds, in particular semiconductor silicon or solar silicon, are preferably used for the metallic layer in the aforementioned examples from microelectronics and optoelectronics. Or, preferably in optoelectronics, conductive coatings made of TCOs (transparent conductive oxides), such as indium tin oxide nanoparticles (ITO). These have the advantage of being transparent and can also be made flexible, and can be used as electrodes in optoelectronic applications, such as flat screens, for example. Touch screens, displays, in particular flexible displays, organic light-emitting diodes, electro-luminescent lamps or also in components from solar technology are used.

Erfindungsgemäß können damit z.B.Displayfolien, für programmierbare Oberflächen hergestellt werden, d.h. das Oberflächendekor z.B. eines Möbels, Fußbodens oder Wandfläche wird als digital/ virtuelles Holz-/ Stein oder Fantasiedekor gezeigt, mit der Möglichkeit z.B. Licht/ Beleuchtung - / Bewegungs-/ Informations - / und Soundeffekte frei zu inszenieren.According to the invention, for example, display films can be produced for programmable surfaces, i.e. the surface decor e.g. of a piece of furniture, floor or wall surface is shown as digital / virtual wood / stone or fantasy decor, with the possibility e.g. Light / lighting - / movement / information - and sound effects can be staged freely.

Erfindungsgemäß kann dazu z.B. ein OLED (organic light emitting diode) oder insbesondere PLED (polymer light emitting diode) Foliendisplay eingesetzt werden, auf Basis einer Kunsstoffolie mit einer Stärke von vorzugsweise 20 bis 500 µm, auf die Schaltkreise aufgedruckt werden unter Verwendung von Dünnfilmtransistoren. Auch die Verwendung von SOLED oder SMOLED -Folien Displays ist hier möglich, wie die aus „small molecules“ (kleinen Molekülen) hergestellten OLEDs bezeichnet werden. Es kann darüberhinaus auch AMOLED-(Aktivmatrix-OLED) oder Super AMOLED+ Technologie eingesetzt werden.According to the invention, e.g. an OLED (organic light emitting diode) or in particular PLED (polymer light emitting diode) film display can be used, based on a plastic film with a thickness of preferably 20 to 500 μm, printed on the circuits using thin film transistors. It is also possible to use SOLED or SMOLED film displays, as the OLEDs made from “small molecules” are called. AMOLED (active matrix OLED) or Super AMOLED + technology can also be used.

Bei den o.a. OLED -Technologien wird unter anderem das Prinzip der Lumineszenz genutzt, selbstleuchtende Bildschirme herzustellen, die die insbesondere auf organischer Elektrolumineszenz basieren. Erfindungsgemäß werden hier metallorganische Komplexe bzw. Substanzen in die Verbundschicht (B) eingebracht, unter Verwendung einer Polymer Trägerschicht (T), als teilweise oder vollflächige Schicht aus metallischem Material.With the above OLED technologies use, among other things, the principle of luminescence to produce self-illuminating screens that are based in particular on organic electroluminescence. According to the invention, organometallic complexes or substances are introduced into the composite layer (B) using a polymer carrier layer (T) as a partial or full-area layer of metallic material.

Für die Beschichtung werden hier vorzugsweise Polymerfolien aus Polyethylenterephthalat (PET) und Polyethylennaphthalat(PEN), Polycarbonat (PC), Polyethersulfon (PES) und Polyimid (PI) verwendet als flexibles Substratmaterial für flexible transparente Elektroden. Die Indium-Zinn-Oxid Nanopartikel werden durch voll oder teilflächige PVD oder CVD Beschichtung hergestellt. Dazu werden Strukturierungs- und Maskierungsvorgänge beim Beschichten notwendig.Polymer films made of polyethylene terephthalate (PET) and polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polyethersulfone (PES) and polyimide (PI) are preferably used as the flexible substrate material for flexible transparent electrodes. The indium tin oxide nanoparticles are produced by full or partial PVD or CVD coating. This requires structuring and masking processes during coating.

Die Verwendung nasschemischer Druckverfahren zur ITO-Beschichtung ist ein alternatives, sehr wirtschaftliches Verfahren und kann sowohl über die Sol-Gel-Methode als auch mittels ITO Nanopartikel Dispersion erfolgen. Weitere damit verbundene mikroelektronische und optoelektronische Anwendungen : RFID-Tags/ Chips,Solarzellen, Sensoren,Brenstoffzellen, Elektrolytkondensatoren , Lithium-PolymerakkusThe use of wet chemical printing processes for ITO coating is an alternative, very economical process and can be carried out using the sol-gel method or ITO nanoparticle dispersion. Other associated microelectronic and optoelectronic applications: RFID tags / chips, solar cells, sensors, fuel cells, electrolytic capacitors, lithium polymer batteries

Erfindungsgemäß werden als Substratmaterial die unter 3a. aufgeführten Kunststoffmaterialien als Trägerfolie für die Metallisierung eingesetzt.According to the invention, the substrate material described under 3a. plastic materials listed used as a carrier film for the metallization.

Vorzugsweise werden folgende Metalle / Halbmetalle (z.B. Alkalimetalle) bzw. Legierungen und Kombinationen dieser Metalle und chemische Verbindungen, wie z.B. polymere Verbindungen mit diesen Metallen, als elektrische Leiter im Bereich Mikro- und Optoelektronik eingesetzt: Bor (B), Barium (Ba) Cadmium (Cd),Cobalt (Co) Caesium (Cs) Silicium (Si), Germanium (Ge), Arsen (As), Selen (Se), Antimon (Sb), Tellur (Te),Polonium (Po), Zinn (Sn) Astat (At), Lithium (Li),Phosphor (P) lod (I), Bismut (Bi) Zinn (Sn) Chemische Verbindungen wie z.B. Titandioxid (TiO2) Galliumarsenid (GaAs) Galliumnitrid (GaN), Indiumantimonid (InSb) Zinkselenid (ZnSe) Cadmiumsulfid (CdS) wie Kupfer(II)-chlorid, Legierungen aus Calcium-Aluminium- Barium, Ruthenium- Magnesium-Silber, Lithiumfluorid, Caesiumfluorid, Aluminium-tris(8-hydroxychinolin), Alq3. und Transparent Conductive Oxides (TCOs), insbesondere Indium Tin Oxide (ITO)The following metals / semimetals (e.g. alkali metals) or alloys and combinations of these metals and chemical compounds, such as e.g. polymeric compounds with these metals, used as electrical conductors in the field of micro and optoelectronics: boron (B), barium (Ba) cadmium (Cd), cobalt (Co) cesium (Cs) silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), Selenium (Se), Antimony (Sb), Tellurium (Te), Polonium (Po), Tin (Sn) Astat (At), Lithium (Li), Phosphorus (P) iodine (I), Bismuth (Bi ) Tin (Sn) Chemical compounds such as Titanium dioxide (TiO2) gallium arsenide (GaAs) gallium nitride (GaN), indium antimonide (InSb) zinc selenide (ZnSe) cadmium sulfide (CdS) such as copper (II) chloride, alloys of calcium-aluminum-barium, ruthenium-magnesium-silver, lithium fluoride, cesium fluoride , Aluminum tris (8-hydroxyquinoline), Alq3. and transparent conductive oxides (TCOs), especially indium tin oxides (ITO)

Die unter 3a beschriebenen Kunstofffolien und Kunstoffmaterialien können auch ausgestattet und kombiniert werden mit elektrisch leitfähigen Polymeren (Polymerelektronik) Das sind elektronische Schaltungen aus elektrisch leitfähigen Polymeren, auf Trägermaterialien aus vorzugsweise organischen Folien, sowie mit Leiterbahnen und Bauelementen aus leitfähigen organischen Molekülen(organische Halbleiter) als Bestandteil der Verbundschicht (B). Das sind Polymere, (insbesondere auch organische Halbleiter), die oxidativ oder reduktiv dotiert werden mit chemischen Metall / Halbmetallverbindungen, wie z.B. Polyacetylen mit Arsenpentaflourid oder lod.The plastic films and plastic materials described under 3a can also be equipped and combined with electrically conductive polymers (polymer electronics) .These are electronic circuits made of electrically conductive polymers, on carrier materials made of preferably organic films, and with conductor tracks and components made of conductive organic molecules (organic semiconductors) Part of the composite layer (B). These are polymers (especially organic semiconductors) that are oxidatively or reductively doped with chemical metal / semimetal compounds, e.g. Polyacetylene with arsenic pentaflouride or iodine.

Weitere Beispiele für leitfähige Polymere sind dotiertes Polypyrrol, Polyphenylensulfid, Polythiophen sowie metallorganische Komplexe mit makrocyclischen Liganden, wie Phthalocyanin.Further examples of conductive polymers are doped polypyrrole, polyphenylene sulfide, polythiophene and organometallic complexes with macrocyclic ligands such as phthalocyanine.

Eine oxidative Dotierung erreicht man mit Arsenpentafluorid, Titantetrachlorid, Brom oder lod, eine reduktive Dotierung dagegen mit Natrium-Kalium-Legierungen oder Dilithiumbenzophenonat. Anwendungen aus der Polymerelektronik: Organische Leuchtdiode, organische Solarzelle, organischer Feldeffekttransistor/ Dünnschichttransistor. Die Moleküle (neben Monomeren und Oligomeren vor allem Polymere) werden dabei in Form dünner Filme oder kleiner Volumen auf die Folien aufgedruckt, aufgeklebt oder anderweitig angebracht. Die Herstellung dieser Folien erfolgt durch vorzugsweise durch Dünnschichttechnik (z.B. durch PVD, CVD, OPVD (organische Gasphasenabscheidung) Verfahren oder auch durch klassische Drucktechniken (Inkjet, Offsetdruck, Tiefdruck, Siebdruck, Mikrokontakt- oder auch durch Rotationsbeschichtung. Bevorzugte Schichtstärken für mikro- opto- und elektronische leitfähige Beschichtungen, sowie elektrisch leitfähige Polymere: 1 nm (Nanometer) bis 1 µm dick..Oxidative doping is achieved with arsenic pentafluoride, titanium tetrachloride, bromine or iodine, while reductive doping is achieved with sodium-potassium alloys or dilithium benzophenonate. Applications from polymer electronics: organic light emitting diode, organic solar cell, organic field effect transistor / thin film transistor. The molecules (in addition to monomers and oligomers, especially polymers) are in Form of thin films or small volumes printed, glued or otherwise attached to the films. These films are produced preferably by thin-film technology (for example by PVD, CVD, OPVD (organic vapor deposition) processes or also by conventional printing techniques (inkjet, offset printing, gravure printing, screen printing, micro-contact or even by rotary coating. Preferred layer thicknesses for micro-opto and electronic conductive coatings, as well as electrically conductive polymers: 1 nm (nanometer) to 1 µm thick ..

Bevorzugte Ausführungsform: Universelle AnwendungenPreferred embodiment: universal applications

Die Verwendung des Anzeigeelementes ist dabei universell zur Verwendung als Vorrichtungs-, und /oder Bauteilelement vorgesehen, wobei die Verwendung vorzugsweise für ein Element zur Verwendung als ein Verpackungs-, Uhr-, Schmuck-,Kleidung-, Accessoires-,Fahrzeugkennzeichnungs-., Verkehrsschild-, Werbeschild-, Bilderrahmen-, Boden-, Wand-, Decken-, Möbel-, Dekorations-, Innenausbauelement, vorzugsweise Leisten-, Profil-, Kanten-, Tür- und /oder Fensterelement, Fassaden-, Tapeten-, Car-Interior-, Car-Exterior-, Haushaltsgeräte-, Elektrogeräte-, und /oder Outdoorbelagselement.The use of the display element is universally intended for use as a device and / or component element, the use preferably being for an element for use as a packaging, watch, jewelry, clothing, accessories, vehicle identification, traffic sign -, advertising sign, picture frame, floor, wall, ceiling, furniture, decoration, interior construction element, preferably strip, profile, edge, door and / or window element, facade, wallpaper, car Interior, car exterior, household appliance, electrical appliance and / or outdoor covering element.

Transparente, ein-oder mehrlagige obere Schicht (3)Transparent, single or multi-layer upper layer (3)

Für den universellen Einsatz ist es in vielen Anwendungen vorteilhaft eine Schutzschicht für das elektrisch angesteuerte Anzeigeelement vorzusehen, die das Anzeigeelement vor mechanischen Beanspruchungen schützt, d.h. vor Stoss-, Abrieb-, Kratz- Beanspruchung, sowie vor Feuchtigkeit und Schmutz.For universal use, it is advantageous in many applications to provide a protective layer for the electrically controlled display element, which protects the display element from mechanical stress, i.e. against impact, abrasion, scratching, as well as moisture and dirt.

Die folgenden Ausführungsformen zeigen auf welche Lösungen dafür erfindungsgemäß vorgesehen sind, wobei die Schutzschicht als transparente ein - oder mehrlagige Deckschicht(3) ausgebildet wird.The following embodiments show which solutions are provided according to the invention for this purpose, the protective layer being designed as a transparent single or multi-layer cover layer (3).

Die transparente ein - oder mehrlagige Deckschicht(3) kann aus z.B. Kunststoffolie/n (3a) und / oder Oberflächenausrüstungen (3b) bestehen oder aus Kombinationen von (3a) und (3b). Zum Beispiel. kann auch nur eine Oberflächenausrüstung (3b) vorgesehen werden ohne eine Kunststofffolie/n (3a) zu verwenden. Ebenso kann auch nur eine Kunststoffolie verwendet werden ohne Oberflächenausrüstung. Die Oberflächenausrüstung(3b) kann z.B. auch als äußere Schicht auf die Kunststoffolie (3a) aufgebracht werden oder direkt auf die Schicht aus metallischem Material (1) Die Kunststoffolien in der Definition dieser Erfindung können auch in Form von geschmolzenem Kunststoff, z.B. als geschmolzenes Polymer aufgetragen werden zur Bildung der transparenten ein- oder mehrlagigen obere Schicht, z.B. durch Kalandrieren oder Gießen. Dies hat den Vorteil, dass z.B. während der Kunststoff noch nicht ausgehärtet, ist eine Oberflächenstruktur z.B. mittels eines Prägekalanders in die Oberfläche geprägt werden kann, wie z.B. eine Holzpore. Ebenso kann auch eine Oberflächen Struktur in eine Kunststofffolie geprägt werden, wenn die Kunststoffolie, vor dem Prägeprozess erhitzt wird und der Kunststoff anschmilzt, so dass die Struktur in die noch nicht ausgehärtete Kunststoffoberfläche geprägt wird. Grundsätzlich können die Folien voll- oder teilflächig eingesetzt werden. In den meisten Anwendungsfällen ist es sinnvoll die transparente ein-oder mehrlagige obere Schicht vorzusehen, um eine gute Abrieb- und Kratzbeständigkeit zu gewährleisten. Bei weniger beanspruchten Flächen, wie z.B. Deckenverkleidungen kann auf diese Schicht auch verzichtet werden. Die in 3., 3a und 3b beschriebenen Schichten sind grundsätzlich auch geeignet für den Oberflächenschutz von metallisierten Textilen, Geweben oder Vliesen. (z.B. wässrige PU Beschichtung, oder Kaschieren, wie z.B. Flammkaschierung, Einstreuen von schmelzbaren, pulverisierten Kunststoffen und anschliessendes Aufschmelzen)The transparent single or multi-layer cover layer (3) can be made from e.g. Plastic film (s) (3a) and / or surface finishes (3b) consist of or combinations of (3a) and (3b). For example. it is also possible to provide only a surface finish (3b) without using a plastic film (s) (3a). Likewise, only a plastic film can be used without surface finishing. The surface finish (3b) can e.g. also as an outer layer on the plastic film (3a) or directly on the layer of metallic material (1). The plastic films in the definition of this invention can also be in the form of molten plastic, e.g. applied as a molten polymer to form the transparent single or multilayer top layer, e.g. by calendering or casting. This has the advantage that e.g. while the plastic has not yet hardened, a surface structure is e.g. can be embossed into the surface using an embossing calender, e.g. a wooden pore. Likewise, a surface structure can also be embossed into a plastic film if the plastic film is heated before the embossing process and the plastic melts, so that the structure is embossed into the not yet hardened plastic surface. In principle, the foils can be used over their entire surface or in part. In most applications, it makes sense to provide the transparent single-layer or multilayer upper layer in order to ensure good abrasion and scratch resistance. With less stressed areas, e.g. This layer can also be omitted from ceiling cladding. The layers described in 3., 3a and 3b are basically also suitable for the surface protection of metallized textiles, fabrics or nonwovens. (e.g. aqueous PU coating, or lamination, e.g. flame lamination, sprinkling of meltable, powdered plastics and subsequent melting)

a. Kunststofffolien und / oder geschmolzenes Polymer (3a)a. Plastic films and / or molten polymer (3a)

-Kunststoff als transparente Folie, bevorzugt elastische Folien- Plastic as a transparent film, preferably elastic films

Die obere Schicht kann ein- oder mehrlagig aufgebaut sein. Der mehrlagige Aufbau ( zwei oder mehr Folien) hat den Vorteil, dass jede Folie, und / oder auch aufgeschmolzene Polymerschicht, mit speziellen Leistungseigenschaften vorgesehen werden kann, je nach Einsatzzweck. Dabei können für die einzelnen Folienschichten unterschiedliche Kunststoffe, und deren vorteilhafte Eigenschaften, miteinander kombiniert werden. Grundsätzlich werden dafür Kunststoffe auf Basis synthetischer und/oder halbsynthetischer Polymere und / oder Biopolymere eingesetzt,wie z.B. Duroplaste und Thermoplaste. Bevorzugt wird dabei ein thermoplastischer und/ oder elastomerer Kunststoff oder thermoplastische Elastomere für die Folienschicht(en) eingesetzt, vorzugsweise PVC, auch als gegossenes PVC oder Polyester, Polyethylen (PE), Polyester mit PVC Oberfläche, Polyurethan (PUR) und Thermoplastisches Polyurethan (TPU), Polypropylen (PP), Castpropylen (CPP), Oriented Propylen(OPP),Biaxial oriented Propylen (BOPP), Polystyrol (PS), und /oder Polyethylenterephthalat (PET) biaxial orientierte Polyesterfolie (BOPET) Polyester (PES), Polytetraflourethylen (PTFE), High Density Polyethylen (HDPE), Low Density Polyethylen, (LDPE), Polyamid (PA), Polyethylenterephthalat (PET) oder Polystyrol (PS), Polylactid (PLA oder PDLA oder PLLA oder PDLLA), Polybutylenterephthalat ( PBT), Polytrimethylenterephthalat (PTT), Polycarbonat (PC) Polyethylennaphthalat (PEN), Polycarbonat (PC), Polyestercarbonat (PEC), Polyarylate (PAR), ungesättigtes Polyesterharz (UP), gegossene Alkydharzfolie, gegossene Acrylharzschicht, Polyimide (PI), PEI, Polyethersulfon (PES) Polyethylennaphthalat (PEN),PETP bzw. Kapton, Polyetherketone wie z.B. PAEK und PEEK, Cellophan und Acetat oder Kombinationen dieser Kunststoffe.The upper layer can be constructed in one or more layers. The multilayer structure (two or more films) has the advantage that each film, and / or also melted polymer layer, can be provided with special performance properties, depending on the application. Different plastics and their advantageous properties can be combined with one another for the individual film layers. Basically, plastics based on synthetic and / or semi-synthetic polymers and / or biopolymers, such as thermosets and thermoplastics, are used. A thermoplastic and / or elastomeric plastic or thermoplastic elastomer is preferably used for the film layer (s), preferably PVC, also as cast PVC or polyester, polyethylene (PE), polyester with PVC surface, polyurethane (PUR) and thermoplastic polyurethane (TPU) ), Polypropylene (PP), cast propylene (CPP), oriented propylene (OPP), biaxial oriented propylene (BOPP), polystyrene (PS), and / or polyethylene terephthalate (PET) biaxially oriented polyester film (BOPET) polyester (PES), polytetraflourethylene ( PTFE), high density Polyethylene (HDPE), Low Density Polyethylene, (LDPE), polyamide (PA), polyethylene terephthalate (PET) or polystyrene (PS), polylactide (PLA or PDLA or PLLA or PDLLA), polybutylene terephthalate (PBT), polytrimethylene terephthalate (PTT), polycarbonate (PC) polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polyester carbonate (PEC), polyarylate (PAR), unsaturated polyester resin (UP), cast alkyd resin film, cast acrylic resin layer, polyimide (PI), PEI, polyether sulfone (PES) polyethylene naphthalate (PEN) , PETP or Kapton, polyether ketones such as PAEK and PEEK, cellophane and acetate or combinations of these plastics.

Alternativ können auch Biopolymere zum Einsatz kommen. Biokunststoffe lassen sich aus einer Vielzahl pflanzlicher und tierischer Rohstoffe herstellen. Die wichtigsten Rohstofflieferanten sind Holz (Cellulose und Lignin), Getreidepflanzen und Kartoffeln (Stärke), Zuckerrohr und Zuckerrübe (Zucker) sowie Ölpflanzen (Pflanzenöle) und z.B. Insekten (Chitinpanzer und Krabbenschalen). Cellulosebasierte Kunststoffe sind z.B.: Zelluloid, Cellophan, Viskose und Lyocell, sowie Celluloseacetat und Lignin basierte Biopolymere mit Zugabe z.B. von Naturfasern aus Hanf oder Flachs und cellulosebasierte Biopolymere z. B. aus Baumwolle. Auch modifizierte Cellulose unter Einsatz von Enzymen kann als Biopolymer zum Einsatz kommen. Stärkebasierte Biopolymere werden gewonnen aus Mais, Weizen, Kartoffeln, sowie Zuckerrohr und Zuckerrüben. Dazu zählen Thermoplastische Stärke (TPS) Polymilchsäure- bzw.Polylactid (PLA), Polyhdroxalkanoate wie Polyhydroxybutyrat, Polyester oder thermoplastischer Biopolyester, wie Polyethylenterephthalat (PET), Polytrimethylenterephthalat (PTT) und Polyethylenfuranoat (PEF). Aus Pflanzenölen lassen sich Fettsäuren gewinnen, die über mehrere chemischen Zwischenstufen in hochwertige Biokunststoffe umgewandelt werden. Pflanzenölbasierte Kunststoffe sind Biopolyamide (Bio- PA) und Biopolyurethane (Bio -PU). Weitere Rohstoffe für Biopolymere sind Kasein, ein Protein aus Milch, Gelatine, ein Protein aus tierischen Knochen oder Haut und Chitin, ein Polysaccharid aus Pilzen, Insekten (Chitosan), Krabbenschalen. PHB (gewonnen aus Bakterien), Zein und Algen. Biopolymere sind ökologisch nachhaltig da die Rohstoffe dafür nachwachsend sind (nicht erdölbasierend) und biologisch abbaubar. Grundsätzlich können auch polymere und/oder biopolymere Materialmischungen aus den oben erwähnten Kunststoffen eingesetzt werden.Alternatively, biopolymers can also be used. Bioplastics can be made from a variety of plant and animal raw materials. The most important raw material suppliers are wood (cellulose and lignin), cereal plants and potatoes (starch), sugar cane and sugar beet (sugar) as well as oil plants (vegetable oils) and e.g. Insects (chitin shell and crab shells). Cellulose-based plastics include: celluloid, cellophane, viscose and lyocell, as well as cellulose acetate and lignin-based biopolymers with the addition of e.g. of natural fibers from hemp or flax and cellulose-based biopolymers z. B. made of cotton. Modified cellulose using enzymes can also be used as a biopolymer. Starch-based biopolymers are obtained from corn, wheat, potatoes, as well as sugar cane and sugar beet. These include thermoplastic starch (TPS) polylactic acid or polylactide (PLA), polyhydroxyalkanoates such as polyhydroxybutyrate, polyester or thermoplastic biopolyesters such as polyethylene terephthalate (PET), polytrimethylene terephthalate (PTT) and polyethylene furanoate (PEF). Fatty acids can be obtained from vegetable oils, which are converted into high-quality bioplastics via several chemical intermediates. Vegetable oil-based plastics are biopolyamides (Bio-PA) and biopolyurethanes (Bio -PU). Other raw materials for biopolymers are casein, a protein from milk, gelatin, a protein from animal bones or skin and chitin, a polysaccharide from fungi, insects (chitosan), crab shells. PHB (extracted from bacteria), zein and algae. Biopolymers are ecologically sustainable because the raw materials for them are renewable (not petroleum-based) and biodegradable. In principle, polymeric and / or biopolymeric material mixtures made of the plastics mentioned above can also be used.

Die oben erwähnten Polymere und Biopolymere können grundsätzlich in Form einer Kunststoffolie zur Metallisierung eingesetzt werden.The polymers and biopolymers mentioned above can in principle be used in the form of a plastic film for metallization.

Darüber hinaus können auch Mischungen einzelner oder mehrerer der vorgenannten Kunststoffe zum Einsatz kommen. Die Kunststofffolien können durch Extrusion oder auch durch Gießen, Kalandrieren oder Blasformen gefertigt werden. Im Blasformverfahren können auch mehrere Folien mit unterschiedlichen Eigenschaften zu einem Folienverbund coextrudiert werden.Optional können diese Folien selbstklebend mit Polyacrylat Kleber beschichtet werden zur Klebekaschierung. Die Folienstärke einer Folienschicht liegt zwischen 20 µm und 2500 µm liegen, bevorzugt zwischen 20 µm und 500 µm, insbesondere bei 20-150 µmMixtures of one or more of the aforementioned plastics can also be used. The plastic films can be produced by extrusion or also by casting, calendering or blow molding. In the blow molding process, several films with different properties can be co-extruded to form a film composite. Optionally, these films can be self-adhesive coated with polyacrylate adhesive for adhesive lamination. The film thickness of a film layer is between 20 µm and 2500 µm, preferably between 20 µm and 500 µm, in particular 20-150 µm

Derzeit handelsübliche Folienmaterialien, für das Bedrucken der Dekorschicht gemäss Punkt 2.e sind z.B.: PVC, Polyester, wie z.B. BOPET, PP und PolyamidCurrently commercially available film materials for printing the decorative layer in accordance with point 2.e are e.g. PVC, polyester, such as BOPET, PP and polyamide

Eine sehr einfache und wirtschaftliche Ausführungsform ist folgende: Hier besteht die obere Schicht aus nur einer Folie, die unterseitig eine gedruckte Elektronik auufweist. Dabei ist es vorteilhaft die Folie für die Bedruckung mit einer transparenten Druck- / Tinten- / Farbaufnahmeschicht auszurüsten. Das verwendete Kunstoffmaterial muss dabei, die für den Einsatzzweck entsprechende Abrieb,- Kratz- und Verschleißfestigkeit besitzen. Werden zwei Folien als Schichtaufbau verwendet, so kann die Bedruckung der Elektronik auf der Unterseite der obersten Folienschicht und/ oder auf der Oberseite der unteren Folienschicht angeordnet werden.A very simple and economical embodiment is as follows: Here, the upper layer consists of only one film, which has printed electronics on the underside. It is advantageous to equip the film for printing with a transparent printing / ink / color recording layer. The plastic material used must have the abrasion, scratch and wear resistance appropriate for the application. If two foils are used as a layer structure, the printing of the electronics can be arranged on the underside of the uppermost foil layer and / or on the top side of the lower foil layer.

Im Übrigen kann der vorgenannte Schichtenverbund auch als Vorprodukt in Form eines fest miteinander verbundenen Schichtenverbundes ausgebildet sein. (Siehe dazu bevorzugte Ausführungsformen 1.In addition, the above-mentioned layer composite can also be designed as a preliminary product in the form of a firmly connected layer composite. (See preferred embodiments 1.

Die Verbindung einzelner Folienschichten wird nachfolgend als Verbundfolie bezeichnet.The connection of individual film layers is referred to below as a composite film.

Die einzelnen Folienschichten werden üblicherweise extrudiert oder kaschiert bzw. laminiert. Die Herstellung der Verbundfolie erfolgt durch Kaschieren mehrerer Lagen gleicher oder verschiedener Materialien bzw. Schichten, in diesem Fall von Kunststofffolien, die dem erfindungsgemäßen Schichtaufbau entsprechen, mit Hilfe geeigneter Kaschiermittel (Lack, Leim, Wachs). Kaschiert wird, um ein Material zu schützen und / oder zu dekorieren und/oder eine Addierung günstiger Materialeigenschaften zu erzielen, indem das Material auf oder unter eine Schicht mit den gewünschten Eigenschaften aufgetragen oder zwischen zwei Schichten eingebracht wird. Um die Kunststofffolie zu bedrucken, kleben und beschichten /coaten ist bei den meisten der o.g. Kunststoffmateralien, (z.B. bei PE, PP, PET) eine Coronavorbehandlung notwendig. Dabei wird die zu behandelnde Oberfläche für eine kurze Zeit einer elektrischen Coronaentladung ausgesetzt. Alternativen zur Coronabehandlung sind die Flammbehandlung, die Plasmabehandlung und die Fluorierung Die Verarbeitung erfolgt vorzugsweise von der Rolle (Rollenkaschiermaschine) oder als Flächenkaschierung. (Flächenkaschieranlage)The individual film layers are usually extruded or laminated or laminated. The composite film is produced by laminating several layers of the same or different materials or layers, in this case plastic films which correspond to the layer structure according to the invention, with the aid of suitable laminating agents (lacquer, glue, wax). Laminating is carried out in order to protect and / or decorate and / or to add favorable material properties by applying the material on or under a layer with the desired properties or by placing it between two layers. In order to print, glue and coat / coat the plastic film, most of the above-mentioned plastic materials (e.g. PE, PP, PET) require corona pretreatment. The surface to be treated is exposed to an electrical corona discharge for a short time. Alternatives for corona treatment are flame treatment, plasma treatment and fluorination. Processing is preferably carried out on a roll (roll laminating machine) or as surface lamination. (Surface laminating machine)

Bei den Kaschierverfahren unterscheidet man Nass-, Trocken - und Thermokaschieren. Bei der Nasskaschierung wird ein viskoser Dispersionsklebstoff auf Polyurethanbasis in Schichten von 7- 25 µm auf die Folie aufgetragen und zunächst in einer Trocknungseinrichtung angetrocknet. Der Klebstoff ist häufig zweikomponentig. Der Bedruckstoff wird zugeführt und in einem Walzenspalt unter Druck mit der Folie vereint. Anschließend kommt es zur Aushärtung des Klebstoffs. Bei der Trockenkaschierung wird der Schichtenverbund mit einem trockenen Klebstoff erzeugt. wobei überwiegend auf die jeweiligen Substrate abgestimmte 2-Komponenten-Reaktiv-Klebstoffe zur Kaschierung eingesetzt werden. Die Auftragstechniken der Kaschieranlagen werden vorzugsweise über Kisscoating, Rasterwalzenauftrag, Düsen- und Gießkastenprinzip vorgesehen, mit Auftragsgewichten vorzugsweise von 1g/m2 bis 20 g/m2.Für die Thermokaschierung ist die Folie mit einem thermoaktiven Klebstoff vorbeschichtet. Dieser wird durch Wärme aufgeschmolzen und verbindet unter Einwirkung von Druck die verschiedenen Materialien.A distinction is made between lamination, wet and thermal lamination. In wet lamination, a viscous polyurethane-based dispersion adhesive is applied to the film in layers of 7-25 µm and first dried in a drying device. The adhesive is often two-component. The printing material is fed in and combined with the film under pressure in a nip. Then the adhesive hardens. In dry lamination, the layer composite is created with a dry adhesive. predominantly 2-component reactive adhesives matched to the respective substrates are used for lamination. The application techniques of the laminating systems are preferably provided via kiss coating, anilox roller application, nozzle and casting box principle, with application weights preferably from 1 g / m 2 to 20 g / m 2. For thermal lamination, the film is precoated with a thermoactive adhesive. This is melted by heat and combines the different materials under the influence of pressure.

Die Verbundfolie kann auch durch Laminieren hergestellt werden. Beim Heiß -Laminieren wird unter Druck- und Wärmeeinwirkung (60- 120 °C) ein beidseitiger vollflächiger Verbund des erfindungsgemäßen Schichtaufbaus erzielt. Die Kombinationsmöglichkeit zwischen Foliendicke und flächenbezogener Masse des metallisierten Papiers/ Kunststofffolie erlaubt sowohl flexible, noch rollbare, als auch biegesteife Endprodukte.The composite film can also be produced by lamination. In hot lamination, a full-area bond of the layer structure according to the invention is achieved on both sides under the action of pressure and heat (60-120 ° C.). The possibility of combining the film thickness and the mass per unit area of the metallized paper / plastic film allows both flexible, still rollable and rigid end products.

Bei der Kaltlaminierung sind die Folien mit einem Kleber beschichtet, der normale Klebeeigenschaften bei allen Temperaturen hat. In der Verbindung zwischen Papier / Folie und Folie fungiert der Kleber wie ein doppelseitiges Klebeband.In cold lamination, the films are coated with an adhesive that has normal adhesive properties at all temperatures. In the connection between paper / film and film, the adhesive acts like a double-sided adhesive tape.

Neben den zuvor genannten Verfahren können die Folienschicht/en inclusive der metallischen Schicht und einer Trägerplatte und Gegenzug auch in einem Verfahrensschritt, z.B. thermisch miteinander verbunden werden, z.B. durch Heißverpressung und / oder Heißverklebung zum Beispiel mit einer Heißpresse (Hot Press oder Hotmelt Press) oder auch Kurztaktpresse.In addition to the aforementioned processes, the film layer (s) including the metallic layer and a carrier plate and counter-pull can also be carried out in one process step, e.g. thermally bonded together, e.g. by hot pressing and / or hot gluing, for example with a hot press or hot melt press or short cycle press.

Ein weiteres Verfahren zur Verbindung von Kunststoff und Metall ist das Thermische Direktfügen, wobei die metallische Schicht durch Widerstandserwärmung elektrisch erhitzt wird. Wird diese dann mit der Kunststoffschicht zusammengebracht, schmilzt der Kunststoff auf und bildet unmittelbar nach dem Erstarren einen festen Verbund mit dem Metall.Another method for connecting plastic and metal is thermal direct joining, the metallic layer being electrically heated by resistance heating. If this is then brought together with the plastic layer, the plastic melts and forms a firm bond with the metal immediately after solidification.

Von besonderem Vorteil ist es in diesem Zusammenhang, dass die obere Schicht unterseitig eine PUR-Folienschicht als Haftvermittler zur Trägerschichtausweist. PUR zeichnet sich dadurch aus, dass dieses Material einen niedrigen Schmelzpunkt hat, so dass dieser Kunststoff beim Thermischen Verbinden aufschmilzt und damit als Klebschicht/Haftvermittler zwischen den weiteren Schichten der Oberschicht und dem metallischen Material dient.In this context, it is particularly advantageous that the upper layer has a PUR film layer on the underside as an adhesion promoter to the backing layer. PUR is characterized by the fact that this material has a low melting point, so that this plastic melts during thermal bonding and thus serves as an adhesive layer / adhesion promoter between the other layers of the top layer and the metallic material.

Die Kunststofffolien können an der äußeren Nutzschicht eine Struktur aufweisen, die beispielsweise durch Prägen erzeugt wird. Damit lassen sich Oberflächenstrukturen, wie z.B. Holz - oder Steinstrukturen herstellen.The plastic films can have a structure on the outer wear layer that is produced, for example, by embossing. This allows surface structures, e.g. Make wood or stone structures.

Eine weitere Ausführungsform ist es die Folienschicht als transparente Melaminschicht auszubilden. Hier können beispielsweise ein- oder mehrere transparente Overlays auf die gedruckte Elektronik aufgebracht werden. Die gedruckte Elektronik kann dann z.B. unter- oder oberseitig auf dem Overlay.vorgesehen werden. Die Verbindung des Overlays zur Trägerschicht/ Trägerplatte erfolgt vorzugsweise durch Thermisches Verbinden, d.h. Heißverpressen, z.B. über eine Kurztakt- Presseinrichtung(KT Presse) und / oder Kleben oder Heißverkleben.Another embodiment is to form the film layer as a transparent melamine layer. Here, for example, one or more transparent overlays can be applied to the printed electronics. The printed electronics can then e.g. on the bottom or top of the overlay. The connection of the overlay to the carrier layer / carrier plate is preferably carried out by thermal bonding, i.e. Hot pressing, e.g. via a short-cycle press device (KT press) and / or gluing or hot gluing.

Ebenso kann die erfindungsgemässe Verbundfolie unterseitig mit einem melaminbeharztem Papier versehen werden. Dies hat den Vorteil, dass die Verbundfolie in einer KT Presse z.B. auf einen Holzwerkstoff (HDF, MDF) verpresst werden kann. Die Verpressung erfolgt unter Druck und Hitze, bei Temperaturen von 160- 200 Grad Celsius. Dabei wird das Melamin in dem beharzten Papier flüssig und verbindet sich durch den Pressvorgang mit der HDF Trägerplatte. Das melaminbeharzte Papier übernimmt hier eine Adapterfunktion zur Verarbeitung der Verbundfolie in einer KT Presse. Vorraussetzung für die technische Umsetzbarkeit ist dabei die Verwendung einer erfindungsgemässen Verbundfolie, die temperaturbeständig ist im Bereich von 160-200 Grad Celsius. Dies bedeutet, dass die verwendeten Einzelkomponenten der Verbundfolie, wie Kunststoff und Kaschierkleber diese Temperaturanforderung erfüllen müssen. Der Schmelzbereich von Polypropylen (PP) liegt bei ca.160 - 165 Grad Celsius, Polyethylenterephthalat (PET) hat einen Schmelzpunkt von 250-260 Grad Celsius, Polyurethan hat einen Schmelzpunkt von 190 Grad Celsius.Likewise, the composite film according to the invention can be provided on the underside with a melamine-coated paper. This has the advantage that the composite film can be pressed in a KT press, for example on a wooden material (HDF, MDF). The pressing takes place under pressure and heat, at temperatures of 160-200 degrees Celsius. The melamine becomes liquid in the resin-coated paper and combines with the HDF carrier board through the pressing process. The melamine-coated paper takes on an adapter function for processing the composite film in a KT press. The prerequisite for technical feasibility is the use of a composite film according to the invention, which is temperature-resistant in the range of 160-200 degrees Celsius. This means that the individual components of the composite film, such as plastic and Laminating adhesive must meet this temperature requirement. The melting range of polypropylene (PP) is approx. 160 - 165 degrees Celsius, polyethylene terephthalate (PET) has a melting point of 250-260 degrees Celsius, polyurethane has a melting point of 190 degrees Celsius.

Die transparente ein-oder mehrlagige Deckschicht wird vorzugsweise in einer glasklaren Ausführung vorgesehen, damit die gedruckte Elektronik zur vollen Geltung kommt. Es kann jedoch auch vorgesehen werden, dass die transparente ein-oder mehrlagige Deckschicht eine gezielt, tranzluzente Einfärbung aufweist, z.B. als milchige, weißliche Einfärbung. Dadurch kann die transparente ein- oder mehrlagige Deckschicht optisch gezielt matter gestaltet werden. Dies kann auch durch den Einsatz von transluzenten und /oder , lasierenden Farben erzeugt werden.The transparent single-layer or multi-layer cover layer is preferably provided in a crystal-clear design so that the printed electronics come into their own. However, it can also be provided that the transparent single or multi-layer cover layer has a targeted, translucent coloration, e.g. as a milky, whitish color. As a result, the transparent single or multi-layer cover layer can be made optically more matt. This can also be created by using translucent and / or translucent colors.

b. Oberflächenausrüstungen (3b)b. Surface Equipments (3b)

Darunter sind transparente Oberflächenausrüstungen und/oder Imprägnierungen (z.B. bei Geweben,Vliesen,Textil) vorzugsweise transparente Polymerlacksysteme zu verstehen und / oder auf Naturstoffen basierte Öl- und /oder Wachsbeschichtungen.This includes transparent surface finishes and / or impregnations (e.g. for fabrics, nonwovens, textiles), preferably transparent polymer coating systems and / or oil and / or wax coatings based on natural products.

Bevorzugt werden transparente, hoch strapazierfähige und / oder geruchsarme Beschichtungen auf der Grundlage eines thermoplastischen und/oder elastomeren Kunststoffes. Bevorzugte Kunststoffe: PUR und/oder PLTR- und/ oder PVC und / oder PP- und /oder PE- Besondere Vorteile hat ein wasserverdünnbarer, transparenter PUR-Lack, mit optionalen Zusätzen wie z.B. Polyurethandispersion, Kieselsäure, Wasser, Glycolether, heterozyklische Kethone und/ oder Additive. Auch sind Acrylat-Lacke, EB Acrylat und Imprägnierungen, elastische Lacke, Polyesterlackierungen (PES), z.B. Im Einbrennverfahren oder ESH Lackierungen einsetzbar. Weitere anwendbare Lacksysteme: Alkydharzlacke (lufttrocknend oder wärmetrocknend), Dispersionslackfarben, Farben und Lacke auf Basis von Acrylpolymeren, High Solids (Nasslacksysteme auf Basis organischer Lösemittel), Phenol-, Harnstoff- und Melaminharzlacke (Wässrig oder lösemittelhaltig) Polyesteranstrichfarben, Polystyrol- und Polyvinylharzlacke, Polyurethanharzlacke, Pulverlacke, Silikonharzfarben, Farben und Lacke auf Basis natürlicher Polymere ( Biopolymere, siehe Ausführungen unter 3a.), Farben auf Basis synthetischer Polymere, Zellulosenitratlacke. Bevorzugte Stärke der Oberflächenausrüstung von 1 µm bis1000 µm. Die Oberflächenausrüstungen können auch strukturbildend sein, d.h. eine Oberflächenstruktur aufweisen, z.B um eine dekorative Optik, wie z.B. Holzpore oder dekorative plastische Strukturen zu erzeugen oder eine funktionelle Eigenschaft zu erzielen, wie z.B. Rutschhemmung . Die Oberflächenausrüstung kann sowohl direkt auf die Schicht aus gedruckter Elektronik aufgebracht werden unter Verzicht der unter(3a) beschriebenen Kunststofffolien und/ oder oberseitig als äußere Nutzungsschicht auf die unter (3a) beschriebenen Kunsttoffolien oder auch zwischen den Folien unter -oder oberseitig, z.B. als haftvermittelnde Schicht.Transparent, highly durable and / or low-odor coatings based on a thermoplastic and / or elastomeric plastic are preferred. Preferred plastics: PUR and / or PLTR and / or PVC and / or PP and / or PE- A water-thinnable, transparent PUR lacquer has special advantages, with optional additives such as Polyurethane dispersion, silica, water, glycol ether, heterocyclic ketones and / or additives. Also acrylic varnishes, EB acrylate and impregnations, elastic varnishes, polyester varnishes (PES), e.g. Can be used in the stoving process or ESH paint. Other paint systems that can be used: alkyd resin paints (air drying or heat drying), emulsion paints, paints and varnishes based on acrylic polymers, high solids (wet paint systems based on organic solvents), phenolic, urea and melamine resin paints (aqueous or solvent-based) polyester paints, polystyrene and polyvinyl resin paints, Polyurethane resin paints, powder paints, silicone resin paints, paints and varnishes based on natural polymers (biopolymers, see explanations under 3a.), Paints based on synthetic polymers, cellulose nitrate paints. Preferred surface finish thickness from 1 µm to 1000 µm. The surface finishes can also be structure-forming, i.e. have a surface structure, e.g. around a decorative look, e.g. To create wood pores or decorative plastic structures or to achieve a functional property, e.g. Slip resistance. The surface finish can be applied both directly to the layer of printed electronics, dispensing with the plastic films described under (3a) and / or on the top as an outer wear layer on the plastic films described under (3a), or between the films on the top or bottom, e.g. as an adhesion-promoting layer.

Für die Oberflächenausrüstung, kommen z.B. folgende Verfahren in Frage , die sich in charakteristischen Merkmalen unterscheiden und in der Regel Schichtdicken von 5 µm - 40 µm umfassen können.

  • 1. Vernetzende wässrige Beschichtungen
    • a) UV-vernetzende wässrige Beschichtungen
      • - Physikalische Trocknung durch Wärme in Trockenkanälen und/oder durch Infrarot- strahlung
      • - Chemische Vernetzung durch ultraviolette Strahlung (UV)
      • - Typische Trockenschichtdicke 8 - 15 µm
    • b) Hitze-vernetzende wässrige Beschichtungen
      • - Chemische Vernetzung durch hoheTemperaturen in Trockenkanälen
      • - Typische Trockenschichtdicke 8 - 12 µm
    • c) Zweikomponentige wässrige Beschichtungen
      • - physikalische Trocknung durch Wärme in Trockenkanälen und / oder Infrarotstrah- lung
      • - chemische Vernetzung durch die Härterkomponente
      • - Typische Trockenschichtdicke 5 - 20 µm
  • 2. Vernetzende 100% - Systeme (Festkörpergehalt)
    • - Chemische Vernetzung und Härtung zum Beispiel durch ultraviolette Strahlung (UV)
    • - Typische Trockenschichtdicke 10 - 25 µm in Zweischichtaufträgen auch bis 35 - 40 µm
  • 3. Thermisch trocknende wässrige Dispersionen (nicht vernetzt)
    • - Physikalische Trocknung durch Wärme in Trockenkanälen und/oder durch Infrarot- strahlung
    • - Verwendung meist als temporäre Beschichtung
    • - durch Grundreiniger entfernbar
    • - Typische Trockenschichtdicke 5 - 12 µm
For surface finishing, for example, the following methods come into question, which differ in characteristic features and can generally comprise layer thicknesses of 5 μm to 40 μm.
  • 1. Crosslinking aqueous coatings
    • a) UV-crosslinking aqueous coatings
      • - Physical drying by heat in drying channels and / or by infrared radiation
      • - Chemical crosslinking through ultraviolet radiation (UV)
      • - Typical dry layer thickness 8 - 15 µm
    • b) heat-crosslinking aqueous coatings
      • - Chemical crosslinking through high temperatures in drying tunnels
      • - Typical dry layer thickness 8 - 12 µm
    • c) Two-component aqueous coatings
      • - Physical drying by heat in drying channels and / or infrared radiation
      • - chemical crosslinking through the hardener component
      • - Typical dry film thickness 5 - 20 µm
  • 2. Crosslinking 100% systems (solids content)
    • - Chemical crosslinking and curing, for example by ultraviolet radiation (UV)
    • - Typical dry film thickness 10 - 25 µm in two-coat applications also up to 35 - 40 µm
  • 3. Thermally drying aqueous dispersions (not crosslinked)
    • - Physical drying by heat in drying channels and / or by infrared radiation
    • - Mostly used as a temporary coating
    • - Removable with basic cleaner
    • - Typical dry layer thickness 5 - 12 µm

Bevorzugte AusführungsformenPreferred embodiments

Figur 1 Erfindungsgemäße vorgefertigte Verbundschicht, als prinzipieller SchichtaufbauFigure 1 Prefabricated composite layer according to the invention, as a basic layer structure

Die nachfolgenden Ausführungen gelten für die 1 :The following explanations apply to the 1 :

4. Der erfindungsgemäße Schichtaufbau des elektronisch angesteuerten Anzeigeelementes sieht eine Schicht(1) mit dem elektronischen Element (E) vor, das optional in eine Füllschicht eingebettet wird, die z.B. durch Bedruckung hergestellt werden kann.(1) mit dem darüber befindlichen Anzeigeelement (2), z.B. hergestellt durch ein gedruckte Elektronik auf Basis von OLED und / oder Micro LED und /oder elektronischer Tinte und einer gegebenenfalls transparenten ein- oder mehrlagigen oberen Schicht (3). wird bevorzugt als vorgefertigte Verbundschicht (A) hergestellt. Diese kann dann beispielsweise als Verbundprodukt weiterverarbeitet werden. Bevorzugte Stärke der Verbundschicht: 1 µm 2500 µm.
Diese Verbundschichten können dann beispielsweise bei der weiteren Verarbeitung auf eine Trägerschicht (5) aufgebracht werden. Grundsätzlich kann die Verbundschicht auf jede geeignete Trägerschicht oder jeden Untergrund aufgebracht werden. Vorzugsweise besteht die Trägerschicht (5) aus folgenden Materialien: Papier, Karton, Kunststoff, Schichtstoff (HPL,CPL DKS), Kunsstoffolie, Elastomer, Kautschuk, Schaumstoff, Metall, Textil, Gewebe oder Vlies, Holz, Holzwerkstoffe, WPC, Kork, Linoleum, Metall, steinbasierten-, feinsteinzeugbasierten -, mineralischen-, keramischen-, zementbasierten-, gipsbasierten- Untergründen und /oder Materialien oder Glas, insbesondere auch Gipskartonplatten, Gipsfaserplatten, Putzuntergründe und OSB-, HDF-,MDF-,Spanplatten oder Kombinationen dieser Materialien. Dabei kann die Trägerschicht (5) auch heterogen und / oder ein- oder mehrschichtig aufgebaut sein.
4. The layer structure of the electronically controlled display element according to the invention provides a layer (1) with the electronic element (E), which is optionally embedded in a filler layer, which can be produced, for example, by printing. (1) with the display element (2 ), for example produced by printed electronics based on OLED and / or micro LED and / or electronic ink and an optionally transparent single or multi-layer upper layer (3). is preferably produced as a prefabricated composite layer (A). This can then be processed as a composite product, for example. Preferred thickness of the composite layer: 1 µm 2500 µm.
These composite layers can then be applied to a carrier layer (5), for example during further processing. In principle, the composite layer can be applied to any suitable carrier layer or any substrate. The carrier layer (5) preferably consists of the following materials: paper, cardboard, plastic, laminate (HPL, CPL DKS), plastic film, elastomer, rubber, foam, metal, textile, fabric or fleece, wood, wood materials, WPC, cork, linoleum , Metal, stone-based, porcelain stoneware-based, mineral, ceramic, cement-based, gypsum-based substrates and / or materials or glass, in particular also gypsum plasterboards, gypsum fibreboards, plaster substrates and OSB, HDF, MDF, chipboard or combinations of these materials . The carrier layer (5) can also be constructed heterogeneously and / or in one or more layers.

In der Vorfertigung werden die Schichten (1-4) zu einer Verbundschicht (A) zusammengefügt, vorzugsweise durch Kaschieren mit einer Rollenkaschiermaschine, (Thermokaschierung oder Nass / Trockenkaschierung), Laminieren, (siehe dazu Ausführungen unter 3a.) Thermisches Verbinden und / oder Kleben / Heißkleben oder thermisches Direktfügen, oder auch mit Hilfe doppelseitiger Klebefolien. Die Kunststofffolien in der Definition dieser Erfindung können auch in Form von geschmolzenem Kunststoff, z.B. als geschmolzenes Polymer aufgetragen werden zur Bildung der transparenten ein- oder mehrlagigen obere Schicht, z.B. durch Kalandrieren oder Gießen. Die Verbindung zur Trägerschicht kann mit den gleichen vorher genannten Verfahren erfolgen, vorzugsweise durch Flächenkaschierung auf einer Flächenkaschieranlage.In the prefabrication, the layers (1-4) are joined to form a composite layer (A), preferably by lamination with a roll lamination machine, (thermal lamination or wet / dry lamination), lamination (see details under 3a.), Thermal bonding and / or gluing / Hot glue or thermal direct joining, or with the help of double-sided adhesive films. The plastic films in the definition of this invention can also be in the form of molten plastic, e.g. applied as a molten polymer to form the transparent single or multilayer top layer, e.g. by calendering or casting. The connection to the carrier layer can be made using the same previously mentioned methods, preferably by surface lamination on a surface lamination system.

Dabei ist von Vorteil, wenn die Verbundschicht (A) optional eine unterseitige Schicht (4) als Haftvermittlerschicht und /oder selbstklebende Schicht zur Trägerschicht (5) aufweist. Die Haftvermittlerschicht kann wie in den unter (3a) und (3b) beschriebenen Ausführungen vorgesehen werden.It is advantageous if the composite layer (A) optionally has an underside layer (4) as an adhesion promoter layer and / or a self-adhesive layer to the carrier layer (5). The adhesion promoter layer can be provided as in the embodiments described under (3a) and (3b).

Die unterseitige Schicht (4) kann auch weitere Funktionen übernehmen, wie z.B. als Ausgleichsschicht um Unebenheiten der Trägerschicht auszugleichen. Dies ist vorteilhaft bei der Oberfläche von Holzwerkstoffen, die aufgrund ihrer Rauigkeit, Unregelmäßigkeiten oder Unebenheiten durch die Verbundfolie „durchtelegrafieren“. Desweitern kann die unterseitige Schicht (4) auch Schutzfunktion für die Schicht aus gedruckter Elektronik sein, um diese im Verarbeitungsprozess vor Feuchtigkeit und mechanischer Beanspruchung zu schützen (Verletzung der Metallschicht z. B. durch Kratzer).The underside layer (4) can also perform other functions, such as as a leveling layer to compensate for unevenness in the carrier layer. This is advantageous for the surface of wood-based materials that "telegraph" through the composite film due to their roughness, irregularities or unevenness. Furthermore, the underside layer (4) can also be a protective function for the layer made of printed electronics in order to protect it from moisture and mechanical stress in the processing process (damage to the metal layer, for example by scratches).

Die unterseitigen Schicht (4) kann auch eine Dämpfungsfunktion übernehmen um beispielsweise die akustischen Eigenschaften der Oberfläche zu verbessern, wie etwa den Trittschall bei Bodenbelägen. The underside layer (4) can also take on a damping function in order to improve, for example, the acoustic properties of the surface, such as the impact sound for floor coverings.

Zudem kann die unterseitige Schicht (4) auch als Adapterschicht zu einer spezifischen Trägerschicht ausgebildet werden. Beispiel: Ausbildung als melaminbeharztes Papier für die Verpressung auf Holzwerkstoffe in einer Kurztaktpresse oder als Papier/ Vliesschicht zur Verkelbung mit Kleister auf einer Putzoberfläche.In addition, the underside layer (4) can also be formed as an adapter layer for a specific carrier layer. Example: Training as melamine-coated paper for pressing onto wooden materials in a short-cycle press or as a paper / non-woven layer for gluing with paste on a plaster surface.

Diese Ausführungsform ist zum Beispiel für den Anwendungsbereich Tapeten, Dekorpapiere, Dekorfolien und Kantenmaterial in Form einer vorgefertigten Verbundfolie bzw. zur Kaschierung auf eine beliebige Trägerschicht vorgesehen. Zur Verbindung des erfindungsgemäßen Schichtaufbaus mit der Trägerschicht gelten im Übrigen die unter 3.a. genannten Ausführungen zum Thema Kaschieren und Laminieren. Ein besonders bevorzugter Anwendungsbereich ist die Herstellung von bedruckten Dekorpapieren / Folien , bedruckten Dekorfolien, Finishfolien (fertig veredelte Oberflächen) und Melaminfilmen für die Holzwerkstoff- und Möbelindustrie mit den Einsatzbereichen Fußboden, Möbel, Innenausbau und Caravan. Derartige Verbundfolien können auch für 3 D Anwendungen und Bauteile, wie z.B. als Ummantelungs-, Tiefzieh -, Postformingfolien eingesetzt werden.This embodiment is, for example, for the application area of wallpapers, decorative papers, decorative films and edging material in the form of a prefabricated composite film or for lamination to any one Carrier layer provided. For the connection of the layer structure according to the invention to the carrier layer, the rest apply under 3.a. mentioned explanations on the subject of lamination and lamination. A particularly preferred area of application is the production of printed decorative papers / foils, printed decorative foils, finish foils (finished surfaces) and melamine films for the wood-based panel and furniture industries with the application areas of flooring, furniture, interior fittings and caravans. Composite films of this type can also be used for 3D applications and components, such as, for example, as wrapping, deep-drawing or postforming films.

Die Verwendung einer Verbundfolie mit aufgedruckter elektronischer Tinte und/ oder die Verwendung eines E-Paper hat zudem den Vorteil, dass ein sogennannter bistabiler Displayzustand entsteht, d.h. bei beendeter Stromzufuhr ist das letzte Bild noch zusehen. Bei derartigen Displays wird nur beim Bildwechsel Strom benötigt. Eine bevorzugte Ausführungsform des E Paper ist die Verwendung einer Elekrolytfolie mit Einsatz elektrochromer Moleküle. In eine derartige Folie können auch Muster eingeprägt werden. Die bevorzugte Stärke einer solchen Folie liegt bei kleiner als 0,5 mm, insbesondere 0,3 mm, wobei die Folie ist hochflexibel, d,h, biegsam und rollbar ist.The use of a composite film with printed electronic ink and / or the use of an e-paper also has the advantage that a so-called bistable display state arises, i.e. the last picture can still be seen when the power supply has ended. With such displays, electricity is only required when the picture is changed. A preferred embodiment of the E Paper is the use of an electrolytic foil with the use of electrochromic molecules. Patterns can also be embossed into such a film. The preferred thickness of such a film is less than 0.5 mm, in particular 0.3 mm, the film being highly flexible, i.e. flexible, flexible and rollable.

Figur 2 : Ausführungsbeispiel als Verbundfolie (A)Figure 2: embodiment as a composite film (A)

Die nachfolgenden Ausführungen gelten für die 2 The following explanations apply to the 2nd

Ausführungsbeispiel als Verbundfolie (A)Exemplary embodiment as a composite film (A)

Diese bevorzugte Ausführungsform weist zusätzlich eine Technikschicht (T) auf, z.B. zur Aufbringung von elektrischen Leiterbahnen, vorzugsweise hergestellt durch Bedruckung mit metallischem oder metallhaltigem Material. Hiermit kann die Stromversorgung für das Anzeigeelement und das elektronische Element hergestellt werden. Die Technikschicht dient auch zur optionalen Unterbringung einer Batterie und /oder eines Akkus zur Stromversorgung, wobei die Stromversorgung, vorzugsweise drahtlos und/oder kabelgebunden auf technischer Basis einer Verbindung mit dem Stromnetz und /oder eines Akkumulators und /oder Induktionsstroms und /oder durch Funkstrom oder durch Funkstrom und /oder durch Ultraschallübertragung, vorzugsweise mit piezotechnikbasierten Sensoren erzeugt wird. Beim Induktionsprinzip wird vorzugsweise ein Sender auf Basis einer magnetischen Dipolspule verwendet, beim Funkstrom auf Basis einer Sekundärspule verwendet. Optional kann die Stromzufuhr / Elektronik und Akkutechnik auch in einer externen Anschlussbox ausgelagert, bzw in Bauteielemente integriert werden.This preferred embodiment additionally has a technology layer (T), e.g. for the application of electrical conductor tracks, preferably produced by printing with metallic or metal-containing material. The power supply for the display element and the electronic element can be produced with this. The technology layer also serves for the optional accommodation of a battery and / or a rechargeable battery for the power supply, the power supply, preferably wireless and / or wired on a technical basis, being connected to the power supply system and / or a rechargeable battery and / or induction current and / or by radio current or is generated by radio current and / or by ultrasound transmission, preferably using piezotechnology-based sensors. With the induction principle, a transmitter based on a magnetic dipole coil is preferably used, with radio current based on a secondary coil. Optionally, the power supply / electronics and battery technology can also be outsourced to an external connection box or integrated into component elements.

Zwischen den Leiterbahnen ist optional eine Füllschicht (F) angeordnet als Isolations- und Ausgleichsschicht, damit sich Unebenheiten, verursacht durch den Querschnitt der Leiterbahn nicht an die Oberfläche sichtbar abzeichnen. Die Füllschicht (F) kann als z.B. als Beschichtung mit einem isolierenden Material (vorzugsweise Kunststoff), z.B.durch Bedruckung oder Lackierung hergestellt werden, oder durch eine separat aufgebrachte maskierte Negativschicht.A filler layer (F) is optionally arranged between the conductor tracks as an insulation and compensation layer, so that unevenness caused by the cross section of the conductor track does not become visible on the surface. The filling layer (F) can be used e.g. as a coating with an insulating material (preferably plastic), e.g. by printing or varnishing, or by a separately applied masked negative layer.

Figur 3: Erfindungsgemäße Blockchaincloud für Anwendung bei der Strassenverkehrsbehörde für digitales KFZ- KennzeichenFigure 3: Blockchain cloud according to the invention for use by the road traffic authority for digital license plates

Figur 4: Erfindungsgemäßes Digitales KFZ- KennzeichenFigure 4: Digital license plate according to the invention

Die nachfolgenden Ausführungen gelten für die 3 und 4:The following explanations apply to the 3rd and 4th :

Bevorzugte Ausführungsform: Digitales KFZ- KennzeichenPreferred embodiment: digital license plate

Ein sehr innovativer bevorzugter Anwendungsbereich der Erfindung ist die Verwendung eines Anzeigeelementes vorzugsweise für ein Element als amtliches Kennzeichen für ein ein Fahrzeug, vorzugsweise für ein PKW, LKW, Omnibus, Zweirad, Motorrad, E Bike, E Roller, Caravan, Nutzfahrzeug, Anhänger, Strassenbahn, Zug, Flugmobile, insbesondere ein Flugzeug, ein Hubschrauber und ein Schiff.A very innovative preferred field of application of the invention is the use of a display element, preferably for an element as an official identification for a vehicle, preferably for a car, truck, bus, two-wheeler, motorcycle, e-bike, e-scooter, caravan, utility vehicle, trailer, tram , Train, aircraft, in particular an airplane, a helicopter and a ship.

Der Stand der Technik bei KFZ Kennzeichen besteht im Wesentlichen aus der Kennzeichnung eines Fahrzeuges durch ein Blechnummernschild, zumeist in der Größe 520 x110 mm. Dieser Stand der Technik hat sich seit der Entwicklung der ersten PKWs in der Automobilgeschichte nicht wesentlich verändert. Das Schild enthält dabei folgende Informationen: Fahrzeugkennzeichen, Länderkennung, TÜV/ HU Plakette und die Stadt-/ Kreis-/ Landplakette.The state of the art for vehicle license plates essentially consists of the identification of a vehicle by means of a sheet metal number plate, mostly in the size 520 x 110 mm. This state of the art has not changed significantly since the development of the first cars in automotive history. The label contains the following information: vehicle registration number, country code, TÜV / HU sticker and the city / district / country sticker.

Das KFZ Kennzeichen wird bei PKWs in der Regel im Front-und Heckbereich des Fahrzeugs angebracht. Für das hintere Kennzeichen ist eine Kennzeichenbeleuchtung am Fahrzeug vorgeschrieben. The license plate is usually attached to the front and rear of the vehicle. License plate lighting on the vehicle is mandatory for the rear license plate.

Vergleicht man den Stand der Technik eines heutigen Automobils und zeitgemäße Serviceangbote zur Mobilität, wie z.B. Elektromobilität, Autonomes Fahren, Fahrhilfen, Vekerhrslenkung, Carsharing Bordcomputer, LED Lichttechnik etc, so mutet das blecherne Kennzeichen an, wie ein altertümliches Relikt aus dem Analogzeitalter unserer Grossväter. Zudem ist es bezogen auf das heutige Automobildesign ein hässliches, unästhetisches, unwertiges Fremdelement an einem modern, designten PKW, wie z.B. beim Alfa Romeo, bei dem das Kennzeichen im Frontbereich zudem auch noch asymmetrisch angeordnet ist.Comparing the state of the art of today's automobile and contemporary service offers for mobility, such as Electromobility, autonomous driving, driving aids, traffic control, car sharing on-board computer, LED lighting technology, etc., the tinny plate looks like an ancient relic from the analogue age of our grandfathers. In addition, based on today's automotive design, it is an ugly, unaesthetic, unworthy foreign element on a modern, designed car, such as on the Alfa Romeo, where the license plate is also asymmetrically arranged in the front area.

Auch die behördliche Abwicklung bei den Strassenverkehrsämtern zur An- und Abmeldung von Fahrzeugen, die ein persönliches Erscheinen des KFZ Halters oder KFZ Händlers erfordern, ist bürokratisch -, zeit- und kostenintensiv und entspricht nicht den organisatorischen und abwicklungstechnischen Möglichkeiten des digitalen Zeitalters. Erschwerend hinzu kommt das förderalistische Organisationsprinzip Deutschlands, mit den vielen dezentralen Straasenverkehrsämtern der Städte und Kreise der einzelnen Bundesländer, und einer dezentralen Daten- und Informationsverwaltung und Speicherung.The official processing at the road traffic offices for registration and deregistration of vehicles that require a personal appearance of the car owner or car dealer is bureaucratic - time and cost intensive and does not correspond to the organizational and processing options of the digital age. To make matters worse, the promotionalist organizational principle of Germany, with the many decentralized road traffic offices of the cities and districts of the individual federal states, and a decentralized data and information management and storage.

Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt hier ein grundlegend neues Konzept für diese Problemstellung zu entwickeln unter Ausnutzung sämtlicher Möglichkeiten des Digitalzeitalters.The inventor set himself the task of developing a fundamentally new concept for this problem, using all the possibilities of the digital age.

Die Folie auf Seite 19 gibt einen Überblick über das Gesamtkonzept.The slide on page 19 provides an overview of the overall concept.

Die Grundidee besteht in der Gründung einer bundeseinheitlichen Blockchain Cloud der Strassenverkehrsbehörde (STVB) gesteuert und kontrolliert von den einzelnen Strassenverkehrsämtern (STVA), die die Datenhoheit besitzen. In dieser Blockchain - Cloud sind sämtliche Daten aller relevanten User -Gruppen rund um das Thema Mobilität gespeichert und werden laufend kontrolliert, sowie aktualisiert. Dabei gibt es für die einzelnen Usergruppen definierte Zugriffs- und Transaktionserlaubnisse die mittels einer Software/App via Smartphone an die Cloud übermittelt werden. The basic idea is to establish a nationwide blockchain cloud for the road traffic authority (STVB) controlled and controlled by the individual road traffic authorities (STVA), which have data sovereignty. In this blockchain cloud, all data of all relevant user groups relating to the topic of mobility are stored and are continuously checked and updated. There are defined access and transaction permits for the individual user groups, which are transmitted to the cloud using a software / app on a smartphone.

Beispiele für User -Gruppen sind STVA, Führerscheinstelle, KFZ Steuer, Punktekonto/ Bußgeld, KFZ Versicherung,TÜV, Polizei,Verkehrslenkung, KFZ Halter, KFZ Händler, KFZ Hersteller, Automobiclubs, u.a.m.Examples of user groups are STVA, driving license office, vehicle tax, points account / fine, vehicle insurance, TÜV, police, traffic control, vehicle owner, vehicle dealer, vehicle manufacturer, automobile clubs, etc.

Desweiteren schlägt der Erfinder vor jedes Fahrzeug mit einem digitalen KFZ Kennzeichen auszustatten. Dabei handelt es sich um ein vorkonfiguriertes elektrisch angesteuertes Anzeigeelement mit einem integrierten elektronischem Element. Dieses digitale KFZ Zeichen wird über eine drahtlose Verbindung über das Rechner netz der STVB durch die Blockchain Cloud direkt angesteuert.Furthermore, the inventor proposes to equip each vehicle with a digital license plate. It is a preconfigured, electrically controlled display element with an integrated electronic element. This digital vehicle sign is directly controlled by the blockchain cloud via a wireless connection via the computer network of the STVB.

Mit anderen Worten besitzt jedes digitale KFZ Kennzeichen - ein Bildschirmdisplay auf dem das Fahrzeugkennzeichen und weitere Informationen bildlich angezeigt werden, wobei diese Informationen über ein STVB eigenes staaatliches Funknetz, vorzugsweise auf 3G / $G / 5G Basis mit eigener geschüzter, Kanalbandbreite, aus der Blockchaincloud direkt an das digitale KFZ Zeichen gesendet werden und auf diese Weise Zulassungen und Abmeldungen abgewickelt werden.In other words, every digital vehicle license plate has a screen display on which the vehicle license plate and other information are shown graphically, this information via a STVB's own state radio network, preferably based on 3G / $ G / 5G with its own protected channel bandwidth, from the blockchain cloud be sent directly to the digital vehicle sign and in this way approvals and de-registrations are processed.

Zur Identifizierung des KFZ Kennzeichens weist das Bildschirmdisplay ein elektronisches Element, z.B. in Form einer 3-5 G Simcard auf die mit einem Verschlüsselungscode gesichert ist. Jedes Digitale Kennzeichen hat einen eigenen ID Code, der der Fahrgestellnummer des KFZ zugeordnet ist.To identify the license plate number, the screen display has an electronic element, e.g. in the form of a 3-5 G Simcard that is secured with an encryption code. Each digital number plate has its own ID code, which is assigned to the chassis number of the vehicle.

Das digitale Kennzeichen stellt zudem eine Verbindung zum Bordcomputer des Fahrzeugs her und ermöglicht einen definerten Zugriff und Datenaustausch mit dem Bordcomputer durch die STVB Blockchaincloud.The digital license plate also establishes a connection to the vehicle's on-board computer and enables defined access and data exchange with the on-board computer through the STVB blockchain cloud.

Das Prinzip der Blockchaincloud erlaubt eine sicher verschlüsselte Datenspeicherung und Datenverwaltung. Der o.g. ID Code besteht aus einerm mindestens 8-stelligen Zeichencode, aus einem Zeichenraum von mindestens 89 Zeichen. Dies ergibt eine Kombinationsmöglichkeit von 8 hoch 89, was im mathematischen Ergebnis unendlich ist und so einen Hacker - Angriff nach der Brute Force Methode unmöglich macht.The principle of the blockchain cloud enables secure encrypted data storage and data management. The above ID code consists of a character code of at least 8 characters, a character space of at least 89 characters. This results in a combination possibility of 8 to 89, which is infinite in the mathematical result and thus makes a hacker attack using the brute force method impossible.

Zusammengefasst ergeben sich daraus folgende erfindungsgemäße technische Ausführungen:

  • Anzeigeelement dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Element eine digitale Verknüpfung mit einer IT-Infrastruktur über ein Rechnernetz aufweist.
  • Anzeigeelemennt dadurch gekennzeichnet, dass die IT-Infrastruktur ein verschlüsseltes Buchführungssystem und / oder Verfahren aufweist.
  • Anzeigeelement dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Element mindestens einen Verschlüsselungscode aufweist und/oder mit mindestens einem Verschlüsselungscode digital verknüpft ist.
  • Anzeigeelement dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlüsselungscode aus mindestens acht Zeichen besteht, basierend auf einem Zeichenraum von mindestens 89 Zeichen.
  • Anzeigeelement dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlüsselungscode in der IT -Infrastruktur gespeichert ist.
In summary, this results in the following technical designs according to the invention:
  • Display element characterized in that the electronic element has a digital link to an IT infrastructure via a computer network.
  • The display is characterized in that the IT infrastructure has an encrypted accounting system and / or method.
  • Display element characterized in that the electronic element has at least one encryption code and / or is digitally linked to at least one encryption code.
  • Display element characterized in that the encryption code consists of at least eight characters, based on a character space of at least 89 characters.
  • Display element characterized in that the encryption code is stored in the IT infrastructure.

Die Folie auf Seite 20 zeigt eine besonders bevorzugte Ausführungsform des digitalen Kennzeichens.The slide on page 20 shows a particularly preferred embodiment of the digital identifier.

Das digitale KFZ Kennzeichen ist kompatibel mit gängigen KFZ Kennzeichen Halterungen. Es besitzt eine integrierte Schnittstelle bzw. Adapter-Steckverbindung zur Verbindung mit der Autobatterie und wird auf 12 V Basis betrieben. Zu diesem Zweck ist es erforderlich eine Kabelverbindung von der Autobatterie zum vorderen und hinteren Kennzeichen vorzusehen. Zudem enthält das Display eine interne Batterie und / oder Akku, falls die KFZ Stromversorgung ausfällt, dadurch wird eine Stromnotversorgung von z.B. 10 Stunden möglich Das vordere und hintere Kennzeichen können kabellos über Bluetooth und/ oder über eine Kabelverbindung miteinander verbunden werden. Das Display ist in Dauerfunktion, optional kann sich das Display nachts auch automatisch ausschalten.The digital license plate is compatible with common license plate holders. It has an integrated interface or adapter plug connection for connection to the car battery and is operated on a 12 V basis. For this purpose it is necessary to provide a cable connection from the car battery to the front and rear license plates. In addition, the display contains an internal battery and / or rechargeable battery if the vehicle power supply fails, which means that an emergency power supply of e.g. 10 hours possible The front and rear license plates can be connected wirelessly via Bluetooth and / or via a cable connection. The display is in permanent operation, optionally the display can also switch off automatically at night.

Displayinhalte werden von der STVB Blockchaincloud nach Erfassung der Stammdaten des KFZ automatisch auf das KFZ Kennzeichen Display gesendet und laufend aktualisiert. Den alleinigen, autorisierten Zugriff für das digitale Display hat die regional zuständige Strassenvekehrsbehörde ,d.h. hier liegt die Datenhoheit, die das digitale Kennzeichen steuert und kontrolliert bzw. aktualisiert oder löscht.Display contents are automatically sent from the STVB Blockchaincloud to the vehicle license plate display after acquisition of the master data of the vehicle and updated continuously. The regionally responsible road traffic authority, i. E., Has sole, authorized access for the digital display. this is where the data sovereignty controls, controls, updates, or deletes the digital license plate.

Das Strassenverkehrsamt ist zukünftig die zentrale, datenhoheitliche Kommunikations- und Koodinationstelle zwischen den verschiedenen Usergruppen, d.h. alle relevanten Informationen der Usergruppen gehen als Information zunächst an die Behörde und werden dort zentral erfasst, kontrolliert, gespeichert .und laufend aktualisiert. Beispiele: TÜV Prüfer meldet HU Verlängerung, Polizei meldet technische Mängel am Fahrzeug, Halter meldet Wechsel der Haftpflichtversicherung etc.The Road Traffic Office will in future be the central, data-sovereign communication and coordination point between the different user groups, i.e. All relevant information from the user groups is initially sent to the authorities as information, where it is centrally recorded, checked, saved and continuously updated. Examples: TÜV inspector reports HU extension, police reports technical defects in the vehicle, owner reports change of liability insurance etc.

Darüber hinaus ergeben sich durch das digitale KFZ Kennzeichen und die die digitale Vernetzung von Informationen der verschiedenen User Gruppen zahlreiche neue Zusatzfunktionen , sowie neue Anwendungsmöglichkeiten. Dies führt zu einem neuen Level der Effizienz nicht nur bei den Strassenverkehrsämtern , sondern für alle beteiligten User -Gruppen. Es folgt eine Übersicht über die wesentlichen Vorteile und Möglichkeiten des Gesamtkonzeptes.In addition, the digital license plate and the digital networking of information from the various user groups result in numerous new additional functions and new application options. This leads to a new level of efficiency not only for the road traffic offices, but for all user groups involved. An overview of the main advantages and possibilities of the overall concept follows.

Neue Anwendungen und ZusatzfunktionenNew applications and additional functions

Neben den Grundfunktionen lassen zukünftig auch ganz neue Zusatzfunktionen über das digitale Kennzeichen realisieren, wie z.B. ein bundesweites Verkehrsleitsystem über die GPS Erfassung des digitalen KFZ Kennzeichens oder auch durch Vernetzung mit dem Bordcomputer des KFZ kann das Strassenverkehrsamt die Einhaltung von Umweltauflagen kontrollieren ,wie z.B. Kraftstoff -Verbrauchswerten, Abgaswerten, gemäss der Energieverbrauchskennzeichnung der Hersteller oder Fahrverbote für bestimmte Zonen aktivieren oder auch sicherheitsrelevante Kontrollen vornehmen wie etwa Geschwindigkeitskontrolle, Gurtpflicht, Abstandskontrolle...etc. über GPS Funktion mit automatischer Bussgeldzustellung oder eine Stilllegung des Fahrzeugs einstellen (z.B. Display komplett rot mit Text: „Ausser Betrieb“). Über die zentrale Digitalisierung der KFZ Daten ist zukünftig auch ein internationaler Datenaustausch zwischen einzelnen Ländern z.B. europaweit möglich und/ oder lässt sich europa- / weltweit vereinheitlichen. (KFZ-Cloud als Speicher)In addition to the basic functions, completely new additional functions can also be implemented in the future, e.g. a nationwide traffic control system via the GPS recording of the digital license plate or by networking with the on-board computer of the vehicle, the road traffic office can check compliance with environmental regulations, such as Activate fuel consumption values, exhaust gas values, according to the manufacturer's energy consumption labeling or driving bans for certain zones, or carry out safety-related controls such as speed control, seat belt duty, distance control ... etc. Set via GPS function with automatic fine delivery or shutdown of the vehicle (e.g. display completely red with text: "Out of service"). An international data exchange between individual countries will be possible in the future via the central digitization of vehicle data. possible across Europe and / or can be standardized across Europe / worldwide. (Automotive cloud as storage)

Vorteile für Strassenvekehrsämter (STVA)Advantages for road traffic offices (STVA)

  • a. Erhebliche Verbesserung der Leistungsfähigkeit und Effiziez der Strassenvekehrsbehörden:a. Significant improvement in the performance and efficiency of the road traffic authorities:
  • b. Rasante Schnelligkeit in der Abwicklung von KFZ - Zulassungen durch ausschliessliche online Kommunikation mit relevanten Usern, w.z.B. KFZ Halter, KFZ Händler ...etc. Persönliches Erscheinen im Strassenvekehrsamt nicht mehr notwendig. Zulassung eines Fahrzeuges ist in wenigen Minuten aktiv. Zentralisierungb. Rapid processing of vehicle registrations through exclusive online communication with relevant users, such as car owners, car dealers ... etc. Personal appearance in the Road traffic office no longer necessary. Registration of a vehicle is active in a few minutes. centralization
  • c. Kostenreduktion in den Verwaltungsabläufend.c. Reduction in administrative costs.
  • d. Eweiterter neuer Aufgaben / Kompetenzbereichd. Additional new tasks / area of competence
  • e. Personal übernimmt zukünftig Kommunikations und Kontrollfunktionen , wie z. Umwelt / Sicherheit etc., statt Personal abbauene. In future, personnel will take over communication and control functions, such as Environment / safety etc., instead of reducing staff

Darüberhinaus entstehen zukunftsweisende, neue Kontrollfunktionen und Steurungsmöglichkeiten für das STVA in den Bereichen Sicherheit, Umwelt, Verkehrslenkung,,Verkehrssicherheit, autonomes Fahren, durch Online Zugriff auf Kamera/ Video (Live Cam) und Sensorfunktionen des digitalen KFZ, sowie definierter Zugriff auf Bordcomputer. Der Pkw-Verkehr bringt externe Kosten, insbesondere im Bereich Umweltverschmutzung und Unfallfolgekosten, mit sich. Hier können Maßnahmen des STVA zur Erhöhung der Verkehrssicherheit dazu beitragen, dass die Zahl der bei einem Verkehrsunfall getöteten Personen reduziert wird. Weiterhin können damit die Sekundärkosten aller Verkehrsteilnehmer gesenkt werden, wie Unfall- und Umweltkosten (Lärm, Luftschadstoffe) werden, die ansonsten von der Allgemeinheit übernommen werden.In addition, pioneering new control functions and control options for the STVA arise in the areas of safety, environment, traffic control, traffic safety, autonomous driving, through online access to camera / video (live cam) and sensor functions of the digital vehicle, as well as defined access to on-board computers. Car traffic entails external costs, particularly in the area of pollution and consequential accident costs. Measures taken by the STVA to increase traffic safety can help to reduce the number of people killed in a traffic accident. Furthermore, the secondary costs of all road users can be reduced, such as accident and environmental costs (noise, air pollutants) that would otherwise be borne by the general public.

Sowohl Automobilbauer-und Zulieferbetriebe als auch Unternehmen aus der IT-Branche, insbesondere Google-forschen und entwickeln am autonom fahrenden Kraftfahrzeug. Die Erfindung kann hier im erheblichen Maße zu einer zeitnahen Lösung dieser gesamten Thematik beitragen.Both automobile manufacturers and suppliers as well as companies from the IT sector, in particular Google research and development on autonomously driving motor vehicles. The invention can make a significant contribution to promptly solving this entire issue.

Auch Themen wie Parkleitsysteme, Parkhausbelegung, Vernetzung mit Car-Sharing Angeboten können zukünftig helfen die Innenstädte verkehrsmässig zu entlasten und den Verkehrsfluss zu optimieren. Das Digitale KFZ löst dabei das derzeitige Problem der Kennzeichnung eines Carsharing Fahrzeuges, da dies zum Beispiel durch eine andere Kennzeichenarbe im Display kenntlich gemacht werden kann.Topics such as parking guidance systems, car park occupancy and networking with car sharing offers can also help to relieve the inner cities in terms of traffic and optimize traffic flow. The digital vehicle solves the current problem of labeling a carsharing vehicle, since this can be identified, for example, by another license plate color on the display.

Das STVA kontrolliert zukünftig die Einhaltung des Datenschutzes und führt eine regelmäßige Datenlöschung von Altdaten durch.In future, the STVA will monitor compliance with data protection regulations and will regularly delete old data.

Es folgt eine beispielhafte Auflistung der neuen Möglichkeiten:

  • - Polizeikontrolle Über App möglich. Polizei kann sämtliche KFZ und KFZ Halter Informationen abrufen, z.B. Fahrzeugpapiere: Fahrzeugschein, Füherschein ist digital hinterlegt in App, Durchführung von Fahrzeugkontrollen,:polizeilich gesuchte Fahrzeuge, TÜV Kontrolle, Geschwindigkeitskontrolle , Fahrzeugsicherheit, GPS Ortung von Fahrzeugen. Mängelanzeige KFZ, Stillegungsinfo an Strassenverkehrsamt, Bussgeldinfo
  • -Führerscheinkontrolle/ Fahrer muss sich zukünftig in Fahrzeug einloggen dadurch wird Führerscheinstatus, Punkte in Flensburg , Führerschein wird digital hinterlegt in App
  • -Kontrolle: Einhalten von Fahrpausen / vorgeschriebenen Pausen ,Fahrtenbuch wird gespeichert, Fahrten Buchfunktion, Fahrtenschreiberfunktion: Überprüfung und Kontrolle von Fahrtzeiten. Automatischer Hinweis auf Fahrpausen auf Bordcomputer
  • -Diebstahlschutz. Codierung Fahrgestellnummer und Kennzeichen, bei nicht Übereinstimmung:: Fahrsperre aktivieren
  • -Kontrolle der Gurtpflichterfüllung durch Vernetzung mit Bordcomputer über Bluetooth, automatische Meldung bei Verstoss, mit Bussgeldbescheid
  • -Kontrolle Telefonierverbot mit Mobilphone während der Fahrt über Verbindung mit Bordcomputer, automatische Meldung bei Verstoß, mit Bussgeldbescheid
  • -Online Kontrolle des STVA Lichtanlage und Bereifung, Profiltiefe Sommer/ Winterreifen
  • - Pannenhilfe ,SOS Funktion, Notruf, Stau : auf dem Display erscheint entsprechender Text, Blinkfunktion etc. Durchsagen über Bordlautsprecher, Stau, Umleitungen, SOS....
  • - automatische Erkennung von Geschwindigkeitsüberschreitungen per GPS inclusive Bussgeldbescheid
  • -Abstandsmessung zum Vorderfahrzeug über Sensor/ inclusive Bussgeldbescheid bei Verstoss
  • -Mautinformationen : Automatische Erfassung und Abbuchung von Mautpflichtigkeit Speicherung aller relevanten Stammdaten von KFZ Halter/ KFZ Händler/ KFZ/ TÜV Hersteller :Fahrzeugschein, Fahrzeugbrief, Führerschein , Fahrzeug, Austattung, Betriebsanleitung, Reparaturhistorie Versicherungsstatus, Haftpflicht, Kasko ,TÜV TÜV kann durch App Prüfsiegel aktualisieren, separater Zugriff nur auf TÜV bereich,
  • -Kontrolle und Belohnung defensives Fahren und Teilnahme Fahrsicherheitstraining, Auswertung Fahrverhalten über Bordcomputer, Belohnung :Senkung der KFZ Steuer und Versicherungsbeiträge... Kosten für den Fahrzeughalter senken
  • -Individualisierung des Kennzeichens z.B. individuelle grafische Gestaltung ,z.B. Auswahl von verschiedenen grafischen Hintergründen
  • - Zusatzfunktionen KFZ Display: Anzeige von Verkehrsinformationen, Gefahr, Stauende, Pannenhilfe, Kommunikation mit anderen Verkehrsteilnehmern....
  • -Vorteil für Fahrzeughersteller: Intergration des digitalen KFZ Zeichens in Karosseriedesign bei Neuentwicklungen der Autohersteller, neue Designmoöglichkeiten durch flächenbündige Integration in die Karosserie-Aussenhülle,dadurch diebstahlsicher, Bei Neuentwicklungen kann Position, Format, Form und Grösse des Kennzeichens variieren
  • -Kennzeichen bei Dunkelheit erkennbar, digitales KFZ Display leuchtet Tag und Nacht durchgängig, geringer Stromverbrauch und / oder ohne Strom durch bistabilen Displayzustand mittels elekrronischer Tinte, Bessere Erkenn -und Lesbarkeit des Kennzeichens, Mehr Informationen und Zusatzinformationen ablesbar
  • - Die Kennzeichenbeleuchtung am Heck des KFZ entfällt
  • - Display ist kompatibel und nachrüstbar für konventionelle Kennzeichen Halterungen,
  • -Vermeidung von Metallschildern, die im Lebenszyklus durchschnittlich bis zu 5 × gewechselt werden
  • - digitales KFZ Schild ist fälschungssicher durch doppelte GPS Funktion, d.h. von GPS Bordcomputer und GPS des digitalen Kennzeichens , bei Entfernung des KFZ Zeichens wird abweichende GPS Ortung erkannt und automatisch an STVA gemeldet und automatische Mitteilung an Polizei
  • - Personenerkennung über Sensor/ Kamera
  • -Diebstahlsicherungsfunktion: Fahrzeugzugriff und Fahrfunktion nur durch Einloggen des Fahrers möglich oder Zugriff nur durch definierten Fahrer- Personenkreis Codierung ob Fahrzeug fremdgeöffnet wurde, GPS Ortung von gestohlenen Fahrzeugen
  • - Akustische und optische Signale bei Diebstahlversuch, automatische Kameraaktivierung und automatische Bildversendung bei manipulationen am KFZ Schild, Meldung an Polizei
  • - Verkehrslenkung durch eingebaute GPS Erkennung, aktuelle Infos an Bordnavi, automatische Navisteuerung, Verkehrsleitsystem, Stauminimierung
  • - Parkleitsystem , Parkhausbelegung, Vernetzung mit Car sharing Angeboten Vernetzung mit Car sharing Angeboten
The following is a sample listing of the new options:
  • - Police control possible via app. The police can call up all vehicle and vehicle owner information, e.g. vehicle documents: vehicle registration, driver's license is stored digitally in the app, vehicle checks are carried out: vehicles searched by the police, TÜV inspection, speed control, vehicle security, GPS location of vehicles. Defect notification vehicle, decommissioning information to road traffic office, fine information
  • -Driver's license check / driver will have to log into the vehicle in the future, this will result in driver's license status, points in Flensburg, driver's license will be stored digitally in the app
  • -Control: Adherence to driving breaks / prescribed breaks, logbook is saved, trips book function, tachograph function: checking and checking travel times. Automatic notification of breaks on the on-board computer
  • -Theft protection. Coding of chassis number and number plate, if they do not match: activate the driving lock
  • -Control of the fulfillment of seat belt obligations through networking with on-board computer via Bluetooth, automatic notification of violation, with notice of fine
  • -Control of no calls with mobile phones while driving via connection with on-board computer, automatic notification in the event of violation, with notice of fine
  • -Online control of the STVA lighting system and tires, tread depth summer / winter tires
  • - Roadside assistance, SOS function, emergency call, traffic jam: the text, flashing function, etc. appears on the display. Announcements via on-board loudspeakers, traffic jam, diversions, SOS ....
  • - Automatic detection of overspeeds via GPS including a fine
  • -Distance measurement to the vehicle in front via sensor / including a fine for a violation
  • - Toll information: Automatic registration and debiting of toll liability Storage of all relevant master data from car owner / car dealer / car / TÜV Manufacturer: vehicle registration, vehicle registration document, driver's license, vehicle, equipment, operating instructions, repair history, insurance status, Liability, comprehensive insurance, TÜV TÜV can update with the app seal of approval, separate access only to TÜV area,
  • -Control and rewarding defensive driving and participation in driving safety training, evaluation of driving behavior via on-board computer, reward: reduction in vehicle tax and insurance premiums ... lower costs for vehicle owners
  • -Individualization of the license plate, e.g. individual graphic design, e.g. selection of different graphic backgrounds
  • - Additional functions vehicle display: display of traffic information, danger, traffic jam end, breakdown assistance, communication with other road users ....
  • Advantage for vehicle manufacturers: integration of the digital car sign in body design for new developments by the car manufacturer, new design options through flush integration into the body shell, thereby theft-proof, position, format, shape and size of the plate can vary with new developments
  • - License plate recognizable in the dark, digital car display shines continuously day and night, low power consumption and / or without electricity due to bistable display status by means of electronic ink, better recognition and readability of the license plate, more information and additional information can be read
  • - The license plate lighting at the rear of the car is not required
  • - Display is compatible and can be retrofitted for conventional license plate mounts,
  • -Avoidance of metal signs, which are changed up to 5 × on average in the life cycle
  • - Digital vehicle sign is forgery-proof thanks to the double GPS function, ie GPS on-board computer and GPS of the digital number plate. When the vehicle number plate is removed, different GPS location is recognized and automatically reported to STVA and automatic notification to the police
  • - Person recognition via sensor / camera
  • -Anti-theft protection function: Vehicle access and driving function only possible by logging in the driver or access only by a defined driver- Group of people coding whether the vehicle was opened externally, GPS location of stolen vehicles
  • - Acoustic and optical signals in case of attempted theft, automatic camera activation and automatic image transmission in the event of tampering with the vehicle sign, reporting to the police
  • - Traffic control through built-in GPS detection, current information on board navigation, automatic navigation control, traffic management system, traffic jam minimization
  • - Parking guidance system, car park occupancy, networking with car sharing offers Networking with car sharing offers

Ein wichtiger neuer Anwendungsbereich ist die Kontrolle der Fahrzeughersteller. Der Dieselskandal hat gezeigt, dass zukünftig eine staatliche Regulierung und Kontrolle der übermächtigen / kriminellen Autoindustrie erforderlich ist. Durch neue Gesetze könnten die Automobilhersteller verpflichtet werden, die Einhaltung von Gesetzen und Normen, wie z.B. Umweltauflagen, Schadstoffausstoss, Verbrauchswerte messbar im Bordcomputer zu hinterlegen. Hier kann die Erfindung dazu beitragen, dass über das digitale KFZ Zeichen in Verbindung mit dem Bordcomputer die Einhaltung sämtlicher Auflagen durch den Staat, durch die Strassenverkehrsbehörde bzw. das Strassenverkehrsamt kontrolliert wird. Es folgt eine beispielhafte Auflistung der neuen Kontrollmöglichkeiten.

  • -Einhaltung der Werte Pkw-Verbrauchskennzeichnungsverordnung
  • -Kontrolle Treibstoffverbrauch über Bordcomputer Einhaltung des Energieverbrauchs Klasse a+- G
  • -Kontrolle Lärm über Bordcomputer
  • -Kontrolle Schadstoffemission über Bordcomputer
Control of vehicle manufacturers is an important new area of application. The diesel scandal has shown that state regulation and control of the overpowering / criminal auto industry will be required in the future. New laws could oblige automobile manufacturers to store compliance with laws and standards, such as environmental regulations, pollutant emissions and consumption values, in a measurable manner in the on-board computer. Here, the invention can help ensure that the state, the road traffic authority and the road traffic office control compliance with all requirements via the digital vehicle sign in conjunction with the on-board computer. An example of the new control options follows.
  • - Compliance with the values of the passenger car consumption labeling regulation
  • -Control of fuel consumption via on-board computer compliance with energy consumption class a + - G
  • - Control noise via on-board computer
  • -Control of pollutant emissions via on-board computer

ProblemstellungProblem

Die Verbreitung des Internets, das am am 29. Oktober 1969 als Arpanet begann, hat zu umfassenden globalen Umwälzungen in vielen Lebensbereichen geführt. Es trug zu einem Modernisierungsschub in vielen Wirtschaftsbereichen sowie zur Entstehung neuer Wirtschaftszweige bei und hat zu einem grundlegenden Wandel des globalen Kommunikationsverhaltens und der Mediennutzung im beruflichen und privaten Bereich geführt. Das Internet gilt bei vielen Experten als eine der größten globalen Veränderungen des Informationswesens seit der Erfindung des Buchdrucks mit großen Auswirkungen auf das alltägliche Leben. Im Jahr 2013 hat der Bundesgerichtshof erklärt, dass das Internet zur Lebensgrundlage von Privatpersonen gehört.The proliferation of the Internet, which began as Arpanet on October 29, 1969, has led to extensive global upheavals in many areas of life. It contributed to a modernization push in many Economic sectors and the emergence of new economic sectors and has led to a fundamental change in global communication behavior and media use in the professional and private spheres. For many experts, the Internet is considered to be one of the greatest global changes in information technology since the invention of book printing with a major impact on everyday life. In 2013, the Federal Court of Justice declared that the Internet is part of the livelihood of private individuals.

Das Internet wird häufig in politischen Kontexten als rechtsfreier Raum bezeichnet, da nationale Gesetze durch die internationale Struktur des Internets und durch Anonymität als schwer durchsetzbar angesehen werden. Staatliche Stellen hatten lange Zeit von der Funktion des Internets wenig Kenntnisse und wenig Erfahrung mit der Anwendung der Gesetze. Gesetze wurden angepasst und die Rechtsprechung hat eine Reihe von Unsicherheiten zumindest de jure beseitigt.The internet is often called a legal space in political contexts, because national laws are viewed as difficult to enforce due to the international structure of the internet and anonymity. For a long time, government agencies had little knowledge of the function of the Internet and little experience in applying the law. Laws have been adjusted and case law has removed a number of uncertainties, at least de jure.

Der zunehmende Einfluss des Staates wird dabei teils als Steigerung der Rechtssicherheit begrüßt, teils als Fortschreiten in Richtung auf einen Überwachungsstaat kritisiert, etwa durch das am 1. Januar 2008 in Kraft getretene Gesetz zur Vorratsdatenspeicherung, das am 3. März 2010 vom Bundesverfassungsgericht als verfassungswidrig eingestuft wurde. Auch international wird die Kontrolle des Internets durch den Staat aufmerksam beobachtet, etwa beim Internet in der Volksrepublik China.The increasing influence of the state is partly welcomed as an increase in legal certainty, partly criticized as progress towards a surveillance state, for example by the law on data retention that came into force on January 1, 2008 and which the Federal Constitutional Court classified as unconstitutional on March 3, 2010 has been. Internationally, the state's control of the Internet is also closely monitored, for example with the Internet in the People's Republic of China.

Gerade in dem Nutzen des schnellen, unkomplizierten Datentransfers und der Erfüllung wichtiger organisatorisch-struktureller Aufgaben liegt zugleich auch die Gefahr des Internets. Denn Macht bringt immer auch Missbrauch mit sich und so hat sich Cyberkriminalität zu einer massiven Bedrohung für den Staat bzw. das Staatsrecht und seine Bürger etabliert.It is precisely in the use of fast, uncomplicated data transfer and the fulfillment of important organizational and structural tasks that there is also the risk of the Internet. Because power always brings with it abuse and so cyber crime has become a massive threat to the state and constitutional law and its citizens.

Cyberkriminalität (Cybercrime) ist ein weltweit, wachsendes, ungelöstes Problem, das weder an Landesgrenzen noch vor verschlossenen Türen Halt macht. Sie kann überall stattfinden, wo Menschen Computer, Smartphones und andere IT-Geräte benutzen - in Firmen, Behörden, Universitäten, zu Hause und unterwegs. Die Besonderheit der Cyberkriminalität besteht darin, dass die Täter nahezu von jedem Ort der Weit aus agieren und ihre Spuren relativ gut verschleiern können. Zudem muss der Tatort nicht zwingend mit dem Taterfolgsort identisch sein. Nicht nur die Zahl der betroffenen Computer und Smartphones steigt, sondern auch die Professionalität der Täter. Es gibt immer mehr sehr gut vorbereitete Cyberangriffe auf ausgewählte Ziele, bei denen das Schadenspotenzial für die Betroffenen erheblich ist. Hierzu gehören zum Beispiel Angriffe auf Wirtschaftsunternehmen oder Kritische Infrastruktureinrichtungen.Cybercrime (Cybercrime) is a worldwide, growing, unsolved problem that does not stop at national borders or in front of closed doors. It can take place wherever people use computers, smartphones and other IT devices - in companies, authorities, universities, at home and on the go. The peculiarity of cyber crime is that the perpetrators can operate from almost anywhere and can hide their traces relatively well. In addition, the crime scene does not necessarily have to be the same as the scene of the crime. Not only the number of affected computers and smartphones increases, but also the professionalism of the perpetrators. There are more and more very well prepared cyber attacks on selected targets, where the damage potential for those affected is considerable. This includes, for example, attacks on commercial companies or critical infrastructure facilities.

Im engeren Sinn werden laut Bundeskriminalamt folgende Handlungen als Cybercrime bezeichnet: Ausspähen, Abfangen von Daten einschließlich Vorbereitungshandlungen,, Computerbetrug, Betrug mit Zugangsberechtigungen zu Kommunikationsdiensten, Computersabotage, Datenveränderung, Fälschung beweiserheblicher Daten , Täuschung im Rechtsverkehr bei Datenverarbeitung (§ 270),In the narrower sense, according to the Federal Criminal Police Office, the following actions are referred to as cybercrime: spying, interception of data including preparatory actions, computer fraud, fraud with access rights to communication services, computer sabotage, data modification, falsification of evidence-relevant data, deception in legal transactions in data processing (§ 270),

Zur Computerkriminalität im weiteren Sinne zählen in Deutschland alle Straftaten, bei denen die EDV zur Planung, Vorbereitung oder Ausführung eingesetzt wird. Diese erstrecken sich mittlerweile auf nahezu alle Deliktsbereiche, in denen das Tatmittel Internet eingesetzt wird. Beispielsweise: Alle Ausprägungen digitaler Erpressung, Urheber- und Markenrechtsverletzung, unerlaubte Veranstaltung eines Glücksspiels, der Vertrieb verbotener Substanzen, Verstöße gegen das Verbreitungsverbot oder den Jugendmedienschutz, der Austausch von kinderpornographischen Darstellungen, die onlinebasierte Anbahnung eines sexuellen Missbrauches von Kindern - dem sog. Cyber-Grooming oder Gewalt verherrlichender Propaganda (Volksverhetzung) oder die Verletzung des höchstpersönlichen Lebensbereichs durch Bildaufnahmen, Cyber-Mobbing. bis hin zum Cyber-Terrorismus, Cyberspionage ,Cyber-Mobbing.In Germany, computer crime in the broader sense includes all crimes where IT is used for planning, preparation or execution. These now extend to almost all areas of crime in which the internet is used. For example: All forms of digital extortion, copyright and trademark infringement, unauthorized gambling, the distribution of prohibited substances, violations of the distribution ban or the protection of minors in the media, the exchange of child pornography, the online-based initiation of sexual abuse of children - the so-called cyber- Grooming or violence glorifying propaganda (sedition) or the violation of the very personal life through pictures, cyber-bullying. to cyber terrorism, cyber espionage, cyber bullying.

Der Übergang zu Methoden und Verfahren des Cyberwar („Netzkrieg“) ist mittlerweile fließend geworden; im Einzelfall ist durchaus nicht ohne weiteres auszumachen, ob ein Angriff im Netz einschlägig kriminellen Zielen dient oder militärisch bzw. politisch intendiert ist ,etwa bei einer weitreichenden Sabotage des stark ITK-abhängigen Finanzsystems oder der Webpräsenzen öffentlicher Einrichtungen im weitesten Sinn. Den Beobachtungen zufolge professionalisiert sich die „Malware-Branche“ zunehmend, die Angriffe auf Rechner und Rechnernetze werden immer ausgefeilter.The transition to cyberwar methods and procedures (“net war”) has become fluid; in individual cases it is by no means easy to determine whether an attack on the Internet serves relevant criminal purposes or is intended for military or political reasons, for example in the event of a widespread sabotage of the highly ITC-dependent financial system or the websites of public institutions in the broadest sense. According to the observations, the “malware industry” is becoming increasingly professional, and attacks on computers and computer networks are becoming increasingly sophisticated.

Bedingt durch den Innovationsfluss der Technik wachsen auch die Möglichkeiten, kriminelle Energien gewinnbringend freizusetzen. An Werbeterror - Belästigungen durch Adware, die sich im Browser als Toolbar oder Add-on einbindet und versucht, z.B. Werbung zu integrieren, hat sich der Internetuser bereits längst gewöhnt. Auch die Datensammlung durch Datenmonopole wie Google, Facebook, Microsoft wird vom Bürger und von staatlicher Seite geduldet.Due to the flow of innovation in technology, the opportunities for profitable release of criminal energy are also increasing. To advertising terror - nuisance caused by adware that integrates and tries in the browser as a toolbar or add-on, e.g. Internet users have long been used to integrating advertising. Data collection by data monopolies such as Google, Facebook, Microsoft is also tolerated by the citizen and the state.

Gerade Plattformen wie das sogenannte Darknet sind ein Nährboden für kriminelle Netzwerke. Derartige, von außen nicht ohne weiteres betretbare, dunkle Paralleluniversen können der Planung und Durchführung von Handlungen dienen, die zum Cybercrime gehören. Ein Beispiel hierfür ist unter anderem der Austausch und die Verbreitung kinderpornographischer Inhalte sowie der Kauf von Waffen oder Drogen. Platforms such as the so-called Darknet are a breeding ground for criminal networks. Such dark parallel universes, which are not easily accessible from the outside, can be used to plan and carry out actions that are part of cybercrime. An example of this is the exchange and distribution of child pornography content and the purchase of weapons or drugs.

Doch auch abseits solcher Netzwerke treiben Cyberkriminelle ihr böses Spiel, beispielsweise durch „Phishing“-Mails, die dazu dienen, sensible Personendaten zu erhalten. Insbesondere die Infizierung und Manipulation von Computersystemen durch Viren, und Schadsoftware, wie z.B. Spyware , zur Speicherung von sensiblen Nutzerdaten oder schädliche Virencodes, die Programme und Rechner unbrauchbar machen. ist eine gängige Praxis. Mittels Trojanern, auch Malware genannt, oder anderer Programme werden persönliche Daten und Zugangsberechtigungen erfasst. Dadurch kann die Identität des Betroffenen gestohlen werden, was es dem Täter beispielsweise ermöglicht, Bank-Konten zu hacken oder auf Social-Media-Plattformen, zum Beispiel Facebook oder Twitter, zuzugreifen. Auch Kyptotrojaner (Ransomware) werden dazu genutzt, sich finanziell zu bereichern. Mittels solcher Malware werden die infizierten Geräte gesperrt. Die erneute Freigabe erfolgt dann erst nach der Zahlung eines eingeforderten Lösegeldes. Hier kann beispielsweise der Tatbestand einer Erpressung vorliegen. Tückisch sind auch Botnetze, also mehrere infizierte Geräte, die durch den Angreifer aus der Ferne kontrolliert werden können.But even outside of such networks, cybercriminals play their evil game, for example through “phishing” emails that serve to receive sensitive personal data. In particular, the infection and manipulation of computer systems by viruses and malware, such as Spyware, for storing sensitive user data or harmful virus codes that make programs and computers unusable. is a common practice. Personal data and access rights are recorded using Trojans, also known as malware, or other programs. This can steal the identity of the person concerned, which enables the perpetrator to hack bank accounts, for example, or to access social media platforms such as Facebook or Twitter. Kyptotrojaners (ransomware) are also used to enrich themselves financially. Such malware is used to block the infected devices. The re-release then takes place only after the payment of a requested ransom. Here, for example, there may be blackmail. Botnets are also tricky, i.e. several infected devices that the attacker can control remotely.

IT Experten gehen davon aus, dass die Onlinesicherheit, Internetsicherheit, und IT-Sicherheit, d.h. der Schutz vor Internetkriminalität, auf Sicht weder machbar, noch beherrschbar ist. Im Gegenteil: Es ist mit einer Zunahme der Internetkriminalität zu rechnen.IT experts assume that online security, internet security, and IT security, i.e. protection against cybercrime is neither feasible nor manageable in the long run. On the contrary: Internet crime is expected to increase.

Von daher besteht dringender Handlungsbedarf die Informationssicherheit von informationsverarbeitenden und -lagernden (technischen oder nicht-technischen) Systemen sicherzustellen, mit den Schutzzielen : Vertraulichkeit, Verfügbarkeit und Integrität Die Informationssicherheit, d.h. der Schutz vor Gefahren bzw. Bedrohungen, und die Vermeidung von wirtschaftlichen Schäden und die Minimierung von Risiken durch Cyberkriminalität ist eine staatliche Aufgabe von höchster Priorität.Therefore, there is an urgent need for action to ensure the information security of information processing and storage (technical or non-technical) systems, with the protection goals: confidentiality, availability and integrity. Protection from dangers or threats, and the avoidance of economic damage and the minimization of risks from cyber crime is a top priority for the state.

Zielsetzung des Staates muss es sein das Recht auf informationelle Selbstbestimmung effektiv und dauerhaft zu gewährleisten, durch innovative Datenschutzverfahren- und Systeme, die als Datenschutzrecht gesetzlich zu verankern sind. Dazu sind radikale Veränderungen im Datenschutzrecht notwendig.The goal of the state must be to guarantee the right to informational self-determination effectively and permanently, through innovative data protection procedures and systems that are legally anchored as data protection law. This requires radical changes in data protection law.

Datenschutz muss verstanden werden als Schutz vor missbräuchlicher Datenverarbeitung und Schutz des Rechts auf informationelle Selbstbestimmung, Schutz des Persönlichkeitsrechts bei der Datenverarbeitung und auch Schutz der Privatsphäre. Datenschutz ist das Recht, dass jeder Mensch grundsätzlich selbst darüber entscheiden darf, wem wann welche seiner persönlichen Daten zugänglich sein sollen. (Datenhoheit) Der Wesenskern eines solchen Datenschutzrechts besteht dabei darin, dass die Machtungleichheit zwischen Organisationen und Einzelpersonen unter Bedingungen gestellt werden wird. Der Datenschutz muss der in der zunehmend digitalen und vernetzten Informationsgesellschaft bestehenden Tendenz zum sogenannten gläsernen Menschen, dem Ausufern staatlicher Überwachungsmaßnahmen (Überwachungsstaat) und der Entstehung von Datenmonopolen von Privatunternehmen entgegenwirkenData protection must be understood as protection against improper data processing and protection of the right to informational self-determination, protection of personal rights in data processing and also protection of privacy. Data protection is the right that everyone is basically free to decide who should have access to which of their personal data and when. (Data sovereignty) The essence of such data protection law is that the power inequality between organizations and individuals will be put under conditions. Data protection must counteract the tendency towards so-called transparent people in the increasingly digital and networked information society, the escalation of state surveillance measures (surveillance state) and the emergence of data monopolies by private companies

Das Recht auf informationelle Selbstbestimmung ist im Recht Deutschlands das Recht des Einzelnen, grundsätzlich selbst über die Preisgabe und Verwendung seiner personenbezogenen Daten zu bestimmen. Es ist nach der Rechtsprechung des Bundesverfassungsgerichts ein Datenschutz-Grundrecht, das im Grundgesetz für die Bundesrepublik Deutschland nicht ausdrücklich erwähnt wird. Der Vorschlag, ein Datenschutz-Grundrecht in das Grundgesetz einzufügen, fand bisher nicht die erforderliche Mehrheit. Personenbezogene Daten sind jedoch nach Datenschutz-Grundverordnung und nach Art. 8 der EU-Grundrechtecharta geschützt.In Germany's right, the right to informational self-determination is the right of the individual to determine, in principle, himself about the disclosure and use of his personal data. According to the case law of the Federal Constitutional Court, it is a basic data protection right that is not expressly mentioned in the Basic Law for the Federal Republic of Germany. The proposal to insert a basic data protection right into the Basic Law has so far not found the required majority. However, personal data are protected according to the General Data Protection Regulation and Art. 8 of the EU Charter of Fundamental Rights.

Da jedoch kein Land dieses grenzüberschreitende Problem für sich alleine lösen kann, ist eine gute internationale Zusammenarbeit unabdingbar.However, since no country can solve this cross-border problem on its own, good international cooperation is essential.

5: Erfindungsgemäße Omnicard und Blockchaincloud Die nachfolgenden Ausführungen gelten für die 5: 5 : Omnicard and blockchain cloud according to the invention The following explanations apply to the 5 :

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, sämtliche und jedwedes der oben dargestellten Computer / Internet und IT- Sicherheits- Probleme zu lösen, durch eine technisch, innovative digitale IT-Systemstruktur bestehend aus einer Anordnung von Hardware- und Softwarekomponenten, sowie einem damit verbundenem Verfahren zur Anwendung dieser Hardware und Softwarekomponenten. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung eine Verschlüsselung der neuen IT Systemstruktur zur Verfügung zu stellen, die eine 100% Datensicherheit bietet und keinen Missbrauch durch Cybercrime zulässt.The object of the invention is to solve all and any of the computer / internet and IT security problems described above by a technical, innovative digital IT system structure consisting of an arrangement of hardware and software components, and a method associated therewith Application of this hardware and software components. In particular, it is an object of the invention to provide encryption of the new IT system structure which offers 100% data security and does not allow misuse by cybercrime.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Die Erfindung schlägt eine neue IT Systemstruktur vor, darauf basierend , dass zunächst eine autarke, zentrale neue IT Systemstruktur in Form einer Cloud zur Verfügung gestellt wird, d.h. ein Rechnernetzwerk, mit onlinebasierten Speicher- und Serverdiensten zum Cloud Computing mit dem Ziel ein alternatives Internet zum Worldwide Web zu gründen und zu betreiben.The invention proposes a new IT system structure, based on the fact that initially a self-sufficient, central new IT system structure is provided in the form of a cloud, i.e. a computer network with online-based storage and server services for cloud computing with the aim of founding and operating an alternative internet to the worldwide web.

Cloud Computing (deutsch Rechnerwolke oder Datenwolke) beschreibt die Bereitstellung von IT-Infrastruktur wie beispielsweise Speicherplatz, Rechenleistung oder Anwendungssoftware als Dienstleistung über das Internet.Cloud computing (German computer cloud or data cloud) describes the provision of IT infrastructure such as storage space, computing power or application software as a service over the Internet.

Technischer formuliert umschreibt das Cloud Computing den Ansatz, IT-Infrastrukturen über ein Rechnernetz zur Verfügung zu stellen, ohne dass diese auf dem lokalen Rechner installiert sein müssen.To put it more technically, cloud computing describes the approach of making IT infrastructures available via a computer network without having to install them on the local computer.

Angebot und Nutzung dieser Dienstleistungen erfolgen dabei ausschließlich durch technische Schnittstellen und Protokolle, etwa mittels eines Webbrowsers. Die Spannweite der im Rahmen des Cloud Computings angebotenen Dienstleistungen umfasst das gesamte Spektrum der Informationstechnik und beinhaltet unter anderem Infrastruktur, Plattformen und Software.These services are offered and used exclusively through technical interfaces and protocols, for example using a web browser. The range of services offered as part of cloud computing encompasses the entire spectrum of information technology and includes, among other things, infrastructure, platforms and software.

Das Konzept ist es, eine zentrale, von staatlicher Stelle gesteuerte Cloud, nachfolgend als „Eurodata“ bezeichnet, zu gründen, in Form eines Rechner-Netzwerkes, mit der Funktion eines zunächst auf europäischer Ebene (EU Länder) betriebenen Internets bzw. Intranets als geschlossene, IT Systemstruktur für Europa, abgekoppelt vom World Wide Web, mit der Option, dass zukünftig weitere -bis alle Länder weltweit darin aufgenommen werden können. Zielsetzung ist es das World Wide Web zukünftig abzulösen und durch das sichere „Eurodata“ Netz, welches sich dann zum „Worldata“ Netz weiterentwickelt, zu ersetzen.The concept is to establish a central, state-controlled cloud, hereinafter referred to as "Eurodata", in the form of a computer network, with the function of an Internet or intranet initially operated at European level (EU countries) as a closed one , IT system structure for Europe, decoupled from the World Wide Web, with the option that in the future more - until all countries worldwide can be included. The aim is to replace the World Wide Web in the future and replace it with the secure "Eurodata" network, which then develops into the "Worldata" network.

Die Cloud „Eurodata“ dient dazu, zukünftig, sämtliche, in Europa erzeugten, Daten und Informationen und Transaktionen jedes einzelnen Bürgers zentral sicher zu speichern, zu kontrollieren und zu verwalten, beruhend auf dem Prinzip der informationellen Selbstbestimmung, d.h. jeder einzelne Mensch/ Bürger entscheidet grundsätzlich selbst darüber, wem und wann und welche seiner persönlichen Daten zugänglich sein sollen. Die Datenhoheit liegt beim Bürger. Die Daten werden geheim gespeichert und ausschliesslich vom jedem EU Bürger persönlich kontrolliert und verwaltet Der Bürger entscheidet über die Teilung von Daten mit Dritten und Zugriffserlaubnisse, die er in seinem Nutzerprofil definiert und zulässt. Zudem gibt es streng reglementierte Zugriffserlaubnisse auf definierte Grunddaten des einzelnen Bürgers z.B. für staatlich, behördliche z.B. Finanzamt, polizeiliche etc.Kontrollzwecke. Nach dem Tod werden die Daten für immer gelöscht. Beispiele für Daten und Transaktionen: Persönliche Daten: Telefonnummer, Mobilnummer, Personalausweis, Führerschein, Bank-Kreditkarten, Versicherungsdaten, Krankenkasse, Arztbesuche , Verträge, Steuerliche Daten, Einkünfte, Kapitalerträge, Kindergarten, Schule, Beruf, Ausbildung, Arbeitgeber, Zeugnisse, Diplom, Selbstständiger, Arbeitsamt, geschäftliche Transaktionen Verträge, Bezahlen im Internet und im Einzelhandel, Speicherung von Privatdaten, z.B. Fotos, Privatdokumenten, Verträgen u.v.a.m. Der Vorteil ist eine Vereinfachung des Lebens für jeden einzelnen Bürger und der Staatsbürokratie. Alle relevanten, persönlichen 100% gesichert, sicher verwahrt. Und jederzeit zugänglich.The cloud "Eurodata" will in future be used to securely store, control and manage all data and information and transactions of every single citizen generated in Europe, based on the principle of informational self-determination, i.e. each individual person / citizen basically decides who, when and which of their personal data should be accessible. The sovereignty of data lies with the citizen. The data is stored secretly and is controlled and administered exclusively by each EU citizen. The citizen decides on the sharing of data with third parties and access permissions, which he defines and permits in his user profile. There are also strictly regulated access permissions to defined basic data of the individual citizen, e.g. for state, official e.g. Tax office, police etc. control purposes. After death, the data is deleted forever. Examples of data and transactions: Personal data: telephone number, mobile number, ID card, driver's license, bank credit cards, insurance data, health insurance, doctor's visits, contracts, tax data, income, investment income, kindergarten, school, job, training, employer, certificates, diploma, Self-employed, employment office, business transactions contracts, payment on the Internet and in retail, storage of private data, e.g. Photos, private documents, contracts and much more The advantage is a simplification of life for each individual citizen and the state bureaucracy. All relevant, personal 100% secured, securely stored. And always accessible.

Nach Übertragung aller bisherigen Daten in die Eurodata Cloud wird jedes Unternehmen, (Datenmonopole wie Google , Facebook , Microsoft etc.) gesetzlich verpflichtet alle perönlichen Daten zu löschen. Das Konzept sieht vor alle in der Vergangenheit gespeicherten Daten auf Null zu setzen.After transferring all previous data to the Eurodata Cloud, every company (data monopolies such as Google, Facebook, Microsoft etc.) is legally obliged to delete all personal data. The concept is to set all data saved in the past to zero.

Das gleiche Prinzip gilt auch für den gesamten, staatlich, öffentlichen und privatwirtschaftlichen-/ gewerblichen Informations - und Datenverkehr, sowie für die Datenspeicherung die zukünftig über die Cloud „Eurodata“ erfasst und abgewickelt wird. Ziel ist es jedwede Inforrmation zu zentralisieren und sicher, informationell selbstbestimmt, durch die „Eurodata“ Cloud zu steuern.The same principle also applies to all, state, public and private / commercial / commercial information and data traffic, as well as for data storage that will be recorded and processed in the future via the "Eurodata" cloud. The aim is to centralize all information and to control it securely, in terms of information, through the "Eurodata" cloud.

Die Sicherheit der „Eurodata“ Cloud wird dabei gewährleistet durch das Blockchain-Verfahren, einem dezentral geführten Buchführungssystem, unveränderbar, fälschungs- und manipulationssicher.The security of the "Eurodata" cloud is guaranteed by the blockchain process, a decentralized accounting system, unchangeable, tamper-proof and tamper-proof.

Das Verfahren der Blockchain, eine kryptografischen Verkettung in einem dezentral geführten Buchführungssystem, ist bisher bekannt als die technische Basis für Kryptowährungen (Bitcoin), kann aber darüber hinaus in verteilten Systemen zur Verbesserung bzw. Vereinfachung der Transaktionssicherheit im Vergleich zu zentralen Systemen beitragen. Eine Blockchain ist eine verkettete Folge von Datenblöcken, die über die Zeit weiter fortgeschrieben wird.Jeder Block enthält dabei typischerweise einen kryptographisch sicheren Hash (Streuwert) des vorhergehenden Blocks, einen Zeitstempel und Transaktionsdaten. The blockchain process, a cryptographic chaining in a decentralized accounting system, is known as the technical basis for cryptocurrencies (Bitcoin), but can also help to improve or simplify transaction security in distributed systems compared to central systems. A blockchain is a chained sequence of data blocks that is updated over time, with each block typically containing a cryptographically secure hash (scatter value) of the previous block, a time stamp, and transaction data.

Eine Blockchain wird nicht zentral gespeichert, sondern als verteiltes Register geführt. Alle Beteiligten speichern eine eigene Kopie und schreiben diese fort. Es muss sichergestellt werden, dass eine bei allen Beteiligten identische Kette entsteht. Hierfür müssen zuerst Vorschläge für neue Blöcke erarbeitet werden. Dies geschieht durch Validatoren (die bei Bitcoin „Miner“ genannt werden). Dann müssen sich die Beteiligten einigen, welcher vorgeschlagene Block tatsächlich in die Kette eingefügt wird. Dies erfolgt durch ein sogenanntes Konsensprotokoll, ein algorithmisches Verfahren zur Abstimmung. Durch kryptographische Verfahren wird sichergestellt, dass die Blockchain nicht nachträglich geändert werden kann. Die Kette der Blöcke ist somit unveränderbar, fälschungs- und manipulationssicher.A blockchain is not stored centrally, but is kept as a distributed register. All participants save their own copy and continue to update it. It must be ensured that an identical chain is created for everyone involved. For this, suggestions for new blocks must first be worked out. This is done by validators (called “miners” in Bitcoin). Then the participants have to agree on which proposed block will actually be added to the chain. This is done through a so-called consensus protocol, an algorithmic procedure for voting. Cryptographic procedures ensure that the blockchain cannot be changed afterwards. The chain of blocks is therefore immutable, tamper-proof and tamper-proof.

Die auf der Blockchain gespeicherten Daten sind von allen Beteiligten einsehbar. Sie sind deshalb aber nicht unbedingt auch für alle sinnvoll lesbar, denn Inhalte können verschlüsselt abgespeichert werden. Blockchains erlauben so eine flexible Ausgestaltung des Vertraulichkeitsgrads. Durch die Nutzung digitaler Signaturen sind Informationen in der Blockchain speicherbar, die fälschungssicher nachweisen, dass Teilnehmende unabstreitbar bestimmte Daten hinterlegt haben, etwa Transaktionen angestoßen haben.The data stored on the blockchain can be viewed by everyone involved. However, they are not necessarily meaningfully legible for everyone, because content can be saved in encrypted form. Blockchains allow a flexible configuration of the level of confidentiality. By using digital signatures, information can be stored in the blockchain that can be tamper-proof that participants have undeniably stored certain data, such as initiating transactions.

Die Blockchain wird auch genutzt, wenn ein Buchführungssystem dezentral geführt wird und der jeweils richtige Zustand dokumentiert werden muss, weil viele Teilnehmer an der Buchführung beteiligt sind. Dieses Konzept wird als Distributed-Ledger-Technologie (dezentral geführte Kontobuchtechnologie) oder DLT bezeichnet. Was dokumentiert werden soll, ist für den Begriff der Blockchain unerheblich. Entscheidend ist, dass spätere Transaktionen auf früheren Transaktionen aufbauen und diese als richtig bestätigen, indem sie die Kenntnis der früheren Transaktionen beweisen. Damit wird es unmöglich gemacht, Existenz oder Inhalt der früheren Transaktionen zu manipulieren oder zu tilgen, ohne gleichzeitig alle späteren Transaktionen ebenfalls zu zerstören. Andere Teilnehmer der dezentralen Buchführung, die noch Kenntnis der späteren Transaktionen haben, würden eine manipulierte Kopie der Blockchain daran erkennen, dass sie Inkonsistenzen in den Berechnungen aufweist.The blockchain is also used when a bookkeeping system is managed decentrally and the correct state must be documented because many participants are involved in the bookkeeping. This concept is referred to as distributed ledger technology (decentralized account technology) or DLT. What should be documented is irrelevant to the term blockchain. It is crucial that later transactions build on previous transactions and confirm these as correct by proving knowledge of the previous transactions. This makes it impossible to manipulate or redeem the existence or content of previous transactions without also destroying all later transactions. Other participants in decentralized accounting who still have knowledge of the subsequent transactions would recognize a manipulated copy of the blockchain by the fact that it has inconsistencies in the calculations.

Der dezentrale Konsensmechanismus ersetzt die Notwendigkeit einer vertrauenswürdigen dritten Instanz zur Integritätsbestätigung von Transaktionen.The decentralized consensus mechanism replaces the need for a trusted third party to confirm transaction integrity.

Die Dezentralisierung der IT durch die Eurodata „Cloud“ im Allgemeinen und Blockchain im Speziellen bringt für den gesamten, privaten, staatlichen-, öffentlichen und wirtschaftlichen-/ gewerblichen Informations - und Datenverkehr erhebliche Vorteile:

  • • unveränderbare, fälschungs- und manipulationssichere Daten
  • • aus Bürgersicht:
  • • Abschaffung der Cyber- und Wirtschaftskriminalität, Betrug, Steuerhinterziehung,... etc. ,
  • • Wertvolle Informationsdaten für gemeinnützige, gesellschaftliche und kulturelle Zwecke in den Bereichen Gesundheit, Medizin, Umwelt etc.
  • • Transparenz sämtlicher Prozesse der Wirtschafts.- und Finanzwelt durch staatliche Kontrollmöglichkeiten mit „Eurodata“
  • • Schutz großer Datenmengen mittels Verschlüsselung und Zugriffsverwaltung;
  • • Möglichkeit, große Datenmengen unternehmensübergreifend zu sammeln und analysieren;
  • • einfachere Verifzierung von Datenbezugspunkten;
  • • automatische Aufspüren von Schwachstellen in der Lieferkette, im Zahlungsverkehr und anderen Geschäftsprozessen;
  • • Reduktion oder Vermeidung von unnötigen Kosten für die IT-Infrastrukur;
  • • Reduktion der Kosten für interne und externe Finanztransaktionen, Finanzreporting und Verwaltung;
  • • Schaffung eines Mechanismus zur Verbesserung des Vorstandsreportings und des regulatorischen Reportings;
  • • Beschleunigung des Jahresabschlusses.
The decentralization of IT through the Eurodata "Cloud" in general and blockchain in particular brings considerable advantages for all, private, state, public and economic / commercial information and data traffic:
  • • unchangeable, tamper-proof and tamper-proof data
  • • from a citizen's perspective:
  • • Abolition of cyber and economic crime, fraud, tax evasion, ... etc.,
  • • Valuable information data for non-profit, social and cultural purposes in the areas of health, medicine, environment etc.
  • • Transparency of all processes in the economic and financial world through state control options with "Eurodata"
  • • Protection of large amounts of data using encryption and access management;
  • • Ability to collect and analyze large amounts of data across companies;
  • • easier verification of data reference points;
  • • automatic detection of weaknesses in the supply chain, in payment transactions and other business processes;
  • • Reduction or avoidance of unnecessary IT infrastructure costs;
  • • Reduction of costs for internal and external financial transactions, financial reporting and administration;
  • • Creation of a mechanism to improve board reporting and regulatory reporting;
  • • Accelerate annual accounts.

Dieser radikale Schritt der „Eurodata“ Cloud Einführung auf Basis des Blockchain - Verfahrens ist notwendig und alternativlos, um die zuvor dargestellte nicht beherrschbare und nicht lösbare Sicherheitsproblematik des Internets (World Wide Web) endgültig zu beenden. Dies erfordert eine grundlegende, neue europäische Rechtsregelung und Gesetzgebung im Bereich der Informations-und Datensicherheit, die jeden Bürger und jedes Unternehmen / Institution gesetzlich zur Teilnahme an „Eurodata“ verpflichtet.This radical step of the "Eurodata" cloud implementation based on the blockchain process is necessary and without alternative in order to finally end the previously unmanageable and unresolvable security problems of the Internet (World Wide Web). This requires a fundamental, new European legal regulation and legislation in the area of information and data security, which obligates every citizen and every company / institution to participate in "Eurodata".

Für die praktische Durchführung des Cloud Computings mit „Eurodata“ ist es notwendig, dass jeder Bürger/ Teilnehmer bzw. jedes Unternehmen/ Institution eine Zugangsberechtigung erhält, mittels eines verschlüsselten, fälschungs- und manipulationssicheren Verfahrens zur Identifizierung und Authentifizierung.For the practical implementation of cloud computing with "Eurodata", it is necessary that every citizen / participant or each company / institution receives an access authorization by means of an encrypted, tamper-proof and tamper-proof procedure for identification and authentication.

Der Kern der Erfindung schlägt die Verwendung eines elektronischen Elementes mit Prozessor- und Speicherfunktion zur Verwendung als ein Computer-, Smartphone-,PDA-, Tablet-, PC-, Server-, Spielkonsolen-, Netbook-, Notebook-, Großrechner, Supercomputer, Vorrichtungs-, und /oder Bauteilelement mit Verbindungs- und /oder Identifikations- und /oder Zuordnungs- und/oder Authentifizierungsfunktion Nutzers im Netz, insbesondere Funknetz, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Element eine digitale Verknüpfung mit mindestens einem Hardwarelement und/ oder einer (integrierten) Software, vorzugsweise zur Bilderkennung, insbesondere Iriserkennung, aufweist.The essence of the invention proposes the use of an electronic element with processor and memory function for use as a computer, smartphone, PDA, tablet, PC, server, game console, netbook, notebook, mainframe, supercomputer, Device element and / or component element with connection and / or identification and / or assignment and / or authentication function user in the network, in particular radio network, characterized in that the electronic element is a digital link with at least one hardware element and / or a ( integrated) software, preferably for image recognition, in particular iris recognition.

Die Erfindung sieht vor, den Irisscan als Erkennungsverfahren einzusetzen, als Zugangsberechtigung zur „Eurodata“ Cloud. Der Irisscan ist eine wissenschaftlich anerkannte, sichere Methode zur Identifizierung eines Menschen. Die Iriserkennung ist eine Methode der Biometrie zum Zweck der Authentifizierung oder Identifizierung von Personen. Dafür werden mit speziellen Kameras Bilder der Iris (Regenbogenhaut) des Auges aufgenommen, mit algorithmischen Verfahren die charakteristischen Merkmale der jeweiligen Iris identifiziert, in einen Satz numerischer Werte (Merkmalsvektor, engl. „Template“) umgerechnet und für die Wiedererkennung durch einen Klassifizierungsalgorithmus wie z. B. ein Neuronales Netz gespeichert bzw. mit einem oder mehreren bereits gespeicherten Templates verglichen. Kommerzielle Erkennungsverfahren erfassen etwa 260 individuelle optische Merkmale der Iris. Dazu ist notwendig , dass jeder Bürger gesetzlich verpflichtet wird an einem amtlichen Irisscan teilzunehmen, z.B. des rechten Auges, der dann als Daten und/oder Bilddatensatz in der „Eurodata“ Cloud für die Identifizierung jedes einzelnen Bürgers gespeichert wird.The invention provides for the Irisscan to be used as a detection method, as access authorization to the “Eurodata” cloud. The Irisscan is a scientifically recognized, safe method of identifying a person. Iris detection is a method of biometrics for the purpose of authenticating or identifying people. For this purpose, images of the iris (iris) of the eye are recorded with algorithms, the characteristic features of the respective iris are identified using algorithmic methods, converted into a set of numerical values (feature vector, “template”) and used for recognition by a classification algorithm such as . B. stored a neural network or compared with one or more templates already stored. Commercial detection methods record around 260 individual optical features of the iris. For this it is necessary that every citizen is legally obliged to participate in an official Irisscan, e.g. the right eye, which is then stored as data and / or image data in the "Eurodata" cloud for the identification of each individual citizen.

Als weitere Sicherheitsstufe für die Zugangsberechtigung zur „Eurodata“ Cloud schlägt die Erfindung ein sicheres Verschlüsselungsverfahren vor, bei dem ein Identitätscode für jeden einzelnen Bürger mit einer Software generiert wird, der mit dem Irisscan in der „Eurodata Cloud“ digital verknüpft wird. Der Identitätscode wird durch die Software anonym und für jedermann streng geheim generiert und dem amtlichen Irisscan jedes einzelnen Menschen / Bürgers als Verknüpfung zugeordnet und ist ausschliesslich in der Eurodata Cloud gespeichert.. Das Sicherheitskonzept sieht vor, das jedem Menschen / Bürger bei Geburt dieser Identitätscode von staatlicher Seite einmalig zugeordnet wird als lebenslanger Identitätscode, der gleichzeitig Passwordfunktion übernimmt, für alle Angelegenheiten des Lebens/ digitalen Lebens von A-Z (Ausweisfunktion, Einkäufe im Internet, Arzt, Versicherungen... etc.) als einziges lebenslanges Password, der nur ist nur gültig ist in Verknüpfung mit einer aktuellen Iriserkennung und Irisidentifikation jedes einzelnen Bürgers.As a further security level for access authorization to the "Eurodata" cloud, the invention proposes a secure encryption method in which an identity code is generated for each individual citizen using software that is digitally linked to the Irisscan in the "Eurodata Cloud". The identity code is generated anonymously by the software and is kept strictly secret for everyone and is assigned to the official Irisscan of each individual / citizen as a link and is only stored in the Eurodata Cloud. The security concept provides that every person / citizen is given this identity code by birth is assigned once by the state as a lifelong identity code, which also acts as a password, for all matters of life / digital life from AZ (identification function, online purchases, doctor, insurance ... etc.) as the only lifelong password that is only valid is linked to the current iris recognition and iris identification of each individual citizen.

Die Erfindung sieht vor, dass mindestens einen Verschlüsselungscode für die Identifizierung eingesetzt wird. Weiterhin ist vorgesehen, dass der Verschlüsselungscode aus mindestens acht Zeichen besteht, basierend auf einem Zeichenraum von mindestens 89 Zeichen.The invention provides that at least one encryption code is used for identification. It is further provided that the encryption code consists of at least eight characters, based on a character space of at least 89 characters.

Das bedeutet mathematisch , dass es 89 hoch 8 Möglichkeiten der Bildung eines Codes/ Passwortes gibt, was im mathematischen Ergebnis unendlich ergibt. Ein deratiger Code ist zu 100% sicher, da er nicht entschlüsselt werden kann, da die Rechenzeit beipielsweise mit einem Brute-Force-Angriff durch einen Hacker unendlich lang ist.Mathematically, this means that there are 89 to 8 ways of creating a code / password, which results in infinite in the mathematical result. Such a code is 100% secure because it cannot be decrypted because the computing time, for example with a brute-force attack by a hacker, is infinitely long.

Im Ergebnis ist der Identitätscode/ Password anonym und absolut geheim in der Eurodata Cloud gespeichert und ist niemandem, selbst dem einzelnen Bürger nicht, bekannt.As a result, the identity code / password is stored anonymously and absolutely secret in the Eurodata Cloud and is not known to anyone, not even the individual citizen.

Vorteil: Das bisherige Password Chaos durch immer neue, geänderte und vergessene Passwörter im Internet entfällt vollständig und das Password muss nicht aufgeschrieben oder auswendig gelernt werden da es nur in Verbindung mit einem aktuellen Irisscan gültig ist.Advantage: The previous password chaos due to new, changed and forgotten passwords on the Internet is completely eliminated and the password does not have to be written down or memorized since it is only valid in connection with a current Irisscan.

Weiterhin sieht die Erfindung ein Verfahren vor mit dem die Zugangsberechtigung zur „Eurodata“ Cloud jedes einzelnen Bürgers sicher ausgeübt werden kann. Damit kann jeder Bürger z.B. Daten speichern, im Internet bezahlen etc. Furthermore, the invention provides a method with which the access authorization to the "Eurodata" cloud of every individual citizen can be exercised securely. Every citizen can use it to store data, pay on the Internet etc.

Dazu wird von staatlicher Seite ein elektronisches Element, genannt Omnicard, mit Prozessor- und Speicherfunktion für jeden einzelnen Bürger mit dem individuellen Identifijkationscode des Bürgers konfiguriert, bereitgestellt. Dieses elektronische Element wird zum Beispiel in einen Rechner, z.B. Smartphone eingebaut. Das Elektronische Element (Omnicard) hat die Funktion einer SIM Karte, die sich über den Irisscan des Bürgers automatisch mit der Eurodata Cloud verbindet und bei Erkennung des Bürgers den Zugang bzw. eine Transaktion freischaltet. Dazu ist notwendig, dass es zukünftig nur noch ein einziges, staatlich gesteuertes Kabel und Funknetz gibt und auch die Herstellung und der Einbau des elektronischen Elements (Omnicard) in z.B. Computer-, Smartphone-,PDA-, Tablet-, PC-, Server-, Spielkonsolen-, Netbook-, Notebook-, Großrechner,Monitore ,Displays oder / und in sonstige Vorrichtungs-, und /oder Bauteilelemente , unter staatliche Kontrolle gestellt wird, beispielsweise durch staatlich zertifizierte Unternehmen.For this purpose, the state provides an electronic element, called an Omnicard, with processor and memory function configured for each individual citizen with the citizen's individual identification code. This electronic element is, for example, in a computer, e.g. Smartphone installed. The electronic element (Omnicard) has the function of a SIM card that automatically connects to the Eurodata Cloud via the citizen's iris scan and unlocks access or a transaction when the citizen is recognized. For this it is necessary that in future there will only be a single, state-controlled cable and radio network and also the production and installation of the electronic element (Omnicard) in e.g. Computer, smartphone, PDA, tablet, PC, server, game console, netbook, notebook, mainframe, monitors, displays or / and in other device and / or component elements are placed under state control , for example by state-certified companies.

Die Erfindung sieht weiter vor, das die Iriserkennung über ein Hardwarelement, vorzugsweise durch eine Kamera und /oder einen Scanner erfolgt, der in das elektronische Element integriert wird und /oder in Verbindung damit steht. Weiter ist vorgesehen, dass das elektronische Element mit einer vorkonfigurierten staatlichen Software ausgestattet ist wird und /oder in Verbindung damit steht, die mindestens ein Programm zur Bilderkennung, insbesondere Iriserkennung, aufweist.The invention further provides that the iris recognition takes place via a hardware element, preferably by a camera and / or a scanner, which is integrated into the electronic element and / or is connected to it. It is also provided that the electronic element is equipped with and / or is connected to a preconfigured state software which has at least one program for image recognition, in particular iris recognition.

Als Identifizierung beispielsweise zum Bezahlen im Supermarkt, erstellt der Bürger mit seinem Smartphone über die Omnicard- Software/ App und die Kamera einen Irisscan, vorzugsweise des rechten Auges, wodurch automatisch eine Verbindung zur „Eurodata“ cloud hergestellt wird, wo der aktuelle Irisscan, z.B. durch eine Bilderkennungssoftware mit dem amtlich gespeicherten Irisscan abgeglichen wird, und mit dem Identifikationscode verknüpft ist und bei Erkennung eine Freischaltung der Bezahlung erfolgt. Damit solche Transaktionen absolut sicher sind, erstellt die Omnicardsoftware einen aktuellen Zeitstempel des Irisscans, der nur begrenzte Zeit gültig ist, z.B. 9 Minuten. Dadurch wird ein Missbrauch durch z.B. durch Hackerangriffe mit gefälschten Irisscans ausgeschlossen, da ausschliesslich eine Kamerauafnahme über die Omnicard Software und Kamera mit Zeitstempel akzeptiert wird.As identification, for example for paying in the supermarket, the citizen uses his smartphone to create an Irisscan, preferably the right eye, using the Omnicard software / app and the camera, which automatically creates a connection to the "Eurodata" cloud, where the current Irisscan, e.g. is compared with the officially stored Irisscan by means of image recognition software, and is linked to the identification code and, upon detection, the payment is activated. So that such transactions are absolutely secure, the omnicard software creates a current time stamp of the iris scan, which is only valid for a limited time, e.g. 9 minutes. This prevents abuse by e.g. excluded by hacker attacks with fake iris scans, since only camera recording via the Omnicard software and camera with time stamp is accepted.

Die Erfindung schlägt vor, dass die Omnicard Software/App neben der Iriserkennung weitere Programme aufweist. Die Omnicard App enthält beispielsweise folgende Funktionen:

  1. 1. Scanner, Camera Software für Iris-identifizierung
  2. 2. Geschäftliche Transaktionen und Einkäufe, Bezahlen im Internet und Einzelhandel
  3. 3. Speicher und Verwaltungsprogramm für alle digitalen Angelegenheiten des Bürgers
  4. 4. Einstellungen des Nutzerprofils, (z.B.Teilen von Daten mit Dritten)
  5. 5. Kommunikationssoftware, Email, Eurotalk (wie whatsapp)
  6. 6. Gemeinschaftsdatenbank mit Zugriff für Bürger, Steuern und Abgaben - Gesundheit ,Umwelt und Ökologie , Sicherheit, Presse etc.
The invention proposes that the Omnicard software / app have other programs in addition to the iris recognition. The Omnicard app contains the following functions, for example:
  1. 1. Scanner, camera software for iris identification
  2. 2. Business transactions and purchases, payment on the Internet and retail
  3. 3. Storage and administration program for all digital matters of the citizen
  4. 4. User profile settings (e.g. sharing data with third parties)
  5. 5. Communication software, email, Eurotalk (like whatsapp)
  6. 6. Community database with access for citizens, taxes and duties - health, environment and ecology, security, press etc.

Das gleiche Prinzip gilt auch für den gesamten, staatlich, öffentlichen und wirtschaftlichen-/ gewerblichen Informations - und Datenverkehr, sowie für die Datenspeicherung die zukünftig über die Cloud „Eurodata“ erfasst und abgewickelt wird. Dazu wird jedes in Europa agierende Unternehmen zur Teilnahme an der Eurodata Cloud gesetzlich verpflichtet. Wer nicht teilnimmt hat keine Geschäftsberechtigung und schliesst sich selber aus. Zur eindeutigen Zuordnung von Verantwortlichkeiten erfolgen sämtliche Transaktionen in diesem Bereichen auschliesslich über den Identitätscode jeden einzelnen Bürgers verknüpft mit seiner Funktion z.B. als Angestellter eines Unternehmens, im staatlichen/ öffentlichen Dienst, z.B. Staatsregierung, Polizei, Behörden z.B. Finanzamt, Politiker...etc., Hier schlägt die Erfindung vor eine Datenbank Struktur mit Zugriffsberechtigungen fürdie verschiedenen Nutzergruppen zur Verfügung zu stellen. Insebesondere in die Besteuerung von Internet -Unternehmen wie Google, Facebook, Microsoft etc. kann dadurch gesetzlich neu geregelt und kontrolliert werden.The same principle also applies to all, state, public and economic / commercial information and data traffic, as well as for data storage that will be recorded and processed in the future via the "Eurodata" cloud. Every company operating in Europe is legally obliged to participate in the Eurodata Cloud. Those who do not participate have no business authorization and are excluded from themselves. To clearly assign responsibilities, all transactions in this area are carried out exclusively via the identity code of each individual citizen linked to his or her function, e.g. as an employee of a company, in the state / public service, e.g. State government, police, authorities e.g. Tax office, politicians ... etc. Here, the invention proposes to provide a database structure with access rights for the different user groups. In particular, the taxation of Internet companies such as Google, Facebook, Microsoft etc. can thus be regulated and controlled by law.

Mit anderen Worten schlägt die Erfindung als technischen Kern bzw. Beitrag die Verwendung eines elektronischen Elementes mit Prozessor- und Speicherfunktion zur Verwendung als ein Computer-, Smartphone-,PDA-, Tablet-, PC-, Server-, Spielkonsolen-, Netbook-, Notebook-, Großrechner, Supercomputer, Monitor, Display, Vorrichtungs-, und /oder Bauteilelement mit Verbindungs- und /oder Identifikations- und /oder Zuordnungs- und/oder Authentifizierungsfunktion eines Nutzers im Netz, insbesondere Funknetz, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Element eine digitale Verknüpfung mit mindestens einem Hardwarelement und/ oder einer (integrierten) Software, vorzugsweise zur Bilderkennung, insbesondere Iriserkennung, aufweist.In other words, the invention proposes as a technical core or contribution the use of an electronic element with processor and memory function for use as a computer, smartphone, PDA, tablet, PC, server, game console, netbook, Notebook, mainframe, supercomputer, monitor, display, device and / or component element with connection and / or identification and / or Assignment and / or authentication function of a user in the network, in particular radio network, characterized in that the electronic element has a digital link with at least one hardware element and / or (integrated) software, preferably for image recognition, in particular iris recognition.

Nach meiner Einschätzung ist eine Einführung der Omnicard im Jahre 2025 in Europa realisierbar.In my opinion, the Omnicard can be implemented in Europe in 2025.

Weitere Ausführungsformen und Begriffsdefinitionen für die ErfindungFurther embodiments and definition of terms for the invention

Computercomputer

Ein Computer [kɔm‘pju:tɐ] oder Rechner (veraltet elektronische Datenverarbeitungsanlage) ist ein Gerät, das mittels programmierbarer Rechenvorschriften Daten verarbeitet.A computer [kɔm’pju: tɐ] or computer (outdated electronic data processing system) is a device that processes data using programmable calculation rules.

Charles Babbage und Ada Lovelace gelten durch die von Babbage 1837 entworfene Rechenmaschine Analytical Engine als Vordenker des modernen universell programmierbaren Computers. Konrad Zuse (Z3, 1941 und Z4, 1945), John Presper Eckert und John William Mauchly (ENIAC, 1946) bauten die ersten funktionstüchtigen Geräte dieser Art. Bei der Klassifizierung eines Geräts als universell programmierbarer Computer spielt die Turing-Vollständigkeit eine wesentliche Rolle. Sie ist benannt nach dem englischen Mathematiker Alan Turing, der 1936 das logische Modell der Turingmaschine eingeführt hatte.[1][2] Charles Babbage and Ada Lovelace are considered to be the pioneers of the modern, universally programmable computer thanks to the analytical engine designed by Babbage in 1837. Konrad Zuse (Z3, 1941 and Z4, 1945), John Presper Eckert and John William Mauchly (ENIAC, 1946) built the first functional devices of this kind. Turing completeness plays an important role in classifying a device as a universally programmable computer. It is named after the English mathematician Alan Turing, who introduced the logical model of the Turing machine in 1936. [1] [2]

Die frühen Computer wurden auch (Groß-)Rechner genannt; ihre Ein- und Ausgabe der Daten war zunächst auf Zahlen beschränkt. Zwar verstehen sich moderne Computer auf den Umgang mit weiteren Daten, beispielsweise mit Buchstaben und Tönen. Diese Daten werden jedoch innerhalb des Computers in Zahlen umgewandelt und als solche verarbeitet, weshalb ein Computer auch heute eine Rechenmaschine ist.The early computers were also called (main) computers; their input and output of the data was initially limited to numbers. Modern computers understand how to deal with other data, such as letters and sounds. However, this data is converted into numbers within the computer and processed as such, which is why a computer is still a computing machine today.

Mit zunehmender Leistungsfähigkeit eröffneten sich neue Einsatzbereiche. Computer sind heute in allen Bereichen des täglichen Lebens vorzufinden, meistens in spezialisierten Varianten, die auf einen vorliegenden Anwendungszweck zugeschnitten sind. So dienen integrierte Kleinstcomputer (eingebettetes System) zur Steuerung von Alltagsgeräten wie Waschmaschinen und Videorekordern oder zur Münzprüfung in Warenautomaten; in modernen Automobilen dienen sie beispielsweise zur Anzeige von Fahrdaten und steuern in „Fahrassistenten“ diverse Manöver selbst.With increasing performance new areas of application opened up. Computers can be found in all areas of everyday life today, mostly in specialized variants that are tailored to a given application. Integrated mini computers (embedded system) are used to control everyday devices such as washing machines and video recorders or for coin checking in vending machines; In modern automobiles, for example, they are used to display driving data and control various maneuvers themselves in "driving assistants".

Universelle Computer finden sich in Smartphones und Spielkonsolen. Personal Computer (engl. für Persönliche Computer, als Gegensatz zu von vielen genutzten Großrechnern) dienen der Informationsverarbeitung in Wirtschaft und Behörden sowie bei Privatpersonen; Supercomputer werden eingesetzt, um komplexe Vorgänge zu simulieren, z. B. in der Klimaforschung oder für medizinische Berechnungen.Universal computers can be found in smartphones and game consoles. Personal computers (as opposed to many mainframes used) are used for information processing in business and government, as well as among private individuals; Supercomputers are used to simulate complex processes, e.g. B. in climate research or for medical calculations.

Grundsätzlich unterscheiden sich zwei Bauweisen: Ein Rechner ist ein Digitalrechner, wenn er mit digitalen Geräteeinheiten digitale Daten verarbeitet (also Zahlen und Textzeichen); er ist ein Analogrechner, wenn er mit analogen Geräteeinheiten analoge Daten verarbeitet (also kontinuierlich verlaufende elektrische Messgrößen wie Spannung oder Strom).Basically, there are two types of construction: A computer is a digital computer if it processes digital data with digital device units (i.e. numbers and text characters); it is an analog computer if it processes analog data with analog device units (i.e. continuously running electrical measurements such as voltage or current).

Heute werden fast ausschließlich Digitalrechner eingesetzt. Diese folgen gemeinsamen Grundprinzipien, mit denen ihre freie Programmierung ermöglicht wird. Bei einem Digitalrechner werden dabei zwei grundsätzliche Bestandteile unterschieden: Die Hardware, die aus den elektronischen, physisch anfassbaren Teilen des Computers gebildet wird, sowie die Software, die die Programmierung des Computers beschreibt.Today digital computers are used almost exclusively. These follow common basic principles with which their free programming is made possible. A basic distinction is made between two basic components of a digital computer: the hardware, which is formed from the electronic, physically tangible parts of the computer, and the software, which describes the programming of the computer.

Ein Digitalrechner besteht zunächst nur aus Hardware. Die Hardware stellt erstens einen Speicher bereit, in dem Daten portionsweise wie auf den nummerierten Seiten eines Buches gespeichert und jederzeit zur Verarbeitung oder Ausgabe abgerufen werden können. Zweitens verfügt das Rechenwerk der Hardware über grundlegende Bausteine für eine freie Programmierung, mit denen jede beliebige Verarbeitungslogik für Daten dargestellt werden kann: Diese Bausteine sind im Prinzip die Berechnung, der Vergleich und der bedingte Sprung. Ein Digitalrechner kann beispielsweise zwei Zahlen addieren, das Ergebnis mit einer dritten Zahl vergleichen und dann abhängig vom Ergebnis entweder an der einen oder der anderen Stelle des Programms fortfahren. In der Informatik wird dieses Modell theoretisch durch die eingangs erwähnte Turing-Maschine abgebildet; die Turing-Maschine stellt die grundsätzlichen Überlegungen zur Berechenbarkeit dar.A digital computer initially only consists of hardware. First of all, the hardware provides a memory in which data can be saved in portions as on the numbered pages of a book and called up at any time for processing or output. Second, the arithmetic unit of the hardware has basic modules for free programming, with which any processing logic for data can be represented: These modules are in principle the calculation, the comparison and the conditional jump. A digital computer can, for example, add two numbers, compare the result with a third number and then continue depending on the result either at one or the other point in the program. In computer science, this model is theoretically represented by the Turing machine mentioned at the beginning; the Turing machine represents the fundamental considerations of predictability.

Erst durch eine Software wird der Digitalcomputer jedoch nützlich. Jede Software ist im Prinzip eine definierte, funktionale Anordnung der oben geschilderten Bausteine Berechnung, Vergleich und bedingter Sprung, wobei die Bausteine beliebig oft verwendet werden können. Diese Anordnung der Bausteine, die als Programm bezeichnet wird, wird in Form von Daten im Speicher des Computers abgelegt. Von dort kann sie von der Hardware ausgelesen und abgearbeitet werden. Dieses Funktionsprinzip der Digitalcomputer hat sich seit seinen Ursprüngen in der Mitte des 20. Jahrhunderts nicht wesentlich verändert, wenngleich die Details der Technologie erheblich verbessert wurden.However, the digital computer only becomes useful if software is used. In principle, every software is a defined, functional arrangement of the calculation, comparison and conditional blocks described above Jump, whereby the blocks can be used as often as you like. This arrangement of the modules, which is referred to as a program, is stored in the form of data in the memory of the computer. From there it can be read out and processed by the hardware. This principle of operation of digital computers has not changed significantly since its origins in the middle of the 20th century, although the details of the technology have been significantly improved.

Analogrechner funktionieren nach einem anderen Prinzip. Bei ihnen ersetzen analoge Bauelemente (Verstärker, Kondensatoren) die Logikprogrammierung. Analogrechner wurden früher häufiger zur Simulation von Regelvorgängen eingesetzt (siehe: Regelungstechnik), sind heute aber fast vollständig von Digitalcomputern abgelöst worden. In einer Übergangszeit gab es auch Hybridrechner, die einen Analog- mit einem digitalen Computer kombinierten.Analog computers work on a different principle. Analog components (amplifiers, capacitors) replace logic programming. In the past, analog computers were used more often to simulate control processes (see: Control technology), but today they have been almost completely replaced by digital computers. In a transition period, there were also hybrid computers that combined an analog computer with a digital computer.

Mögliche Einsatzmöglichkeiten für Computer sind:

  • • Mediengestaltung (Bild- und Textverarbeitung)
  • • Verwaltungs- und Archivierungsanwendungen
  • • Steuerung von Maschinen und Abläufen (Drucker, Produktion in der Industrie durch z. B. Roboter, eingebettete Systeme)
  • • Berechnungen und Simulationen (z. B. BOINC)
  • • Medienwiedergabe (Internet, Fernsehen, Videos, Unterhaltungsanwendungen wie Computerspiele, Lernsoftware)
  • • Kommunikation (Chat, E-Mail, soziale Netzwerke)
  • • Softwareentwicklung
Possible uses for computers are:
  • • Media design (image and text processing)
  • • Administration and archiving applications
  • • Control of machines and processes (printers, production in industry by e.g. robots, embedded systems)
  • • Calculations and simulations (e.g. BOINC)
  • • Media playback (internet, television, videos, entertainment applications such as computer games, educational software)
  • • Communication (chat, email, social networks)
  • • software development

HardwarearchitekturHardware architecture

Das heute allgemein angewandte Prinzip, das nach seiner Beschreibung durch John von Neumann von 1946 als Von-Neumann-Architektur bezeichnet wird, definiert für einen Computer fünf Hauptkomponenten:

  • • das Rechenwerk (im Wesentlichen die arithmetisch-logische Einheit (ALU)),
  • • das Steuerwerk,
  • • die Buseinheit,
  • • das Speicherwerk sowie
  • • die Eingabe-/Ausgabewerk(e).
The principle that is generally applied today, which John von Neumann described in 1946 as Von Neumann architecture, defines five main components for a computer:
  • The arithmetic unit (essentially the arithmetic-logic unit (ALU)),
  • • the control unit,
  • • the bus unit,
  • • the storage unit as well
  • • the input / output plant (s).

In den heutigen Computern sind die ALU und die Steuereinheit meistens zu einem Baustein verschmolzen, der so genannten CPU (Central Processing Unit, zentraler Prozessor).In today's computers, the ALU and the control unit are usually merged into one component, the so-called CPU (Central Processing Unit, central processor).

Der Speicher ist eine Anzahl von durchnummerierten, adressierbaren „Zellen“; jede von ihnen kann ein einzelnes Stück Information aufnehmen. Diese Information wird als Binärzahl, also eine Abfolge von ja/nein-Informationen im Sinne von Einsen und Nullen, in der Speicherzelle abgelegt.The memory is a number of numbered, addressable "cells"; each of them can hold a single piece of information. This information is stored in the memory cell as a binary number, ie a sequence of yes / no information in the sense of ones and zeros.

Bezüglich des Speicherwerks ist eine wesentliche Designentscheidung der Von-Neumann-Architektur, dass sich Programm und Daten einen Speicherbereich teilen (dabei belegen die Daten in aller Regel den unteren und die Programme den oberen Speicherbereich). Demgegenüber stehen in der Harvard-Architektur Daten und Programmen eigene (physikalisch getrennte) Speicherbereiche zur Verfügung. Der Zugriff auf die Speicherbereiche kann parallel realisiert werden, was zu Geschwindigkeitsvorteilen führt. Aus diesem Grund werden digitale Signalprozessoren häufig in Harvard-Architektur ausgeführt. Weiterhin können Daten-Schreiboperationen in der Harvard-Architektur keine Programme überschreiben (Informationssicherheit).With regard to the storage unit, an essential design decision of the Von Neumann architecture is that the program and data share a storage area (the data usually occupy the lower and the programs the upper storage area). In contrast, in Harvard architecture, data and programs have their own (physically separate) memory areas. Access to the memory areas can be realized in parallel, which leads to speed advantages. For this reason, digital signal processors are often implemented in Harvard architecture. Furthermore, data write operations in the Harvard architecture cannot overwrite programs (information security).

In der Von-Neumann-Architektur ist das Steuerwerk für die Speicherverwaltung in Form von Lese- und Schreibzugriffen zuständig.In the Von Neumann architecture, the control unit is responsible for memory management in the form of read and write access.

Die ALU hat die Aufgabe, Werte aus Speicherzellen zu kombinieren. Sie bekommt die Werte von der Steuereinheit geliefert, verrechnet sie (addiert beispielsweise zwei Zahlen) und gibt den Wert an die Steuereinheit zurück, die den Wert dann für einen Vergleich verwenden oder in eine andere Speicherzelle schreiben kann.The ALU has the task of combining values from memory cells. It receives the values from the control unit, calculates them (adds two numbers, for example) and gives the value to the Control unit back, which can then use the value for a comparison or write to another memory cell.

Die Ein-/Ausgabeeinheiten schließlich sind dafür zuständig, die initialen Programme in die Speicherzellen einzugeben und dem Benutzer die Ergebnisse der Berechnung anzuzeigen.Finally, the input / output units are responsible for entering the initial programs into the memory cells and displaying the results of the calculation to the user.

SoftwarearchitekturSoftware architecture

Die Von-Neumann-Architektur ist gewissermaßen die unterste Ebene des Funktionsprinzips eines Computers oberhalb der elektrophysikalischen Vorgänge in den Leiterbahnen. Die ersten Computer wurden auch tatsächlich so programmiert, dass man die Nummern von Befehlen und von bestimmten Speicherzellen so, wie es das Programm erforderte, nacheinander in die einzelnen Speicherzellen schrieb. Um diesen Aufwand zu reduzieren, wurden Programmiersprachen entwickelt. Diese generieren die Zahlen innerhalb der Speicherzellen, die der Computer letztlich als Programm abarbeitet, aus Textbefehlen heraus automatisch, die auch für den Programmierer einen semantisch verständlichen Inhalt darstellen (z. B. GOTO für den „unbedingten Sprung“).To a certain extent, the Von Neumann architecture is the lowest level of the functional principle of a computer above the electrophysical processes in the conductor tracks. The first computers were actually programmed in such a way that the numbers of commands and of certain memory cells were written one after the other into the individual memory cells as required by the program. Programming languages were developed to reduce this effort. These automatically generate the numbers within the memory cells, which the computer ultimately processes as a program, from text commands that also represent semantically understandable content for the programmer (eg GOTO for the "unconditional jump").

Später wurden bestimmte sich wiederholende Prozeduren in so genannten Bibliotheken zusammengefasst, um nicht jedes Mal das Rad neu erfinden zu müssen, z. B.: das Interpretieren einer gedrückten Tastaturtaste als Buchstabe „A“ und damit als Zahl „65“ (im ASCII-Code). Die Bibliotheken wurden in übergeordneten Bibliotheken gebündelt, welche Unterfunktionen zu komplexen Operationen verknüpfen (Beispiel: die Anzeige eines Buchstabens „A“, bestehend aus 20 einzelnen schwarzen und 50 einzelnen weißen Punkten auf dem Bildschirm, nachdem der Benutzer die Taste „A“ gedrückt hat).Later, certain repetitive procedures were grouped together in so-called libraries in order not to have to reinvent the wheel every time. For example: interpreting a pressed keyboard key as letter "A" and thus as number "65" (in ASCII code). The libraries were bundled into superordinate libraries, which link sub-functions to complex operations (example: the display of a letter "A", consisting of 20 individual black and 50 individual white dots on the screen after the user has pressed the "A" key) .

In einem modernen Computer arbeiten sehr viele dieser Programmebenen über- bzw. untereinander. Komplexere Aufgaben werden in Unteraufgaben zerlegt, die von anderen Programmierern bereits bearbeitet wurden, die wiederum auf die Vorarbeit weiterer Programmierer aufbauen, deren Bibliotheken sie verwenden. Auf der untersten Ebene findet sich aber immer der so genannte Maschinencode - jene Abfolge von Zahlen, mit der der Computer auch tatsächlich gesteuert wird.In a modern computer, many of these program levels work above or below one another. More complex tasks are broken down into subtasks that other programmers have already worked on, which in turn build on the preparatory work of other programmers whose libraries they use. At the lowest level there is always the so-called machine code - the sequence of numbers with which the computer is actually controlled.

Artenspecies

Basierend auf Arbeitsweise des Computers

  • • Analogrechner
  • • Digitalrechner
  • • Hybridrechner
Based on how the computer works
  • • Analog computer
  • • digital computer
  • • Hybrid computer

Basierend auf der Größe

  • • Smartphone
  • • Personal Digital Assistant oder PDA, waren die Vorläufer der Smartphones.
  • • Tabletcomputer
  • • Micro computer (veraltet)
  • • Eingebettetes System, z. B. im Auto, Fernseher, Waschmaschine usw.
  • • Einplatinencomputer, z. B. Raspberry Pi, billigste, sehr kleine Computer. Werden meist als eingebettete System verwendet.
  • • Personal computer oder PC, hier als Desktop-Computer oder auch Arbeitsplatzrechner verstanden.
  • • Hostrechner oder auch Server, eingebunden in einem Rechnernetz, meist ohne eigenen Display, Tastatur usw.
  • • Thin Client sind Rechner, die nur in Zusammenarbeit mit einem größeren Rechner, meist server, richtig funktionieren.
  • • Heimcomputer (veraltet), der Vorläufer des PC.
  • • Spielkonsole
  • • Netbook, ein kleines Notebook.
  • • Laptop oder Notebook
  • • Mini Computer (veraltet)
  • • Superminicomputer (veraltet)
  • • Mikrocomputer (veraltet)
  • • Mainframe computer oder Großrechner.
  • • Super computer, die schnellsten Rechner ihrer Zeit, brauchen den Platz einer Turnhalle, die Energie einer Kleinstadt und sind sehr teuer.
Based on the size
  • • smartphone
  • • Personal Digital Assistant, or PDA, were the forerunners of smartphones.
  • • tablet computer
  • • Micro computer (out of date)
  • • Embedded system, e.g. B. in the car, television, washing machine etc.
  • • Single board computer, e.g. B. Raspberry Pi, cheapest, very small computer. Are mostly used as an embedded system.
  • • Personal computer or PC, here understood as a desktop computer or workplace computer.
  • • Host computer or server, integrated in a computer network, usually without its own display, keyboard, etc.
  • • Thin clients are computers that only work properly in cooperation with a larger computer, usually a server.
  • • Home computer (out of date), the forerunner of the PC.
  • • Game console
  • • Netbook, a small notebook.
  • • Laptop or notebook
  • • Mini computer (out of date)
  • • Super Mini Computer (out of date)
  • • microcomputer (obsolete)
  • • Mainframe computer or mainframe.
  • • Super computers, the fastest computers of their time, need the space of a gym, the energy of a small town and are very expensive.

ZukunftsperspektivenFuture prospects

Zukünftige Entwicklungen bestehen voraussichtlich aus der möglichen Nutzung biologischer Systeme (Biocomputer), weiteren Verknüpfungen zwischen biologischer und technischer Informationsverarbeitung, optischer Signalverarbeitung und neuen physikalischen Modellen (Quantencomputer).Future developments are likely to consist of the possible use of biological systems (biocomputers), further links between biological and technical information processing, optical signal processing and new physical models (quantum computers).

Ein großer Megatrend sind derzeit (2017) die Entwicklung künstlicher Intelligenzen. Bei diesen simuliert man die Vorgänge im menschlichen Gehirn und erschafft so selbstlernende Computer, die nicht mehr wie bislang programmiert werden, sondern mit Daten trainiert werden ähnlich einem Gehirn. Der Zeitpunkt an dem künstliche Intelligenz die menschliche Intelligenz übertrifft nennt man technologische Singularität. Künstliche Intelligenz wird heute (2017) bereits in vielen Anwendungen, auch alltäglichen, eingesetzt (s. Anwendungen der künstlichen Intelligenz). Hans Moravec bezifferte die Rechenleistung des Gehirns auf 100 Teraflops, Raymond Kurzweil auf 10.000 Teraflops. Diese Rechenleistung haben Supercomputer bereits deutlich überschritten. Zum Vergleich liegt eine Grafikkarte für 800 Euro (5/2016) bei einer Leistung von 10 Teraflops.[7] (s. technologische Singularität)A major megatrend is currently (2017) the development of artificial intelligence. These simulate the processes in the human brain and create self-learning computers that are no longer programmed as before, but are trained with data similar to a brain. The point in time at which artificial intelligence exceeds human intelligence is called technological singularity. Artificial intelligence is already used (2017) in many applications, including everyday ones (see applications of artificial intelligence). Hans Moravec put the brain's computing power at 100 teraflops, Raymond Kurzweil at 10,000 teraflops. Supercomputers have already significantly exceeded this computing power. For comparison, a graphics card for 800 euros (5/2016) with a performance of 10 teraflops. [7] (see technological singularity)

Für weitere Entwicklungen und Trends, von denen viele noch den Charakter von Schlagwörtern bzw. Hypes haben, siehe Autonomie Computing (= Rechnerautonomie), Grid Computing, Cloud Computing, Pervasive Computing, ubiquitäres Computing (= Rechnerallgegenwart) und Wearable Computing.For further developments and trends, many of which still have the character of keywords or hypes, see Autonomy Computing (= computer autonomy), Grid Computing, Cloud Computing, Pervasive Computing, ubiquitous Computing (= computer ubiquity) and Wearable Computing.

Die weltweite Websuche nach dem Begriff „Computer“ nimmt seit Beginn der Statistik 2004 stetig ab. In den 10 Jahren bis 2014 war diese Zugriffszahl auf ein Drittel gefallen.The worldwide web search for the term "computer" has been steadily decreasing since the start of statistics in 2004. In the 10 years to 2014, this number of hits had dropped to a third.

Hardwarehardware

Hardware [/'ha:d wεɘ/ bzw. /'hard,wεɘ/ (AE)] (gelegentlich mit „HW“ abgekürzt) ist der Oberbegriff für die physischen Komponenten (die elektronischen und mechanischen Bestandteile) eines datenverarbeitenden Systems, als Komplement zu Software (den Programmen und Daten).[1] Hardware [/ 'ha: d wεɘ / or /' hard, wεɘ / (AE)] (sometimes abbreviated with "HW") is the generic term for the physical components (the electronic and mechanical components) of a data processing system, as a complement to Software (the programs and data). [1]

WortherkunftWord origin

Ursprünglich ist das englische hardware ungefähr bedeutungsgleich mit „Eisenwaren“ und wird heute im englischsprachigen Raum noch in diesem Sinne verwendet - also nicht nur für Computer hardware.Originally, the English hardware is roughly equivalent to "hardware" and is still used in this sense in the English-speaking world - not just for computer hardware.

Abgrenzung Hardware und SoftwareDifferentiation between hardware and software

In einem Computersystem kommen Hard- und Softwarekomponenten zum Einsatz. Hardware ist vereinfacht ausgedrückt der Teil eines Computers, den man anfassen kann: Jede einzelne darin verbaute Komponente, vom einfachen Kondensator bis hin zur komplett bestückten Platine, das Gerät als Ganzes sowie sein Zubehör wie beispielsweise Maus, Tastatur, Bildschirm und Drucker.Hardware and software components are used in a computer system. In simple terms, hardware is the part of a computer that you can touch: every single component built into it, from a simple capacitor to a fully populated circuit board, the device as a whole and its accessories such as a mouse, keyboard, screen and printer.

Software ist Information und kann nicht angefasst werden, da sie immateriell ist.[2] Sie ist unterteilbar in Programme und Daten und bestimmt, was ein Computer tut und wie er es tut (in etwa vergleichbar mit einem Manuskript).[3] Die Hardware (das Gerät selbst) führt Software aus (arbeitet sie ab) und setzt sie so in die Tat um.Software is information and cannot be touched because it is immaterial. [2] It can be divided into programs and data and determines what a computer does and how it does it (roughly comparable to a manuscript). [3] The hardware (the device itself) executes software (executes it) and puts it into practice.

In den 1950er Jahren wurde Software auf Lochstreifen gespeichert. Jede mögliche Lochposition steht für ein Bit. Die Löcher sind jedoch nicht die Software; sie sind Teil der Hardware. Auch moderne Datenträger sind nicht die Software, sondern immer Hardware, die Software lediglich enthalten.In the 1950s, software was stored on paper tape. Each possible hole position stands for one bit. However, the holes are not the software; they are part of the hardware. Even modern data carriers are not software, but always hardware that only contains software.

Ebenso wie Information kann Software nicht existieren ohne physische Repräsentation: Software kann zwar auf bestimmten Medien gespeichert, gedruckt, angezeigt oder transportiert werden. Diese sind aber nicht die Software, sondern sie enthalten sie nur. Als Analogie dazu ist es für eine ,Oper‘ nicht begriffsbestimmend, ob sie im Theater aufgeführt, über Radio/TV übertragen oder als CD verkauft oder gehört wird, ob sie im Opernführer beschrieben oder in der Partitur aufgezeichnet ist. Auch hier enthalten diese Medien die Oper nur. Like information, software cannot exist without physical representation: software can be saved, printed, displayed or transported on certain media. However, these are not the software, they only contain them. As an analogy, it is not conceptual for an 'opera' whether it is performed in the theater, broadcast on radio / TV or sold or heard on CD, whether it is described in the opera guide or recorded in the score. Again, these media only contain the opera.

Das hard- und softwaregesteuerte ArbeitsprinzipThe hardware and software controlled working principle

Es braucht nicht zwingend eine Software, um eine Hardware in ihrem Arbeitsablauf automatisiert zu steuern. Selbst komplexe Arbeitsabläufe lassen sich komplett in Hardware umsetzen - das hardwaregesteuerte Arbeitsprinzip. Als Beispiel sei eines der frühen Spielhallenspiele genannt, das von Atari 1976 produzierte Spiel Breakout.You don't necessarily need software to automatically control hardware in your workflow. Even complex workflows can be completely implemented in hardware - the hardware-controlled working principle. One example is one of the early arcade games, the Breakout game produced by Atari in 1976.

Das komplette „Programm“ (der Ablauf, die Logik) bestand ausschließlich aus Hardware, bildlich gesehen aus „fest verdrahteten Schalttafeln“.[4] The complete "program" (the process, the logic) consisted exclusively of hardware, figuratively speaking, of "hard-wired control panels". [4]

Auch in modernen Geräten werden automatisierte Arbeitsabläufe teilweise direkt in der Hardware implementiert, in Form von Logikgattern. Sie setzen einen bestimmten Ablauf von Instruktionen um. Ihre Funktion ist fest durch die Struktur der Hardware vorgegeben und kann nachträglich kaum mehr verändert werden. Für ein Update auf neue Funktionen oder zum Beheben von Fehlern muss die Hardware (zumindest teilweise) ausgetauscht, ergänzt oder durch anderweitige physische Eingriffe angepasst werden. Dafür ist die Verarbeitungsgeschwindigkeit in der Regel höher und der Energieverbrauch geringer als bei einer Softwarelösung.Even in modern devices, automated workflows are sometimes implemented directly in the hardware, in the form of logic gates. They implement a certain sequence of instructions. Their function is fixed by the structure of the hardware and can hardly be changed afterwards. To update to new functions or to correct errors, the hardware has to be replaced (at least partially), supplemented or adapted through other physical interventions. However, the processing speed is generally higher and the energy consumption is lower than with a software solution.

Soll ein Arbeitsablauf ohne physische Eingriffe anpassbar sein, so kommt das softwaregesteuerte Arbeitsprinzip zum Tragen: Dafür erhält die Hardware einen Prozessor. Dieser ist in der Lage, Software „zu verstehen“, sie abzuarbeiten. Software kann wiederum einfach angepasst und sogar komplett ausgetauscht werden, ohne die Hardware dafür verändern zu müssen. So lassen sich auf ein und demselben Gerät nahezu beliebige Anwendungen nutzen.If a workflow should be adaptable without physical intervention, the software-controlled working principle comes into play: the hardware is given a processor for this. This is able to “understand” software, to process it. Software can in turn be easily adapted and even completely replaced without having to change the hardware for it. This means that almost any application can be used on the same device.

Komplexere Hardwaresysteme enthalten oft eine Kombination aus hardware- und softwaregesteuerten Komponenten.More complex hardware systems often contain a combination of hardware and software controlled components.

Im obigen Beispiel verwendete das von Atari produzierte Spielhallengerät von 1976 keinen Prozessor. Bereits ein Jahr später wurde das Spielprinzip auf ein prozessorgesteuertes Gerät übertragen, den Computer. Seither gab es das Spiel auch als Software.[4] Das Computerspiel bestand nicht mehr aus „verdrahteten Schalttafeln“, sondern aus Anweisungen für einen Prozessor inklusive der für die Abarbeitung notwendigen weiteren Informationen (den Daten), die gemeinsam auf einem Datenträger gespeichert und von dem Computer ausgewertet wurden.In the example above, the 1976 Atari game machine produced no processor. Just a year later, the game principle was transferred to a processor-controlled device, the computer. Since then, the game has also been available as software. [4] The computer game no longer consisted of "wired control panels", but instead of instructions for a processor including the additional information (data) necessary for processing, which were stored together on a data carrier and evaluated by the computer.

UnterteilungSubdivision

Hauptplatine (englisch Mainboard)Motherboard

Eine mögliche Realisierung bzw. Aufteilung der Hardware ist die 1945 vorgestellte Von-Neumann-Architektur. Sie unterscheidet abstrakt zwischen Steuerwerk, Rechenwerk („ALU“), Speicherwerk und Eingabe-/Ausgabewerk (Peripheriegerät). Heutzutage ist eine solche Aufteilung zum Verständnis der Struktur eines Rechners immer noch sinnvoll und notwendig, obwohl mittlerweile bei modernen Prozessoren viele Funktionen in einem Hardwarechip integriert sind, etwa:

  • • Steuerwerk zur ALU und zur Befehlskodierung gleich mehrere Male zur Parallelverarbeitung;
  • • Steuerwerk MMU zur Speicherverwaltung;
  • • der Cache als Teil des Speicherwerks,
  • • die Steuerung für ein Bus-System, das interne und externe Komponenten miteinander verbindet.
A possible realization or division of the hardware is the Von Neumann architecture presented in 1945. It differentiates abstractly between control unit, arithmetic unit ("ALU"), storage unit and input / output unit (peripheral device). Nowadays, such a division is still useful and necessary for understanding the structure of a computer, although many functions are now integrated in a hardware chip in modern processors, for example:
  • • Control unit for ALU and for command coding several times for parallel processing;
  • • MMU control unit for memory management;
  • The cache as part of the storage system,
  • • the controller for a bus system that connects internal and external components.

Bei sogenannten embedded Prozessoren (für z. B. PDAs oder Waschmaschinen) findet man im gleichen Gehäuse noch ein Ein-/Ausgabewerk in Form serieller Schnittstellen (z. B. USB), digitalem I/O (Input/Output) z. B. für einen Touchscreen und analogem I/O für z. B. Lämpchen oder E-Motoren.In so-called embedded processors (for e.g. PDAs or washing machines), an input / output mechanism in the form of serial interfaces (e.g. USB), digital I / O (input / output) e.g. B. for a touchscreen and analog I / O for z. B. lamps or electric motors.

Noch stärker integriert sind sogenannte SoC (System on a Chip) für z. B. Smartphones, die weitere Komponenten integrieren, bis hin zu Arbeitsspeicher (RAM) und Flash-Speicher. So-called SoC (System on a Chip) for z. B. Smartphones, which integrate other components, up to working memory (RAM) and flash memory.

Zur Computer-Hardware gehören die PC-Komponenten:

  • • Die Grundbestandteile der Rechnerarchitektur: Hauptplatine (auch Motherboard oder Mainboard genannt) mit Chipsatz (für IO), Prozessor und Arbeitsspeicher (RAM)
  • • Massenspeicher: Laufwerke (Festplattenlaufwerk, Flash-Speicher, CD-ROM-Laufwerk, DVD-Laufwerk, Zip-Laufwerk, Jaz-Laufwerk, ...) und Speichermedien
  • • Erweiterungskarten (Grafikkarte, Soundkarte, Netzwerkkarte, TV-Karte, ISDN-Karte, USB-Karte, PhysX-Karte, ...)
  • • Netzteil, Gehäuse, Lüfter
  • • Peripheriegeräte:
    • ◯ Ausgabegeräte (Drucker, Bildschirm, Beamer, Lautsprecher, ...)
    • ◯ Eingabegeräte (Tastatur, Maus, Joystick, ...)
    • ◯ Einlesegeräte (Mikrofone, Kartenlesegeräte, verschiedene Arten von Scannern, ...)
The computer components include the PC components:
  • • The basic components of the computer architecture: main board (also called motherboard or mainboard) with chipset (for IO), processor and RAM (RAM)
  • • Mass storage: drives (hard disk drive, flash memory, CD-ROM drive, DVD drive, Zip drive, Jaz drive, ...) and storage media
  • • Expansion cards (graphics card, sound card, network card, TV card, ISDN card, USB card, PhysX card, ...)
  • • Power supply, housing, fan
  • • Peripherals:
    • ◯ Output devices (printer, monitor, projector, loudspeaker, ...)
    • ◯ Input devices (keyboard, mouse, joystick, ...)
    • ◯ Readers (microphones, card readers, various types of scanners, ...)

Alle diese Peripheriegeräte und Baugruppen eines Computers sind großteils mit logischen Schaltungen aufgebaut.All of these peripheral devices and assemblies of a computer are largely constructed with logic circuits.

Häufig ist Hardware mit einer FCC-Nummer versehen, die eine eindeutige Identifizierung des Herstellers erlaubt.Hardware is often provided with an FCC number, which allows the manufacturer to be clearly identified.

Bildschirmscreen

Ein Bildschirm (auch Monitor bzw. englisch Screen oder Display) ist eine elektrisch angesteuerte Anzeige ohne bewegliche Teile zur optischen Signalisierung von veränderlichen Informationen wie Bildern oder Zeichen. Der Bildschirm kann dabei ein eigenständiges Gerät oder Teil eines Gerätes sein.A screen (also monitor or English screen or display) is an electrically controlled display without moving parts for the optical signaling of changing information such as pictures or characters. The screen can be an independent device or part of a device.

BegriffsabgrenzungDefinition of terms

Die Begriffe Bildschirm, Monitor, Screen und Display werden im Deutschen häufig synonym verwendet; für die beiden letztgenannten englischer Herkunft gibt es gleichwohl sprachliche Unterschiede. So ist die Darstellung eines Bildschirms eigentlich direkt auf dem Gerät sichtbar. Monitor (vergleiche monitoring für ,Überwachung‘) werden demnach allein Bildschirme genannt, die als Bauteile und Peripheriegeräte eingesetzt werden.The terms screen, monitor, screen and display are often used synonymously in German; There are nevertheless linguistic differences for the latter two of English origin. The display of a screen is actually directly visible on the device. Monitors (compare monitoring for "monitoring") are therefore only called screens that are used as components and peripheral devices.

Im Gegensatz dazu wird die Projektionsfläche eines Projektors, etwa die Leinwand, im Englischen ebenfalls als screen bezeichnet (in etwa ,Schirm‘). Hingegen werden im Deutschen wiederum auch alle Anzeigegeräte im weiteren Sinne Display genannt (in etwa ,Anzeige‘), zum Beispiel Flip-dot-Displays.In contrast, the projection surface of a projector, such as the screen, is also referred to in English as a screen (roughly, screen '). On the other hand, in German all display devices in the broader sense are also called displays (roughly, display '), for example flip-dot displays.

Geschichtehistory

Als Ausgabegerät kommen Bildschirme auf Basis von Braunschen Röhren seit den 1930er Jahren zum Einsatz, zunächst mit vektorieller Ansteuerung (siehe Vektorbildschirm). Die später aufgekommenen Videoterminals verwenden vorwiegend Rastergrafiken zum Aufbau des Bildes. Bei den meisten Videoterminals lassen sich die einzelnen Bildpunkte nicht direkt ansprechen, vielmehr übernimmt ein Zeichengenerator (character prozessor) die Darstellung von einzelnen Zeichen; die Anzahl und das Aussehen darstellbarer Zeichen sind somit vorgegeben.Screens based on Braun tubes have been used as output devices since the 1930s, initially with vector control (see vector screen). The video terminals that emerged later mainly use raster graphics to build up the image. With most video terminals, the individual pixels cannot be addressed directly, rather a character generator (character processor) takes over the representation of individual characters; the number and the appearance of characters that can be represented are thus predetermined.

In den frühen 1980er Jahren wurde zunehmend die graphische Ausgabe wichtiger, treibend hierbei war unter anderem die Entwicklung von CAD und von grafischen Benutzeroberflächen (GUI, Graphical User Interface), die mit dem Macintosh populär wurden.In the early 1980s, graphic output became more and more important, among other things, the development of CAD and graphical user interfaces (GUI, Graphical User Interface), which became popular with the Macintosh.

2003 wurden nach einer Erhebung der Gesellschaft für Unterhaltungs- und Kommunikationselektronik (gfu) in Deutschland erstmals mehr Flüssigkristallbildschirme abgesetzt als konventionelle Geräte mit Bildröhre. Die Bildschirmdiagonalen für typische Desktop-Anwendungen liegen heute meistens zwischen 50 und 75 cm, für Notebooks sind etwa 34 bis 43 cm üblich.In 2003, according to a survey by the Society for Consumer and Communication Electronics (gfu), more liquid crystal screens were sold in Germany than conventional devices with picture tubes. The screen diagonals for typical desktop applications today are mostly between 50 and 75 cm, for notebooks about 34 to 43 cm are common.

Frühe Personal Computer verfügten wie damalige Computerterminals häufig über integrierte Bildschirme. Heute ist das nur noch bei portablen Computern wie Notebooks und Handhelds üblich. Bildschirme für ortsfesten Einsatz werden in der Regel in separate Gehäuse eingebaut, die auch die Elektronik zu ihrer Ansteuerung beinhalten und meist über standardisierte Schnittstellen wie VGA oder DVI an eine in den Computer eingesteckte Grafikkarte angeschlossen werden. Early personal computers, like computer terminals at the time, often had integrated screens. Today this is only common for portable computers such as notebooks and handhelds. Monitors for fixed use are usually installed in separate housings, which also contain the electronics for their control and are usually connected to a graphics card inserted into the computer via standardized interfaces such as VGA or DVI.

Seit etwa 2001 gibt es auch Bildschirme, die dreidimensionale Bilder darstellen können, sogenannte autostereoskopische Displays oder auch 3D-Monitore. Die Entwicklung befindet sich noch im Anfangsstadium, eine perfekt ausgearbeitete virtuelle Realität ist mit ihnen noch nicht möglich.Since around 2001 there have also been screens that can display three-dimensional images, so-called autostereoscopic displays or 3D monitors. Development is still at an early stage, a perfectly worked out virtual reality is not yet possible with them.

Bei einem sogenannten Smart Display handelt es sich um einen Monitor, der per Funk mit dem Rechner verbunden und so in Grenzen portabel ist.A so-called smart display is a monitor that is connected to the computer by radio and is therefore portable to a limited extent.

Eigenschaftenproperties

Die Bildschirmdiagonale ist die Größenangabe des Bildschirms und bezieht sich immer auf die Diagonale der Bildröhre, diese war bei Bildröhren etwas größer als die sichtbare Diagonale. Weitere Kennzeichen eines Monitors sind das Seitenverhältnis, die maximale Zeilenfrequenz, aus der sich für eine bestimmte Bildhöhe die Bildwiederholfrequenz ergibt, der maximale Pixeltakt (aus diesen drei Frequenzen sowie dem vertikalen und horizontalen blanking interval ergibt sich die Auflösung), die Helligkeit, der Kontrast, die Reaktionszeit sowie besonders bei Flüssigkristallbildschirmen die Anzahl der Pixel und der maximale Blickwinkel. Bei Röhrenmonitoren ist noch die Art (Loch-, Streifen- oder Schlitzmaske) und das Raster der Maske relevant.The screen diagonal is the size of the screen and always refers to the diagonal of the picture tube, which was slightly larger than the visible diagonal for picture tubes. Other characteristics of a monitor are the aspect ratio, the maximum line frequency, from which the refresh rate results for a certain image height, the maximum pixel clock (these three frequencies and the vertical and horizontal blanking interval result in the resolution), the brightness, the contrast, the response time and, in particular with liquid crystal screens, the number of pixels and the maximum viewing angle. In the case of tube monitors, the type (perforated, stripe or slit mask) and the grid of the mask are also relevant.

MehrfachanzeigeMultiple display

Eine Mehrfachanzeige, auch Multifunktionsanzeige, dient der Darstellung mehrfacher Informationen. Dies kann ein einzelnes elektronisches Gerät oder ein Verbundsystem mit mehreren Bildschirmen sein. Sinn und Zweck dabei ist, eine große Anzahl von benötigten Werten oder auch Bildern und Signalen zur gleichen Zeit mit mehreren Anzeigegeräten oder nacheinander auf demselben Display anzeigen zu können. Dazu müssen vorgegebene oder aktuell aufbereitete Daten visualisiert und ausgegeben werden.A multiple display, also a multifunctional display, serves to display multiple information. This can be a single electronic device or a composite system with multiple screens. The purpose of this is to be able to display a large number of required values or also pictures and signals at the same time with several display devices or in succession on the same display. For this, specified or currently processed data must be visualized and output.

Heute wird dies bei einer Vielzahl von Anwendungen verwendet, beispielsweise beim elektronischen Fluginstrumenten-Anzeigesystem in Luftfahrzeugen, bei Mobiltelefonen (Handys), bei Tablet-PCs oder bei digitalem Fernsehen.Today, this is used in a large number of applications, for example in the electronic flight instrument display system in aircraft, in mobile telephones (cell phones), in tablet PCs or in digital television.

Bekannte und weitverbreitete Methoden zur simultanen Darstellung ist die Fenstertechnik - die dem Betriebssystem Windows zu seinem Namen verhalf - beim Personal-Computer. Hierbei können verschiedene Programme in sogenannten „Fenstern“ nebeneinander angeordnet werden, wobei auch hier ein oder mehrere Monitore eingesetzt werden können.Well-known and widespread methods for simultaneous display is the window technology - which gave the Windows operating system its name - on the personal computer. Different programs can be arranged side by side in so-called “windows”, whereby one or more monitors can also be used here.

DarstellungstechnikenRepresentation techniques

Verwendete Darstellungstechniken sind:

  • • Feldemissionsbildschirm („FED“)
  • • Flüssigkristallbildschirm („LCD“)
  • • Dünnschichttransistorbildschirm („TFT-LCD“)
  • • Kathodenstrahlröhrenbildschirm („CRT“)
  • • Plasmabildschirm
  • • Organische Leuchtdiode („OLED“)
  • • Surface-conduction Electron-emitter Display („SED“)
  • • Kathodenstrahlröhre mit kontinuierlicher fluoreszierender Beschichtung (Oszilloskop)
  • • Bildpunkt-Maskentypen (Pixeling)
  • • Röhrenmonitor-Wiedergabe (Lochmaske)
  • • Röhrenmonitor-Wiedergabe (Streifenmaske)
  • • Röhrenmonitor-Wiedergabe (Bildausschnitt). Alle Farbpunkte liegen auf einer Linie, die von drei Elektronenstrahlen (je Farbe einer) zeilenweise zum Leuchten angeregt werden.
  • • Matrix eines Fernsehbildschirmes
Representation techniques used are:
  • • Field emission screen ("FED")
  • • Liquid crystal display ("LCD")
  • • Thin film transistor screen ("TFT-LCD")
  • • CRT screen ("CRT")
  • • Plasma screen
  • • Organic light-emitting diode ("OLED")
  • • Surface-conduction electron-emitter display ("SED")
  • • cathode ray tube with continuous fluorescent coating (oscilloscope)
  • • Pixel mask types
  • • Tube monitor playback (shadow mask)
  • • Tube monitor playback (stripe mask)
  • • Tube monitor playback (image detail). All color dots lie on a line, which are excited by three electron beams (one per color) to line up.
  • • Matrix of a television screen

Anwendungsgebieteapplication areas

Anwendung finden diese in

  • • Bedienelementen von Maschinen und Geräten aller Art
  • • Anzeigegeräte in allen Bereichen der Technik
  • • Fernsehgeräten
  • • Computermonitoren
  • • Radargeräten, Oszilloskopen
  • • bildgebenden Verfahren in Wissenschaft
  • • medizinischen Diagnose- und Überwachungsgeräten (Monitore)
  • • Notebooks, PDAs (Handhelds, Organizer), Mobiltelefonen
  • • Digitalkameras und Camcordern
  • • elektronischen Navigationsgeräten
  • • Werbeanzeigen, Informationsschildern im Straßenverkehr
They are used in
  • • Control elements of machines and devices of all kinds
  • • Display devices in all areas of technology
  • • TV sets
  • • computer monitors
  • • radars, oscilloscopes
  • • imaging methods in science
  • • medical diagnostic and monitoring devices (monitors)
  • • Notebooks, PDAs (handhelds, organizers), mobile phones
  • • Digital cameras and camcorders
  • • electronic navigation devices
  • • Advertisements, information signs in road traffic

Siehe auch

  • • Bildschirmarbeitsverordnung
  • • Bildschirmmedien
  • • Breitbildmonitor
  • • Display PostScript
  • • Elektronisches Papier
  • • Head-Mounted Display
  • • Kontrastverhältnis
  • • TCO (Standard)
  • • Touchscreen
See also
  • • VDU regulation
  • • Screen media
  • • Widescreen monitor
  • • Display PostScript
  • • Electronic paper
  • • Head-mounted display
  • • Contrast ratio
  • • TCO (standard)
  • • touchscreen

Anzeige (Technik)Advertisement (technology)

Die Anzeige beschreibt in der Technik allgemein eine Vorrichtung zur optischen Signalisierung von veränderlichen Informationen (Zustände und Werte), insbesondere Messwerten. Sie unterscheiden sich dadurch von Kennzeichen, welche gleichbleibende Informationen darbieten. Im Arbeitssystem stellen Anzeigen eine Schnittstelle zwischen dem Menschen und einem technischen Prozess oder der Umwelt dar.In technology, the display generally describes a device for optically signaling changeable information (states and values), in particular measured values. They differ from license plates, which offer constant information. In the work system, displays represent an interface between people and a technical process or the environment.

Eine Anzeige kann sehr unterschiedliche Bauformen aufweisen und auf unterschiedlicher technischer Umsetzung basieren. Man unterscheidet mechanische, elektromechanische und elektronische Anzeigen. Nach der Art und Aussage der Anzeige selbst kann man sie auch in binäre Anzeigen, Skalenanzeigen, Ziffernanzeigen und grafische Anzeigen unterteilen. In der Ergonomie unterscheidet die DIN EN 8942-2[1] zwischen optischen, akustischen und taktilen Anzeigen.A display can have very different designs and be based on different technical implementations. A distinction is made between mechanical, electromechanical and electronic displays. According to the type and meaning of the display itself, it can also be divided into binary displays, scale displays, numerical displays and graphic displays. It differs in ergonomics DIN EN 8942-2 [1] between visual, acoustic and tactile displays.

Bauformen und technische Umsetzungen von AnzeigenDesigns and technical implementations of advertisements

Mechanische AnzeigenMechanical indicators

Bei mechanischen Anzeigen wiederum werden kontinuierliche und diskrete Anzeigen unterschieden.Mechanical displays in turn distinguish between continuous and discrete displays.

Beispiele für kontinuierliche mechanische Anzeigen:

  • • Mechanische Tachometer setzen die Drehzahl einer Welle in einen dazu proportionalen Winkel eines Zeigers um.
  • • Eine mit einem Zeiger kombinierte Aufwickeleinrichtung für einen Faden misst, wie tief ein an dem Faden hängender Schwimmer abgesunken ist, und zeigt damit den Füllstand an, u. a. an Öltanks.
  • • Pegelstandanzeiger oder kurz Pegel, wie sie an vielen Flüssen zu finden sind, oder auch Wasser- bzw. Füllstandsanzeigen, z. B. an Kesseln oder Kaffeemaschinen, zeigen durch direkten Blick auf den Flüssigkeitsstand an einer Skale, oftmals über ein Schauglas, den Füllgrad bzw. den Wasserstand an.
  • • Flüssigkeitsthermometer
  • • Bimetallthermometer
  • • analoge mechanische Waagen (Zeiger, bewegte oder projizierte Skale)
  • • Abstimm-Skale zur Senderwahl an Radios
Examples of continuous mechanical displays:
  • • Mechanical tachometers convert the speed of a shaft into a proportional angle of a pointer.
  • • A winding device for a thread combined with a pointer measures how deep a float hanging on the thread has sunk, and thus indicates the fill level, including on oil tanks.
  • • Level indicator or level for short, as can be found on many rivers, or water or level indicators, z. B. on kettles or coffee machines, show by looking directly at the liquid level on a scale, often through a sight glass, the degree of filling or the water level.
  • • Liquid thermometer
  • • Bimetal thermometer
  • • analog mechanical scales (pointer, moving or projected scale)
  • • Tuning scale for radio station selection

Beispiel für diskrete mechanische Anzeigen:

  • • Eisenbahn-Formsignale in verschiedenen Bauformen für Anweisungen wie „Fahrt“ und „Halt“
  • • Kennmelder an Schmelzsicherungen signalisieren einen durchgebrannten Schmelzleiter
  • • mechanische Schrittzähler und Kilometerzähler; allgemein: Rollenzählwerke
  • • Wasserzähler, Gaszähler
Example of discrete mechanical displays:
  • • Railway shape signals in various designs for instructions such as "travel" and "stop"
  • • Indicators on fuses signal a blown fuse
  • • mechanical pedometer and odometer; general: roller counters
  • • Water meter, gas meter

Elektromechanische AnzeigenElectromechanical displays

Kontinuierliche elektromechanische Anzeigen:

  • • Skalenanzeigen
    • ◯ mechanischer Zeiger
      • ■ Drehspulmesswerk
      • ■ Dreheisenmesswerk
    • ◯ Lichtzeiger
      • ■ Spiegelgalvanometer
    • ◯ sonstige
      • ■ Zungenfrequenzmesser
      • ■ elektrolytischer Betriebsstunden- oder Strommengenzähler
      • ■ Elektrometer
Continuous electromechanical displays:
  • • Scale displays
    • ◯ mechanical pointer
      • ■ Moving coil measuring mechanism
      • ■ Moving iron measuring mechanism
    • ◯ light pointer
      • ■ Mirror galvanometer
    • ◯ other
      • ■ Tongue frequency meter
      • ■ Electrolytic operating hours or electricity meter
      • ■ electrometer

Diskrete elektromechanische Anzeigen:

  • • Elektromechanische Zähler mit Ziffernrollen
    • ◯ mit Ferrarismotor in Energiezählern
    • ◯ in Kilometerzählern
  • • Fallblattanzeigetafeln an Flughäfen und Bahnhöfen für Texte und Uhrzeiten
  • • Schauzeichen
  • • Fallklappenrelais
Discrete electromechanical displays:
  • • Electromechanical counters with digit rolls
    • ◯ with Ferrari motor in energy meters
    • ◯ in odometers
  • • Leaflet bulletin boards at airports and train stations for texts and times
  • • Indicators
  • • Fall flap relay

Elektrische und elektronische AnzeigenElectrical and electronic displays

Elektrisch angesteuerte Anzeigen ohne bewegte Teile können binäre Anzeigen, Ziffernanzeigen, aber auch analoge Anzeigen (Bargraph-Anzeige, Magisches Auge) oder Bilddarstellungen sein. Mit dem Begriff Digitalanzeige ist meist eine Ziffernanzeige gemeint.Electrically controlled displays without moving parts can be binary displays, numerical displays, but also analog displays (bar graph display, magic eye) or image displays. The term digital display usually means a digital display.

Technische Realisierung (Beispiele): Technical implementation (examples):

  • • Meldelampen [Leuchtmittel Glühlampe oder Leuchtdioden (LEDs), Organische Leuchtdioden (OLEDs)]
    • ◯ binär, Farbwechsel, Ziffernanzeige oder Bargraph
    • ◯ Helligkeitsvergleich oder mit unterschiedlicher Frequenz blinkend
    • Signal lamps [incandescent lamps or light-emitting diodes (LEDs), organic light-emitting diodes (OLEDs)]
    • ◯ binary, color change, numerical display or bar graph
    • Vergleich Brightness comparison or flashing at different frequencies
  • • Flüssigkristallanzeigen (LCDs); Zeichen-, Symbol- Ziffern- oder Bilddarstellung (Smartphones, Flachbildschirme)• liquid crystal displays (LCDs); Character, symbol, number or image display (smartphones, flat screens)
  • • Fluoreszenzanzeigen (VFDs); Zeichen- oder Symboldarstellung, auch Bargraph-Anzeigen, Magisches Auge• fluorescent displays (VFDs); Character or symbol display, also bar graph displays, magic eye
  • • Braunsche Röhren; y-x-Darstellung bei Bildröhren, Oszilloskopen, Spektrum-Analyzern, Messempfängern, Darstellung in Polarkoordinaten in Radargeräten• Braun tubes; y-x display for picture tubes, oscilloscopes, spectrum analyzers, measurement receivers, display in polar coordinates in radar devices
  • • Nixie-Röhren (Ziffernanzeige)• Nixie tubes (numerical display)

Großformatige LED-Matrixanzeige auf einem japanischen Verkehrsknotenpunkt :he Ansteuerarten komplexer elektrischer oder elektromechanischer Anzeigen

  • • vektororientierte Ansteuerung
  • • Raster- oder Matrixanzeige
  • • Segmentanzeige (Sieben-Segment-Anzeige, Vierzehn-Segment-Anzeige, binäre Symboldarstellung)
Large-format LED matrix display on a Japanese traffic junction: he control types of complex electrical or electromechanical displays
  • • Vector-oriented control
  • • Grid or matrix display
  • • Segment display (seven-segment display, fourteen-segment display, binary symbol display)

Der Bildschirm (auch Monitor, Display, Smart Display) ist ein sehr universelles Anzeigeinstrument. Als Braunsche Röhre kann er vektor- und rasterorientiert angesteuert werden.The screen (also monitor, display, smart display) is a very universal display instrument. As a Braun tube, it can be controlled in a vector and grid-oriented manner.

Zunehmend kommen Flüssigkristallbildschirme zur Anwendung, die als Matrizen rasterförmig angesteuert werden.Liquid crystal screens are increasingly being used, which are controlled as matrices.

Weit verbreitet sind auch LC-Sieben-Segment-Anzeigen, wie sie unter anderem in digitalen Messgeräten, Armband- und Funkuhren vorkommen.LC seven-segment displays, such as those found in digital measuring devices, wristwatches and radio clocks, are also widespread.

Ein Virtual retinal display projiziert die Information direkt auf die Retina des Auges.A virtual retinal display projects the information directly onto the retina of the eye.

Projektionsanzeigen projizieren alphanumerische Zeichen oder Symbole an eine Wand oder eine Mattscheibe. Bei Weckern mit Projektionsanzeige wird eine Siebensegmentanzeige projiziert, während u. a. bei frühen Großrechnern Ziffernanzeigen zum Einsatz kamen, die für jede Stelle (Ziffer) je 10 Glühlämpchen, 10 Kollimatorlinsen, Gobos 0...9 und 10 entsprechend ausgerichtete Objektive besaßen, um jede Ziffer an der gleichen Position auf einer Mattscheibe darstellen zu können. Zur Projektion von Videobildern (Videoprojektor) auf Großleinwände waren früher aufwendige Einrichtungen wie das Eidophor-System nötig. Seit den 1990er Jahren gibt es dafür Projektionstechniken mit LCDs oder DLPs, in bestimmten Ländern Beamer genannt.Projection displays project alphanumeric characters or symbols onto a wall or screen. For alarm clocks with a projection display, a seven-segment display is projected, while u. a. In early mainframe computers, numerical displays were used that had 10 light bulbs, 10 collimator lenses, gobos 0 ... 9 and 10 appropriately aligned lenses for each digit so that each digit could be displayed in the same position on a focusing screen. In the past, complex devices such as the Eidophor system were required to project video images (video projector) onto large screens. For this purpose, projection techniques with LCDs or DLPs, called projectors in certain countries, have been available.

Head-up-Displays spiegeln sich in einer teiltransparenten Platte (Windschutzscheibe, separate Strahlteilerscheibe).Head-up displays are reflected in a partially transparent plate (windshield, separate beam splitter disc).

Anzeigen in der MesstechnikAds in measurement technology

In der für die Messtechnik grundlegenden DIN 1319-2 wird bei „Messgeräte mit direkter Ausgabe“ unter anderem unterschieden in Skalenanzeige und Ziffernanzeige.In the DIN 1319-2, which is fundamental for measurement technology, a distinction is made between "scale display and numerical display" for "measuring devices with direct output".

Skalenanzeige mittels FlüssigkristallanzeigeScale display using liquid crystal display

Bei einem Messgerät mit Skalenanzeige stellt sich als Ausgangsgröße eine Marke (z. B. eine bestimmte Stelle eines körperlichen Zeigers oder eines Bildschirmzeigers, ein Lichtzeiger (siehe z. B. auch Spiegel-Galvanometer), eine Kante, der Meniskus einer Flüssigkeitssäule) meist kontinuierlich auf eine Stelle der Skale ein, oder die Skale wird darauf eingestellt. Zu körperlichen Zeigern siehe z. B. unter Analogmultimeter, Drehspulmesswerk.In the case of a measuring device with a scale display, a mark (e.g. a specific position of a physical pointer or a screen pointer, a light pointer (see e.g. mirror galvanometer), an edge, the meniscus of a liquid column) is usually set as a starting variable at a point on the scale or the scale is adjusted to it. For physical pointers see e.g. B. under analog multimeter, moving coil measuring mechanism.

Skalenanzeigen finden sich auch an einer Vielzahl mechanischer Messgeräte wie Waagen, Messschieber; letztere verwenden einen Nonius zur genaueren Ablesbarkeit. Spiegelskalen besitzen zusätzlich einen Spiegelsektor hinter dem Zeiger, um senkrechtes Ablesen zu erleichtern und damit einen Parallaxenfehler beim Ablesen zu vermeiden.Scale indicators can also be found on a large number of mechanical measuring devices such as scales and calipers; the latter use a vernier for more precise readability. Mirror scales also have one Mirror sector behind the pointer to facilitate vertical reading and thus to avoid a parallax error when reading.

Zeigeruhren, Stoppuhren und Messschrauben besitzen 2 bis 3 Zeiger, um die Ablesegenauigkeit zu erhöhen.Dial clocks, stopwatches and micrometers have 2 to 3 hands to increase the reading accuracy.

Bei der Bandanzeige wird entweder diskontinuierlich eine veränderliche Anzahl von Segmenten zum Leuchten gebracht oder kontinuierlich eine veränderliche Länge des Bandes eingestellt. Sie kann zur Messung dienen oder nur zur qualitativen Beurteilung, siehe hierzu Bargraph-Anzeige oder auch Magisches Auge. Die diskontinuierliche Bandanzeige arbeitet digital und verbindet die Digitaltechnik mit den Vorteilen einer Skalenanzeige.In the band display, either a variable number of segments is illuminated discontinuously or a variable length of the band is set continuously. It can be used for measurement or only for qualitative assessment, see bar graph display or magic eye. The discontinuous band display works digitally and combines digital technology with the advantages of a scale display.

ZiffernanzeigeDigital display

Bei einem Messgerät, bei dem die Ausgangsgröße eine in fest gegebenen Schritten quantisierte zahlenmäßige Darstellung der Messgröße ist, erscheint diskontinuierlich die Anzahl (Summe) von Quantisierungseinheiten oder die Anzahl (Summe) von Impulsen in einer Ziffernfolge. Die Ziffernanzeigen unterscheiden sich durch die Prinzipien der Zifferndarstellung. Siehe hierzu Abschnitt Elektrische und elektronische Anzeigen. Frühere Ziffernanzeigen verwendeten pro Stelle zehn diskrete, hinterleuchtete Ziffern, die direkt anhand des Aufleuchtens betrachtet oder projiziert wurden.In the case of a measuring device in which the output variable is a numerical representation of the measured variable quantized in fixed steps, the number (sum) of quantization units or the number (sum) of pulses appear discontinuously in a sequence of digits. The number displays differ in the principles of number display. See section Electrical and electronic displays. Previous digit displays used ten discrete, backlit digits per digit, which were viewed or projected directly from the lighting.

Ziffernanzeigen haben den Nachteil, dass Trends und die absolute Größe nicht auf den ersten Blick erkennbar sind. Daher besitzen Digitalmultimeter (kurz DMM, d. h. solche mit einer Ziffernanzeige) manchmal zusätzlich einen schnelle Bargraphanzeige oder ein Zeigerelement, die jedoch auch aus diskreten Anzeigeelementen bestehen (siehe Bild rechts).The disadvantage of digital displays is that trends and the absolute size are not recognizable at first glance. For this reason, digital multimeters (DMM for short, i.e. those with a numerical display) sometimes also have a fast bar graph display or a pointer element, which, however, also consist of discrete display elements (see picture on the right).

Vorteile sind z. B. die Darstellbarkeit des Messwertes über weite Bereiche durch variable Kommata und zusätzlich angezeigte Maßeinheiten, die Eindeutigkeit bei der Ablesung sowie bei selbst leuchtenden Anzeigen die gute Ablesbarkeit bei schlechten Lichtverhältnissen.Advantages are e.g. B. the representability of the measured value over wide areas by variable commas and additionally displayed units of measurement, the unambiguity of the reading as well as self-illuminating displays the good readability in poor lighting conditions.

Zusätzeadditions

Bei entsprechender Ausgabetechnik können zusätzlich Bewertungen in der Anzeige enthalten sein; beispielsweise kann auf eine Grenzwertüberschreitung oder Gefahr in der Anlage durch blinkende Anzeige, zusätzliches Leuchtzeichen oder wechselnde Farbe hingewiesen werden.With appropriate output technology, additional ratings can be included in the advertisement; For example, a limit violation or danger in the system can be indicated by a flashing display, additional illuminated signs or changing colors.

ComputermonitorComputer monitor

Ein Computermonitor ist ein Bildschirm, der primär zum Anschluss an einen Computer gedacht ist. Insbesondere in den Jahren zwischen 1985 und 2005 entwickelten sich Fernsehgeräte und Computermonitore sehr weit auseinander (Qualität, Bildraten, Signale, Pegel, Stecker), seit 2010 wachsen diese wieder zusammen.A computer monitor is a screen that is primarily intended for connection to a computer. Especially in the years between 1985 and 2005, televisions and computer monitors developed very far apart (quality, frame rates, signals, levels, plugs), since 2010 they have been growing together again.

In der Anfangszeit der Computer gab es keine Computer-Monitore und auch keine Computer-Tastaturen und -Mäuse. Eingabe und Ausgabe erfolgten über Lochkarten(stapel) oder Lochstreifen. Diese wurde mit Lochkartenstanzern (oder Lochstreifenstanzern) erstellt. Drucker (eigentlich Fernschreiber) sorgten schließlich für die Ausgabe der Daten, die auf den Lochkarten oder -streifen gespeichert waren oder vielmehr aus diesen Daten errechnet wurden (Listenausgabe).In the early days of computers, there were no computer monitors and no computer keyboards and mice. Input and output took place via punched cards (stacks) or punched strips. This was created with punch card punches (or punch tape punches). Printers (actually teleprinters) ultimately provided the data that was stored on the punched cards or strips or rather was calculated from this data (list output).

Ab Anfang der 1960er Jahre kamen Mainframe-Systeme wie die IBM-S/360-Serie auf den Markt, die mit Hilfe von Text-Kommandos über eine Tastatur bedient werden konnten, wobei die Ausgabedaten mit Hilfe eines Anschlagdruckers auf EndlosPapier visualisiert wurden. Da für den Ausdruck lediglich die binären Steuercodes für die zu druckenden Zeichen übermittelt werden mussten, war dieses Verfahren im Gegensatz zur digitalen Modulation von Bilddaten bereits vor der Erfindung des Monitors realisierbar. Die ersten Computer-Terminals waren so konzipiert, dass sie dieselben Steuerdaten wie ein damaliger Drucker interpretieren konnten, um daraus eine Textausgabe auf dem Bildschirm zu generieren.From the beginning of the 1960s, mainframe systems such as the IBM S / 360 series came onto the market, which could be operated with the help of text commands via a keyboard, the output data being visualized on continuous paper with the help of a touch printer. Since only the binary control codes for the characters to be printed had to be transmitted for the printout, in contrast to the digital modulation of image data, this method could already be implemented before the invention of the monitor. The first computer terminals were designed in such a way that they could interpret the same control data as a printer at the time in order to generate text output on the screen.

Computerterminals Computer terminals

Anfang der 1970er tauchten zunehmend Computerterminals auf. Typische Vertreter waren z. B. die IBM-3270-Terminals oder VT100-Terminals, an die ANSI.SYS unter MSDOS noch erinnert. Der Umweg über Lochkarten und Bänder verschwand, man konnte mit Hilfe solcher Terminals direkt mit einem Computer kommunizieren. Als charakteristische Eigenschaft blieb, dass die Kommunikation immer noch gewisse Ähnlichkeiten mit Fernschreibern und Lochstreifen hatten. Sie wurden meist, analog zu Fernschreibern, seriell mit Text- und Steuerzeichen angesteuert. Eingaben wurden gesammelt dem Zentralcomputer (mit seiner kostbaren Rechenzeit) übermittelt.In the early 1970s, computer terminals began to appear. Typical representatives were e.g. B. the IBM 3270 terminals or VT100 terminals, of which ANSI.SYS under MSDOS still reminds. The detour via punched cards and tapes disappeared, with the help of such terminals one could communicate directly with a computer. A characteristic feature remained that the communication still had certain similarities with teletype and paper tape. Most of them, like teletypes, were controlled serially with text and control characters. Inputs were collected and transmitted to the central computer (with its precious computing time).

Als Monitore selbst kamen meist weiße, grüne oder orange Monochrommonitore zum Einsatz. Die Terminals hatten meist 80 oder 132 Zeichen je Zeile bei 24 oder 43 Zeilen. Die Auflösung lag zwischen 240 und 350 Zeilen, Bildraten bei 50 oder 60 Hz, häufig mit nachleuchtendem Phosphor, um das Flimmern durch den Bildrasteraufbau zu minimieren.White, green or orange monochrome monitors were mostly used as monitors. The terminals usually had 80 or 132 characters per line with 24 or 43 lines. The resolution was between 240 and 350 lines, frame rates at 50 or 60 Hz, often with afterglow phosphor, to minimize flickering due to the image grid structure.

Aufkommende Heimcomputer, Anfänge des PCsEmerging home computers, beginnings of the PC

Für Heimcomputer griff man auf vorhandene Technik zurück - den heimischen Fernseher. Etwas besser waren spezielle Computermonitore. Die Darstellungsqualität hängt dabei auch von der benutzten Schnittstelle zwischen Computer und Fernseher ab; in aufsteigender Reihenfolge:

  • • Ansteuerung über einen HF-Modulator. Üblich sind maximal 40 Zeichen pro Zeile.
  • • Ansteuerung mittels FBAS-Signal über einen Video-Eingang, der u. a. auch für Videorecorder gedacht war.
  • • Ansteuerung mittels getrenntem Farb- und Helligkeitssignal (S-Video).
  • • Ansteuerung mittels RGB-Signal (meist über SCART).
For home computers, they used existing technology - the home television. Special computer monitors were slightly better. The display quality also depends on the interface used between the computer and television; in ascending order:
  • • Control via an RF modulator. A maximum of 40 characters per line are usual.
  • • Control by CVBS signal via a video input, which was also intended for video recorders.
  • • Control using separate color and brightness signals (S-Video).
  • • Control via RGB signal (mostly via SCART).

Je weiter unten in der Liste das Verfahren steht, desto weniger - der eigentlich nur für die Fernsehübertragung via Antenne notwendigen - Signalverarbeitungsstufen sind bei der Übertragung involviert; dementsprechend entfällt die jeweils innewohnende Limitierung der Signalqualität durch Bandbreitenbegrenzung oder Modulationsartefakte. Allerdings war zu Beginn der Heimcomputer-Ära am vorhandenen Fernseher ein anderer Eingang als der für das HF-Signal (Antenneneingang) nicht selbstverständlich, weshalb über den HF-Modulator praktisch jeder Fernseher für die Ausgabe geeignet ist. Auf der anderen Seite basiert das Bildsignal vieler Heimcomputer gar nicht auf einem RGB-Signal; sie erzeugen direkt ein FBAS- oder S-Video-Signal, weswegen dort ein RGB-Monitor nicht genutzt werden kann.The further down the list the procedure is, the less - the signal processing stages - which are actually only necessary for television transmission via antenna - are involved in the transmission; accordingly, there is no inherent limitation of signal quality due to bandwidth limitation or modulation artifacts. However, at the beginning of the home computer era, an input other than the one for the RF signal (antenna input) was not a matter of course on the existing television, which is why practically every television is suitable for output via the RF modulator. On the other hand, the image signal of many home computers is not based on an RGB signal at all; they generate a CVBS or S-Video signal directly, which is why an RGB monitor cannot be used there.

Aufkommen von hochauflösenden ComputermonitorenThe emergence of high-resolution computer monitors

Sowohl für Heimcomputer wie den C64 wie auch für Büro-Computer wie die IBM-PCs gab es Computermonitore. Während der folgenden Jahrzehnte entwickelten sich die Darstellungsstandards bei der IT-Technik beständig weiter, während aufgrund der bestehenden Normen der Fernsehübertragung dort (abseits von Detailverbesserungen) praktisch kein Fortschritt stattfand. Dies führte dazu, dass sich über knapp 20 Jahre Computermonitore und Fernseher extrem auseinanderentwickelten. Mit dem ersten Schritt weg vom fernsehkompatiblen Heimcomputer war die Darstellung eines Computerbildes auf einem Fernseher praktisch unmöglich. Die Fortschritte im Bereich der Digitaltechnik ermöglichten später jedoch vergleichsweise einfach eine qualitativ gute Normenwandlung. Dadurch können einerseits Fernsehsignale aus Computerbilddaten erzeugt werden, zum anderen war das eine Voraussetzung für die Weiterentwicklung von Fernsehnormen unter Beibehaltung von Abwärts- und Aufwärtskompatibilität, wodurch sich Computer- und Fernsehtechnik wieder einander annähern.There were computer monitors for home computers such as the C64 as well as for office computers such as the IBM PCs. Over the following decades, the presentation standards for IT technology continued to develop, while due to the existing standards of television transmission there was practically no progress (apart from improvements in details). As a result, computer monitors and televisions developed extremely apart over almost 20 years. With the first step away from the television-compatible home computer, the display of a computer image on a television was practically impossible. However, the advances in digital technology made it relatively easy to change the standards in good quality. As a result, television signals can be generated from computer image data on the one hand, and on the other hand this was a prerequisite for the further development of television standards while maintaining downward and upward compatibility, which brings computer and television technology closer again.

Flachbildschirme, digitale SchnittstellenFlat screens, digital interfaces

Um das Jahr 2000 tauchten sowohl im Computer- wie im Fernsehbereich Flachbildschirme auf. Bei Fernsehern kamen am Anfang Plasmabildschirme zum Einsatz, bei Computern Flüssigkristallbildschirme (LCD) mit Dünnfilmtransistoren (TFT). Mit DVI bei Computern und HDMI bei Fernsehern wurden sehr ähnliche Standards der Ansteuerung von Displays entwickelt.Around the year 2000, flat screens appeared in both the computer and television sectors. Plasma screens were initially used for televisions, and liquid crystal screens (LCD) with thin-film transistors (TFT) for computers. With DVI for computers and HDMI for TVs, very similar standards for driving displays have been developed.

Anschlüsse connections

TV und HeimcomputerTV and home computer

Im Bereich der Heimcomputer kommen die zu ihrer Hochzeit in den 1980er-Jahren üblichen Verbindungstechniken für Trägerfrequenzsignale (via HF-Modulator), Video- und RGB-Signale zum Einsatz (z. B. Belling-Lee-Steckverbinder, BNC-, Cinch-, DIN- oder SCART-Stecker).In the field of home computers, the connection techniques for carrier frequency signals (via RF modulator), video and RGB signals (e.g. Belling-Lee connectors, BNC, Cinch, DIN or SCART connector).

MonitoreMonitors

VGA-Stecker und BuchseVGA plug and socket

Die Übertragung von Videosignalen wechselte mehrfach.

  • • Ära 1: Videosignale wurden genauso wie beim Fernsehgerät analog übertragen. Beliebig viele Farben konnten übertragen werden. Synchronisation wird mit dem Helligkeitskanal bzw. mit dem Grünkanal übertragen.
  • • Ära 2: Der IBM-PC favorisierte die digitale Übertragung mit getrennter Übertragung der Synchronsignale.
    • ◯ Monochrom-Monitore wurden über zwei Signale angesteuert (Video, Intensity) und zwei Synchronsignale (HSync+ und VSync-)
    • ◯ Color Graphics Adapter-Monitore über vier Signale (Red, Green, Blue, Intensity) und zwei Synchronsignale (HSync+ und VSync-)
    • ◯ Enhanced Graphics Array-Monitore über sechs Signale (Red, Green, Blue, Red-Intensity, Green-Intensity, Blue-Intensity) und zwei Synchronsignale (HSync+ und VSync-)
  • • Ära 3: Beim Video Graphics Array wurde von IBM pro Farbe (Rot, Grün, Blau) wieder nur eine Leitung verwendet, über die die Intensität analog übertragen wurde. Dabei wurden bis zu 218 Farben unterstützt. Die beiden Synchronsignale blieben erhalten.
  • • Ära 4: Digitale Übertragung von analogen Signalen als digitale Daten über 1 oder 2 Leitungen. Synchronsignale als spezielle Codeworte im digitalen Datenstrom.
  • • Ära 5: In Ära 4 wird das Signal mit dem exakten Timing aus Ära 3 übertragen. Man löst sich auch von dieser Gewohnheit und überträgt Videodaten als asynchrone Pakete.
The transmission of video signals changed several times.
  • • era 1 : Video signals were transmitted in the same way as on the television. Any number of colors could be transferred. Synchronization is transmitted with the brightness channel or with the green channel.
  • • era 2nd : The IBM PC favored digital transmission with separate transmission of the synchronous signals.
    • ◯ Monochrome monitors were controlled via two signals (video, intensity) and two synchronous signals (HSync + and VSync-)
    • Graphics Color Graphics adapter monitors via four signals (Red, Green, Blue, Intensity) and two synchronous signals (HSync + and VSync-)
    • ◯ Enhanced Graphics Array monitors with six signals (Red, Green, Blue, Red-Intensity, Green-Intensity, Blue-Intensity) and two synchronous signals (HSync + and VSync-)
  • • era 3rd : With the video graphics array, IBM once again used only one line per color (red, green, blue), via which the intensity was transmitted in analog form. Up to 2 18 colors were supported. The two synchronization signals were retained.
  • • era 4th : Digital transmission of analog signals as digital data over 1 or 2 lines. Synchronous signals as special code words in the digital data stream.
  • • era 5 : In era 4th the signal with the exact timing from era 3rd transfer. You also break away from this habit and transmit video data as asynchronous packets.

SynchronsignaleSync signals

Computermonitore benötigen meist separat übertragene Synchronsignale (HSYNC + VSYNC). Selten werden beide Signale zusammen übertragen (CSYNC). Das Übertragen mit dem Helligkeitssignal (YUV) oder Sync-on-Green, der Standard bei Video, wird nicht verwendet.Computer monitors usually require separately transmitted synchronization signals (HSYNC + VSYNC). Rarely are both signals transmitted together (CSYNC). Transmission with the brightness signal (YUV) or Sync-on-Green, the standard for video, is not used.

FlachbildschirmeFlat screens

DVI-Stecker und BuchseDVI plug and socket

Digital Visual Interface (DVI) ist eine Schnittstelle zur Übertragung von Videodaten. Im PC-Bereich entwickelte sich DVI zu einem Standard für den Anschluss von TFT-Monitoren an die Grafikkarte eines Rechners. DVI beinhaltet die gleichzeitige Ausgabe von analogen (DVI-A oder DVI-I) wie digitalen Video-Signalen (DVI-D und DVI-I). DVI ist in weiten Bereichen kompatibel zum später entstandenen HDMI.Digital Visual Interface (DVI) is an interface for the transmission of video data. In the PC area, DVI developed into a standard for connecting TFT monitors to the graphics card of a computer. DVI includes the simultaneous output of analog (DVI-A or DVI-I) and digital video signals (DVI-D and DVI-I). DVI is widely compatible with the HDMI that was created later.

High Definition Multimedia InterfaceHigh definition multimedia interface

High Definition Multimedia Interface (HDMI) ist eine ab Mitte 2003 entwickelte Schnittstelle für die volldigitale Übertragung von Audio- und Video-Daten in der Unterhaltungselektronik. Sie vereinheitlicht existierende Verfahren, erhöht gegenüber diesen die Qualitätsmerkmale, und bietet außerdem auch ein zusammenhängendes Kopierschutz-Konzept (DRM).High Definition Multimedia Interface (HDMI) is an interface developed from mid-2003 for the fully digital transmission of audio and video data in consumer electronics. It unifies existing processes, increases the quality features compared to them, and also offers a coherent copy protection concept (DRM).

DisplayPort DisplayPort

DisplayPort (DP) ist ein durch die VESA genormter universeller und lizenzfreier Verbindungsstandard für die Übertragung von Bild- und Tonsignalen. Anwendungsbereiche sind im Wesentlichen der Anschluss von Bildschirmen und Fernsehgeräten an Computern und ähnlichen Geräten.DisplayPort (DP) is a universal and license-free connection standard standardized by VESA for the transmission of image and sound signals. Areas of application are essentially the connection of screens and television sets to computers and similar devices.

Quo vadisQuo vadis

Der Weg ist klar vorgezeichnet hin zu einer allgemeinen Schnittstelle, die sowohl zur Stromversorgung und zur Datenübertragung wie auch zur Ausgabe von Videodaten befähigt ist. Siehe USB 3.1 mit Stecker Typ C, Mobile High-Definition Link (MHL) und Thunderbolt.The path is clearly marked towards a general interface that is capable of both power supply and data transmission as well as the output of video data. See USB 3.1 with Type C connector, Mobile High-Definition Link (MHL) and Thunderbolt.

Analoges TVAnalog TV

Serial Digital InterfaceSerial digital interface

Das Serial Digital Interface (SDI) ist eine serielle digitale Schnittstelle, primär zur Übertragung von unkomprimierten und unverschlüsselten Videodaten über Koaxialkabel oder Lichtwellenleiter. Es kommt hauptsächlich im Bereich professioneller Fernsehstudios und Fernsehsendern zum Einsatz.The Serial Digital Interface (SDI) is a serial digital interface, primarily for the transmission of uncompressed and unencrypted video data via coaxial cable or optical fiber. It is mainly used in the field of professional television studios and television stations.

Die SDI-Schnittstelle wird von der Society of Motion Picture and Television Engineers (SMPTE) spezifiziert, und stellt eine Weiterentwicklung der analogen Videostandards wie dem PAL beziehungsweise NTSC-Verfahren dar.The SDI interface is specified by the Society of Motion Picture and Television Engineers (SMPTE) and represents a further development of the analog video standards such as the PAL or NTSC process.

Technische Typen nach Art des BilddarstellungsverfahrensTechnical types according to the type of imaging process

Rasterdisplays vs. VektordisplaysRaster displays vs. Vector displays

Rasterdisplays überstreichen den gesamten Bildschirm in einem festen Raster. Der Elektronenstrahl wird je nach Darstellung hell- oder dunkelgetastet.
→ Hauptartikel: Vektorbildschirm
Grid displays cover the entire screen in a fixed grid. The electron beam is scanned light or dark, depending on the representation.
→ Main article: vector screen

Vektorbildschirme arbeiten ähnlich einem Plotter. Es können schlecht Flächen, aber sehr gut Linien dargestellt werden. Ab einer gewissen Komplexität der Darstellung flimmert das Bild zunehmend, da das Zeichnen zu lange dauert und weniger als 40 Mal das Bild pro Sekunde geschrieben werden kann.Vector screens work like a plotter. It is difficult to display areas, but very good lines. Above a certain level of complexity in the display, the image flickers increasingly because the drawing takes too long and the image can be written less than 40 times per second.

Röhrenmonitore
→ Hauptartikel: Kathodenstrahlröhrenbildschirm
Tube monitors
→ Main article: cathode ray tube screen

Flachdisplays: Flüssigkristallbildschirme (oder auch Plasma-Displays)
→ Hauptartikel: Flüssigkristallanzeige
Flat displays: liquid crystal screens (or plasma displays)
→ Main article: liquid crystal display

Während neuere LCD-Computermonitore und HDTV-Monitor ausnahmslos quadratische Pixel besitzen, gibt es bei alten LCD-Computermonitoren und SDTV-Bildschirmen sowohl quadratische wie nichtquadratische Pixel. Nichtquadratische Pixel waren bei frühen CGA- und EGA-Laptop-Displays üblich. SDTV-Monitore orientierten sich häufig an der ITU-R BT.601 und hatten horizontal 352, 704 oder 720 Pixel. Weder bei 4:3 noch bei 16:9 noch bei PAL noch bei NTSC waren dann die Pixel quadratisch.While newer LCD computer monitors and HDTV monitors all have square pixels, old LCD computer monitors and SDTV screens have both square and non-square pixels. Non-square pixels were common in early CGA and EGA laptop displays. SDTV monitors were often based on the ITU-R BT.601 and had 352, 704 or 720 pixels horizontally. Neither at 4: 3 nor at 16: 9 nor at PAL nor at NTSC were the pixels square.

DatenübertragungData transfer

Der Anschluss beim TFT-Monitor ist nicht nur eine Frage der Kompatibilität, sondern auch der Qualität des Bildes. DVI ist eine digitale Schnittstelle für Grafikkarten und Monitore (Digital Visual Interface). VGA ist die analoge Schnittstelle (Video Graphics Array). Die Grafikdaten werden im PC digital verarbeitet, die dann in der Grafikkarte in analoge Signale umgewandelt werden.The connection to the TFT monitor is not only a question of compatibility, but also of the quality of the picture. DVI is a digital interface for graphics cards and monitors (Digital Visual Interface). VGA is the analog interface (video graphics array). The graphics data are digitally processed in the PC, which are then converted into analog signals in the graphics card.

Ein TFT-Monitor benötigt digitale Signale zur Darstellung der Bilder. Wird jetzt ein TFT-Monitor über einen VGA-Anschluss betrieben, muss im Monitor ein Analog-Digital-Wandler das analoge Signal in ein digitales Signal übersetzen. Durch die Umwandlung wird die Qualität des Bildes je nach verwendeten Bauelementen mehr oder weniger gedämpft. Leichte Unschärfe und Flimmern können die Folge sein. Die beste Kombination ist eine Grafikkarte mit digitalem DVI-Ausgang und ein Monitor mit DVI-Eingang. Per DVI-VGA-Adapter kann auch ein TFT-Monitor, der lediglich einen VGA-Anschluss besitzt, an einer Grafikkarte mit DVI-Anschluss betrieben werden, jedoch wird bei diesem Verfahren das Bild weiterhin analog übertragen.A TFT monitor requires digital signals to display the images. If a TFT monitor is now operated via a VGA connection, an analog-digital converter in the monitor must translate the analog signal into a digital signal. Due to the conversion, the quality of the image is more or less subdued depending on the components used. Slight blurring and flickering may result. The best combination is a graphics card with digital DVI output and a monitor with DVI input. Via DVI-VGA adapter a TFT monitor, which only has a VGA connection, can also be operated on a graphics card with a DVI connection, but with this method the image is still transmitted analogously.

StandardauflösungenStandard resolutions

Im Bereich existieren sowohl Grafikstandards, wie auch typische Auflösungen für Grafikmodi, wobei die meisten über die VESA standardisiert sind.In the area there are both graphic standards and typical resolutions for graphic modes, most of which are standardized via VESA.

Die Bildschirme sind werksseitig auf ein Gamma von 2,2 und eine Farbtemperatur von 6500 K justiert. Mittels Farbmanagement-Software lassen sich diese Werte (soweit darstellbar) anpassen.The screens are factory-adjusted to a gamma of 2.2 and a color temperature of 6500 K. Using color management software, these values can be adjusted (as far as possible).

Flachbildschirme haben wie Röhrenbildschirme mit Kathodenstrahlröhre eine maximale und minimale darstellbare Bildschirmauflösung. Während bei einem Röhrenmonitor keine Auflösung genau über die native Lochmaske passt und daher alle Auflösungen entsprechend unscharf wiedergegeben werden. Die meisten anderen Auflösungen müssen interpoliert werden, und erscheinen daher weniger scharf. Ausnahmen sind Auflösungen, die in Höhe und Breite Teiler der Maximalauflösung darstellen und bei denen daher keine Zwischenpixel interpoliert werden müssen, wie etwa die Hälfte oder ein Viertel der nativen Auflösung. Die native Auflösung wird in der Typenbeschreibung des Monitors angegeben.Like tube screens with cathode ray tubes, flat screens have a maximum and minimum displayable screen resolution. While in a tube monitor no resolution fits exactly over the native shadow mask and therefore all resolutions are reproduced accordingly out of focus. Most other resolutions need to be interpolated and therefore appear less sharp. Exceptions are resolutions that divide the maximum resolution in terms of height and width and therefore do not need to interpolate intermediate pixels, such as half or a quarter of the native resolution. The native resolution is specified in the type description of the monitor.

Als Desktop-Bildschirmauflösung des Betriebssystems ist daher heute die native (= maximale) Bildschirmauflösung des verwendeten Flachbild-Monitors besonders zu empfehlen. Moderne Betriebssysteme übernehmen die Skalierung der Bildschirmdarstellung in die gewünschte Darstellungsgröße selbst, und ermöglichen der Grafikkarte so, den Flachbildschirm in seiner nativen Auflösung anzusteuern.As the desktop screen resolution of the operating system, the native (= maximum) screen resolution of the flat screen monitor used is particularly recommended today. Modern operating systems take on the scaling of the screen display itself to the desired display size, and thus enable the graphics card to control the flat screen in its native resolution.

BildschirmmaßeScreen dimensions

Bei TFT-Monitoren wird die exakte Bildschirmdiagonale angegeben. Bei früheren Röhrenmonitoren wurde die (nicht vollständig nutzbare) Diagonale des Glaskolbens angegeben. Diese Diagonale war etwa 2,5 bis 4 cm größer als die wirklich nutzbare Diagonale.The exact screen diagonal is specified for TFT monitors. In earlier tube monitors, the (not fully usable) diagonal of the glass bulb was specified. This diagonal was about 2.5 to 4 cm larger than the really usable diagonal.

Das Seitenverhältnis bei Röhrenmonitoren war fast(?) ausnahmslos 4:3. Bei Flachdisplays war dies anfangs auch so. 17-Zoll- und 19-Zoll-Geräte gab es meist mit 1280×1024er Auflösung und einem Seitenverhältnis von 5:4. Ab dem Aufkommen von 24-Zoll-Geräten um die Jahrtausendwende kamen 16:10 und seit 2008 16:9-Geräte dazu. Letztere haben mittlerweile einen Marktanteil von etwa 90 Prozent.The aspect ratio for tube monitors was almost (?) Without exception 4: 3. At the beginning this was also the case with flat displays. 17-inch and 19-inch devices were usually available with a resolution of 1280 × 1024 and an aspect ratio of 5: 4. As of the advent of 24-inch devices around the turn of the millennium, 16:10 were added and 16: 9 devices since 2008. The latter now have a market share of around 90 percent.

Eine weitere Größe war bei Röhrengeräten die maximale Zeilenfrequenz bzw. die maximale Bildfrequenz bei gegebener Auflösung. Seit der Ära TFT ist diese von geringerer Bedeutung geworden und beträgt meist 60 Hz. Flimmern hat nichts mehr mit der Auffrischrate des Bildinhalts zu tun.Another size was the maximum line frequency or the maximum frame rate for a given resolution. Since the TFT era, this has become less important and is usually 60 Hz. Flicker has nothing to do with the refresh rate of the image content.

FlüssigkristallanzeigeLiquid crystal display

Eine Flüssigkristallanzeige (englisch liquid crystal display, LCD) oder ein Flüssigkristallbildschirm ist eine Anzeige (engl. display) oder ein Bildschirm, dessen Funktion darauf beruht, dass Flüssigkristalle die Polarisationsrichtung von Licht beeinflussen, wenn ein bestimmtes Maß an elektrischer Spannung angelegt wird.A liquid crystal display (LCD) or a liquid crystal screen is a display or a screen, the function of which is based on the fact that liquid crystals influence the polarization direction of light when a certain amount of electrical voltage is applied.

LCDs bestehen aus Segmenten, die unabhängig voneinander ihre Transparenz ändern können. Dazu wird mit elektrischer Spannung in jedem Segment die Ausrichtung der Flüssigkristalle gesteuert. Damit ändert sich die Durchlässigkeit für polarisiertes Licht, das mit einer Hintergrundbeleuchtung und Polarisationsfiltern erzeugt wird.LCDs consist of segments that can change their transparency independently of one another. For this purpose, the alignment of the liquid crystals is controlled in each segment with electrical voltage. This changes the permeability to polarized light that is generated with a backlight and polarization filters.

Soll ein Display beliebige Inhalte darstellen können, sind die Segmente in einem gleichmäßigen Raster angeordnet (siehe Pixel). Bei Geräten, die nur bestimmte Zeichen darstellen sollen, haben die Segmente oft eine speziell darauf abgestimmte Form, so insbesondere bei der Sieben-Segment-Anzeige zur Darstellung von Zahlen (siehe auch Matrixanzeige).If a display should be able to display any content, the segments are arranged in a uniform grid (see pixels). In the case of devices which are only intended to represent certain characters, the segments often have a shape which is specially adapted to them, in particular in the case of the seven-segment display for displaying numbers (see also matrix display).

Eine Weiterentwicklung ist das Aktiv-Matrix-Display, das zur Ansteuerung eine Matrix von Dünnschichttransistoren (engl. thin-film transistor, TFT) enthält. Bei Flachbildschirmen dominiert diese Technik seit etwa 2005.A further development is the active matrix display, which contains a matrix of thin-film transistors (TFT) for control purposes. This technology has dominated flat panel displays since around 2005.

In der Werbung wird seit etwa 2009 häufig von LED-Fernsehern gesprochen. Dabei handelt es sich in den meisten Fällen ebenfalls um Flüssigkristallbildschirme (LCDs) zur Bilddarstellung, bei denen zur Hintergrundbeleuchtung LEDs eingesetzt werden (LED-Backlight). Bildschirme mit organischen Leuchtdioden (OLEDs) sind für großflächige Fernsehgeräte erst seit kurzem in Europa erhältlich, nachdem anfänglich nur der Testmarkt in Südkorea bedient wurde. LED TVs have been widely used in advertising since around 2009. In most cases, these are also liquid crystal screens (LCDs) for image display, in which LEDs are used for backlighting (LED backlight). Screens with organic light-emitting diodes (OLEDs) have only recently become available for large-area television sets in Europe, after initially only serving the test market in South Korea.

LCDs finden Verwendung an vielen elektronischen Geräten, etwa in der Unterhaltungselektronik, an Messgeräten, Mobiltelefonen, Digitaluhren und Taschenrechnern. Auch Head-up-Displays und Videoprojektoren arbeiten mit dieser Technik.LCDs are used on many electronic devices, such as consumer electronics, on measuring devices, mobile phones, digital watches and pocket calculators. Head-up displays and video projectors also use this technology.

Geschichtehistory

1904 veröffentlichte Otto Lehmann sein Hauptwerk Flüssige Kristalle.[1] Im Jahre 1911 beschrieb Charles Mauguin die Struktur und die Eigenschaften von Flüssigkristallen. 1936 erhielt die American Marconi Wireless Telegraph Company ein Patent auf die erste praktische Anwendung der Technologie, das Flüssigkristall-Lichtventil. 1962 erschien die erste wichtige englischsprachige Publikation über Molekulare Struktur und Eigenschaften von Flüssigkristallen (Original: Molecular Structure and Properties of Liquid Crystals) von George William Gray.In 1904 Otto Lehmann published his main work Liquid Crystals. [1] In 1911, Charles Mauguin described the structure and properties of liquid crystals. In 1936, the American Marconi Wireless Telegraph Company received a patent for the first practical application of the technology, the liquid crystal light valve. In 1962, George William Gray published the first important English-language publication on the molecular structure and properties of liquid crystals (Original: Molecular Structure and Properties of Liquid Crystals).

Pionierarbeiten über Flüssigkristalle wurden in den späten 1960er Jahren vom britischen Radar Research Establishment in Malvern geleistet. Das dortige Team unterstützte die fortschreitenden Arbeiten von George William Gray, der mit seinem Team an der Universität Hull in Kingston upon Hull (England) schließlich flüssigkristalline Cyanobiphenyl-Verbindungen synthetisierte, die die Anforderungen bezüglich Stabilität und Temperaturverhalten für LCD erfüllte.Pioneering work on liquid crystals was carried out by the British Radar Research Establishment in Malvern in the late 1960s. The team there supported the progressive work of George William Gray, who with his team at the University of Hull in Kingston upon Hull (England) finally synthesized liquid-crystalline cyanobiphenyl compounds that met the requirements for stability and temperature behavior for LCD.

Das erste funktionierende LCD basierte auf dem dynamischen Streumodus (engl. dynamic scattering mode, DSM) und wurde 1968 in den USA von einer Gruppe bei der Radio Corporation of America (RCA) unter der Leitung von George H. Heilmeier eingeführt. Heilmeier gründete die Firma Optel, die einige LCDs nach diesem Prinzip entwickelte.The first functioning LCD was based on the dynamic scattering mode (DSM) and was introduced in 1968 in the USA by a group at the Radio Corporation of America (RCA) under the direction of George H. Heilmeier. Heilmeier founded Optel, which developed some LCDs based on this principle.

Am 4. Dezember 1970 meldeten Martin Schadt und Wolfgang Helfrich, damals im Central Research Laboratory der Firma Hoffmann-LaRoche tätig, das erste Patent über die „nematische Drehzelle“ (auch TN-Zelle, Schadt-Helfrich-Zelle, twisted nematic field effect) in der Schweiz an.[2] Das Patent wurde in 21 Ländern erteilt, nicht jedoch in Deutschland.On December 4, 1970, Martin Schadt and Wolfgang Helfrich, then working in the Central Research Laboratory of Hoffmann-LaRoche, registered the first patent for the "nematic rotary cell" (also TN cell, Schadt-Helfrich cell, twisted nematic field effect) in Switzerland. [2] The patent was granted in 21 countries, but not in Germany.

Am 22. April 1971 reichte James Fergason von der Kent State University in den USA seine Patentanmeldung über den twisted nematic field effect in Flüssigkristallen ein[3] und stellte 1971 in seiner Firma ILIXCO, die heute (2005) LXD Incorporated heißt, LCD mit dieser Technik her. Sie ersetzten schnell die schlechteren DSM-Typen.On April 22, 1971, James Fergason of Kent State University in the USA filed his patent application for the twisted nematic field effect in liquid crystals [3] and in 1971 employed LCD in his company ILIXCO, which is today (2005) LXD Incorporated Technology. They quickly replaced the worse DSM types.

Ideen, welche heute in Aktiv-Matrix-Displays verwendet werden, entstanden bei der Konzeption von Flüssigkristall-Balkenanzeigen (engl. bar graph displays). So wurde 1971 ein LC-Matrixdisplay für Balkenanzeigen bei der Firma Brown, Boveri & Cie, Baden, Schweiz, entwickelt, wobei jedem LC-Segment eine Diode (nichtlineares Element) vorgeschaltet und ein zusätzlicher Kondensator als Speicherelement parallelgeschaltet wurde.[4] Ideas that are used today in active matrix displays came from the conception of liquid crystal bar displays. In 1971, an LC matrix display for bar graphs was developed by Brown, Boveri & Cie, Baden, Switzerland, with a diode (non-linear element) connected upstream of each LC segment and an additional capacitor connected in parallel as a storage element. [4]

Am 28. Juni 1973 wurde in den USA eine Anordnung zur Balkenanzeige zum Patent angemeldet, bei welcher Interdigital-Elektroden auf nur einer Glasplatte angebracht werden, um ein elektrisches Feld parallel zu der Glasplatte zu erzeugen und die Flüssigkristalle in einer Ebene umzuorientieren (in-plane switching, IPS, siehe Anzeigetypen).[5] On June 28, 1973, a patent for an arrangement for bar display was registered in the USA, in which interdigital electrodes are attached to only one glass plate in order to generate an electric field parallel to the glass plate and to reorient (one-plane) the liquid crystals in one plane switching, IPS, see display types). [5]

Am 7. Juli 1983 mit einer Ergänzung vom 28. Oktober 1983 reichten H. Amstutz und seine Miterfinder des Forschungszentrums der Firma Brown, Boveri & Cie, Baden, Schweiz, eine Patentanmeldung ein,[6] welche die Basis für Super-Twisted Nematic STN-LCD bildete (siehe Anzeigetypen). Mit STN-LCD ließen sich erstmals monochrome, passive Matrixanzeigen mit ausreichender Auflösung für einfache Bilddarstellungen realisieren (siehe Darstellung einer Weltkarte unter Elektronische Ansteuerung). Dieses Patent wurde in vielen Ländern erteilt. Vor allem asiatische Hersteller wurden Lizenznehmer (weltweit über 60).On July 7, 1983, with an addition from October 28, 1983, H. Amstutz and his co-inventors of the research center of Brown, Boveri & Cie, Baden, Switzerland, filed a patent application [6], which formed the basis for Super-Twisted Nematic STN -LCD formed (see display types). With STN-LCD, monochrome, passive matrix displays with sufficient resolution for simple image display could be realized for the first time (see display of a world map under electronic control). This patent has been granted in many countries. Asian manufacturers in particular became licensees (over 60 worldwide).

Am 9. Januar 1990 meldeten G. Baur und seine Miterfinder der Fraunhofer-Gesellschaft in Freiburg i. Br. ein Patent in Deutschland an,[7] welches die konkrete Basis für optimiertes In-Plane Switching in Matrixanzeigen (IPS-LCDs) bildete. Dieses Patent wurde in vielen Ländern erteilt, von der Firma Merck KGaA Darmstadt, dem weltweit größten Hersteller von Flüssigkristallsubstanzen, übernommen und an viele Firmen lizenziert.On January 9, 1990 G. Baur and his co-inventors reported to the Fraunhofer-Gesellschaft in Freiburg i. Br. A patent in Germany, [7] which provides the concrete basis for optimized in-plane switching in Matrix displays (IPS-LCDs) made. This patent was granted in many countries, taken over by Merck KGaA Darmstadt, the world's largest manufacturer of liquid crystal substances, and licensed to many companies.

Am 18. September 1992 mit Nachtrag vom 20. Januar 1993 machten K. Kondo und seine Miterfinder bei Hitachi eine Patentanmeldung in Japan,[8] welche als weiteres wesentliches Element des In-Plane Switching eine spezifisch geeignete Verbindungstechnik der Dünnfilmtransistoren in Matrixform darlegte. Später erfolgte eine weitere Hitachi-Patentanmeldung, welche die Blickwinkelabhängigkeit dieser Art von FK-Anzeigen verbesserte.On September 18, 1992 with an addendum of January 20, 1993, K. Kondo and his co-inventors filed a patent application with Hitachi in Japan, [8] which, as a further essential element of in-plane switching, presented a specifically suitable connection technique for thin-film transistors in matrix form. Another Hitachi patent application was filed later, which improved the viewing angle dependency of this type of LC displays.

AnzeigetypenDisplay types

Schadt-Helfrich-Zelle/ Vergrößerte Subpixel (TN-Panel) Vergrößerte Subpixel (Multi-Domain-VA-Panel)Schadt-Helfrich cell / Enlarged subpixels (TN panel) Enlarged subpixels (multi-domain VA panel)

Twisted Nematic (TN)Twisted Nematic (TN)

In Flüssigkristalldisplays verwendete Flüssigkristalle sind organische Verbindungen, die sowohl Eigenschaften von Flüssigkeiten als auch von Festkörpern aufweisen. Sie sind einerseits mehr oder weniger fluide als eine Flüssigkeit, andererseits zeigen sie Eigenschaften wie Doppelbrechung.Liquid crystals used in liquid crystal displays are organic compounds which have properties of both liquids and solids. On the one hand, they are more or less fluid than a liquid, on the other hand they have properties such as birefringence.

Ein einfaches Flüssigkristall-Anzeigeelement lässt sich mit der Schadt-Helfrich-Zelle (nematische Drehzelle, engl. twisted nematic, TN-Zelle) realisieren. In nebenstehender Darstellung sind nur die Bestandteile der unteren Hälfte einer solchen Drehzelle nummeriert. Die Bezugsnummern (x) sind in dieser Beschreibung eingefügt. Die Innenseiten zweier sehr dünner Glasplatten (Substrate) (4) sind mit einer transparenten Elektrodenschicht (Indium-Zinn-Oxidschicht, ITO) (3) überzogen, dazwischen befindet sich die Flüssigkristallschicht (1) von weniger als 10 Mikrometer Dicke. Die Flüssigkristallmoleküle ordnen sich in eine vorgegebene Richtung, nämlich parallel zu der beispielsweise mit einem Polyimid (2) beschichteten und in einer Vorzugsrichtung gebürsteten Oberfläche. Die Vorzugsrichtungen der beiden Substratplatten sind um 90° zueinander verdreht. Bei der Herstellung handgefertigter Prototypen kann man zum Bürsten Polystyrolschaum oder mit samtartigen Textilien beschichtete Walzen benutzen.A simple liquid crystal display element can be implemented with the Schadt-Helfrich cell (nematic twisted nematic, TN cell). In the illustration opposite, only the components of the lower half of such a rotary cell are numbered. The reference numbers (x) are inserted in this description. The inside of two very thin glass plates (substrates) ( 4th ) are coated with a transparent electrode layer (indium tin oxide layer, ITO) (3), in between is the liquid crystal layer ( 1 ) less than 10 microns thick. The liquid crystal molecules arrange themselves in a predetermined direction, namely parallel to that with, for example, a polyimide ( 2nd ) coated and brushed in a preferred direction. The preferred directions of the two substrate plates are rotated by 90 ° to each other. In the manufacture of handmade prototypes, polystyrene foam or rollers coated with velvety textiles can be used for brushing.

Zusätzlich sind die beiden Substratplatten (4) mit um 90° zueinander verdrehten Polarisationsfiltern (5) beschichtet. Auf der Rückseite dieser Anordnung kann sich ein Spiegel (6) befinden (Reflektor oder Transreflektor), der das einfallende Licht zurückwirft (reflexive Betriebsart). In der transmissiven Betriebsart befindet sich anstelle des Reflektors eine Beleuchtungseinheit hinter dem Anzeigeelement.In addition, the two substrate plates ( 4th ) with polarization filters rotated by 90 ° to each other ( 5 ) coated. On the back of this arrangement, a mirror ( 6 ) are located (reflector or transreflector), which reflects the incident light (reflective mode). In the transmissive operating mode, a lighting unit is located behind the display element instead of the reflector.

Aus den gegeneinander verdrehten Substratplatten ergibt sich eine schraubenförmige Struktur im Flüssigkristall; bei einer um 90° gedrehten Schraube spricht man von TN. Einfallendes Licht wird also vor dem Eintritt in die Flüssigkristallschicht linear polarisiert. Durch die Verdrillung der Moleküle folgt eine Drehung der Polarisationsrichtung des Lichtes, wodurch das Licht den zweiten Polarisator passieren kann und die Zelle lichtdurchlässig (transparent) ist. Da das Display im Ruhezustand durchsichtig ist, wird diese Betriebsart als Normally-White-Mode bezeichnet. Legt man eine elektrische Spannung an die Elektroden an, so tritt unter dem Einfluss des elektrischen Feldes eine Drehung der Flüssigkristallmoleküle ein, die sich parallel zum elektrischen Feld ausrichten. Die Verdrillung wird damit zunehmend aufgehoben, die Polarisationsrichtung des Lichts wird nicht mehr gedreht und damit kann es den zweiten Polarisationsfilter nicht mehr passieren.A helical structure in the liquid crystal results from the twisted substrate plates; with a screw turned by 90 ° one speaks of TN. Incident light is thus linearly polarized before entering the liquid crystal layer. The twisting of the molecules results in a rotation of the polarization direction of the light, so that the light can pass through the second polarizer and the cell is translucent (transparent). Since the display is transparent in the idle state, this operating mode is referred to as normal white mode. If an electrical voltage is applied to the electrodes, the liquid crystal molecules rotate under the influence of the electric field and align themselves parallel to the electric field. The twisting is thus increasingly eliminated, the direction of polarization of the light is no longer rotated and it can therefore no longer pass through the second polarization filter.

Ordnet man die Polarisationsfilter parallel zueinander an, dann ist die Zelle ohne Spannung dunkel und wird erst mit zunehmender Spannung transparent. Man spricht dann vom Normally-Black-Mode. Die Schadt-Helfrich-Zelle ist also (wie andere Flüssigkristallanzeigen auch) ein spannungsgesteuertes Lichtventil. Ein Bildschirm kann aus beliebig vielen solcher Zellen (Bildelemente, Pixel) bestehen. Beim Taschenrechner stellt eine einfache 7-Segment-Anzeige jeweils eine Ziffer dar, bei einem farbfähigen Bildschirm werden pro Bildelement (Pixel) drei Teilbildelemente (Subpixel) für die Grundfarben Rot, Grün und Blau verwendet.If the polarization filters are arranged parallel to one another, the cell is dark without voltage and only becomes transparent with increasing voltage. One then speaks of the normal black mode. The Schadt-Helfrich cell is (like other liquid crystal displays) a voltage-controlled light valve. A screen can consist of any number of such cells (picture elements, pixels). In the pocket calculator, a simple 7-segment display represents one digit each; in the case of a color-capable screen, three sub-picture elements (sub-pixels) are used for the basic colors red, green and blue for each picture element (pixel).

Super-Twisted Nematic (STN)Super Twisted Nematic (STN)

Bei (monochromen) STN-Displays (engl. super-twisted nematic) wird der Verdrillwinkel der Moleküle auf 180° bis 270° erhöht. Dadurch kann eine steilere elektro-optische Kennlinie und so eine verbesserte Multiplexbarkeit als bei TN-Displays erreicht werden. Aufgrund verschiedener technischer Beschränkungen gelingt es nur mit einigem Aufwand (doppelte Zelle = DSTN-Zelle, Kompensation mit doppelbrechenden Verzögerungsfolien - retarder sheets), die Darstellung farbneutral zu gestalten (d. h. nur Graustufen zwischen Schwarz und Weiß zu erzeugen). Stattdessen sind die Hellzustände gelblich und die Dunkelzustände fallen dunkelblau (mit Violett-Ton) aus. Eine Weiterentwicklung stellt CSTN (engl. color super-twist nematic) durch die Firma Sharp dar, bei dem Filter in den drei Grundfarben Rot, Grün und Blau vor den Pixeln für die Darstellung von Farben verwendet werden.With (monochrome) STN (super twisted nematic) displays, the twist angle of the molecules is increased to 180 ° to 270 °. As a result, a steeper electro-optical characteristic and thus an improved multiplexability than with TN displays can be achieved. Due to various technical restrictions, it is only possible with some effort (double cell = DSTN cell, compensation with birefringent retarder sheets - retarder sheets) to make the display neutral in color (ie only grayscale between black and white). Instead, the light states are yellowish and the dark states turn dark blue (with a violet tone). A further development is CSTN (color super-twist nematic) by Sharp, in which filters in the three primary colors red, green and blue in front of the pixels are used for the display of colors.

Double Super-Twisted Nematic (DSTN)Double Super-Twisted Nematic (DSTN)

Es wurde mit verschiedenen Techniken versucht, eine Schwarz-Weiß-Darstellung auf dem Passiv-Matrix-Display zu erreichen: mit der Guest-Host-Technik, dem OMI-Verfahren von Martin Schadt („Optical Mode Interference“) und der Double-Super-Twisted-Technik. Durchgesetzt hat sich letztere als DSTN-Technik.Attempts were made to achieve a black-and-white display on the passive matrix display using various techniques: with the guest-host technology, Martin Schadt's OMI method ("Optical Mode Interference") and the double super -Twisted technology. The latter has established itself as DSTN technology.

Das Aufbauprinzip dieser DSTN-Zelle ist im Bild zu erkennen. Es liegen nun zwei STN-Schichten vor. In der aktiven Zelle - das ist diejenige, an die ein elektrisches Feld gelegt werden kann - ist der Flüssigkristall um 240° gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Die passive Zelle enthält ebenfalls nematisches Material, das hier aber um 240° mit dem Uhrzeigersinn gedreht vorliegt. Beide Zellen sind so zueinander gedreht, dass die Orientierung der Stäbchen an der Eingangsseite senkrecht zu der an der Ausgangsseite ist. Die Polarisationsfolien sind ebenfalls um 90° gegeneinander gedreht.The principle of construction of this DSTN cell can be seen in the picture. There are now two STN layers. In the active cell - that is the one to which an electric field can be applied - the liquid crystal is rotated by 240 ° counterclockwise. The passive cell also contains nematic material, but here it is rotated by 240 ° clockwise. Both cells are rotated relative to each other so that the orientation of the rods on the input side is perpendicular to that on the output side. The polarizing foils are also rotated 90 ° against each other.

Aufbauschema einer DSTN-FlüssigkristallzelleStructure of a DSTN liquid crystal cell

In der konventionellen TN- oder STN-Zelle erhält man nach dem Durchgang linear polarisierten Lichtes genau betrachtet nicht einfach linear polarisiertes Licht mit verdrehter Schwingungsebene, sondern elliptisch (oder zirkular) polarisiertes Licht. Die Spitze des elektrischen Feldvektors beschreibt eine Ellipse oder einen Kreis. Solches Licht geht durch den Polarisator hindurch, wobei die durch den Dichroismus bewirkte Farbaufspaltung - abhängig von der Polarisation und der Folienorientierung am Strahlaustritt - zu farbigem Licht führt.In the conventional TN or STN cell, strictly speaking, after the passage of linearly polarized light, it is not simply linearly polarized light with a twisted oscillation plane that is obtained, but elliptically (or circularly) polarized light. The tip of the electric field vector describes an ellipse or a circle. Such light passes through the polarizer, the color splitting caused by the dichroism - depending on the polarization and the film orientation at the beam exit - leading to colored light.

Zur Funktion von DSTN-ZellenAbout the function of DSTN cells

Im Bild ist die Arbeitsweise von DSTN-LCD verdeutlicht: Weißes Licht fällt auf den hinteren Polarisator (im Bild unten) und wird dort linear polarisiert. Dann gelangt es in die aktive STN-Zelle, die (ohne Feld) nun zirkular polarisiertes Licht daraus erzeugt. Dieses Licht ist - wie bei der herkömmlichen STN-Zelle - durch Dichroismus verändert. Der Weg durch die anschließende passive Zelle (die das gleiche Flüssigkristall-Material enthält wie die erste - aktive - Zelle, aber in entgegengesetzter Richtung verdreht) führt zur Kompensation der Farbaufspaltung (die Phasendifferenz wird gleich Null). Als Ergebnis liegt linear polarisiertes Licht vor, das die gleiche Schwingungsebene aufweist wie zuvor nach dem Passieren der hinteren Polarisationsfolie. Weil aber der vordere Polarisator um 90° verdreht ist, lässt er kein Licht durch: Der Bildschirm ist an dieser Stelle schwarz.The image shows how DSTN-LCD works: White light falls on the rear polarizer (in the image below) and is linearly polarized there. Then it gets into the active STN cell, which (without field) now generates circularly polarized light from it. As with the conventional STN cell, this light is changed by dichroism. The path through the subsequent passive cell (which contains the same liquid crystal material as the first - active - cell, but twisted in the opposite direction) leads to compensation of the color splitting (the phase difference becomes zero). The result is linearly polarized light which has the same plane of vibration as before after passing through the rear polarizing film. However, because the front polarizer is rotated by 90 °, it does not let light through: the screen is black at this point.

Liegt an der aktiven Zelle ein elektrisches Feld an, dann geht das linear polarisierte Licht aus dem hinteren Polarisator dort glatt hindurch, ohne verändert zu werden. Erst in der passiven Zelle erfolgt nun zirkulare Polarisation. Weil aber zirkular polarisiertes Licht von Polarisatoren nicht zurückgehalten wird, ist der Bildschirm an dieser Stelle hell. Durch genaues Justieren sowohl des verwendeten Materials als auch der Zellenabmessungen wird das durchgelassene Licht weiß.If there is an electric field on the active cell, the linearly polarized light from the rear polarizer passes through there smoothly without being changed. Circular polarization only occurs in the passive cell. However, because circularly polarized light is not retained by polarizers, the screen is bright at this point. By precisely adjusting both the material used and the cell dimensions, the transmitted light becomes white.

Auf diese Weise wurden Displays realisiert, die ein sauberes Schwarz-Weiß mit einem Kontrastverhältnis von bis zu 15:1 bieten.In this way, displays were realized that offer a clean black and white with a contrast ratio of up to 15: 1.

Triple Super-Twisted Nematic (TSTN; heutzutage als TN oder Film-TN bezeichnet) Aufbauschema einer TSTN-Flüssigkristallzelle: Das Licht der Beleuchtung (6) wird polarisiert (2), gefiltert (3), durchquert die hintere Glasscheibe (4), den STN-Flüssigkristall (5), die vordere Glasscheibe (4), die vordere Filterfolie (3), den vorderen Polarisator (2) und tritt schließlich farbig aus (1).Triple Super-Twisted Nematic (TSTN; nowadays referred to as TN or film TN) Structure of a TSTN liquid crystal cell: the light of the lighting ( 6 ) is polarized (2), filtered (3), passes through the rear glass pane ( 4th ), the STN liquid crystal ( 5 ), the front glass pane ( 4th ), the front filter foil ( 3rd ), the front polarizer ( 2nd ) and finally emerges in color (1).

Der komplexe Aufbau einer DSTN-Flüssigkristallzelle bedingt einen relativ hohen Aufwand bei ihrer Herstellung. Es wurde deshalb ein neues Verfahren entwickelt, das zu flacheren Displays mit geringerem Gewicht führt. Diese neue Lösung trägt den Namen „Triple Super-Twisted Nematic“-LCD (TSTN). Das Bild zeigt das Aufbauprinzip eines solchen TSTN-Displays.The complex structure of a DSTN liquid crystal cell requires a relatively high effort in its manufacture. A new process was therefore developed which leads to flatter displays with less weight. This new solution is called the "Triple Super-Twisted Nematic" LCD (TSTN). The picture shows the construction principle of such a TSTN display.

Hier findet sich nur eine STN-LC-Zelle. Die Farbstörungen der normalen STN-Technik werden durch zwei spezielle Folien ausgeglichen, die vor und hinter der Zelle - zwischen Polarisator und Glas - angebracht sind. Diese Folien sind verantwortlich für einen weiteren Namen dieser Technik: FST, was bedeutet „Film-Super-Twisted“ (gelegentlich bezeichnet man Displays, in denen nur eine Kompensationsfolie verwendet wird, als FST-, solche mit zwei oder mehr Folien als TST-LCD; ebenfalls geläufig ist die Bezeichnung FSTN für Film-STN). Der verbesserte Kontrast (bis zu 18:1), das geringere Gewicht und die flachere und weniger aufwendige Bauweise haben TSTN-LC-Displays zum Durchbruch verholfen. In Notebook-Computern wurden solche Displays als „VGA-Bildschirm“ erstmals realisiert.There is only one STN-LC cell here. The color disturbances of normal STN technology are compensated for by two special foils, which are attached in front of and behind the cell - between the polarizer and glass. These foils are responsible for another name of this technique: FST, which means "film super-twisted" (occasionally one calls displays, in which only one compensation foil is used, as FST, those with two or more foils as TST-LCD; the term FSTN for film STN is also common). The improved contrast (up to 18: 1), the lower weight and the flatter and less complex design have helped TSTN-LC displays to break through. Such displays were first realized as "VGA screens" in notebook computers.

Vertical Alignment (PVA und MVA)
→ Hauptartikel: Multi-domain Vertical Alignment
Vertical alignment (PVA and MVA)
→ Main article: Multi-domain vertical alignment

Bei der Patterned-Vertical-Alignment-Technik, auch kurz PVA genannt, handelt es sich um eine Weiterentwicklung der Multi-Domain-Vertical-Alignment-Technik (MVA) eines Herstellers. Beide Techniken basieren auf einem ähnlichen Verfahren. Die Vorteile von MVA-/PVA-Bildschirmen liegen in einem höheren Kontrast (> 1000:1 ist üblich) als bei einem TN-Bildschirm (< 800:1). Zudem bieten MVA-/PVA-Bildschirme eine große Blickwinkel-Unabhängigkeit. Der Nachteil von MVA/PVA-Bildschirmen ist, dass sie langsamer als TN-Bildschirme und daher für Bewegtbilder - wie bei Spielen und Videos - weniger gut geeignet sind. Zudem liegt der Preis über dem von TN-Bildschirmen.The patterned vertical alignment technique, also called PVA for short, is a further development of a manufacturer's multi-domain vertical alignment technique (MVA). Both techniques are based on a similar process. The advantages of MVA / PVA screens are in a higher contrast (> 1000: 1 is common) than with a TN screen (<800: 1). In addition, MVA / PVA screens offer great viewing angle independence. The disadvantage of MVA / PVA screens is that they are slower than TN screens and therefore less suitable for moving images - such as games and videos. In addition, the price is higher than that of TN screens.

In-Plane Switching (IPS)In-Plane Switching (IPS)

Bei der In-Plane-Switching-Technik (IPS, englisch für in der Ebene schaltend) befinden sich die Elektroden nebeneinander in einer Ebene parallel zur Display-Oberfläche. Bei angelegter Spannung drehen sich die Moleküle in der Bildschirmebene; die für TN-Displays typische Schraubenform entfällt. IPS verringert die Blickwinkelabhängigkeit des Kontrastes.[9] With in-plane switching technology (IPS, English for switching in the plane), the electrodes are located next to each other in a plane parallel to the display surface. When the voltage is applied, the molecules rotate in the screen plane; the screw shape typical of TN displays is omitted. IPS reduces the viewing angle dependence of the contrast. [9]

An Untertypen unterscheidet man zwischen S-IPS (Super IPS), AS-IPS (Advanced Super IPS), A-TW-IPS (Advanced True White IPS), H-IPS (Horizontal IPS), seit 2009 E-IPS (Enhanced IPS) sowie seit 2011 AH-IPS (Advanced High Performance IPS). Bis auf den H-IPS-Typ lassen sich die anderen IPS-Typen daran erkennen, dass sie, seitlich betrachtet und im Gegensatz zu VA-Panels, einen leichten lila Farbton aufweisen. Die E-IPS-Technologie, die 2009 auf den Markt kam, bietet einen noch größeren Blickwinkel und geringere Schaltzeiten von 5 Millisekunden.A distinction is made between sub-types between S-IPS (Super IPS), AS-IPS (Advanced Super IPS), A-TW-IPS (Advanced True White IPS), H-IPS (Horizontal IPS), and since 2009 E-IPS (Enhanced IPS) ) and since 2011 AH-IPS (Advanced High Performance IPS). Except for the H-IPS type, the other IPS types can be recognized by the fact that, viewed from the side and in contrast to VA panels, they have a light purple color. The E-IPS technology, which came onto the market in 2009, offers an even wider viewing angle and shorter switching times of 5 milliseconds.

Die Weiterentwicklung PLS (Plane-to-Line Switching) wurde von Samsung entwickelt und bietet unter anderem eine höhere Transparenz (geringerer Stromverbrauch bei gleicher Helligkeit) und das Wegfallen des bei IPS-Panels typischen Glitzer-Effektes. Die ersten Bildschirme mit PLS-Panels kamen 2011 auf den Markt.The further development PLS (Plane-to-Line Switching) was developed by Samsung and offers, among other things, greater transparency (lower power consumption with the same brightness) and the elimination of the glitter effect typical of IPS panels. The first screens with PLS panels came on the market in 2011.

Elektronische AnsteuerungElectronic control

Bei ersten Prototyp-LCDs Anfang der 1970er Jahre wurde erkannt, dass der Gleichstrombetrieb irreversible elektrochemische Prozesse in der Flüssigkristallschicht und damit Lebensdauerbeschränkungen der Anzeige verursachen kann. Obschon es sich im Gegensatz zu LCDs nach dem dynamic scattering mode (engl., DSM) bei TN-Zellen um einen elektrischen Feldeffekt handelt, also kein Stromfluss nötig ist, bestanden trotzdem die erwähnten Probleme beim Anlegen einer Gleichspannung. Deshalb wurden lange Zeit alle kommerziell eingesetzten LCDs mit Wechselspannung betrieben. Im Wesentlichen ist ein LCD-Element eine kleine elektrische Kapazität, welche periodisch durch eine impulsartige elektrische Spannung umgeladen wird. Für diesen Zweck eigneten sich die schon damals verfügbaren elektronischen Komplementär-MOS-Schaltkreise (CMOS-ICs) sowohl bezüglich einstellbarem Spannungshub wie auch Symmetrie der Eigenschaften ausgezeichnet. Einer der Vorteile von TN-Zellen ist die tiefe Betriebsspannung und damit die geringe Stromaufnahme. Schon früh wurden Flüssigkristallsubstanzen für TN-LCDs synthetisiert, welche bei 3-Volt-Betrieb einen guten Kontrast ergaben und einen brauchbaren Betriebstemperaturbereich hatten.[10] The first prototype LCDs in the early 1970s recognized that direct current operation can cause irreversible electrochemical processes in the liquid crystal layer and thus limit the lifespan of the display. Although, in contrast to LCDs according to the dynamic scattering mode (English, DSM), TN cells are an electrical field effect, meaning that no current flow is necessary, the problems mentioned when applying a DC voltage still existed. For this reason, all commercially used LCDs were operated with AC voltage for a long time. An LCD element is essentially a small electrical capacitance which is periodically recharged by a pulse-like electrical voltage. For this purpose, the electronic complementary MOS circuits (CMOS ICs) that were already available at that time were excellently suited both with regard to the adjustable voltage swing and the symmetry of the properties. One of the advantages of TN cells is the low operating voltage and thus the low power consumption. Liquid crystal substances for TN LCDs were synthesized early on, which gave good contrast when operated at 3 volts and had a usable operating temperature range. [10]

Der Betrieb von Passiv-Matrix-Displays hängt davon ab, wie ausgeprägt eine elektrooptische Schwellenspannung vorhanden ist. Weil die Ansteuerung der einzelnen Bildelemente (Pixel) periodisch wiederholt werden muss, um nicht nur eine Zeile, sondern alle Pixel einer Matrix anzusteuern, werden z. B. die Zeilen einer Matrix sequenziell impulsförmig angesteuert. Bei den Kolonnen wird die Bildinformation derart eingegeben, dass bei den aktivierten Bildelementen eine möglichst große Spannungsdifferenz zu den Zeilenimpulsen und an den nicht aktivierten Bildelementen eine Spannungsdifferenz unterhalb des Schwellenwerts entsteht. Entscheidend zur Optimierung war die Erkenntnis von Peter J. Wild,[11] dass bei impulsartiger, periodisch wiederholter Ansteuerung der Effektivwert (englisch Root Mean Square, RMS) der Spannungsdifferenzen maßgebend ist.[12] Detaillierte Angaben über die bestmöglichen Ansteuerungstechniken für Passiv-Matrix-Displays finden sich in weiterführender Literatur.[13][14] The operation of passive matrix displays depends on how pronounced an electro-optical threshold voltage is. Because the control of the individual picture elements (pixels) has to be repeated periodically in order to control not only one line but all pixels of a matrix. B. the rows of a matrix are driven sequentially in pulse form. In the columns, the image information is input in such a way that the greatest possible voltage difference to the line pulses occurs in the activated picture elements and a voltage difference below the threshold value arises in the non-activated picture elements. Decisive for the optimization was the finding of Peter J. Wild, [11] that the root mean square (RMS) of the voltage differences is decisive for pulse-like, periodically repeated control. [12] Detailed information on the best possible control techniques for passive matrix displays can be found in further literature. [13] [14]

Wie schon erwähnt, ist eine elektrooptische Kennlinie mit ausgeprägtem Schwellenwert und daraufhin steilem Anstieg bei höherer Spannung Voraussetzung zur Realisierung von Passiv-Matrix-Displays mit vielen Zeilen und Spalten. Nur so kann ein ausreichender Kontrast auch bei Matrizen mit vielen Pixeln erzielt werden. Die langwierige Optimierung der Spannungs-Kontrast-Kennlinie durch Flüssigkristallsubstanzwahl und Zellstruktur von TN-Zellen brachte nicht die gewünschten Resultate. Es dauerte über 10 Jahre, bis 1983 der Durchbruch mit der Entdeckung der superverdrillten nematischen LCDs (englisch super-twisted nematic Icds, STN-LCDs) bei Brown, Boveri & Cie, Baden (heute Asea Brown Boveri, ABB) gelangt[15] Die Kennlinie von STN-Zellen ist viel besser zur Ansteuerung von Passiv-Matrix-Displays geeignet als diejenige von TN-Zellen. As already mentioned, an electro-optical characteristic curve with a pronounced threshold value and then a steep rise at a higher voltage is a prerequisite for realizing passive matrix displays with many rows and columns. This is the only way to achieve sufficient contrast even with matrices with many pixels. The lengthy optimization of the voltage-contrast characteristic curve through liquid crystal substance selection and cell structure of TN cells did not produce the desired results. It was over 10 years before the breakthrough came in 1983 with the discovery of super-twisted nematic LCDs (English super-twisted nematic Icds, STN-LCDs) at Brown, Boveri & Cie, Baden (today Asea Brown Boveri, ABB) [15] Die The characteristic curve of STN cells is much better suited for driving passive matrix displays than that of TN cells.

Schon relativ früh wurde versucht, jedem Pixel individuell Schalttransistoren vorzuschalten, um derart die Kennlinienbeschränkungen eines Passiv-Matrix-Display zu umgehen. Dazu mussten Dünnschichttransistoren (englisch thin-film transistor, TFT) geeigneter Dimension und Verbindungstechnik in Matrixanordnung auf dem Glassubstrat der Flüssigkristallanzeige aufgebracht werden. Man nennt eine Anzeige dieser Technik Aktiv-Matrix-Display, weil der Betrieb der einzelnen Pixel durch die zugeordneten Transistoren aktiv gesteuert wird. Obschon die Ideen dazu bereits 1968-1973 bei der Radio Corporation of America (RCA) und bei Westinghouse Research Laboratories, USA, formuliert wurden,[16][17] dauerte es noch lange, bis die technologischen Voraussetzungen für die Massenfertigung erarbeitet waren. Insbesondere wurde mit verschiedenen Halbleitermaterialien experimentiert, bis sich schließlich eine spezielle Art von amorphem Silizium (siehe Dünnschichttransistor) als am besten geeignet für Feldeffekttransistoren in Dünnschichttechnik durchsetzte. Dieser materialtechnische Durchbruch gelang in Europa.[18] Bei der Realisierung von kommerziellen Produkten waren japanische Firmen federführend. Ohne die erwähnten Fortschritte bei der elektronischen Ansteuerung wären großflächige Fernseh-Flüssigkristallbildschirme nicht möglich geworden. Allerdings sind Aktiv-Matrix-Displays wegen der zahlreichen zusätzlichen Prozessschritte für TFTs in der Herstellung teurer und können zudem deswegen Pixelfehler aufweisen, sodass für einfachere Anzeigen mit geringerem Informationsgehalt immer noch Passiv-Matrix-Displays zum Einsatz kommen.It was attempted relatively early to individually switch switching transistors upstream of each pixel in order to circumvent the characteristic curve limitations of a passive matrix display. For this purpose, thin-film transistors (TFT) of suitable dimensions and connection technology had to be applied in a matrix arrangement on the glass substrate of the liquid crystal display. A display of this technique is called an active matrix display because the operation of the individual pixels is actively controlled by the assigned transistors. Although the ideas for this had already been formulated at the Radio Corporation of America (RCA) and Westinghouse Research Laboratories, USA, from 1968-1973, [16] [17] it was still a long time before the technological requirements for mass production were worked out. In particular, experiments were carried out with various semiconductor materials until a special type of amorphous silicon (see thin film transistor) finally emerged as the most suitable for field effect transistors in thin film technology. This material breakthrough came in Europe. [18] In the implementation of commercial products, Japanese companies were responsible. Large-scale television liquid crystal displays would not have been possible without the advances in electronic control mentioned above. However, due to the numerous additional process steps for TFTs, active matrix displays are more expensive to manufacture and can therefore also have pixel errors, so that passive matrix displays are still used for simpler displays with less information content.

KontaktierungContacting

Von Beginn an bestand die Aufgabe, die transparenten Leiterbahnen auf beiden LCD-Glassubstraten mit der Ansteuerungselektronik zu verbinden. Dazu wurden neuartige Verbindungstechniken entwickelt.From the start, the task was to connect the transparent conductor tracks on both LCD glass substrates to the control electronics. Novel connection technologies were developed for this.

Für Anzeigen mit nicht zu engem Kontaktraster kommen sogenannte Zebras (siehe Leitgummi) zum Einsatz, welche abwechselnd aus isolierenden und leitenden Elastomer„kanälen“ bestehen. In nebenstehender Aufnahme mit einem Vergleichsmaßstab in cm ist das dunkle Raster des Zebragummis von 180 Mikrometer deshalb nur bei Anklicken des Bildes mit Vergrößerung sichtbar: im rosaroten isolierenden Elastomer-Band befinden sich die schwarzen Leitelemente, separiert durch isolierende Elemente. Durch den Aufbau (die Elemente sind wesentlich kleiner als die zu kontaktierenden Flächen) spielen Lagetoleranzen des Gummis keine Rolle. Der Gummi kann Maßtoleranzen abfedern. Typische Anwendungen sind Displays mit Siebensegmentanzeigen.So-called zebras (see conductive rubber) are used for displays with a contact pitch that is not too narrow, which alternately consist of insulating and conductive elastomer “channels”. In the picture on the left with a comparison scale in cm, the dark grid of the zebra rubber of 180 micrometers is therefore only visible when the image is clicked with an enlargement: in the pink-red isolating elastomer band are the black guide elements, separated by isolating elements. Due to the structure (the elements are much smaller than the surfaces to be contacted), positional tolerances of the rubber do not matter. The rubber can absorb dimensional tolerances. Typical applications are displays with seven-segment displays.

Früh wurden auch Lösungen mit Chip-on-Glass erprobt.[19] Dabei wurden auf die Kontakte der Ansteuerungsschaltkreise Lötpunkte aufgebracht, dann der Chip auf den korrespondierenden Kontakten der Anzeige positioniert und daraufhin bei erhöhter Temperatur angelötet.Solutions with chip-on-glass were also tried out early on. [19] Solder points were applied to the contacts of the control circuits, then the chip was positioned on the corresponding contacts on the display and then soldered at an elevated temperature.

Einen wichtigen Fortschritt bedeutete die Verwendung von flexiblen, dünnen Leiterplatten mit entsprechenden Verbindungsbahnen zur Anzeige, welche ein sehr enges Kontaktraster erlauben. Diese Leiterplatten tragen auch oft die ICs als Nacktchips (Flip-Chip-Montage), die die digitalen seriellen Datenströme wandeln.An important advance was the use of flexible, thin printed circuit boards with corresponding connecting tracks for the display, which allow a very close contact grid. These circuit boards also often carry the ICs as bare chips (flip-chip assembly) that convert the digital serial data streams.

Passiv-Matrix-DisplaysPassive matrix displays

Bei Passiv-Matrix-Displays werden die Bildelemente (ein Segment oder ein Symbol) im Zeitmultiplexbetrieb angesteuert. Das heißt, dass jedes Bildelement direkt und permanent mit einer Ansteuerschaltung verbunden ist, deren Ausgang einen geringen Widerstand hat. Deshalb baut sich die zum Zeitpunkt der Adressierung aufgebrachte Ladung relativ schnell wieder ab und muss in der folgenden Bildperiode (engl. frame) wieder erneuert werden. Dieser Wechsel in der elektrischen Ansteuerung führt zu ausgeprägten Modulationen der optischen Antwort der Anzeige (sog. frame response).In passive matrix displays, the picture elements (a segment or a symbol) are activated in time-division multiplexing. This means that each picture element is directly and permanently connected to a control circuit whose output has a low resistance. For this reason, the charge applied at the time of addressing degrades relatively quickly and has to be renewed in the following frame period. This change in the electrical control leads to pronounced modulations of the optical response of the display (so-called frame response).

Bei Adressierung und Ansteuerung über eine Matrix mit aktiven Bauelementen bei Aktiv-Matrix-Displays wird zum Zeitpunkt der Adressierung eine Ladung auf das Bildelement aufgebracht, dem meist noch ein zusätzlicher Kondensator parallelgeschaltet ist (Speicherkondensator). Nach dem Aufbringen der Ladung, deren Höhe der Dateninformation entspricht, wird das aktive Bauelement (meist ein Dünnschichttransistor, TFT) wieder in den hochohmigen Zustand geschaltet, wodurch die Ladung und somit die Ansteuerung während einer Bildperiode im Wesentlichen erhalten bleibt.In the case of addressing and control via a matrix with active components in active matrix displays, a charge is applied to the picture element at the time of addressing, to which an additional capacitor is usually connected in parallel (storage capacitor). After applying the cargo, the amount of which corresponds to the data information, the active component (usually a thin-film transistor, TFT) is switched back to the high-resistance state, as a result of which the charge and thus the activation is essentially retained during an image period.

Diese Art der Ansteuerung bewirkt bei Aktiv-Matrix-Displays eine höhere effektive Spannung über dem Bildelement, damit eine höhere Aussteuerung des Flüssigkristalls und damit einen verbesserten Kontrast und eine reduzierte Abhängigkeit des Kontrastes von der Betrachtungsrichtung.In the case of active matrix displays, this type of control brings about a higher effective voltage across the picture element, thus a higher modulation of the liquid crystal and thus an improved contrast and a reduced dependence of the contrast on the viewing direction.

Die LC-Bildschirme haben gegenüber den älteren Kathodenstrahlröhrenbildschirmen (CRT) einige Vorteile.

  1. 1. Geringere Leistungsaufnahme: Unabhängig vom Bildinhalt werden LC-Bildschirme über die gesamte Anzeigenfläche konstant beleuchtet. Trotz dieser prinzipiellen Schwäche ist die Lichtausbeute (englisch luminous efficacy) bei LCD mit typisch 2 bis 4 Im/W noch immer etwa doppelt so hoch wie bei Plasmabildschirmen mit Filterscheibe (normaler Auslieferzustand).
  2. 2. Strahlungsarmut: LCD strahlen keine Röntgenstrahlung ab (gilt auch für CRTs ab TCO 99) und erzeugen ein geringeres Magnetfeld. Elektromagnetische Felder werden jedoch abgestrahlt und enthalten ebenso wie bei CRTs die Bildinformation (sog. kompromittierende Abstrahlung, Problem Abhörsicherheit, s. Van-Eck-Phreaking).
The LC screens have several advantages over the older cathode ray tube (CRT) screens.
  1. 1. Lower power consumption: Regardless of the image content, LC screens are constantly illuminated across the entire display area. Despite this fundamental weakness, the luminous efficacy of LCDs with typically 2 to 4 Im / W is still about twice as high as that of plasma screens with a filter disc (normal delivery condition).
  2. 2. Low radiation: LCD do not emit X-rays (also applies to CRTs from TCO 99) and generate a lower magnetic field. However, electromagnetic fields are emitted and, like CRTs, contain the image information (so-called compromising radiation, problem of security against eavesdropping, see Van Eck phreaking).

Darüber hinaus besitzen sie ein flimmerfreies, verzerrungsfreies, bei Idealauflösung scharfes Bild, ein geringeres Gewicht sowie eine geringe Einbautiefe.In addition, they have a flicker-free, distortion-free, sharp image with ideal resolution, a lower weight and a low installation depth.

Im Gegensatz zu Anzeigegeräten mit Kathodenstrahlröhre werden Flüssigkristallbildschirme in der Praxis nicht durch Magnetfelder wie das Erdmagnetfeld oder die Magnetfelder von Oberleitung, NMR-Geräten, Transformatoren oder Lautsprechern beeinträchtigt.In contrast to display devices with a cathode ray tube, liquid crystal displays are in practice not affected by magnetic fields such as the earth's magnetic field or the magnetic fields of overhead lines, NMR devices, transformers or loudspeakers.

Während der Entwicklung der Geräte, mindestens bis zur Entwicklung von mit TFTs angesteuerten LCD, bestanden Nachteile durch den geringen Kontrast und die langen Schaltzeiten. Mittlerweile kann die Farbwiedergabe von LCD (der darstellbare Farbraum, engl. color gamut) durch Anpassung der Hintergrundbeleuchtung sogar extremen Anforderungen gerecht werden (extended gamut, multi-primary display). Ein weiteres Problem war der eingeschränkte Bereich von Betrachtungsrichtungen mit konstantem Kontrast und gleichbleibendem Farbeindruck; neuere Techniken wie In-Plane-Switching (IPS), Multi-domain Vertical Alignment (MVA) und Patterned Vertical Alignment (PVA) sowie die Anwendung von doppelbrechenden Kompensationsfolien (retarder sheets) schafften hier Abhilfe. Diese Nachteile existieren weiterhin, sind aber bei weitem nicht mehr so gravierend wie früher. Da jeder Pixel eine eigene kleine Einheit darstellt, kommt es produktionsbedingt zu vereinzelten Fehlern (Pixelfehler): Pixel, die durchgängig nur in einer Farbe leuchten oder die vorgegebene Farbe fehlerhaft wiedergeben. Je nach Anzahl der fehlerhaften Pixel werden die Displays in verschiedene Fehlerklassen eingestuft, die Einfluss auf den Preis haben können.During the development of the devices, at least until the development of LCDs controlled by TFTs, there were disadvantages due to the low contrast and the long switching times. In the meantime, the color rendering of LCD (the color gamut that can be displayed) can even meet extreme requirements by adjusting the backlighting (extended gamut, multi-primary display). Another problem was the limited range of viewing directions with constant contrast and color impression; Newer technologies such as in-plane switching (IPS), multi-domain vertical alignment (MVA) and patterned vertical alignment (PVA) as well as the use of birefringent compensation foils (retarder sheets) have remedied this. These disadvantages continue to exist, but are nowhere near as serious as they used to be. Since each pixel represents its own small unit, production-related errors (pixel errors) occur: pixels that consistently light up in only one color or incorrectly reproduce the specified color. Depending on the number of defective pixels, the displays are classified in different error classes, which can influence the price.

Bei der Herstellung wird die physikalische Bildauflösung festgelegt, die Ansteuerung mit einem Signal anderer Auflösung kann zu Qualitätsverlusten führen. Ein TFTbasierter LC-Bildschirm liefert im Vergleich zu einem CRT-Bildschirm ein viel schärferes Bild - allerdings nur in seiner konstruktionsbedingten physikalischen Auflösung. Signale geringerer Auflösung müssen interpoliert werden und erscheinen verschwommen. Alternativ lässt sich das Bild auch mit schwarzen Rändern zentriert in voller Schärfe darstellen (bei digitalem Anschluss lässt sich das üblicherweise im Grafikkartentreiber einstellen).The physical image resolution is determined during production; control with a signal of a different resolution can lead to quality losses. A TFT-based LC screen provides a much sharper picture than a CRT screen - but only in its design-related physical resolution. Lower resolution signals must be interpolated and appear blurry. Alternatively, the image can also be displayed with black edges centered in full focus (with a digital connection, this can usually be set in the graphics card driver).

Die Hintergrundbeleuchtung durch sog. Kaltkathodenröhren wird gefiltert, um die Grundfarben der Pixel (zumeist rot, grün und blau) zu erhalten, allerdings muss der Kompromiss zwischen Helligkeit und Farbwiedergabequalität gefunden werden. Die Farben von LCD sind keineswegs weniger gesättigt als bei der CRT- oder Plasmabildschirmtechnologie. Vom erzeugten Licht dringen nur etwa 4 % durch das Panel (bei weißen Bildinhalten).[20] The backlighting through so-called cold cathode tubes is filtered in order to preserve the basic colors of the pixels (mostly red, green and blue), however the compromise between brightness and color rendering quality has to be found. The colors of LCD are by no means less saturated than with CRT or plasma display technology. Only about 4% of the generated light penetrates through the panel (with white picture content). [20]

Ein Grund dafür, warum Röhrenmonitore (CRT) in Tests oft besser abschnitten als Flachbildschirme, ist keinesfalls der bessere Schwarzwert im Dunkelraum und der Kontrast zu den hellen Bildstellen, wenn kein Umgebungslicht auf den Bildschirm fällt, sondern die bessere Wiedergabe von bewegten Bildinhalten (siehe unten). Mittlerweile ist die LCD-Technik jedoch so weit fortgeschritten, dass teils sogar bessere Ergebnisse (je nach Art des Panels) als mit CRT-Monitoren erreicht werden können.One reason why tube monitors (CRT) often perform better than flat screens in tests is not the better black level in the dark and the contrast to the bright areas of the image when no ambient light falls on the screen, but rather the better reproduction of moving image content (see below ). In the meantime, however, LCD technology has progressed so far that sometimes even better results (depending on the type of panel) can be achieved than with CRT monitors.

Die Leuchtstoffröhren der Hintergrundbeleuchtung haben eine begrenzte Lebensdauer (etwa 100.000 Stunden). Die durch die Hintergrundbeleuchtung beeinflusste Qualität der Darstellung von Weißflächen ändert sich schon deutlich nach nur wenigen Tausend Betriebsstunden meist stärker ins Gelbliche, da sich die Leuchtstärke der Leuchtstoffröhren mit der Zeit verringert. Allerdings lässt auch die Helligkeit von Röhrenmonitoren im Laufe des Betriebs nach. Die Hintergrundbeleuchtung mittels LEDs ist zwar alterungsbeständiger, zeigt aber auch je nach Typ der verwendeten Leuchtdioden und Betriebsweise langsame Alterungserscheinungen. Zudem erlaubt Beleuchtung mittels LEDs eine kompaktere Bauweise, homogenere Ausleuchtung und Kontraststeigerung durch selektive, vom Bildinhalt abhängige Ansteuerung (LED-Backlight). The backlight fluorescent tubes have a limited lifespan (approximately 100,000 hours). The quality of the display of white areas, which is influenced by the backlight, already changes significantly more yellowish after only a few thousand hours of operation, since the luminosity of the fluorescent tubes decreases over time. However, the brightness of tube monitors also decreases during operation. The backlighting by means of LEDs is more resistant to aging, but it also shows slow signs of aging depending on the type of light emitting diodes used and the mode of operation. In addition, lighting by means of LEDs enables a more compact design, more homogeneous illumination and increased contrast through selective control depending on the image content (LED backlight).

Schaltzeiten und TechnikenSwitching times and techniques

Die Reaktionszeit moderner LCDs liegt derzeit zwischen 1 ms und 5 ms. Hierbei ist die Reaktionszeit die Zeitspanne, die bei der Änderung der Leuchtdichte (Helligkeit) eines Bildbereiches von 10 % nach 90 % verstreicht; hierbei sind 0 % und 100 % die Leuchtdichten der stationären (eingeschwungenen) Zustände. Die Bildaufbauzeit nach ISO 13406-2 ist die Summe der Schaltzeiten von Hell nach Dunkel (oder umgekehrt) und wieder zurück. Aufgrund des asymptotischen Schaltverlaufs werden jedoch nach ISO 13406-2 Schaltzeiten von < 3 ms benötigt, um sichtbare Schlierenbildung zu vermeiden.The response time of modern LCDs is currently between 1 ms and 5 ms. Here, the response time is the time that elapses when the luminance (brightness) of an image area changes from 10% to 90%; 0% and 100% are the luminance of the steady state. The image build-up time according to ISO 13406-2 is the sum of the switching times from light to dark (or vice versa) and back again. Due to the asymptotic switching process, switching times of <3 ms are required according to ISO 13406-2 in order to avoid visible streaking.

FormelnFormulas

Die Einschaltzeit (zunehmende Spannung) und die Ausschaltzeit (abnehmende Spannung) ergibt sich nach den Formeln von Jakeman und Raynes:[21]
mit Hierbei ist die Rotationsviskosität des Flüssigkristalls, die die „Trägheit“ des Flüssigkristalls auf eine Änderung der Ausrichtung beschreibt; der Abstand zwischen den Glasplatten (= Dicke der Flüssigkristallschicht); und die Elastizitätskonstante, welche die „Kraft“ (Drehmoment) der Rückstellung der Kristalle in die ursprüngliche Ausrichtungslage angibt.
The switch-on time (increasing voltage) and the switch-off time (decreasing voltage) result from the formulas of Jakeman and Raynes: [21]
with Here is the rotational viscosity of the liquid crystal, which describes the "inertia" of the liquid crystal to a change in orientation; the distance between the glass plates (= thickness of the liquid crystal layer); and the elastic constant, which indicates the “force” (torque) of the return of the crystals to the original alignment position.

Beispielsweise beschleunigt ein großes die Rückstellung des Kristalls in den Ausgangszustand, wirkt jedoch auch der Ausrichtung des Kristalls bei Anlegen einer Spannung entgegen (durch die entsprechend erhöhte Schwellenspannung, ).For example, a large one accelerates the return of the crystal to its initial state, but also counteracts the alignment of the crystal when a voltage is applied (due to the correspondingly increased threshold voltage).

Auch lassen sich durch eine Verringerung der Schichtdicke, die Schaltgeschwindigkeiten erhöhen. Wenn die Schichtdicke beispielsweise um 30 % verringert wird ( ) gehen die Schaltzeiten auf etwa die Hälfte zurück (denn).The switching speeds can also be increased by reducing the layer thickness. If, for example, the layer thickness is reduced by 30% (), the switching times decrease to about half (because).

BewegungsunschärfeMotion blur

Bei Hold-Type-Displays wie LCD und OLED-Bildschirmen bleibt der Zustand eines Pixels für die Dauer einer Bildperiode bestehen, bis die angelegte Spannung im Zuge des Bildaufbaus eines neuen Bildes geändert wird (Erhaltungsdarstellung). Da das Auge bei der Verfolgung eines bewegten Bildinhalts (englisch smooth pursuit eye tracking) die „Helligkeit“ über eine Bildperiode integriert, während der Bildinhalt aber fixiert bleibt, kommt es zum Verwischen des Bildes auf der Netzhaut des Betrachters. Dies fällt besonders bei der Darstellung schnell bewegter Szenen auf und wird deshalb auch als Bewegungsunschärfe (auch engl. motion blur) bezeichnet. Es ist zu beachten, dass selbst bei verschwindend geringen Schaltzeiten, das heißt bei nahezu unendlich schnellem Schalten, wegen der Erhaltungsdarstellung die Bewegungsunschärfe nicht beseitigt wäre, weshalb der Venwischeffekt auch bei schnellen OLED-Bildschirmen auftritt.In the case of hold-type displays such as LCD and OLED screens, the state of a pixel remains for the duration of one picture period until the applied voltage is changed in the course of the picture construction of a new picture (maintenance representation). Since the eye integrates the "brightness" over a period of the image when tracking a moving image content (English smooth pursuit eye tracking), but the image content remains fixed, the image is blurred on the retina of the viewer. This is particularly noticeable when displaying fast moving scenes and is therefore also referred to as motion blur. It should be noted that even with vanishingly short switching times, i.e. with almost infinitely fast switching, the motion blur would not be eliminated due to the conservation display, which is why the wiping effect also occurs with fast OLED screens.

Neben dieser prinzipbedingten Unschärfe erzeugt die verzögerte Annahme des SollWerts bei einzelnen Pixel-Elemente ebenfalls unerwünschte Effekte („Schlieren“, „Schweif“, „Schmieren“), die ähnlich störend wirken. Bei heutigen LCDs ist diese Art der Bewegungsunschärfe schon erheblich reduziert. Die Reaktionszeit von „grau nach grau“ (engl. gray to gray) liegt durchschnittlich bei 6 ms, dennoch können die Schaltzeiten in extremen Situationen (weiß-nach-schwarz, schwarz-nach-weiß, schwarz-nach-grau) erheblich davon abweichen.In addition to this principle-related blurring, the delayed acceptance of the target value for individual pixel elements also creates undesirable effects ("streaking", "tail", "smearing") that have a similarly disturbing effect. With today's LCDs, this type of motion blur is already considerably reduced. The response time from “gray to gray” is 6 ms on average, but the switching times can vary considerably in extreme situations (white-to-black, black-to-white, black-to-gray) .

Ansätze zur OptimierungApproaches to optimization

Viskosität
Der Bewegungsunschärfe versucht man unter anderem dadurch entgegenzuwirken, dass man die Schaltzeiten der Displays weiter reduziert, vor allem durch eine Reduktion der Viskosität der eingesetzten Flüssigkristallmaterialien.
viscosity
One of the ways to counteract the motion blur is to further reduce the switching times of the displays, especially by reducing the viscosity of the liquid crystal materials used.

Einfache Overdrive-Technologien
Bei der Overdrive-Technik wird an die LCD-Zelle kurzzeitig eine Spannung angelegt, die höher ist als die für den eigentlichen Helligkeitswert erforderliche. Dadurch richten sich die Kristalle schneller aus. Das nächste Bild muss hierzu zwischengespeichert werden. Diese Information wird zusammen mit an das jeweilige Display speziell angepassten Korrekturwerten verwendet, um die genaue Zeit berechnen zu können, während der die Überspannung anliegen darf, ohne dass das jeweilige Pixel übersteuert wird. Das funktioniert jedoch nicht bei der Rückstellung des Kristalls: da es nicht weniger als keine Spannung gibt (die Ansteuerung erfolgt mit Wechselspannung), muss der Kristall passiv entspannen. Durch die Zwischenspeicherung wird das Bild etwa zwei bis fünf Takte verspätet angezeigt. Dieser Versatz kann sich beim Betrachten von Filmen durch Bild-Ton-Asynchronität bemerkbar machen (der Ton eilt dem Bild voraus). Auch bei Computerspielen, die schnelle Reaktionen des Spielers verlangen, macht sich die Bildpufferung negativ bemerkbar.
Simple overdrive technologies
With overdrive technology, a voltage is briefly applied to the LCD cell that is higher than that required for the actual brightness value. As a result, the crystals align faster. The next picture has to be saved. This information is used together with correction values specially adapted to the respective display in order to be able to calculate the exact time during which the overvoltage may be present without the respective pixel being overdriven. However, this does not work when the crystal is reset: since there is no less than no voltage (the control takes place with AC voltage), the crystal must relax passively. Due to the intermediate storage, the image is displayed about two to five measures late. This offset can become noticeable when watching films due to picture-sound asynchrony (the sound rushes ahead of the picture). Image buffering also has a negative impact on computer games that require quick reactions from the player.

Vorverzerrung (inverse Filtering)
Hierbei wird aus den Daten des aktuellen und nächsten Bildes die Integration des Auges aus dem jeweils nächstem Bild herausgerechnet. Dazu werden ebenfalls die genauen Schalteigenschaften des jeweiligen Paneltyps benötigt.
Predistortion (inverse filtering)
The integration of the eye from the next image is calculated from the data of the current and next image. The exact switching properties of the respective panel type are also required for this.

Black Stripe Insertion
Um der Bewegungsunschärfe aufgrund der Erhaltungsdarstellung entgegenzuwirken, können die Pixel bzw. das gesamte Display auch kurzzeitig dunkel geschaltet werden. Die Dunkelphase darf bei 50 Hz Ansteuerfrequenz allerdings 55 % der Bildzeit nicht überschreiten (bei 60 Hz sind es 70 % und bei 75 Hz sind es 85 %): sonst flimmert das Bild.
Black stripe insertion
In order to counteract the motion blur due to the preservation display, the pixels or the entire display can also be darkened for a short time. However, the dark phase at 50 Hz control frequency must not exceed 55% of the picture time (at 60 Hz it is 70% and at 75 Hz it is 85%): otherwise the picture flickers.

Blinking Backlight
auch „strobing“ genannt: Bei der Verwendung von LEDs zur Hintergrundbeleuchtung von LCD (sogenannte LED-Fernseher oder - Bildschirme) lässt sich diese Methode einfacher als Black Stripe Insertion realisieren, da hierbei nicht die Pixel schneller angesteuert werden müssen, sondern für Pixelbereiche bzw. das gesamte Display die Hintergrundbeleuchtung für den Bruchteil einer Vollbilddauer ausgeschaltet werden kann.
Blinking backlight
Also called “strobing”: When using LEDs for backlighting LCDs (so-called LED TVs or screens), this method is easier to implement than black stripe insertion, since it is not necessary to control the pixels faster, but for pixel areas or the entire display the backlight can be turned off for a fraction of a full screen.

Scanning Backlight
auch „field sequential“ genannt: Hierbei wird das LC-Display nicht mit weißem Licht, sondern nacheinander von roten, grünen und blauen Primärlichtern (häufig per LED) beleuchtet. Da bei LCD mit zeitsequentieller Ansteuerung mit den Primärfarben keine helligkeitreduzierenden Farbfilter erforderlich sind und hohe Leuchtdichten vorhanden sind, lässt sich der Helligkeitsverlust durch die Sequenzabfolge leichter kompensieren. Allerdings trifft man mit dieser Technik einen alten Bekannten der Projektionstechnik wieder: den Regenbogeneffekt.
Scanning backlight
also called "field sequential": Here the LC display is not illuminated with white light, but successively with red, green and blue primary lights (often by LED). Since LCDs with time-sequential control with the primary colors do not require any brightness-reducing color filters and high luminance levels, the loss of brightness can be more easily compensated for by the sequence sequence. However, with this technique you meet an old friend of projection technology: the rainbow effect.

100/120-Hz-Technik und 200/240-Hz-Technik
Hier werden synthetische Zwischenbilder berechnet und anschließend zusammen mit den Originalbildern ausgegeben. Dadurch erhöht sich die reale Bildfrequenz um ein ganzzahliges Vielfaches. Aus 24 fps (Kinostandard) werden so 48, 72, 96 oder sogar 120 fps. Schlieren durch Hold-Displays können so deutlich reduziert werden. Neben der Reduktion von Bewegungsunschärfen werden auf diese Weise Bewegungen und Kamerafahrten deutlich flüssiger wiedergegeben. Allerdings kann durch die Bewegungsinterpolation insbesondere bei leicht rauschenden Bildquellen eine mehr oder weniger deutliche Trennung zwischen Vorder- und Hintergrund im Bild beobachtet werden (Soap-Opera-Effekt). Die 100/120-Hz-Technik kommt mittlerweile (2008) in vielen höherwertigen Displays zum Einsatz. 240-Hz-Geräte sind angekündigt. Ein weiterer Vorteil dieser Technik ist es, dass Overdrive feiner dosiert angewendet werden kann. Es ist allerdings zu bedenken, dass die größte Verbesserung zwischen den „100/120-Hz-Displays“ und solchen mit geringeren Frameraten zu sehen ist, da das menschliche Gehirn ohne Übung nur größere Differenzen zwischen den Frequenzen bewusst verarbeiten kann.
100/120 Hz technology and 200/240 Hz technology
Here synthetic intermediate images are calculated and then output together with the original images. This increases the real frame rate by an integral multiple. 24 fps (cinema standard) becomes 48, 72, 96 or even 120 fps. Streaks through hold displays can thus be significantly reduced. In addition to reducing motion blur, movements and tracking shots are reproduced much more smoothly. However, due to the motion interpolation, a more or less clear separation between foreground and background can be observed in the image, especially with slightly noisy image sources (soap opera effect). The 100/120 Hz technology is now (2008) used in many high-quality displays. 240 Hz devices have been announced. Another advantage of this technique is that overdrive can be applied in finer doses. However, it should be noted that the greatest improvement can be seen between the "100/120 Hz displays" and those with lower frame rates, since the human brain can only consciously process larger differences between the frequencies without practice.

EinsatzmöglichkeitenPossible uses

In Digitaluhren und Taschenrechnern werden LCDs schon seit Anfang der 1970er Jahre verwendet. Diese einfarbigen Displays ohne Hintergrundbeleuchtung zeichnen sich durch geringsten Energieverbrauch und sehr hohe Lebensdauer aus und finden alternativlos überall dort Anwendung, wo ein langer wartungsfreier Betrieb erforderlich ist.LCDs have been used in digital clocks and calculators since the early 1970s. These single-color displays without backlight are characterized by the lowest energy consumption and very long service life and can be used wherever long maintenance-free operation is required.

Später fanden LCDs als Aktiv-Matrix-Displays mit Hintergrundbeleuchtung Verbreitung über weitere tragbare oder batteriegespeiste Geräte wie etwa Mobiltelefone, Notebooks und ähnliches.Later, LCDs as active matrix displays with backlighting were spread via other portable or battery-powered devices such as cell phones, notebooks and the like.

Typische Auflösungen bei Computer-Flachbildschirmen reichen von 1024×768 Pixel (38 cm/15") über 2560×1600 Pixel (76 cm/30"), bis 3840 x 2160 Pixel, bei Notebooks reichen sie von 800×480 Pixel bis 3200×1800 Pixel. PDAs und portable DVD-Spieler weisen Auflösungen zwischen 320x240 und 800x480 Pixel, Displays von Standbild- und Videokameras zwischen 160×176 Pixel (84 Tausend Pixel) und 640×480 Pixel (900 Tausend Pixel) auf. Insbesondere bei Smartphones hat die Firma Apple mit dem „Retina-Display“ einen neuen Marketingbegriff für hohe Bildauflösung geschaffen. Typical resolutions for computer flat screens range from 1024 × 768 pixels (38 cm / 15 ") to 2560 × 1600 pixels (76 cm / 30"), up to 3840 x 2160 pixels, for notebooks they range from 800 × 480 pixels to 3200 × 1800 pixels. PDAs and portable DVD players have resolutions between 320x240 and 800x480 pixels, displays of still and video cameras between 160 × 176 pixels (84 thousand pixels) and 640 × 480 pixels (900 thousand pixels). In the case of smartphones in particular, Apple has created a new marketing term for high image resolution with the “retina display”.

Mittlerweile haben LCD- und Plasma-Displays die Kathodenstrahlröhre weitgehend verdrängt. Dies betrifft Computermonitore (seit 2006) und Fernsehgeräte mit größeren Bilddiagonalen (seit 2008). Auch andere Anwendungsgebiete wie Oszilloskope sind schon seit längerem in der Hand von computerangesteuerten LCD. 2003 wurden in Deutschland bereits mehr LCD als herkömmliche Röhrenmonitore für PCs[22] und 2006 mehr Flachbildfernseher - also LCD und Plasmabildschirme - als Röhrengeräte verkauft.[23] In the meantime, LCD and plasma displays have largely replaced the cathode ray tube. This applies to computer monitors (since 2006) and televisions with larger screen sizes (since 2008). Other areas of application, such as oscilloscopes, have long been in the hands of computer-controlled LCDs. In 2003, more LCDs were sold in Germany than conventional tube monitors for PCs [22], and in 2006 more flat-screen TVs - in other words, LCD and plasma screens - were sold as tube sets. [23]

Versuche, mit LCD-Matrixanzeigen Bildschirmprojektoren zu realisieren gab es ab den 1970er Jahren.[12] Der Imagina 90 war weltweit der erste in Serie gefertigte Videogroßbildprojektor mit Flüssigkristallbildgenerator, der sich auch für den Dauerbetrieb eignete.Attempts to realize screen projectors with LCD matrix displays began in the 1970s. [12] The Imagina 90 was the first mass-produced Video large screen projector with liquid crystal image generator that was also suitable for continuous operation worldwide.

Produktionproduction

Die LCD-Technik hat in den letzten Jahren insbesondere durch die Entwicklung von Flachbildschirmen einen enormen Aufschwung erlebt. Große Produktionsstätten für Flachbildschirme wurden zunächst in Japan errichtet. Schon bald setzte jedoch die Abwanderung der Industrie in die neuen asiatischen Industrienationen ein, in denen billige Arbeitskräfte und üppige staatliche Förderung lockte. Derzeit befindet sich der Schwerpunkt der Flachbildschirmindustrie in Taiwan und insbesondere Südkorea. In Südkorea betreiben die dort ansässigen weltweit größten Flachbildschirmhersteller - Samsung, LG Display und Chi Mei Optoelectronics (CMO) - die zurzeit (2008) größten LC-Bildschirm-Produktionsstätten. Die Wanderung der Industrie geht jedoch weiter.LCD technology has seen an enormous boom in recent years, particularly as a result of the development of flat screens. Large production facilities for flat screens were initially built in Japan. However, the emigration of the industry to the new Asian industrialized countries, where cheap labor and generous government subsidies lured, soon began. The focus of the flat panel display industry is currently in Taiwan and especially South Korea. In South Korea, the world's largest flat screen manufacturers based there - Samsung, LG Display and Chi Mei Optoelectronics (CMO) - operate the currently (2008) largest LC screen production plants. However, the migration of the industry continues.

Auf der Suche nach noch kostengünstigeren Produktionsstandorten hat der Boom inzwischen China erreicht. Produktionsstätten zur Herstellung hochwertiger Flachbildschirme sind dort derzeit (2008) im Aufbau.[24] The boom has now reached China in search of even more cost-effective production locations. Production facilities for the production of high-quality flat screens are currently under construction there (2008). [24]

Umweltschutzenvironmental Protection

Aus der Sicht des Klimaschutzes wird die Flüssigkristallbildschirmfertigung als problematisch angesehen, da in der traditionellen Produktion sehr große Mengen klimagefährdender Substanzen eingesetzt würden. Im wichtigen „Arrayprozess“, in dem die TFT-Steuermatrix großflächig auf dünne Glasscheiben aufgebracht wird, werden potente Treibhausgase wie Schwefelhexafluorid (SF6) - GWP 22800 CO2e - und Stickstofftrifluorid (NF3) - GWP 17200 CO2e - in sehr großem Umfang verwendet und in die Atmosphäre freigesetzt, wie eine Studie aus dem Jahre 2008 aufzeigt.[25] From the point of view of climate protection, liquid crystal screen production is regarded as problematic, since very large quantities of substances that are harmful to the climate are used in traditional production. In the important “array process”, in which the TFT control matrix is applied to thin glass panes over a large area, potent greenhouse gases such as sulfur hexafluoride (SF 6 ) - GWP 22800 CO 2 e - and nitrogen trifluoride (NF 3 ) - GWP 17200 CO 2 e - are very much used extensively and released into the atmosphere, as a study from 2008 shows. [25]

Siehe auch

  • • Cholesterische Flüssigkristallanzeige (ChLCD)
  • • Ferroelectric Liquid Crystal Display (FLCD)
  • • Fransenflügler beschädigt Monitore
See also
  • • Cholesteric liquid crystal display (ChLCD)
  • • Ferroelectric Liquid Crystal Display (FLCD)
  • • Fringed wing damages monitors

Softwaresoftware

Software [‚sɒf(t)wε:] (dt. = weiche Ware [von] soft = leicht veränderbare Komponenten [...], Komplement zu,Hardware‘ für die physischen Komponenten)[1] ist ein Sammelbegriff für Programme und die zugehörigen Daten.[2] Sie kann als Beiwerk zusätzlich Bestandteile wie z. B. die Softwaredokumentation in der digitalen oder gedruckten Form eines Handbuchs enthaltend[3] Software [‚sɒf (t) wε:] (German = soft goods [from] soft = easily changeable components [...], complement to, hardware 'for the physical components) [1] is a collective term for programs and associated data. [2] As an accessory, you can also add components such as B. containing the software documentation in digital or printed form of a manual [3]

Software bestimmt, was ein softwaregesteuertes Gerät tut und wie es das tut (in etwa vergleichbar mit einem Manuskript).[4] Die Hardware (das Gerät selbst) führt Software aus (arbeitet sie ab) und setzt sie so in die Tat um. Software ist die Gesamtheit von Informationen, die man der Hardware hinzufügen muss, damit ein softwaregesteuertes Gerät für ein definiertes Aufgabenspektrum nutzbar wird.[5] Durch das softwaregesteuerte Arbeitsprinzip kann eine starre Hardware individuell arbeiten. Es wird heute nicht nur in klassischen Computern angewendet, sondern auch in vielen eingebetteten Systemen, wie beispielsweise in Waschmaschinen, Mobiltelefonen, Navigationssystemen und modernen Fernsehgeräten.Software determines what a software-controlled device does and how it does it (roughly comparable to a manuscript). [4] The hardware (the device itself) executes software (executes it) and thus implements it. Software is the entirety of information that must be added to the hardware so that a software-controlled device can be used for a defined range of tasks. [5] The software-controlled working principle means that rigid hardware can work individually. Today it is not only used in classic computers, but also in many embedded systems such as washing machines, mobile phones, navigation systems and modern television sets.

Definition definition

Der Begriff Software ist bis heute nicht einheitlich und auch nicht eindeutig definiert. Das geht u. a. darauf zurück, dass „innerhalb der Softwaretechnik [...] eine einheitliche solide, konsistente und systematische Begriffsbildung durch eine hohe Innovationsgeschwindigkeit und Praxisnähe behindert“ wird.[6]:22 Es existieren daher verschiedene Definitionen, die sich je nach Autor und Kontext oft auch nur in Details unterscheiden.The term software has not yet been uniformly defined, nor has it been clearly defined. This is due, among other things, to the fact that "within [...] software engineering, a uniform, solid, consistent and systematic definition of terms is hampered by a high rate of innovation and practical relevance". [6]: 22 There are therefore various definitions which, depending on the author and context, often differ only in details.

Die Bezeichnung Software wird im allgemeinen Sprachgebrauch meist nur auf Programme bezogen, nicht aber auf andere Daten.[7] Daneben können aber auch der Quelltext, weitere Daten[2] oder die Dokumentation[3] je nach Definition hinzugezählt werden.In general, the term software is usually only used to refer to programs, but not to other data. [7] In addition, the source text, further data [2] or the documentation [3] can also be added depending on the definition.

Außerdem wird Software auch als Gattungsbegriff für unterschiedliche Arten von Programmen verwendet (Grafiksoftware, Anwendungssoftware, Standardsoftware, Sicherheitssoftware u. v. a.).In addition, software is also used as a generic term for different types of programs (graphics software, application software, standard software, security software and many others).

Etymologieetymology

Der Ausdruck Software ist ein Kunstwort, das von John W. Tukey im Jahr 1958 im American Mathematical Monthly[8] als Gegenstück zu dem wesentlich älteren Wort Hardware das erste Mal verwendet wurde.[9] Dabei bezeichnet Hardware alle physischen Bestandteile eines Computers. In diesem Sinn könnten unter Software - als dem Gegenstück zur Hardware - grundsätzlich alle elektronisch gespeicherten Daten verstanden werden.[10] Als Definition genügt diese Sichtweise jedoch nicht.[9] The term software is an artificial word that was first used by John W. Tukey in 1958 in the American Mathematical Monthly [8] as a counterpart to the much older word hardware. [9] Hardware refers to all the physical components of a computer. In this sense, software - as the counterpart to hardware - could basically be understood to mean all electronically stored data. [10] However, this view is not sufficient as a definition. [9]

Definitionen nach ISO/IEC-Norm 24765Definitions according to ISO / IEC standard 24765

Die aktuelle ISO/IEC-Norm 24765 ersetzte die DIN-Norm 44300 und enthält für Software folgende Definitionen:[11]

  • • Software ist ein Programm oder eine Menge von Programmen, die dazu dienen, einen Computer zu betreiben.
  • • Software sind Programme sowie die zugehörige Dokumentation.
  • • Software sind Programme und ggf. die zugehörige Dokumentation und weitere Daten, die zum Betrieb eines Computers notwendig sind.
The current ISO / IEC standard 24765 replaced the DIN standard 44300 and contains the following definitions for software: [11]
  • • Software is a program or a set of programs that are used to run a computer.
  • • Software are programs and the associated documentation.
  • • Software are programs and, if applicable, the associated documentation and other data that are necessary for operating a computer.

Welche dieser Definitionen zutrifft, hängt vom jeweiligen Kontext ab, wobei auch hier die Übergänge fließend sind.Which of these definitions applies depends on the respective context, whereby the transitions are also fluid here.

Software als ProgrammSoftware as a program

In der Softwaretechnik besteht Software aus „Computerprogrammen in jeder Erscheinungsform, vom Quelltext bis zum direkt ausführbaren Maschinencode“.[5] Computerprogramme bestehen oft aus mehreren Komponenten, die sich auch über mehrere Dateien verteilen können.In software engineering, software consists of "computer programs in every form, from source code to directly executable machine code". [5] Computer programs often consist of several components, which can also be distributed over several files.

Software als Programm und DokumentationSoftware as program and documentation

Im Softwarerecht (oft im Zusammenhang mit dem Softwareerwerb) wird Software auch als Softwareprodukt bezeichnet, das „als Beiwerk zusätzlich Bestandteile wie z. B. die Dokumentation in digitaler oder gedruckter Form enthalten kann oder muss“.[3] So auch im Urheberrecht, bei dem das Entwurfsmaterial zur Software gehört,[12] wie der Quelltext, auch Quellprogramm genannt.[13] D. h. der Urheberrechtsschutz gilt i. d. R. auch für den Quellcode [als Schutzgegenstand].[14] In software law (often in connection with the acquisition of software), software is also referred to as a software product that “as an accessory, additional components such as. B. the documentation can or must contain in digital or printed form ”. [3] So also in copyright law, where the design material belongs to the software, [12] like the source text, also called source program. [13] That is, Copyright protection usually also applies to the source code [as subject of protection]. [14]

Software als Programm, Dokumentation und DatenSoftware as a program, documentation and data

Einige Definitionen nennen neben dem Programm selbst (und evtl. der Dokumentation) auch weitere Daten als zur Software gehörend („zugehörige Daten“[2]). Im Glossar des IEEE für Softwareentwickler werden Beispiele für derartige nicht-ausführbare Softwareteile genannt, wie Schriftarten, Grafiken, Audio- und Videoaufzeichnungen, Vorlagen, Wörterbücher, Dokumente und Informationsstrukturen (wie Datenbank-Datensätze).[15] In addition to the program itself (and possibly the documentation), some definitions also provide further data that belongs to the software (“associated data” [2] ). The IEEE for software developers gives examples of such non-executable software parts, such as fonts, graphics, audio and video recordings, templates, dictionaries, documents and information structures (such as database data records). [15]

Weiterhin gibt es Software-Definitionen, die sämtliche Daten umschließen, die das Computerprogramm nutzt und darüber hinaus auch die Dokumentation einbeziehen.[4] Demgegenüber gibt es auch Definitionen, die sowohl die Dokumentation, als auch die zur Verarbeitung vorgesehenen Daten ausschließen.[16] There are also software definitions that enclose all data that the computer program uses and also include the documentation. In contrast, there are also definitions that exclude both the documentation and the data provided for processing. [16]

Eine klare Trennlinie ist jedoch nicht näher definiert, die beschreibt, welche Daten konkret gemeint sind (z. B. die zu verarbeitenden Daten)[4] oder welche Daten ,notwendig[17][9] oder ,zugehörig[2] sind.However, a clear dividing line is not defined in more detail, which describes which data is specifically meant (e.g. the data to be processed) [4] or which data is necessary [17] [9] or, belonging [2] .

Geschichtehistory

In den 1950er Jahren waren Software und Hardware noch verbunden und als Einheit wahrgenommen. Die Software war dabei Teil der Hardware und wurde als Programmcode bezeichnet. 1958 prägte der Statistiker John W. Tukey den Begriff Software erstmals.[8] In the 1950s, software and hardware were still connected and perceived as a unit. The software was part of the hardware and was referred to as program code. In 1958, statistician John W. Tukey coined the term software for the first time. [8th]

Später sorgte dann die Entscheidung der US-Regierung in den 1970er Jahren für eine Neuheit, dass IBM auf Rechnungen Software und Hardware getrennt zu berechnen und aufzuführen habe. Das entsprach einer Anerkennung der Einzelhaftigkeit von Software von offizieller Seite und einer endgültigen Aufspaltung von Hardware und Software bzw. einer Abgrenzung der Software von der Hardware.Later, the decision of the US government in the 1970s caused a novelty that IBM had to calculate and list software and hardware separately on invoices. This corresponded to an acknowledgment of the solitary nature of software by the official side and a final splitting of hardware and software or a delimitation of the software from the hardware.

Dieser Entwicklung folgte dann in den 1970er Jahren die Gründung von Firmen, die erstmals nur mit Software handelten und nur Software und keine Hardware entwickelten. Zu diesen Firmen gehörte in den USA Microsoft und in Deutschland SAP. Die Existenz solcher Firmen erscheint im 21. Jahrhundert als Selbstverständlichkeit, stellte damals jedoch eine erhebliche Neuerung dar.This development was followed in the 1970s by the founding of companies that for the first time only traded in software and only developed software and no hardware. These companies included Microsoft in the United States and SAP in Germany. The existence of such companies appears to be a matter of course in the 21st century, but was a significant innovation at the time.

Der logische Übergang zwischen Hard- und Software lässt sich an den frühen Spielhallenspielen verdeutlichen, wie das Spiel Breakout, das im April 1976 veröffentlicht wurde. Damals bestand deren komplettes Programm (der Ablauf, die Logik) bildlich gesehen aus „vorverdrahteten Schalttafeln“.[18] Das von Atari produzierte Spielhallengerät verwendete keinen Prozessor. Bereits ein Jahr später, als das Spiel für den Computer programmiert wurde, und man anfing bei prozessorgesteuerten Geräten zwischen den Begriffen ‚Hardware‘ und ‚Software‘ zu unterscheiden, gab es Breakout als Software.[18] Das Spiel bestand nicht mehr aus „vorverdrahteten Schalttafeln“, sondern aus Anweisungen für einen Prozessor inklusive der für die Abarbeitung notwendigen weiteren Informationen, die gemeinsam auf einem Datenträger hinterlegt wurden.The logical transition between hardware and software can be illustrated in the early arcade games, such as the game Breakout, which was published in April 1976. At that time, their complete program (the process, the logic) figuratively consisted of "pre-wired control panels". [18] The game hall device produced by Atari used no processor. Just a year later, when the game was programmed for the computer, and when processor-controlled devices started to differentiate between the terms 'hardware' and 'software', there was breakout as software. [18] The game was more of "pre-wired control panels", but of instructions for a processor including the necessary for the execution of other information that has been stored together on disk.

Besondere Merkmale von SoftwareSpecial features of software

Software ist immateriellSoftware is immaterial

Software ist immateriell und besteht aus den Sprachen und Notationen, in denen sie formuliert ist.[9]:37 Software kann zwar auf bestimmten Medien gespeichert, gedruckt, angezeigt oder transportiert werden. Diese sind aber nicht die Software, sondern sie enthalten sie nur.Software is immaterial and consists of the languages and notations in which it is formulated. [9]: 37 Software can be saved, printed, displayed or transported on certain media. However, these are not the software, they only contain them.

Es ist zwar vorstellbar, Bits sichtbar und greifbar auf einem Trägermedium zu hinterlegen, doch grundsätzlich ist ‚Software‘ ein abstrakter, von Trägermedien unabhängiger Begriff. Das trifft für den Gattungsbegriff ohnehin zu, aber auch für konkrete Ausprägungen wie ein bestimmtes Anwendungsprogramm.[19] Als Analogie dazu ist es für den Begriff ,Oper‘ oder ,Zauberflöte‘ nicht begriffsbestimmend, ob sie im Theater aufgeführt, über Radio/TV übertragen oder als CD verkauft oder gehört wird, ob sie im Opernführer beschrieben oder in der Partitur aufgezeichnet ist.Although it is conceivable to store bits visible and tangible on a carrier medium, 'software' is fundamentally an abstract term that is independent of carrier media. This applies to the generic term anyway, but also to specific forms such as a certain application program. [19] As an analogy, it is not conceptual for the term "opera" or "magic flute" whether it is performed in the theater, broadcast on radio / TV or sold or heard on CD, whether it is described in the opera guide or recorded in the score is.

In Details unterschiedliche Bedeutungen

  • • Im Zusammenhang mit der Ausführung auf einem Computer wird unter Software primär alles verstanden, was auf dem Rechner ausgeführt werden kann (das Programm im engeren Sinn, bestehend aus Befehlen und Datendefinitionen). Dazu kommen die mit den Programmen verbundenen Ressourcen, die zum Betrieb der Software erforderlich sind. Das sind, abhängig von den verwendeten Entwicklungswerkzeugen, zum Beispiel Konfigurationsdateien, Schriftart-Dateien, Lookup-Tabellen, Datenstrukturen für Datenbanken etc.
  • • In engstem Sinn wäre unter ‚Software‘ nur von der Hardware ausführbarer Maschinencode zu verstehen. Jedoch fällt darunter auch alles, was durch beliebige ,interpretierende Systeme‘, die Teil der Systemsoftware sind, ausgeführt werden kann, wie das bei Verwendung höherer Programmiersprachen und Entwicklungsumgebungen nahezu immer der Fall ist.[9]
  • • So ist in der Softwareentwicklung (als zentraler Arbeitsgegenstand) und in der Qualitätssicherung (als bedeutender Prüfgegenstand; siehe Softwarequalität) auch der Quellcode ein wesentliches Software-Artefakt.
  • • Sprachlich wird der Ausdruck ‚Software‘ unterschiedlich verwendet: Er steht für konkret benannte Komponenten (Programm XY, Unterprogramm ABC, Konfigurationsdatei XXX.INI). Er wird als Sammelbegriff für unterschiedliche Gesamtheiten/Mengen von Programmen benutzt, zum Beispiel für eine aus vielen Einzelprogrammen bestehende Buchhaltungssoftware, für alle Anwendungen eines Unternehmens („unsere Unternehmenssoftware“), oder, wie bereits erwähnt, als Typ-/Gattungsbegriff für unterschiedliche Arten von Software (wie Grafiksoftware, Standardsoftware, Systemsoftware etc).
Different meanings in details
  • • In connection with the execution on a computer, software is primarily understood to mean everything that can be executed on the computer (the program in the narrower sense, consisting of commands and data definitions). In addition, there are the resources associated with the programs that are required to operate the software. Depending on the development tools used, these are, for example, configuration files, font files, lookup tables, data structures for databases, etc.
  • • In the narrowest sense, “software” would only mean machine code that can be executed by the hardware. However, this also includes everything that can be performed by any "interpreting systems" that are part of the system software, as is almost always the case when using higher programming languages and development environments. [9]
  • • In software development (as a central work item) and in quality assurance (as an important test item; see software quality), the source code is also an essential software artifact.
  • • Linguistically, the term 'software' is used differently: it stands for specifically named components (program XY, subroutine ABC, configuration file XXX.INI). It is used as a collective term for different groups / sets of programs, for example for accounting software consisting of many individual programs, for all applications of a company ("our company software"), or, as already mentioned, as a type / generic term for different types of Software (such as graphics software, standard software, system software, etc.).

Fließende Grenze zwischen Software und DatenFluid boundary between software and data

Zur Verarbeitung bestimmte Daten zählen im allgemeinen Sprachgebrauch nicht zum Begriff Software.[7] Jedoch ist die Grenze zwischen Software und Daten fließend, denn je nach Situation können Daten und Programme in unterschiedlichen Rollen auftreten und die Begriffe dabei vertauscht werden:

  • • Auf der Dateiebene können Mischformen auftreten, beispielsweise in Office-Dokumenten oder bei einer Tabellenkalkulationsdatei. Hier enthält eine Datei sowohl Daten im Sinne von das Bearbeitete (Texte oder Zelleninhalte) als auch funktionale Anweisungen (Makroanweisungen, Zellformeln).
  • • Vertauscht sind die Rollen beispielsweise, wenn ein Quellprogramm von einem Compiler in ein Maschinenprogramm umgewandelt wird: Sowohl das Quellprogramm als auch das erzeugte Binärprogramm sind ,Daten‘, der Compiler ist die Software. Ebenso verwendet ein Interpreter ein Quellprogramm oder ein Emulator ein Binärprogramm als Daten und erzeugt daraus speicherintern den ausführbaren Code. Die so verarbeiteten Programmdateien sind Software, rollenspezifisch aber gleichzeitig Daten.
Data used for processing do not belong to the term software in general usage. [7] However, the boundary between software and data is fluid, because depending on the situation, data and programs can appear in different roles and the terms can be interchanged:
  • • Mixed forms can occur at the file level, for example in office documents or in a spreadsheet file. Here, a file contains both data in the sense of what has been processed (text or cell contents) and functional instructions (macro instructions, cell formulas).
  • • The roles are reversed, for example, when a source program is converted from a compiler into a machine program: Both the source program and the binary program generated are 'data', the compiler is the software. An interpreter also uses a source program or an emulator a binary program as data and uses it to generate the executable code within the memory. The program files processed in this way are software, role-specific but at the same time data.

Dieser Zusammenhang, dass ein Programm sowohl als Daten als auch als Funktion auftreten kann, ist zentral in verschiedenen Disziplinen der Informatik, darunter die theoretische Informatik (u. a. Rekursionstheorie, Automatentheorie, Domaintheorie) und die technische Informatik (z. B. Von-Neumann-Architektur).This connection, that a program can appear both as data and as a function, is central in various computer science disciplines, including theoretical computer science (including recursion theory, automaton theory, domain theory) and technical computer science (e.g. Von Neumann architecture) ).

Unterscheidung zwischen Hard- und SoftwareDifferentiation between hardware and software

Je nach Zusammenhang ist bei der Unterscheidung zwischen Hard- und Software eine oder mehrere der folgenden Bedeutungen gemeint:

  • • Leicht veränderbare Komponente (Software) vs. schwer veränderbare Komponente (Hardware) in einem Computerdesign.[1]
  • • Instruktionskode (Software) vs. Universelle Maschine (Hardware).
  • • Nicht-greifbar im Sinne von Funktionsbestandteilen eines Computersystems, die sich „nicht anfassen lassen“[20] (Software) vs. greifbare Komponenten (Hardware). Software ließe sich über eine Telefonleitung übertragen, Hardware dagegen nicht.
Depending on the context, the distinction between hardware and software means one or more of the following meanings:
  • • Easily changeable component (software) vs. difficult to change component (hardware) in a computer design. [1]
  • • Instruction code (software) vs. Universal machine (hardware).
  • • Not tangible in the sense of functional components of a computer system that “cannot be touched” [20] (software) vs. tangible components (hardware). Software can be transferred over a telephone line, but hardware cannot.

Die Gegensätze sind in der englischsprachigen Begriffsprägung (soft=weich, hard=hart) beabsichtigt.The opposites are intended in the English language (soft = soft, hard = hard).

Verschiedene Blickwinkel auf SoftwareDifferent perspectives on software

Software kann aus vielen unterschiedlichen Gesichtspunkten betrachtet werden, zum Beispiel:

  • Zusammenwirken mit der Hardware (Execution)
  • Software: Typisierung, Zusammenhänge, Überblick
Software can be viewed from many different perspectives, for example:
  • Interaction with the hardware (execution)
  • Software: typing, relationships, overview

„Zwischen Hard- und Software besteht eine gewisse Aufgabenverteilung: Die Hardware garantiert [...] Quantität, also Tempo und Speicherkapazität, die Software sorgt für die Abbildung der Anforderungen auf die strukturell primitive Hardware“"There is a certain division of tasks between hardware and software: The hardware guarantees [...] quantity, ie speed and storage capacity, the software ensures that the requirements are mapped to the structurally primitive hardware"

Obwohl dem Begriff ,Software` teilweise Attribute wie Flexibilität, Individualität, Leistungsfähigkeit etc. zugeschrieben werden, wird letztlich alles, was der Computer ,tatsächlich tut‘, nicht von der Software, sondern ausschließlich durch die Hardware ausgeführt. Software ,beschreibt‘ lediglich, was getan werden soll und in welcher Form das geschieht.Although attributes such as flexibility, individuality, performance, etc. are partly attributed to the term "software", ultimately everything the computer actually does is not carried out by the software, but exclusively by the hardware. Software only describes what is to be done and in what form.

Dazu wird auf unterster Ebene der Maschinencode der Software unter Nutzung des Betriebssystems (d. h. ebenfalls durch dessen Maschinenbefehle) in den Hauptspeicher des Computers geladen und dem Rechenwerk Schritt für Schritt (siehe Befehlszähler) zur Ausführung zugeführt. Dieses Arbeitsprinzip gilt für jede Art von Software, auch wenn sie z. B. von Interpretern ausgeführt wird: Diese sind ebenfalls Software, deren Maschinencode an der Hardwareschnittstelle ebenfalls wie beschrieben ausgeführt wird und die Maschinenbefehle nur speicherintern erzeugen. Auch Compiler, Makroprozessoren und jede andere Art von Systemsoftware werden nach diesem Prinzip ausgeführt. For this purpose, the machine code of the software is loaded into the main memory of the computer using the operating system (ie also by means of its machine commands) and fed to the arithmetic unit for execution step by step (see command counter). This principle of operation applies to all types of software, even if they are e.g. B. executed by interpreters: These are also software, the machine code of which is also executed on the hardware interface as described and which only generate the machine commands within the memory. Compilers, macro processors and any other type of system software are also executed according to this principle.

Der Maschinencode muss dafür in einer Form/Struktur vorliegen, die von der Hardware über deren darin implementierte Schnittstelle interpretiert und ausgeführt werden kann.[21] Die Befehle zeigen durch ihren Inhalt und ihre Struktur an, was zu tun ist, welche Datenbereiche im Hauptspeicher dabei benutzt oder verändertwerden sollen (über im Befehl enthaltene Adressierungsangaben) und ggf., an welcher Stelle das Programm fortzusetzen ist.The machine code must be in a form / structure that can be interpreted and executed by the hardware via the interface implemented in it. [21] The commands show through their content and structure what needs to be done, which data areas in the main memory are to be used or changed (via addressing information contained in the command) and, if necessary, at which point the program is to be continued.

Bei der Ausführung wirken also viele Schichten zusammen und führen als Gesamtheit zu Zustandsänderungen in der Hardware bzw. final zu den vorgesehenen Ergebnissen, etwa der Ausgabe einer Druckzeile, einem Datenzugriff oder der Anzeige eines Feldinhalts am Bildschirm. Bei in höheren Programmiersprachen entwickelten Anwendungen können so schon für relativ einfache Funktionen (wie Lesen aus der Datenbank) oft Hunderttausende oder Millionen von Maschinenbefehlen durchlaufen werden.When it is executed, many layers work together and, as a whole, lead to changes in the state of the hardware or finally to the intended results, such as the output of a print line, data access or the display of field content on the screen. In applications developed in higher programming languages, hundreds of thousands or millions of machine commands can often be run through for relatively simple functions (such as reading from the database).

Das in modernen Computern mögliche parallele Ausführen mehrerer Programme/Prozesse wird im Wesentlichen durch das Betriebssystem bewirkt, das bei bestimmten Ereignissen den Wechsel von einer zur anderen Task einleitet und verwaltet. Siehe auch Multitasking.The parallel execution of several programs / processes that is possible in modern computers is essentially caused by the operating system, which initiates and manages the switch from one task to another when certain events occur. See also multitasking.

Im systematischen Zusammenwirken vieler Komponenten, das nur unter Anwendung klar definierter Schnittstellen möglich ist, „gehört Software also zu den komplexesten Artefakten, die Menschen bislang geschaffen haben“.[9]37 In the systematic interaction of many components, which is only possible using clearly defined interfaces, "software is one of the most complex artifacts that humans have created to date". [9] 37

Die Software trägt zudem maßgeblich dazu bei, wie effizient die Hardware genutzt wird. Je nach Gestaltung der Algorithmen können mit derselben Hardware unterschiedliche Systemleistungen erreicht werden.The software also makes a significant contribution to how efficiently the hardware is used. Depending on the design of the algorithms, different system performance can be achieved with the same hardware.

Entwicklung von Software
→ Hauptartikel: Softwaretechnik
Software development
→ Main article: Software engineering

Die Entwicklung von Software ist ein komplexer Vorgang. Dieser wird durch die Softwaretechnik, einem Teilgebiet der Informatik, systematisiert. Hier wird die Erstellung der Software schrittweise in einem Prozess von der Analyse über die Softwaremodellierung bis hin zum Testen als wiederholbarer Prozess beschrieben.Software development is a complex process. This is systematized by software technology, a sub-area of computer science. Here, the creation of the software is described step by step in a process from analysis to software modeling to testing as a repeatable process.

In aller Regel wird die Software nach der Entwicklung mehrfach angepasst und erweitert. Der Software-Lebenszyklus kann durchaus mehrere Jahre betragen.

  • • Software wird unter Nutzung bestimmter Verfahren, Methoden und ,Werkzeuge‘ entwickelt. Dabei werden unterschiedliche Entwicklungsstadien durchlaufen, in denen jeweils unterschiedliche Zwischenstände der Software entstehen: Analysetätigkeiten (zahlreiche Entwicklungsdokumente) > Programmierung (Quellcode) > im Betrieb (Maschinencode oder ausführbarer Code). Im engeren Sinn der Ausführung auf dem Computer gilt lediglich Letzteres als ‚Software‘. Siehe auch Softwareentwicklung.
  • • In diesem Zusammenhang ist Software Bearbeitungsgegenstand von Systemprogrammen: Wenn z. B. ein Compiler den Quellcode eines Programms liest, verarbeitet und einen Maschinen- oder Zwischencode erzeugt, so sind das aus dessen Sicht ‚Daten‘.
  • • Einmal erzeugte Software kann mit verhältnismäßig geringen Kosten vervielfältigt werden, die meist durch Datenträger, Werbung und dem Herstellen von Verpackung und zu Papier gebrachten Dokumentationen anfallen.
  • • Software verschleißt nicht durch Nutzung, unterliegt jedoch mit der Zeit der Softwarealterung.
  • • Software ist meist austauschbar, fähig zur Aktualisierung, korrigierbar und erweiterbar, insbesondere dann, wenn bestehende Richtlinien eingehalten werden und der Quelltext verfügbar ist.
  • • Software tendiert dazu, umso mehr Fehler zu enthalten, je komplexer sie ist.[22] Fehler werden in aktualisierten Softwareversionen oder mithilfe eines Patches und i. d. R. nach Durchführung von Softwaretests behoben. Softwarefehler bezeichnet man auch als Programmfehler oder als „Bugs“.
  • • Weil Software unter Einsatz vieler unterschiedlicher Programmiersprachen und in vielen unterschiedlichen Betriebssystemen und Systemumgebungen entwickelt werden kann, sind Softwarestandards erforderlich, um Informationen system- und unternehmensübergreifend ,verstehbar‘ und austauschbar zu machen. Siehe auch Elektronischer Datenaustausch (Beispiele), Programmierstil.
As a rule, the software is adapted and expanded several times after development. The software lifecycle can be several years.
  • • Software is developed using certain procedures, methods and "tools". Different development stages are run through, in which different intermediate versions of the software arise: Analysis activities (numerous development documents)> Programming (source code)> in operation (machine code or executable code). In the narrower sense of execution on the computer, only the latter is considered 'software'. See also software development.
  • • In this context, software is the processing object of system programs: For example, if a compiler reads the source code of a program, processes it and generates machine or intermediate code, this is 'data' from its point of view.
  • • Once software has been created, it can be reproduced at relatively low costs, which are usually incurred through data carriers, advertising and the production of packaging and documentation put down on paper.
  • • Software does not wear out due to use, but is subject to software aging over time.
  • • Software is mostly interchangeable, capable of updating, correctable and expandable, especially if existing guidelines are complied with and the source text is available.
  • • Software tends to contain more errors the more complex it is. [22] Errors are corrected in updated software versions or using a patch and usually after software tests have been carried out. Software errors are also known as program errors or "bugs".
  • • Because software can be developed using many different programming languages and in many different operating systems and system environments, software standards are required to make information cross-system and cross-company, understandable and interchangeable. See also electronic data exchange (examples), programming style.

Auswahl von SoftwareSelection of software

In der Entscheidung zur Anschaffung von Software lässt sich i. W. der Einsatz von Standardsoftware oder die eigene Herstellung (Individualsoftware) unterscheiden. Besonders im betrieblichen Umfeld zieht diese Entscheidung häufig hohe Kosten nach sich. Auch können solche Entscheidungen Grundlage zur Umsetzung der Unternehmensstrategie sein oder sollen Unternehmensprozesse maßgeblich verbessern. Zur Vermeidung von Fehlinvestitionen sollte der Anschaffung ein systematischer Entscheidungsprozess vorausgehen.In the decision to purchase software, i. W. differentiate between the use of standard software or our own production (individual software). This decision often results in high costs, especially in the business environment. Such decisions can also be the basis for implementing the corporate strategy or should significantly improve corporate processes. To avoid bad investments, the purchase should be preceded by a systematic decision-making process.

Betrieb von Software

  • • Der Einsatz von Software erfordert je nach Einsatzbereich ein gewisses Maß an Organisation, um die zusammengehörenden Teile richtig einzusetzen und durch neue Versionen abzulösen (zum Beispiel in größeren Unternehmen im Releasemanagement).
  • • Mitunter kann Software vorkonfiguriert werden, um so eine Neuinstallation zu beschleunigen und um Fehler bei der Konfiguration zu minimieren.
Operation of software
  • • Depending on the area of application, the use of software requires a certain degree of organization in order to correctly use the parts that belong together and replace them with new versions (for example, in larger companies in release management).
  • • Sometimes software can be pre-configured to accelerate a new installation and to minimize configuration errors.

Software aus Sicht der Betriebswirtschaft und ArbeitssoziologieSoftware from the perspective of business management and work sociology

Im Wesentlichen für betriebliche Anwendungssoftware geltend kann Software aus (betriebs-)wirtschaftlicher Sicht als ‚im Voraus geleistete geistige Arbeit‘, also als Investition betrachtet werden. Zum Beispiel erarbeiten die Programmautoren ein Lösungsverfahren für die korrekte Trennung aller deutschen Wörter in einem Textverarbeitungsprogramm. Damit ist im Voraus, also bevor diese Tätigkeit tatsächlich anfällt, schon für alle Schreiber, die mit diesem Textverarbeitungsprogramm arbeiten, die geistige Arbeit „korrektes Trennen deutscher Wörter“ geleistet. Dabei wird die Eigenschaft von Computern genutzt, auf sie verlagerte Aufgaben erheblich schneller und zuverlässiger ausführen zu können als es bisher Menschen möglich war. Besonders auch in der Softwareentwicklung wird intensiv auf „im Voraus“ entwickelte Algorithmen und Codeteile - als Teile eines Programms - zurückgegriffen (‚Software-Wiederverwendung‘).Applied essentially for business application software, software can be viewed from a (business) economic perspective as 'intellectual work done in advance', i.e. as an investment. For example, the program authors develop a solution for the correct separation of all German words in a word processing program. This means that the intellectual work "correct separation of German words" is done in advance, before this activity actually occurs, for all writers who work with this word processing program. The ability of computers to perform tasks that are transferred to them is used much faster and more reliably than was previously possible for humans. Especially in software development, algorithms and parts of code developed “in advance” are used intensively - as parts of a program (“software reuse”).

Ein ähnlicher Zusammenhang wird in der Arbeitssoziologie gesehen: Derartige softwarebasierte Maßnahmen sind geeignet, Arbeitsinhalte und -abläufe erheblich zu verändern. Die Bandbreite reicht dabei vom Bereitstellen einfacher Hilfsmittel (etwa zur Summierung oder Durchschnittsermittlung) bis hin zur völligen Umgestaltung von Prozessen (durch Konzentration früher getrennter oder durch Zerlegung früher zentralisierter Arbeitsabläufe) - oder gar bis zu deren vollständigen Ersatz durch IT-Lösungen. Brödner u. a. nennen das „materialisierte“ Kopfarbeit.[23] Siehe auch Rationalisierung, Optimierung, Taylorismus.A similar connection is seen in the sociology of work: Such software-based measures are suitable for significantly changing work content and work processes. The spectrum ranges from the provision of simple tools (e.g. for summation or averaging) to the complete redesign of processes (by concentrating previously separated or by disassembling earlier centralized work processes) - or even completely replacing them with IT solutions. Brödner and others call this "materialized" brain work. [23] See also rationalization, optimization, Taylorism.

Kategorisierung von SoftwareCategorization of software

Nach ISO/IEC 2382 wird Software wie folgt gegliedert (und bezeichnet):[24][25]

  • • Systemsoftware: Anwendungsunabhängige Software, die das Ausführen von Anwendungssoftware ermöglichen bzw. unterstützen (z. B. Betriebssystem, sowie Gerätetreiber und Dienstprogramme)
  • • Unterstützungssoftware, d. h. Programme, die bei der Entwicklung, Wartung helfen oder eine nicht-anwendungsspezifische Leistung erbringen (z. B. Editoren, Compiler, Virenscanner, Datenbankmanagementsysteme, ...)
  • • Anwendungssoftware, die den Benutzer bei der Ausführung seiner Aufgaben unterstützt und ihm dadurch erst den eigentlichen, unmittelbaren Nutzen stiftet (z. B. eine Tabellenkalkulation)
According to ISO / IEC 2382, software is structured (and labeled) as follows: [24] [25]
  • • System software: application-independent software that enables or supports the execution of application software (eg operating system, device drivers and utilities)
  • • Support software, ie programs that help with development, maintenance or perform a non-application-specific service (e.g. editors, compilers, virus scanners, database management systems, ...)
  • • Application software that supports the user in the execution of his tasks and thereby provides him with the actual, immediate benefit (eg a spreadsheet)

Unterteilung nach dem Grad der Individualität

  • • Standardsoftware wird von einem Softwareanbieter zum Einsatz bei mehreren/vielen Kunden erstellt, die diese Software erwerben können.
  • • Individualsoftware wird für einen einzelnen Anwender zur Lösung einer spezifischen Aufgabenstellung individuell erstellt oder modifiziert, alternativ durch einen Softwareanbieter oder durch eigene Entwickler bzw. Entwicklungsabteilungen eines Unternehmens.
Subdivision according to the degree of individuality
  • • Standard software is created by a software provider for use with several / many customers who can purchase this software.
  • • Individual software is created or modified individually for a single user to solve a specific task, alternatively by a software provider or by a company's own developers or development departments.

Rechtlich wird beim Erwerb von Software zwischen Individualsoftware und Standardsoftware unterschieden: Für Individualsoftware wird ein Werkvertrag bzw. Werklieferungsvertrag abgeschlossen, der Erwerb von Standardsoftware gilt als Sachkauf. Legally, when purchasing software, a distinction is made between individual software and standard software: For individual software, a work contract or work delivery contract is concluded, the purchase of standard software is considered a property purchase.

Unterteilung nach der Art der erzeugten ErgebnisseSubdivision according to the type of results generated

Diese entstehen im Verlauf des Herstellungsprozesses von Software und können beispielsweise sein:

  • • Quellcode, Zwischencode, Maschinencode, Gerätetreiber und andere erforderliche Module (als Programmbibliothek ausgeliefert)
  • • Installationsprogramme und dazugehörende Anweisungen
  • • Weitere Unterlagen wie die Dokumentation für Softwareentwickler und Softwarebenutzer
These arise in the course of the software manufacturing process and can be, for example:
  • • Source code, intermediate code, machine code, device drivers and other required modules (supplied as a program library)
  • • Installers and associated instructions
  • • Other documents such as documentation for software developers and software users

Software nach der Art der EinbettungSoftware based on the type of embedding

  • • Nicht eingebettete Software, die nachträglich installiert wird• Non-embedded software that is installed afterwards
  • • Fest in einem Gerät zu dessen Steuerung untergebrachte Software (z. B. in einem ROM oder als Teil eines eingebetteten Systems) bezeichnet man als Firmware oder auch als eingebettete (oder ,embedded‘) Software• Software permanently installed in a device to control it (eg in a ROM or as part of an embedded system) is referred to as firmware or also as embedded (or, embedded ') software

Einstufung nach Nutzungsrecht (Lizenz)

  • • Adware
  • • Beerware
  • • Cardware (auch Postcardware)
  • • Careware
  • • Crippleware
  • • Donationware
  • • Freeware
  • • Nagware
  • • Shareware
  • • Freie Software
Classification according to right of use (license)
  • • adware
  • • Beerware
  • • Cardware (also postcardware)
  • • Careware
  • • Crippleware
  • • Donationware
  • • Freeware
  • Nagware
  • • Shareware
  • • Free software

Unterteilung nach Quellcode-Verfügbarkeit

  • • Freie Software
  • • Open Source
  • • Proprietäre Software
Subdivision according to source code availability
  • • Free software
  • • Open source
  • • Proprietary software

Einstufung nach Verfügbarkeit

  • • Abandonware
  • • Vaporware
Classification based on availability
  • • Abandonware
  • • Vaporware

Weitere Softwarebegriffe

  • • Portable Software: Auf verschiedenen Computer(typen) lauffähig
  • • Native Software: Zur Ausführung auf einem bestimmten Computersystem erstellt oder kompiliert. Der Programmcode nutzt die individuelle Funktionalität eines bestimmten Systemtyps, Allgemeingültigkeit und Portabilität gelten nicht als Entwicklungsziel.[26]
  • • Bananenware (unausgereifte Software)
  • • Schlangenöl (Programm ohne echte Funktion, wird aber als Wundermittel angepriesen)
  • • Shovelware (Sammlung von Software, wobei die Quantität zählt)
  • • Riskware
  • • Bloatware (mit Funktionen ohne synergetischen Nutzen überladene Software)
  • • Spyware
  • • Gebraucht-Software
More software terms
  • • Portable software: Runs on different computers (types)
  • • Native software: created or compiled to run on a specific computer system. The program code uses the individual functionality of a certain system type, general validity and portability are not considered as development goals. [26]
  • • Banana ware (immature software)
  • • snake oil (program without real function, but is touted as a miracle cure)
  • • Shovelware (collection of software, where quantity counts)
  • • Riskware
  • • Bloatware (software overloaded with functions without synergetic benefits)
  • • spyware
  • • Used software

LizenzmodelleLicensing models

Die Verbreitung und Nutzung von Software unterliegt dem Urheberrecht. In diesem Zusammenhang gibt es mehrere typische Überlassungsmodelle:

  • Verkauf Der vollständige Verkauf von Software, inklusive der Überlassung von Weiterverbreitungsrechten, kommt praktisch nur zwischen Unternehmen vor, in der Regel im Rahmen von Auftragsprogrammierung oder beim Verkauf eines Softwareentwicklungsunternehmens.
  • Nutzungsrecht Bei der meisten Software, die zum Beispiel für PCs „gekauft“ werden kann, wird in Wirklichkeit nur ein Nutzungsrecht überlassen. Dieses Modell ist auch bei der Auftragsprogrammierung üblich, bei der ein Unternehmen ein Programm für den Eigengebrauch eines anderen Unternehmens speziell entwickelt. Bei Freeware ist dieses Recht kostenlos, was nicht mit freier Software verwechselt werden darf.
  • Software as a Service Die Software wird bei einem Dienstleister gehostet, die eigentliche Nutzung der Software kann entweder pro Zeitraum oder pro Nutzungseinheit berechnet werden. sie findet oft auf einem einfachen PC und z. B. per Webbrowser statt.
  • Freie Software/Open Source/GPL Freie Software darf von jedem genutzt, beliebig verändert und weiterverbreitet werden. Oft unterliegt dieses Recht gewissen Einschränkungen, wie zum Beispiel der Nennung des Autors oder die Verpflichtung, veränderte Versionen unter die gleiche Lizenz zu stellen (GPL). Software, die nicht zu dieser Gruppe zählt, wird proprietär genannt.
The distribution and use of software is subject to copyright. In this context, there are several typical leasing models:
  • Sales The complete sale of software, including the granting of redistribution rights, occurs practically only between companies, usually as part of order programming or when selling a software development company.
  • Right of use With most software that can be "bought" for PCs, for example, only one right of use is actually granted. This model is also common in job programming, where one company specifically develops a program for another company's own use. With freeware, this right is free, which should not be confused with free software.
  • Software as a service The software is hosted by a service provider, the actual use of the software can be calculated either per period or per unit of use. it often takes place on a simple PC and e.g. B. instead of a web browser.
  • Free software / open source / GPL Free software may be used by anyone, modified as desired and distributed. This right is often subject to certain restrictions, such as naming the author or the obligation to place modified versions under the same license (GPL). Software that does not belong to this group is called proprietary.

Zwischen den oben genannten Hauptformen der Softwareverbreitung gibt es zahlreiche Zwischen- und Mischstufen.There are numerous intermediate and mixing stages between the above main forms of software distribution.

Siehe auch: Lizenzen der freien Software und LizenzmanagementSee also: Free Software Licenses and License Management

Freie Software und Open Source
→ Hauptartikel: Freie Software und Open Source
Free software and open source
→ Main article: Free software and open source

,Freie Software‘ ist eine soziale Bewegung, die unfreie Software als gesellschaftliches Problem begreift.[27] Wobei „frei“ hier nicht „kostenlos“ bedeutet (,Freie Software‘ ist nicht dasselbe wie ,Freeware‘), sondern die Freiheiten für die Gesellschaft meint, die ein derart lizenziertes (auch kommerzielles) Produkt bietet. In den Augen der von Richard Stallman 1985 gegründeten Free Software Foundation (FSF) ist die Entscheidung für oder gegen freie Software deshalb primär eine ethische und soziale Entscheidung.'Free software' is a social movement that sees non-free software as a social problem. [27] Whereby "free" here does not mean "free"("FreeSoftware" is not the same as "Freeware"), but means the freedoms for society that such a licensed (also commercial) product offers. In the eyes of the Free Software Foundation (FSF) founded by Richard Stallman in 1985, the decision for or against free software is therefore primarily an ethical and social decision.

Dagegen begreift die 1998 gegründete Open Source Initiative (OSI) quelloffene Software als bloßes Entwicklungsmodell, wobei die Frage, ob Software quelloffen sein sollte, dort eine rein praktische und keine ethische Frage ist. Die FSF wirft der OSI daher eine Ablenkung von den wesentlichen Punkten vor.[28] Eric S. Raymond hat den Begriff ,Open Source‘ in der Annahme eingeführt, dass das unpopuläre Thema ,Freiheit‘ Geldgeber für solche Projekte abschrecken könne.In contrast, the Open Source Initiative (OSI), founded in 1998, sees open source software as a mere development model, whereby the question of whether software should be open source is a purely practical and not an ethical question. The FSF therefore accuses the OSI of a distraction from the essential points. [28] Eric S. Raymond introduced the term 'open source' on the assumption that the unpopular issue of 'freedom' could deter funders for such projects.

Auch wenn es sich heute um zwei unterschiedliche Bewegungen mit unterschiedlichen Ansichten und Zielen handelt, verbindet sie die gemeinsame Wertschätzung für quelloffenen Code, was in zahlreichen Projekten mündet, in denen sie zusammenarbeiten.Even if today there are two different movements with different views and goals, they share a common appreciation for open-source code, which results in numerous projects in which they work together.

AnwendungssoftwareApplication software

Als Anwendungssoftware (auch Anwendungsprogramm, kurz Anwendung oder Applikation; englisch application software, kurz App) werden Computerprogramme bezeichnet, die genutzt werden, um eine nützliche oder gewünschte nicht systemtechnische Funktionalität zu bearbeiten oder zu unterstützen.[1] Sie dienen der „Lösung von Benutzerproblemen“.[2] Beispiele für Anwendungsgebiete sind: Bildbearbeitung, E-Mail-Programme, Webbrowser, Textverarbeitung, Tabellenkalkulation oder Computerspiele.Computer software that is used to process or support a useful or desired non-system-technical functionality is referred to as application software. [1] They serve the "solution to user problems". [2] Examples of areas of application are: image processing, email programs, web browsers, word processing, spreadsheets or computer games.

Aus dem englischen Begriff application hat sich in der Alltagssprache auch die Bezeichnung Applikation, kurz App, eingebürgert. Im deutschen Sprachraum wird die Abkürzung App seit dem Erscheinen des iOS App Store (2008) fast ausschließlich mit mobiler App gleichgesetzt, also Anwendungssoftware für Mobilgeräte wie Smartphones und Tabletcomputer. Allerdings wird inzwischen auch teilweise Desktop-Anwendungssoftware App genannt, zum Beispiel bei Microsofts Betriebssystem Windows seit Windows 8 (Windows-Apps), das sowohl auf Desktop-PCs als auch Tablets eingesetzt wird, oder bei Apples Betriebssystem macOS mit dem Mac App Store.[3] From the English term application, the term application, or app for short, has also become commonplace in everyday language. Since the appearance of the iOS App Store (2008), the abbreviation app has been almost exclusively equated with the mobile app in German-speaking countries, i.e. application software for mobile devices such as smartphones and tablet computers. However, desktop application software is now also sometimes referred to as an app, for example in Microsoft's Windows operating system since Windows 8 (Windows apps), which is used on both desktop PCs and tablets, or in Apple's macOS operating system with the Mac App Store. [3]

In UnternehmenIn companies

Anwendungssoftware wird in erheblichem Umfang zur Unterstützung der Verwaltung in Behörden und Unternehmen eingesetzt. Anwendungssoftware ist zum Teil Standardsoftware, zu großen Teilen werden auf den jeweiligen Anwendungsfall zugeschnittene Branchenlösungen als Individualsoftware eingesetzt. Im Bereich der strategischen und wirtschaftlichen Anwendungssoftware innerhalb eines Unternehmens (wie Enterprise-Resource-Planning-Systeme oder Portal-Software) spricht man auch von Business-Anwendungen, Business Software oder Unternehmenssoftware.Application software is used to a large extent to support administration in authorities and companies. Application software is partly standard software, mostly industry solutions tailored to the respective application are used as individual software. In the area of strategic and economic application software within a company (such as enterprise resource planning systems or portal software), one also speaks of business applications, business software or company software.

Auf Mobilgeräten
→ Hauptartikel: Mobile App
On mobile devices
→ Main article: Mobile app

Mobile Apps können über einen in das mobile Betriebssystem integrierten App Store bezogen und direkt auf dem Gerät installiert werden. Mobile Web-Apps werden über den Webbrowser des Mobilgeräts abgerufen und müssen nicht installiert werden.Mobile apps can be obtained from an app store integrated into the mobile operating system and installed directly on the device. Mobile web apps are accessed via the mobile device's web browser and do not need to be installed.

In Webbrowsern
→ Hauptartikel: Webanwendung
In web browsers
→ Main article: web application

Eine besondere Form von Anwendungssoftware sind Webanwendungen. Auf diese wird vom Arbeitsplatzrechner oder Mobilgerät über einen Webbrowser zugegriffen und sie laufen im Browser ab. Webanwendungen erfordern im Gegensatz zu Desktop-Anwendungen kein spezielles Betriebssystem, teilweise jedoch spezielle Laufzeitumgebungen.Web applications are a special form of application software. These are accessed from the workstation or mobile device via a web browser and run in the browser. In contrast to desktop applications, web applications do not require a special operating system, but sometimes special runtime environments.

Abgrenzung zu systemnaher SoftwareDifferentiation from system-related software

Anwendungssoftware steht (nach ISO/IEC 2382) im Gegensatz zu Systemsoftware und Dienstprogrammen. Dazu „zählen die Programme, die für den korrekten Ablauf einer Rechenanlage erforderlich sind, sowie alle Programme, die die Programmerstellung unterstützen, z. B. Übersetzer und Testwerkzeuge und allgemeine Dienstleistungen bereitstellen [... Formatierung, Dateiverwaltung, Datentransfer ...]“,[2] die aber keinen Endbenutzer-bezogenen ‚Nutzen‘ bringen. Beispiele sind das Betriebssystem, Compiler für verschiedene Programmiersprachen oder Datenbanksysteme.Application software (according to ISO / IEC 2382) is in contrast to system software and utilities. This includes “the programs that are necessary for the correct operation of a computer system, as well as all programs that support program creation, eg. B. Provide translators and test tools and general services [... formatting, file management, data transfer ...] “, [2] but which do not bring any end-user-related 'benefit'. Examples are the operating system, compilers for different programming languages or database systems.

Anwendungssoftware kann sowohl lokal auf einem Desktop-Computer (Desktop-Anwendung) bzw. auf einem Mobilgerät installiert sein oder auf einem Server laufen, auf den vom Desktop-Computer bzw. Mobilgerät zugegriffen wird (Client-Server- bzw. Webanwendung). Sie kann, abhängig von der technischen Implementierung, im Modus Stapelverarbeitung oder im Dialogmodus (mit direkter Benutzer-Interaktion) ausgeführt werden. Diese beiden Unterscheidungen gelten aber für alle Computerprogramme, grundsätzlich auch für Systemsoftware.Application software can either be installed locally on a desktop computer (desktop application) or on a mobile device or run on a server which is accessed by the desktop computer or mobile device (client-server or web application). Depending on the technical implementation, it can be executed in batch processing mode or in dialog mode (with direct user interaction). However, these two distinctions apply to all computer programs, in principle also to system software.

Mobile AppMobile app

Als Mobile App (auf Deutsch meist in der Kurzform die App [εp], eine Abkürzung für den Fachbegriff Applikation; teils auch das App[1]; auf engl. [aep] als Kurzform für englisch application) wird eine Anwendungssoftware für Mobilgeräte beziehungsweise mobile Betriebssysteme bezeichnet. Obwohl sich der Begriff App auf jegliche Art von Anwendungssoftware bezieht, wird er im deutschen Sprachraum oft mit Anwendungssoftware für Smartphones und Tablets gleichgesetzt. Bei mobilen Apps wird zwischen nativen Apps, die nur auf einer Plattform funktionieren, und plattformunabhängigen Web-, Hybrid- und Cross-Plattform-Apps unterschieden.As a mobile app (in German mostly in short form the app [εp], an abbreviation for the technical term application; sometimes also the app [1] ; in English [aep] as a short form for English application) is an application software for mobile devices Operating systems called. Although the term app refers to any type of application software, it is often equated with application software for smartphones and tablets in the German-speaking world. Mobile apps differentiate between native apps that only work on one platform and platform-independent web, hybrid and cross-platform apps.

Es gibt sie für die verschiedensten Bereiche, diese reichen von einfachsten Dienstprogrammen und Spaßanwendungen mit nur einer Funktion bis hin zu Programmpaketen mit umfangreicher Funktionalität. So zum Beispiel Office-Anwendungen, Spiele, Ratgeber, Fitness-Apps, zur Emulation älterer Heimcomputer und programmierbarer Taschenrechner, als Hilfestellung für Diabetiker und vieles mehr. Mithilfe von mobilen Remote-Apps werden zunehmend digitale Geräte ferngesteuert, wie zum Beispiel Kameras, Action-Camcorder oder Quadrocopter. Der Großteil dieser Apps ist kostenlos, ein kleinerer Teil muss, für meist geringe Beträge, im jeweiligen App Store gekauft werdend[2] They are available for a wide variety of areas, from the simplest utilities and fun applications with just one function to program packages with extensive functionality. For example, office applications, games, guides, fitness apps, for emulating older home computers and programmable calculators, as an aid for diabetics and much more. With the help of mobile remote apps, digital devices such as cameras, action camcorders or quadrocopters are increasingly being controlled remotely. The majority of these apps are free of charge, a smaller part has to be bought in the respective app store for mostly small amounts [2]

Mit Webbrowsern, wie z. B. dem Dolphin Browser, ist das Surfen im Internet auf einem Mobilgerät möglichWith web browsers such as B. the Dolphin Browser, surfing the Internet on a mobile device is possible

Schon die ersten Mobiltelefone enthielten oft kleine Anwendungen wie etwa Kalender, Taschenrechner oder kleine Spiele. Diese waren vom Hersteller für das jeweilige Betriebssystem konzipiert, fest installiert und nur mit Root-Rechten löschbar. Mit dem Erscheinen von Java auf Mobiltelefonen (Java ME) bekamen Anwender die Möglichkeit, einfache Anwendungen und Spiele von ihrem Mobilfunknetzbetreiber oder aus dem Internet über WAP (MIDlets) herunterzuladen, die häufig schon plattformunabhängig waren. Es entwickelte sich eine Hobby-Programmiererszene, aber auch professionelle Softwarehäuser boten solche Anwendungen kostenpflichtig an. Auch auf diversen PDAs konnten Anwendungen installiert werden. Als Vorläufer von Smartphone-Apps können die Palm-OS-PDA-Anwendungen gelten, die meist nur aus einer Datei bestehen und nach dem Transfer direkt nutzbar sind. Auf Psion-Organisern konnten Programme mit dem Gerät selbst erstellt werden.Even the first cell phones often contained small applications such as calendars, calculators or small games. These were designed by the manufacturer for the respective operating system, permanently installed and can only be deleted with root rights. With the appearance of Java on mobile phones (Java ME), users were able to download simple applications and games from their mobile network operator or from the Internet via WAP (MIDlets), which were often platform-independent. A hobby programmer scene developed, but also professional software houses offered such applications for a fee. Applications could also be installed on various PDAs. The predecessors of smartphone apps are the Palm OS PDA applications, which usually consist of only one file and can be used directly after the transfer. Programs could be created on Psion organizers with the device itself.

Für Mobiltelefone mit eigenem Betriebssystem und der Möglichkeit, entsprechende Apps zu installieren, setzte sich um das Jahr 2000[3] der Begriff Smartphone durch. Dieser Begriff wurde der im Mobilbereich erstmals von Ericsson für den Prototypen GS88 verwendet. Weite Verbreitung fand um dieselbe Zeit die Communicator-Serie von Nokia, auf deren späteren Modellen das Betriebssystem Symbian lief. Zu den ersten im Massenmarkt verfügbaren Smartphones zählten 2002 das Siemens S55 und das Nokia 7650, auf denen sich Java-Programme manuell übertragen und ausführen ließen. Erst mit dem Erscheinen des Apple iPhone 2007 und später der Android-Mobiltelefone und weiteren Smartphones wurde die Möglichkeit der Installation von Anwendungen auf mobilen Geräten breiten Bevölkerungskreisen geläufiger, unterstützt durch entsprechend verstärktes Marketing der Hersteller.[4] Auf den meisten Smartphones sind einige Apps, wie zum Beispiel ein Webbrowser, ein E-Mail-Programm und ein Kalender, bereits vorinstalliert. Im Juni 2016 wurden allein für iOS über zwei Millionen Apps angeboten.[5] For mobile phones with their own operating system and the option of installing corresponding apps, the term smartphone prevailed around the year 2000 [3] . This term was first used by Ericsson in the mobile area for the prototype GS88. At the same time, the Communicator series from Nokia, on whose later models the Symbian operating system ran, became widespread. In 2002, the Siemens S55 and Nokia 7650 were among the first smartphones available on the mass market, on which Java programs could be transferred and executed manually. Only with the appearance of the Apple iPhone 2007 and later the Android mobile phones and other smartphones did the possibility of installing applications on mobile devices become more common among broad sections of the population, supported by correspondingly increased marketing by the manufacturers. [4] On most smartphones, some apps, such as a web browser, an email program and a calendar, are already preinstalled. In June 2016, over two million apps were offered for iOS alone. [5]

Weltweit wurden im Jahr 2016 über 90 Milliarden Apps heruntergeladen (iOS-App-Store und Google-Play-Store). In Deutschland stieg der Umsatz im Vergleich zum Vorjahr um 40 Prozent auf 750 Millionen Dollar. Durchschnittlich verbrachte ein Android-Smartphone-Nutzer mehr als 1,5 Stunden am Tag in Apps. Die Liste der beliebtesten Apps (die meisten Downloads) in Deutschland führt 2016 WhatsApp an, gefolgt von Facebook Messenger und Facebook-App. Den vierten Platz belegt Snapchat und auf Rang fünf folgt Instagram. Die umsatzstärksten Apps waren Lovoo, Spotify und Tinder.[6] Over 90 billion apps were downloaded worldwide in 2016 (iOS app store and Google play store). In Germany, sales increased 40 percent year over year to $ 750 million. On average, an Android smartphone user spent more than 1.5 hours a day in apps. The list of the most popular apps (most downloads) in Germany tops WhatsApp in 2016, followed by Facebook Messenger and Facebook App. Snapchat ranks fourth, followed by Instagram. The top-selling apps were Lovoo, Spotify and Tinder. [6]

Native AppsNative apps

Native Apps zeichnen sich dadurch aus, dass sie speziell an die Zielplattform angepasst sind. Da eine native App die Programmierschnittstellen (APIs) der Zielplattform direkt benutzt, ist die Bandbreite der Anwendungen sehr hoch. Zudem kann auf alle plattformspezifischen Hard- und Software-Funktionen zugegriffen werden, wie Dateien, GPS, Beschleunigungssensoren, Mikrofon und Kamera. Durch die verschiedenen Software-Plattformen ist es jedoch nicht möglich, etwa eine Android-App auf einem iPhone aufzuspielen oder umgekehrt. Somit muss ein Softwareunternehmen die Anwendung für jedes Endgerät einzeln entwickeln. Jede mobile Plattform besitzt ihr eigenes Software Development Kit (SDK) und ihre eigene integrierte Entwicklungsumgebung (z. B. Android Studio oder Xcode), welche von Entwicklern genutzt werden können. Die bevorzugten Programmiersprachen für die größten Systeme sind:

  • • Java und Kotlin für Googles Android
  • • Objective-C und Swift für Apples iOS
  • • C#, C und C++ für Microsofts Windows
Native apps are characterized by the fact that they are specially adapted to the target platform. Since a native app uses the programming interfaces (APIs) of the target platform directly, the range of applications is very high. In addition, all platform-specific hardware and software functions can be accessed, such as files, GPS, acceleration sensors, microphone and camera. Due to the various software platforms, however, it is not possible to install an Android app on an iPhone, for example, or vice versa. A software company must therefore develop the application for each end device individually. Each mobile platform has its own software development kit (SDK) and its own integrated development environment (e.g. Android Studio or Xcode), which can be used by developers. The preferred programming languages for the largest systems are:
  • • Java and Kotlin for Google's Android
  • • Objective-C and Swift for Apple's iOS
  • • C #, C and C ++ for Microsoft's Windows

Mit nativen Apps können die verschiedensten Typen von Geräten auf einmal bedient werden, wenn alle auf einer Plattform basieren. So ist es mit der Universal Windows Platform möglich, auf einmal native Windows-Apps für Desktop-PCs, Laptops, Tablets, Smartphones und die Xbox One zu schreiben.[7] With native apps, the most diverse types of devices can be operated at once, if all are based on one platform. The Universal Windows Platform makes it possible to write native Windows apps for desktop PCs, laptops, tablets, smartphones and Xbox One at once. [7]

Plattformunabhängige Apps Platform independent apps

Siehe auch: PlattformunabhängigkeitSee also: Platform independence

Die rasante Entwicklung unterschiedlicher Betriebssysteme, wie Android, Windows, iOS und mobiler Endgeräte, von Smartphones, über Tablets bis zu Notebooks und Smart-TVs, bringt Unternehmen zum Umdenken. Laut einer Studie des Marktforschungsinstitutes GfK nutzen mehr als 60 % der Erwachsenen in den USA mindestens zwei Geräte täglich und etwa 25 % mindestens drei Geräte.[8] Daher ist es wichtig, dass die App auf allen unterschiedlichen Geräten verfügbar ist und problemlos funktioniert.[9] Diese Erwartungshaltung hat den Bedarf nach plattformunabhängige Hybrid- und Cross-Plattform-Anwendungen erhöht.The rapid development of different operating systems, such as Android, Windows, iOS and mobile devices, from smartphones to tablets to notebooks and smart TVs, is causing companies to rethink. According to a study by the market research institute GfK, more than 60% of adults in the US use at least two devices a day and around 25% use at least three devices. [8] It is therefore important that the app is available on all different devices and works without any problems. [9] This expectation has increased the need for cross-platform hybrid and cross-platform applications.

Plattformunabhängige Apps werden gerade in Unternehmen, die unterschiedliche Geräte benötigen, immer wichtiger. Vor allem durch das Aufkommen des Phänomens Bring your own device (kurz: BYOD, auf Deutsch in etwa: „Bring Dein eigenes Gerät mit“) werden Unternehmen vor die Aufgabe gestellt, firmeninterne Programme und Anwendungen für alle Betriebssysteme und Gerätearten bereitzustellen. Auch spielt Mobilität, beziehungsweise Flexibilität eine tragende Rolle. Eine Anwendung, die auf Desktop-Computern läuft, soll z. B. auch bei dem externen Kundenbesuch auf dem Tablet funktionieren oder unterwegs auf dem Smartphone. Dabei wird versucht, möglichst einfach für mehrere Plattformen gleichzeitig zu entwickeln. Google portiert dazu große Teile des Quellcodes von Inbox, mit Hilfe der Software „J2ObjC“, von Java nach Objective-C.[10] Auch Microsoft bietet mit der „Windows Bridge“ eine Möglichkeit, Windows Apps mit iOS APIs zu entwickeln.[11] Platform-independent apps are becoming increasingly important, especially in companies that need different devices. The phenomenon of bring your own device (abbreviation: BYOD, in German: "Bring your own device with you") in particular means that companies are faced with the task of providing in-house programs and applications for all operating systems and device types. Mobility and flexibility also play a major role. An application that runs on desktop computers is said to B. also work with the external customer visit on the tablet or on the go on the smartphone. It tries to develop for several platforms at the same time as simply as possible. To do this, Google ported large parts of the source code from Inbox from Java to Objective-C using the "J2ObjC" software. [10] Microsoft also offers the "Windows Bridge" a way to develop Windows apps with iOS APIs. [11]

Web-AppsWeb apps

Mit einem Webbrowser können Web-Apps (z. B. Büroprogramme) aufgerufen werden. Hier Google Docs.Web apps (e.g. office programs) can be called up with a web browser. Google Docs here.

Siehe auch: Webanwendung und Progressive Web AppSee also: web application and progressive web app

Mobile Web-Apps werden über den Webbrowser des Mobilgeräts abgerufen und bedürfen keiner Installation. Sie benutzen Webstandards wie HTML5 oder JavaScript, damit sie auf beliebigen Endgeräten betrieben werden können. Im Gegensatz zu mobilen Apps, die für jede Plattform neu implementiert werden müssen, kann eine Implementierung von Web-Apps auf vielen verschiedenen Plattformen genutzt werden. Eine mobile Web-App verhält sich im Idealfall genau so wie eine native App, wird also vom Nutzer nicht wie eine Webseite wahrgenommen, sondern bietet stattdessen eine Benutzeroberfläche, die sich in das mobile Endgerät optisch und ergonomisch integriert. Nachteile von Web-Apps sind, dass sie nicht auf alle Hardware-Komponenten zugreifen können und dass die zur Verfügung stehende Datenübertragungsgeschwindigkeit eine wichtige Rolle spielt. Eine langsame Internetverbindung (beispielsweise bedingt durch schlechten Netzempfang) kann zu spürbaren Verzögerungen in der Interaktivität führen.Mobile web apps are accessed via the web browser of the mobile device and do not require any installation. They use web standards such as HTML5 or JavaScript so that they can be operated on any device. In contrast to mobile apps, which have to be newly implemented for each platform, an implementation of web apps can be used on many different platforms. Ideally, a mobile web app behaves exactly like a native app, so it is not perceived by the user as a website, but instead offers a user interface that is optically and ergonomically integrated into the mobile device. Disadvantages of web apps are that they cannot access all hardware components and that the available data transfer speed plays an important role. A slow internet connection (for example due to poor network reception) can lead to noticeable delays in interactivity.

Bei der Nutzung von Web-Apps müssen meist mehr Daten übertragen werden als bei der Nutzung einer nativen App. Somit können höhere Übertragungs-Gebühren (besonders Roaming-Gebühren im Ausland) für den entstehenden Datenverkehr ein Hindernis für viele Nutzer darstellen, mobile Web-Apps z. B. im Urlaub zu nutzen. Das Zwischenspeichern der benötigten Daten in einem lokalen Speicher (Cache) stellt einen praktikablen Ausweg dar, um diese auch im Offline-Betrieb zur Verfügung zu stellen. Allerdings ist die im Gerät mit Hilfe von Web-Storage-Technik zu speichernde Datenmenge meist stark begrenzt.[12] When using web apps, more data usually has to be transferred than when using a native app. Thus, higher transmission fees (especially roaming fees abroad) for the resulting data traffic can be an obstacle for many users. B. to use on vacation. The temporary storage of the required data in a local memory (cache) is a practical way out so that it can also be made available offline. However, the amount of data to be stored in the device using web storage technology is usually very limited. [12]

Mobile Web-Apps können, im Gegensatz zu allen anderen Typen von mobilen Apps, nicht in App Stores angeboten werden.Unlike all other types of mobile apps, mobile web apps cannot be offered in app stores.

Hybrid-AppsHybrid apps

Hybrid-Apps stellen eine Sonderform einer mobilen App dar. Sie vereinen die Vorteile von nativen und Web-Apps, indem sie auf viele Hard- und Software-Komponenten des mobilen Endgeräts zugreifen und gleichzeitig unterschiedliche Plattformen bedienen können. Sie können sowohl auf unterschiedlichen Mobilgeräten (Smartphone & Tablet) und PCs als auch auf unterschiedlichen Betriebssystemen laufen.Hybrid apps are a special form of a mobile app. They combine the advantages of native and web apps by accessing many hardware and software components of the mobile device and at the same time being able to operate different platforms. They can run on different mobile devices (smartphone & tablet) and PCs as well as on different operating systems.

Hybrid-Apps vereinen die Vorteile von nativen Apps und Webanwendungen, indem Quellcode plattformübergreifend verwendet werden kann.[13] Der Code wird in Webtechnologien wie HTML-, CSS- und JavaScript geschrieben.[14] Hybrid-Apps laufen - für den Nutzer nicht sichtbar - innerhalb des nativen Webbrowsers der jeweiligen Plattform, z. B. Safari oder Google Chrome.[15] Durch das genutzte Framework werden alle Bedienelemente des Browsers, wie beispielsweise die Menüleiste mit URL- oder Lesezeichen-Leiste unterdrückt.Hybrid apps combine the advantages of native apps and web applications in that source code can be used across platforms. [13] The code is written in web technologies such as HTML, CSS and JavaScript. [14] Hybrid apps run - not visible to the user - within the native web browser the respective platform, e.g. B. Safari or Google Chrome. [15] The framework used suppresses all control elements of the browser, such as the menu bar with URL or bookmark bar.

Für die Entwicklung von Hybrid-Apps stehen verschiedenen Frameworks zur Verfügung. Eine der größten Entwicklungsplattformen ist Cordova der Apache Software Foundation und das darauf basierende PhoneGap von Adobe.[16] Es bieten weitere Unternehmen wie Ansca Mobile mit dem Corona SDK und Drifty mit lonic Lösungen zur Entwicklung von Hybrid-Apps an. Es gibt verschiedene Entwicklungsumgebungen, wie zum Beispiel Microsofts Visual Studio, die die Entwicklung von Hybrid-Apps unterstützen.Various frameworks are available for the development of hybrid apps. One of the largest development platforms is Cordova from the Apache Software Foundation and the PhoneGap from Adobe based on it. [16] There are other companies such as Ansca Mobile with the Corona SDK and Drifty with lonic solutions for developing hybrid apps. There are various development environments, such as Microsoft's Visual Studio, that support the development of hybrid apps.

Das Framework lädt eine Bibliothek, die die Kommunikation zwischen JavaScript und der jeweiligen betriebssystemspezifischen Sprache herstellt. Dadurch können Hybrid-Apps auf diverse Hard- und Software-Komponenten des mobilen Endgerätes zugreifen. Ein Zugriff ist unter anderem auf Kontakte, Kamera, Bewegungssensor, GPS und Dateien möglich. Moderne Render-Engines erhöhen die Berechnungsgeschwindigkeit der Interpretation des HTML5-, CSS3- und JavaScript-Codes. Dadurch kann die Ausführungsgeschwindigkeit um ein Vielfaches erhöht werden.[17] Durch Technologie wie WebGL werden komplexe 3D-Grafiken ohne zusätzliche Erweiterungen durch die Hardware beschleunigt.The framework loads a library that establishes communication between JavaScript and the respective operating system-specific language. This enables hybrid apps to access various hardware and software components of the mobile device. Access is possible, among other things, to contacts, camera, motion sensor, GPS and files. Modern render engines increase the calculation speed of the interpretation of the HTML5, CSS3 and JavaScript code. This allows the execution speed to be increased many times over. [17] Technology such as WebGL accelerates complex 3D graphics without additional hardware extensions.

Ein wesentlicher Vorteil der Hybrid-Apps liegt darin, dass mit einer Entwicklung viele Plattformen abgedeckt werden können und keine teurere parallele Entwicklungen für die jeweiligen Ökosysteme stattfinden muss. Infolgedessen sinkt der Entwicklungsaufwand auf Seiten des Softwareunternehmens erheblich, dadurch kann die Benutzeroberfläche und Funktionalität über mehrere Plattformen hinweg auf den gleichen Stand gehalten werden. Jedoch können nicht alle Gerätebeziehungsweise Betriebssystemspezifischen Eigenschaften benutzt werden und bei der Umsetzung der Hybrid-App können plattformspezifische Interaktionsdesigns und das Look and Feel der jeweiligen Plattform nur beschränkt beachtet werden. Zudem sind stark verlangsamte Ladezeiten und eine viel schlechtere Rechenleistung, beispielsweise bei komplexen Spielen, möglich, da sie mit der Zwischenschicht des Webbrowsers agieren.A major advantage of the hybrid apps is that one development can cover many platforms and there is no need for more expensive parallel developments for the respective ecosystems. As a result, the development effort on the part of the software company drops considerably, which means that the user interface and functionality can be kept at the same level across multiple platforms. However, not all device or operating system-specific properties can be used and when implementing the hybrid app, platform-specific interaction designs and the look and feel of the respective platform can only be taken into account to a limited extent. In addition, much slower loading times and much poorer computing power, for example in complex games, are possible because they act with the intermediate layer of the web browser.

Cross-Plattform-AppsCross platform apps

Eine Cross-Plattform-App ist, ähnlich einer Hybrid-App, eine Anwendung, die unabhängig von der Plattform auf verschiedenen Betriebssystemen und Endgeräten ausgeführt werden kann. Im Gegensatz zur Hybrid-App wird die Benutzeroberfläche meist mit den nativen APIs des jeweiligen Betriebssystems gebaut und nicht in einem Webbrowser angezeigt.[18] So lassen sich bis zu 75 % des Quellcodes zwischen den verschiedenen Plattformen teilen, ohne dass es zu starken Einbußen bei der Performance kommt.[19] Der Quellcode wird meist in C#, C++ oder JavaScript geschrieben.Similar to a hybrid app, a cross-platform app is an application that can be run on different operating systems and devices, regardless of the platform. In contrast to the hybrid app, the user interface is usually built with the native APIs of the respective operating system and is not displayed in a web browser. [18] This means that up to 75% of the source code can be shared between the various platforms without significantly reducing performance. [19] The source code is mostly written in C #, C ++ or JavaScript.

Frameworks für die Cross-Plattform-Entwicklung sind die „Xamarin Plattform“ von Xamarin, Appcelerators „Titanium Mobile“ und React Native von Facebook. Alle drei Frameworks unterstützen die Entwicklung von Cross-Plattform-Apps für Android, iOS und Windows. Mit „Xamarin.Forms“ lassen sich auch große Teile des Benutzeroberflächen-Codes zwischen den Plattformen teilen, dabei wird bei Laufzeit das plattformübergreifende Platzhalter-Bedienelement in ein natives Bedienelement verwandelt.[20] Frameworks for cross-platform development are the "Xamarin platform" from Xamarin, Appcelerators "Titanium Mobile" and React Native from Facebook. All three frameworks support the development of cross-platform apps for Android, iOS and Windows. With “Xamarin.Forms”, large parts of the user interface code can also be shared between the platforms. The cross-platform placeholder control element is converted into a native control element at runtime. [20]

Googles Flutter SDK ermöglicht die Entwicklung von Cross-Plattform-Apps für iOS und Android in der Programmiersprache Dart. Flutter nutzt keine nativen Bedienelemente, sondern mit einer eigenen Rendering-Engine Gezeichnete.[21] Google's Flutter SDK enables the development of cross-platform apps for iOS and Android in the Dart programming language. Flutter does not use native controls, but rather draws with its own rendering engine. [21]

Es lässt sich aber auch Model-Layer-Code in C++ zwischen diesen Plattformen teilen, ohne dass ein Framework genutzt werden muss.[22] However, model layer code in C ++ can also be shared between these platforms without the need to use a framework. [22]

Entwicklungdevelopment

Siehe auch: ProgrammierungSee also: programming

Bei der Entwicklung von mobilen Apps müssen einige Einschränkungen im Vergleich zu Anwendungen für Desktop-Computer beachtet werden, so sind z. B. die Prozessoren von Smartphones leistungsschwächer und laufen mit Akkubetrieb. Zudem gibt es eine große Anzahl an verschiedenen Bildschirmgrößen, Hardwarekonfigurationen und Softwareversionen. Mobile Apps werden meist mit Hilfe einer integrierten Entwicklungsumgebung und dem Software Development Kit der entsprechenden Plattform entwickelt. Die Software kann mit einem Emulator getestet werden, bevor sie auf echten Geräten ausprobiert wird.When developing mobile apps, some restrictions have to be observed compared to applications for desktop computers. B. the processors of smartphones are less powerful and run on battery power. There is also a large number of different screen sizes, hardware configurations and software versions. Mobile apps are mostly developed with the help of an integrated development environment and the software development kit of the corresponding platform. The software can be tested with an emulator before trying it out on real devices.

Viele Entwickler setzen mittlerweile auf Sprachdialogsysteme, im Gegensatz zu „normalen“ mobilen Benutzerschnittstellen.[23] Diese können entweder in der Form von Spracherkennung, wie z. B. mit Siri, oder in Form von Chatbots, z. B. in Skype oder Facebook Messenger, umgesetzt werden.[24][25] Diese Form von Interaktionen mit Anwendungen wächst, da viele Nutzer von der Vielzahl an Apps überwältigt werden.[26] Microsofts CEO Satya Nadella sieht Chatbots „als nächstes großes Ding“, welches so tiefgreifende Änderungen wie zuvor das iPhone für Touchscreens oder die Nutzung von grafischen Benutzeroberflächen bringen wird.[27] Many developers now rely on voice dialog systems, in contrast to "normal" mobile user interfaces. [23] These can either be in the form of speech recognition, such as. B. with Siri, or in the form of chatbots, e.g. B. in Skype or Facebook Messenger. [24] [25] This form of interaction with applications is growing because many users are overwhelmed by the multitude of apps. [26] Microsoft's CEO Satya Nadella sees chatbots "as the next big thing", which will bring as far-reaching changes as before to the iPhone for touchscreens or the use of graphical user interfaces. [27]

Der Beschäftigungsbereich für Softwareentwickler von Apps für mobile Plattformen wächst immer weiter, bis 2012 wurden, laut einem Bericht von „TechNet“, allein in den USA 466.000 neue Jobs geschaffen.[28] In Europa sollen es, laut einem Bericht des „Progressive Policy Institute“, Anfang 2016 1,64 Millionen Arbeitsplätze sein, die von mobilen Apps abhängen.[29] Die Hersteller von mobilen Betriebssystemen versuchen mit verschiedenen Methoden, Softwareentwickler für ihre Plattform zu gewinnen. So will Apple im Oktober 2016 ein „iOS App Development Center“ in Neapel, Italien eröffnen, in dem Entwickler geschult werden.[30][31] Google will in Indien zwei Millionen Entwickler schulen und bietet über Udacity verschiedenen Kurse im Bereich der Android-Entwicklung an.[32][33] The employment area for software developers of apps for mobile platforms continues to grow, until 2012, according to a report by "TechNet", alone in the USA 466,000 created new jobs. [28] In Europe, according to a report by the Progressive Policy Institute, there will be 1.64 million jobs in early 2016 that depend on mobile apps. [29] The manufacturers of mobile operating systems try various methods to win software developers for their platform. In October 2016, Apple plans to open an “iOS App Development Center” in Naples, Italy, in which developers are trained. [30] [31] Google wants to train two million developers in India and offers various courses in the field of Android development through Udacity. [32] [33]

Vertriebdistribution

Apps können meist über eine in das Betriebssystem integrierte Internet-Vertriebsplattform bezogen und direkt auf dem Gerät installiert werden. In Folge des großen Markterfolgs von Smartphones und Tablets haben praktisch alle Hersteller mobiler Betriebssysteme eigene Plattformen entwickelt, um die für ihre jeweiligen Geräte entwickelten Apps zu vermarkten. Die Apps können dort von Kunden kostenlos oder kostenpflichtig heruntergeladen werden. Die Vertriebsplattform mit der größten Anzahl an Programmen ist der Google Play Store für Android-Geräte,[34] gefolgt vom App Store für iOS. Daneben gibt es auch für Geräte mit anderen Betriebssystem eigene App Stores. Einnahmen gehen zum größten Teil an die Entwickler, der Betreiber des Vertriebsportals ist an den Gewinnen ebenfalls beteiligt. So behalten Apple, Google und Microsoft 30 Prozent des Kaufpreises einer App als Provision ein. Im Regelfall werden Apps durch die Portalbetreiber technisch geprüft, teilweise findet zusätzlich eine inhaltliche Überprüfung statt.Apps can usually be obtained from an Internet sales platform integrated into the operating system and installed directly on the device. As a result of the great market success of smartphones and tablets, practically all manufacturers of mobile operating systems have developed their own platforms in order to market the apps developed for their respective devices. Customers can download the apps there free of charge or for a fee. The sales platform with the largest number of programs is the Google Play Store for Android devices, [34] followed by the App Store for iOS. There are also separate app stores for devices with other operating systems. Most of the proceeds go to the developers, and the operator of the sales portal also participates in the profits. Apple, Google and Microsoft retain 30 percent of the purchase price of an app as a commission. As a rule, apps are technically checked by the portal operator, and in some cases there is an additional content check.

Es gibt grundsätzlich verschiedene Wege, wie eine App auf ein Gerät gelangt: direkt über die mobile Internetverbindung oder WLAN des Geräts oder mit Hilfe eines PC, mit dem über entsprechende Software (wie etwa iTunes) bei Anbindung des Mobilgeräts Apps installiert werden können. Manche App-Plattformen ermöglichen es auch, die App über den PC zu kaufen und automatisch auf allen synchronisierten Geräten zu installieren, wobei die App von den Geräten automatisch heruntergeladen wird.[35] Sofern die Hersteller ihr mobiles Betriebssystem auch für externe Quellen zur Installation von Anwendungssoftware zugänglich halten, gibt es darüber hinaus weitere, oft plattformübergreifende Angebote durch Shops verschiedener Anbieter im Internet, sowie die Möglichkeit des direkten Bezugs auf den Webseiten der App-Entwickler.There are basically different ways of getting an app to a device: directly via the mobile internet connection or WiFi of the device or with the help of a PC, which can be used to install apps when the mobile device is connected using appropriate software (such as iTunes). Some app platforms also make it possible to buy the app on the PC and automatically install it on all synchronized devices, with the app being downloaded automatically from the devices. [35] Provided that the manufacturers keep their mobile operating system accessible for external sources for the installation of application software, there are also other, often cross-platform offers through shops from different providers on the Internet, as well as the possibility of direct reference to the websites of the app developers.

Datenschutzprivacy

Viele mobile Apps werden von Verbraucherschützern kritisiert, weil sie ohne das Wissen des Benutzers oder dessen Zustimmung Daten versenden, die für die Funktion der App gar nicht erforderlich sind oder die unverschlüsselt oder nicht anonymisiert sind, und daher leicht ausspioniert werden können. Die Betreiber von Plattformen im Internet, wie zum Beispiel soziale Netzwerke oder Einkaufsportale, werden mit Apps in die Lage versetzt, Daten zu sammeln und für gezielte und effiziente Werbezwecke einzusetzen oder an Dritte weiterzuleiten.[36] Besonders kritisch ist es, wenn zum Beispiel bei Shopping-Apps sensible persönliche Daten, wie Kontodaten oder Kreditkarteninformationen, ausspioniert werden können.[37] Viele Apps sammeln zudem Daten über automatisierte Analytics-Dienste, wie Google Analytics oder Twitters Fabric.[38] Many mobile apps are criticized by consumer advocates because, without the knowledge of the user or their consent, they send data that is not necessary for the app to function or that is unencrypted or not anonymized and can therefore be easily spied on. The operators of platforms on the Internet, such as social networks or shopping portals, are enabled with apps to collect data and use it for targeted and efficient advertising purposes or to pass it on to third parties. [36] It is particularly critical if, for example, sensitive personal data such as account details or credit card information can be spied on in shopping apps. [37] Many apps also collect data via automated analytics services such as Google Analytics or Twitters Fabric. [38]

Native Apps können wie alle anderen Programme Sicherheitslücken enthalten. Es bedarf daher grundsätzlich der Sicherstellung der Aktualisierungen des Endgeräts sowie der Softwarepflege durch den Anbieter. Native Apps laufen als eigenständiges Programm auf dem jeweiligen Gerät und haben damit erweiterten Zugriff auf Ressourcen. Diesem Problem wird durch die Verwendung einer Sandbox begegnet, wodurch der Zugriff auf vom Hersteller bereitgestellte Programmschnittstellen beschränkt wird, und somit reguliert werden kann.[39][40] Like all other programs, native apps can contain security holes. It is therefore essential to ensure updates to the end device and software maintenance by the provider. Native apps run as an independent program on the respective device and thus have expanded access to resources. This problem is countered by using a sandbox, which limits access to program interfaces provided by the manufacturer and can therefore be regulated. [39] [40]

Einsatz in UnternehmenUse in companies

In Unternehmen werden Mobile Apps in verschiedenen Bereichen eingesetzt. Dabei werden Anwendungen, die im Unternehmen von den Mitarbeitern an PCs genutzt werden, z. B. Enterprise-Resource-Planning (ERP), Customer-Relationship-Management (CRM) oder Microsoft Outlook, auch auf den Mobilgeräten verfügbar, so dass ortsunabhängig gearbeitet werden kann. Ein anderer Anwendungsbereich ist der Einsatz im Marketing. Apps werden dort zum Beispiel zur Unterstützung der Vertriebsmitarbeiter eingesetzt, etwa durch Bereitstellen von internen Produktkatalogen oder Ersatzteillisten mit direkter Online-Bestellmöglichkeit, auch verbunden mit der vorherigen Abfrage von Lagerbeständen und/oder Prognosen zur momentanen Lieferzeit eines Produkts.Mobile apps are used in companies in various areas. Applications that are used in the company by the employees on PCs are used. B. Enterprise Resource Planning (ERP), Customer Relationship Management (CRM) or Microsoft Outlook, also on mobile devices available so that you can work anywhere. Another area of application is marketing. Apps are used there, for example, to support sales staff, for example by providing internal product catalogs or spare parts lists with direct online ordering options, also in connection with the previous query of inventory levels and / or forecasts of the current delivery time of a product.

Sicherheit
→ Hauptartikel: Mobile-Device-Management
safety
→ Main article: Mobile device management

Mobile Apps bedeuten für Unternehmen im Bring-your-own-device-Kontext oft ein hohes Sicherheitsrisiko, da sie zum Teil ohne Wissen und Zustimmung der Nutzer ungeschützt sensible Daten übertragen. Das bedeutet nicht nur den Verlust vertraulicher Informationen, sondern macht Unternehmen angreif- und erpressbar.[41] Im Unternehmenseinsatz sorgen sogenannte Mobile-Device-Management-Systeme dafür, dass erwünschte Apps zentral auf die Geräte verteilt werden können, zum Teil durch ein eigenes Bezugsportal. Im Fall reiner Firmen-Smartphones oder Tablets wird die Installation anderer Apps durch den Anwender aus Sicherheitsgründen technisch häufig unterbunden, da andernfalls ein möglicher Angriffspunkt für Industriespionage und andere Risiken durch Schadprogramme geschaffen würde. Zur sauberen Trennung von Apps auf Unternehmens-Mobilgeräten mit teilweiser privater Nutzung können sogenannte Persona zur Trennung der jeweiligen Daten und Anwendungen genutzt werden.[42] Mobile apps often pose a high security risk for companies in the bring-your-own-device context, because they sometimes transmit sensitive data without the knowledge and consent of users. This not only means the loss of confidential information, but also makes companies vulnerable and blackmailable. [41] In corporate use, so-called mobile device management systems ensure that desired apps can be distributed centrally to the devices, in part through a dedicated reference portal. In the case of pure company smartphones or tablets, the installation of other apps is technically often prevented by the user for security reasons, since otherwise a possible point of attack for industrial espionage and other risks from malware would be created. So-called persona can be used to separate the respective data and applications for the clean separation of apps on corporate mobile devices with partial private use. [42]

Sofern im Unternehmenseinsatz nicht auf interne IT- und Sicherheitsrichtlinien verzichtet wird, kommt der herkömmliche Vertriebsweg über einen App Store in der Regel nicht in Frage, denn darüber wären die - oft selbstentwickelten - mobilen Apps des Unternehmens auch öffentlich zugänglich. Stattdessen werden solche Apps durch einen Systemadministrator des Unternehmens zentral über Mobile-Device-Management-Lösungen dem Anwender zur Verfügung gestellt beziehungsweise auch automatisch auf das Smartphone installiert.[43] Unless internal IT and security guidelines are not used in company use, the conventional sales channel via an app store is generally out of the question, because it would also make the company's - often self-developed - mobile apps accessible to the public. Instead, such apps are made available to the user centrally by a system administrator of the company via mobile device management solutions or automatically installed on the smartphone. [43]

App WrappingApp wrapping

Eine Möglichkeit zur Absicherung von Unternehmensdaten ist App Wrapping. Beim App Wrapping werden unternehmensrelevante Anwendungen in einer weiteren App verschlüsselt. So wird gewährleistet, dass im Unternehmen nur sichere und zugelassene Anwendungen zum Einsatz kommen.[44] Das hat aber auch Nachteile, es kann zu Urheberrechtsverletzungen bis hin zum Verlust von Gewährleistungsrechten kommen.[45] One option for securing company data is app wrapping. With app wrapping, company-relevant applications are encrypted in another app. This ensures that only safe and approved applications are used in the company. [44] However, this also has disadvantages, it can lead to copyright infringements and even loss of warranty rights. [45]

Natives App ManagementNative app management

Alternativ gibt es die Möglichkeit durch Mobile-Device-Management native Apps sicher anzubieten, ohne dass die native Benutzererfahrung leidet.[46] Diese Funktion bietet unter anderem Apple seit iOS 7, Google mit „Android for Work“ und Samsung mit Knox.[47][48] Alternatively, there is the option of offering native apps securely through mobile device management without affecting the native user experience. [46] This function has been offered by Apple since iOS 7, Google with "Android for Work" and Samsung with Knox. [47] [48]

InternetInternet

Das Internet (von englisch internetwork, zusammengesetzt aus dem Präfix inter und network ,Netzwerk‘ oder kurz net ,Netz‘), umgangssprachlich auch Netz, ist ein weltweiter Verbund von Rechnernetzwerken, den autonomen Systemen. Es ermöglicht die Nutzung von Internetdiensten wie WWW, E-Mail, Telnet, SSH, XMPP, MQTT und FTP. Dabei kann sich jeder Rechner mit jedem anderen Rechner verbinden. Der Datenaustausch zwischen den über das Internet verbundenen Rechnern erfolgt über die technisch normierten Internetprotokolle. Die Technik des Internets wird durch die RFCs der Internet Engineering Task Force (IETF) beschrieben.The Internet (from the English internetwork, composed of the prefix inter and network, network 'or net' for short, network '), colloquially also the network, is a worldwide network of computer networks, the autonomous systems. It enables the use of Internet services such as WWW, email, Telnet, SSH, XMPP, MQTT and FTP. Each computer can connect to any other computer. The data exchange between the computers connected via the Internet takes place via the technically standardized Internet protocols. The technology of the Internet is described by the RFCs of the Internet Engineering Task Force (IETF).

Die Verbreitung des Internets hat zu umfassenden Umwälzungen in vielen Lebensbereichen geführt. Es trug zu einem Modernisierungsschub in vielen Wirtschaftsbereichen sowie zur Entstehung neuer Wirtschaftszweige bei und hat zu einem grundlegenden Wandel des Kommunikationsverhaltens und der Mediennutzung im beruflichen und privaten Bereich geführt. Die kulturelle Bedeutung dieser Entwicklung wird manchmal mit der Erfindung des Buchdrucks gleichgesetzt.The spread of the Internet has led to extensive upheavals in many areas of life. It contributed to a modernization push in many economic sectors as well as the emergence of new branches of industry and has led to a fundamental change in communication behavior and media use in the professional and private spheres. The cultural significance of this development is sometimes equated with the invention of book printing.

Die Übertragung von Daten im Internet unabhängig von ihrem Inhalt, dem Absender und dem Empfänger wird als Netzneutralität bezeichnet.The transmission of data on the Internet regardless of its content, the sender and the recipient is referred to as network neutrality.

Infrastruktur Infrastructure

Das Internet besteht aus Netzwerken unterschiedlicher administrativer Verwaltung, die zusammengeschaltet sind. Darunter sind hauptsächlich

  • • Providernetzwerke, an die die Rechner der Kunden eines Internetproviders angeschlossen sind,
  • • Firmennetzwerke (Intranets), die die Computer einer Firma verbinden, sowie
  • • Universitäts- und Forschungsnetzwerke.
The Internet consists of networks of different administrative administrations that are interconnected. Among them are mainly
  • Provider networks to which the computers of the customers of an Internet provider are connected,
  • • Company networks (intranets) that connect a company's computers, as well as
  • • University and research networks.

Physikalisch besteht das Internet im Kernbereich, also bei Verbindungen zwischen den oben genannten Netzwerken und in den Backbones großer Netzwerke, kontinental und interkontinental hauptsächlich aus Glasfaserkabeln, die durch Router zu einem Netz verbunden sind. Glasfaserkabel bieten eine enorme Übertragungskapazität und wurden vor einigen Jahren zahlreich sowohl als Land- als auch als Seekabel in Erwartung sehr großen Datenverkehr-Wachstums verlegt. Da sich die physikalisch mögliche Übertragungsrate pro Faserpaar mit fortschrittlicher Lichteinspeisetechnik (DWDM) aber immens vergrößerte, besitzt das Internet hier zurzeit teilweise Überkapazitäten. Schätzungen zufolge wurden im Jahr 2005 nur drei Prozent der zwischen europäischen oder US-amerikanischen Städten verlegten Glasfasern benutzt.[17] Auch Satelliten und Richtfunkstrecken sind in die globale Internet-Struktur eingebunden, haben jedoch einen geringen Anteil.Physically, the Internet in the core area, i.e. with connections between the above-mentioned networks and in the backbones of large networks, consists mainly of fiber optic cables, continental and intercontinental, which are connected to a network by routers. Fiber optic cables offer enormous transmission capacity and were laid a number of years ago both as land and sea cables in anticipation of very high data traffic growth. However, since the physically possible transmission rate per fiber pair has increased immensely with advanced light feed technology (DWDM), the Internet currently has overcapacity in some cases. In 2005, it was estimated that only three percent of the glass fiber laid between European or US cities was used. [17] Satellites and microwave links are also integrated into the global Internet structure, but have a small share.

Auf der sogenannten letzten Meile, also bei den Hausanschlüssen, werden die Daten oft auf Kupferleitungen von Telefon- oder Fernsehanschlüssen und vermehrt auch über Funk, mittels WLAN oder UMTS, übertragen. Glasfasern bis zum Haus (FTTH) sind in Deutschland noch nicht sehr weit verbreitet. Privatpersonen greifen auf das Internet entweder über einen Schmalbandanschluss, zum Beispiel per Modem oder ISDN (siehe auch Internet by Call), oder über einen Breitbandzugang, zum Beispiel mit DSL, Kabelmodem oder UMTS, eines Internetproviders zu. Firmen oder staatliche Einrichtungen sind häufig per Standleitung auf Kupfer- oder Glasfaserbasis mit dem Internet verbunden, wobei Techniken wie Kanalbündelung, ATM, SDHoder - immer häufiger - Ethernet in allen Geschwindigkeitsvarianten zum Einsatz kommen.On the so-called last mile, i.e. the house connections, the data is often transmitted on copper lines from telephone or television connections and increasingly also via radio, using WLAN or UMTS. Glass fibers up to the house (FTTH) are not yet very widespread in Germany. Private individuals access the Internet either via a narrowband connection, for example via modem or ISDN (see also Internet by Call), or via broadband access, for example with DSL, cable modem or UMTS, from an Internet provider. Companies or government institutions are often connected to the Internet via dedicated lines based on copper or fiber optics, whereby technologies such as channel bundling, ATM, SDH or - more and more frequently - Ethernet are used in all speed variants.

In privaten Haushalten werden oft Computer zum Abrufen von Diensten ans Internet angeschlossen, die selbst wenige oder keine solche Dienste für andere Teilnehmer bereitstellen und nicht dauerhaft erreichbar sind. Solche Rechner werden als Client-Rechner bezeichnet. Server dagegen sind Rechner, die in erster Linie Internetdienste anbieten. Sie stehen meistens in sogenannten Rechenzentren, sind dort schnell angebunden und in klimatisierten Räumlichkeiten gegen Strom- und Netzwerkausfall sowie Einbruch und Brand gesichert. Peer-to-Peer-Anwendungen versetzen auch obige Client-Rechner in die Lage, zeitweilig selbst Dienste anzubieten, die sie bei anderen Rechnern dieses Verbunds abrufen. So wird hier die strenge Unterscheidung des Client-Server-Modells aufgelöst.In private households, computers for accessing services are often connected to the Internet which themselves provide few or no such services for other subscribers and are not permanently accessible. Such computers are referred to as client computers. Servers, on the other hand, are computers that primarily offer Internet services. They are usually located in so-called data centers, are quickly connected to them and are secured in air-conditioned rooms against power and network failure as well as burglary and fire. Peer-to-peer applications also enable the above client computers to temporarily offer themselves services that they call up from other computers in this network. In this way, the strict distinction between the client-server model is resolved.

An Internet-Knoten werden viele verschiedene Backbone-Netzwerke über leistungsstarke Verbindungen und Geräte (Router und Switches) miteinander verbunden. Darauf wird der Austausch von Erreichbarkeitsinformationen zwischen jeweils zwei Netzen vertraglich und technisch als Peering, also auf der Basis von Gegenseitigkeit organisiert und somit der Datenaustausch ermöglicht. Am DE-CIX in Frankfurt am Main, dem größten Austauschpunkt dieser Art, sind beispielsweise mehr als hundert Netzwerke zusammengeschaltet. Eine solche Übergabe von Datenverkehr zwischen getrennten administrativen Bereichen, sogenannten autonomen Systemen, kann auch an jedem anderen Ort geschaltet werden, es ist meist jedoch wirtschaftlich sinnvoller, dies gebündelt an verschiedenen Internet-Knoten vorzunehmen. Da in der Regel ein autonomes System, wie ein Internetprovider, nicht alle anderen auf diese Art erreichen kann, benötigt es selbst mindestens einen Provider, der den verbleibenden Datenverkehr gegen Bezahlung zustellt. Dieser Vorgang ist technisch dem Peering ähnlich, nur stellt der sog. Upstream- oder Transitprovider dem Kundenprovider alle via Internet verfügbaren Erreichbarkeitsinformationen zur Verfügung, auch diejenigen, bei denen er selbst für die Zustellung des zu ihnen führenden Datenverkehrs bezahlen muss. Es gibt derzeit neun sehr große, sogenannte Tier-1-Provider, die ihren gesamten Datenverkehr auf Gegenseitigkeit abwickeln oder an ihre Kunden zustellen können, ohne einen Upstreamprovider zu benötigen.Many different backbone networks are connected to one another at Internet nodes via powerful connections and devices (routers and switches). The exchange of accessibility information between two networks is then contractually and technically organized as peering, i.e. on the basis of reciprocity, and data exchange is thus made possible. At DE-CIX in Frankfurt am Main, the largest exchange of this kind, more than a hundred networks are interconnected. Such a transfer of data traffic between separate administrative areas, so-called autonomous systems, can also be switched to any other location, but it is usually economically more sensible to do this in a bundled manner at different Internet nodes. Since an autonomous system, such as an Internet provider, cannot usually reach all others in this way, it itself requires at least one provider to deliver the remaining data traffic for a fee. This process is technically similar to peering, only the so-called upstream or transit provider provides the customer provider with all accessibility information available via the Internet, including those for which he himself has to pay for the delivery of the data traffic leading to them. There are currently nine very large, so-called Tier 1 providers that can process all of their data traffic reciprocally or deliver it to their customers without the need for an upstream provider.

Da das Arpanet als dezentrales Netzwerk möglichst ausfallsicher sein sollte, wurde schon bei der Planung beachtet, dass es keinen Zentralrechner geben soll, also keinen Ort, an dem alle Verbindungen zusammenlaufen. Diese Dezentralität wurde jedoch auf der politischen Ebene des Internets nicht eingehalten. Die Internet Corporation for Assigned Names and Numbers (ICANN) ist als hierarchisch höchste Organisation zuständig für die Vergabe von IP-Adressbereichen, die Koordination des Domain Name Systems (DNS) und der dafür nötigen Root-Nameserver-Infrastruktur sowie für die Festlegung anderer Parameter der Internetprotokollfamilie, die weltweite Eindeutigkeit verlangen. Sie untersteht formal dem US-Handelsministerium.[18] Since the Arpanet as a decentralized network should be as fail-safe as possible, care was taken during the planning stage that there should not be a central computer, i.e. no location where all connections converge. However, this decentralization was not observed at the political level of the Internet. The Internet Corporation for Assigned Names and Numbers (ICANN), as the highest hierarchical organization, is responsible for the assignment of IP address ranges, the coordination of the Domain Name System (DNS) and the necessary root name server infrastructure as well as for the definition of other parameters of the Internet protocol family that require worldwide uniqueness. It is formally subordinate to the US Department of Commerce. [18]

Die netzartige Struktur sowie die Heterogenität des Internets tragen zu einer hohen Ausfallsicherheit bei. Für die Kommunikation zwischen zwei Nutzern existieren meistens mehrere mögliche Wege über Router mit verschiedenen Betriebssystemen, und erst bei der tatsächlichen Datenübertragung wird entschieden, welcher benutzt wird. Dabei können zwei hintereinander versandte Datenpakete beziehungsweise eine Anfrage und die Antwort je nach Auslastung und Verfügbarkeit verschiedene Pfade durchlaufen. Deshalb hat der Ausfall einer physikalischen Verbindung im Kernbereich des Internets meistens keine schwerwiegenden Auswirkungen; nur ein Ausfall der einzigen Verbindung auf der letzten Meile lässt sich nicht ausgleichen. The network-like structure and the heterogeneity of the Internet contribute to a high level of reliability. For the communication between two users, there are usually several possible routes via routers with different operating systems, and it is only when the actual data transmission is decided which one is used. Two data packets sent in succession or an inquiry and the response can run through different paths depending on the load and availability. Therefore, the failure of a physical connection in the core area of the Internet usually has no serious effects; only a failure of the only connection on the last mile cannot be compensated.

Internetprotokoll und Domain Name SystemInternet protocol and domain name system

Das Internet basiert auf der Internetprotokollfamilie, die die Adressierung und den Datenaustausch zwischen verschiedenen Computern und Netzwerken in Form von offenen Standards regelt. Das Protokoll, in dem die weltweit eindeutige Adressierung von angebundenen Rechnern festgelegt und benutzt wird, heißt Internetprotokoll (IP). Die Kommunikation damit geschieht nicht verbindungsorientiert, wie beim Telefon, sondern paketorientiert. Das heißt, dass die zu übertragenden Daten in IP-Paketen einer Größe von bis zu ca. 65.000 Byte, meist aber nur 1500 Byte, übermittelt werden, die jeweils IP-Adressen als Absende- und Zielinformation beinhalten. Der Empfänger setzt die Daten aus den Paketinhalten, auch Nutzdaten genannt, in festgelegter Reihenfolge wieder zusammen.The Internet is based on the Internet protocol family, which regulates the addressing and data exchange between different computers and networks in the form of open standards. The protocol in which the globally unique addressing of connected computers is defined and used is called Internet Protocol (IP). Communication with it is not connection-oriented, as with the telephone, but rather packet-oriented. This means that the data to be transmitted are transmitted in IP packets with a size of up to approx. 65,000 bytes, but mostly only 1500 bytes, which each contain IP addresses as send and destination information. The recipient reassembles the data from the package contents, also called user data, in a specified order.

Die Netzwerkprotokolle sind je nach Aufgabe verschiedenen Schichten zugeordnet, wobei Protokolle höherer Schicht samt Nutzdaten in den Nutzdaten niederer Schichten transportiert werden. Die Standards und Protokolle des Internets werden in RFCs beschrieben und festgelegt. Ein großer Vorteil des Internetprotokolls ist, dass die Paketübertragung unabhängig von der Wahl der verwendeten Betriebssysteme und unabhängig von den Netzwerktechniken der Protokollschichten unterhalb von IP geschehen kann, ähnlich wie ein ISO-Container im Güterverkehr nacheinander per Schiff, Bahn und Lastwagen transportiert werden kann, um an sein Ziel zu gelangen.Depending on the task, the network protocols are assigned to different layers, with protocols of a higher layer including user data being transported in the user data of lower layers. The standards and protocols of the Internet are described and defined in RFCs. A great advantage of the Internet protocol is that packet transmission can take place regardless of the choice of operating systems used and regardless of the network technology of the protocol layers below IP, similar to how an ISO container can be transported one after the other by freight, rail and truck to get to his destination.

Um einen bestimmten Computer ansprechen zu können, identifiziert ihn das Internetprotokoll mit einer eindeutigen IP-Adresse. Dabei handelt es sich bei der Version IPv4 um vier Byte (32 Bit), die als vier Dezimalzahlen im Bereich von 0 bis 255 durch einen Punkt getrennt angegeben werden, beispielsweise 66.230.200.100. Bei der neuen Version IPv6 sind dies 16 Byte (128 Bit), die als acht durch Doppelpunkt getrennte Blöcke aus je vier hexadezimalen Ziffern angegeben werden, z. B. 2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344. Man kann sich diese Adressen wie Telefonnummern für Computer mit dem Domain Name System (DNS) als automatischem Telefonbuch vorstellen.In order to be able to address a specific computer, the Internet protocol identifies it with a unique IP address. Version IPv4 is four bytes (32 bits), which are specified as four decimal numbers in the range from 0 to 255 separated by a period, for example 66.230.200.100. In the new version IPv6, these are 16 bytes (128 bits), which are specified as eight blocks separated by colons, each consisting of four hexadecimal digits, e.g. B. 2001: 0db8: 85a3: 08d3: 1319: 8a2e: 0370: 7344. You can think of these addresses as phone numbers for computers with the Domain Name System (DNS) as an automatic phone book.

Das DNS ist ein wichtiger Teil der Internet-Infrastruktur. Es ist eine über viele administrative Bereiche verteilte, hierarchisch strukturierte Datenbank, die einen Übersetzungsmechanismus zur Verfügung stellt: Ein für Menschen gut merkbarer Domänenname (zum Beispiel „wikipedia.de“) kann in eine IP-Adresse übersetzt werden und umgekehrt. Dies geschieht - vom Nutzer unbemerkt - immer dann, wenn er etwa im Webbrowser auf einen neuen Hyperlink klickt oder direkt eine Webadresse eingibt. Der Browser fragt dann zuerst mittels IP-Paket einen ihm bekannten DNS-Server nach der IP-Adresse des fremden Namens und tauscht dann IP-Pakete mit dieser Adresse aus, um die Inhalte der dort angebotenen Dienste wie beispielsweise Webseiten abzurufen. Zum Ermitteln der IP-Adresse befragt oft der DNS-Server selbst der Hierarchie folgend andere DNS-Server. Die Wurzel der Hierarchie, die in den Namen durch die Punkte erkennbar wird, bilden die Root-Nameserver. So wird also das Erreichen der erwähnten Dienste mit IP-Paketen ermöglicht, durch die den Anwendern erst ein Nutzen aus dem Internet entsteht. Auch das DNS selbst ist genau genommen schon ein solcher, wenn auch sehr grundlegender Dienst, ohne den die Nutzer zum Verbinden mit anderen Rechnern IP-Adressen statt Namen angeben müssten.The DNS is an important part of the internet infrastructure. It is a hierarchically structured database that is distributed over many administrative areas and provides a translation mechanism: A domain name that can be easily recognized by humans (for example “wikipedia.de”) can be translated into an IP address and vice versa. This happens - unnoticed by the user - whenever he clicks on a new hyperlink in the web browser or directly enters a web address. The browser then first uses an IP packet to ask a DNS server known to it for the IP address of the foreign name and then exchanges IP packets with this address in order to access the content of the services offered there, such as websites. To determine the IP address, the DNS server itself often queries other DNS servers in accordance with the hierarchy. The root name server forms the root of the hierarchy, which can be recognized in the names by the dots. In this way, it is possible to achieve the services mentioned with IP packets, through which users only benefit from the Internet. The DNS itself is actually such a service, albeit a very basic one, without which users would have to enter IP addresses instead of names to connect to other computers.

Im Kernbereich des Internets müssen die IP-Pakete durch ein weit verzweigtes Netz. Die Verzweigungsstellen sind Router, die über den kürzesten Weg zur Ziel-IP-Adresse des Paketes entscheiden. Sie verwenden dazu Routingtabellen, die über Routingprotokolle automatisch erstellt und aktuell gehalten werden; so wird automatisch auf ausgefallene Verbindungen reagiert. In Routingtabellen werden mehrere mögliche Ziel-IP-Adressen mit Hilfe von Netzmasken - bei IPv6 spricht man von Präfixlängen - zu Zielnetzen zusammengefasst, und diesen wird jeweils ein Ausgang des Routers, zum Beispiel in Form der Sprungadresse zum nächsten Router (Next Hop IP Address), zum Weiterleiten zugeordnet. Zwischen autonomen Systemen geschieht der Austausch dieser Erreichbarkeitsinformationen heute ausschließlich über das Border Gateway Protocol, innerhalb eines autonomen Systems stehen viele andere Routingprotokolle zu Verfügung. Für Computer und Router, die nicht im Kernbereich des Internets stehen, reicht eine statische, nicht durch Routingprotokolle erzeugte, Routingtabelle aus. Diese enthält dann eine Default-Route, oft auch Standard- oder Default-Gateway genannt, die für alle Zielnetze, die nicht anders eingetragen sind, in Richtung des Kernbereichs des Internets weist, ähnlich einem Wegweiser „Alle Richtungen“ im Straßenverkehr. Die Router im Kernbereich verwalten zurzeit Routingtabellen mit bis zu 540.000 Zielnetzen für IPv4 und 21.000 für IPv6.[19] At the core of the Internet, the IP packets have to go through an extensive network. The branches are routers that decide on the shortest route to the destination IP address of the packet. You use routing tables that are automatically created and kept up-to-date via routing protocols; this will automatically react to failed connections. In routing tables, several possible destination IP addresses are grouped together with the help of netmasks - in IPv6 one speaks of prefix lengths - to destination networks, and these are each an output of the router, for example in the form of the jump address to the next router (Next Hop IP Address) assigned for forwarding. The exchange of this accessibility information between autonomous systems takes place exclusively via the Border Gateway Protocol. Many other routing protocols are available within an autonomous system. For computers and routers that are not in the core area of the Internet, a static routing table that is not generated by routing protocols is sufficient. This then contains a default route, often also a standard or default gateway named, which points towards the core area of the Internet for all destination networks, which are not entered otherwise, similar to a signpost "All directions" in road traffic. The routers in the core area currently manage routing tables with up to 540,000 target networks for IPv4 and 21,000 for IPv6. [19]

In den Nutzdaten des Internetprotokolls werden abhängig vom verwendeten Dienst immer noch Protokolle höherer Schichten (wie TCP oder UDP) übertragen, so wie ein ISO-Container im Güterverkehr Postpakete beinhalten kann, in denen wiederum Güter eingepackt sind. Die meisten Webseiten benutzen, aufbauend auf TCP, das Hypertext Transfer Protocol (HTTP) und für verschlüsselte Seiten das Hypertext Transfer Protocol Secure (HTTPS). E-Mails benutzen das Simple Mail Transfer Protocol (SMTP), ebenfalls aufbauend auf TCP, das DNS wird dagegen weitgehend mittels UDP abgewickelt.Depending on the service used, higher-level protocols (such as TCP or UDP) are still transmitted in the user data of the Internet protocol, just as an ISO container in freight transport can contain postal packets, in which goods are packed. Most websites use the Hypertext Transfer Protocol (HTTP) based on TCP and the Hypertext Transfer Protocol Secure (HTTPS) for encrypted pages. Emails use the Simple Mail Transfer Protocol (SMTP), also based on TCP, the DNS, however, is largely handled using UDP.

Bei IPv4 erhalten oft viele Arbeitsplatzrechner in dem Netzwerk einer Firma oder Organisation private IP-Adressen, die bei nach außen gerichteter Kommunikation per Network Address Translation (NAT) auf wenige öffentliche, global eindeutige IP-Adressen übersetzt werden. Auf diese Rechner kann aus dem Internet nicht direkt zugegriffen werden, was meistens zwar aus Sicherheitsgründen erwünscht ist (siehe auch: Firewall), aber auch offensichtliche Nachteile hat. Für IPv6 stehen erheblich mehr öffentliche Adressen zur Verfügung, so kann laut RFC 4864 auf NAT verzichtet werden und die Filterung des Datenverkehrs hat mehr Möglichkeiten.With IPv4, many workstations in the network of a company or organization often receive private IP addresses that are translated to a few public, globally unique IP addresses when communicating externally using Network Address Translation (NAT). These computers cannot be accessed directly from the Internet, which is usually desirable for security reasons (see also: Firewall), but also has obvious disadvantages. There are considerably more public addresses available for IPv6, so according to RFC 4864 NAT can be dispensed with and filtering data traffic has more options.

DatenaufkommenData volume

Im Jahr 2012 betrug das Datenaufkommen im festverkabelten, öffentlich zugänglichen Internet mehr als 26,7 Exabyte (1 Exabyte = 1 Mrd. Gigabyte) pro Monat, was einem täglichen Datenaufkommen von annähernd einem Exabyte entspricht. Die Datenmenge von einem Exabyte ist vergleichbar mit der mehr als 2500-fachen Datenmenge aller Bücher, die je geschrieben wurden.[24] Das mobile Datenaufkommen (Datenaustausch über Mobilfunknetze) beläuft sich im Jahr 2012 auf über 1,1 Exabyte Daten monatlich.In 2012, the data volume on the permanently wired, publicly accessible Internet was more than 26.7 exabytes (1 exabyte = 1 billion gigabytes) per month, which corresponds to a daily data volume of approximately one exabyte. The data volume of one exabyte is comparable to the more than 2500 times the data volume of all books that have ever been written. [24] The volume of mobile data (data exchange via cellular networks) in 2012 was over 1.1 exabytes of data per month.

Bis zum Jahr 2015 wird das Datenaufkommen im festverkabelten Internet voraussichtlich auf annähernd 60 Exabyte pro Monat wachsen. Im mobilen Internet wird ein Datenaufkommen von mehr als 6,2 Exabyte monatlich prognostiziert. Über die Hälfte der übertragenen Daten machen Videodienste (Video-on-Demand) aus.[25] By 2015, the data volume on the wired internet is expected to grow to approximately 60 exabytes per month. A data volume of more than 6.2 exabytes per month is forecast on the mobile Internet. Video services (video-on-demand) make up over half of the transmitted data. [25]

Weltweit wird der IP-Datenverkehr für 2017 auf 1,4 Zettabyte angenommen, allein in Deutschland werden 38 Exabyte angenommen, gegenüber einem Aufkommen im Jahre 2012 von 17 Exabyte. Dabei wird eine Steigerung im mobilen Datenverkehr mit Smartphones und Tablets bis 2017 um jährlich 60 % auf dann 13,6 Exabyte erwartet.Worldwide, IP data traffic is assumed to be 1.4 zettabytes in 2017; 38 exabytes are assumed in Germany alone, compared to 17 exabytes in 2012. An increase in mobile data traffic with smartphones and tablets is expected to increase by 60% annually to 13.6 exabytes by 2017.

InternetzugangInternet access

Ein Internetzugang (auch Internetanschluss, Internetverbindung) bezeichnet im Allgemeinen die Nachrichtenverbindung eines Computers oder eines Netzwerkes mit dem Internet.Internet access (also Internet connection, Internet connection) generally refers to the communication connection of a computer or a network to the Internet.

Grundsätzlich wird unterschieden zwischen der Breitband-Datenfernübertragung (in der Regel per DSL- oder Kabelmodem) und den herkömmlichen Schmalband-Verbindungen per Telefonmodem oder per ISDN sowie den mobilen Verbindungen über LTE, HSDPA, UMTS, EDGE oder GPRS.A basic distinction is made between broadband data transmission (usually via DSL or cable modem) and conventional narrowband connections via telephone modem or ISDN as well as mobile connections via LTE, HSDPA, UMTS, EDGE or GPRS.

Voraussetzungenrequirements

Internetverbindungen für private Teilnehmer sind in der Regel nur mit einem Dienstleistungsvertrag mit einem Internetdienstanbieter (Internet Service Provider, ISP), der gleichzeitig Zugangsdienste anbietet oder einem Internetzugangsanbieter (Internet Access Provider, IAP) möglich (auch bei einer Internet-by-Call-Verbindung besteht ein Dienstleistungsvertrag). Die Verbindung wird über einen Einwahlknoten bzw. einen Breitband-PoP und ein kundenseitig installiertes Modem oder ISDN-Endgerät aufgebaut, im Fall von leitungsgebundenem Zugang regelmäßig über die Teilnehmeranschlussleitung oder das TV-Kabelnetz.Internet connections for private subscribers are generally only possible with a service contract with an Internet service provider (ISP) who also offers access services or an Internet access provider (IAP) (even with an Internet-by-call connection) a service contract). The connection is established via a dial-in node or a broadband PoP and a customer-installed modem or ISDN terminal, in the case of wired access, regularly via the subscriber line or the TV cable network.

Das Endgerät muss weiter mit dem einzelnen Rechner oder dem lokalen Rechnernetz verbunden werden - per Kabel (LAN, d. h. drahtgebunden), Wireless LAN, Bluetooth (Funk) oder über das Stromnetz. Ferner ist für das Modem ein Gerätetreiber notwendig. Der Datendurchsatz des Datenaustauschs wird mit Bit pro Sekunde (bit/s oder b/s) bemessen, im weitverbreiteten DSL-Standard werden im Allgemeinen mindestens 1024 kbit/s (kilobit/s) in Download- und 128 kbit/s in Uploadrichtung übertragen.The end device must also be connected to the individual computer or the local computer network - via cable (LAN, i.e. wired), wireless LAN, Bluetooth (radio) or via the power network. A device driver is also required for the modem. The data throughput of the data exchange is measured at bits per second (bit / s or b / s); in the widespread DSL standard, at least 1024 kbit / s (kilobit / s) are generally transmitted in the download and 128 kbit / s in the upload direction.

Eine Verbindung kann über GMDSS, UMTS oder anders mobiles Internet oder einen Surfstick aufgebaut werden. Die SIM-Karten müssen zuvor für das Internet freigeschaltet werden. A connection can be established via GMDSS, UMTS or other mobile internet or a surf stick. The SIM cards must first be activated for the Internet.

Zusammenfassend sind die folgenden telekommunikativen Verbindungen denkbar: Dial-up, ISDN, DSL-Varianten (ADSL, SDSL, VDSL, PortableDSL, Internetzugang über Satellit), Kabelmodem, WLAN, WiBro, WiMAX, Mobilfunk (LTE, CSD und HSCSD, GPRS, EDGE, UMTS mit HSDPA, WAP), Glasfasernetz, Trägerfrequenzanlage (Powerline Communication) und xMax (nur in Nordamerika).In summary, the following telecommunications connections are conceivable: dial-up, ISDN, DSL variants (ADSL, SDSL, VDSL, PortableDSL, Internet access via satellite), cable modem, WLAN, WiBro, WiMAX, mobile radio (LTE, CSD and HSCSD, GPRS, EDGE , UMTS with HSDPA, WAP), fiber optic network, carrier frequency system (Powerline Communication) and xMax (only in North America).

Nutzung und TechnikUse and technology

Modem (V.34-Standard) nach ISA-Standard, obsolet seit den 1990er Jahren

  • • IP-Telefonie und ISDN over IP
  • • Internetsurfen (Ansteuern von Dateien, die über Server erreichbar sind, beispielsweise Homepages/Websites/Netzpublikationen, E-Mails (sofern via POP3), Webcam)
  • • Datenübertragung zwischen Server und Client, oder dezentral zwischen vielen Clients untereinander, etwa durch FTP oder Peer to Peer
  • • IPTV (Fernsehen)
  • • Internet Protocol
  • • Internetprotokollfamilie
  • • WAP und I-mode (jeweils für moderne Mobiltelefone)
Modem (V.34 standard) according to the ISA standard, obsolete since the 1990s
  • • IP telephony and ISDN over IP
  • • Internet surfing (control of files that are accessible via servers, for example homepages / websites / network publications, e-mails (if via POP3), webcam)
  • • Data transmission between server and client, or decentrally between many clients among themselves, for example via FTP or peer to peer
  • • IPTV (television)
  • Internet Protocol
  • • Internet protocol family
  • • WAP and I-mode (each for modern mobile phones)

Eine Internetverbindung besteht ab der Einwahl in das Netz des ISP, nicht zwingend durch das Aktivieren des Browser-Fensters.An Internet connection is available from dialing into the ISP network, not necessarily by activating the browser window.

Nach 24 Stunden Online-Zeit wird bei vielen Providern eine Zwangstrennung vorgenommen.After 24 hours online time, many providers are forced to separate.

VertragsrechtContract law

Die Bereitstellung der Internetleitung ist in Deutschland gemeinhin ein Dienstvertrag.[2] Die Abschaltung des Anschlusses erfolgt in Deutschland gem. § 45k Telekommunikationsgesetz, nicht nur nach jeweiliger AGB. Hierzu gibt es zahlreiche Entscheidungen in der Rechtsprechung.The provision of the Internet line is generally a service contract in Germany. [2] The connection is switched off in Germany according to § 45k Telecommunications Act, not only according to the respective terms and conditions. There are numerous decisions in the case law on this.

World Wide WebWorld Wide Web

Das World Wide Web [,w3:ld waid'wεb] (englisch für „weltweites Netz“, kurz Web, WWW, selten und vor allem in der Anfangszeit und den USA auch W3) ist ein über das Internet abrufbares System von elektronischen Hypertext-Dokumenten, sogenannten Webseiten. Sie sind durch Hyperlinks untereinander verknüpft und werden im Internet über die Protokolle HTTP oder HTTPS übertragen. Die Webseiten enthalten meist Texte, oft mit Bildern und grafischen Elementen illustriert. Häufig sind auch Videos, Tondokumente und Musikstücke eingebettet.The World Wide Web [, w3: ld waid'wεb] (English for "worldwide network", short Web, WWW, rare and especially in the early days and in the USA also W3) is a system of electronic hypertext that can be called up via the Internet. Documents, so-called websites. They are linked to each other by hyperlinks and are transmitted on the Internet using the HTTP or HTTPS protocols. The websites mostly contain texts, often illustrated with pictures and graphic elements. Videos, audio documents and pieces of music are also often embedded.

AllgemeinesGeneral

Umgangssprachlich wird das World Wide Web oft mit dem Internet gleichgesetzt,[1] es ist jedoch jünger und stellt nur eine von mehreren möglichen Nutzungen des Internets dar. Andere Internet-Dienste wie E-Mail, IRC oder Telnet sind nicht in das World Wide Web integriert.Colloquially, the World Wide Web is often equated with the Internet, [1] however, it is younger and represents only one of several possible uses of the Internet. Other Internet services such as e-mail, IRC or Telnet are not in the World Wide Web integrated.

Zum Aufrufen von Inhalten aus dem World Wide Web wird ein Webbrowser benötigt, der z. B. auf einem PC oder einem Smartphone läuft. Mit ihm kann der Benutzer die auf einem beliebigen, von ihm ausgewählten Webserver bereitgestellten Daten herunterladen und auf einem geeigneten Ausgabegerät wie einem Bildschirm oder einer Braillezeile anzeigen lassen. Der Benutzer kann dann den Hyperlinks auf der angezeigten Webseite folgen, die auf andere Webseiten verweisen, gleichgültig ob diese auf demselben Webserver oder einem anderen gespeichert sind. So ergibt sich ein weltweites Netz aus Webseiten. Das Verfolgen der Hyperlinks wird auch als „Surfen im Internet“ bezeichnet.A web browser is required to access content from the World Wide Web. B. runs on a PC or smartphone. With it, the user can download the data provided on any selected web server and have it displayed on a suitable output device such as a screen or a Braille display. The user can then follow the hyperlinks on the displayed website that refer to other websites, regardless of whether they are stored on the same web server or another. This creates a worldwide network of websites. Tracking the hyperlinks is also referred to as "surfing the Internet".

Mit dem so genannten Web 2.0 wurden ab etwa den 2000er Jahren Webseiten populär, deren Inhalt der Nutzer nicht nur wie etwa bei Nachrichten-Seiten passiv ansehen, sondern selbst ändern und ergänzen kann, z. B. um eigene Inhalte zu veröffentlichen oder mit anderen Nutzern zu kommunizieren. Dazu zählen Blogs als private Meinungsseiten, von einer losen Autorengemeinschaft geschaffene Seiten nach dem Wiki-Prinzip und Soziale Netzwerke. Serverseitige Techniken und (Skript-)Sprachen, die diese Interaktivität umsetzen, sind vor allem CGI, Python, ASP, Apache Wicket, JSF, ColdFusion, Ruby und SSI. Zu clientseitigen Techniken, die z. B. über Filter die Inhalte individualisieren, gehören unter anderem CSS, JavaScript oder Java, wobei Java hauptsächlich zur plattform neutralen Ausführung von Programmen dient, die oft als Webanwendungen über das Internet geladen werden und mit internetbasierenden Datenbanken (z. B. SAP-Clients) kommunizieren. Mit der Interaktivität wurde der Einsatz von Suchmaschinen möglich, die die bis dato vorhandenen Webverzeichnisse ergänzten und bis heute weitgehend verdrängten.With the so-called Web 2.0, websites became popular from around the 2000s, the content of which users can not only view passively, such as on news pages, but also change and supplement themselves, e.g. B. to publish your own content or to communicate with other users. These include blogs as private opinion pages, pages created by a loose community of authors based on the wiki principle and social networks. Server-side techniques and (scripting) languages that implement this interactivity are primarily CGI, Python, ASP, Apache Wicket, JSF, ColdFusion, Ruby and SSI. To client-side techniques that e.g. B. individualize the content using filters include CSS, JavaScript or Java, whereby Java is mainly used for the platform-neutral execution of programs that are often loaded as web applications via the Internet and with Internet-based databases (e.g. SAP clients) communicate. With the interactivity, the use of search engines became possible, which supplemented the web directories that existed up to now and largely replaced them to this day.

Mit der zunehmenden Komplexität von Formaten, Protokollen und Techniken entstanden neue Berufsbilder, wie z. B. Webdesigner und Mediamatiker. Zu ihren Aufgaben gehört neben der Programmierung von Inhalten auch die Auswertung von Nutzerverhalten im Rahmen der Logdateianalyse.With the increasing complexity of formats, protocols and techniques, new job profiles emerged, such as B. Web designers and mediatricians. In addition to programming content, her tasks also include evaluating user behavior as part of log file analysis.

Das WWW wurde unter Weiterentwicklung bekannter ähnlicher Konzepte 1989 von Tim Berners-Lee und Robert Cailliau am europäischen Forschungszentrum CERN in Genf entwickelt.[2][3] Berners-Lee entwickelte dazu das HTTP-Netzwerkprotokoll und die Textauszeichnungssprache HTML. Zudem programmierte er den ersten WebBrowser und die erste Webserver-Software. Er betrieb auch den ersten Webserver der Welt auf seinem Entwicklungsrechner vom Typ NeXTcube. Das Gesamtkonzept wurde der Öffentlichkeit 1991 unter Verzicht auf jegliche Patentierung oder Lizenzzahlungen zur freien Verfügung gestellt, was erheblich zur heutigen Bedeutung beitrug.The WWW was developed in 1989 by further developing similar concepts by Tim Berners-Lee and Robert Cailliau at the European research center CERN in Geneva. [2] [3] Berners-Lee developed the HTTP network protocol and the text markup language HTML. He also programmed the first web browser and the first web server software. He also operated the world's first web server on his NeXTcube development computer. The overall concept was made available to the public in 1991 without any patenting or license payments, which contributed significantly to its current importance.

Die weltweit erste Webseite info.cern.ch wurde am 6. August 1991 veröffentlicht.[4] Eine Nachbildung dieser Seite ist über nachfolgenden Link erreichbar:

  • • http://info.cern.ch/hypertextlWWWTheProject.html
The world's first website info.cern.ch was published on August 6, 1991. [4] A replica of this page can be reached via the following link:
  • • http://info.cern.ch/hypertextlWWWTheProject.html

Das WWW führte zu umfassenden, oft als revolutionär beschriebenen Umwälzungen in vielen Lebensbereichen, zur Entstehung neuer Wirtschaftszweige und zu einem grundlegenden Wandel des Kommunikationsverhaltens und der Mediennutzung. Es wird in seiner kulturellen Bedeutung, zusammen mit anderen Internet-Diensten wie E-Mail, teilweise mit der Erfindung des Buchdrucks gleichgesetzt.The WWW led to extensive upheavals, often described as revolutionary, in many areas of life, to the emergence of new economic sectors and to a fundamental change in communication behavior and media use. Its cultural significance, along with other Internet services such as e-mail, is sometimes equated with the invention of book printing.

Funktionsweisefunctionality

Das WWW basiert auf drei Kernstandards:

  • • HTTP als Protokoll, mit dem der Browser Informationen vom Webserver anfordern kann.
  • • HTML als Auszeichnungssprache, die festlegt, wie die Information gegliedert ist und wie die Dokumente verknüpft sind (Hyperlinks).
  • • URLs als eindeutige Bezeichnung einer Ressource, die in Hyperlinks verwendet wird.
The WWW is based on three core standards:
  • • HTTP as a protocol with which the browser can request information from the web server.
  • • HTML as markup language, which defines how the information is structured and how the documents are linked (hyperlinks).
  • • URLs as a unique name for a resource that is used in hyperlinks.

Folgende Standards kamen später dazu:The following standards were added later:

  • • Cascading Style Sheets (CSS) legen das Aussehen der Elemente einer Webseite fest, wobei Darstellung und Inhalt getrennt werden.• Cascading Style Sheets (CSS) determine the appearance of the elements of a website, whereby the presentation and content are separated.
  • • Hypertext Transfer Protocol Secure (HTTPS) ist eine Weiterentwicklung von HTTP, bei dem das Protokoll SSL zwischen TCP und HTTP geschoben wird und in der Folge der Datentransfer komplett verschlüsselt wird.• Hypertext Transfer Protocol Secure (HTTPS) is a further development of HTTP, in which the SSL protocol is pushed between TCP and HTTP and the data transfer is then completely encrypted.
  • • Document Object Model (DOM) als Programmierschnittstelle für externe Programme oder Skriptsprachen von Webbrowsern.• Document Object Model (DOM) as a programming interface for external programs or scripting languages of web browsers.

Das World Wide Web Consortium (W3C), das heute vom Erfinder des WWW Tim Berners-Lee geleitet wird, und andere entwickeln den HTML- und den CSS-Standard; andere Standards kommen von der Internet Engineering Task Force, der ECMA und Herstellern wie Sun Microsystems. Nicht vom W3-Konsortium standardisiert ist die am weitesten verbreitete Skript- oder Makrosprache von Webbrowsern:

  • • JavaScript ist eine Skriptsprache mit Anweisungen für den Browser, mit der Programme (Skripte) eingebettet werden können. Dadurch können Webseiten mit Hilfe des Document Object Models (DOM) dynamisch geändert werden. Skripte sind üblicherweise kleine Programme, können aber auch als Client Manager mit Hilfe des DOM die vollständige Kontrolle über die Anzeige übernehmen. Eine von Microsoft entwickelte Variante von JavaScript heißt JScript. Beide Sprachen sind ähnlich, allerdings nicht kompatibel zueinander. Diese Inkompatibilität war ein entscheidender Teil des sogenannten Browserkriegs.
The World Wide Web Consortium (W3C), which is now led by the inventor of the WWW Tim Berners-Lee, and others develop the HTML and CSS standards; other standards come from the Internet Engineering Task Force, ECMA, and manufacturers like Sun Microsystems. The most common scripting or macro language of web browsers is not standardized by the W3 consortium:
  • • JavaScript is a scripting language with instructions for the browser with which programs (scripts) can be embedded. This allows websites to be changed dynamically using the Document Object Model (DOM). Scripts are usually small programs, but can also take complete control of the display as client managers using the DOM. A variant of JavaScript developed by Microsoft is called JScript. Both languages are similar, but not compatible with each other. This incompatibility was a crucial part of the so-called browser war.

Das WWW wurde und wird durch andere Techniken ergänzt. Schon früh wurden Bilder zur Illustration benutzt; man verwendete die Formate GIF für Grafiken und Animationen und JPEG für Fotos. Später wurde GIF mehr und mehr von PNG verdrängt, da für dessen Verwendung - im Gegensatz zu GIF - keine Lizenzgebühren anfielen.The WWW has been and is being supplemented by other techniques. Images were used early for illustration; one used the formats GIF for graphics and animations and JPEG for photos. Later GIF was more and more replaced by PNG, because - unlike GIF - there were no license fees for its use.

Zudem konnten in Browsern zahlreiche weitere Dateitypen durch Browsererweiterungen, so genannte Plug-ins, dargestellt werden. Dadurch ließen sich Multimediainhalte von Animationen bis hin zu Musik und Videos oder ganze Anwendungen wie zum Beispiel Versicherungsrechner oder Navigationsoberflächen darstellen. Beispielsweise ermöglichten Java-Applets das Einbetten von Programmen, die lokal auf dem Computer des WWW-Benutzers ablaufen und Flash wurde für interaktive Inhalte oder Animationen verwendet.In addition, numerous other file types could be displayed in browsers through browser extensions, so-called plug-ins. This made it possible to display multimedia content from animations to music and videos or entire applications such as insurance calculators or navigation interfaces. For example, Java applets made it possible to embed programs that run locally on the WWW user's computer, and Flash was used for interactive content or animation.

Mit der Einführung von HTML5 und weiteren standardisierten Webtechnologien wurden Plug-ins schnell vom Markt verdrängt, da die Funktionen für Animationen und Multimediainhalte o. ä. jetzt direkt in die Browser eingebaut waren und somit ohne externe Abhängigkeiten umgesetzt werden konnten. Aus Sicherheits- und Stabilitätsgründen deaktivieren die meisten größeren Browser meist große Teile bzw. die gesamte NPAPI-Schnittstelle, die für diese Plug-ins genutzt wurde. Weiterhin beliebt sind allerdings beispielsweise Formate wie PDF zum Anzeigen von Dokumenten, die meist mittlerweile auch durch in den Browser eingebaute PDF-Reader angezeigt werden können.With the introduction of HTML5 and other standardized web technologies, plug-ins were quickly pushed out of the market, since the functions for animation and multimedia content or the like were now built directly into the browser and could therefore be implemented without external dependencies. For security and stability reasons, most larger browsers mostly deactivate large parts or the entire NPAPI interface that was used for these plug-ins. However, formats such as PDF for displaying documents are still popular, which can now mostly also be displayed using PDF readers installed in the browser.

Dynamische Webseiten und Webanwendungen
→ Hauptartikel: Webanwendung
Dynamic websites and web applications
→ Main article: web application

Mit Hilfe der dynamischen WWW-Seiten kann das WWW als Oberfläche für verteilte Programme dienen: Ein Programm wird nicht mehr konventionell lokal auf dem Rechner gestartet, sondern ist eine Menge von dynamischen WWW-Seiten, die durch einen Webbrowser betrachtet und bedient werden können. Vorteilhaft ist hier, dass die Programme nicht mehr auf den einzelnen Rechnern verteilt sind und dort (dezentral) administriert werden müssen.With the help of the dynamic WWW pages, the WWW can serve as an interface for distributed programs: A program is no longer started conventionally locally on the computer, but is a set of dynamic WWW pages that can be viewed and operated by a web browser. The advantage here is that the programs are no longer distributed on the individual computers and must be administered there (decentrally).

Dynamische Webanwendungen werden entweder am Webserver oder direkt im Browser ausgeführt.

  • • Ausführen von Webanwendungen am Webserver: Der Inhalt wird durch in Skriptsprachen (wie PHP oder Perl) oder kompilierte Anwendungen (wie JSP, Servlets oder ASP.NET) geschriebene Webanwendungen erzeugt und an den Browser geliefert.
  • • Dynamische Websites am Client: Der Browser erzeugt oder ändert Inhalt mittels JavaScript.
  • • Gemischte Ausführung: Eine gemischte Ausführung stellt AJAX dar - hier sendet der Browser mittels JavaScript einen Request, der vom Webserver bearbeitet wird und so dynamisch Teile der HTML-Struktur erneuert.
Dynamic web applications are either executed on the web server or directly in the browser.
  • • Execution of web applications on the web server: The content is generated by web applications written in script languages (such as PHP or Perl) or compiled applications (such as JSP, Servlets or ASP.NET) and delivered to the browser.
  • • Dynamic websites on the client: The browser creates or changes content using JavaScript.
  • • Mixed version: AJAX represents a mixed version - here the browser sends a request via JavaScript, which is processed by the web server and thus dynamically renews parts of the HTML structure.

Nachteilig sind die begrenzten Ausdrucksmöglichkeiten von WWW-Seiten, so dass Programme in Form von Internetseiten im Allgemeinen nicht so einfach bedient werden können wie konventionelle Programme. Ein Trend, der versucht, beides in Einklang zu bekommen, sind Rich Internet Applications.A disadvantage is the limited printability of WWW pages, so that programs in the form of Internet pages can generally not be operated as easily as conventional programs. One trend that is trying to reconcile the two is Rich Internet Applications.

Zurzeit ist zu beobachten, dass immer mehr Dienste, die ursprünglich vom WWW getrennt waren und als eigenes Programm liefen, über das WWW angeboten werden und mittels eines Browsers genutzt werden können:

  • So wird Webmail oft als E-Mail-Client oder WebFTP als FTP-Client genutzt; Webforen ersetzen das Usenet und Webchats den IRC.
At the moment it can be observed that more and more services, which were originally separated from the WWW and ran as a separate program, are offered via the WWW and can be used using a browser:
  • Webmail is often used as an email client or WebFTP as an FTP client; Web forums replace Usenet and web chats replace IRC.

Kompatibilität und ZugänglichkeitCompatibility and accessibility

Oft führten Browser-Hersteller neue Möglichkeiten ein, ohne auf eine Standardisierung zu warten. Umgekehrt werden jedoch immer noch nicht alle Teile von Standards wie HTML oder CSS korrekt implementiert. Das führt zu Inkompatibilitäten zwischen bestimmten Webseiten und manchen Browsern. Besonders „hervorgetan“ durch solche Inkompatibilitäten hatte sich zu Beginn des Internet-Booms die Firma Netscape, heute vor allem das Unternehmen Microsoft mit seinem Internet Explorer.Browser manufacturers often introduced new possibilities without waiting for standardization. Conversely, however, not all parts of standards such as HTML or CSS are still implemented correctly. This leads to incompatibilities between certain websites and some browsers. At the beginning of the internet boom, the company Netscape, especially today the company Microsoft with its Internet Explorer, was particularly "excelled" by such incompatibilities.

Außerdem ging durch die Vielzahl der Ad-hoc-Erweiterungen von HTML ein wesentlicher Vorteil dieser Sprache verloren - die Trennung von Inhalt und Darstellung. Durch diese Trennung können die in HTML ausgezeichneten Inhalte optimal für das jeweilige Ausgabegerät - ob Bildschirm, Display des Mobiltelefons oder Sprachausgabe (für Benutzer mit Sehschwierigkeiten) - aufbereitet werden.In addition, due to the large number of ad hoc extensions to HTML, an essential advantage of this language was lost - the separation of content and presentation. Through this separation, the HTML-marked content can be optimally prepared for the respective output device - whether screen, cell phone display or voice output (for users with visual difficulties).

Das W3C und andere Initiativen treiben daher die Entwicklung in die Richtung einer Standardisierung und browserübergreifenden Vereinheitlichung von HTML/XHTML und CSS voran, um diese Vorteile von HTML wiederzuerlangen. Auch der zunehmende Verzicht auf Plug-ins, wie Flash, unterstützen diesen Trend und führten zu einer besseren Barrierefreiheit. XHTML wurde später zugunsten von HTML5 aufgegeben, welches auch explizite Features zur Verbesserung der Barrierefreiheit und Maschinenlesbarkeit einbaute, die visuell nicht sichtbar sind.The W3C and other initiatives are therefore driving development towards standardization and cross-browser unification of HTML / XHTML and CSS to regain these advantages of HTML. The increasing absence of plug-ins such as Flash also supports this trend and has led to better accessibility. XHTML was later abandoned in favor of HTML5, which also incorporated explicit features to improve accessibility and machine readability that are not visually visible.

Cloud ComputingCloud computing

(deutsch Rechnerwolke oder Datenwolke) beschreibt die Bereitstellung von IT-Infrastruktur wie beispielsweise Speicherplatz, Rechenleistung oder Anwendungssoftware als Dienstleistung über das Internet.(German computer cloud or data cloud) describes the provision of IT infrastructure such as storage space, computing power or application software as a service over the Internet.

Technischer formuliert umschreibt das Cloud Computing den Ansatz, IT-Infrastrukturen über ein Rechnernetz zur Verfügung zu stellen, ohne dass diese auf dem lokalen Rechner installiert sein müssen.To put it more technically, cloud computing describes the approach of making IT infrastructures available via a computer network without having to install them on the local computer.

Angebot und Nutzung dieser Dienstleistungen erfolgen dabei ausschließlich durch technische Schnittstellen und Protokolle, etwa mittels eines Webbrowsers. Die Spannweite der im Rahmen des Cloud Computings angebotenen Dienstleistungen umfasst das gesamte Spektrum der Informationstechnik und beinhaltet unter anderem Infrastruktur, Plattformen und Software.These services are offered and used exclusively through technical interfaces and protocols, for example using a web browser. The range of services offered as part of cloud computing encompasses the entire spectrum of information technology and includes, among other things, infrastructure, platforms and software.

BegriffsbestimmungDefinition

2011 veröffentlichte das National Institute of Standards and Technology (NIST) eine Definition,[3] die auf weitgehende Akzeptanz stieß und unterschiedliche Definitionsansätze bündelt:

  • Servicemodelle
  • Cloud Computing enthält drei verschiedene Servicemodelle:
  • Software as a Service (SaaS) Clouds bieten Nutzungszugang von Software-Sammlungen und Anwendungsprogrammen. SaaS-Diensteanbieter offerieren spezielle Auswahlen von Software, die auf ihrer Infrastruktur läuft. SaaS wird auch als Software on demand (Software bei Bedarf) bezeichnet.[4]
  • Platform as a Service (PaaS) Clouds bieten Nutzungszugang von Programmierungs- oder Laufzeitumgebungen mit flexiblen, dynamisch anpassbaren Rechen- und Datenkapazitäten. Mit PaaS entwickeln Nutzer ihre eigenen Software-Anwendungen oder lassen diese hier ausführen, innerhalb einer Softwareumgebung, die vom Dienstanbieter (Service Provider) bereitgestellt und unterhalten wird.
  • Infrastructure as a Service (IaaS) Clouds bieten Nutzungszugang von virtualisierten Computerhardware-Ressourcen wie Rechnern, Netzen und Speicher. Mit laaS gestalten sich Nutzer frei ihre eigenen virtuellen Computer-Cluster und sind daher für die Auswahl, die Installation, den Betrieb und das Funktionieren ihrer Software selbst verantwortlich.
In 2011, the National Institute of Standards and Technology (NIST) published a definition [3] that met with widespread acceptance and bundled different definition approaches:
  • Service models
  • Cloud computing includes three different service models:
  • Software as a Service (SaaS) clouds offer access to the use of software collections and application programs. SaaS service providers offer special selections of software that runs on their infrastructure. SaaS is also known as software on demand. [4]
  • Platform as a Service (PaaS) clouds offer access to the use of programming or runtime environments with flexible, dynamically adaptable computing and data capacities. With PaaS, users develop their own software applications or have them run here, within a software environment that is provided and maintained by the service provider.
  • Infrastructure as a Service (IaaS) clouds offer access to the use of virtualized computer hardware resources such as computers, networks and storage. With laaS, users can freely design their own virtual computer clusters and are therefore responsible for the selection, installation, operation and functioning of their software.

LiefermodelleDelivery models

Darstellung von Cloud-LiefermodellenPresentation of cloud delivery models

Zudem enthält die Definition des National Institute for Standards and Technology (NIST) vier Liefermodelle:[5] In addition, the definition of the National Institute for Standards and Technology (NIST) contains four delivery models: [5]

Public Cloud - die öffentliche Rechnerwolke
Bietet Zugang zu abstrahierten IT-Infrastrukturen für die breite Öffentlichkeit über das Internet. Public-Cloud-Diensteanbieter erlauben ihren Kunden, IT-Infrastruktur zu mieten auf einer flexiblen Basis des Bezahlens für den tatsächlichen Nutzungsgrad bzw. Verbrauch (pay-as-you-go), ohne Kapital in Rechner- und Datenzentrumsinfrastruktur investieren zu müssen.
Public cloud - the public computer cloud
Provides access to abstract IT infrastructures for the general public over the Internet. Public cloud service providers allow their customers to rent IT infrastructure on a flexible basis for paying for the actual level of use or consumption (pay-as-you-go), without having to invest capital in computer and data center infrastructure.

Private Cloud - die private Rechnerwolke
Eine Private Cloud ist eine Cloud-Umgebung, die ausschließlich für eine Organisation betrieben wird. Das Hosten und Verwalten der Cloud-Plattform kann intern (beispielsweise durch firmeneigene Rechenzentren), aber auch durch Dritte erfolgen.
Private cloud - the private computer cloud
A private cloud is a cloud environment that is operated exclusively for an organization. The cloud platform can be hosted and managed internally (e.g. by the company's own data centers), but also by third parties.

Hybrid Cloud - die hybride Rechnerwolke
Bietet kombinierten Zugang zu abstrahierten IT-Infrastrukturen aus den Bereichen von Public Clouds und Private Clouds, nach den Bedürfnissen ihrer Nutzer.
Hybrid cloud - the hybrid computer cloud
Offers combined access to abstract IT infrastructures from the areas of public clouds and private clouds, according to the needs of their users.

Community Cloud - die gemeinschaftliche Rechnerwolke
Bietet Zugang zu abstrahierten IT-Infrastrukturen wie bei der Public Cloudjedoch für einen kleineren Nutzerkreis, der sich, meist örtlich verteilt, die Kosten teilt (z. B. mehrere städtische Behörden, Universitäten, Betriebe oder Firmen mit ähnlichen Interessen, Forschungsgemeinschaften, Genossenschaften).
Community Cloud - the community cloud
Provides access to abstract IT infrastructures such as those in the public cloud for a smaller group of users who share the costs, usually geographically distributed (e.g. several city authorities, universities, companies or companies with similar interests, research communities, cooperatives).

Weiterhin gibt es Mischformen der oben genannten Cloud-Typen:

  • Virtual Private Cloud - eine private Rechnerwolke auf prinzipiell öffentlichzugänglichen IT-Infrastrukturen Die Abschottung der „virtuell privaten“ Bereiche auf der öffentlichen Infrastruktur wird durch geeignete Sicherheitsmaßnahmen (z. B. VPN) gewährleistet.[6]
  • Multi Cloud - Bündelung verschiedener Cloud-Computing-Dienste Weiterentwicklung der Hybrid Cloud, bei der mehrere Cloud-Computing-Dienste in einer heterogenen Systemarchitektur gleichzeitig genutzt werden können.
There are also mixed forms of the above-mentioned cloud types:
  • Virtual private cloud - a private cloud of computers on basically publicly accessible IT infrastructures The partitioning of the "virtually private" areas on the public infrastructure is guaranteed by suitable security measures (e.g. VPN). [6]
  • Multi cloud - bundling of different cloud computing services Further development of the hybrid cloud, in which several cloud computing services can be used simultaneously in a heterogeneous system architecture.

Essenzielle CharakteristikaEssential characteristics

Das NIST listet fünf essenzielle Charakteristika für Cloud Computing:

  • On-demand self-service Selbstzuweisung von Leistungen aus der Cloud durch den oder die Nutzer, die bei Bedarf bereitstehen soll.
  • Broad network access Leistungen aus der Cloud sind über Standardmechanismen über das Netzwerk erreichbar.
  • Resource pooling Ressourcen wie Rechenleistung, Netzwerk oder Storage werden zwischen unterschiedlichen Projekten und Kunden geteilt.
  • Rapid elasticity Virtuelle Ressourcen skalieren schnell und aus Nutzersicht nahezu unbegrenzt und können auch automatisiert auf Laständerungen angepasst werden.
  • Measured service Ressourcennutzung kann gemessen und überwacht werden. Zum Beispiel für Abrechnung oder auch automatische Skalierung.
The NIST lists five essential characteristics for cloud computing:
  • On-demand self-service Self-assignment of services from the cloud by the user or users, which should be available when required.
  • Broad network access services from the cloud are accessible via standard mechanisms via the network.
  • Resource pooling Resources such as computing power, network or storage are shared between different projects and customers.
  • Rapid elasticity Virtual resources scale quickly and from the user's point of view almost unlimitedly and can also be automatically adapted to changes in load.
  • Measured service resource usage can be measured and monitored. For example for billing or automatic scaling.

Demzufolge geht Cloud Computing über andere gegenwärtig diskutierte Ansätze (z. B. Virtualisierung) hinaus. Unter der Bedingung einer öffentlichen Verfügbarkeit, ähnlich beispielsweise dem öffentlichen Telefonnetz, kann man Cloud Computing je nach Architektur auch als Summe von SaaS und Utility Computing ansehen.As a result, cloud computing goes beyond other currently discussed approaches (e.g. virtualization). On the condition of public availability, similar to the public telephone network, for example, depending on the architecture, cloud computing can also be seen as the sum of SaaS and utility computing.

Abgrenzung von anderen TechnikenDifferentiation from other techniques

Bei „Grid-Computing“ geht es um die gemeinschaftliche Nutzung der gemeinsamen Ressourcen und es gibt keine zentrale Steuerung. Im Fall von Cloud Computing hat man einen Anbieter der Ressourcen und einen Nutzer. Die Steuerung der Ressourcen ist zentralisiert.“Grid computing” is about the shared use of shared resources and there is no central control. In the case of cloud computing, you have a provider of resources and a user. The management of resources is centralized.

Fog Computing stellt die dezentralisierte Erweiterung des Cloud Computings dar. Ressourcen wie Speicher, Rechenleistung und Software-Anwendungen werden näher an den Endgeräten platziert, um durch eine optimiert Aufteilung eine bessere Effizienz und geringere Latenzzeiten zu erreichen. An die zentralen Systeme werden dann nur noch relevante und gegebenenfalls komprimierte Daten geleitet. Fog Computing steht in engem Zusammenhang mit Edge Computing, wo beispielsweise Sensordaten direkt im Sensorsystem aufbereitet werden, um sie dann an Fog und Cloud weiterzuleiten. Zwischen Fog und Edge Computing gibt es große Überschneidungen, weshalb sie teilweise synonym benutzt werden. Fog computing represents the decentralized expansion of cloud computing. Resources such as storage, computing power and software applications are placed closer to the end devices in order to achieve better efficiency and lower latency through optimized distribution. Only relevant and possibly compressed data is then sent to the central systems. Fog computing is closely related to edge computing, where, for example, sensor data is processed directly in the sensor system and then passed on to Fog and Cloud. There is a large overlap between fog and edge computing, which is why they are sometimes used interchangeably.

Architekturarchitecture

Da Clouds primär durch den Skalierungsgedanken entstanden sind, finden sich dort auch die stärksten Unterscheidungsmerkmale.Since clouds were primarily created by the idea of scaling, the strongest distinguishing features can also be found there.

Um sich der Architektur zu nähern, kann man sich einen einfachen Rechner vorstellen. Er hat Prozessorkerne, Arbeitsspeicher, eine Festplatte und Programme. Diese Komponenten finden sich auch in einer Cloud, nur in einer Form, die massive Skalierung ermöglicht.A simple computer can be imagined to approach the architecture. It has processor cores, memory, a hard drive and programs. These components can also be found in a cloud, only in a form that enables massive scaling.

Demzufolge lesen sich die Kenndaten einer „Cloud-Festplatte“ dann auch anders als die einer klassischen Festplatte im Computer. Amazon sagt über seine Persistenzschicht (S3): „Die Anzahl der speicherbaren Objekte ist unbegrenzt.“[13] Google hat seine Persistenzschicht Google File System auf etwa 15.000 einzelne Rechner verteilt (Stand 2009).[14]As a result, the characteristics of a “cloud hard disk” read differently than that of a classic hard disk in a computer. Amazon says about its persistence layer (S3): "The number of objects that can be saved is unlimited." [13] Google has distributed its persistence layer Google File System to around 15,000 individual computers (as of 2009). [14]

Für die anderen Komponenten wie Programme oder Prozessorkerne gelten ähnliche große Maße. Warum dies so ist, erklärt sich allein durch die Zahlen. Im Jahr 2008 gibt Google bekannt, 10 Milliarden Datensätze, die über 1000 physische Computer verteilt sind, innerhalb von 68 Sekunden sortieren zu können.Similar large dimensions apply to the other components such as programs or processor cores. The numbers alone explain why this is so. In 2008, Google announced that it would be able to sort 10 billion records across 1000 physical computers within 68 seconds.

„We are excited to announce we were able to sort 1 TB (stored on the Google File System as 10 billion 100-byte records in uncompressed text files) on 1,000 Computers in 68 seconds.“"We are excited to announce we were able to sort 1 TB (stored on the Google File System as 10 billion 100-byte records in uncompressed text files) on 1,000 Computers in 68 seconds."

„Wir freuen uns, bekanntzugeben, dass wir in der Lage waren, 1 TB (gespeichert im Google File System in 10 Milliarden Dokumenten mit je 100 Bytes Datensatzgröße in unkomprimierten Textdateien), verteilt auf 1000 Computer, innerhalb von 68 Sekunden zu sortieren.“[15] "We are pleased to announce that we were able to sort 1 TB (stored in the Google File System in 10 billion documents with 100 bytes of data set size in uncompressed text files), distributed across 1000 computers, within 68 seconds." [ 15]

Technische Realisierungen von Cloud ComputingTechnical realizations of cloud computing

Es gibt unterschiedliche Arten von Cloud Computing. Eine mögliche Gliederung ist der sogenannte technische Cloud-Stack mit drei Schichten, in der obere Schichten auf den unteren Schichten aufbauen können, es aber nicht müssen:[16] There are different types of cloud computing. A possible structure is the so-called technical cloud stack with three layers, in which upper layers can build on the lower layers, but do not have to: [16]

Cloud-Computing-Architektur

  • • Anwendung
  • • Plattform
  • • Infrastruktur
Cloud computing architecture
  • • Application
  • • Platform
  • • infrastructure

Jede Schicht stellt hier einen Grad an Abstraktion dar. Auf diese Art können auch die unterschiedlichen Typen von „Clouds“ klassifiziert werden.Each layer represents a degree of abstraction. In this way, the different types of "clouds" can also be classified.

Anwendung (SaaS)
→ Hauptartikel: Software as a Service
Application (SaaS)
→ Main article: Software as a Service

Die Anwendungsschicht stellt die abstrakteste Schicht auf Cloud-Dienste dar. Hierbei bringt der Benutzer seine Applikation weder in eine Cloud-Plattform ein, noch muss er sich um Skalierbarkeit oder Datenhaltung kümmern. Er nutzt eine bestehende Applikation, die ihm die Cloud nach außen hin anbietet. Dieser Anwendungsfall inkludiert die beiden darunterliegenden Ebenen, da die Cloud-Funktionalitäten wie hochskalierender, verteilter Speicher, ausfallsichere Infrastruktur und üblicherweise ein hochskalierendes Queuingsystem zwar die Grundlage der benutzten Anwendung sind, der Nutzer des SaaS-Dienstes damit allerdings nicht in Kontakt kommt.The application layer represents the most abstract layer on cloud services. The user does not bring his application into a cloud platform, nor does he have to worry about scalability or data storage. He uses an existing application that offers the cloud to the outside world. This use case includes the two levels below, since the cloud functionalities such as upscaling, distributed storage, fail-safe infrastructure and usually a scaling queuing system are the basis of the application used, but the user of the SaaS service does not come into contact with it.

Eine „Cloud-Anwendung“ im SaaS-Modell berücksichtigt typischerweise die folgenden Aspekte:

  • • Das Design soll modular und serviceorientiert sein (Aufsetzbarkeit auf dem PaaS-Szenario).
  • • Die Last ist nicht vorhersehbar, denn über Nutzungsintensität und Nutzerzahl einer Anwendung kann oft keine zuverlässige Aussage gemacht werden.
  • • Die Anwendung soll dynamisch, verteilt und mandantenfähig sein.
A “cloud application” in the SaaS model typically takes the following aspects into account:
  • • The design should be modular and service-oriented (can be placed on the PaaS scenario).
  • • The load is unpredictable, because often no reliable statement can be made about the intensity of use and the number of users of an application.
  • • The application should be dynamic, distributed and multi-client capable.

Bekannte Beispiele für Cloud-Anwendungen sind Apple iCloud, Google Drive, Microsoft OneDrive, ownCloud, Nextcloud oder Salesforce.com.Well-known examples of cloud applications are Apple iCloud, Google Drive, Microsoft OneDrive, ownCloud, Nextcloud or Salesforce.com.

Plattform (PaaS)Platform (PaaS)

Ein Entwickler erstellt eine Anwendung und lädt diese in eine Cloud-Plattform. Diese kümmert sich dann selbst um die Aufteilung auf die eigentlichen Verarbeitungseinheiten. Im Unterschied zu laaS hat der Benutzer hier keinen direkten Zugriff auf die Recheninstanzen. Er betreibt auch keine virtuellen Server. Im PaaS-Szenario bringt er ausschließlich seine Programmlogik in die Cloud-Plattform ein, die ihm gegenüber als Programmierschnittstelle auftritt.A developer creates an application and loads it into a cloud platform. This then takes care of the division among the actual processing units. In contrast to laaS, the user has no direct access to the computing instances. He also does not run any virtual servers. In the PaaS scenario, he only brings his program logic into the cloud platform, which acts as the programming interface.

Die Infrastruktur der Cloud selbst kümmert sich hierbei um die erforderliche Instanziierung der Verarbeitungseinheiten und das Verteilen der zu verarbeitenden Daten.The infrastructure of the cloud itself takes care of the required instantiation of the processing units and the distribution of the data to be processed.

Als Beispiel können hier die Produkte Windows Azure von Microsoft, „App Engine“ von Google oder „force.com“ von Salesforce.com der Plattform-Schicht zugeordnet werden.As an example, the products Windows Azure from Microsoft, "App Engine" from Google or "force.com" from Salesforce.com can be assigned to the platform layer.

Dadurch, dass der Benutzer hier nur seine Applikationslogik liefert, kann die Cloud-Plattform die Anzahl der tatsächlich arbeitenden Instanzen nach Belieben erhöhen oder reduzieren. Die Abstraktion von jeglicher technischen Komponente ist hierbei explizit gewünscht, da der Benutzer der Cloud in erster Linie Daten verarbeiten, nicht aber das System administrieren möchte.Because the user only supplies his application logic here, the cloud platform can increase or reduce the number of actually working instances at will. The abstraction of any technical component is explicitly desired, since the cloud user primarily processes data, but does not want to administer the system.

Infrastruktur (laaS)
→ Hauptartikel: Infrastructure as a Service
Infrastructure (laaS)
→ Main article: Infrastructure as a Service

Die Infrastruktur oder „Cloud Foundation“ stellt die unterste Schicht im Cloud Computing dar. Der Benutzer greift hier auf bestehende Dienste innerhalb des Systems zu, verwaltet seine Recheninstanzen (siehe virtueller Server) allerdings weitestgehend selbst. Dienste innerhalb des laaS-Konzeptes sind typischerweise verteilte Persistenz (siehe Amazons Simple Storage Service) und ein Nachrichtendienst (siehe Message Oriented Middleware). Sind die Cloud-Dienste selbst noch hochskalierend ausgelegt, trifft dies nicht zwingend auf die Programme zu, die auf den vom Benutzer eingebrachten Recheninstanzen laufen.The infrastructure or “cloud foundation” represents the bottom layer in cloud computing. Here, the user accesses existing services within the system, but largely manages his computing instances himself (see virtual server). Services within the laaS concept are typically distributed persistence (see Amazon's Simple Storage Service) and a message service (see Message Oriented Middleware). If the cloud services themselves are still scaled up, this does not necessarily apply to the programs that run on the computing instances introduced by the user.

Der Vorteil gegenüber traditionellen Datencentern ist die Skalierbarkeit: Die Recheninstanzen können je nach Anforderungen beliebig um weitere Instanzen erweitert oder verkleinert werden. Der Benutzer hat dabei vollen Zugriff auf die Instanzen mit der Eigenschaft, dass er für die Instanzen ab der Betriebssystemebene selbst verantwortlich ist.The advantage over traditional data centers is the scalability: The computing instances can be expanded or reduced as required by additional instances. The user has full access to the instances with the property that he is responsible for the instances from the operating system level.

Die größten Beispiele hierfür sind Amazon Web Services und die Open Telekom Cloud.The biggest examples of this are Amazon Web Services and the Open Telekom Cloud.

Organisatorische Arten von CloudsOrganizational types of clouds

Man kann neben dem technischen Cloudstack auch zwischen verschiedenen Organisationsformen von „Clouds“ unterscheiden, die je nach Anwendungsfall ihre Berechtigung haben. Die Definitionen für die Begriffe „private“, „public“ usw. wurden vom NIST geprägt, werden in gleicher Art von den Wirtschaftsprüfern verwendet (führend hierzu sei für die Definition der Standards die ISACA angeführt) und sind seit 2014 auch in ISO/IEC 17788 verfügbar. Die Definitionen durch diese Gremien sind von hohem Erkenntniswert, da hier die korrekten Definitionen der Deployment Models international gültig festgelegt sind.In addition to the technical cloud stack, you can also differentiate between different organizational forms of “clouds”, which are justified depending on the application. The definitions for the terms “private”, “public” etc. were coined by NIST, are used in the same way by auditors (ISACA is the leader for the definition of the standards) and have also been in ISO / IEC 17788 since 2014 available. The definitions by these committees are of great value because the correct definitions of the deployment models are internationally valid.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Definitionen sich auf den möglichen Nutzerkreis beziehen und nichts damit zu tun haben, wo „die Cloud“ betrieben wird oder wie Eigentumsverhältnisse aussehen. Unter „Private Cloud“ ist demnach eine Cloud zu verstehen, bei der die Ressourcen durch einen vordefinierten Benutzerkreis angesprochen wird und wo die Verwaltung durch ausgezeichnete User erfolgt. Am anderen Ende der Skala ist dann die „Public Cloud“ zu finden, bei der a priori keinerlei Information über die möglichen Nutzer vorhanden ist. Mischformen dazwischen sind möglich (z. B. „Hybrid Cloud“), beziehen sich aber ebenfalls auf den Nutzerkreis und nicht auf die technische Ausgestaltung.In summary, it can be said that the definitions refer to the possible group of users and have nothing to do with where “the cloud” is operated or what the ownership structure looks like. “Private cloud” is understood to mean a cloud in which the resources are addressed by a predefined user group and where the administration is carried out by excellent users. At the other end of the scale is the "public cloud", where a priori no information about the possible ones User exists. Mixed forms in between are possible (eg "Hybrid Cloud"), but also refer to the user group and not to the technical design.

Die Begrifflichkeiten, wie sie teilweise gemeinhin anzutreffen sind, und im Rahmen deren Verwendung „Public Cloud“ mit „off premise“ und „Private Cloud“ mit „on premise“ gleichgesetzt werden, sind irreführend und entsprechen in dieser Verwendung weder der Grundidee der ISO/IEC Normen noch der anderer Gremien.The terms, as they are commonly found, and in the context of their use "public cloud" equated with "off premise" and "private cloud" with "on premise" are misleading and do not correspond to the basic idea of ISO / IEC standards or those of other bodies.

Cloud Computing in der WirtschaftCloud computing in the economy

Cloud Computing verlagert die Investition für Anwendungsprogramme auf den Anbieter der Dienste und eine der tatsächlichen Leistung entsprechende Gebühr. Das erlaubt es, schwerfällige Entscheidungsprozesse in dem Unternehmen des Bestellers der Dienste abzulösen.Cloud computing shifts the investment for application programs to the service provider and a fee corresponding to the actual performance. This makes it possible to replace cumbersome decision-making processes in the company ordering the services.

Vorteile und ProblemeAdvantages and problems

Ebenso wie die Virtualisierung ermöglicht Cloud Computing Kostenvorteile[17] gegenüber konventionellen Systemen. Dies ist der Fall, wenn sich beispielsweise die Bezahlung nach der Dauer der Nutzung des Dienstes richtet und der Dienst nur gelegentlich genutzt wird. Lokale Ressourcen (Software und Hardware) lassen sich einsparen. Zunehmend wird diese Ressourceneffizienz auch in Verbindung mit der nachhaltigen Nutzung von IKT-Systemen gebracht, wobei entsprechende Überlegungen keineswegs neu sind. Ein häufig zitiertes Beispiel ist die Realisierung von E-Mail-Systemen auf Basis von Cloud Computing, denn hier nimmt die Komplexität der Anwendung durch Maßnahmen zur Unterbindung von Kompromittierungsversuchen kontinuierlich zu, so dass kleinere Unternehmen von einer Auslagerung profitieren können. Vorteile ergeben sich auch im Fall von stark schwankender Nachfrage: Normalerweise müsste man genug Kapazität vorhalten, um Lastspitzen bedienen zu können. Bei Nutzung von Cloud Computing lässt sich die genutzte Kapazität variabel an den tatsächlichen Bedarf kurzfristig anpassen. Das gilt besonders für volatile Geschäftsfelder, die externen Anforderungen umgehend entsprechen müssen, wie beispielsweise die Logistik. Ständig schwankende und vom Markt abhängige Warenvolumina erfordern zeitnahes Reagieren und die durchgehende Verfügbarkeit der zur Ausführung benötigten Kapazitäten. Dank der Flexibilität und der Skalierbarkeit der Cloud wäre die Bereitstellung benötigter Ressourcen für logistische Software (wie zum Beispiel WMS, TMS, ERP usw.) wesentlich günstiger und einfacher zu bewerkstelligen, als es momentan mit statischen Systemen der Fall ist. Laut einer aktuellen Studie des Fraunhofer-Instituts für Materialfluss und Logistik IML ist eine Kostenreduktion im Bereich Warehouse Management um bis zu 56 Prozent im ersten Jahr und 48 Prozent in den Folgejahren machbar.[18] Konzepte zur praktischen Umsetzung existieren und befinden sich bereits in der Anwendung.[19] Weitere Kostenvorteile ergeben sich für den Servicenutzer bei Public Cloud Angeboten beispielsweise bei der IT-Governance (etwa durch (Teil-)Auslagerung bei der IT-Prüfung an den Dienstleister), durch den geringeren Investitionsbedarf und dem (steuerlichen und handelsrechtlichen) Ansatz der monatlichen Gebühren in voller Höhe.[20] Like virtualization, cloud computing enables cost advantages [17] compared to conventional systems. This is the case if, for example, payment is based on the length of use of the service and the service is only used occasionally. Local resources (software and hardware) can be saved. This resource efficiency is also increasingly being associated with the sustainable use of ICT systems, although corresponding considerations are by no means new. A frequently cited example is the implementation of e-mail systems based on cloud computing, because here the complexity of the application increases due to measures to prevent attempts to compromise, so that smaller companies can benefit from outsourcing. There are also advantages in the case of strongly fluctuating demand: Normally one would have to have enough capacity to be able to handle peak loads. When using cloud computing, the capacity used can be variably adapted to actual needs at short notice. This applies particularly to volatile business areas that have to meet external requirements immediately, such as logistics. Constantly fluctuating and market-dependent goods volumes require prompt reaction and the constant availability of the capacities required for execution. Thanks to the flexibility and scalability of the cloud, the provision of required resources for logistic software (such as WMS, TMS, ERP etc.) would be much cheaper and easier to do than is currently the case with static systems. According to a current study by the Fraunhofer Institute for Material Flow and Logistics IML, a cost reduction in warehouse management can be reduced by up to 56 percent in the first year and 48 percent in the following years. [18] Concepts for practical implementation exist and are already in use. [19] Further cost advantages result for the service user with public cloud offers, for example in IT governance (for example through (partial) outsourcing of the IT audit to the service provider), through the lower investment requirements and the (tax and commercial law) approach of the monthly fees in full. [20]

Problematisch stellt sich Datensicherheit beim Cloud Computing dar:

  • Eines der Grundprobleme, nämlich die Absicherung des Zugriffs auf die Anwendungsdaten beim Transfer zwischen lokalem Client und entferntem Server, kann heute befriedigend gelöst werden. Es existieren zahlreiche Entwicklungen im Bereich der sicheren Übertragung, wie beispielsweise SSL/TLS-Verschlüsselung. Ein weiteres Grundproblem ist die Verschlüsselung der Daten, die in Datenbanken und Datei-Systemen der Cloud gespeichert werden. Auch dieses Problem ist grundsätzlich technisch gelöst und wird von State-of-the-Art-Cloud-Anbietern angewandt (Kryptographie). Jedoch findet man (Stand 2012) hierauf noch keine Hinweise in den Datenschutzerklärungen der großen Cloud-Anbieter.
Data security is problematic in cloud computing:
  • One of the basic problems, namely securing access to the application data during the transfer between the local client and the remote server, can be solved satisfactorily today. There are numerous developments in the area of secure transmission, such as SSL / TLS encryption. Another basic problem is the encryption of the data that is stored in cloud databases and file systems. This problem is also fundamentally technically solved and is used by state-of-the-art cloud providers (cryptography). However (as of 2012) there are still no references to this in the data protection declarations of the major cloud providers.

Das dritte Grundproblem, nämlich dass Administratoren des Cloud-Anbieters und der Dienste Zugriff auf die Nutzerdaten während der Verarbeitung haben, ist hingegen grundsätzlich ohne ein komplexes Management des verteilten Authentisierens und des dynamischen Autorisierens sowie der Kryptografie nicht zu lösen.The third basic problem, namely that administrators of the cloud provider and the services have access to the user data during processing, on the other hand, cannot be solved without complex management of distributed authentication and dynamic authorization as well as cryptography.

Kritiker behaupten, dass die Kontrolle der privaten Daten von Benutzern durch die marktdominanten Anbieter, wie etwa Google, hierdurch überhandnähme.[21] Allerdings gibt es mittlerweile Algorithmen, die Berechnungen so auf einzelne Instanzen aufteilen können, dass es selbst allen Instanzen gemeinsam nicht möglich ist, Rückschlüsse auf die verarbeiteten Daten zu ziehen.[22] Dies ist lediglich der ausführenden Instanz möglich, da nur sie den genauen Algorithmus kennt, mit dem die Teilergebnisse wieder zusammengeführt werden. Ein weiterer Ansatz, der sich zur Behebung dieses Problems eignet, ist die Anwendung einer voll homomorphen Verschlüsselung. Dabei wird innerhalb der Cloud ausschließlich auf verschlüsselten Daten gerechnet, die im privaten Bereich dann wieder entschlüsselt werden können. Die Herausforderung liegt hier jedoch darin, Verschlüsselungsalgorithmen zu finden, die für einen massiven, großflächigen Einsatz beim Cloud Computing effizient genug arbeiten.Critics claim that control of users' private data by market-dominant providers, such as Google, is taking over. [21] However, there are now algorithms that can split calculations into individual instances in such a way that even all instances cannot jointly draw conclusions about the processed data. [22] This is only possible for the executing agency, since only they know the exact algorithm with which the partial results are brought together again. Another approach that can be used to solve this problem is to use fully homomorphic encryption. In the cloud, only encrypted data is used, which can then be decrypted in the private area. The challenge is here however, in finding encryption algorithms that work efficiently enough for massive, large-scale use in cloud computing.

Ein alternativer Ansatz, der ebenfalls die Daten in der Cloud unzugänglich macht, ist das Konzept der Sealed Cloud. Dabei kommt eine Schlüsselverteilung zum Einsatz, die zwar eine Verschlüsselung der Daten, jedoch nicht deren Entschlüsselung durch die Schlüssel zulässt, die den Administratoren zugänglich sind, und es erfolgt eine geordnete Sicherung und anschließende Löschung von unverschlüsselten Daten, bevor ein Administrator, beispielsweise zu Wartungszwecken, Zugriff zur Computing-Infrastruktur erhält.An alternative approach that also makes the data in the cloud inaccessible is the concept of the sealed cloud. A key distribution is used, which allows the data to be encrypted but not decrypted by the keys that are accessible to the administrators, and there is an orderly backup and subsequent deletion of unencrypted data before an administrator, for example for maintenance purposes, Get access to the computing infrastructure.

Eine weitere Herausforderung in der Cloud ist die Abhängigkeit (Lock-in-Effekt) vom jeweiligen Cloud-Anbieter, da die angebotenen Schnittstellen meist sehr herstellerspezifisch sind. Privatanwender stehen zudem vor der hypothetischen Frage, was mit ihren Daten in der Cloud passiert, wenn der Anbieter eines Cloud-Dienstes Insolvenz anmeldet.[23] Daher bieten neue Anbieter die Rücksicherung der Daten auf dem eigenen Computer an.[24] Another challenge in the cloud is the dependency (lock-in effect) on the respective cloud provider, since the interfaces offered are usually very manufacturer-specific. Home users are also faced with the hypothetical question of what happens to their data in the cloud when the provider of a cloud service files for bankruptcy. [23] Therefore, new providers offer the restore of the data on your own computer. [24]

Kostencosts

Es gibt verschiedene Untersuchungen über die Kosten von Cloud Computing. Nach einer Untersuchung von Dachyuk (2018) ist Colocationing ab etwa 150 großen AWS-Instanzen (m4.2xlarge) günstiger als Cloud Computing.[25] There are various studies on the costs of cloud computing. According to a study by Dachyuk (2018), colocationing is cheaper than cloud computing from around 150 large AWS instances (m4.2xlarge). [25]

ErsatzlösungenReplacement solutions

Da viele Privatanwender zunehmend Bedenken haben, ihre Daten bei großen Unternehmen zu speichern, wenn diese beispielsweise ihre Geschäftsbedingungen jederzeit ändern könnten, stellen viele NAS-Systeme für zu Hause Funktionen bereit, wie man sie von Cloud-Speicher-Betreibern kennt. In diesem Fall spricht man von einer Personal Cloud, da die Infrastruktur der Datenspeicherung vollständig vom Anwender selbst betrieben wird. NAS-Lösungen übernehmen jedoch kein Verarbeiten von Daten.As many home users are increasingly concerned about storing their data with large companies, for example if they could change their terms and conditions at any time, many NAS systems provide home functions that are familiar from cloud storage operators. In this case, one speaks of a personal cloud, since the data storage infrastructure is operated entirely by the user. However, NAS solutions do not process data.

Abgrenzung von anderen DienstleistungsformenDifferentiation from other forms of service

Cloud Computing ist in einigen Elementen mit dem klassischen Online Outsourcing verwandt. Es grenzt sich jedoch in wesentlichen Punkten von diesem ab. In der Regel wird im Bereich der Infrastructure as a Service-Anbieter die IT-Infrastruktur von mehreren Kunden genutzt, sodass Kapazitätsspitzen leichter verteilt werden können und Reserven gemeinsam genutzt werden. So können Cloud-Dienstleistungen kurzfristig angepasst werden und unterscheiden sich dadurch vom klassischen Modell, in dem Kunden Rechnerinfrastruktur „exklusiv“ nutzen. Weiterhin erfolgt die Steuerung und Administration der Dienste durch den Nutzer via Webinterface selbst.[2] Cloud computing is related in some elements to classic online outsourcing. However, it differs from this in essential points. In the area of infrastructure as a service providers, the IT infrastructure is generally used by several customers, so that peak capacity can be distributed more easily and reserves can be shared. In this way, cloud services can be adapted at short notice and differ from the classic model in which customers use the computer infrastructure “exclusively”. Furthermore, the user controls and administers the services via the web interface itself. [2]

Rechtliche FragenLegal issues

Rechtlich müssen sowohl die Beziehungen zwischen Cloud-Anbietern und ihren Kunden als auch die Rechte betroffener Dritter betrachtet werden.Legally, the relationships between cloud providers and their customers as well as the rights of affected third parties must be considered.

DatensicherheitData security

Es ist zu berücksichtigen, dass der gesetzlich geforderte Datenschutz grundsätzlich ohne technische Datensicherheit nicht erreicht werden kann. Die Datensicherheit wird durch die verwendete Technik des Anbieters und durch die verwendeten Anwendungen des Anbieters bestimmt.It must be taken into account that the legally required data protection cannot be achieved without technical data security. Data security is determined by the technology used by the provider and the applications used by the provider.

Datenschutzprivacy

Nach Urteil des Europäischen Gerichtshofs dürfen nur eingeschränkt Daten in die USA gelangen, wo sich über 90 % der Cloud-Computing-Infrastruktur befinden.[26] Nationale Datenschutzagenturen stützen sich auf Arbeiten der ENISA, wenn sie darlegen, warum Cloud Computing trotz Safe Harbor beispielsweise für Schulen unzulässig ist.[27] Auch die Datenschutzbeauftragten der Schweiz warnen insbesondere vor Verletzung des Datenschutzrechts bei Verwendung von Rechenzentren im Ausland.[28] According to the judgment of the European Court of Justice, only limited data can reach the USA, where over 90% of the cloud computing infrastructure is located. [26] National data protection agencies rely on the work of ENISA when they explain why cloud computing is illegal for schools, for example, despite Safe Harbor. [27] The data protection officers in Switzerland also warn against the violation of data protection law when using data centers abroad. [28]

Wenn personenbezogene Daten Dritter online gespeichert werden, müssen sich beispielsweise deutsche Auftraggeber vorab und anschließend regelmäßig nachvollziehbar vor Ort davon überzeugen, dass die Vorgaben des Bundesdatenschutzgesetzes eingehalten werden.[29] Weil namhafte Cloud-Anbieter Datenbestände ihrer Kunden weitergeben, drohen den Kunden Bußgelder.[30] Cloud-Betreiber mit Sitz in den USA unterliegen dem US-Recht und demnach dem Patriot Act. Unternehmen mit Sitz in den USA sind deshalb gezwungen, auch Daten an amerikanische Behörden auszuliefern, die sich auf Servern in fremdem Hoheitsbereich befinden. Dies ist beispielsweise von Amazon, Microsoft und Google bestätigt worden.[31] If personal data of third parties are stored online, German clients, for example, must convince themselves beforehand and then regularly, on site, that the The requirements of the Federal Data Protection Act are observed. [29] Because well-known cloud providers share their customers' databases, customers face fines. [30] Cloud operators based in the United States are subject to US law and therefore the Patriot Act. Companies based in the USA are therefore forced to supply data to American authorities that are located on servers in a foreign jurisdiction. This has been confirmed by Amazon, Microsoft and Google, for example. [31]

Nicht zuletzt wegen dieser Problemlagen im Datenschutz sowie in der Frage, inwieweit der Einzelne die Verfügungsgewalt über seine Daten tatsächlich behält, erhielt die Cloud bzw. Cloud Computing als Technik 2012 den Negativpreis Big Brother Award in der Kategorie „Kommunikation“, die Laudatio hielt Rena Tangens vom FoeBuDNot least because of these data protection problems and to what extent individuals actually retain control over their data, cloud and cloud computing technology received the 2012 Big Brother Award negative in the "Communication" category, which was laudated by Rena Tangens from FoeBuD

LeistungsschuldPerformance liability

Bei den Cloud-spezifischen Leistungen werden in der Regel Web- oder Filespace, Datenbanken, Applikationen und Hostingservices zur Verfügung gestellt. Beim Webhosting (ggf. auch für das Storage-Management), bei dem Daten auf den Host des Hosting-Providers gespeichert werden, wird vertreten, dass es sich hierbei nicht um einen Mietvertrag nach §§ 535 ff. BGB handelt, sondern um einen Werkvertrag nach §§ 631 ff. BGB. Der Hosting-Provider schuldet als Leistung lediglich, dass die Website des Kunden bei ihm irgendwo gespeichert wird und dass sie im Internet aufgerufen werden kann. Eigentliche Leistung ist daher die Aufbewahrung der Information und ihr Zurverfügunghalten für den Abruf im Internet. Für den Kunden ist vor allem wichtig, dass die Inhalte dauernd abrufbar sind. Wie der Hosting-Provider oder Cloudanbieter diese Leistung erbringt, ist dem Kunden gleichgültig. Damit wird nicht primär Speicherplatz überlassen, sondern primär ein Erfolg, nämlich die Abrufbarkeit im Internet geschuldet. Das Einspeichern der Website ist nur technische Voraussetzung des geschuldeten Erfolgs.For cloud-specific services, web or file space, databases, applications and hosting services are usually made available. With web hosting (possibly also for storage management), in which data is stored on the host of the hosting provider, it is believed that this is not a rental contract according to §§ 535 ff. BGB, but a contract for work according to §§ 631 ff. BGB. The hosting provider only owes as a service that the customer's website is stored somewhere with him and that it can be accessed on the Internet. The actual service is therefore the storage of the information and its availability for retrieval on the Internet. It is particularly important for the customer that the content is permanently available. The customer is indifferent to how the hosting provider or cloud provider provides this service. This does not primarily leave storage space, but primarily a success, namely accessibility on the Internet. Saving the website is only a technical requirement for the success owed.

Bei der Zurverfügungstellung von Applikationen wird in der Regel ein Software-as-a-Service- (SaaS) oder „Application-Service-Providing“-Modell (ASP) gewählt. Hierbei wird vom ASP-Anbieter einem Kunden die temporäre Nutzung von Applikationen zur Verfügung gestellt. Der Bundesgerichtshof hat entschieden,[33] dass auf Application-Service-Providing-Verträge grundsätzlich die mietrechtlichen Vorschriften Anwendung finden. Auch wenn diese Entscheidung sicherlich bedeutsam gewesen ist, bedarf es doch einer erheblichen vertraglichen Gestaltung, insbesondere bei der Gestaltung der Service-Levels, da hier die mietrechtlichen Regelungen des §§ 535 ff. BGB allein nicht ausreichend sein dürften.When making applications available, a software-as-a-service (SaaS) or “application service providing” (ASP) model is usually selected. The ASP provider makes the temporary use of applications available to a customer. The Federal Court of Justice has ruled [33] that the tenancy law provisions generally apply to application service providing contracts. Even if this decision was certainly significant, a considerable contractual arrangement is required, especially when designing the service levels, since the tenancy law provisions of §§ 535 ff. BGB alone should not be sufficient here.

Die Einordnung von Hosting-Verträgen für Datenbanken in die vertragstypologische Einordnung des BGB richtet sich nach der vertraglich geschuldeten Leistung. Hierbei ist grundsätzlich zu unterscheiden, ob wie weiter oben beschrieben Filespace zur Speicherung der Datenbank vom Provider zur Verfügung gestellt wird (sogenanntes Datenbank-Hosting) oder eine Applikation wie eine Oracle-Datenbank (zur zeitweiligen Nutzung) zur Verfügung gestellt wird. Schuldet der Cloud-IT-Anbieter über die Hosting-Leistung hinaus Leistungen, wie z. B. bei der Gestaltung der Datenbanken, sind ggf. die Regelungen von §§ 87a bis 87e UrhG zu berücksichtigen.The classification of hosting contracts for databases in the contract typological classification of the BGB is based on the contractually owed service. It is important to distinguish whether Filespace is provided by the provider for storing the database (so-called database hosting) or an application such as an Oracle database (for temporary use) as described above. Does the cloud IT provider owe services beyond the hosting service, such as B. when designing the databases, the regulations of §§ 87a to 87e UrhG may have to be considered.

Urheberrechtcopyright

Zu beachten sind auch urheberrechtliche Fragestellungen, wenn urheberrechtlich geschützte Daten online gespeichert werden. Der Upload von Daten stellt rechtlich gesehen nichts anderes als eine Vervielfältigung gem. § 16 UrhG dar, die der Zustimmung des Urhebers bedarf. Nur wenn der Upload zu rein privaten Zwecken geschieht und die Datei nicht öffentlich zugänglich gemacht wird, kann der Upload als Privatkopie gem. § 53 UrhG zulässig sein. Die öffentliche Zugänglichmachung von Dateien der Cloud (§ 19a UrhG) ist jedoch ohne Zustimmung des Urhebers immer rechtswidrig.Copyright issues should also be taken into account when data protected by copyright are stored online. From a legal point of view, the upload of data is nothing more than a reproduction according to 16 UrhG, which requires the consent of the author. Only if the upload is for purely private purposes and the file is not made publicly available can the upload be made as a private copy. 53 UrhG may be permissible. However, making files of the cloud publicly available (Section 19a Copyright Act) is always illegal without the author's consent.

Hinzu kommt, dass nach Marcel Bisges durch Cloud Computing das derzeitige System der Urhebervergütung ausgehebelt werden kann, indem dem Urheber der Anspruch auf angemessene Vergütung (für Privatkopien) vermindert wird.[34] Aus urheberrechtlicher Sicht ist Cloudcomputing andererseits, so Bisges, für die Hersteller von Software von Vorteil, da im Gegensatz zu herkömmlicher Softwareüberlassung die Schäden durch illegale Kopien vermieden werden.[35] In addition, according to Marcel Bisges, cloud computing can undermine the current system of copyright remuneration by reducing the author's right to reasonable remuneration (for private copies). [34] From a copyright perspective, cloud computing, on the other hand, is, according to Bisges, advantageous for software manufacturers because, in contrast to conventional software leasing, the damage caused by illegal copies is avoided. [35]

Cloud Services Made in GermanyCloud services made in Germany

In Deutschland wurde 2010 die Initiative Cloud Services Made in Germany ins Leben gerufen. Dabei geht es um die Rechtssicherheit beim Einsatz von Cloud-Computing-Lösungen. Denn bei den Unternehmen, die daran beteiligt sind, liegen die Kundendaten ausschließlich in Deutschland und unterliegen damit dem deutschen Recht und Datenschutz. Folgende Aspekte sind bei der Initiative wichtig:[36]

  • • Das Unternehmen des Cloud-Service-Betreibers wurde in Deutschland gegründet und hat dort seinen Hauptsitz.
  • • Das Unternehmen schließt mit seinen Cloud-Service-Kunden Verträge mit Service-Level-Agreement (SLA) nach deutschem Recht.
  • • Der Gerichtsstand für alle vertraglichen und juristischen Angelegenheiten liegt in Deutschland.
  • • Das Unternehmen stellt für Kundenanfragen einen lokal ansässigen, deutschsprachigen Service und Support zur Verfügung.
The Cloud Services Made in Germany initiative was launched in Germany in 2010. This is about legal security when using cloud computing solutions. Because with the companies The customers involved are located exclusively in Germany and are therefore subject to German law and data protection. The following aspects are important for the initiative: [36]
  • • The company of the cloud service operator was founded in Germany and has its headquarters there.
  • • The company concludes contracts with its cloud service customers with a service level agreement (SLA) under German law.
  • • The place of jurisdiction for all contractual and legal matters is Germany.
  • • The company provides local, German-language service and support for customer inquiries.

Cloud CommerceCloud commerce

Cloud Commerce ist eine Verbindung der Bereiche E-Commerce und Cloud Computing. Konkret befasst sich das Thema Cloud-Commerce nur mit dem Teilbereich Software as a Service des Cloud-Computing, kurz SaaS. Die im SaaS-Model angebotene Software ist in diesem Fall ein eCommerce-System (primär ein Shop-System).Cloud commerce is a connection between the areas of e-commerce and cloud computing. Specifically, the topic of cloud commerce only deals with the sub-area software as a service of cloud computing, or SaaS for short. In this case, the software offered in the SaaS model is an eCommerce system (primarily a shop system).

Analog dem SaaS-Modell, basiert Cloud-Commerce auf dem Grundsatz, dass das eCommerce-System und die IT-Infrastruktur bei einem externen IT-Dienstleister, dem Hersteller der Software, betrieben und vom Kunden als Service genutzt werden. Der Servicegeber übernimmt die komplette IT-Administration und weitere Dienstleistungen wie Wartungsarbeiten und Updates. Zu diesem Zweck wird die gesamte IT-Infrastruktur, einschließlich aller administrativen Aufgaben, ausgelagert, und der Servicenehmer kann sich auf sein Kerngeschäft konzentrieren. [1] SaaS-Modellen, wie dem Cloud-Commerce, werden eine immer größere Bedeutung eingeräumt. Das Marktforschungsunternehmen Gartner prognostizierte für 2011 einen Umsatz von 12,1 Milliarden US-Dollar. Dies bedeutet einen Anstieg um 20,7 Prozent im Vergleich zum Vorjahr (2010: 10 Mrd. Dollar). Der nordamerikanische Markt stellt dabei die größte Nachfrageballung dar (2011: 7,7 Mrd. Dollar). [2] Cloud-Commerce bietet klein- und mittelständischen Unternehmen eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber dem traditionellen Lizenzkauf und dem eigenen Betrieb einer IT-Infrastruktur.Analogous to the SaaS model, cloud commerce is based on the principle that the eCommerce system and the IT infrastructure are operated by an external IT service provider, the manufacturer of the software, and used by the customer as a service. The service provider takes over the complete IT administration and other services such as maintenance work and updates. For this purpose, the entire IT infrastructure, including all administrative tasks, is outsourced, and the service recipient can concentrate on his core business. [1] SaaS models, such as cloud commerce, are becoming increasingly important. Market research company Gartner forecast sales of $ 12.1 billion in 2011. This means an increase of 20.7 percent compared to the previous year (2010: $ 10 billion). The North American market represents the largest aggregate of demand (2011: $ 7.7 billion). [2] Cloud commerce offers small and medium-sized companies a variety of advantages over traditional license purchases and the own operation of an IT infrastructure.

Vorteileadvantages

  • • Geringes Investitionsrisiko• Low investment risk
  • • Transparente IT-Kosten• Transparent IT costs
  • • Beschleunigte Implementierung• Accelerated implementation
  • • Verringerung der IT-Prozesskomplexität• Reduction of IT process complexity
  • • Mobilität• Mobility
  • • Konzentration auf das Kerngeschäft• Concentration on the core business

Der Servicenehmer hat ein geringeres Investitionsrisiko, da er für die Softwareeinführung keinerlei IT-Hardware benötigt. Zwei Studien der McKinsey Consulting und Yankee Group besagen, dass die Investitionskosten einer SaaS-Lösung, wie dem Cloud-Commerce, im Vergleich zu einer On-Premise-Lösung um 30 Prozent gesenkt werden können, unabhängig von der Benutzeranzahl.[3] Ein weiterer Vorteil ist die Auslagerung der Prozesskomplexität, indem Wartungsarbeiten, Updates und weitere IT-Aufgaben durch den Servicegeber übernommen werden. Der Softwarezugriff über das Internet sorgt für eine hohe Mobilität, da der Servicenehmer zeit- und ortsunabhängig auf das System zugreifen kann.[4] Mit einer ausgelagerten IT-Infrastruktur können sich Unternehmen auf ihr Kerngeschäft bzw. die Wertschöpfung konzentrieren und somit die lästigen IT-Aufgaben umgehen. Damit ist die IT ein leicht zu handhabendes Gebrauchsgut, um Wachstum, Flexibilität, Wettbewerbsfähigkeit und somit auch die Existenz des Unternehmens zu sichern.[5] The service recipient has a lower investment risk because he does not need any IT hardware for the software implementation. Two studies by McKinsey Consulting and Yankee Group state that the investment costs of a SaaS solution such as cloud commerce can be reduced by 30 percent compared to an on-premise solution, regardless of the number of users. [3] Another advantage is the outsourcing of process complexity, as maintenance work, updates and other IT tasks are carried out by the service provider. Software access via the Internet ensures a high degree of mobility, since the service recipient can access the system regardless of time and location. [4] With an outsourced IT infrastructure, companies can concentrate on their core business or value creation and thus avoid the annoying IT tasks. This makes IT an easy-to-use commodity to secure growth, flexibility, competitiveness and thus the existence of the company. [5]

Nachteiledisadvantage

  • • Abhängigkeit vom Servicegeber• Dependence on the service provider
  • • Geringere Anpassungsmöglichkeiten• Less customization options
  • • Daten- und Transaktionssicherheit• Data and transaction security

Als Nachteil von Cloud-Commerce-Software ist zu werten, dass sich die Servicenehmer in einem Abhängigkeitsverhältnis befinden, da der Kunde nicht Eigentümer der Software ist. Es besteht die Gefahr, dass der Servicegeber das System aus einem bestimmten Grund (z. B. bei Insolvenz) abschaltet.[4] Die SaaS-Lösungen sind meist standardisiert, sodass es wenige Anpassungsmöglichkeiten des Funktionsumfangs gibt.[4] A disadvantage of cloud commerce software is that the service users are in a dependency relationship because the customer is not the owner of the software. There is a risk that the service provider will shut down the system for a specific reason (e.g. in the event of bankruptcy). [4] The SaaS solutions are mostly standardized, so that there are few options for adapting the range of functions. [4]

Aus Sicht des ServicegebersFrom the perspective of the service provider

Auch für den Servicegeber ergeben sich durch Cloud-Commerce Vor- und Nachteile, die nachfolgend beschrieben werden:For the service provider, there are advantages and disadvantages through cloud commerce, which are described below:

Vorteile

  • • Erweiterung des IT-Leistungsangebots und Erzielung zusätzlicher Umsatzerlöse
  • • Längerfristig gesicherte Einnahmen und bessere Liquiditätsplanungsoption
  • • Geringere Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Softwarepiraterie
advantages
  • • Expansion of the IT service offering and generation of additional sales
  • • Long-term secured income and better liquidity planning option
  • • Software piracy is less likely to occur

Der Servicegeber hat die Möglichkeit, sein IT-Leistungsangebot zu erweitern und somit weitere Erlöse zu generieren. Da der Servicenehmer meist monatliche Gebühren für die Nutzung der Software zahlt, können längerfristiger Einnahmen gesichert und somit auch die Liquidität besser geplant werden. Außerdem werden weniger Verluste durch die Software-Piraterie erzielt, da die Software zentral beim Servicegeber verwaltet wird. [6] The service provider has the opportunity to expand its range of IT services and thus generate additional revenue. Since the service recipient usually pays monthly fees for the use of the software, longer-term income can be secured and thus the liquidity can be better planned. In addition, fewer losses are achieved through software piracy, since the software is managed centrally by the service provider. [6]

Nachteile

  • • Investitionsrisiko
  • • Akzeptanzprobleme auf dem IT-Markt
  • • Möglicher Imageschaden und Umsatzverluste
disadvantage
  • • Investment risk
  • • Acceptance problems in the IT market
  • • Possible damage to image and loss of sales

Der Cloud-Commerce-Anbieter hat das Problem des hohen Investitionsrisikos, sollte die Software vom Kunden nicht wie erwartet angenommen werden. Zudem muss er beim Kunden Überzeugungsarbeit leisten, da derzeitige Akzeptanzprobleme oft mit den Nachteilen begründet werden.The cloud commerce provider has the problem of high investment risk if the software is not accepted by the customer as expected. In addition, he has to convince the customer, because current acceptance problems are often justified with the disadvantages.

Datenschutzprivacy

Bei Cloud-Commerce liegen die Kunden- oder Umsatzdaten des Kunden nicht mehr auf eigenen Rechnern, sondern beim jeweiligen Systemanbieter. Zwischen dem Anbieter und seinem Kunden liegt regelmäßig ein Fall der Auftragsdatenverarbeitung nach § 11 Bundesdatenschutzgesetz (BDSG) vor. Der Kunde ist verpflichtet, den Anbieter sorgfältig auszuwählen, regelmäßig zu kontrollieren und das Ergebnis der Kontrollen zu dokumentieren. Der Kunde bleibt für die Rechtmäßigkeit der Datenverarbeitung verantwortlich.In cloud commerce, the customer or sales data of the customer are no longer on their own computers, but with the respective system provider. There is regularly a case of order data processing between the provider and his customer in accordance with Section 11 of the Federal Data Protection Act (BDSG). The customer is obliged to select the provider carefully, to check it regularly and to document the result of the checks. The customer remains responsible for the legality of the data processing.

Cloud-Commerce-UnternehmenCloud commerce company

Beispiele für Cloud-Commerce-Angebote sind z. B. Magento Go, Amazon Webstore und Shopify in den USA; Big Cartel in Großbritannien; Big Commerce in Australien; Supr.com sowie XSITE, Jimdo und Onshop.de in Deutschland.Examples of cloud commerce offerings are e.g. B. Magento Go, Amazon Webstore and Shopify in the United States; Big Cartel in the UK; Big Commerce in Australia; Supr.com as well as XSITE, Jimdo and Onshop.de in Germany.

Online-DatensicherungOnline data backup

Als Online-Datensicherung, Online-Backup oder Web-Backup bezeichnet man eine Datensicherung über das Internet. Diese erfolgt auf Datenspeichern eines Internetdienstanbieters in einem Rechenzentrum.Online data backup, online backup or web backup means data backup over the Internet. This takes place on data storage devices of an Internet service provider in a data center.

Das Verfahren entlastet den Anwender, selbst zuverlässige Datenspeicher zu beschaffen, regelmäßig zu prüfen, zu verwalten und vor Verlust zu sichern.The procedure relieves the user of procuring reliable data storage himself, regularly checking it, managing it and securing it against loss.

Vorgehensweisemethod

Der Kunde erhält nach Anmeldung einen Benutzernamen und ein Kennwort für den Zugang zur Datensicherung. Technische Voraussetzung ist ein Internetzugang. Die Software für eine Datensicherung oder auch der Upload über eine Webseite sollten eine sichere Verschlüsselung gewährleisten, um die übertragenen Daten vor fremdem Zugriff zu schützen.After registration, the customer receives a user name and a password for access to the data backup. Internet access is a technical requirement. The software for data backup or Uploading via a website should also ensure secure encryption in order to protect the transmitted data from unauthorized access.

Weil die Datenübertragungsrate von Internetzugängen meist nur einen Bruchteil derer von Laufwerken und Local Area Networks beträgt, kann die Software eine Datenkompression durchführen, soweit das möglich ist. Schon komprimiert gespeicherte Daten - zum Beispiel in den Dateiformaten ZIP, JPEG, MPEG oder MP3 - kann sie kaum weiter komprimieren.Because the data transfer rate of Internet access is usually only a fraction of that of drives and local area networks, the software can perform data compression as far as possible. Already compressed data - for example in the file formats ZIP, JPEG, MPEG or MP3 - can hardly be compressed any further.

Über einen Internetzugang mit einer Datenübertragungsrate von 1 Mbit/s können theoretisch 450 MB pro Stunde beziehungsweise 10,5 GB pro Tag übertragen werden. Dies ist beispielsweise eine mögliche Datenübertragungsrate beim Hochladen über ADSL 6000 in Deutschland. Mit schnelleren Internet-Zugängen wie z. B. per VDSL sind noch höhere Datenübertragungsgeschwindigkeiten möglich. Einige Dienstleister bieten an, größere Datenmengen mittels Festplatte oder DVDs auf dem Postweg auszutauschen, was sich insbesondere für eine größere Erst-Sicherung anbietet.Internet access with a data transfer rate of 1 Mbit / s can theoretically transfer 450 MB per hour or 10.5 GB per day. For example, this is a possible data transfer rate when uploading via ADSL 6000 in Germany. With faster internet access such as B. via VDSL, even higher data transmission speeds are possible. Some service providers offer to exchange large amounts of data by hard drive or DVDs by post, which is particularly useful for a larger initial backup.

Wegen der relativ niedrigen Datenübertragungsrate kommt dem Verfahren der inkrementellen Datensicherung, bei dem nur neue und geänderte Daten kopiert werden, besondere Bedeutung zu. Einige Anbieter durchsuchen mit ihrer Software Dateien nach geänderten Teilen und übertragen nur die veränderten Datenblöcke an den Datenspeicher (Block-Level). Einige erkennen, wenn Dateien nur umbenannt wurden und übertragen sie nicht erneut. Umbenannte Dateiordner und verschobene Dateien können nicht immer wiedererkannt werden, was zu erneuten Dateiübertragungen führen kann.Because of the relatively low data transfer rate, the method of incremental data backup, in which only new and changed data is copied, is of particular importance. Some providers use their software to search files for changed parts and only transfer the changed data blocks to the data store (block level). Some recognize that files have only been renamed and do not retransmit them. Renamed file folders and moved files cannot always be recognized, which can lead to new file transfers.

Manche Lösungen wie z. B. Netzdrive, Novell iFolder, Dropbox, Fabasoft Folio Cloud oder Recovery Guard bieten Merkmale wie eine Verschlüsselung von Daten auf dem Server, die Vergabe von Datei-Zugriffsrechten an bestimmte andere Nutzer oder Nutzergruppen, die Replikation von Daten auf mehrere Server und eine Versionskontrolle von Änderungen an, wodurch ähnliche Eigenschaften wie von sogenannten verteilten Dateisystemen erreicht werden. Sofern eine Einschränkbarkeit des Zugriffs besteht, überschneidet sich die Funktionalität dieser Software teilweise mit solcher zum Filesharing.Some solutions such as B. Netzdrive, Novell iFolder, Dropbox, Fabasoft Folio Cloud or Recovery Guard offer features such as encryption of data on the server, assignment of file access rights to certain other users or user groups, replication of data to multiple servers and version control of Changes to which result in properties similar to those of so-called distributed file systems. If access can be restricted, the functionality of this software partially overlaps with that for file sharing.

Einige Lösungen unterhalten Ihre Serverstruktur ausschließlich in Deutschland, weshalb der gesamte Datenverkehr den strengen deutschen Datenschutzgesetzen untersteht, mit der Folge zusätzlicher Sicherung gegen nicht autorisierten Zugriff. Wenige Lösungen bieten darüber hinaus noch eine Ende-zu-Ende-Verschlüsselung, durch welche die Daten bereits lokal auf dem eigenen Rechner verschlüsselt werden und somit bereits auf dem Weg zum Server hin sicher verschlüsselt sind.Some solutions maintain their server structure exclusively in Germany, which is why all data traffic is subject to the strict German data protection laws, with the result that additional protection against unauthorized access is required. Few solutions also offer end-to-end encryption, through which the data is already encrypted locally on your own computer and is therefore securely encrypted on the way to the server.

Moderne Anbieter bieten in ihrer Software nicht nur Online Backup an, sondern auch die parallele Sicherung auf lokale Medien, wie ein Bandlaufwerk oder USB Peripherie. Firmen sollten darauf achten, dass SQL-Datenbanken wie z. B. Microsoft SQL Server unterstützt werden und eine komplette Systemwiederherstellung Disaster Recovery im Fall eines Serverausfalls enthalten ist. Nützlich ist auch ein direkter, in der Online Backup Software integrierter Virenscanner, welcher die zu sichernden oder wiederherzustellenden Daten überprüft und somit die Sicherheit des Backups erhöht.Modern providers not only offer online backup in their software, but also parallel backup to local media, such as a tape drive or USB peripherals. Companies should make sure that SQL databases such as B. Microsoft SQL Server are supported and a complete system disaster recovery is included in the event of a server failure. A direct virus scanner integrated in the online backup software is also useful, which checks the data to be backed up or restored and thus increases the security of the backup.

BlockchainBlockchain

Eine Blockchain ist eine dezentrale Datenbank, die eine stetig wachsende Liste von Transaktionsdatensätzen vorhält. Die Datenbank wird chronologisch linear erweitert, vergleichbar einer Kette, der am unteren Ende ständig neue Elemente hinzugefügt werden (daher auch der Begriff „Blockchain“ = „Blockkette“). Ist ein Block vollständig, wird der nächste erzeugt. Jeder Block enthält eine Prüfsumme des vorhergehenden Blocks.A blockchain is a decentralized database that maintains a constantly growing list of transaction records. The database is expanded in a chronologically linear manner, comparable to a chain, to which new elements are constantly added at the lower end (hence the term "blockchain" = "blockchain"). If one block is complete, the next is created. Each block contains a checksum of the previous block.

Entwickelt wurde das technische Modell der Blockchain im Rahmen der Kryptowährung Bitcoin - als webbasiertes, dezentralisiertes, öffentliches Buchhaltungssystem aller Bitcoin-Transaktionen, die jemals getätigt wurden. Die Bitcoin-Blockchain wächst stetig, da ständig neue Blöcke mit neu abgeschlossenen Bitcoin-Transaktionen hinzukommen. Jeder Computer, der an das Bitcoin-Netz angeschlossen ist, neue Bitcoins erzeugt und/oder die bisher erzeugten verwaltet, verwaltet eine 1:1-Kopie der vollständigen Blockchain, die Ende 2015 bereits rund 50 Gigabyte groß war. Noch ausführlichere technische Informationen zur Bitcoin-Blockchain gibt es bei Wikipedia.The technical model of the blockchain was developed as part of the cryptocurrency Bitcoin - as a web-based, decentralized, public accounting system for all Bitcoin transactions that have ever been made. The Bitcoin blockchain is growing steadily as new blocks with newly completed Bitcoin transactions are added. Each computer that is connected to the Bitcoin network, generates new Bitcoins and / or manages the ones generated so far, manages a 1: 1 copy of the complete blockchain, which was already around 50 gigabytes in size at the end of 2015. Wikipedia has even more detailed technical information on the Bitcoin blockchain.

Was ist was bei Blockchain, Bitcoin und Co.?What is what with blockchain, bitcoin and Co.?

Ethereum Ethereum

Eine weitere Kryptowährung, die auf dem Blockchain-Prinzip basiert. Bietet eine Plattform für programmierbare Smart Contracts. Die „Ether“ werden von Fans als legitime Nachfolger der Bitcoins angesehen (siehe auch obiges Bild).
Ethereum.org
Foto: Anastasiia Bakay - shutterstock.com
Another cryptocurrency based on the blockchain principle. Offers a platform for programmable smart contracts. The "Ether" are viewed by fans as the legitimate successor to the Bitcoins (see also picture above).
Ethereum.org
Photo: Anastasiia Bakay - shutterstock.com

Was ist überhaupt Bitcoin?What is Bitcoin?

Bitcoin ist eine rein digitale Währung - begründet 2009 -, die auf einem dezentralen Bezahl-Netzwerk basiert und die eine Blockchain als Rückgrat benötigt. Wer im Web mit Bitcoins bezahlt, zahlt geringere Transaktionsgebühren als bei traditionellen Online-Payment-Anbietern. Ein weiterer möglicher Vorteil von Bitcoin ist, dass die Währung nicht durch eine zentrale Staatsbank oder ähnliche Einrichtung gesteuert wird. Nachteile sind die überschaubare Zahl von Akzeptanzstellen und der mittlerweile sehr hohe Aufwand, neue Bitcoins zu berechnen - entsprechend stark steigt ihr Wert.Bitcoin is a purely digital currency - founded in 2009 - which is based on a decentralized payment network and which needs a blockchain as the backbone. If you pay with Bitcoins on the web, you pay lower transaction fees than with traditional online payment providers. Another possible advantage of Bitcoin is that the currency is not controlled by a central state bank or similar institution. Disadvantages are the manageable number of acceptance points and the now very high effort to calculate new bitcoins - their value increases accordingly.

Es existieren keine physikalischen Bitcoins, sondern nur Kontostände, die mit öffentlichen und privaten Schlüsseln verbunden sind. Diese Kontostände werden in einem öffentlichen Buchhaltungssystem abgelegt - der Blockchain -, zusammen mit allen jemals getätigten Bitcoin-Transaktionen. Die für die Verwaltung dieser massiven Datenmenge notwendige Rechenpower wird durch ein großes Netz von Computern bereitgestellt.There are no physical bitcoins, only account balances that are linked to public and private keys. These account balances are stored in a public accounting system - the blockchain - along with all Bitcoin transactions ever made. The computing power required to manage this massive amount of data is provided by a large network of computers.

Was macht die Blockchain so besonders?What makes the blockchain so special?

Die Blockchain ist die wohl größte technologische Erfindung des Bitcoin-Universums. Ohne Blockchain würde das Bitcoin-System nicht funktionieren, weil neue Bitcoins nur auf Grundlage der bisher erzeugten Bitcoins errechnet werden können und deshalb nachgehalten werden muss, was in der Vergangenheit schon passiert ist. Dennoch muss das Blockchain-Prinzip losgelöst von Bitcoin betrachtet werden. Stellen Sie sich die Blockchain als Rohrleitung vor und Bitcoin als das Wasser, das dort durchfließt. Oder Blockchain als Straße und Bitcoin als Auto. Der daraus folgende Clou: Auf der Grundlage der Blockchain-Technologie lassen sich neue Applikationen entwickeln und komplett neue Ökosysteme begründen.Blockchain is arguably the greatest technological invention in the Bitcoin universe. Without blockchain, the Bitcoin system would not work because new bitcoins can only be calculated on the basis of the bitcoins previously generated and therefore it has to be tracked what has happened in the past. Nevertheless, the blockchain principle must be viewed separately from Bitcoin. Think of the blockchain as a pipe and Bitcoin as the water that flows through it. Or blockchain as a street and Bitcoin as a car. The following clou: On the basis of blockchain technology, new applications can be developed and completely new ecosystems established.

Welche Vor- und Nachteile hat eine dezentrale Technologie wie Blockchain?What are the advantages and disadvantages of decentralized technology such as blockchain?

Die Dezentralisierung der IT im Allgemeinen und Blockchain im Speziellen bringt einige Vor- und Nachteile mit. Als Vorteile lassen sich anführen:

  • • Schutz großer Datenmengen mittels Verschlüsselung und Zugriffsverwaltung;
  • • Möglichkeit, große Datenmengen unternehmensübergreifend zu sammeln und analysieren;
  • • einfachere Verifzierung von Datenbezugspunkten;
  • • automatische Aufspüren von Schwachstellen in der Lieferkette, im Zahlungsverkehr und anderen Geschäftsprozessen;
  • • Reduktion oder Vermeidung von unnötigen Kosten für die IT-Infrastrukur;
  • • Reduktion der Kosten für interne und externe Finanztransaktionen, Finanzreporting und Verwaltung;
  • • Schaffung eines Mechanismus zur Verbesserung des Vorstandsreportings und des regulatorischen Reportings;
  • • Beschleunigung des Jahresabschlusses.
The decentralization of IT in general and blockchain in particular has several advantages and disadvantages. The following can be mentioned as advantages:
  • • Protection of large amounts of data using encryption and access management;
  • • Ability to collect and analyze large amounts of data across companies;
  • • easier verification of data reference points;
  • • automatic detection of weaknesses in the supply chain, in payment transactions and other business processes;
  • • Reduction or avoidance of unnecessary IT infrastructure costs;
  • • Reduction of costs for internal and external financial transactions, financial reporting and administration;
  • • Creation of a mechanism to improve board reporting and regulatory reporting;
  • • Accelerate annual accounts.

Als Nachteile sind zu nennen:

  • • noch wenig individuelle Skalierbarkeit;
  • • geringer Datendurchsatz;
  • • Einschränkungen beim Speicherplatz;
  • • schwer zu verwaltende Berechtigungen;
  • • schwierige Integration mit bestehender Legacy im Unternehmen.
Disadvantages include:
  • • still little individual scalability;
  • • low data throughput;
  • • Space restrictions;
  • • difficult to manage permissions;
  • • Difficult integration with existing legacy in the company.

Wie kommt die Blockchain in der Finanzbranche schon zum Einsatz? How is blockchain used in the financial industry?

Schon heute ist vieles in der IT dezentralisiert - dem Internet und der Cloud sei Dank. Mit Anwendungen, die auf dem Blockchain-Prinzip basieren, kommen weiter neue Entwicklungen dazu, die dafür sorgen werden, die aufgeführten Nachteile nach und nach abzubauen. So basiert auch die Kryptowährung Ethereum auf dem Blockchain-Prinzip der dezentralen Rechenleistung und kann als eine Art Brücke zwischen Blockchain und Unternehmens-Systemen gesehen werden.Many things are already decentralized in IT - thanks to the Internet and the cloud. With applications that are based on the blockchain principle, new developments are added that will ensure that the disadvantages listed are gradually eliminated. The cryptocurrency Ethereum is based on the blockchain principle of decentralized computing power and can be seen as a kind of bridge between blockchain and corporate systems.

Die „skalierbare Blockchain-Datenbank“ BigchainDB kann bis zu einer Millionen Schreibvorgänge pro Sekunde verwalten, Petabytes an Daten speichern und wartet trotzdem mit einer Latenzzeit von unter einer Sekunde auf - das alles dezentralisiert verwaltet und bei höchster Datenintegrität.The "scalable blockchain database" BigchainDB can manage up to one million write operations per second, store petabytes of data and still comes up with a latency of less than one second - all managed decentrally and with the highest data integrity.

Blockchain-Anwendungsplattformen für die Finanzindustrie, die sich noch in der Entwicklung befinden - wie ERIS oder R3CEV - sollen die „Business-Regeln“ der Blockchain-Technologie aufstellen und neue transparente, sichere und nachprüfbare Geschäftsmodelle in die IT, insbesondere der Finanzbranche, bringen. Für den CIO heißt ein solcher neuer dezentralisierter Technologiestack samt wachsendem Ökosystem, dass er seinen Aufgaben besser nachkommen kann: schnellere Fertigstellung für den Geschäftsbetrieb, eine sicherere Transaktionsabwicklung, Kostenreduzierung und engere Orientierung an regulatorischen Vorschriften.Blockchain application platforms for the financial industry that are still in development - such as ERIS or R3CEV - are supposed to set up the "business rules" of blockchain technology and bring new transparent, secure and verifiable business models to IT, especially the financial sector. For the CIO, such a new decentralized technology stack and growing ecosystem means that it can do its job better: faster completion for business operations, safer transaction processing, cost reduction and closer orientation to regulatory requirements.

Die Integration mit bereits bestehenden Systemen stellt noch eine Herausforderung dar, ist aber nicht unüberwindbar und lässt sich mit den durch Blockchain zu erwartenden Vorteilen sowohl für die IT als auch fürs Business sehr gut rechtfertigen.Integration with existing systems is still a challenge, but it is not insurmountable and can be justified with the advantages to be expected from blockchain for both IT and business.

Warum können auch andere Industrien von der Blockchain profitieren?Why can other industries also benefit from the blockchain?

Die IT entwickelt zunehmend dezentrale Strukturen, weil die Anwender ihre digitalen Daten selbst im Auge behalten möchten. Durch dezentrale Systeme können Informationen in einem Netz von mehreren Rechnern gespeichert werden, die über das Internet zugänglich sind. Mit dem Internet begann die Dezentralisierung der Kommunikation und jeder Mensch erhielt mehr Verfügungsgewalt über die Informationen, die er konsumiert. Im nächsten Schritt werden neben der Kommunikation auch Rechenleistung und Speicher dezentralisiert (Cloud Computing), und mit der Blockchain kommt nun ein weiteres Element hinzu. Die Blockchain befeuert Ideen, nicht nur Kryptowährungen wie Bitcoin über dezentrale Netze zu steuern, sondern auch andere digitale Inhalte wie Kunst, Musik, Texte oder Fotos.IT is increasingly developing decentralized structures because users want to keep an eye on their digital data themselves. Decentralized systems allow information to be stored in a network of several computers that can be accessed via the Internet. The decentralization of communication began with the Internet and everyone was given more control over the information they consume. In the next step, computing power and storage will be decentralized in addition to communication (cloud computing), and with the blockchain there is now another element. The blockchain fires ideas not only to control cryptocurrencies such as Bitcoin via decentralized networks, but also other digital content such as art, music, texts or photos.

Erste konkrete Praxisbeispiele für den Einsatz von Blockchains in verschiedenen Industrien haben wir im Artikel „Blockchain im Einsatz“ zusammengestellt.We have compiled the first concrete practical examples for the use of blockchains in various industries in the article "Blockchain in use".

Wie sehen die Blockchain-Angebote der großen IT-Konzerne aus?What do the blockchain offerings of the large IT companies look like?

Große IT-Konzerne springen auf den Blockchain-Zug auf und basteln derzeit an Software- und Service-Ökosystemen rund um die Technologie. So bietet IBMsowieso schon länger in der Bitcoin-Initiative der Linux Foundation aktiv - innerhalb seiner Cloud Entwicklern die Möglichkeit, eigene Blockchains aufzusetzen. Dazu hat Big Blue auf seiner Entwicklerplattform Bluemix den der Bitcoin-Blockchain zugrundeliegenden Hyperledger-Code zur Verfügung gestellt.Large IT companies jump on the blockchain train and are currently tinkering with software and service ecosystems around the technology. For example, IBMsowieso has long been actively involved in the Linux Foundation's Bitcoin initiative - within its cloud developers the opportunity to set up their own blockchains. Big Blue has made the Hyperledger code on which the Bitcoin blockchain is based available on its developer platform Bluemix.

Durch die gleichzeitige Integration des Container-Dienstes Docker sei es „für Entwickler nun in zwölf Sekunden möglich, eine eigene Mini-Blockchain innerhalb einer Sandbox zum Laufen zu bekommen“, wie Jerry Cuomo, bei IBM für die Blockchain-Angebote zuständig, im Rahmen der Vorstellung der Services im Februar 2016 unterstrich. „Und nur eine Minute später ist dann die erste vollständige Blockchain-Applikation live.“Through the simultaneous integration of the Docker container service, it is "now possible for developers to get their own mini-blockchain up and running within a sandbox in twelve seconds," as Jerry Cuomo, responsible for blockchain offers at IBM, as part of the Presentation of the services in February 2016 underlined. "And just a minute later, the first complete blockchain application is live."

Auch Microsoft hat den Nutzen von Blockchain erkannt und unter dem Dach von „Ethereum Blockchain as a Service“ in der Azure Cloud das „Project Bletchley“ gestartet. In nächster Zeit sollen verschiedene Middleware-Tools gelauncht werden, die den Business-Nutzen von Blockchain erweitern. So spricht man beispielsweise mit „Blockchain as a Service“in erster Linie Entwickler an. Als technisches Werkzeug der Lösungen dienen sogenannte „Cryptlets“, mit deren Hilfe Anwender externe Daten in eine Blockchain einpflegen können, ohne ihre Sicherheit und Integrität zu zerstören.Microsoft has also recognized the benefits of blockchain and launched the "Project Bletchley" in the Azure Cloud under the umbrella of "Ethereum Blockchain as a Service". In the near future, various middleware tools will be launched that expand the business benefits of blockchain. For example, "Blockchain as a Service" primarily addresses developers. So-called “cryptlets” serve as the technical tools of the solutions, with the help of which users can insert external data into a blockchain without destroying their security and integrity.

Diese Cryptlets lassen sich in jeder beliebigen Prorammiersprache entwickeln und laufen analog zum IBM-Angebot innerhalb eines sicheren Containers. Microsoft sieht den Nutzen der Blockchain-Technologie vor allem in Security-relevanten Themen wie Identitäts-Management und Verschlüsselung und hat entsprechende Services bereits in Project Bletchley integriert.These cryptlets can be developed in any programming language and run analogous to the IBM offer within a secure container. Microsoft plans to use blockchain technology all in security-relevant topics such as identity management and encryption and has already integrated corresponding services in Project Bletchley.

Weitere große IT-Player wie SAP oder HPE haben die Technologie ebenfalls schon länger unter Beobachtung und evaluieren eigenen Aussagen zufolge noch die Möglichkeiten, Angebote rund um Blockchain zu entwickeln.Other large IT players such as SAP or HPE have also been keeping an eye on the technology for some time and, according to their own statements, are still evaluating the possibilities of developing offers around blockchain.

Eine Blockchain[1][2][3] (auch Block Chain,[4][5] englisch für Blockkette) ist eine kontinuierlich erweiterbare Liste von Datensätzen, genannt „Blöcke“, welche mittels kryptographischer Verfahren miteinander verkettet sind.[1][6] Jeder Block enthält dabei typischerweise einen kryptographisch sicheren Hash (Streuwert) des vorhergehenden Blocks,[6] einen Zeitstempel und Transaktionsdaten.[7] A blockchain [1] [2] [3] (also block chain, [4] [5] English for blockchain) is a continuously expandable list of data records, called "blocks", which are linked together using cryptographic methods. [1] [6] Each block typically contains a cryptographically secure hash (scatter value) of the previous block, [6] a time stamp and transaction data. [7]

Der Begriff Blockchain wird auch genutzt, wenn ein Buchführungssystem dezentral geführt wird und der jeweils richtige Zustand dokumentiert werden muss, weil viele Teilnehmer an der Buchführung beteiligt sind. Dieses Konzept wird als Distributed-Ledger-Technologie (dezentral geführte Kontobuchtechnologie) oder DLT bezeichnet.[8] Was dokumentiert werden soll, ist für den Begriff der Blockchain unerheblich. Entscheidend ist, dass spätere Transaktionen auf früheren Transaktionen aufbauen und diese als richtig bestätigen, indem sie die Kenntnis der früheren Transaktionen beweisen. Damit wird es unmöglich gemacht, Existenz oder Inhalt der früheren Transaktionen zu manipulieren oder zu tilgen, ohne gleichzeitig alle späteren Transaktionen ebenfalls zu zerstören. Andere Teilnehmer der dezentralen Buchführung, die noch Kenntnis der späteren Transaktionen haben, würden eine manipulierte Kopie der Blockchain daran erkennen, dass sie Inkonsistenzen in den Berechnungen aufweist.The term blockchain is also used when an accounting system is managed decentrally and the correct state must be documented because many participants are involved in the accounting. This concept is referred to as distributed ledger technology (decentralized account technology) or DLT. [8] What is to be documented is irrelevant to the term blockchain. It is crucial that later transactions build on previous transactions and confirm these as correct by proving knowledge of the previous transactions. This makes it impossible to manipulate or redeem the existence or content of previous transactions without also destroying all later transactions. Other participants in decentralized accounting who still have knowledge of the subsequent transactions would recognize a manipulated copy of the blockchain by the fact that it has inconsistencies in the calculations.

Das Verfahren der kryptografischen Verkettung in einem dezentral geführten Buchführungssystem ist die technische Basis für Kryptowährungen, kann aber darüber hinaus in verteilten Systemen zur Verbesserung bzw. Vereinfachung der Transaktionssicherheit im Vergleich zu zentralen Systemen beitragen. Eine der ersten Anwendungen von Blockchain ist die Kryptowährung Bitcoin.The process of cryptographic chaining in a decentralized accounting system is the technical basis for cryptocurrencies, but can also help to improve or simplify transaction security in distributed systems compared to central systems. One of the first uses of blockchain is the cryptocurrency Bitcoin.

Die Funktionsweise ähnelt dem Journal der Buchführung. Es wird daher auch als „Internet der Werte“ (Internet of value) bezeichnet. Eine Blockchain ermöglicht es, dass in einem dezentralen Netzwerk eine Einigkeit zwischen den Knoten erzielt werden kann. (Siehe auch: Byzantinischer Fehler.)The way it works is similar to the journal of accounting. It is therefore also referred to as the “Internet of values”. A blockchain enables unity to be achieved between the nodes in a decentralized network. (See also: Byzantine error.)

Geschichtehistory

Erste Grundlagen zur kryptografisch abgesicherten Verkettung einzelner Blöcke wurden 1991 von Stuart Haber und W. Scott Stornetta, 1996 von Ross J. Anderson und 1998 von Bruce Schneier & John Kelsey beschrieben.[9] 1998 arbeitete auch Nick Szabo an einem Mechanismus für eine dezentralisierte digitale Währung, die er „Bit Gold“ nannte.[10] Im Jahr 2000 entwickelte Stefan Konst eine allgemeine Theorie zu kryptografisch abgesicherten Verkettungen und leitete daraus verschiedene Lösungen zur Umsetzung ab.[9][11] The first basics of cryptographically secured chaining of individual blocks were described in 1991 by Stuart Haber and W. Scott Stornetta, in 1996 by Ross J. Anderson and in 1998 by Bruce Schneier & John Kelsey. In 1998 Nick Szabo also worked on a mechanism for a decentralized digital currency, which he called "Bit Gold". [10] In 2000, developed Stefan Constitution a general theory to cryptographically secured chains and derived from different solutions to implement from. [9] [11]

Das Konzept der Blockchain als verteiltes Datenbankmanagementsystem wurde erstmals 2008 von Satoshi Nakamoto im White Paper zu Bitcoin beschrieben.[12] Im Jahr darauf veröffentlichte er die erste Implementierung der Bitcoin-Software und startete dadurch die erste öffentlich verteilte Blockchain.The concept of blockchain as a distributed database management system was first described in 2008 by Satoshi Nakamoto in the white paper on Bitcoin. [12] The following year, he published the first implementation of the Bitcoin software and thus launched the first publicly distributed block chain.

Eigenschaftenproperties

Neue Blöcke werden über ein Konsensverfahren geschaffen und anschließend an die Blockchain angehängt.[13] Das populärste Konsensverfahren ist hierbei die Proofof-Work-Methode; es bestehen jedoch zahlreiche andere Formen, Konsens herzustellen (Proof of Stake, Proof of Capacity, Proof of Burn, Proof of Activity). Durch die aufeinander aufbauende Speicherung von Daten in einer Blockchain können diese nicht nachträglich geändert werden, ohne die Integrität des Gesamtsystems zu beschädigen. Hierdurch wird die Manipulation von Daten erheblich erschwert. Der dezentrale Konsensmechanismus ersetzt die Notwendigkeit einer vertrauenswürdigen dritten Instanz zur Integritätsbestätigung von Transaktionen.[14]

  • • Verkettungsprinzip: Eine Blockchain ist eine verkettete Folge von Datenblöcken, die über die Zeit weiter fortgeschrieben wird.
  • • Dezentrale Speicherung: Eine Blockchain wird nicht zentral gespeichert, sondern als verteiltes Register geführt. Alle Beteiligten speichern eine eigene Kopie und schreiben diese fort.
  • • Konsensmechanismus: Es muss sichergestellt werden, dass eine bei allen Beteiligten identische Kette entsteht. Hierfür müssen zuerst Vorschläge für neue Blöcke erarbeitet werden. Dies geschieht durch Validatoren (die bei Bitcoin „Miner“ genannt werden). Dann müssen sich die Beteiligten einigen, welcher vorgeschlagene Block tatsächlich in die Kette eingefügt wird. Dies erfolgt durch ein sogenanntes Konsensprotokoll, ein algorithmisches Verfahren zur Abstimmung.
  • • Manipulationssicherheit: Durch kryptographische Verfahren wird sichergestellt, dass die Blockchain nicht nachträglich geändert werden kann. Die Kette der Blöcke ist somit unveränderbar, fälschungs- und manipulationssicher.
  • • Transparenz / Vertraulichkeit: Die auf der Blockchain gespeicherten Daten sind von allen Beteiligten einsehbar. Sie sind deshalb aber nicht unbedingt auch für alle sinnvoll lesbar, denn Inhalte können verschlüsselt abgespeichert werden. Blockchains erlauben so eine flexible Ausgestaltung des Vertraulichkeitsgrads.
  • • Nichtabstreitbarkeit: Durch die Nutzung digitaler Signaturen sind Informationen in der Blockchain speicherbar, die fälschungssicher nachweisen, dass Teilnehmende unabstreitbar bestimmte Daten hinterlegt haben, etwa Transaktionen angestoßen haben.[15]
New blocks are created using a consensus process and then attached to the blockchain. [13] The most popular consensus procedure is the proof-of-work method; However, there are numerous other forms of establishing consensus (proof of stake, proof of capacity, proof of burn, proof of activity). Due to the sequential storage of data in a blockchain, it cannot be changed afterwards without damaging the integrity of the overall system. This makes data manipulation considerably more difficult. The decentralized consensus mechanism replaces the need for a trusted third party to confirm transaction integrity. [14]
  • • Chaining principle: A blockchain is a chained sequence of data blocks that is continued over time.
  • • Decentralized storage: A blockchain is not stored centrally, but is kept as a distributed register. All participants save their own copy and continue to update it.
  • • Consensus mechanism: It must be ensured that an identical chain is created for all involved. For this, suggestions for new blocks must first be worked out. This happens through Validators (called “miners” at Bitcoin). Then the participants have to agree on which proposed block will actually be added to the chain. This is done through a so-called consensus protocol, an algorithmic procedure for voting.
  • • Tamper-proof: Cryptographic procedures ensure that the blockchain cannot be changed afterwards. The chain of blocks is therefore immutable, tamper-proof and tamper-proof.
  • • Transparency / Confidentiality: The data stored on the blockchain is visible to everyone involved. However, they are not necessarily meaningfully legible for everyone, because content can be saved in encrypted form. Blockchains allow a flexible configuration of the level of confidentiality.
  • • Non-contestability: By using digital signatures, information can be stored in the blockchain that can be tamper-proof that participants have undeniably stored certain data, such as initiating transactions. [15]

Bei Bitcoin besteht eine Blockchain aus einer Reihe von Datenblöcken, in denen jeweils eine oder mehrere Transaktionen zusammengefasst und mit einer Prüfsumme versehen sind, d. h., sie werden jeweils paarweise zu einem Hash-Baum zusammengefasst. Die Wurzel des Baumes (auch Merkle-Root, bzw. Top-Hash genannt) wird dann im zugehörigen Header gespeichert. Der gesamte Header wird dann ebenfalls gehasht; dieser Wert wird im nachfolgenden Header abgespeichert. So wird sichergestellt, dass keine Transaktion verändert werden kann, ohne den zugehörigen Header und alle nachfolgenden Blöcke ebenfalls zu ändern.[16] At Bitcoin, a blockchain consists of a series of data blocks, in each of which one or more transactions are combined and provided with a checksum, i.e. they are combined in pairs to form a hash tree. The root of the tree (also called Merkle root, or top hash) is then saved in the associated header. The entire header is then also hashed; this value is saved in the header below. This ensures that no transaction can be changed without also changing the associated header and all subsequent blocks. [16]

Die Blockchain von Bitcoin ist die älteste Blockchain. Sie startete im Januar 2009, hatte Anfang Dezember 2017 eine Größe von ca. 144,5 GB[17] und lag am 9. Dezember 2017 auf ca. 11.900 Knoten[18] redundant und öffentlich zugriffsbereit vor.Bitcoin's blockchain is the oldest blockchain. It started in January 2009, had a size of approx. 144.5 GB [17] at the beginning of December 2017 and was redundant and publicly accessible on December 9, 2017 at approx. 11,900 nodes [18] .

Anwendungsbeispiel AuditingApplication example auditing

Beim Auditing in der Informationstechnik geht es darum, sicherheitskritische Operationen von Softwareprozessen aufzuzeichnen. Dies betrifft insbesondere den Zugriff auf und die Veränderung von vertraulichen oder kritischen Informationen. Das Auditing eignet sich hierbei deshalb für eine Blockchain, weil es relativ geringe Datenmengen produziert und gleichzeitig hohe Sicherheitsanforderungen aufweist.Auditing in information technology is about recording security-critical operations of software processes. This applies in particular to accessing and changing confidential or critical information. Auditing is suitable for a blockchain because it produces relatively small amounts of data and at the same time has high security requirements.

Eine Blockchain kann hierbei das Audit-Log (auch als Audit-Trail bezeichnet) vor Veränderung schützen. Zudem sollten die einzelnen Einträge mit einer digitalen Signatur versehen werden, um die Echtheit zu gewährleisten. Ein dezentraler Konsensmechanismus, wie bei Bitcoin, wird nicht zwingend benötigt.[19] A blockchain can protect the audit log (also known as the audit trail) from changes. In addition, the individual entries should be provided with a digital signature to ensure authenticity. A decentralized consensus mechanism, like Bitcoin, is not absolutely necessary. [19]

Da einerseits vertrauliche Informationen gespeichert werden und andererseits kein Element der Blockchain gelöscht werden kann, ohne diese ungültig zu machen, kann zudem eine Verschlüsselung der einzelnen Einträge erfolgen.[19] Da die Implementierung von Blockchains derzeit (Stand Mai 2017) mangels einfach zu verwendender Implementierungen sehr aufwändig ist, empfiehlt sich der Einsatz nur für besonders schützenswerte Informationen.Since on the one hand confidential information is stored and on the other hand no element of the blockchain can be deleted without invalidating it, the individual entries can also be encrypted. [19] Since the implementation of blockchains is currently (as of May 2017) very complex due to the lack of easy-to-use implementations, the use is only recommended for particularly sensitive information.

Einsatzbeispiele sind das Auditing bei Systemen für medizinische Informationen (z. B. Elektronische Gesundheitsakte), Verträgen und Geldtransaktionen mit hohem finanziellen Wert, militärischen Geheimnissen, der Gesetzgebung und der elektronischen Stimmabgabe, dem Sicherheitsmanagement kritischer Anlagen oder Daten von Großunternehmen, welche unter den Sarbanes-Oxley Act oder ähnlichen Richtlinien fallen.Examples of use include auditing systems for medical information (e.g. electronic health records), contracts and monetary transactions with high financial value, military secrets, legislation and electronic voting, security management of critical systems or data from large companies that are classified as Sarbanes- Oxley Act or similar guidelines fall.

Wie im Juli 2018 bekannt wurde, testen die vier Wirtschaftsprüfungsgesellschaften Deloitte, KPMG, PricewaterhouseCoopers International und Ernst & Young einen Blockchain-Dienst zur Prüfung der Zwischenberichte von Aktiengesellschaften. Ziel ist es, den Wirtschaftsprüfungsunternehmen die Möglichkeit zu geben, die Geschäftsvorgänge durch eine nachvollziehbare und manipulationssichere Datenkette auf dezentrale Weise zu verfolgen, wodurch der Bestätigungsprozess optimiert und automatisiert wird. [20][21] As it became known in July 2018, the four accounting firms Deloitte, KPMG, PricewaterhouseCoopers International and Ernst & Young are testing a blockchain service for checking the interim reports of stock corporations. The aim is to give auditing companies the opportunity to track business transactions in a decentralized manner using a traceable and tamper-proof data chain, which optimizes and automates the confirmation process. [20] [21]

Anwendungsbeispiel KapitalmärkteApplication example capital markets

Die Blockchain wird auch als Anwendung in den Kapitalmärkten in Betracht gezogen. Das R3 Konsortium hat mit mehreren Finanzinstitutionen die Plattform Corda veröffentlicht, welche einen Unterbau für Blockchain-Anwendungen für Kapitalmärkte darstellen soll.The blockchain is also being considered as an application in the capital markets. The R3 consortium has published the platform Corda with several financial institutions, which is supposed to be a substructure for blockchain applications for capital markets.

Die größten Anwendungsgebiete für Kapitalmärkte bestehen im Bereich des Settlement von Aktien und anderen Finanzinstrumenten, der Ausgabe von Konsortialkrediten und der Finanzierung von Unternehmen mit Eigenkapital. The main areas of application for capital markets are in the area of the settlement of stocks and other financial instruments, the issuance of syndicated loans and the financing of companies with equity.

Anwendungsbeispiel Lieferketten für LebensmittelApplication example supply chains for food

Der Einsatz einer Blockchain, in der die Beteiligten die Transaktionen der Lieferkette gemeinsam dokumentieren, kann hier deutliche Kosten- und Zeiteinsparungen ermöglichen. Eine Blockchain könnte das Misstrauen gegenüber einem zentralen registerführenden Akteur aufheben, da ein Blockchain-Register für alle Teilnehmenden zugänglich ist. Die Buchführungs- und Leserechte können dabei gestuft verteilt werden, angepasst an die unterschiedlichen Nutzergruppen und deren Bedürfnisse, wie zum Beispiel Hersteller, Spediteure, Zoll und verschiedene Verbraucherinnen und Verbraucher. Somit herrscht keine vollständige Transparenz, die Wettbewerber ausnutzen könnten. Für Endverbraucherinnen und -verbraucher können zum Beispiel lediglich Leserechte eingeräumt werden, anhand derer die Herkunft und die gesamte Lieferkette von der Ernte über Verarbeitung, Logistik, Verzollung, Zertifizierung, Lebensmittelüberwachung, den Großhändler bis zum Einzelhandel transparent und überprüfbar nachvollzogen werden können.The use of a blockchain, in which the parties involved jointly document the transactions in the supply chain, can result in significant cost and time savings. A blockchain could put an end to distrust of a central register-keeping actor, since a blockchain register is accessible to all participants. The accounting and reading rights can be distributed in stages, adapted to the different user groups and their needs, such as manufacturers, freight forwarders, customs and various consumers. This means that there is no complete transparency that competitors can exploit. For end users, for example, only reading rights can be granted, based on which the origin and the entire supply chain from harvest to processing, logistics, customs clearance, certification, food monitoring, wholesalers to retailers can be transparently and verifiably verified.

Zudem gibt es Automatisierungspotenziale für die einzuhaltenden Dokumentationspflichten: So könnte beispielsweise ein im Container angebrachter Sensor die Temperatur von Lebensmitteln messen, die Messdaten in die Blockchain schreiben und so eine lückenlose Einhaltung der Kühlkette dokumentieren. Würde sie nicht eingehalten, könnte ein entsprechend aufgesetzter Smart Contract automatisch Alarm schlagen.[22] There is also automation potential for the documentation requirements to be complied with: For example, a sensor installed in the container could measure the temperature of food, write the measurement data into the blockchain and thus document complete compliance with the cold chain. If it was not adhered to, a smart contract set up accordingly could automatically raise the alarm. [22]

Informationelle SelbstbestimmungInformational self-determination

Das Recht auf informationelle Selbstbestimmung ist im Recht Deutschlands das Recht des Einzelnen, grundsätzlich selbst über die Preisgabe und Verwendung seiner personenbezogenen Daten zu bestimmen. Es ist nach der Rechtsprechung des Bundesverfassungsgerichts ein Datenschutz-Grundrecht, das im Grundgesetz für die Bundesrepublik Deutschland nicht ausdrücklich erwähnt wird. Der Vorschlag, ein Datenschutz-Grundrecht in das Grundgesetz einzufügen, fand bisher nicht die erforderliche Mehrheit. Personenbezogene Daten sind jedoch nach Datenschutz-Grundverordnung und nach Art. 8 der EU-Grundrechtecharta geschützt.In Germany's right, the right to informational self-determination is the right of the individual to determine, in principle, himself about the disclosure and use of his personal data. According to the case law of the Federal Constitutional Court, it is a basic data protection right that is not expressly mentioned in the Basic Law for the Federal Republic of Germany. The proposal to insert a basic data protection right into the Basic Law has so far not found the required majority. However, personal data are protected according to the General Data Protection Regulation and Art. 8 of the EU Charter of Fundamental Rights.

AllgemeinesGeneral

Der Begriff des informationellen Selbstbestimmungsrechts geht zurück auf ein Gutachten von Wilhelm Steinmüller und Bernd Lutterbeck aus dem Jahr 1971. Das informationelle Selbstbestimmungsrecht ist eine Ausprägung des allgemeinen Persönlichkeitsrechts und wurde vom Bundesverfassungsgericht im sogenannten Volkszählungsurteil[1] 1983 als Grundrecht anerkannt. Ausgangspunkt für das Bundesverfassungsgericht ist das sogenannte allgemeine Persönlichkeitsrecht (APR), also Art. 2 Abs. 1 GG in Verbindung mit Art. 1 Abs. 1 GG.[2] The concept of the right to informational self-determination goes back to an expert opinion by Wilhelm Steinmüller and Bernd Lutterbeck from 1971. The right to informational self-determination is an expression of the general right of personality and was recognized by the Federal Constitutional Court in 1983 in the so-called census ruling [1] as a fundamental right. The starting point for the Federal Constitutional Court is the so-called general right of personality (APR), ie Art. 2 Para. 1 GG in conjunction with Art. 1 Para. 1 GG. [2]

Die Selbstbestimmung bei der freien Entfaltung der Persönlichkeit werde gefährdet durch die Bedingungen der modernen Datenverarbeitung. Wer nicht wisse oder beeinflussen könne, welche Informationen bezüglich seines Verhaltens gespeichert und vorrätig gehalten werden, werde aus Vorsicht sein Verhalten anpassen (siehe auch: Panoptismus). Dies beeinträchtige nicht nur die individuelle Handlungsfreiheit, sondern auch das Gemeinwohl, da ein freiheitlich demokratisches Gemeinwesen der selbstbestimmten Mitwirkung seiner Bürger bedürfe. „Mit dem Recht auf informationelle Selbstbestimmung wären eine Gesellschaftsordnung und eine diese ermöglichende Rechtsordnung nicht vereinbar, in der Bürger nicht mehr wissen können, wer was wann und bei welcher Gelegenheit über sie weiß.” [Referenz benötigt] Self-determination in the free development of the personality is endangered by the conditions of modern data processing. Those who do not know or cannot influence which information regarding their behavior are stored and kept in stock will adjust their behavior out of caution (see also: Panoptism). This affects not only individual freedom of action, but also the common good, since a freely democratic community needs the self-determined participation of its citizens. "The right to informational self-determination would not be compatible with a social order and a legal order that enables it, in which citizens can no longer know who knows what, when and on what occasion." [Reference required]

Das Recht auf informationelle Selbstbestimmung leitet sich nach Ansicht des Europäischen Parlamentes auch aus Art. 8 Abs. 1 der Europäischen Menschenrechtskonvention ab:

  • „Jede Person hat das Recht auf Achtung ihres Privat- und Familienlebens, ihrer Wohnung und ihrer Korrespondenz.“
The European Parliament believes that the right to informational self-determination also derives from Article 8 (1) of the European Convention on Human Rights:
  • "Everyone has the right to respect for their private and family life, their home and their correspondence."

- EMRK Art. 8 Abs. 1- ECHR Art. 8 para. 1

Aufbauend auf dieser Begründung hatte das EU-Parlament gegen die EU-Kommission Klage erhoben, weil die verbindliche Speicherung der Verkehrsdaten der EU-Bürger gegen diese Regelung verstoße.Based on this reasoning, the EU Parliament had brought an action against the EU Commission because the binding storage of traffic data for EU citizens violated this regulation.

Schutzbereich Protected area

Das Recht auf informationelle Selbstbestimmung ist weit gefasst. Es wird nicht unterschieden, ob mehr oder weniger sensible Daten des Einzelnen betroffen sind. Das Bundesverfassungsgericht stellte fest, dass unter den Verarbeitungs- und Verknüpfungsmöglichkeiten der Informationstechnologie auch ein für sich gesehen belangloses Datum einen neuen Stellenwert bekommen könne und es insoweit keine belanglosen Daten gebe.The right to informational self-determination is broad. No distinction is made between whether more or less sensitive data of the individual are affected. The Federal Constitutional Court found that among the processing and linking options of information technology, even an irrelevant date can take on a new significance and there is no irrelevant data in this regard.

EingriffeInterventions

Einschränkungen des Grundrechts seien zwar möglich, bedürften aber einer gesetzlichen Grundlage. Dabei habe der Gesetzgeber abzuwägen zwischen dem Geheimhaltungsinteresse des Betroffenen und dem öffentlichen Informationsinteresse der verarbeitenden Stelle.Limitations to the fundamental right are possible, but they require a legal basis. In doing so, the legislator has to weigh up the confidentiality interest of the person concerned and the public information interest of the processing body.

Einschränkungen sind nur zulässig im überwiegenden Allgemeininteresse. Sie bedürfen einer gesetzlichen Grundlage, die dem Gebot der Normenklarheit entsprechen muss.Restrictions are only permitted in the overriding general interest. They require a legal basis that must comply with the standard of clarity.

Es wird differenziert zwischen Maßnahmen, die ohne oder gegen den Willen des Betroffenen vorgenommen werden, und solchen, die freiwillig erfolgen. Für erstere muss die gesetzliche Ermächtigung auch „bereichsspezifisch, präzise und amtshilfefest“ sein (Volkszählungsurteil, BVerfGE 65, 1 [46]).A distinction is made between measures that are taken without or against the will of the person concerned and those that are voluntary. For the former, the legal authorization must also be "area-specific, precise and official help-proof" (census ruling, BVerfGE 65, 1 [46]).

Zudem kann man unterscheiden zwischen anonymisierten Daten, die keinen Rückschluss auf den Betroffenen zulassen (z. B. für statistische Erhebungen), und Daten, die personalisierbar sind. Bei anonymisierten Daten ist die Zweckbindung gelockert, für Daten, die personalisierbar sind, gilt eine strenge Zweckbindung. Der Gesetzgeber muss Vorkehrungen treffen, um Datenmissbrauch zu verhindern (Verfahrensvorschriften, Datenschutzbeauftragte, ...).In addition, a distinction can be made between anonymized data that do not allow any conclusions to be drawn about the person concerned (e.g. for statistical surveys) and data that can be personalized. In the case of anonymized data, the earmarking is loosened, for data that can be personalized, there is a strict earmarking. Legislators must take measures to prevent data misuse (procedural regulations, data protection officers, ...).

AuswirkungenImpact

Das informationelle Selbstbestimmungsrecht wurde die Grundlage für die bestehenden Datenschutzgesetze wie das Bundesdatenschutzgesetz oder die Landesdatenschutzgesetze und beeinflusste auch die Entwicklung der Richtlinie 95/46/EG (Datenschutzrichtlinie).The right to informational self-determination became the basis for the existing data protection laws such as the Federal Data Protection Act or the state data protection laws and also influenced the development of Directive 95/46 / EC (Data Protection Directive).

Auch in jüngerer Zeit hat das Recht auf informationelle Selbstbestimmung in der verfassungsgerichtlichen Rechtsprechung eine große Rolle gespielt. So wurde die Rasterfahndung in Nordrhein-Westfalen für verfassungswidrig erklärt, sofern sie nur auf Grundlage einer „allgemeinen Bedrohungslage“ geschieht;[3] die § 100c und § 100d StPO (der sogenannte Große Lauschangriff) mussten um einen Straftatenkatalog und um explizite Löschungsvorschriften ergänzt werden (BVerfGE 109, 279).The right to informational self-determination has also played a major role in constitutional jurisprudence. So the grid search in North Rhine-Westphalia was declared unconstitutional, provided that it only happens on the basis of a "general threat situation"; [3] § 100c and § 100d StPO (the so-called big eavesdropping) had to be supplemented by a catalog of offenses and explicit deletion regulations (BVerfGE 109, 279).

Das Recht auf Nichtwissen gilt als „negative Variante des Rechts auf informationelle Selbstbestimmung“.The right not to know is considered a “negative variant of the right to informational self-determination”.

Ausspähenspy

Das Ausspähen privater Daten aus einem staatlichen Interesse heraus ist strengen Beschränkungen unterworfen. Es bedarf nach dem Legalitätsprinzip generell der gesetzlichen Regelung und nach den Grundsätzen der Gewaltenteilung der richterlichen Anordnung. Nach bestimmter Frist muss dem Ausgespähten zudem Kenntnis über den Vorgang gegeben werden. Eine beabsichtigte Ausspähung auf Vorrat wird damit kaum in Gesetzesrang kommen.The spying of private data out of a state interest is subject to strict restrictions. According to the principle of legality, there is generally a need for legal regulation and, according to the principles of separation of powers, a judicial order. After a certain period of time, the spied on must also be informed of the process. An intended spying on stock will hardly come into law rank.

Zuletzt hat das Bundesverfassungsgericht die gesetzlichen Regelungen des Landes Nordrhein-Westfalen als verfassungswidrig gekippt.[5] Klarstellungen des Bundesministeriums des Innern werden für die entsprechenden bundesgesetzlichen Regelungen erwartet.Most recently, the Federal Constitutional Court overturned the legal regulations of the State of North Rhine-Westphalia as unconstitutional. [5] Clarifications from the Federal Ministry of the Interior are expected for the corresponding federal regulations.

Siehe auch: Ausspähen von DatenSee also: spying on data

Vereinbarungenagreement

Unter der Maßgabe der aktuellen Rechtsprechung (s. o.) bedarf jede Verknüpfung personenbezogener Daten für Zwecke Dritter der Zustimmung, wenn der Rechtsanspruch der Beteiligten nicht eingeschränkt sein soll. Dazu sind Vereinbarungen möglich, die zwischen den Beteiligten getroffen werden und damit die ausdrückliche Zustimmung der Beteiligten dokumentieren. Es kann nicht durch Vereinbarung zweier Parteien eine Gültigkeit für Dritte erreicht werden. Im Umkehrschluss kann ebenso eine Vereinbarung zwischen zwei Parteien nicht durch eine Vereinbarung mit Dritten aufgehoben oder unwirksam werden.In accordance with the current case law (see above), any linking of personal data for the purposes of third parties requires consent if the legal claim of the parties is not to be restricted. For this purpose, agreements are possible that are made between the parties involved and thus the Document the express consent of those involved. A validity for third parties cannot be achieved by agreement between two parties. Conversely, an agreement between two parties cannot be canceled or rendered ineffective by an agreement with third parties.

Insoweit ist im Zusammenhang mit neuen Techniken und Verfahrensweisen (Technologien) davon auszugehen, dass eine Verletzung der Rechte der informationellen Selbstbestimmung beispielsweise durch Einrichtungen zur Ortsbestimmung technisch möglich ist.[6] Diese technische Möglichkeit aber generell als gesetzeswidrig auszuschließen, ist keine haltbare Position. Dies wird allein durch die bekannten Einrichtungen der Mobilfunktechnik bestätigt.[7] In this respect, in connection with new techniques and procedures (technologies), it can be assumed that a violation of the rights of informational self-determination, for example by means of location determination, is technically possible. [6] However, to rule out this technical possibility as illegal is not a sustainable position. This is confirmed only by the known facilities of mobile radio technology. [7]

VerstößeViolations

Nutzt ein Unternehmen für den Betroffenen erkennbar persönliche Daten, hat der Betroffene generell einen Rechtsanspruch auf Auskunft über die Speicherung dieser Daten und den Verwendungszweck dieser Daten. Geht die Speicherung über einfache Adressdaten hinaus, hat der Betroffene generell einen Rechtsanspruch auf Löschung der Speicherung dieser Daten, wenn er mit dem Unternehmen keine Vertragsbeziehungen hat (siehe auch: Bundesdatenschutzgesetz: Rechte der Betroffenen).If a company uses recognizable personal data for the person concerned, the person concerned generally has a legal right to information about the storage of this data and the purpose of use of this data. If the storage goes beyond simple address data, the data subject generally has a legal right to have the data stored deleted if he has no contractual relationships with the company (see also: Federal Data Protection Act: Rights of the Data Subject).

Wird ein Unternehmen beispielsweise durch Werbeaktionen lästig, kann der Betroffene in jedem Einzelfall durch Formschreiben unter Angabe der Adresse Auskunft einholen. Erfolgt keine Auskunft durch das Unternehmen, kann der Betroffene rechtliche Mittel nutzen, um per Abmahnung durch einen Rechtsanwalt oder per Klage bei Gericht Auskunft und Löschung durchzusetzen. Die Kosten trägt zunächst der Betroffene.If a company becomes a nuisance, for example, through promotions, the person concerned can obtain information in each individual case by means of a letter stating the address. If the company does not provide any information, the person concerned can use legal means to enforce information and deletion by warning from a lawyer or by complaint to the court. The person concerned initially bears the costs.

InformationssicherheitInformation security

Information (oder Daten) sind schützenswerte Güter. Der Zugriff auf diese sollte beschränkt und kontrolliert sein. Nur autorisierte Benutzer oder Programme dürfen auf die Information zugreifen. Schutzziele werden zum Erreichen bzw. Einhalten der Informationssicherheit und damit zum Schutz der Daten vor beabsichtigten Angriffen von IT-Systemen definiert:[1]:6-11

  • • Allgemeine Schutzziele:
    • ◯ Vertraulichkeit (englisch: confidentiality): Daten dürfen lediglich von autorisierten Benutzern gelesen bzw. modifiziert werden, dies gilt sowohl beim Zugriff auf gespeicherte Daten, wie auch während der Datenübertragung.
    • ◯ Integrität (englisch: integrity): Daten dürfen nicht unbemerkt verändert werden. Alle Änderungen müssen nachvollziehbar sein.
    • ◯ Verfügbarkeit (englisch: availability): Verhinderung von Systemausfällen; der Zugriff auf Daten muss innerhalb eines vereinbarten Zeitrahmens gewährleistet sein.
  • • Weitere Schutzziele der Informationssicherheit:
    • ◯ Authentizität (englisch: authenticity) bezeichnet die Eigenschaften der Echtheit, Überprüfbarkeit und Vertrauenswürdigkeit eines Objekts.
    • ◯ Verbindlichkeit/Nichtabstreitbarkeit (englisch: non repudiation): Sie erfordert, dass „kein unzulässiges Abstreiten durchgeführter Handlungen“ möglich ist.[4] Sie ist unter anderem wichtig beim elektronischen Abschluss von Verträgen. Erreichbar ist sie beispielsweise durch elektronische Signaturen.
    • ◯ Zurechenbarkeit (englisch: accountability): „Eine durchgeführte Handlung kann einem Kommunikationspartner eindeutig zugeordnetwerden.
    • ◯ in bestimmtem Kontext (zum Beispiel im Internet) auch Anonymität
Information (or data) is a valuable asset. Access to these should be restricted and controlled. Only authorized users or programs can access the information. Protection goals are defined to achieve or comply with information security and thus to protect data from intended attacks by IT systems: [1]: 6-11
  • • General protection goals:
    • ◯ Confidentiality: Data may only be read or modified by authorized users, this applies both to access to stored data and during data transfer.
    • ◯ Integrity: Data must not be changed without being noticed. All changes must be traceable.
    • ◯ availability: prevention of system failures; Access to data must be guaranteed within an agreed time frame.
  • • Further protection goals of information security:
    • ◯ Authenticity (English: authenticity) describes the properties of authenticity, verifiability and trustworthiness of an object.
    • ◯ Liability / non-deniability (English: non repudiation): It requires that "no illegal denial of actions performed" is possible. [4] It is important, among other things, when concluding contracts electronically. It can be reached, for example, using electronic signatures.
    • ◯ Accountability: "An action performed can be clearly assigned to a communication partner.
    • ◯ anonymity in a certain context (e.g. on the Internet)

Jedes noch so gut geplante und umgesetzte IT-System kann Schwachstellen besitzen. Sind bestimmte Angriffe zum Umgehen der vorhandenen Sicherheitsvorkehrungen möglich, ist das System verwundbar. Nutzt ein Angreifer eine Schwachstelle oder eine Verwundbarkeit zum Eindringen in ein IT-System, sind die Vertraulichkeit, Datenintegrität und Verfügbarkeit bedroht (englisch: threat). Angriffe auf die Schutzziele bedeuten für Unternehmen Angriffe auf reale Unternehmenswerte, im Regelfall das Abgreifen oder Verändern von unternehmensinternen Informationen. Jede mögliche Bedrohung ist ein Risiko (englisch: risk) für das Unternehmen. Unternehmungen versuchen durch die Verwendung eines Risikomanagements (englisch: risk management) die Wahrscheinlichkeit des Eintretens eines Schadens und die daraus resultierende Schadenshöhe zu bestimmen.Every well-planned and implemented IT system can have weak points. The system is vulnerable if certain attacks are possible to circumvent the existing security measures. If an attacker uses a weak point or a vulnerability to penetrate an IT system, confidentiality, data integrity and availability are threatened. For companies, attacks on protection goals mean attacks on real company values, as a rule the tapping or changing of internal company information. Every possible threat is a risk for the company. Companies try to use risk management to determine the probability of damage occurring and the resulting amount of damage.

Nach einer Risikoanalyse und Bewertung der unternehmensspezifischen IT-Systeme, können entsprechende Schutzziele definiert werden. Anschließend folgt die Auswahl von IT-Sicherheitsmaßnahmen für die jeweiligen Geschäftsprozesse eines Unternehmens. Dieser Vorgang zählt zu den Tätigkeiten des IT-Sicherheitsmanagements. Eine genormte Vorgehensweise wird durch das Verwenden von IT-Standards ermöglicht. After a risk analysis and evaluation of the company-specific IT systems, appropriate protection goals can be defined. This is followed by the selection of IT security measures for the respective business processes of a company. This process is one of the activities of IT security management. A standardized procedure is made possible by using IT standards.

Im Rahmen des IT-Sicherheitsmanagements findet die Auswahl und Umsetzung entsprechender IT-Sicherheitsstandards statt. Zu diesem Zweck existieren im Bereich IT-Sicherheitsmanagement verschiedene Standards. Mit Hilfe des ISO/IEC 27001- oder des IT-Grundschutz-Standards wird mit anerkannten Regeln versucht, die Komplexität soziotechnischer Systeme für den Bereich des IT-Sicherheitsmanagements zu reduzieren und ein geeignetes Maß an Informationssicherheit zu finden.As part of IT security management, the selection and implementation of appropriate IT security standards takes place. For this purpose, various standards exist in the area of IT security management. With the help of ISO / IEC 27001 or the IT-Grundschutz standard, recognized rules are used to try to reduce the complexity of sociotechnical systems for the area of IT security management and to find a suitable level of information security.

Bedeutung der InformationssicherheitImportance of information security

In den frühen Kindertagen des (Personal-)Computers verstand man unter Computersicherheit die Sicherstellung der korrekten Funktionalität von Hardware (Ausfall von zum Beispiel Bandlaufwerken oder anderen mechanischen Bauteilen) und Software (richtige Installation und Wartung von Programmen). Mit der Zeit änderten sich die Anforderungen an die Computer (Internet, Speichermedien); die Aufgaben zur Computersicherheit mussten anders gestaltet werden. Somit bleibt der Begriff der Computersicherheit wandelbar.In the early childhood of the (personal) computer, computer security meant ensuring the correct functionality of hardware (failure of, for example, tape drives or other mechanical components) and software (correct installation and maintenance of programs). Over time, the demands on computers (Internet, storage media) changed; Computer security tasks had to be organized differently. Thus, the concept of computer security remains changeable.

Inter- und supranationales DatenschutzrechtInternational and supranational data protection law

Vereinte NationenUnited Nations

Bereits die Allgemeine Erklärung der Menschenrechte, verkündet am 10. Dezember 1948 von der Generalversammlung der Vereinten Nationen, maß der Privatsphäre der Menschen Bedeutung zu. In Art. 12 der Menschenrechtserklärung heißt es:

  • „Niemand darf willkürlichen Eingriffen in sein Privatleben, seine Familie, seine Wohnung und seinen Schriftverkehr [...] ausgesetzt werden. Jeder hat Anspruch auf rechtlichen Schutz gegen solche Eingriffe oder Beeinträchtigungen. “
Already the General Declaration of Human Rights, announced on December 10, 1948 by the General Assembly of the United Nations, attached importance to the privacy of people. Article 12 of the human rights declaration states:
  • "Nobody may be subjected to arbitrary interference in his private life, his family, his home and his correspondence [...]. Everyone is entitled to legal protection against such interference or impairment. "

Obgleich die Erklärung rechtlich nicht verbindlich war und ist und die in ihr statuierten Rechte ausschließlich deklaratorischer Art sind, kann sie doch zu den Vorläufern oder gar Grundpfeilern des supranationalen Datenschutzrechts gezählt werden.Although the declaration was not and is not legally binding and the rights set out in it are exclusively declaratory, it can nevertheless be counted among the forerunners or even the cornerstones of supranational data protection law.

Im September 2005 forderte die 27. Internationale Konferenz der Beauftragten für den Datenschutz und den Schutz der Privatsphäre die Vereinten Nationen auf, die Rechte auf Privatsphäre („privacy“) und auf Datenschutz als Menschenrechte inhaltlich weiter auszugestalten.In September 2005, the 27th International Conference of Data Protection and Privacy Officers called on the United Nations to further develop the rights to privacy and data protection as human rights.

EuroparatCouncil of Europe

Nicht zuletzt im Hinblick auf die kurz zuvor verkündete UN-Menschenrechtserklärung enthielt auch die 1950 unterzeichnete und 1953 in Kraft getretene Europäische Menschenrechtskonvention des Europarats eine Regelung zum Datenschutz - auch wenn der Begriff damals noch nicht gebräuchlich war. Gemäß Art. 8 Abs. 1 der Europäischen Menschenrechtskonvention hat „jedermann [...] Anspruch auf Achtung seines Privat- und Familienlebens, seiner Wohnung und seines Briefverkehrs“. Dieser - eher deklaratorisch und programmatisch zu verstehende - Satz ist noch heute gültig; in Deutschland steht er im Rang einem Bundesgesetz gleich.Not least with regard to the recently announced UN human rights declaration, the Council of Europe's European Convention on Human Rights, signed in 1950 and coming into force in 1953, also contained a regulation on data protection - even if the term was not yet in use at that time. According to Art. 8 Para. 1 of the European Convention on Human Rights "everyone has the right to respect for his private and family life, his home and his correspondence". This sentence, which is to be understood in a more declarative and programmatic way, is still valid today; in Germany it has the same rank as a federal law.

Nachdem die elektronische Datenverarbeitung und damit der Datenschutz in den 1970er Jahren immer mehr an Bedeutung gewannen, bereitete der Europarat eine eigene Konvention zum Datenschutz vor, die 1981 als Übereinkommen zum Schutz des Menschen bei der automatischen Verarbeitung personenbezogener Daten vereinbart wurde. Die Europäische Datenschutzkonvention, wie das Übereinkommen umgangssprachlich genannt wurde, trat 1985 in Kraft. Durch die Konvention verpflichten sich die ihr beigetretenen Staaten, bei der automatisierten Datenverarbeitung bestimmte elementare Datenschutzprinzipien zu beachten und diese im eigenen Hoheitsgebiet auch gegenüber Dritten durchzusetzen.After electronic data processing and thus data protection became more and more important in the 1970s, the Council of Europe prepared its own convention on data protection, which was agreed in 1981 as a convention for the protection of people in the automatic processing of personal data. The European Data Protection Convention, as the convention was called colloquially, came into force in 1985. Through the convention, the states that have acceded to it undertake to observe certain elementary data protection principles in automated data processing and to enforce them on their own territory also against third parties.

OECDOECD

Die Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) formulierte 1980 Leitlinien für den Schutz des Persönlichkeitsbereichs und den grenzüberschreitenden Verkehr personenbezogener Daten. Die Leitlinien sollen insbesondere den grenzüberschreitenden Datenaustausch erleichtern. Sie stellen jedoch nur unverbindliche Empfehlungen dar und können mittlerweile als inhaltlich überholt gelten. Praktische Bedeutung haben die OECD-Empfehlungen nicht.In 1980, the Organization for Economic Cooperation and Development (OECD) formulated guidelines for the protection of personal privacy and the cross-border movement of personal data. The guidelines are intended in particular to facilitate cross-border data exchange. they provide However, these are only non-binding recommendations and can now be considered outdated. The OECD recommendations are not of practical importance.

Europäische UnionEuropean Union

Das Datenschutzrecht der Europäischen Union stand bis zum Jahr 2000 vornehmlich unter dem Gedanken der Schaffung und Stärkung des gemeinsamen Europäischen Binnenmarktes. Unterschiedliche nationale Datenschutzgesetze werden dabei als mögliche Handelshemmnisse angesehen. Erst mit der Verabschiedung der Charta der Grundrechte der Europäischen Union wurde der Datenschutz als Grundrecht anerkannt.Until 2000, the data protection law of the European Union was primarily concerned with the creation and strengthening of the common European internal market. Different national data protection laws are seen as possible barriers to trade. Only with the adoption of the Charter of Fundamental Rights of the European Union was data protection recognized as a fundamental right.

GrundrechtechartaCharter of Fundamental Rights

Im Jahr 2000 proklamierten die Staats- und Regierungschefs der EU-Mitgliedstaaten die Charta der Grundrechte der Europäischen Union. Art. 7 der Charta gewährleistet jeder Person „das Recht auf Achtung ihres Privat- und Familienlebens, ihrer Wohnung sowie ihrer Kommunikation“. Art. 8 der Charta statuiert darüber hinaus ein Recht auf Schutz von personenbezogenen Daten. Der Datenschutz wurde damit auf Ebene der Europäischen Union ausdrücklich als Grundrecht anerkannt. Durch den Vertrag von Lissabon wurde die Grundrechtecharta für die EU und ihre Mitgliedstaaten verbindliches Recht.In 2000, the heads of state and government of the EU member states proclaimed the Charter of Fundamental Rights of the European Union. Article 7 of the Charter guarantees everyone "the right to respect for their private and family life, their home and their communication". Art. 8 of the Charter also stipulates a right to protection of personal data. Data protection was thus expressly recognized as a fundamental right at the level of the European Union. The Lisbon Treaty made the Charter of Fundamental Rights binding law for the EU and its member states.

Art. 16 Abs. 1 des Vertrags über die Arbeitsweise der Europäischen Union legt fest, dass jede Person das Recht auf Schutz der sie betreffenden personenbezogenen Daten hat.Article 16 (1) of the Treaty on the Functioning of the European Union stipulates that every person has the right to the protection of their personal data.

Private und öffentliche Unternehmen sind heute in allen Bereichen ihrer Geschäftstätigkeit, Privatpersonen in den meisten Belangen des täglichen Lebens auf IT-Systeme angewiesen. Da neben der Abhängigkeit auch die Risiken für IT-Systeme in Unternehmungen in der Regel größer sind als für Computer und Netzwerke in privaten Haushalten, ist Informationssicherheit überwiegend Aufgabe von Unternehmen.Today, private and public companies are dependent on IT systems in all areas of their business activities, private individuals in most matters of everyday life. Since, in addition to dependency, the risks for IT systems in companies are generally greater than for computers and networks in private households, information security is primarily the responsibility of companies.

Entsprechende Verpflichtungen lassen sich im gesamten deutschsprachigen Raum aus den verschiedenen Gesetzen zum Gesellschaftsrecht, Haftungsrecht, Datenschutz, Bankenrecht usw. herleiten. Dort stellt Informationssicherheit einen Baustein des Risikomanagements dar. International spielen Vorschriften wie Basel II und der Sarbanes-Oxley Act eine wichtige Rolle.Corresponding obligations can be derived in the entire German-speaking area from the various laws on company law, liability law, data protection, banking law, etc. There, information security is a building block of risk management. Internationally, regulations such as Basel II and the Sarbanes-Oxley Act play an important role.

Kritik am DatenschutzrechtCriticism of data protection law

Das geltende Datenschutzrecht kann seinen Zweck heute nur noch unvollkommen erfüllen. Es beruht in seinen grundsätzlichen Strukturen auf dem Datenschutzkonzept der 1970er Jahre, das sich wiederum an der elektronischen Datenverarbeitung der damaligen Zeit orientiert. Diese war durch die zentrale Datenspeicherung auf Großrechnern, beschränkte Speicherkapazitäten und einen relativ kleinen Kreis von - meist staatlichen - Datenverarbeitern gekennzeichnet.The current data protection law can only fulfill its purpose incompletely. Its basic structure is based on the data protection concept of the 1970s, which in turn is based on the electronic data processing of the time. This was characterized by the central data storage on mainframes, limited storage capacities and a relatively small group of - mostly governmental - data processors.

Die technische Entwicklung der letzten 30 Jahre hat das staatliche Datenschutzrecht nur zum Teil und mit erheblicher Verzögerung berücksichtigt. Technische Neuerungen, die den Datenschutz beeinträchtigen können - beispielsweise Internet, Videoüberwachung, Biometrie, RFID - sind gesetzlich nicht oder nur unzureichend geregelt. Daran haben auch zahlreiche Gesetznovellierungen nichts ändern können.State-of-the-art data protection law has only partially taken into account the technical development of the past 30 years and with considerable delay. Technical innovations that can impair data protection - for example the Internet, video surveillance, biometrics, RFID - are not regulated by law or are only insufficiently regulated. Numerous amendments to the law have been unable to change this.

Zudem gilt insbesondere das deutsche Datenschutzrecht als „überreguliert, zersplittert, unübersichtlich und widersprüchlich“ (Alexander Roßnagel). Heute können selbst Fachleute das Datenschutzrecht nicht mehr in ihrer Gesamtheit überblicken. Hinzu kommt ein „massives Vollzugsdefizit im Datenschutz“ (Johann Bizer): Verstöße gegen Datenschutzregelungen haben meist keine Konsequenzen, weil die betroffenen Personen von einer missbräuchlichen Datenverarbeitung in der Regel keine Kenntnis haben und die staatlichen Datenschutzbehörden nicht über die notwendigen personellen Ressourcen verfügen, um die Datenverarbeiter effektiv zu kontrollieren.In addition, German data protection law is considered to be "over-regulated, fragmented, confusing and contradictory" (Alexander Roßnagel). Today, even experts can no longer see data protection law in its entirety. In addition, there is a "massive enforcement deficit in data protection" (Johann Bizer): Violations of data protection regulations usually have no consequences because the data subjects generally have no knowledge of improper data processing and the state data protection authorities do not have the necessary human resources to deal with them Control data processors effectively.

InternetkriminalitätCybercrime

Internetkriminalität sind Straftaten, die auf dem Internet basieren oder mit den Techniken des Internets geschehen. Dies ist nicht zu verwechseln mit Computerkriminalität, bei der primär der Computer, auch ohne Internetnutzung, als Tatwaffe eingesetzt wird. Den Schutz vor Internetkriminalität nennt man auch Onlinesicherheit. Dieser Begriff ist zu unterscheiden von Internetsicherheit, zu dem auch der Schutz der Infrastruktur selber gehört, also auch der Schutz vor Straftaten gegen das Internet selbst, online oder materiell, aber auch vor sonstigen Gefahren, als Teil der IT-Sicherheit.Cybercrimes are crimes that are based on the Internet or are done using the techniques of the Internet. This should not be confused with computer crime, where primarily the computer is used as a weapon, even without using the Internet. Protection against cybercrime is also called online security. This term is to be distinguished from internet security, which also includes the protection of the infrastructure belongs itself, including protection against criminal offenses against the Internet itself, online or material, but also against other dangers, as part of IT security.

ErscheinungsformenManifestations

Die Erscheinungsformen sind sehr vielfältig; Beispiele sind Internetbetrug, das Ausspähen von Daten, Verstöße gegen das Verbreitungsverbot oder den Jugendmedienschutz, Identitätsdiebstahl, Urheberrechtsverletzung, Cyber-Terrorismus, Cyber-Mobbing, Volksverhetzung sowie das Verbreiten von Kinderpornographie.The manifestations are very diverse; Examples include Internet fraud, spying on data, violations of the distribution ban or the protection of minors in the media, identity theft, copyright infringement, cyber terrorism, cyberbullying, sedition and the spread of child pornography.

Der Übergang zu Methoden und Verfahren des Cyberwar („Netzkrieg“) ist mittlerweile fließend geworden; im Einzelfall ist durchaus nicht ohne weiteres auszumachen, ob ein Angriff im Netz einschlägig kriminellen Zielen dient oder militärisch bzw. politisch intendiert ist (etwa bei einer weitreichenden Sabotage des stark ITK-abhängigen Finanzsystems oder der Webpräsenzen öffentlicher Einrichtungen im weitesten Sinn). Den Beobachtungen zufolge professionalisiert sich die „Malware-Branche“ zunehmend, die Angriffe auf Rechner und Rechnernetze werden immer ausgefeilter.[1] The transition to cyberwar methods and procedures (“net war”) has become fluid; in individual cases it is by no means easy to determine whether an attack on the Internet serves relevant criminal purposes or is intended militarily or politically (e.g. in the event of extensive sabotage of the highly ITC-dependent financial system or the websites of public institutions in the broadest sense). According to the observations, the “malware industry” is becoming increasingly professional, and attacks on computers and computer networks are becoming increasingly sophisticated. [1]

Laut Antivirensoftware-Entwickler stieg z. B. die Infektion von Rechnern mit Schadsoftware, die zum Identitätsdiebstahl dient (etwa der Ausspähung von Bankkontendaten), vom ersten zum zweiten Halbjahr 2008 um 800 Prozent.[2][3] According to antivirus software developers, z. For example, the infection of computers with malware used for identity theft (such as spying on bank account data) by 800 percent from the first to the second half of 2008. [2] [3]

Im Bankenbereich nehmen neben Online-Attacken auf die Konten von Privatkunden vor allem die Angriffe direkt auf das Interbankengeschäft mit Hilfe gefälschter Versionen von Zahlungsaufträgen zu. Die dabei verwendete Schadsoftware dringt dabei in das Netz der angebundenen Institute ein und verursacht jährliche Schäden von zig Millionen Dollar.[4] In the banking sector, in addition to online attacks on the accounts of private customers, attacks on interbank business with the help of counterfeit versions of payment orders are increasing. The malware used thereby penetrates the network of connected institutes and causes damage of tens of millions of dollars annually. [4]

Zielobjekt des CEO Fraud sind Firmen, die laut einer FBI-Verlautbarung von 2015 um über 740 Mio. Dollar geprellt wurden.[5] The CEO Fraud's target is companies that were cheated by over $ 740 million according to a 2015 FBI statement. [5]

Technischer FortschrittTechnical progress

Beinahe schon seit der allgemeinen Etablierung des Internets seit den 1990er Jahren und der zunehmenden Elektronisierung weiter Felder des öffentlichen Lebens, vor allem auch auf wirtschaftlichem Gebiet, liefern sich Kriminelle und Sicherheitsexperten einen Hase- und Igel-Wettlauf auf den unterschiedlichsten Feldern, das bislang meist mit einem „positiven Patt“ für die Sicherheit ausging. In jüngster Zeit (2010er Jahre) werden die Methoden der Cyberverbrecher zusehends raffinierter und elaborierter (was z. B. auch für viele Virenprogrammierer gilt, deren Produkte unterdessen ein erstaunliches, im Einzelfall beängstigendes technisches Niveau erreicht haben[6][7]).Almost since the general establishment of the Internet since the 1990s and the increasing electronization of further fields of public life, especially in the economic field, criminals and security experts have been competing in rabbits and hedgehogs in a wide variety of fields, most of which so far a "positive stalemate" for security. In recent times (2010s) the methods of cyber criminals have become increasingly sophisticated and elaborate (which also applies to many virus programmers, for example, whose products have meanwhile reached an astonishing, frightening technical level in individual cases [6] [7] ).

Nach Aussage des US-Telekommunikationsdienstleisters Verizon Business sei es Kriminellen in den Vereinigten Staaten gelungen, die Verschlüsselung beim Übertragen von PIN-Codes zu knacken. Dabei konnten die Hacker sowohl an verschlüsselte als auch an unverschlüsselte PINs gelangen. Fachleute gehen Medienberichten zufolge davon aus, dass das Problem nur gelöst werden kann, wenn die Finanzindustrie den elektronischen Zahlungsverkehr insgesamt überholt.[8] According to the US telecommunications service provider Verizon Business, criminals in the United States have managed to crack the encryption when transmitting PIN codes. The hackers were able to get both encrypted and unencrypted PINs. According to media reports, experts believe that the problem can only be solved if the financial industry overtakes electronic payment transactions as a whole. [8th]

Situation in DeutschlandSituation in Germany

Für seinen von HP Enterprise Security gesponserten Bericht 2014 zu den Kosten von Internetkriminalität befragte das Ponemon Institute ein repräsentatives branchenübergreifendes Sample von 46 Betrieben in Deutschland. Die Umfrage ergab eine durchschnittliche Schadenhöhe von 6,1 Mio. €, mit einer Spannbreite von 425 Tsd. € bis 20,2 Mio. € pro Jahr. Phishing, Social Engineering und Web-Attacken machten mehr als 35 % der Kosten aus.[9] For its 2014 report on the cost of cybercrime sponsored by HP Enterprise Security, the Ponemon Institute surveyed a representative cross-industry sample of 46 companies in Germany. The survey showed an average loss of € 6.1 million, with a range of € 425 thousand to € 20.2 million per year. Phishing, social engineering and web attacks accounted for more than 35% of the costs. [9]

Das Bundeskriminalamt (BKA) hat im Jahr 2012 in Deutschland 229.408 Straftaten festgestellt, auf die das Merkmal „Tatmittel Internet“ zutraf.[10] The Federal Criminal Police Office (BKA) opened in 2012 Germany 229,408 Criminal offenses to which the characteristic “Internet crime scene” applied. [10]

„Phishing“ bildet laut BKA trotz eines Rückgangs der Fallzahlen um 46 % weiterhin „im Hinblick auf das vorhandene Schadenspotenzial und die Lukrativität für die Täterseite weiterhin einen Schwerpunkt im Bereich Cybercrime.“ Knapp 3.500 Fälle will das BKA 2012 ermittelt haben, bei einer durchschnittlichen Schadenshöhe von ca. 4.000 Euro pro Fall. Für den Rückgang wird Sensibilisierung der Anwender, verstärkte Schutzmaßnahmen und effektives IT-Management verantwortlich gemacht.[11] According to the BKA, "phishing" continues to be a focal point in the area of cybercrime in view of the existing damage potential and the lucrativity for the perpetrators, despite a 46% drop in the number of cases. "The BKA claims to have identified almost 3,500 cases in 2012, with an average amount of damage of approximately 4,000 euros per case. User awareness, increased protective measures and effective IT management are held responsible for the decline. [11]

Aktuell sind Smartphones weiterhin ein interessantes Ziel für Kriminelle. Nutzer setzen diese immer vielfältiger wie z. B. für Onlinebanking, zur Autorisierung von Transaktionen, zum unmittelbaren Zugriff auf E-Mail-Konten und Konten sozialer Netzwerke oder gar zur Nutzung geschäftliche Daten ein und seien sich der mobiler Betriebssysteme unzureichend bewusst.[12] Smartphones are still an interesting target for criminals. Users are increasingly using these, such as B. for online banking, authorization of transactions, direct access to e-mail accounts and accounts of social networks or even for the use of business data and are insufficiently aware of the mobile operating systems. [12]

Die Zahl der Straftaten, die mit dem Tatmittel Internet begangen wurden, ist im Jahr 2016 leicht gestiegen. Im Vergleich zum Vorjahr (244.528 Fälle) wurden 2016 insgesamt 253.290 Fälle erfasst. Dazu gehören Delikte wie Waren- und Warenkreditbetrug, Computerbetrug, Leistungs- und Leistungskreditbetrug, die Verbreitung pornografischer Schriften und Straftaten gegen die Urheberrechtsbestimmungen. Wie die Infografik der Polizei zeigt, entfielen allein 27,8 Prozent der Fälle auf den Warenbetrug; beachtenswert ist auch der Anteil von 20,7 Prozent beim Warenkreditbetrug. Waren- und Warenkreditbetrug machen somit fast die Hälfte aller Fälle aus. Von den 101.654 Tatverdächtigen waren 68,7 Prozent männlich und 31,4 Prozent weiblich. Die Aufklärungsquote lag bei 65 Prozent. [13] Die Polizeiliche Kriminalstatistik wies 2007 allerdings auch einen erheblichen Anstieg bei Urheberrechtsverletzungen aus: um 54,6 Prozent auf 32.374 Fälle. Dafür wurde vor allem das verschärfte Vorgehen der Musikindustrie gegen illegales Herunterladen von urheberrechtlich geschützten Daten verantwortlich gemacht. [14] The number of crimes committed using the Internet as a crime tool increased slightly in 2016. In 2016, a total of 253,290 cases were recorded compared to the previous year (244,528 cases). These include crimes such as commodity and merchandise credit fraud, computer fraud, performance and performance credit fraud, the spread of pornography and criminal offenses against copyright regulations. As the police infographic shows, fraud alone accounted for 27.8 percent of cases; The 20.7 percent share in commercial credit fraud is also noteworthy. Merchandise and merchandise credit fraud make up almost half of all cases. Of the 101,654 suspects, 68.7 percent were male and 31.4 percent female. The clearance rate was 65 percent. [13] Police crime statistics also showed a significant increase in copyright infringements in 2007: by 54.6 percent to 32,374 cases. Above all, the tightening of the music industry's action against illegal downloading of copyrighted data was held responsible. [14]

Es gibt auf Online-Plattformen eine Zunahme von betrügerischen Fakeshops, bei denen bezahlte Ware nicht oder nicht in der bestellten Qualität geliefert wird. Die Kriminalstatistik der Polizei für das Jahr 2015 weist für Deutschland fast 75.000 Fälle von Warenbetrug im Internet aus. Das deutsche Bundeskriminalamt nennt dies ein „Massenphänomen, das die Strafverfolgungsbehörden vor große Herausforderungen stellt“.[15] There is an increase in fraudulent faceshops on online platforms where paid goods are not delivered or are not delivered in the quality ordered. The police crime statistics for 2015 show almost 75,000 cases of goods fraud on the Internet for Germany. The German Federal Criminal Police Office calls this a "mass phenomenon that presents law enforcement authorities with major challenges". [15]

Nach einer BITKOM-Studie sind bis Mitte 2008 fast vier Millionen Deutsche schon einmal Opfer von Computer- oder Internetkriminalität geworden. Sieben Prozent aller Computernutzer ab 14 Jahren haben demnach bereits einen finanziellen Schaden etwa durch Viren, bei Online-Auktionen oder durch Datenmissbrauch beim Onlinebanking erlitten. Beklagt wurde gleichwohl das geringe Sicherheitsbewusstsein der Nutzer.[16] In seinem auf der CeBIT vorgestellten Bericht Die Lage der IT-Sicherheit in Deutschland 2009 hat das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) seine Besorgnis über die wachsende Internetkriminalität ausgedrückt; die Situation wurde als „überaus ernst“ und „schlimmer als befürchtet“ eingeschätzt.[17] According to a BITKOM study, almost four million Germans had been victims of computer or internet crime by mid-2008. Seven percent of all computer users aged 14 and over have already suffered financial damage from viruses, online auctions or data misuse during online banking. The low level of security awareness among users was nevertheless complained about. [16] In its report presented at CeBIT The Situation of IT Security in Germany in 2009, the Federal Office for Information Security (BSI) expressed its concern about the growing cybercrime; the situation was assessed as "extremely serious" and "worse than feared". [17]

Der unbesorgte Umgang mit Daten in den „Mitmach“-Anwendungen des Webs, vor allem in den immer beliebter werdenden sozialen Netzwerken, schreckt Sicherheitsexperten demnach besonders auf. „Bedenkenlos geben Anwender in ihren Benutzerprofilen detailliert private Informationen preis. Dabei vergessen sie oft, dass Informationen im Netz praktisch jedermann zugänglich sind und es auch bleiben“, heißt es in der BSI-Studie.The worry-free handling of data in the "interactive" applications of the web, especially in the increasingly popular social networks, is particularly alarming for security experts. “Without hesitation, users reveal detailed private information in their user profiles. They often forget that information on the Internet is accessible to practically everyone and will remain so, ”says the BSI study.

Botnets, mittels derer Cyber-Kriminelle oftmals hunderttausende gekaperter Privat- und Bürorechner ohne Wissen der Benutzer vernetzen und missbrauchen, laut BSI „Teil einer professionell und international aufgestellten Schattenwirtschaft“, haben sich unterdessen zu einer herausragenden Bedrohung entwickelt. Seit 2007 kam es zu einer Reihe prominenter Aufdeckungen (vgl. GhostNet; Trojaner).[18] Botnets, by means of which cyber criminals often network and abuse hundreds of thousands of hijacked private and office computers without user knowledge, according to the BSI "part of a professional and international shadow economy", have meanwhile become an outstanding threat. A number of prominent discoveries have been made since 2007 (see GhostNet; Trojans). [18]

Bei einer jüngst veröffentlichten Forsa-Umfrage im Auftrag der Schufa aus dem Jahr 2018 gaben 39 Prozent der Befragten an, selbst schon einmal Opfer von Internetkriminalität geworden zu sein, 12 Prozent wurden dabei konkret Opfer von Identitätsmissbrauch im Internet. [19] In a recent Forsa survey published on behalf of Schufa in 2018, 39 percent of those surveyed stated that they themselves had been victims of cybercrime before, 12 percent specifically suffered abuse of identity on the Internet. [19]

Bekämpfung der InternetkriminalitätCombating cybercrime

Wegen der erheblich gestiegenen Gefahren hat die Europäische Kommission Ende März 2009 deshalb einen Fünf-Punkte-Plan zum Schutz kritischer Informationsinfrastrukturen in den Mitgliedsstaaten der Europäischen Union vorgestellt.[20] Due to the significantly increased dangers, the European Commission therefore presented a five-point plan for protecting critical information infrastructures in the member states of the European Union at the end of March 2009. [20]

Neben einer forcierten Koordination zwischen den Mitgliedstaaten sieht er vor:

  • • Prävention und Abwehrbereitschaft
  • • Erkennung und Reaktion; Einrichtung eines Frühwarn- und Informationsnetzes
  • • Folgenminderung und Wiederherstellung
  • • Internationale Zusammenarbeit
  • • Aufstellung von einheitlichen Kriterien für europäische kritische IKT-Infrastrukturen
In addition to forced coordination between the member states, it provides:
  • • Prevention and preparedness
  • • detection and response; Establishment of an early warning and information network
  • • Mitigation and recovery
  • • International cooperation
  • • Establishment of uniform criteria for European critical ICT infrastructures

Die Europäische Agentur für Netz- und Informationssicherheit (ENISA) soll laut EU-Kommission die Initiative vorantreiben. Die Kommission werde zudem zusammen mit den Mitgliedstaaten „einen Fahrplan zur Förderung von Grundsätzen und Leitlinien auf globaler Ebene ausarbeiten. Als Mittel zur globalen Konsensbildung wird die strategische Zusammenarbeit mit Drittstaaten gefördert, vor allem in den Dialogen zu Themen der Informationsgesellschaft.“[21] According to the EU Commission, the European Network and Information Security Agency (ENISA) is to push ahead with the initiative. The Commission would also work with Member States to “develop a roadmap to promote principles and guidelines at global level. Strategic cooperation with third countries is promoted as a means of building global consensus, especially in the dialogues on information society issues. " [21]

Übereinkommen über Computerkriminalität (Cybercrime-Konvention)Convention on Cybercrime (Cybercrime Convention)

Bereits am 23. November 2001 unterzeichneten die 26 Länder des Europarats neben den USA, Kanada, Japan und Südafrika das „Übereinkommen über Computerkriminalität“, auch „Budapester Konvention gegen Datennetzkriminalität“ oder kurz Cybercrime-Konvention[22] genannt, um die länderspezifischen Computerstrafrechtsregelungen anzugleichen. Unter anderem sollen Internetanwender oder Domain-Besitzer grenzüberschreitend identifiziert oder Web-Sites, deren Inhalte gegen die Konvention verstoßen, grenzüberschreitend aus dem Netz entfernt werden können. Rechte unverdächtiger Dritter sind nicht gesondert geschützt. Rassistische bzw. fremdenfeindliche Inhalte sind auf US-Wunsch mit Hinweis auf die Meinungsfreiheit nicht berücksichtigt. Das Übereinkommen repräsentiere zudem „einen Markstein im Vertragssystem des Europarates zur Bekämpfung von Terrorismus und organisiertem Verbrechen“ (Hans Christian Krüger, damals stellvertretender Generalsekretär des Europarates).Already on November 23, 2001, the 26 countries of the Council of Europe signed the "Convention on Cybercrime" in addition to the USA, Canada, Japan and South Africa, also called "Budapest Convention against Data Network Crime" or Cybercrime Convention [22] for short, in order to harmonize the country-specific computer criminal law regulations . Among other things, internet users or domain owners are to be identified across borders, or websites whose content violates the convention can be removed from the network across borders. Rights of unsuspecting third parties are not separately protected. Racist or xenophobic content is not taken into account at the US request with reference to freedom of expression. The agreement also represents "a landmark in the Council of Europe's treaty system to combat terrorism and organized crime" (Hans Christian Krüger, then Deputy Secretary General of the Council of Europe).

Ein rund um die Uhr tätiges internationales Kontaktnetzwerk zur raschen Amtshilfe wurde eingerichtet.An around the clock international contact network for quick administrative assistance has been set up.

DeutschlandGermany

Zur Bekämpfung der Internetkriminalität wurde in Deutschland beim Bundeskriminalamt das Technische Servicezentrum Informations- und Kommunikationstechnologien (TeSIT) aufgebaut, dessen vornehmliche Aufgabe es nach Angaben des Innenministeriums ist, „technische Unterstützung bei Exekutivmaßnahmen und Ermittlungen in Datennetzen zu leisten“. Dem TeSIT ist zudem die Anfang 1999 eingerichtete Zentralstelle für anlassunabhängige Recherchen in Datennetzen (ZaRD) zugeordnet. Das Bundeskriminalamt wertet eigenen Angaben zufolge das Internet „rund um die Uhr systematisch und anlassunabhängig auf polizeilich relevante - insbesondere kinderpornographische - Inhalte aus und führt gegebenenfalls die Beweiserhebung, -sicherung und - dokumentation durch“. Es wird auf „eine beachtliche Zahl“ von Fahndungserfolgen verwiesen. Hervorgehoben wird auch, „dass die Polizei mit der rasanten technischen Entwicklung Schritt halten muss“.[23] Bei der Verfolgung sei es jedoch ein großes Problem, dass Täter global agieren könnten, Behörden jedoch nur national und regional begrenzt. [24] In order to combat cyber crime, the Technical Service Center for Information and Communication Technologies (TeSIT) was set up at the Federal Criminal Police Office in Germany, whose primary task, according to the Interior Ministry, is to "provide technical support for executive measures and investigations in data networks". The TeSIT is also assigned to the central office for start-up research in data networks (ZaRD) set up in early 1999. According to the Federal Criminal Police Office, it evaluates the Internet "around the clock, systematically and independently of police-relevant content - especially child pornography - and carries out the gathering, securing and documenting of evidence if necessary". Reference is made to "a considerable number" of search results. It is also emphasized that "the police have to keep up with the rapid technical development". [23] In the persecution, however, it is a major problem that perpetrators can act globally, but authorities are only limited nationally and regionally. [24]

Auch die Polizeien der einzelnen Bundesländer sind an der Bekämpfung der Internetkriminalität beteiligt. Beispielsweise besteht seit 2009 beim Landeskriminalamt Niedersachsen eine „Zentralstelle Internetkriminalität“ mit 20 Mitarbeitern.The police in the individual federal states are also involved in the fight against cybercrime. For example, there has been a “Central Office for Internet Crime” with 20 employees at the Lower Saxony State Criminal Police Office since 2009.

Der Bund Deutscher Kriminalbeamter (BDK) und die Stiftung Deutsches Forum für Kriminalprävention (DFK) haben unter Mitarbeit von Vertretern aus Forschung und Wirtschaft im Juni 2009 der Bundesregierung ein fertiges und sofort umsetzbares Konzept für mehr Sicherheit im Internet vorgelegt.[25] Es handelt sich um das Online-Angebot Web Patrol unter dem Motto Der 8. Sinn im Netz. Grund dafür sind ungefilterter Internetzugänge mit Inhalten wie Pornographie, Pädophilie, Islamismus, Rechts- und Linksextremismus, Terrorismus, die für Kinder und Jugendliche frei verfügbar sind. Web Patrol beinhaltet ein Informationsportal das zielgruppenorientiert über Fragen der Sicherheit und des Verhaltens informieren soll und ein Programm, das in der Lage ist verdächtige Inhalte direkt zu melden. Internetnutzer sollen so durch einfaches Anklicken eines zusätzlichen Buttons im Browser mittels einer automatisch generierten Meldung Erkenntnisse über suspekte Inhalte, fragwürdige Umtriebe, Datenklau, Übergriffe in Chatrooms und strafrechtlich relevantes Material an eine unabhängige Clearingstelle, die sich aus einem interdisziplinären Team aus Kriminalisten, Psychologen und Soziologen zusammensetzt, übermitteln können. Diese bewertet eingehende Meldungen gibt eine erste Rückmeldung und leitet den Vorgang an zuständige Institutionen weiter.[26] Da das Internet zunehmend als Medium für die Vorbereitung und die Ausführung abweichenden Verhaltens bis hin zur Durchführung krimineller Taten genutzt werde und nicht sensibilisierte Personen ein leichtes Opfer für Internetkriminelle würden oder selbst durch die Möglichkeiten des Internets zu kriminellen Taten angeregt würden, fordert der BDK, das Modell noch vor der nächsten Legislaturperiode umzusetzen.[27] The Bund Deutscher Kriminalbeamter (BDK) and the Stiftung Deutsches Forum für Kriminalprävention (DFK), with the support of representatives from research and business, presented the Federal Government with a ready-made and immediately implementable concept for more security on the Internet in June 2009. [25] It is the online offer Web Patrol under the motto The 8th sense on the net. The reason for this is unfiltered Internet access with content such as pornography, pedophilia, Islamism, right and left-wing extremism, terrorism, which are freely available for children and adolescents. Web Patrol includes an information portal that is intended to provide target-group-oriented information on questions of security and behavior and a program that is able to report suspicious content directly. By simply clicking an additional button in the browser, Internet users should use an automatically generated message to send knowledge about suspicious content, questionable activities, data theft, attacks in chat rooms and criminally relevant material to an independent clearing house, which is made up of an interdisciplinary team of criminalists, psychologists and sociologists composed, can transmit. This evaluates incoming reports, provides initial feedback and forwards the process to the responsible institutions. [26] As the Internet increasingly as a medium The BDK demands that the model be used before the next legislative period, for the preparation and execution of deviant behavior up to the execution of criminal acts, and non-sensitized persons become an easy victim for cybercriminals or even stimulated by the possibilities of the internet for criminal acts to implement. [27]

ComputerkriminalitätComputer crime

Der Begriff Computerkriminalität oder Cyberkriminalität (engl. Cybercrime) umfasst „alle Straftaten, die unter Ausnutzung der Informations- und Kommunikationstechnik (luK) oder gegen diese begangen werden“.[1] The term "computer crime" or "cyber crime" encompasses "all crimes that are committed using or against the information and communication technology (ICT)". [1]

Definitiondefinition

Es gibt keine allgemein gültige Definition des Begriffs Computerkriminalität. Gewöhnlich sind darunter alle Straftaten zusammengefasst, die unter Ausnutzung der Informations- und Kommunikationstechnik oder gegen diese begangen werden. Im polizeilichen Bereich wird darüber hinaus zwischen Computerkriminalität im engeren Sinn und Computerkriminalität im weiteren Sinn unterschieden.[2] There is no generally applicable definition of the term computer crime. Usually all criminal offenses are summarized, which are committed using or against the information and communication technology. In the police field, a distinction is also made between computer crime in the narrower sense and computer crime in the broader sense. [2]

Cyberkriminalität lässt sich dabei unterscheiden in:

  • • Computerkriminalität im engeren Sinne, für diese Straftaten wird lediglich ein Computer mit oder ohne Internetnutzung als Tatwaffe eingesetzt
  • • Internetkriminalität, diese Straftaten basieren auf dem Internet oder geschehen mit den Techniken des Internets
Cybercrime can be divided into:
  • • Computer crime in the narrower sense, for these crimes only a computer with or without internet use is used as a weapon
  • • Internet crime, these offenses are based on the Internet or are done using the techniques of the Internet

Die Unterscheidung ist, dass unter Internetkriminalität auch viele Straftaten und Vergehen fallen, die auch ohne Internet möglich wären (unter anderem Verbreitung verbotener Inhalte, Belästigung), während Computerkriminalität sich in diesem Sinne speziell auf den Kontext der elektronischen Daten bezieht.The distinction is that cybercrime also includes many crimes and crimes that would be possible without the Internet (including the distribution of prohibited content, harassment), while cybercrime in this sense specifically refers to the context of electronic data.

Cybercrime im engeren Sinne bezieht sich gemäß dem Deutschen Bundeskriminalamt (BKA) auf „spezielle Phänomene und Ausprägungen dieser Kriminalitätsform, bei denen Elemente der elektronischen Datenverarbeitung (EDV) wesentlich für die Tatausführung sind“.[3] According to the German Federal Criminal Police Office (BKA), cybercrime in the narrower sense refers to “special phenomena and forms of this form of crime in which elements of electronic data processing (EDP) are essential for the execution of the crime”. [3]

Der Begriff Computerkriminalität im weiteren Sinne wird in Deutschland umgangssprachlich auch für im Zusammenhang mit Computern stehende Handlungen verwandt, die zwar keine Straftaten, jedoch rechtswidrige Handlungen darstellen. Dabei hängt die Zuordnung zu den jeweiligen Bereichen insbesondere davon ab, ob am entsprechenden Tatort einschlägige Strafvorschriften existieren.The term computer crime in a broader sense is used colloquially in Germany for acts related to computers, which are not criminal offenses, but are illegal acts. The assignment to the respective areas depends in particular on whether there are relevant penal regulations at the relevant crime scene.

Formento form

Zu Cybercrime im engeren Sinn zählt das Cybercrime Bundeslagebild 2011 des deutschen Bundeskriminalamts:[4]

  • • Ausspähen, Abfangen von Daten einschließlich Vorbereitungshandlungen
  • • Computerbetrug, Betrug mit Zugangsberechtigungen zu Kommunikationsdiensten
  • • Computersabotage
  • • Datenveränderung
  • • Fälschung beweiserheblicher Daten
  • • Täuschung im Rechtsverkehr bei Datenverarbeitung (§ 270 )
Cybercrime in the narrower sense includes the Cybercrime Federal Situation Report 2011 of the German Federal Criminal Police Office: [4]
  • • Spying on, intercepting data including preparatory actions
  • • Computer fraud, fraud with access rights to communication services
  • • Computer sabotage
  • • Data change
  • • Falsification of evidence-relevant data
  • • Deception in legal transactions in data processing (§ 270)

Das österreichische Bundeskriminalamt fast ebenfalls darunter Straftaten, bei denen Angriffe auf Daten oder Computersysteme unter Ausnutzung der Informations- und Kommunikationstechnik begangen werden (beispielsweise Datenbeschädigung, Hacking, DDoS-Attacken).The Austrian Federal Criminal Police Office almost also includes crimes in which attacks on data or computer systems are carried out using information and communication technology (e.g. data corruption, hacking, DDoS attacks).

Zur Computerkriminalität im weiteren Sinne zählen in Deutschland alle Straftaten, bei denen die EDV zur Planung, Vorbereitung oder Ausführung eingesetzt wird. Diese erstrecken sich mittlerweile auf nahezu alle Deliktsbereiche, in denen das Tatmittel Internet eingesetzt wird. Beispielsweise:

  • • alle Ausprägungen digitaler Erpressung
  • • Urheber- und Markenrechtsverletzung
  • • unerlaubte Veranstaltung eines Glücksspiels
  • • der Vertrieb verbotener Substanzen
  • • der Austausch von kinderpornographischen Darstellungen oder Gewalt verherrlichender Propaganda oder
  • • die Verletzung des höchstpersönlichen Lebensbereichs durch Bildaufnahmen
  • • die onlinebasierte Anbahnung eines sexuellen Missbrauches von Kindern - dem sog. Cyber-Grooming
In Germany, computer crime in the broader sense includes all crimes where IT is used for planning, preparation or execution. These now extend to almost all areas of crime in which the internet is used. For example:
  • • all forms of digital extortion
  • • Copyright and trademark infringement
  • • unauthorized organization of a game of chance
  • • the distribution of banned substances
  • • the exchange of child pornography or violence glorifying propaganda or
  • • the violation of the very personal area of life by taking pictures
  • • the online-based initiation of child sexual abuse - so-called cyber grooming

Diese Delikte werden in der Polizeilichen Kriminalstatistik (PKS) nicht unter dem Begriff Cybercrime registriert, sondern mit speziellen PKS-Schlüsselnummern.[5] These crimes are not registered under the term cybercrime in police crime statistics (PKS), but with special PKS key numbers. [5]

In Österreich versteht man unter Straftaten der Computerkriminalität im weiteren Sinne, Delikte bei denen die Informations- und Kommunikationstechnik zur Planung, Vorbereitung und Ausführung für herkömmliche Kriminalstraftaten eingesetzt wird, wie beispielsweise Betrugsdelikte, Kinderpornografie und Cyber-Mobbing.In Austria, crimes of computer crime are understood in a broader sense, crimes in which information and communication technology is used to plan, prepare and execute conventional criminal offenses, such as fraud, child pornography and cyberbullying.

Fallzahlen in DeutschlandCase numbers in Germany

Gemäß BKA-Lagebild wurden 2012 insgesamt 63.959 Fälle von Cybercrime im engeren Sinn erfasst.According to the BKA situation report, a total of 63,959 cases of cybercrime in the narrower sense were recorded in 2012.

Die Fälle von Computerbetrug (24.817) sind gegenüber 2011 um 7,13 % gefallen, auch „Betrug mit Zugangsberechtigung zu Kommunikationsdiensten“ (2.952) haben 2012 um rund 38 % abgenommen. Bei den Delikten „Fälschung beweiserheblicher Daten, Täuschung im Rechtsverkehr bei Datenverarbeitung“ (8.539) ist eine Zunahme um rund 11 % zu verzeichnen. Während die „Straftaten durch Ausspähen, Abfangen von Daten einschließlich Vorbereitungshandlungen“ 16.794 Fälle ausmachten. Delikte „Datenveränderung/ Computersabotage“ (10.857) sind gegenüber 2011 um fast 140 % gestiegen.Cases of computer fraud (24,817) fell 7.13% compared to 2011, and “fraud with access to communication services” (2,952) decreased by around 38% in 2012. There has been an increase of around 11% in the offenses "falsification of evidence-relevant data, deception in legal transactions in data processing" (8,539). While the "crimes by spying on, intercepting data, including preparatory actions" accounted for 16,794 cases. Offenses "data changes / computer sabotage" (10,857) increased by almost 140% compared to 2011.

Mit einem Anteil von rund 39 % ist Computerbetrug die größte Straftatengruppe aller im Lagebild ausgewiesenen Fälle.[6] With a share of around 39%, computer fraud is the largest crime group of all cases shown in the situation picture. [6]

Computerkriminalität im weiteren Sinn bezieht über die unter Cyberkriminalität subsumierten Straffälle hinaus auch die Internetkriminalität ein. Welche Bedeutung das Tatmittel Internet „gewonnen“ hat, zeigt sich daran, dass Internetkriminalität mit 229.408 Fällen fast 10-mal so viele Fälle aufweist, wie Cybercrime im engeren Sinn. Allein Phishing in Zusammenhang mit Onlinebanking verursachte 2012 einen Gesamtschaden von 13,8 Mio. €.[7] Computer crime in a broader sense also includes cybercrime, in addition to the criminal cases subsumed under cybercrime. The importance of the Internet as a tool is shown by the fact that, with 229,408 cases, cybercrime has almost 10 times as many cases as cybercrime in the narrower sense. Phishing in connection with online banking alone caused a total loss of € 13.8 million in 2012. [7]

Durch Cybercrime verloren bereits 2/3 der deutschen Unternehmen Firmengeheimnisse. Damit steht Deutschland auf Platz 2, hinter den USA und vor Frankreich.[8] Cybercrime has already lost 2/3 of German companies' company secrets. This puts Germany in second place behind the USA and ahead of France. [8th]

Situation in der SchweizSituation in Switzerland

Mit der Ratifikation der Europaratskonvention über die Cyberkriminalität beteiligt sich die Schweiz an der verstärkten internationalen Bekämpfung der Computer- und Internetkriminalität. Die Konvention trat für die Schweiz am 1. Januar 2012 in Kraft. Zum gleichen Zeitpunkt hat der Bundesrat die erforderlichen Gesetzesanpassungen in Kraft gesetzt. Der Straftatbestand des unbefugten Eindringens in eine elektronische Datenverarbeitungsanlage (EDV) („Hacking“, Art. 143 bis 147 schweizerisches StGB) liegt nun im Bereich der Strafbarkeit. Auch werden neu bereits das Zugänglichmachen und das in Umlaufbringen bringen von Passwörtern, Programmen und anderen Daten unter Strafe gestellt, wenn der Betreffende weiß oder in guten Glauben davon ausgehen muss, dass diese für das illegale Eindringen in ein geschütztes Computersystem verwendet werden können (Siehe Hackerparagraph, bezogen auf Deutschland § 202c deutsches StGB).With the ratification of the Council of Europe Convention on Cybercrime, Switzerland is participating in the increased international fight against computer and cybercrime. The convention entered into force for Switzerland on January 1, 2012. At the same time, the Federal Council enacted the necessary legislative changes. The offense of unauthorized intrusion into an electronic data processing system (EDP) ("hacking", Art. 143 to 147 Swiss Criminal Code) now lies in the area of criminal liability. Also making the access and circulation of passwords, programs and other data punishable if the person concerned knows or has to assume in good faith that they can be used for the illegal intrusion into a protected computer system (see hacker paragraph , based on Germany § 202c German Penal Code).

In der Schweiz ist es die schweizerische Koordinationsstelle zur Bekämpfung der Internetkriminalität (KOBIK) welche Statistik über verfolgte Computerverbrechen führt und diese in einem jährlichen Rechenschaftsbericht veröffentlicht. Für das Geschäftsjahr 2012 wurden im Mai 2013 die aktuelle Statistik veröffentlicht.[9] Über das Onlineformular auf der Webseite wurden 8242 Meldungen abgegeben, verglichen zum Vorjahr ist das ein Anstieg von 55 %. Zum ersten Mal seit Bestehen von KOBIK überholte die Anzahl der Meldungen über strafbare Handlungen gegen das Vermögen (3260 Meldungen) die der Meldungen über strafbaren Handlungen gegen die sexuelle Integrität (3083 Meldungen). In deutlich geringerem Umfang wurden strafbare Handlungen gegen Leib und Leben (99 Meldungen) und strafbare Handlungen gegen den öffentlichen Frieden (85 Meldungen) verübt. Dabei sei zu bemerken, dass die eingegangen Meldungen mit 80 % strafrechtlicher Relevanz von guter Qualität sind.In Switzerland, it is the Swiss Coordination Center for Combating Internet Crime (KOBIK) which keeps statistics on prosecuted computer crimes and publishes them in an annual report. The latest statistics for the 2012 financial year were published in May 2013. [9] 8242 reports were submitted via the online form on the website, an increase of 55% compared to the previous year. For the first time in the history of KOBIK, the number of Reports of offenses against the property (3260 reports) those of reports of criminal acts against sexual integrity (3083 reports). Offenses against life and limb (99 reports) and offenses against public peace (85 reports) were committed to a much lesser extent. It should be noted that the reports received are of good quality with 80% criminal relevance.

Situation in ÖsterreichSituation in Austria

Im Jahr 2013 verzeichnete das österreichische Bundeskriminalamt 11.199 angezeigte Fälle von Cybercrime. Aufgeklärt wurden 17,8 %. 421 Fälle davon betreffen Datenverarbeitungsmissbrauch mit Bereicherungsabsicht inklusive gewerbsmäßigem betrügerischem Datenmissbrauch, bei dem Daten eingegeben, verändert, gelöscht, unterdrückt oder auf andere Art der Datenverarbeitungsablauf gestört wird (§ 148a StGB). Unter diesen Paragraphen fallen auch Phishing und Malware-Angriffe. Die Funktionsfähigkeit eines Computersystems gemäß § 126b StGB wurde 2013 in Österreich in 470 Fällen gestört und zur Anzeige gebracht. Unter diesen Paragraphen fallen auch DDoS-Attacken. Der widerrechtliche Zugriff auf Computersysteme ist in Österreich in § 118a StGB geregelt. 2013 wurden 391 Fälle angezeigt.[10] In 2013, the Austrian Federal Criminal Police Office recorded 11,199 reported cybercrime cases. 17.8% were resolved. 421 cases of this concern misuse of data processing with the intention of enrichment, including commercial fraudulent misuse of data, in which data is entered, changed, deleted, suppressed or otherwise disturbed in the data processing process (§ 148a StGB). These paragraphs also include phishing and malware attacks. The functionality of a computer system in accordance with Section 126b of the Criminal Code was disrupted and reported in Austria in 470 cases in 2013. DDoS attacks also fall under these paragraphs. The illegal access to computer systems is regulated in Austria in § 118a StGB. In 2013, 391 cases were reported. [10]

45,6 Prozent der Tatverdächtigen sind zwischen 26 und 40 Jahre alt, 26,9 % der Tatverdächtigen sind über 40. Die Täter stammten zu 58,3 Prozent aus dem österreichischen Inland. 468 Tatverdächtige wurden in Deutschland geortet, 373 in Serbien, 176 in Nigeria.45.6 percent of the suspects are between 26 and 40 years old, 26.9% of the suspects are over 40. 58.3 percent of the perpetrators were from Austria. 468 suspects were found in Germany, 373 in Serbia, 176 in Nigeria.

Man versucht, die Arbeit zur Bekämpfung von Computerkriminalität in Österreich zu professionalisieren, um der zunehmenden Professionalisierung der Täter gegenübertreten zu können. Deshalb wurde im österreichischen Bundeskriminalamt ein Cybercrime-Competence-Center (C4) eingerichtet. Die Ermittler und IT-Forensiker werden auf internationale Schulungen geschickt, wie etwa der International Association for Computer Informations Systems (IACIS) und der European Cybercrime Training and Education Group (ECTEG). Im Sommer 2013 wurde aufgrund eines Hinweises vom FBI im Rahmen der Europol-Operation „BlackShades“ 19 tatverdächtige Hacker festgenommen.[11] Attempts are being made to professionalize the work on combating computer crime in Austria in order to counter the increasing professionalization of the perpetrators. Therefore, a Cybercrime Competence Center ( C4 ) set up. Investigators and IT forensics are sent on international training courses, such as the International Association for Computer Information Systems (IACIS) and the European Cybercrime Training and Education Group (ECTEG). In summer 2013, the FBI arrested 19 suspected hackers as part of Europol's BlackShades operation. [11]

SchädenDamage

Gemäß Lagebild werden in der deutschen Kriminalstatistik (PKS) nur die Schadenssummen bei den Straftaten „Computerbetrug“ und „Betrug mit Zugangsberechtigungen zu Kommunikationsdiensten“ erfasst.According to the situation picture, only the damage amounts for the crimes "computer fraud" and "fraud with access rights to communication services" are recorded in the German crime statistics (PKS).

Diese Schäden sind 2011 um rund 16 % auf rund 71,2 Mio. Euro gestiegen (2010: 61,5 Mio. Euro). Davon entfallen 2011 rund 50 Mio. Euro auf den Bereich Computerbetrug und rund 21,2 Mio. Euro auf den Betrug mit Zugangsdaten zu Kommunikationsdiensten. [5] This damage rose by around 16% in 2011 to around EUR 71.2 million (2010: EUR 61.5 million). In 2011, around EUR 50 million of this related to computer fraud and around EUR 21.2 million to fraud involving access data to communication services. [5]

Für Phishing im Bereich Onlinebanking hat das BKA eine durchschnittliche Schadenssummen errechnet: für 2011 rund 4.000 Euro pro Fall und insgesamt 25,7 Mio Euro. Vergleicht man die errechnete (ungefähre) Schadenssumme mit der von 15,7 Mio Euro für 2007, so ergibt sich ein Anstieg von 35 %. Angesichts des „vorhandenen Schadenspotenzials und der Lukrativität für die Täterseite“ bildet Phishing „weiterhin einen Schwerpunkt im Bereich Cybercrime“[12] (gemeint ist: Computerkriminalität im weiteren Sinn - der Verf.).The BKA has calculated an average damage amount for phishing in the online banking area: for 2011 around 4,000 euros per case and a total of 25.7 million euros. If one compares the calculated (approximate) damage sum with that of 15.7 million euros for 2007, there is an increase of 35%. In view of the "existing damage potential and the lucrativity for the perpetrator side", phishing "continues to be a focus in the field of cybercrime" [12] (meaning: computer crime in a broader sense - the author).

Die Schaffung einer europaweiten „European cybercrime Plattform“ gehört zu den Handlungsfeldern der „Digitalen Agenda“.[13] The creation of a Europe-wide "European cybercrime platform" is one of the fields of action of the "Digital Agenda". [13]

Gemäß Symantec ist Deutschland (2012) „mit einem Schaden durch bösartige Software von 24 Milliarden Euro die Nr. 1 in Europa“; weltweit entstand ein „Schaden von 284 Milliarden Euro“, so die Sicherheits-Managerin Orla Cox von Symantec, Dublin.[8] According to Symantec, Germany (2012) is “No. 1 in Europe with damage caused by malicious software of EUR 24 billion”; “Damage of 284 billion euros was incurred worldwide,” says security manager Orla Cox from Symantec, Dublin. [8th]

GegenmaßnahmenCountermeasures

In verschiedenen Ländern wurden inzwischen spezielle Polizeieinheiten mit der Bekämpfung von Computerkriminalität beauftragt. Europol hat seit 2013 eine eigene Abteilung zur Koordination der Zusammenarbeit eingerichtet, das Europäische Zentrum zur Bekämpfung der Cyberkriminalität (EC3).[14] In Deutschland wurden seit 2014 bei den Landeskriminalämtern und beim Bundeskriminalamt sogenannte Zentrale Ansprechstellen Cybercrime (ZAC) eingerichtet.[15] In various countries, special police units have been commissioned to combat computer crime. Europol has set up its own department for coordinating cooperation since 2013, the European Center for Combating Cybercrime (EC3). [14] In Germany, so-called Central Contact Points Cybercrime (ZAC) have been set up at the State Criminal Police Offices and at the Federal Criminal Police Office since 2014. [15]

Darknet Darknet

Darknet (englisch für „Dunkles Netz“) beschreibt in der Informatik ein Peer-to-Peer-Overlay-Netzwerk, dessen Teilnehmer ihre Verbindungen untereinander manuell herstellen. Dieses Konzept steht im Gegensatz zu konventionellen Peer-to-Peer-Netzwerken, bei denen zumeist die Verbindungen zu den Clients fremder Personen automatisch und willkürlich initiiert werden. Im Ergebnis bietet ein Darknet ein höheres Maß an Sicherheit, da einem Angreifer der Zugriff auf das Netzwerk nicht ohne weiteres möglich ist - oder er im Idealfall gar nichts von der Existenz des Netzwerks weiß. Um neue Personen in ein Darknet zu integrieren, müssen diese gewöhnlich von Teilnehmern eingeladen oder akzeptiert werden. Stellenweise ist dies auch nur Teilnehmern möglich, die über Privilegien verfügen.Darknet (English for "dark network") describes in computer science a peer-to-peer overlay network, the participants of which manually establish their connections with each other. This concept is in contrast to conventional peer-to-peer networks, in which the connections to the clients of strangers are usually initiated automatically and arbitrarily. As a result, a darknet offers a higher level of security, since an attacker cannot easily access the network - or ideally knows nothing about the existence of the network. In order to integrate new people into a darknet, they usually have to be invited or accepted by participants. In places, this is only possible for participants who have privileges.

Überblickoverview

Die Daten werden häufig verschlüsselt übertragen und gespeichert. Ihre Anwendung reicht von normalem Datenaustausch zwischen Privatpersonen über kleine Tauschbörsen-Netzwerke für Musik und Filme bis hin zur Vernetzung von Regimekritikern.[1][2] Um dem Vorwurf der Nutzung beispielsweise zur Urheberrechtsverletzung durch Musiktausch zu begegnen, wird von Darknet-Betreibern betont, dass die Meinungsfreiheit, besonders in Zensurländern wie China, durch solche Netzwerke gestärkt werden kann.The data is often encrypted and transmitted. Their application ranges from normal data exchange between private individuals via small exchange networks for music and films to networking with regime critics. [1] [2] To the charge of use to counter example for copyright infringement through music exchange, is emphasized by darknet operators, that freedom of expression can be strengthened, especially in countries such as China censorship by such networks.

ArbeitsweiseWay of working

Der Einstieg ins Darknet mit dem Tor BrowserThe entry into the Darknet with the Tor Browser

Falls das Netz dem Filesharing dient, bezeichnet Darknet eine Art von Friend-to-friend-Netzwerk (F2F). Die meisten Filesharingprogramme sind keine Darknets, da die Knoten (Peers) mit jedem anderen Knoten (öffentliche, ungeprüfte peers) im Netzwerk kommunizieren können.If the network is used for file sharing, Darknet refers to a type of friend-to-friend network (F2F). Most file sharing programs are not darknets because the nodes (peers) can communicate with every other node (public, untested peers) in the network.

Ein Freund-zu-Freund-Netzwerk unterscheidet sich von einem Darknet insofern, als ein Freund-zu-Freund-Netzwerk die Weiterleitung von Dateien auch an die Freunde der Freunde unterstützt, die IP-Adressen der Freunde jedoch den Freunden nicht ersichtlich sind. Ein F2F-Netzwerk muss daher dezentral organisiert sein (man kennt die IP-Adressen der Freunde, aber deren Freunde nicht), ein Darknet kann auch zentral organisiert sein (das heißt, auch ein Hub mit allen Freunden könnte ein Darknet sein; hier kennen jedoch alle die IP-Adressen von allen).A friend-to-friend network differs from a darknet in that a friend-to-friend network also supports the forwarding of files to friends of friends, but the friends' IP addresses are not visible to friends. An F2F network must therefore be organized decentrally (you know the IP addresses of the friends, but not their friends), a darknet can also be organized centrally (that is, a hub with all friends could also be a darknet; however, here you know all the IP addresses of all).

Die vielleicht bekannteste Darknet-Software ist WASTE von Nullsoft. Ein echtes F2F-Netzwerk kann über den Instant Messenger Turtle F2F errichtet werden, der auch Filesharing über den Client giFT erlaubt. Dabei kennt man als Teilnehmer - anders als WASTE im Broadcasting-Modus - die Freunde der Freunde nicht. In Turtle wird somit ein Schildkröten-Netzwerk gegründet, in dem sich nur Verbindungen etablieren lassen, die von geprüften Freunden kommen. Turtle scheint jedoch nicht weiter entwickelt zu werden, ähnliche Ansätze werden aber auch von RetroShare, HybridShare, OnShare, ExoSee, GigaTribe oder Gazzera verfolgt.Perhaps the best known darknet software is WASTE from Nullsoft. A real F2F network can be set up using the Instant Messenger Turtle F2F, which also allows file sharing via the client giFT. As a participant - unlike WASTE in broadcasting mode - you do not know the friends of the friends. A turtle network is thus founded in Turtle, in which only connections that come from certified friends can be established. However, Turtle does not seem to be developing any further, but similar approaches are also being followed by RetroShare, HybridShare, OnShare, ExoSee, GigaTribe or Gazzera.

Freenet, ein Netz zum anonymen und zensurfreien Informationsaustausch, arbeitet ab Version 0.7 darauf hin, ein globales Darknet zu bilden, das Millionen Teilnehmer haben kann. Solch ein untypisches Darknet soll durch eine Anwendung des Kleine-Welt-Phänomens möglich sein.Freenet, a network for anonymous and censorship-free information exchange, is working from version 0.7 to create a global darknet that can have millions of participants. Such an atypical darknet should be possible through the application of the small world phenomenon.

BegriffsgeschichteConceptual history

Bereits in den 1970er Jahren wurde mit dem Begriff Darknet vom ARPANET isolierte Netzwerke bezeichnet[3] und durch den Artikel The Darknet and the Future of Content Distribution aus dem Jahre 2002 weiter popularisiert.[4] Vier Microsoft-Angestellte argumentieren darin, das Vorhandensein von Darknets sei das wesentliche Hindernis in der Entwicklung funktionierender Techniken zur digitalen Rechteverwaltung.Already in the 1970s the term darknet was used to describe networks isolated from ARPANET [3] and was further popularized by the article The Darknet and the Future of Content Distribution from 2002. [4] Four Microsoft employees argue that the existence of darknets is the main obstacle to the development of working techniques for digital rights management.

Rezeptionreception

Aufgrund der Eigenschaften des Darknets werden erhebliche Möglichkeiten für kriminelle Aktionen, wie etwa illegalem Drogen- oder Waffenhandel gesehen. Dahingehende kriminalistische Ermittlungen werden in jüngerer Zeit verstärkt durchgeführt.[5] Eine Anfang Februar 2016 veröffentlichte Studie des britischen Thinktanks International Institute for Strategie Studies[6] stufte 57 Prozent von 5205 untersuchten aktiven Seiten im Darknet inhaltlich als „illegal“ ein. Jedoch würde über ein Drittel der Angebote legal genutzt, darunter auch Hidden Services wie jene von Facebook oder Mailbox.org.[7][8] Constanze Kurz, Sprecherin des Chaos Computer Clubs (CCC), kritisierte auf netzpolitik.org eine einseitige Sicht der Massenmedien auf das Darknet; so würden „verschlüsselte Netzwerke genauso von Journalisten, von Menschenrechtsorganisationen, von Whistleblowern oder von Menschen, die sich aus anderen Gründen schützen müssen, verwendet.“[9] Der Sprecher des CCC Linus Neumann sagte: „Das Darknet ist das Internet, wie man es sich eigentlich wünschen würde. Ein Netz ohne Zensur und Überwachung, mit all seinen Vor- und Nachteilen“. Die in Deutschland geführte Debatte um Darknet-Kriminalität zeige auch, dass man in einer relativ freien Gesellschaft lebe. „In einem Land wie China landest du schneller im Darknet, weil du deine Kommunikation stärker schützen musst.“ Der Geschäftsführer der Menschenrechtsorganisation Reporter ohne Grenzen (ROG), Christian Mihr, verweist auf die Kommunikation per Darknet in Ländern wie Syrien oder Iran. Jedoch würde gerade das Darknet auch für Deutschland relevant sein, da „auch hier [...] das Internet immer mehr überwacht“ werde. Mit zunehmender Überwachung steige „die Zahl derer, die die Anonymität von Darknets schätzen lernen.“ Man habe ein Recht auf „anonyme Kommunikation“, und eine Gleichsetzung von Kriminalität und Darknet sei „brandgefährlich“.[10] Due to the properties of the Darknet, there are considerable opportunities for criminal actions, such as illegal drug or arms trafficking. More recent criminal investigations have been carried out. [5] A study published in early February 2016 by the British think tank International Institute for Strategy Studies [6] classified 57 percent of 5205 active pages examined in the Darknet as "illegal". However, over a third of the offers would be used legally, including hidden services such as those from Facebook or Mailbox.org. [7] [8] Constanze Kurz, spokeswoman for Chaos Computer Clubs (CCC) criticized a one-sided view of the mass media on the Darknet on netzpolitik.org; For example, "encrypted networks would be used by journalists, human rights organizations, whistleblowers, or people who need to protect themselves for other reasons." [9] CCC spokesman Linus Neumann said: "The darknet is the Internet as it is would actually wish for. A network without censorship and surveillance, with all its advantages and disadvantages ”. The debate in Germany about darknet crime also shows that one lives in a relatively free society. "In a country like China, you land faster in the darknet because you have to protect your communication more." The managing director of the human rights organization Reporter Without Borders (ROG), Christian Mihr, refers to the communication via darknet in countries like Syria or Iran. However, the Darknet would also be relevant for Germany, since "the Internet [...] is also being monitored more and more here". With increasing surveillance, "the number of those who learn to appreciate the anonymity of darknets increases." One has the right to "anonymous communication", and equating crime and darknet is "extremely dangerous". [10]

Besondere Bedeutung hat das Darknet auch für Whistleblower, diesbezüglich haben auch schon bedeutende Zeitungen wie die New York Times Seiten im Darknet eingerichtet, um dort anonymisiert vertrauliche Information erhalten zu können.[11] Der Telegram Messenger gehört aufgrund seiner Merkmale mit Verschlüsselung[12] und nach dem Verbot von Territorien verschiedener Länder zum Darknet.[13] Aufgrund der Anonymität enthält es verschlüsselte Kanäle für den Verkauf verbotener Substanzen, die Rekrutierung verschiedener Organisationen und die Koordination regierungsfeindlicher Maßnahmen.The darknet is also of particular importance for whistleblowers. In this regard, important newspapers such as the New York Times have already set up pages on the darknet in order to be able to receive confidential information anonymously. [11] The Telegram Messenger belongs to the Darknet due to its features with encryption [12] and after the prohibition of territories in different countries. [13] Because of the anonymity it contains encrypted channels for the sale of banned substances, the recruitment of various organizations and the coordination of anti-government activities.

Peer-to-Peerpeer to peer

Peer-to-Peer-ModellPeer-to-peer model

Peer-to-Peer (P2P) (von englisch peer „Gleichgestellter“, „Ebenbürtiger“) und Rechner-Rechner-Verbindung sind synonyme Bezeichnungen für eine Kommunikation unter Gleichen, hier bezogen auf ein Rechnernetz. In einigen Kontexten spricht man auch von Querkommunikation.Peer-to-peer (P2P) (from English peer "equal", "peer") and computer-computer connection are synonymous terms for communication between equals, here related to a computer network. In some contexts one also speaks of cross communication.

In einem reinen Peer-to-Peer-Netz sind alle Computer gleichberechtigt und können sowohl Dienste in Anspruch nehmen, als auch zur Verfügung stellen. In modernen P2P-Netzwerken werden die Netzwerkteilnehmer jedoch häufig abhängig von ihrer Qualifikation in verschiedene Gruppen eingeteilt, die spezifische Aufgaben übernehmen. Kernkomponente aller modernen Peer-to-Peer-Architekturen, die meist bereits als Overlay-Netz auf dem Internet realisiert werden, ist daher ein zweites internes Overlay-Netz, welches normalerweise aus den besten Computern des Netzwerks besteht und die Organisation der anderen Computer sowie die Bereitstellung der Such-Funktion übernimmt.In a pure peer-to-peer network, all computers have equal rights and can both use services and make them available. In modern P2P networks, however, the network participants are often divided into different groups depending on their qualifications, which take on specific tasks. The core component of all modern peer-to-peer architectures, which are usually already implemented as an overlay network on the Internet, is therefore a second internal overlay network, which usually consists of the best computers in the network and the organization of the other computers and the Provision of the search function takes over.

Mit der Suchfunktion („lookup“) können Peers im Netzwerk diejenigen Peers identifizieren, die für eine bestimmte Objektkennung (Object-ID) zuständig sind. In diesem Fall ist die Verantwortlichkeit für jedes einzelne Objekt mindestens einem Peer fest zugeteilt, man spricht daher von strukturierten Overlays. Mittels der Such-Operation können die Peers nach Objekten im Netzwerk suchen, die gewisse Kriterien erfüllen (z. B. Datei- oder Buddynamen-Übereinstimmung). In diesem Fall gibt es für die Objekte im P2P-System keine Zuordnungsstruktur, man spricht also von unstrukturierten Overlays.With the search function ("lookup") peers in the network can identify those peers who are responsible for a specific object identifier (Object-ID). In this case, responsibility for each individual object is firmly assigned to at least one peer, which is why we speak of structured overlays. Using the search operation, the peers can search for objects in the network that meet certain criteria (e.g. file or buddy name match). In this case there is no assignment structure for the objects in the P2P system, one speaks of unstructured overlays.

Sobald die Peers, die die gesuchten Objekte halten, in dem P2P-System identifiziert wurden, wird die Datei (in Dateitauschbörsen) direkt, d. h. von Peer zu Peer, übertragen. Es existieren unterschiedliche Verteilungsstrategien, welche Teile der Datei von welchem Peer heruntergeladen werden soll, z. B. BitTorrent.As soon as the peers holding the searched objects have been identified in the P2P system, the file (in file exchange networks) is directly, i.e. H. from peer to peer. There are different distribution strategies, which parts of the file should be downloaded by which peer, e.g. B. BitTorrent.

Der Gegensatz zum Peer-to-Peer-Modell ist das Client-Server-Modell. Bei diesem bietet ein Server einen Dienst an und ein Client nutzt diesen Dienst. In Peer-to-Peer-Netzen ist diese Rollenverteilung aufgehoben. Jeder Teilnehmer ist ein peer, denn er kann einen Dienst gleichermaßen nutzen und selbst anbieten.The opposite of the peer-to-peer model is the client-server model. With this, a server offers a service and a client uses this service. This role allocation is removed in peer-to-peer networks. Each participant is a peer because he can use a service equally and offer it himself.

Charakterisierung von Peer-to-Peer-SystemenCharacterization of peer-to-peer systems

Typische, aber nicht notwendige Charakteristika von Peer-to-Peer-Systemen sind:

  • • Peers weisen eine hohe Heterogenität bezüglich der Bandbreite, Rechenkraft, Online-Zeit, ... auf.
  • • Die Verfügbarkeit und Verbindungsqualität der Peers kann nicht vorausgesetzt werden („Churn“).
  • • Peers bieten Dienste und Ressourcen an und nehmen Dienste anderer Peers in Anspruch (Client-Server-Funktionalität).
  • • Dienste und Ressourcen können zwischen allen teilnehmenden Peers ausgetauscht werden.
  • • Peers bilden ein Overlay-Netzwerk und stellen damit zusätzliche Such-Funktionen zur Verfügung.
  • • Peers haben eine signifikante Autonomie (über die Ressourcenbereitstellung).
  • • Das P2P-System ist selbstorganisierend.
  • • Alle übrigen Systeme bleiben konstant intakt und nicht skaliert.
Typical but not necessary characteristics of peer-to-peer systems are:
  • • Peers are highly heterogeneous in terms of bandwidth, computing power, online time, ...
  • • The availability and connection quality of the peers cannot be assumed ("churn").
  • • Peers offer services and resources and use the services of other peers (client-server functionality).
  • • Services and resources can be exchanged between all participating peers.
  • • Peers form an overlay network and thus provide additional search functions.
  • • Peers have significant autonomy (via the provision of resources).
  • • The P2P system is self-organizing.
  • • All other systems remain intact and not scaled.

(nach: Steinmetz, Wehrle 2006)(after: Steinmetz, Wehrle 2006)

Typen von Peer-to-Peer-SystemenTypes of peer-to-peer systems

P2P-Systeme lassen sich in unstrukturierte und strukturierte P2P-Systeme unterteilen.P2P systems can be divided into unstructured and structured P2P systems.

Unstrukturierte P2P-Systeme unterteilen sich nochmals nach der Art ihres Aufbaus. Man unterscheidet:

  • • Zentralisierte P2P-Systeme (Beispiel: Napster), welche einen zentralen Server zur Verwaltung benötigen, um zu funktionieren
  • • Reine P2P-Systeme ohne zentrale Instanz (Beispiele: RetroShare, Gnutella 0.4, Freenet) Eine spezielle Art eines reinen, dezentralen Netzwerkes bildet das friend-to-friend- oder Web-of-Trust-Netzwerk, bei dem keinerlei Verbindungen zu unbekannten IP-Adressen unterhalten werden, sondern ausschließlich Verbindungen zu Freunden (trusted friends) etabliert werden.
  • • Hybride bzw. Hierarchische P2P-Systeme, welche dynamisch mehrere zentrale Server („Superknoten“) zur Verwaltung bestimmen (Beispiele: Gnutella 0.6, Gnutella2 (G2), JXTA)
Unstructured P2P systems are subdivided according to the type of their construction. One differentiates:
  • • Centralized P2P systems (example: Napster), which require a central server for administration in order to function
  • • Pure P2P systems without a central instance (Examples: RetroShare, Gnutella 0.4, Freenet) A special type of a pure, decentralized network is the friend-to-friend or web-of-trust network, which has no connection to unknown IP - Addresses are maintained, but only connections to friends (trusted friends) are established.
  • • Hybrid or hierarchical P2P systems, which dynamically determine several central servers ("super nodes") for administration (examples: Gnutella 0.6, Gnutella2 (G2), JXTA)

Zentralisierte und reine P2P-Systeme bezeichnet man als Systeme erster Generation, während dezentrale Systeme als Systeme zweiter Generation bezeichnet werden. Systeme, die Dateien über nicht-direkte Verbindungen weiterreichen, sind Systeme dritter Generation. Siehe dazu auch ausführlich den Begriff Filesharing.Centralized and pure P2P systems are referred to as first generation systems, while decentralized systems are referred to as second generation systems. Systems that pass files over non-direct connections are third generation systems. See also the term file sharing in detail.

Strukturierte P2P-Systeme verwenden oftmals eine Verteilte Hashtabelle (DHT). In strukturierten Systemen können daher Suchen aus einem verteilten Index heraus beantwortet werden.Structured P2P systems often use a distributed hash table (DHT). In structured systems, searches can therefore be answered from a distributed index.

Standardisierung und ZukunftStandardization and the future

Die Zukunft der Peer-to-Peer-Technik wird vor allem davon abhängen, ob es gelingt, einen Standard zu definieren - eine Art Plattform-Technik, die es ermöglicht, weitere Anwendungen aufzusetzen.The future of peer-to-peer technology will primarily depend on whether it is possible to define a standard - a kind of platform technology that enables further applications to be set up.

JXTA ist ein solcher Standard, der stark von Sun Microsystems unterstützt wurde und Open Source ist. Sun stellte die zurzeit umfangreichste und stabilste Referenzimplementierung her.JXTA is one such standard that was heavily supported by Sun Microsystems and is open source. Sun manufactured the most extensive and stable reference implementation currently.

Gnutella ist ein weiterer offener Standard, der umfangreich getestet ist, jedoch bisher fast ausschließlich für Dateiverteilung und dezentrales Suchen von Dateien genutzt wird.Gnutella is another open standard that has been extensively tested, but has so far been used almost exclusively for file distribution and decentralized file searching.

Außerdem ist es denkbar, dass die Netzwerkübertragungsleistung ähnlich der Rechenleistung bei den PCs steigen wird, sodass die Möglichkeit besteht, dass ein Peer noch den „übernächsten“ Peer kennen kann und dass die Sichtweite eines Peer über Datenbestände und andere Peers weiter anwachsen kann.In addition, it is conceivable that the network transmission performance will increase similar to the computing power of the PCs, so that there is the possibility that a peer can still know the "next but one" peer and that the visibility of a peer via databases and other peers can continue to increase.

Overlay-NetzOverlay mesh

Beispiel eines Overlay-NetzwerksExample of an overlay network

Ein Overlay-Netz ist ein Rechnernetz, das auf ein bestehendes Netz (Underlay genannt) aufsetzt. Hauptmerkmale eines Overlay-Netzes sind:

  • • (logisches) Netz oberhalb existierender Infrastruktur
  • • oftmals eigener Adressraum mit eigener Adressierung (unabhängig vom Underlay)
  • • ggf. Einsatz eigener Wegewahlverfahren
An overlay network is a computer network that is based on an existing network (called an underlay). The main features of an overlay network are:
  • • (Logical) network above existing infrastructure
  • • often own address space with own addressing (independent of the underlay)
  • • Use of your own routing procedures if necessary

Das Overlay-Netz wird daher zum Aufbau einer zusätzlichen Topologie (physikalisch, logisch, strukturell,...) genutzt. Mit der neu entstandenen Struktur lassen sich beispielsweise aktuelle Technologien wie IPv6 testen oder alternative Routen für die Daten anlegen. Peer-to-Peer-Netze, wie zum Beispiel Gnutella und Chord, sind ebenfalls auf einer Overlay-Netzstruktur aufgebaut, über die beispielsweise effizientes Suchen und eine gewisse Netzkoordination erst möglich werden. Auch auf diese Overlays können weitere Overlays aufsetzen, z. B. für das Monitoring des P2P Overlays wird SkyEye genutzt, das einen eigenen Adressraum einführt und eigene Protokolle mitbringt, die die Funktionalität der P2P Overlays voraussetzen. The overlay network is therefore used to set up an additional topology (physical, logical, structural, ...). With the newly created structure, for example, current technologies such as IPv6 can be tested or alternative routes can be created for the data. Peer-to-peer networks, such as Gnutella and Chord, are also based on an overlay network structure, which, for example, makes efficient searching and a certain network coordination possible. Additional overlays can also be placed on these overlays, e.g. B. for monitoring the P2P overlay, SkyEye is used, which introduces its own address space and brings its own protocols that require the functionality of the P2P overlay.

Das Internet war in seinen Anfängen ein Overlay-Netz über dem bestehenden Telefonnetz. Teilweise ist dies auch heute so, da es noch immer Nutzer gibt, die sich per Modem mit dem Internet verbinden. Mittlerweile wird das Telefonnetz durch VolP aber zunehmend zu einem Overlay-Netz, das auf dem Internet aufsetzt.In the beginning, the Internet was an overlay network over the existing telephone network. This is partly the case today, as there are still users who connect to the Internet via modem. In the meantime, however, the telephone network is increasingly becoming an overlay network that is based on the Internet.

Einige Beispiele für Overlay-Netze sind:

  • • Content Addressable Network (CAN)
  • • Chord
  • • DiffServ (separiert physikalisches Netz in mehrere logische durch Einteilung der Netz-Ressourcen in verschiedene Dienstklassen)
  • • Freenet
  • • Gnutella, Gnutella2
  • • GNUnet
  • • I2P
  • • Kademlia
  • • Lightning Netzwerk (Virtualisiert den Informationsaustausch über verschiedene Blockchain-Netzwerke durch Atomic Swaps)
  • • RetroShare
  • • MBone, 6Bone, ABone
  • • P-Grid
  • • Pastry/Tapestry
  • • PNRP
  • • RON
  • • Tor
  • • XBone
  • • SkyEye
Some examples of overlay networks are:
  • • Content Addressable Network (CAN)
  • • Chord
  • • DiffServ (separates the physical network into several logical ones by dividing the network resources into different service classes)
  • • Freenet
  • • Gnutella, Gnutella2
  • • GNUnet
  • • I2P
  • • Kademlia
  • • Lightning network (virtualizes the exchange of information via various blockchain networks through atomic swaps)
  • • RetroShare
  • • MBone, 6Bone, ABone
  • • P-grid
  • • Pastry / tapestry
  • • PNRP
  • • RON
  • • Goal
  • • XBone
  • • SkyEye

IriserkennungIris detection

Die Iriserkennung ist eine Methode der Biometrie zum Zweck der Authentifizierung oder Identifizierung von Personen. Dafür werden mit speziellen Kameras Bilder der Iris (Regenbogenhaut) des Auges aufgenommen, mit algorithmischen Verfahren die charakteristischen Merkmale der jeweiligen Iris identifiziert, in einen Satz numerischer Werte (Merkmalsvektor, engl. „Template“) umgerechnet und für die Wiedererkennung durch einen Klassifizierungsalgorithmus wie z. B. ein Neuronales Netz gespeichert bzw. mit einem oder mehreren bereits gespeicherten Templates verglichen.Iris detection is a method of biometrics for the purpose of authenticating or identifying people. For this purpose, images of the iris (iris) of the eye are recorded with algorithms, the characteristic features of the respective iris are identified using algorithmic methods, converted into a set of numerical values (feature vector, “template”) and used for recognition by a classification algorithm such as . B. stored a neural network or compared with one or more templates already stored.

Das derzeit am weitesten verbreitete Verfahren und Template (Stand April 2007) in der kommerziellen Anwendung ist der auf Algorithmen des Mathematikers John Daugman beruhende Iriscode.The currently most widespread method and template (as of April 2007) in commercial use is the iris code based on algorithms by the mathematician John Daugman.

Kommerzielle Erkennungsverfahren erfassen etwa 260 individuelle optische Merkmale der Iris. Diese Merkmale entwickeln sich aus einem zufallsgesteuerten, morphogenetischen Prozess in den ersten Lebensmonaten einer Person und bleiben über die restliche Lebenszeit weitgehend unverändert. Auch eineiige Zwillinge haben keine identische Iris-Struktur. Die herausragende Eigenschaft der Iriserkennung in der praktischen Anwendung ist ihre im Vergleich zu anderen Biometrieverfahren äußerst geringe Zahl an falsch positiven Vergleichsergebnissen (engl. „false matches“), d. h., die Wahrscheinlichkeit der Verwechslung eines Iriscodes mit dem eines Auges einer anderen Person ist nahezu Null. Dadurch eignet sich die Iriserkennung als zuverlässiges Identifikationsverfahren auch in großen Datenbanken mit Millionen von Personendatensätzen, sowie für die Identifikation in Zutrittskontrollsituationen ohne primäres Erkennungsmerkmal, also ohne Ausweiskarten oder RFID-Tags.Commercial detection methods record around 260 individual optical features of the iris. These characteristics develop from a randomly controlled, morphogenetic process in the first months of a person's life and remain largely unchanged over the remaining lifetime. Even identical twins do not have an identical iris structure. The outstanding property of iris recognition in practical use is its extremely low number of false positives compared to other biometric methods Comparative results (“false matches”), ie the probability of confusing an iris code with that of another person's eye is almost zero. As a result, iris recognition is suitable as a reliable identification procedure even in large databases with millions of personal data records, and for identification in access control situations without a primary identification feature, i.e. without ID cards or RFID tags.

Der Irisscan ist eine wissenschaftlich anerkannte, sichere Methode zur Identifizierung eines Menschen.The Irisscan is a scientifically recognized, safe method of identifying a person.

Ein weiteres Charakteristikum ist der geringe Bedarf an Rechenressourcen für den Irisvergleich. Daher ist die Iriserkennung und -aufnahme besonders für den mobilen Einsatz in PDA-großen Geräten geeignet.Another characteristic is the low need for computing resources for the iris comparison. Therefore, iris detection and recording is particularly suitable for mobile use in PDA-sized devices.

Falsch negative Ergebnisse (engl. „false non-matches“), also Fälle des Nichterkennens einer eigentlich erfassten Person, können sich insbesondere bei ungünstigen Aufnahmebedingungen des Auges einstellen, wenn die Iris beispielsweise aufgrund von Brillenrändern, Reflexionen auf Brillengläsern oder den bei größtenteils Ostasiaten (bzw. Fernostasiaten) typischen engen Augenlidern nur unzureichend sichtbar ist.False negative results (`` false non-matches ''), i.e. cases of a person actually not being recognized, can occur in particular under unfavorable conditions of the eye, for example if the iris is due to the edges of the glasses, reflections on the glasses or those of largely East Asians ( or Far East Asians) typical narrow eyelids is only insufficiently visible.

Damit wäre eine Erfassung aller in der EU residierenden Personen, um ihnen für staatliche und rechtsgeschäftliche Zwecke eine eindeutige Personenkennziffer zuordnen zu können. Die Iriserkennung würde dabei die Feststellung und Vermeidung von mehrfachen oder falschen Identitäten ermöglichen.This would include a record of all people residing in the EU in order to be able to assign them a unique personal identification number for governmental and legal business purposes. The iris recognition would make it possible to identify and avoid multiple or incorrect identities.

Anwendungen bestehen bereits in der Zutrittskontrolle zu Hochsicherheitsbereichen und bei automatisierten Grenzkontrollen (z. B. Flughäfen Frankfurt, Schiphol, Heathrow).Applications already exist in access control to high security areas and in automated border controls (e.g. Frankfurt, Schiphol, Heathrow airports).

Bei der ersten Massenanwendung in der Einwanderungskontrolle der Vereinigten Arabischen Emirate ab 2002 gab es Versuche von illegalen Einreisenden, die Identifikation durch Irisscan zu vermeiden. Mithilfe medizinischer Augentropfen weitet sich die Pupille und die Iris zieht sich zusammen, so dass vorübergehend die Wiedererkennung verhindert ist. Daraufhin wurde das System so verändert, dass eine erweiterte Iris automatisch als solche erkannt wird und der Irisscan an der Person nach einigen Stunden wiederholt wird.In the first mass application in immigration control in the United Arab Emirates in 2002, illegal immigrants tried to avoid being identified by Irisscan. With the help of medical eye drops, the pupil dilates and the iris contracts so that recognition is temporarily prevented. The system was then changed so that an extended iris is automatically recognized as such and the iris scan is repeated on the person after a few hours.

Gemeinsam mit der Gesichts- und Fingerabdruckerkennung zählt die Iriserkennung zu den von der ICAO vorgesehenen Biometrieformen für den Einsatz in elektronischen Pässen (ePass). Um die weltweite, herstellerunabhängige Interoperabilität der Daten zu gewährleisten, spezifiziert die Norm ISO/IEC 19794-6 „Austauschformat basierend auf Irisbildern“ die hierfür geltenden Erfordernisse an Irisbildaufnahme und -speicherung.Together with face and fingerprint recognition, iris recognition is one of the biometric forms provided by the ICAO for use in electronic passports (ePassport). In order to ensure worldwide, manufacturer-independent interoperability of the data, the standard ISO / IEC 19794-6 "Exchange format based on iris images" specifies the requirements for iris image acquisition and storage that apply to this.

Für forensische Zwecke ist die Iriserkennung nur eingeschränkt geeignet, da schon wenige Minuten nach dem Ableben einer Person ihre Irisstrukturen zerfallen.Iris detection is only suitable for forensic purposes to a limited extent, since its iris structures disintegrate just a few minutes after a person has died.

In Mobiltelefonen wird die Iris-Erkennung zum Entsperren des Telefons anstatt eines PIN-Codes oder eines Fingerabdruckes verwendet. Diese Technik wurde erstmals im Fujitsu ARROWS NX F-04G eingesetzt.[8] Auch die Mobiltelefone der Lumia 950 Reihe von Microsoft verwenden diese Technik der Authentifizierung.In mobile phones, iris recognition is used to unlock the phone instead of a PIN code or a fingerprint. This technology was first used in the Fujitsu ARROWS NX F-04G. [8] Microsoft's Lumia 950 series mobile phones also use this authentication technology.

Der Chaos Computer Club demonstrierte im Mai 2017, wie leicht die Iris-Erkennung beim Samsung Galaxy S8 überwunden werden kann. Zunächst muss man mit einer handelsüblichen Kompaktkamera ein Foto vom Gesicht des Galaxy-S8-Besitzers machen. Weil der Iris-Scanner im Infrarotbereich arbeitet, muss die Kamera in den Nachtmodus versetzt werden. Anschließend wird das Auge digital vergrößert und das Foto mit einem Laserdrucker ausgedruckt. Nun legt man noch eine Kontaktlinse auf den Ausdruck, fertig ist das Fake-Auge für wenige Euro. Durch die Kontaktlinse gewinnt das Auge Plastizität, dadurch lässt sich der Iris-Scanner austricksen.In May 2017, the Chaos Computer Club demonstrated how easy it is to overcome iris detection on the Samsung Galaxy S8. First you have to take a photo of the face of the Galaxy S8 owner with a commercially available compact camera. Because the iris scanner works in the infrared range, the camera must be put into night mode. The eye is then digitally enlarged and the photo printed out with a laser printer. Now you put a contact lens on the printout, the fake eye is ready for a few euros. The eye gains plasticity through the contact lens, so the iris scanner can be tricked.

In der kommenden Flaggschiff-Generation rund um das Galaxy S9 wird die Technik zur Iris-Erkennung stark verbessert. Höhere Auflösung und bessere Software für eine schnellere Erkennung sind die Eckpunkte für Samsungs Entwickler.In the upcoming flagship generation around the Galaxy S9, the technology for iris recognition will be greatly improved. Higher resolution and better software for faster detection are the cornerstones for Samsung developers.

Biometrische Methoden zum Entsperren haben sich in den vergangenen Jahren zu einem Quasi-Standard in Smartphones entwickelt, allen voran der Fingerabdrucksensor. Samsung bietet seit diesem Jahr auch das Erkennen der Iris als alternative Methode in seinen Top-Modellen an. Genau da will der Konzern Verbesserungen umsetzen. Laut einem Bericht des Korea Herald will Samsung die Auflösung für den Iris-Scanner von 2 Megapixel auf 3 Megapixel erhöhen, um feinere Details im Auge und der Iris abbilden zu können.Biometric unlocking methods have become a quasi-standard in smartphones in recent years, especially the fingerprint sensor. Samsung has also been offering the recognition of the iris as an alternative method in its top models since this year. This is exactly where the group wants to implement improvements. According to a report by the Korea Herald, Samsung wants to increase the resolution for the iris scanner from 2 megapixels to 3 megapixels in order to be able to reproduce finer details in the eye and the iris.

Ein Grund für die gezielte Weiterentwicklung soll die laut Samsungs eigener Aussage führende Rolle im Bereich biometrischer Authentifizierung für Bankgeschäfte sein, heißt es weiter. One reason for the targeted further development is, according to Samsung's own statement, the leading role in the area of biometric authentication for banking transactions.

Schnellere und sicherere Erkennung der Iris sind ein Ziel für das Galaxy S9 Samsung verspricht sich von der verbesserten Linse auch treffsichere Ergebnisse, selbst wenn der Benutzer eine Brille trägt, bei der es zwangsläufig zu Spiegelungen kommen kann. Selbst Bewegungen des Augapfels soll die optimierte Iris-Erkennung des Galaxy S9 (Plus) erheblich besser verkraften als die aktuelle Generation.Faster and more reliable detection of the iris are a goal for the Galaxy S9 Samsung also expects the improved lens to deliver accurate results, even if the user wears glasses that can inevitably lead to reflections. Even movements of the eyeball should be able to cope with the optimized iris detection of the Galaxy S9 (Plus) considerably better than the current generation.

Neben der Auflösung des Bildes zum Erkennen der Iris wollen die Techniker aber vor allem die Schnelligkeit massiv erhöhen. Zudem ist die Iris-Erkennung im Dunkeln auf der Liste derjenigen Dinge, die optimiert sowie verbessert werden sollen.In addition to the resolution of the image for recognizing the iris, the technicians especially want to massively increase the speed. In addition, iris detection in the dark is on the list of things that need to be optimized and improved.

Jedoch ist die Hardware nur ein Teil des großen Ganzen - auch die Software spielt eine entscheidende Rolle. In diesem Punkt will sich Samsung ebenfalls deutlich verbessern, um die Erkennung schneller, genauer und damit vor allem sicherer zu machen. Konkrete Details nannte der Bericht dazu nicht.However, the hardware is only part of the big picture - the software also plays a crucial role. Samsung also wants to improve significantly in this regard in order to make detection faster, more accurate and, above all, more secure. The report did not give specific details.

Funktionsweise eines Iris-Scanners: Zur Identifikation werden Iris-Scans besonders in der Medizin und Pharmazeutik eingesetzt. Spezielle Kameras nehmen die Iris auf und hinterlegen das Muster im System. Samsung nutzt beim Galaxy S7 Edge eine extra eingebaute Kamera und Infrarot-Licht. Es soll sich besonders eignen, da es die Muster der Regenbogenhaut sehr deutlich erfassen kann. Sichtbares Licht oder RGB-Bilder sind anfälliger für Einflüsse durch das Umgebungslicht. Details können leichter verloren gehen. Die Iris-Informationen werden beim Samsung-Mobilgerät verschlüsselt auf der Knox-Plattform direkt auf dem Gerät abgelegt.How an iris scanner works: iris scans are used for identification, particularly in medicine and pharmaceuticals. Special cameras record the iris and store the pattern in the system. Samsung uses an extra built-in camera and infrared light for the Galaxy S7 Edge. It is said to be particularly suitable because it can capture the pattern of the iris very clearly. Visible light or RGB images are more susceptible to influences from ambient light. It is easier to lose details. With the Samsung mobile device, the iris information is encrypted and stored on the Knox platform directly on the device.

Erkennung: Um sich erneut am Gerät anzumelden, liest die Kamera die Iris-Informationen in einem festgelegten Abstand zwischen Gerät und Auge ein und vergleicht sie mit den hinterlegten Daten. Der Vorgang soll sehr schnell gehen und auch bei schlechtem Licht funktionieren, da die Abstrahlung des Displays zur Datenerfassung genutzt wird.Detection: In order to log on to the device again, the camera reads the iris information at a specified distance between the device and the eye and compares it with the stored data. The process should go very quickly and work even in poor light, since the radiation from the display is used for data acquisition.

Andere Zugangsmechanismen und Sicherheit: Microsoft bietet mit Hello bei Windows 10 eine Gesichtserkennung an, über die sich der Anwender am System anmelden kann. Das Verfahren setzt eine Tiefenkamera voraus, die zum Pixel auch die Entfernung zur Kamera erfasst. Zertifiziert sind die Realsense-Kamera von Intel und das herstellereigene System Kinect. Im Gegensatz zum integrierten Iris-Scanner müssen Sie hier extra Hardware erwerben.Other access mechanisms and security: Microsoft offers Hello with Windows 10 facial recognition, which the user can use to log on to the system. The method requires a depth camera that also detects the distance to the camera from the pixel. The Realsense camera from Intel and the manufacturer's Kinect system are certified. In contrast to the integrated iris scanner, you have to purchase extra hardware here.

Passwortpassword

Ein Passwort, Kennwort, auch Passphrase, Schlüsselwort Codewort (auch Kodewort), Losung, Losungswort oder Parole (von italienisch la parola ,das Wort‘) genannt, dient zur Authentifizierung. Hierzu wird eine Zeichenfolge vereinbart und benutzt, durch die sich jemand, meist eine Person, ausweist und dadurch die eigene Identität bestätigt.A password, password, also passphrase, keyword code word (also code word), slogan, slogan or slogan (from Italian la parola, the word ‘) is used for authentication. For this purpose, a string of characters is agreed and used, through which someone, usually a person, identifies themselves and thereby confirms their own identity.

Neben der Rolle Identifizieren von Personen werden Passwörter auch dazu verwendet, um bestimmte Berechtigungen nachzuweisen: Wer das Passwort (den richtigen Code) kennt, gilt als berechtigt. Beispiele: Parole beim Militär oder ein Zugangscode zum Öffnen von Türen.In addition to the role of identifying people, passwords are also used to prove certain authorizations: Anyone who knows the password (the correct code) is considered authorized. Examples: slogan for the military or an access code to open doors.

Die Authentizität des sich so Ausweisenden bleibt nur höchstens so lange gewahrt, wie das Passwort geheim bleibt, das heißt, es Dritten nicht bekannt ist. Der Zusammenhang zwischen Passwort und dessen Nutzer muss gesondert hergestellt und überprüft werden (zum Beispiel durch die Bank auf dem besonders vor Manipulation geschützten Postweg).The authenticity of those who identify themselves in this way is only maintained for as long as the password remains secret, that is, it is not known to third parties. The relationship between the password and its user must be established and checked separately (for example by the bank using the postal route, which is particularly protected against manipulation).

Eine Persönliche Identifikationsnummer (PIN) ist ein Passwort, das in der Regel ausschließlich aus Ziffern besteht.A personal identification number (PIN) is a password that usually consists of only digits.

Häufiger Einsatz von Passwörtern findet in der Computer-/ Internetwelt in Verbindung mit einem Benutzernamen statt. Hier ist das Passwort eine vom Nutzer selbstgewählte oder eine automatisch generierte, meist alphanumerische Zeichenfolge.Frequent use of passwords takes place in the computer / internet world in connection with a user name. Here the password is a user-selected or an automatically generated, mostly alphanumeric string.

Passwörter werden in zahlreichen Bereichen verwendet, zum Beispiel als Element der Kindersicherung, um Kindern den Zugriff auf Fernseher, Receiver oder ungeeignete Programminhalte zu verwehren.Passwords are used in numerous areas, for example as an element of parental controls to prevent children from accessing televisions, receivers or unsuitable program content.

Nachteil : Password Chaos durch immer neue, geänderte und vergessene Passwörter. Disadvantage: Password chaos due to new, changed and forgotten passwords.

Einmalkennwörter können nur einmal zur Authentifizierung benutzt werden und sind danach ungültig. So entsteht kein Schaden, wenn das Passwort während der Authentifizierung ausgespäht wird. Traditionell werden mehrere Einmalkennwörter auf Vorrat festgelegt und in Form einer Liste vermerkt, die sicher verwahrt werden muss. Solche Einmalkennwörter werden zum Beispiel als Transaktionsnummern (TAN) beim Online-Banking verwendet. Sie können aber auch erst kurz vor ihrer Benutzung unter Einbeziehung der Uhrzeit und einer PIN erzeugt werden und nur zur Benutzung binnen weniger Minuten geeignet sein.One-time passwords can only be used for authentication once and are then invalid. So there is no harm if the password is spied on during authentication. Traditionally, several one-time passwords are set in advance and noted in the form of a list that must be kept safe. Such one-time passwords are used, for example, as transaction numbers (TAN) in online banking. However, they can also be generated just before they are used, including the time and a PIN, and can only be used within a few minutes.

Das Passwort sollte lang genug sein, um nicht durch Ausprobieren (Brute-Force-Angriff) ermittelt werden zu können. Das System sollte außerdem einen ausreichend großen Zeichensatz verwenden, mit dem das Passwort gebildet wird Anstatt Passwörter manuell eingeben zu lassen, können Schlüssel auch in einer Schlüsseldatei abgelegt werden. Bei Anwendungen wie beispielsweise SSH kann neben der Authentifizierung mit einem Passwort auch ein Public-Key-Verfahren eingesetzt werden. Der Vorteil ist dabei, dass die Gegenstelle den geheimen privaten Schlüssel nicht zu sehen bekommt. Auch hier wird der private Schlüssel in einer Datei gehalten und kann gegen unbefugtes Auslesen mit einem Passwort geschützt werden.The password should be long enough so that it cannot be determined by trying it out (brute force attack). The system should also use a sufficiently large character set with which the password is formed. Instead of entering passwords manually, keys can also be stored in a key file. In applications such as SSH, in addition to authentication with a password, a public key procedure can also be used. The advantage is that the other party does not see the secret private key. Here, too, the private key is kept in a file and can be protected against unauthorized reading with a password.

Die Schlüsseldatei ist eine Alternative zur manuellen Eingabe eines Kennworts. Damit können deutlich längere und komplexere Schlüssel verwendet werden und es besteht nicht mehr die Gefahr, das Kennwort zu vergessen. Allerdings kann die Schlüsseldatei durch Datenverlust verlorengehen. Das Angriffsszenario bei einem Kennwort besteht aus Ausspähen (beispielsweise durch einen Keylogger) oder Erraten (beispielsweise durch einen Wörterbuchangriff); eine Schlüsseldatei ist dagegen vor unbefugtem Zugriff zu schützen, damit sie nicht kopiert wird. Häufig werden Schlüsseldateien deshalb zusätzlich mit einem Masterpasswort verschlüsselt.The key file is an alternative to entering a password manually. This means that significantly longer and more complex keys can be used and there is no longer any risk of forgetting the password. However, the key file can be lost due to data loss. The attack scenario for a password consists of spying (e.g. through a keylogger) or guessing (e.g. through a dictionary attack); a key file, on the other hand, must be protected against unauthorized access so that it is not copied. Key files are therefore often encrypted with a master password.

Die Brute-Force-MethodeThe brute force method

Die Brute-Force-Methode (von englisch brute force ,rohe Gewalt‘) bzw. Methode der rohen Gewalt, auch Exhaustionsmethode (kurz Exhaustion von lateinisch exhaurire ,ausschöpfen‘), ist eine Lösungsmethode für Probleme aus den Bereichen Informatik, Kryptologie und Spieltheorie, die auf dem Ausprobieren aller möglichen (oder zumindest vieler möglicher) Fälle beruht. Auch der Begriff erschöpfende Suche (engl. exhaustive search) ist in Gebrauch.The brute force method (from English brute force, brute force ') or method of raw violence, also exhaustion method (short exhaustion from Latin exhaurire, exhaust'), is a method of solving problems in the fields of computer science, cryptology and game theory, based on trying out all possible (or at least many possible) cases. The term exhaustive search is also used.

Für viele Probleme in der Informatik sind keine effizienten Algorithmen bekannt. Der natürlichste und einfachste Ansatz zu einer algorithmischen Lösung eines Problems besteht darin, alle potenziellen Lösungen durchzuprobieren, bis die richtige gefunden ist. Diese Methode nennt man „Brute-Force-Suche“ (englisch brute-force search).No efficient algorithms are known for many problems in computer science. The most natural and simplest approach to an algorithmic solution to a problem is to try out all the potential solutions until the right one is found. This method is called "brute force search".

Die Brute-Force-Suche ist einfach zu implementieren und dazu bestimmt, die korrekte Lösung zu finden. Allerdings steigt der Aufwand an Rechenoperationen proportional zur Anzahl der zu probierenden möglichen Lösungen, wobei die Anzahl dieser möglichen Lösungen mit zunehmendem Umfang der Probleme häufig exponentiell rasch wächst.The brute force search is easy to implement and designed to find the correct solution. However, the amount of computing operations increases in proportion to the number of possible solutions to be tried, and the number of these possible solutions often increases exponentially rapidly with increasing problems.

Ein wichtiger Anwendungsbereich findet sich in der Computersicherheit. Ein oft angeführtes Anwendungsbeispiel für die Brute-Force-Methode ist hier das Brechen oder umgangssprachlich „Knacken“ von Passwörtern.An important area of application is in computer security. A frequently used application example for the brute force method here is breaking or colloquially “cracking” passwords.

Aus dem oben genannten Zusammenhang zwischen Umfang des Problems und Anzahl der benötigten Rechenoperationen lässt sich für das Beispiel des „Passwortknackens“ der Schluss ziehen, dass mit steigender Passwortlänge oder steigender Anzahl an möglicherweise im Passwort vorhandenen Zeichen (Alphabet ohne Zahlen, mit Zahlen, mit Sonderzeichen) der Aufwand der Brute-Force-Methode schnell ansteigt. Die Methode ist in der Praxis häufig erfolgreich, da die meisten Benutzer kurze und einfache, damit unsichere Passwörter verwenden. Mit entsprechenden Werkzeugen können schon auf handelsüblichen Mittelklasse-Computern Millionen Passwörter je Sekunde ausprobiert werden.For the example of "password cracking", it can be concluded from the above-mentioned relationship between the scope of the problem and the number of required arithmetic operations that with increasing password length or increasing number of characters that may be present in the password (alphabet without numbers, with numbers, with special characters ) the effort of the brute force method increases quickly. The method is often successful in practice, since most users use short and simple, and therefore unsafe, passwords. With the right tools, millions of passwords per second can be tried out on standard mid-range computers.

In der Praxis werden Brute-Force-Angriffe auch dadurch erschwert, dass die Zahl der Versuche begrenzt ist und nach einigen erfolglosen Passworteingaben der Zugang gesperrt wird oder weitere Versuche erst nach einer Wartezeit möglich sind.[2] Trotzdem wurde im September 2014 bekannt, dass z. B. Apple in seiner iCloud längere Zeit solche einfachen Maßnahmen nicht implementiert hatte und zumindest einfache Brute-Force-Attacken möglich wäreIn practice, brute force attacks are also made more difficult by the fact that the number of attempts is limited and access is blocked after a few unsuccessful password entries or further attempts are only possible after a waiting period. [2] Nevertheless, it was announced in September 2014 that, for. B. Apple had not implemented such simple measures in its iCloud for a long time and at least simple brute force attacks would be possible

SIM-Karte SIM card

Die SIM-Karte (vom englischen subscriber identity module für „Teilnehmer-Identitätsmodul“) ist eine Chipkarte, die in ein Mobiltelefon eingesteckt wird und zur Identifikation des Nutzers im Netz dient. Mit ihr stellen Mobilfunkanbieter Teilnehmern mobile Telefonanschlüsse und Datenanschlüsse zur Verfügung.The SIM card (from the English subscriber identity module for "subscriber identity module") is a chip card that is inserted into a mobile phone and is used to identify the user in the network. It is used by mobile operators to provide mobile telephone and data connections to participants.

Das SIM ist ein kleiner Prozessor mit Speicher (üblicherweise im ID-000-Format, das aus einer ID-1-Format-Karte herausgebrochen wird). Durch eine veränderbare PIN kann es vor unbefugter Benutzung geschützt werden. Mit Hilfe des SIM wird das Mobile Equipment (also üblicherweise das Mobiltelefon) einem Netz zugeordnet und authentifiziert. Für diese Zwecke ist auf dem SIM die IMSI gespeichert, welche bei Netzsuche und Einbuchung in ein Funknetz unverschlüsselt übertragen wird und ein Mithören von Mobilfunk-Telefonaten und die Eingrenzung des Standorts des Mobiltelefons innerhalb einer Funkzelle erlaubt (IMSI-Catcher). Andere auf dem SIM gespeicherte Zahlenfolgen und Algorithmen dienen der Verschlüsselung der Sprach- und Signalisierungsdaten (Ciphering). Das SIM dient außerdem zum Speichern von temporären, netzbezogenen Daten sowie bevorzugten und gesperrten Netzen. Darüber hinaus können ein Telefon- und Notizbuch, Speicher für Short-Message-Service-Mitteilungen (SMS) und Speicher der zuletzt gerufenen Telefonnummern integriert sein. SIM und Mobile Equipment bilden zusammen im GSM die Mobile Station.The SIM is a small processor with memory (usually in ID-000 format that is broken out of an ID-1 format card). It can be protected against unauthorized use by a changeable PIN. With the help of SIM, the mobile equipment (usually the mobile phone) is assigned to a network and authenticated. For this purpose, the IMSI is stored on the SIM, which is transmitted unencrypted when searching for a network and logging into a radio network and allows listening in on mobile phone calls and limiting the location of the mobile phone within a radio cell (IMSI catcher). Other sequences of numbers and algorithms stored on the SIM are used to encrypt the voice and signaling data (ciphering). The SIM is also used to store temporary, network-related data as well as preferred and blocked networks. In addition, a telephone and notebook, memory for short message service messages (SMS) and memory of the last called phone numbers can be integrated. SIM and mobile equipment together form the mobile station in GSM.

In Deutschland waren 2012 rund 115 Millionen SIM-Karten im Umlauf.In 2012, around 115 million SIM cards were in circulation in Germany.

SIM-KartenlesegerätSIM card reader

Die SIM-Karte wird häufig im großen ID-1-Format (85,6 mm x 54 mm) ausgeliefert. Der kleinere ID-000-Teil (25 mm x 15 mm) kann herausgebrochen werden. Aufgrund der immer kleineren Mobilgeräte wurde im Lauf der Zeit für D-Netz-Geräte das kleine ID-000-Format eingeführt. Inzwischen gibt es eine Vielzahl von Geräten, die stattdessen die noch kleinere Micro-SIM verwenden. In vielen modernen Smartphones wird bereits das kleinste Format, die Nano-SIM verwendet.The SIM card is often delivered in the large ID-1 format (85.6 mm x 54 mm). The smaller ID-000 part (25 mm x 15 mm) can be broken out. Due to the ever smaller mobile devices, the small ID-000 format was introduced over time for D-Netz devices. There are now a multitude of devices that use the even smaller micro SIM instead. The smallest format, the nano-SIM, is already used in many modern smartphones.

Ein SIM-Toolkit ermöglicht es, kleine Programme auf einer SIM-Karte zu hinterlegen, beispielsweise Info-Services, mit denen aktuelle Informationen über Politik, Sport, Wetter zugestellt werden können. Die Mobilfunk-Betreiber O2, E-Plus, T-Mobile und Vodafone benutzen das, um ihren Homezone-Service anzubieten. Mit Hilfe des SIM-Toolkits wird dort angezeigt, ob sich das Mobiltelefon in der Homezone befindet. Funktionen wie Aufladen oder Abfragen des Guthabens (bei vorbezahlten Prepaid-Karten) sind möglich. Der Vorteil von Anwendungen auf der SIM-Karte besteht darin, dass diese unabhängig vom eingesetzten Gerät benutzt werden können (somit kann ohne ersichtliche Funktionalitätsänderung das Handy gewechselt werden).A SIM toolkit makes it possible to store small programs on a SIM card, for example info services, with which current information about politics, sport, weather can be delivered. Mobile operators O 2 , E-Plus, T-Mobile and Vodafone use this to offer their home zone service. With the help of the SIM toolkit, it is shown whether the mobile phone is in the home zone. Functions such as topping up or checking the credit (with prepaid prepaid cards) are possible. The advantage of applications on the SIM card is that they can be used regardless of the device used (thus the cell phone can be changed without any apparent change in functionality).

Verschiedene Hersteller arbeiten derzeit an der Entwicklung einer SIM-Karte mit größerem Speicherplatz, ähnlich den bekannten Speicherkarten wie SD-Karten. Dieser Speicher, bislang bis zu 128 GB, kann frei für MP3-Audio oder andere Dokumente genutzt werden.Various manufacturers are currently working on the development of a SIM card with a larger storage space, similar to the well-known memory cards such as SD cards. This memory, previously up to 128 GB, can be used freely for MP3 audio or other documents.

Als SIM Access Profile wird eine Technik bezeichnet, mit der z. B. im Auto die SIM-Daten eines mit Bluetooth ausgestatteten Mobilgeräts von einem fest installierten Gerät gelesen werden und dieses selbst die Funkverbindung aufbaut. So lässt sich die Datenübertragung durch die festinstallierte Außenantenne verbessern und der Stromverbrauch des Mobiltelefons reduzieren.A SIM Access Profile is a technique with which, for. B. in the car, the SIM data of a Bluetooth-equipped mobile device can be read from a permanently installed device and this itself establishes the radio connection. The data transmission can be improved by the permanently installed external antenna and the power consumption of the mobile phone can be reduced.

In Dual-SIM-Handys oder mit Hilfe von Dual-SIM-Adaptern können zwei oder mehr SIM-Karten in einem Gerät untergebracht werden, die entweder simultan (gleichzeitig) oder alternativ (wechselweise) aktiv sind.In dual SIM cell phones or with the help of dual SIM adapters, two or more SIM cards can be accommodated in one device, which are either active simultaneously (simultaneously) or alternatively (alternately).

Auf einer SIM-Karte befinden sich acht Kontaktflächen. Verschiedene Karten variieren in der Anzahl und Aufteilung, spezifiziert wurden jedoch nur diese acht Kontakte mit folgender Belegung: Vcc — Versorgungsspannung C1 C5 GND - Masse Reset — Reset für Sim-CPU C2 C6 Vpp— Programmierspannung CLK - Takt C3 C7 I/O - Daten reserviert C4 C8 reserviert There are eight contact areas on a SIM card. Different cards vary in number and division, but only these eight contacts with the following assignment were specified: V cc - supply voltage C1 C5 GND - ground Reset - Reset for Sim CPU C2 C6 V pp - programming voltage CLK clock C3 C7 I / O data reserved C4 C8 reserved

Über Vcc und GND wird der SIM-Karte die Betriebsspannung zugeführt. Es gibt SIM-Karten mit einer Betriebsspannung von 1,8 Volt, 3 Volt und bei der älteren Kartengeneration 5 Volt (siehe Tabelle Typen). Die jeweilige Spannung wird in einigen Fällen auf der SIM-Karte aufgedruckt.[4] The operating voltage is supplied to the SIM card via Vcc and GND. There are SIM cards with an operating voltage of 1.8 volts, 3 volts and 5 volts for the older card generation (see table types). The voltage in question is printed on the SIM card in some cases. [4]

Wird eine SIM-Karte mit einer falschen Spannung in einem Mobiltelefon verwendet, kann es zu Fehlermeldungen, Abstürzen oder ungewöhnlich schneller Akku-Entladung kommen. If a SIM card with the wrong voltage is used in a mobile phone, error messages, crashes or unusually fast battery discharge can occur.

Sollte eine SIM-Karte nicht mehr auf Anfragen des Mobilgerätes reagieren, kann sie über den Reset-Kontakt neu gestartet werden. Über CLK wird der Takt des Mobilgeräts zur Synchronisation des über den I/O-Kontakt stattfindenden Datentransfers übertragen.If a SIM card no longer responds to requests from the mobile device, it can be restarted using the reset contact. The clock of the mobile device for synchronizing the data transfer taking place via the I / O contact is transmitted via CLK.

Die optionale Programmierspannung Vpp wird nur bei der Herstellung benötigt, um die interne Software der Karte zu initialisieren oder zu löschen. Die normalen Lese- und Schreibvorgänge auf den Anwenderbereich einer SIM-Karte (z. B. im Rahmen der Nutzung in einem Mobilgerät) kommen ohne diese Spannung aus.The optional programming voltage V pp is only required during production in order to initialize or delete the internal software of the card. The normal reading and writing processes on the user area of a SIM card (e.g. in the context of use in a mobile device) manage without this voltage.

Die beiden zusätzlichen Kontaktpins sind für derzeit noch rare achtpolige SIM-Karten reserviert, wie sie in zukünftigen mobilen Geräten Verwendung finden sollen - derzeit gibt es mehrere konkurrierende Entwürfe, wofür diese Kontakte verwendet werden sollen, u. a. sind SIM-Karten mit sehr hohen Speicherkapazitäten im Gespräch, die über eine Variante des USB-Protokolls angekoppelt werden könnten. Weitere Ideen betreffen spezielle Verschlüsselungsfunktionen oder Nahfeldkommunikation (NFC). Aktuelle europäische Mobilfunktelefone verwenden jedoch nach wie vor nur sechspolige SIM-Karten.The two additional contact pins are reserved for currently still rare eight-pin SIM cards, as they will be used in future mobile devices - there are currently several competing designs for what these contacts should be used for. a. SIM cards with very high storage capacities are under discussion, which could be connected via a variant of the USB protocol. Other ideas concern special encryption functions or near field communication (NFC). However, current European mobile phones still use only six-pin SIM cards.

Die I/O-Einheit regelt den Zugriff auf die SIM-Karte. Sie ist die Schnittstelle der CPU zum Mobilgerät. Die CPU dient hauptsächlich der Speicherverwaltung, sie kann allerdings kleine Programme ausführen. Der Speicher besteht aus einem ROM, einem RAM und einem EEPROM. Im ROM ist das Betriebssystem der Karte abgelegt. Es werden dort Brandings der Mobilfunkunternehmen gespeichert (Startlogos). Das RAM beinhaltet die gerade gebrauchten Daten, es ist flüchtig. Im EEPROM werden Benutzerdaten abgelegt.The I / O unit controls access to the SIM card. It is the interface of the CPU to the mobile device. The CPU is mainly used for memory management, but it can run small programs. The memory consists of a ROM, a RAM and an EEPROM. The operating system of the card is stored in the ROM. Brandings of the mobile phone companies are saved there (start logos). The RAM contains the data just used, it is volatile. User data are stored in the EEPROM.

Lebensdauerlifespan

SIM-Karten haben eine begrenzte Lebensdauer. Mit jedem Lösch-Schreibzyklus des nichtflüchtigen Kartenspeichers, beispielsweise bei einer Authentifizierung im Netz altert der verwendete Speicher. Ursprünglich garantierten die Hersteller der SIM-Chips 100.000 solcher Zyklen.[5] Bei aktuellen Chips beträgt dieser Wert 500.000 bis eine Million. Um diesen Prozess zu entschärfen, bauen die SIM-Hersteller im Betriebssystem Schutzmechanismen ein.[6] SIM cards have a limited lifespan. The memory used ages with each erase-write cycle of the non-volatile card memory, for example during authentication in the network. Originally, the manufacturers of the SIM chips guaranteed 100,000 such cycles. [5] In current chips, this value is 500,000 to one million. In order to defuse this process, the SIM manufacturers install protection mechanisms in the operating system. [6]

Unabhängig davon werden einige ältere SIM-Karten von aktuellen Mobiltelefonen nicht erkannt. Ein Grund kann sein, dass die SIM-Karte mit der vom Gerät zur Verfügung gestellten Spannung nicht mehr funktioniert. Ein anderer Grund kann darin liegen, dass das Gerät eine USIM-Karte benötigt.Irrespective of this, some older SIM cards are not recognized by current mobile phones. One reason may be that the SIM card no longer works with the voltage provided by the device. Another reason may be that the device requires a USIM card.

FormateFormats

In der technischen Fachwelt wird die Hardware der SIM-Karte Universal Integrated Circuit Card oder kurz UICC genannt.In the technical world, the hardware of the SIM card is called Universal Integrated Circuit Card or UICC for short.

Seit Entwicklung des UMTS-Standards durch das Europäische Institut für Telekommunikationsnormen Ende der 1990er Jahre wird davon ausgegangen, dass mobile Endgeräte in Zukunft kleiner sein oder jedenfalls weniger Platz im Inneren haben werden und daher SIM-Karten mit geringer Größe erforderlich sind.Since the European Institute for Telecommunications Standards developed the UMTS standard at the end of the 1990s, it has been assumed that mobile devices will be smaller in the future or at least have less space inside and that SIM cards with a small size will therefore be required.

Full-Size-SIMFull-size SIM

Erste GSM-Geräte hatten einen Schlitz, um SIM-Karten im Scheckkartenformat einzuführen. Oft wurden diese SIM-Karten auch unter dem Akku eingelegt, wie z. B. beim Sharp TQ-G700. Ein weiteres Beispiel für ein solches Gerät ist das D-Netz-Mobiltelefon „Siemens S3com“ von 1995.[8][9][10] Die Bauform der Geräte war entsprechend mindestens so breit wie eine Scheckkarte.The first GSM devices had a slot to insert SIM cards in credit card format. Often these SIM cards were also inserted under the battery, e.g. B. the Sharp TQ-G700. Another example of such a device is the D-Netz mobile phone "Siemens S3com" from 1995. [8] [9] [10] The design of the devices was correspondingly at least as wide as a check card.

Da der SIM-Chip keine so große Fläche beanspruchte, hat sich schon Ende der 1990er-Jahre das bedeutend kleinere UICC-Format etabliert. Deshalb kamen nur wenige Geräte mit Full-Size-SIM auf den Markt. In den Anfangszeiten wurde die UICC-SIM-Karte aus der scheckkartengrossen SIM-Karte ausgestanzt; später waren die MINI-SIM-Karten aus der Full-Size-SIM-Karte herausbrechbar. Im umgekehrten Fall (bei einem Gerät mit scheckkartengrosser SIM-Karte) konnte i. d. R. die Originalkarte (aus der die UICC-SIM-Karte ausgestanzt oder heraus gebrochen worden war), als Adapter eingesetzt werden.Since the SIM chip did not take up such a large area, the significantly smaller UICC format was already established at the end of the 1990s. That is why only a few devices with full-size SIM came onto the market. In the early days, the UICC SIM card was punched out of the credit card-sized SIM card; later the MINI SIM cards could be broken out of the full-size SIM card. In the opposite case (for a device with a credit card-sized SIM card) i. d. Usually the original card (from which the UICC SIM card was punched out or broken out) can be used as an adapter.

Mini-SIM (UICC) Mini SIM (UICC)

Die Mini-SIM-Karte (Abkürzung 2FF für „Second Form Factor“) ist nur 25 mm x 15 mm groß und genau so dick wie die Full-Size-SIM.The mini SIM card (abbreviation 2FF for "second form factor") is only 25 mm x 15 mm in size and just as thick as the full-size SIM.

SIM-Karten werden teilweise zwar noch im Scheckkartenformat ausgeliefert, die Mini-SIM ist dann aber schon vorgestanzt, so dass sie nur an Sollbruchstellen herausgebrochen werden muss. Anfangs war bei den ausgelieferten Full-Size-SIM die Mini-SIM noch nicht vorgestanzt, deshalb gab es neben Stanzgeräten auch Anleitungen zum Selbstbau (ausschneiden mit Schablone und Schere). Um Material zu sparen, wird die SIM-Karte seit Mitte der 2010er-Jahre oft nur noch im UICC-Format in einer Karton-Schablone ausgeliefert.Some SIM cards are still delivered in credit card format, but the mini SIM is already pre-cut so that it only has to be broken out at predetermined breaking points. In the beginning, the mini-SIM was not pre-punched in the delivered full-size SIM, so there were instructions for self-assembly (cutting out with a template and scissors) in addition to punching devices. To save material, the SIM card has often only been supplied in UICC format in a cardboard template since the mid-2010s.

Micro-SIM (Mini-UICC)Micro SIM (Mini UICC)

Die Micro-SIM (Abkürzung 3FF für „Third Form Factor“) ist 52 % kleiner als die der Mini-SIM-Karte. Bei der Micro-SIM betragen die Außenlängen nur 15 mm x 12 mm. Die Dicke beträgt wie auch schon bei der Full-Size-SIM oder Mini-SIM 0,76 mm. Was die technischen Daten der Schaltung anbelangt, gibt es keine Unterschiede.The micro SIM (abbreviation 3FF for "third form factor") is 52% smaller than that of the mini SIM card. The outer lengths of the micro SIM are only 15 mm x 12 mm. As with the full-size SIM or mini-SIM, the thickness is 0.76 mm. There are no differences regarding the technical data of the circuit.

Mit einem speziellen Stanzgerät kann aus einer Full-Size-SIM oder Mini-SIM eine Micro-SIM gemacht werden.[11] A micro-SIM can be made from a full-size SIM or mini-SIM using a special punching device. [11]

Eines der ersten Geräte, das eine Micro-SIM-Karte verwendete, war das iPad im Jahr 2010, gefolgt vom Apple iPhone 4. Nokia setzt diesen Kartentyp ein, so beim Nokia N9 oder dem Nokia Lumia 800. Motorola setzt beim Motorola Droid Razr auf Micro-SIM-Karten. Viele weitere Hersteller sind dem Trend gefolgt und verwenden bei ihren Smartphones nun Micro-SIM-Karten.[12] One of the first devices to use a micro SIM card was the iPad in 2010, followed by the Apple iPhone 4. Nokia uses this type of card, for example the Nokia N9 or the Nokia Lumia 800. Motorola uses the Motorola Droid Razr Micro SIM cards. Many other manufacturers have followed the trend and are now using micro SIM cards in their smartphones. [12]

Nano-SIMNano SIM

Die Nano-SIM (kurz 4FF für „Fourth Form Factor“) ist mit 12,3 mm x 8,8 mm x 0,67 mm nochmals 40 % kleiner aber vor allem 12 % dünner als eine Micro-SIM und soll somit Platz in kompakten Geräten einsparen. Karten im Nano-SIM-Format bieten dieselbe Funktionalität wie größere Karten. Der Standard umfasst eine mechanische Abwärtskompatibilität, wodurch eine vereinfachte Verteilung möglich sein soll.[13] With 12.3 mm x 8.8 mm x 0.67 mm, the nano-SIM (short 4FF for "Fourth Form Factor") is another 40% smaller but above all 12% thinner than a micro-SIM and should therefore fit in save on compact devices. Cards in nano SIM format offer the same functionality as larger cards. The standard includes mechanical backward compatibility, which should allow a simplified distribution. [13]

Apple wie Nokia wollten zunächst ihre Version als jeweils besser standardisieren lassen.[11] Die ETSI entschied sich im Juni 2012 schließlich für den Design-Vorschlag von Apple. Dieser ist kompatibel zu den bereits genutzten Micro-SIM-Karten.[14]Am Markt eingeführt wurde die Nano-SIM-Karte im September 2012 mit dem iPhone 5. Inzwischen bieten etliche moderne Smartphones einen Nano-SIM-Einschub.Apple and Nokia initially wanted to have their version standardized as better. [11] The ETSI finally decided in June 2012 for the design proposal from Apple. This is compatible with the micro SIM cards already in use. [14] The nano-SIM card was launched on the market in September 2012 with the iPhone 5. Meanwhile, several modern smartphones offer a nano-SIM slot.

Obwohl eine Umstanzung, wie bei der Micro-SIM beschrieben, zur Nano-SIM unter anderem als nicht möglich beschrieben,[11] davor gewarnt oder gar nicht erwähnt wird,[15] finden sich im World Wide Web zahlreiche Artikel mit Anleitungen[16], Zuschneide-Schablonen,[17] Stanzgeräten[18] und Videos.[19] Although a punching, as described for the micro-SIM, is described as not possible for the nano-SIM, [11] warned against it or not mentioned at all, [15] there are numerous articles with instructions on the World Wide Web [16] , Cutting templates, [17] punching tools [18] and videos. [19]

Von Mobilfunk-Anbietern wird vor einer Umstanzung gewarnt, wobei meist eine entgeltliche Neubestellung der SIM-Karte angeraten wird.[20] Mobile phone providers warn against punching, and it is usually advisable to order a new SIM card for a fee. [20]

embeddedSIMembeddedSIM

Die embeddedSIM (eSIM) ersetzt die klassische physische SIM-Karte. Erste Geräte wie Samsungs Smartwatch Gear S2, Apple Watch Cellular (ab Series 3), neure Apple iPhones[21] verwenden diese.[22] Sie ist kleiner als SIM-Karten, direkt im Gerät verbaut und physisch nicht auswechselbar. Für Hersteller kann in Zukunft die Aufnahmemechanik der SIM-Karte komplett entfallen. Die eSIM ist elektrisch kompatibel mit 2FF- und 3FF-Karten, sie verwendet das SON-8-Format und ist für M2M-Anwendungen (Machine to Machine-Anwendungen) konzipiert.[23] The embeddedSIM (eSIM) replaces the classic physical SIM card. First devices like Samsung's Smartwatch Gear S2 , Apple Watch Cellular (from Series 3rd ), new Apple iPhones [21] use this. [22] It is smaller than SIM cards, installed directly in the device and cannot be physically replaced. In the future, manufacturers will no longer need to take up the SIM card mechanism. The eSIM is electrically compatible with 2FF and 3FF cards, it uses the SON-8 format and is designed for M2M (machine to machine) applications. [23]

In Deutschland wird die eSIM von den Netzbetreibern Telekom[24], Vodafone[25] und Telefönica Deutschland[26] unterstützt und angeboten.In Germany, the eSIM is supported and offered by the network operators Telekom [24] , Vodafone [25] and Telefönica Deutschland [26] .

NFC-SIM NFC SIM

Für die Verwendung der mobilen Zahlfunktionen ist eine NFC-SIM notwendig. Diese verfügt über einen zweiten komplett getrennten und verschlüsselten Bereich (Secure Element), auf den nur die Bank Zugriff hat. Die Karte erhält dabei die Daten für die Bankfunktion aufgespielt, sodass sie beim Wechsel des Gerätes erhalten bleiben. Es ist auch möglich, mehrere Bankkarten auf einer NFC-SIM zu speichern.[27][28] Äußerlich unterscheiden sich die Karten nicht von solchen ohne NFC. Die Karten gibt es auch in den drei Größen mini, micro und nano.An NFC SIM is required to use the mobile payment functions. This has a second completely separate and encrypted area (Secure Element), to which only the bank has access. The card receives the data for the bank function so that it is retained when the device is changed. It is also possible to save several bank cards on one NFC SIM. [27] [28] Externally, the cards do not differ from those without NFC. The cards are also available in three sizes: mini, micro and nano.

ÖsterreichAustria

Das Bezahlsystem „Digitale Bankomatkarte“ wurde in Österreich ab Juni 2015 in einem Feldversuch erprobt und seit Anfang 2016 von allen großen Banken und von den drei großen Mobilfunkanbietern, allerdings nur für Androidgeräte, angeboten. Der Umtausch der SIM beim Mobilfunkanbieter ist notwendig, bis jetzt werden Neukunden noch nicht automatisch mit NFC-SIMs ausgestattet. Danach kann die digitale Bankomatkarte bei der Hausbank bestellt werden.[29] The "Digital ATM card" payment system was tested in a field trial in Austria from June 2015 and has been offered by all major banks and the three major mobile operators since early 2016, but only for Android devices. The exchange of the SIM at the mobile network provider is necessary, so far new customers are not yet automatically equipped with NFC SIMs. The digital ATM card can then be ordered from the house bank. [29]

Byte gibt nicht die Anzahl der auf der SIM speicherbaren Zeichen an, da z. B. pro die Ziffer der Rufnummer nur ein Halbbyte benutzt wird.Byte does not indicate the number of characters that can be stored on the SIM, e.g. B. only one nibble is used for each digit of the number.

Man muss aber beachten, dass nicht alle Mobiltelefone die mögliche Anzahl Zeichen (für den Namen und Rufnummer) nutzen.However, one must note that not all mobile phones use the possible number of characters (for the name and number).

Der Erweiterungsspeicher kann frei von dem Betriebssystem des Mobiltelefons verwendet werden, was dazu führt, dass die dort hinterlegten Informationen von einem anderen Mobiltelefon nicht oder falsch interpretiert werden. So wurde dieser Speicherbereich z. B. von einigen Geräten (z. B. Siemens A60) dazu benutzt um die Zeichenanzahl für den Namen für die ersten Einträge zu verlängern, bei anderen Geräten wurde dieser dazu benutzt um eine zweite Telefonnummer zu speichern.The extended memory can be used freely by the operating system of the mobile phone, which means that the information stored there is not interpreted or misinterpreted by another mobile phone. So this memory area was z. B. from some devices (e.g. Siemens A60 ) used to extend the number of characters for the name for the first entries, on other devices this was used to store a second phone number.

LänderspezifikaCountry specifics

Am 13. Februar 2009 stimmte der deutsche Bundesrat einer Verordnung des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie zu, nach der zukünftig Notrufe (110 und 112) nicht mehr ohne SIM-Karte gewählt werden können.[36][37] Da immer häufiger grundlos Notrufe von Mobiltelefonen ohne Karte gemacht worden waren, sollten nun nur noch durch SIM-Karten identifizierbare Kommunikationsteilnehmer diese Möglichkeit haben.On February 13, 2009, the German Federal Council approved a regulation of the Federal Ministry of Economics and Technology, according to which emergency calls ( 110 and 112 ) can no longer be dialed without a SIM card. [36] [37] Since emergency calls from cell phones without cards had been made more and more without reason, communication participants that could only be identified by SIM cards should now have this option.

Sicherheitsafety

Neue SIM-Karten besitzen bessere Sicherheitsmerkmale als ältere SIM-Karten. Aus Sicherheitsgründen sollten alle SIM-Karten mit einem Alter über zehn Jahre durch neue SIM-Karten ersetzt werden.New SIM cards have better security features than older SIM cards. For security reasons, all SIM cards older than ten years should be replaced with new SIM cards.

DES-Verschlüsselung
→ Hauptartikel: „SIM-Karten DES-Hack“ im Artikel Karsten Nohl
DES encryption
→ Main article: “SIM cards DES-Hack” in the article Karsten Nohl

Auf der Black Hat 2013 beziehungsweise der OHM 2013 demonstrierte Karsten Nohl, dass viele Mobiltelefone noch SIM-Karten mit der bereits seit längerem als unsicher geltenden DES-Verschlüsselung nutzen.[38][39][40] In Deutschland reagierten der IT-Branchenverband Bitkom sowie die großen Telekommunikationsanbieter Deutsche Telekom, Telefónica, E-Plus-Gruppe und Vodafone gelassen, da die unsichere DES-Verschlüsselung nicht mehr eingesetzt wird.[41] On the Black Hat 2013 or the OHM 2013 Karsten Nohl demonstrated that many mobile phones still use SIM cards with DES encryption, which has long been considered insecure. [38] [39] [40] In Germany, the IT industry association Bitkom and the major telecommunications providers Deutsche Telekom, Telefónica, E-Plus Group and Vodafone reacted calmly, as the insecure DES encryption is no longer used. [41]

SchlüsseldiebstahlKey theft

Gestützt auf veröffentlichte Geheimdokumente des Whistleblowers Edward Snowden berichtete The Intercept im Februar 2015, dass die Nachrichtendienste National Security Agency und Government Communications Headquarters im Jahre 2010 Schlüssel von Gemalto, dem größten Hersteller von SIM-Karten, entwendet hatten. Sie seien somit in der Lage, einen Großteil der weltweiten mobilen Kommunikation einschließlich Sprachnachrichten und Daten unerkannt abzuhören.[42] In einem der Dokumente wird die deutsche Firma Giesecke & Devrient als Angriffsziel genannt.[43] Based on published secret documents from whistleblower Edward Snowden, The Intercept reported in February 2015 that the National Security Agency and Government Communications Headquarters had stolen keys from Gemalto, the largest SIM card maker, in 2010. They are thus able to eavesdrop on a large part of the worldwide mobile communication including voice messages and data. [42] In one of the documents the German company Giesecke & Devrient is mentioned as the target. [43]

USIM-Anwendung USIM application

Die USIM-Anwendung ermöglicht der Mobilstation die bessere Verschlüsselung der über das Mobilfunknetz übertragenen Gespräche, Mitteilungen und Daten. Die Mobilstation kann die Authentifizierung der Mobilstation beim Mobilfunkanbieter dank der USIM-Anwendung besser absichern. Aus Sicherheitsgründen sollte in allen Mobilstationen SIM-Karten mit der USIM-Anwendung betrieben werden. Mobilstationen, welche nicht die USIM-Anwendung unterstützen, sollten aus Sicherheitsgründen durch neuere Geräte ersetzt werden.The USIM application enables the mobile station to better encrypt calls, messages and data transmitted over the mobile network. The mobile station can better secure the authentication of the mobile station with the mobile radio provider thanks to the USIM application. For security reasons, SIM cards with the USIM application should be used in all mobile stations. Mobile stations that do not support the USIM application should be replaced by newer devices for security reasons.

Wireless Local Area Network (W-LAN)Wireless Local Area Network (WiFi)

Wireless Local Area Network ['waӀәlIs laukl 'εәɹIә 'nεtwз:k] (Wireless LAN bzw. W-LAN, meist WLAN; deutsch drahtloses lokales Netzwerk) bezeichnet ein lokales Funknetz, wobei meist ein Standard der IEEE-802.11-Familie gemeint ist. Für diese engere Bedeutung ist in manchen Ländern (z. B. USA, Großbritannien, Kanada, Niederlande, Spanien, Frankreich, Italien) weitläufig beziehungsweise auch synonym der Begriff Wi-Fi gebräuchlich. Verwendet wird der Begriff häufig auch irreführend als Synonym für WLAN-Hotspots bzw. kabellosen Internetzugriff.[1] Wireless Local Area Network ['waӀәlIs laukl' εәɹIә 'nεtwз: k] (Wireless LAN or W-LAN, mostly WLAN; German wireless local network) denotes a local radio network, usually referring to a standard of the IEEE 802.11 family. In some countries (e.g. the USA, Great Britain, Canada, the Netherlands, Spain, France, Italy), the term Wi-Fi is used widely or synonymously for this narrower meaning. The term is also often used misleadingly as a synonym for WLAN hotspots or wireless Internet access. [1]

Im Gegensatz zum Wireless Personal Area Network (WPAN) haben WLANs größere Sendeleistungen und Reichweiten und bieten im Allgemeinen höhere Datenübertragungsraten. WLANs stellen Anpassungen der Schicht 1 und 2 des OSI-Referenzmodells dar, wohingegen in WPANs z. B. über eine im Netzwerkprotokoll vorgesehene Emulation der seriellen Schnittstelle und PPP beziehungsweise SLIP eine Netzverbindung aufgebaut wird. Bei WLAN wird heute meist das Modulationsverfahren OFDM verwendet.In contrast to the Wireless Personal Area Network (WPAN), WLANs have greater transmission powers and ranges and generally offer higher data transmission rates. WLANs make adjustments to the layer 1 and 2nd of the OSI reference model, whereas in WPANs e.g. B. a network connection is established via an emulation of the serial interface and PPP or SLIP provided in the network protocol. Today, the OFDM modulation method is mostly used for WLAN.

BetriebsartenOperating modes

WLANs können - je nach Hardwareausstattung und Bedürfnissen der Betreiber - in verschiedenen Modi betrieben werden:WLANs can be operated in different modes depending on the hardware configuration and the needs of the operator:

Infrastruktur-ModusInfrastructure mode

Der Infrastruktur-Modus ähnelt im Aufbau dem Mobilfunknetz: Ein Wireless Access Point, oft in Form eines Routers, übernimmt die Koordination aller Clients und sendet in einstellbaren Intervallen (üblicherweise zehnmal pro Sekunde) kleine Datenpakete, sogenannte „Beacons“ (engl. „Leuchtfeuer“, vgl. dt. „Bake“), an alle Stationen im Empfangsbereich. Die Beacons enthalten u. a. folgende Informationen:

  • • Netzwerkname („Service Set Identifier“, SSID),
  • • Liste unterstützter Übertragungsraten,
  • • Art der Verschlüsselung.
The structure of the infrastructure mode is similar to that of the mobile network: A wireless access point, often in the form of a router, takes over the coordination of all clients and sends small data packets, so-called "beacons" (adjustable "beacons") at adjustable intervals (usually ten times a second). , cf. German "beacon"), to all stations in the reception area. The beacons include the following information:
  • • Network name ("Service Set Identifier", SSID),
  • • List of supported transfer rates,
  • • Type of encryption.

Dieses „Leuchtfeuer“ erleichtert den Verbindungsaufbau ganz erheblich, da die Clients lediglich den Netzwerknamen und optional einige Parameter für die Verschlüsselung kennen müssen. Gleichzeitig ermöglicht der ständige Versand der Beacon-Pakete die Überwachung der Empfangsqualität - auch dann, wenn keine Nutzdaten gesendet oder empfangen werden. Beacons werden immer mit der niedrigsten Übertragungsrate (1 MBit/s) gesendet, der erfolgreiche Empfang des „Leuchtfeuers“ garantiert also noch keine stabile Verbindung mit dem Netzwerk.This "beacon" makes connection establishment considerably easier, since the clients only need to know the network name and optionally some parameters for the encryption. At the same time, the constant sending of the beacon packets enables the reception quality to be monitored - even when no user data is being sent or received. Beacons are always sent at the lowest transmission rate (1 Mbit / s), so the successful reception of the "beacon" does not guarantee a stable connection to the network.

Die SSID-Übermittlung (Broadcasting) lässt sich in der Regel deaktivieren, auch wenn das den eigentlichen Standard verletzt. Dadurch wird der drahtlose Zugangspunkt selbst unsichtbar. Die Clients stellen in dieser Variante jedoch aktiv die Verbindung her, indem sie, falls keine Verbindung besteht, jederzeit aktiv nach allen gespeicherten Netzwerknamen „versteckter“ Netze suchen. Problematisch ist dabei, dass diese Informationen leicht für einen Angriff auf die Endgeräte ausgenutzt werden können, indem durch den Angreifer die Anwesenheit des Access Point simuliert wird.[2] SSID transmission (broadcasting) can usually be deactivated, even if this violates the actual standard. This makes the wireless access point itself invisible. In this variant, however, the clients actively establish the connection by actively searching for all saved network names of "hidden" networks at any time if there is no connection. The problem here is that this information can easily be used for an attack on the end devices by the attacker simulating the presence of the access point. [2]

Da WLAN auf der Sicherungsschicht (Schicht 2 im OSI-Modell) dieselbe Adressierung wie Ethernet verwendet, kann über einen Wireless Access Point mit Ethernet-Anschluss leicht eine Verbindung zu kabelgebundenen Netzen (im WLAN-Jargon „Distribution System“, DS) hergestellt werden. Eine Ethernet-Netzwerkkarte kann folglich nicht unterscheiden, ob sie mit einer anderen Ethernet-Netzwerkkarte oder (über einen Access Point) mit einer WLAN-Karte kommuniziert. Allerdings muss zwischen 802.11 (WLAN) und 802.3 (Ethernet) konvertiert werden.Since WLAN on the data link layer (layer 2nd uses the same addressing as Ethernet in the OSI model), a connection to wired networks (in WLAN jargon "Distribution System", DS) can easily be established via a wireless access point with an Ethernet connection. An Ethernet network card cannot distinguish whether it communicates with another Ethernet network card or (via an access point) with a WLAN card. However, you have to convert between 802.11 (WLAN) and 802.3 (Ethernet).

Der Aufbau großer WLANs mit mehreren Basisstationen und unterbrechungsfreiem Wechsel der Clients zwischen den verschiedenen Basisstationen ist im Standard vorgesehen. In der Praxis kommt es dabei allerdings zu Problemen:

  • • Die Frequenzbereiche der Basisstationen überlappen sich und führen zu Störungen.
  • • Da - anders als bei Mobilfunknetzen - die gesamte „Intelligenz“ im Client steckt, gibt es kein echtes Handover zwischen verschiedenen Basisstationen. Ein Client wird im Normalfall erst nach einer neuen Basisstation suchen, wenn der Kontakt zur vorherigen bereits abgebrochen ist.
The standard provides for the construction of large WLANs with several base stations and uninterrupted change of clients between the different base stations. In practice, however, problems arise:
  • • The frequency ranges of the base stations overlap and lead to interference.
  • • Since - unlike with cellular networks - the entire "intelligence" is in the client, there is no real handover between different base stations. A client will normally only search for a new base station if the contact to the previous one has already been broken.

Eine Lösung für dieses Problem steckt in der Verlagerung der Kontrollfunktionen in die Basisstationen beziehungsweise das Netzwerk: Eine zentrale Instanz kann Frequenzen, Sendeleistung etc. besser steuern und z. B. auch einen Handover initiieren. Da die Basisstationen in einem solchen Szenario einen Teil ihrer Funktionalität verlieren und direkt mit der zentralen Instanz kommunizieren können müssen, wird an entsprechenden Geräteklassen (Lightweight Access Point) und Protokollen gearbeitet. Proprietäre Lösungen existieren bereits seit einigen Jahren, offene Standards (z. B. das Lightweight Access Point Protocol) sind dagegen immer noch in Arbeit. Diskussionen entzünden sich vor allem an der Frage, welches Gerät welche Funktionen übernehmen soll.One solution to this problem is to relocate the control functions to the base stations or the network: a central authority can better control frequencies, transmission power, etc. B. also initiate a handover. Since the base stations lose part of their functionality in such a scenario and must be able to communicate directly with the central instance, work is being carried out on corresponding device classes (lightweight access point) and protocols. Proprietary solutions have been around for a few years, but open standards (e.g. the Lightweight Access Point Protocol) are still in the works. Discussions are sparked above all by the question of which device should perform which functions.

Ad-hoc-ModusAd hoc mode

Im Ad-hoc-Modus ist keine Station besonders ausgezeichnet, sondern alle sind gleichwertig. Ad-hoc-Netze lassen sich schnell und ohne großen Aufwand aufbauen, für die spontane Vernetzung weniger Endgeräte sind allerdings andere Techniken, wie Bluetooth, eher gebräuchlich.In ad hoc mode, no station is particularly distinguished, but all are of equal value. Ad hoc networks can be set up quickly and with little effort, but other technologies, such as Bluetooth, are more common for the spontaneous networking of fewer end devices.

Die Voraussetzungen für den Ad-hoc-Modus sind dieselben wie für den Infrastruktur-Modus: Alle Stationen benutzen denselben Netzwerknamen („Service Set Identifier“, SSID) und optional dieselben Einstellungen für die Verschlüsselung. Da es in einem Ad-hoc-Netz keine zentrale Instanz (Access Point) gibt, muss deren koordinierende Funktion von den Endgeräten übernommen werden. Eine Weiterleitung von Datenpaketen zwischen den Stationen ist nicht vorgesehen und in der Praxis auch nicht ohne Weiteres möglich, denn im Ad-hoc-Modus werden keine Informationen ausgetauscht, die den einzelnen Stationen einen Überblick über das Netzwerk geben könnten. Aus diesen Gründen eignet sich der Ad-hoc-Modus nur für eine sehr geringe Anzahl von Stationen, die sich wegen der begrenzten Reichweite der Sender zudem physisch nahe beieinander befinden müssen. Ist das nicht der Fall, kann es vorkommen, dass eine Station nicht mit allen anderen Stationen kommunizieren kann, da diese schlicht kein Signal mehr empfangen.The requirements for ad hoc mode are the same as for infrastructure mode: All stations use the same network name ("Service Set Identifier", SSID) and optionally the same settings for encryption. Since there is no central instance (access point) in an ad hoc network, its coordinating function must be taken over by the end devices. A forwarding of data packets between the stations is not intended and in practice is not possible without further ado, because in ad hoc mode no information is exchanged that could give the individual stations an overview of the network. For these reasons, the ad hoc mode is only suitable for a very small number of stations, which must also be physically close to each other due to the limited range of the transmitters. If this is not the case, it can happen that one station cannot communicate with all other stations, because they simply no longer receive a signal.

Um dieses Problem zu beheben, können die teilnehmenden Stationen mit Routing-Fähigkeiten ausgestattet werden, so dass sie in der Lage sind, Daten zwischen Geräten weiterzuleiten, die sich nicht in Sendereichweite zueinander befinden. Erhebung und Austausch von Routing-Informationen ist Teil der Aufwertung eines Ad-hoc-Netzwerks zum mobilen Ad-hoc-Netzwerk: Softwarekomponenten auf jeder Station sammeln Daten (z. B. zur „Sichtbarkeit“ anderer Stationen, Verbindungsqualität etc.), tauschen sie untereinander aus und treffen Entscheidungen für die Weiterleitung der Nutzdaten. Die Forschung in diesem Bereich ist noch nicht abgeschlossen und hat neben einer langen Liste von experimentellen Protokollen (AODV, OLSR, MIT RoofNet, B.A.T.M.A.N. etc.) und Standardisierungsvorschlägen (Hybrid Wireless Mesh Protocol, 802.11s) auch einige kommerzielle Lösungen (z. B. Adaptive Wireless Path Protocol von Cisco) hervorgebracht. Siehe in diesem Zusammenhang auch: Freies Funknetz.To solve this problem, the participating stations can be equipped with routing capabilities so that they are able to forward data between devices that are not within range of each other. The collection and exchange of routing information is part of the upgrading of an ad hoc network to a mobile ad hoc network: software components on each station collect data (e.g. on the "visibility" of other stations, connection quality etc.) and exchange them among themselves and make decisions for the forwarding of user data. Research in this area has not yet been completed and, in addition to a long list of experimental protocols (AODV, OLSR, MIT RoofNet, BATMAN etc.) and standardization proposals (Hybrid Wireless Mesh Protocol, 802.11s), also has some commercial solutions (e.g. Adaptive Wireless Path Protocol from Cisco). See also in this context: Free radio network.

Wireless Distribution System (WDS) und RepeatingWireless Distribution System (WDS) and repeating

Zur Reichweitenerhöhung bestehender Funknetze beziehungsweise Verbindung kabelgebundener Netze via Funk (Wireless Bridging) existieren verschiedene Methoden → siehe Wireless Distribution System.There are various methods for increasing the range of existing radio networks or connecting wired networks via radio (wireless bridging) → see Wireless Distribution System.

Reichweite und AntennenRange and antennas

Die zulässige äquivalente isotrope Strahlungsleistung (EIRP) von 100 mW (2,4 GHz) beziehungsweise 500 mW (5 GHz) handelsüblicher 802.11-Endgeräte lässt 30 bis 100 Meter Reichweite auf freier Fläche erwarten. Einige WLAN-Geräte erlauben den Anschluss einer externen Antenne. Mit Richtantennen lassen sich bei Sichtkontakt im Freien mehrere Kilometer überbrücken. In geschlossenen Räumen ist die Reichweite stark von Hindernissen sowie Art und Form der Bebauung abhängig.The permissible equivalent isotropic radiation power (EIRP) of 100 mW (2.4 GHz) or 500 mW (5 GHz) of standard 802.11 end devices suggests a range of 30 to 100 meters in open space. Some WLAN devices allow the connection of an external antenna. Directional antennas can be used to cover several kilometers in the open. In closed rooms, the range is heavily dependent on obstacles and the type and shape of the development.

Leichtbauwände mindern die Reichweite durch Dämpfung und können - je nach verwendetem (Metall-)Trägerbau sowie Art der Unterfolie - ein großes Hindernis sein. Insbesondere Stein- und Betonaußenwände dämpfen, vor allem durch Feuchtigkeit bedingt, stark - ebenso wie metallbedampfte Glasscheiben beziehungsweise Brandschutzkonstruktionen. Je höher die elektrische Leitfähigkeit des Materials, desto stärker ist die Dämpfung. Lightweight walls reduce the range due to damping and - depending on the (metal) support structure used and the type of bottom film - can be a major obstacle. Stone and concrete outer walls, in particular, dampen, especially due to moisture, as well as metal-vapor-coated glass panes or fire protection constructions. The higher the electrical conductivity of the material, the stronger the damping.

Oberflächen können aber auch als Reflektor wirken und damit die Reichweite verbessern.Surfaces can also act as reflectors and thus improve the range.

WLAN nach IEEE 802.11h (maximal 54 Mbit/s brutto) arbeitet im 5-GHz-Band, in dem ein größerer Frequenzbereich (455 MHz Bandbreite) zur Verfügung steht und damit 19 nicht überlappende Frequenzen (in Deutschland) lizenzfrei nutzbar sind. (Siehe dazu auch, für die USA: U-NII) Im Normalbetrieb sind in Gebäuden nach IEEE 802.11h 200 mW äquivalente isotrope Strahlungsleistung (EIRP) erlaubt. Jedoch nur ein kleiner Teil des Frequenzbereichs ist ohne weitere Anforderungen (TPC, Transmitter Power Control und DFS, Dynamic Frequency Selection) nutzbar. Im Freien ist ebenfalls nur ein kleiner Frequenzbereich mit TPC und DFS erlaubt. In diesem sind auch höhere äquivalente isotrope Strahlungsleistungen bis 1 Watt EIRP gestattet. [32] TPC und DFS sollen sicherstellen, dass Satellitenverbindungen und Radargeräte nicht gestört werden. Als primäre Lizenznehmer sind diese gegenüber der Nutzung für WLAN privilegiert.WLAN according to IEEE 802.11h (maximum 54 Mbit / s gross) works in the 5 GHz band, in which a larger frequency range (455 MHz bandwidth) is available and thus 19 non-overlapping frequencies (in Germany) can be used without a license. (See also, for the USA: U-NII) In normal operation, buildings according to IEEE 802.11h 200 mW equivalent isotropic radiation power (EIRP) are allowed. However, only a small part of the frequency range can be used without further requirements (TPC, Transmitter Power Control and DFS, Dynamic Frequency Selection). Only a small frequency range with TPC and DFS is allowed outdoors. This also allows higher equivalent isotropic radiation powers up to 1 watt EIRP. [32] TPC and DFS are designed to ensure that satellite links and radars are not disrupted. As primary licensees, they are privileged to use WLAN.

Mit speziellen Richtfunkantennen lassen sich bei Sichtkontakt mehrere Kilometer überbrücken. Dabei werden teilweise Rekorde mit Verbindungen über bis zu hundert Kilometer aufgestellt, bei denen keine Sendeverstärker eingesetzt werden, sondern nur Antennen mit hohem Gewinn. Allerdings funktioniert das nur bei quasi-optischer Sicht und möglichst freier erster Fresnelzone. Die zulässige äquivalente isotrope Strahlungsleistung (EIRP) wird dabei aber meist deutlich überschritten.Special directional antennas can be used to cover several kilometers in the event of visual contact. In some cases, records are set up with connections of up to a hundred kilometers, in which no transmit amplifiers are used, but only antennas with high profits. However, this only works with a quasi-optical view and the first Fresnel zone is as free as possible. However, the permissible equivalent isotropic radiation power (EIRP) is usually significantly exceeded.

Antennen bringen sowohl einen Sende- als auch einen Empfangsgewinn (Antennengewinn, angegeben in dBi), indem sie elektromagnetische Wellen bündeln. Daher muss statt der Sendeleistung die sogenannte äquivalente isotrope Strahlungsleistung zur Beschränkung herangezogen werden.Antennas bring both a transmission and a reception gain (antenna gain, specified in dBi) by bundling electromagnetic waves. Therefore, instead of the transmission power, the so-called equivalent isotropic radiation power must be used as a limitation.

In Europa ist die äquivalente isotrope Strahlungsleistung von WLAN-Anlagen bei 2,4 GHz auf 100 mW(= 20 dBm) EIRP, bei 5,15-5,35 GHz über 5,25 GHz mit TPC und DFS auf 200 mW (= 23 dBm) EIRP, beziehungsweise bei 5,47-5,725 GHz mit TPC und DFS auf 1000 mW (= 30 dBm) EIRP begrenzt.In Europe, the equivalent isotropic radiation power of WLAN systems at 2.4 GHz to 100 mW (= 20 dBm) is EIRP, at 5.15-5.35 GHz over 5.25 GHz with TPC and DFS to 200 mW (= 23 dBm) EIRP, or at 5.47-5.725 GHz with TPC and DFS limited to 1000 mW (= 30 dBm) EIRP.

Zum EIRP siehe auch: Äquivalente isotrope Strahlungsleistung, Abschnitt Praktische Berechnung.For the EIRP see also: Equivalent isotropic radiation power, section Practical calculation.

Sicherheitsafety

Ohne Maßnahmen zur Erhöhung der Informationssicherheit sind drahtlose lokale Netzwerke Angriffen ausgesetzt, wie zum Beispiel Snarfing oder Man-In-The-Middle-Angriffen. Daher wird versucht, das mit entsprechenden Mitteln, insbesondere durch die Verwendung von Verschlüsselung und Kennwörtern (Authentifizierung) zu verhindern oder zumindest deutlich zu erschweren.Without measures to increase information security, wireless local networks are exposed to attacks, such as snarfing or man-in-the-middle attacks. Therefore, an attempt is made to prevent this, or at least to make it significantly more difficult, using appropriate means, in particular by using encryption and passwords (authentication).

VerschlüsselungEncryption

Teil des WLAN-Standards IEEE 802.11 ist Wired Equivalent Privacy (WEP), ein Sicherheitsstandard, der den RC4-Algorithmus enthält. Die darin enthaltene Verschlüsselung mit einem nur 40 Bit (64 Bit genannt) beziehungsweise 104 Bit (128 Bit genannt), bei einigen Herstellern auch 232 Bit (256 Bit genannt) langen statischen Schlüssel reicht jedoch nicht aus, das WLAN ausreichend zu sichern. Durch das Sammeln von Schlüsselpaaren sind Known-Plaintext-Angriffe möglich. Es gibt frei erhältliche Programme, die sogar ohne vollständigen Paketdurchlauf, einen schnellen Rechner vorausgesetzt, das Passwort entschlüsseln können. Jeder Nutzer des Netzes kann den gesamten Verkehr zudem mitlesen. Die Kombination von RC4 und CRC wird als kryptografisch unsicher betrachtet.Part of the WLAN standard IEEE 802.11 is Wired Equivalent Privacy (WEP), a security standard that contains the RC4 algorithm. The encryption contained therein with a static key that is only 40 bits (called 64 bits) or 104 bits (called 128 bits), for some manufacturers also 232 bits (called 256 bits) is not sufficient to secure the WLAN sufficiently. Known plaintext attacks are possible by collecting key pairs. There are freely available programs that can decrypt the password even without a complete package run, provided a fast computer is required. Every user of the network can also read all traffic. The combination of RC4 and CRC is considered cryptographically insecure.

Aus diesen Gründen sind technische Ergänzungen entwickelt worden, etwa WEPplus, Wi-Fi Protected Access (WPA) als Vorgriff und Teilmenge zu 802.11i, Fast Packet Keying, Extensible Authentication Protocol (EAP), Kerberos oder High Security Solution, die alle mehr oder weniger gut das Sicherheitsproblem von WLAN verkleinern.For these reasons, technical additions have been developed, such as WEPplus, Wi-Fi Protected Access (WPA) in anticipation and subset to 802.11i, Fast Packet Keying, Extensible Authentication Protocol (EAP), Kerberos or High Security Solution, all more or less well reduce the security problem of WLAN.

Der Nachfolger von WEP ist der Sicherheitsstandard 802.11i. Er bietet eine erhöhte Sicherheit durch Advanced Encryption Standard (AES) (bei WPA2) und gilt zurzeit als nicht entschlüsselbar, solange keine trivialen Passwörter verwendet werden, die über eine Wörterbuch- oder gar Brute-force-Attacke geknackt werden können.The successor to WEP is the security standard 802.11i. It offers increased security through the Advanced Encryption Standard (AES) (with WPA2) and is currently not decryptable as long as none trivial passwords are used that can be cracked using a dictionary or even brute-force attack.

WPA2 ist das Äquivalent der Wi-Fi Alliance zu 802.11i, das mit dem Verschlüsselungsalgorithmus AES (Advanced Encryption Standard mit Schlüssellängen von 256 Bit) arbeitet und in neueren Geräten meist unterstützt wird. Einige Geräte lassen sich durch Austausch der Firmware mit WPA2-Unterstützung nachrüsten. Jedoch erfolgt hier die Verschlüsselung meist ohne Hardwarebeschleunigung, so dass der Zugewinn an Sicherheit durch eine starke Einbuße an Übertragungsrate erkauft wird.WPA2 is the equivalent of the Wi-Fi Alliance to 802.11i, which works with the encryption algorithm AES (Advanced Encryption Standard with key lengths of 256 bits) and is mostly supported in newer devices. Some devices can be retrofitted by replacing the firmware with WPA2 support. However, encryption is usually done without hardware acceleration, so that the gain in security is bought through a strong loss in transmission rate.

Eine alternative Herangehensweise besteht darin, die gesamte Verschlüsselung auf die IP-Ebene zu verlagern. Dabei wird der Datenverkehr beispielsweise durch die Verwendung von IPsec oder durch einen VPN-Tunnel geschützt. Besonders in freien Funknetzen werden so die Inkompatibilitäten verschiedener Hardware umgangen, eine zentrale Benutzerverwaltung vermieden und der offene Charakter des Netzes gewahrt.An alternative approach is to shift all encryption to the IP level. Data traffic is protected, for example, by using IPsec or a VPN tunnel. In free radio networks in particular, the incompatibilities of different hardware are avoided, central user administration is avoided and the open character of the network is preserved.

Zur rechtlichen Situation siehe weiter unten.For the legal situation, see below.

Beim sogenannten „WarWalking“ (oder beim Abfahren ganzer Gegenden mit dem Auto Wardriving genannt) werden mit einem WLAN-fähigen Notebook oder PDA offene WLANs gesucht. Diese können mit Kreide markiert werden (WarChalking). Das Ziel dabei ist, Sicherheitslücken aufzudecken und dem Betreiber zu melden und die Verbreitung von WLAN zu untersuchen, oder diese zum eigenen Vorteil (kostenlos und unter fremdem Namen surfen) auszunutzen.In so-called "WarWalking" (or when driving through entire areas called Auto Wardriving), open WLANs are searched for with a WLAN-capable notebook or PDA. These can be marked with chalk (WarChalking). The aim is to uncover security gaps and report them to the operator and to investigate the spread of WLAN, or to use them for your own benefit (surfing free of charge and under a different name).

AuthentifizierungAuthentication

Extensible Authentication Protocol ist ein Protokoll, um Clients zu authentifizieren. Es kann zur Nutzerverwaltung auf RADIUS-Server zurückgreifen. EAP wird hauptsächlich innerhalb von WPA für größere WLAN-Installationen eingesetzt.Extensible Authentication Protocol is a protocol to authenticate clients. It can use RADIUS servers for user administration. EAP is mainly used within WPA for larger WLAN installations.

Eine Authentifizierung ist auch über die MAC-Adresse der drahtlosen Netzwerkadapter möglich. Die MAC-Adresse ist eine Hardware-Kennung, anhand deren sich jeder angeschlossene Netzwerkadapter identifizieren lässt. Die meisten Access Points beziehungsweise Router bieten die Möglichkeit, den Zugriff nur für bestimmte MAC-Adressen zu ermöglichen. Allen nicht zugelassenen MAC-Adressen wird dann keine IP-Adresse zugewiesen, beziehungsweise der Zugriff auf den Access Point ist blockiert. Eine alleinige Sicherung über MAC-Adressen-Filterung ist jedoch nicht sicher, da sich solche Adressen problemlos einstellen lassen. Gültige MAC-Adressen können z. B. durch das Mitlauschen des Datenverkehrs anderer Teilnehmer gefunden werden. Aber auch Verschlüsselungen lassen sich auf diese Weise knacken.Authentication is also possible via the MAC address of the wireless network adapter. The MAC address is a hardware identifier that can be used to identify each connected network adapter. Most access points or routers offer the option of only allowing access for certain MAC addresses. No IP address is assigned to all MAC addresses that are not permitted, or access to the access point is blocked. However, a sole backup via MAC address filtering is not secure, since such addresses can be set without any problems. Valid MAC addresses can e.g. B. can be found by listening to the data traffic of other participants. But encryption can also be cracked in this way.

Grundlegende SicherheitsmaßnahmenBasic security measures

Dazu gehören einige grundlegende Einstellungen am Router beziehungsweise Access Point:

  • • Aktivierung der Verschlüsselung mit einer sicheren Verschlüsselungsmethode, d. h. mindestens WPA, besser WPA2; dabei spezifische Hinweise zur Sicherheit der gewählten Verschlüsselungsmethode im jeweiligen Artikel beachten
  • • Vergabe eines sicheren Netzwerkschlüssels
  • • Ersetzen der werkseitig voreingestellten Router- beziehungsweise Access-Point-Passwörter, da diese z. B. bei Arcadyan (einige Easybox- und Speedport-Modelle) anhand der BSSID errechnet werden können[33][34]
  • • Deaktivieren von Wi-Fi Protected Setup, wenn die Funktion nicht (mehr) benötigt wird[35]
  • • Änderung des werkseitig voreingestellten SSID-Namens, so dass keine Rückschlüsse auf verwendete Hardware, Einsatzzweck oder Einsatzort möglich sind (minimaler Sicherheitsgewinn, da anhand der BSSID meist auf die Hardware Rückschlüsse gezogen werden können)
  • • Deaktivierung der Fernkonfiguration des Routers, soweit vorhanden (insbesondere bei privaten Haushalten)
  • • Konfiguration des Access Point nach Möglichkeit nur über kabelgebundene Verbindungen vornehmen beziehungsweise Konfiguration per WLAN deaktivieren
  • • Ausschalten von WLAN-Geräten, solange sie nicht genutzt werden (Zeitmanagement)
  • • regelmäßige Firmware-Aktualisierungen des Access Point, um sicherheitsrelevante Verbesserungen zu erhalten
  • • Trennung des Access Point vom restlichen (kabelgebundenen) Netzwerkteil mit Hilfe von VLANs und gleichzeitiger Einsatz einer Firewall zwischen den Netzwerkteilen
This includes some basic settings on the router or access point:
  • • Enabling encryption with a secure encryption method, ie at least WPA, better WPA2; pay attention to specific information on the security of the selected encryption method in the respective article
  • • Allocation of a secure network key
  • • Replace the factory-set router or access point passwords, as these z. B. at Arcadyan (some Easybox and Speedport models) can be calculated using the BSSID [33] [34]
  • • Deactivating Wi-Fi Protected Setup when the function is no longer required [35]
  • • Change of the factory-set SSID name so that no conclusions can be drawn about the hardware, purpose or location used (minimal security gain, since the BSSID can usually be used to draw conclusions about the hardware)
  • • Deactivating the remote configuration of the router, if available (especially for private households)
  • • If possible, configure the access point only via wired connections or deactivate configuration via WLAN
  • • Switch off WLAN devices as long as they are not being used (time management)
  • • Regular firmware updates of the access point in order to receive security-relevant improvements
  • • Separation of the access point from the rest of the (wired) network part using VLANs and simultaneous use of a firewall between the network parts

Gesellschaftliche BedeutungSocial relevance

Die starke Verbreitung von Drahtlosnetzwerken in den letzten Jahren unterstreicht den Trend zu mehr Mobilität und flexibleren Arbeitsbedingungen. Bereits 2005 wurden in der Europäischen Union mehr Notebooks als Desktop-Rechner verkauft, die meisten davon mit eingebautem WLAN-Chip. Öffentliche und kommerzielle WLAN-Access-Points mit Internetanbindung, sogenannte „Hot Spots“, ermöglichen an vielen Orten den Zugriff auf das weltweite Datennetz. Deren gesellschaftliche Bedeutung zeigt beispielsweise die Initiative Wifi4EU, mit der die EU in ihren Mitgliedsstaaten die Bereitstellung kostenloser WLAN-Netze in öffentlichen Einrichtungen subventioniert.The widespread use of wireless networks in recent years underscores the trend towards more mobility and more flexible working conditions. As early as 2005, more notebooks were sold as desktop computers in the European Union, most of them with built-in WLAN chips. Public and commercial WLAN access points with internet connection, so-called "hot spots", enable access to the global data network in many places. The Wifi4EU initiative, for example, with which the EU subsidizes the provision of free WiFi networks in public institutions, shows their social importance.

Bei privaten Nutzern finden sich ohnehin nahezu flächendeckend DSL-Zugangsgeräte mit eingebautem Access Point, die die Telekommunikationsanbieter oft verbilligt zusammen mit dem Internet-Anschluss anbieten.In any case, private users will find DSL access devices with built-in access points almost everywhere, which telecommunications providers often offer at a discount along with the Internet connection.

Weitere AnwendungenMore applications

WLAN kann auch als Plattform zur Lokalisierung in Städten und Gebäuden verwendet werden. Seit Anfang 2008 wird dazu vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen auf einer Fläche von 25 Quadratkilometern in Nürnberg eine Testumgebung betrieben.[38] Nach einer ersten Betriebsphase soll das System auf weitere deutsche und europäische Städte wie zum Beispiel Berlin, München, Frankfurt, London, Paris und Mailand ausgedehnt werden.[39] WLAN can also be used as a platform for localization in cities and buildings. Since the beginning of 2008, the Fraunhofer Institute for Integrated Circuits has been operating a test environment on an area of 25 square kilometers in Nuremberg. [38] After an initial operating phase, the system is to be extended to other German and European cities such as Berlin, Munich, Frankfurt, London, Paris and Milan. [39]

Google und Apple nutzen die Daten von WLANs, um Nutzer zu lokalisieren. Damit bieten sie eine Alternative zur Lokalisierung per GPS.[40] Google and Apple use the data from WLANs to localize users. They thus offer an alternative to localization using GPS. [40]

Es wird intensiv geforscht, inwieweit WLAN auch im öffentlichen Straßenverkehr genutzt werden kann, um die Verkehrssicherheit zu erhöhen.[41] Intensive research is being carried out into the extent to which WLAN can also be used in public road traffic in order to increase traffic safety. [41]

Siehe auch: WLAN-basierte OrtungSee also: WLAN-based location

Rechtliche Lage in DeutschlandLegal situation in Germany

Umstritten war die Frage, inwieweit der Anschlussinhaber eines WLAN für Rechtsverletzungen Dritter haftet, die unter der IP-Adresse des Anschlussinhabers begangen werden.[42] In diesem Zusammenhang steht auch die Rechtsfrage, welche Schutzmaßnahmen ein Anschlussinhaber überhaupt zu ergreifen hat und wo gegebenenfalls zumutbare Schutzmaßnahmen (sogenannte „Prüfungs- und Überwachungspflichten“) enden.The question of the extent to which the connection holder of a WLAN is liable for violations of third parties committed under the IP address of the connection holder was controversial. [42] In this context there is also the legal question of which protective measures a subscriber has to take at all and where, where appropriate, reasonable protective measures (so-called "inspection and monitoring obligations") end.

Das Hanseatische Oberlandesgericht entschied, dass ein sorgeberechtigter Elternteil als Störer auch für Urheberrechtsverletzungen haftet, die durch seine Kinder begangen wurden. Den Eltern sei es zumutbar, technische Maßnahmen zu ergreifen, um die Nutzung illegaler Tauschbörsen zu verhindern (Beschl. v. 11. Oktober 2006 - 5 W 152/06). Auch das Oberlandesgericht Köln sah die Haftung für Urheberrechtsverletzungen nicht nur für eine GmbH als Anschlussinhaberin als gegeben an, sondern verurteilte auch den Geschäftsführer der GmbH zur persönlichen Haftung aus dem Gesichtspunkt der Störerhaftung (Beschl. v. 8. Mai 2007 - 6 U 244/06).The Hanseatic Higher Regional Court ruled that a custodial parent is also liable as an interferer for copyright violations committed by his children. It was reasonable for the parents to take technical measures to prevent the use of illegal exchanges (decision of October 11, 2006 - 5 W 152/06). The Cologne Higher Regional Court also saw liability for copyright infringements not only as given for a GmbH as a joint owner, but also sentenced the managing director of the GmbH to personal liability from the point of view of liability for interference (decision of May 8, 2007 - 6 U 244/06 ).

Die gegenteilige Ansicht vertrat das Oberlandesgericht Frankfurt am Main. Die Richter entschieden, dass der Inhaber eines Internetanschlusses grundsätzlich nicht als Störer für die unberechtigte Nutzung einer WLAN-Verbindung durch unberechtigte Dritte haftet, die mit ihm in keinerlei Verbindung stehen.[43] Nach Ansicht des Landgerichtes München I besteht auch keine Haftung eines Radiosenders für die durch einen Volontär begangenen Rechtsverletzungen, da kein Unternehmen grenzenlose Mitarbeiterüberwachungspflichten einhalten könne (Urteil v. 4. Oktober 2007 - 7 O 2827/07).The Higher Regional Court of Frankfurt am Main held the opposite view. The judges ruled that the holder of an Internet connection is generally not liable as an interferer for the unauthorized use of a WLAN connection by unauthorized third parties who are not connected to him. [43] In the opinion of the district court of Munich I, there is also no liability for a radio station for the violations of rights committed by a volunteer, since no company can comply with unlimited employee monitoring obligations (judgment of October 4, 2007 - 7 O 2827/07).

Diese uneinheitliche Rechtsprechung führte dazu, dass ein solcher Fall beim Bundesgerichtshof anhängig war. Der u. a. für das Urheberrecht zuständige I. Zivilsenat verkündete am 12. Mai 2010 eine grundlegende Entscheidung zu den Haftungsfragen. Privatpersonen können demnach auf Unterlassung, nicht dagegen auf Schadensersatz in Anspruch genommen werden, wenn ihr nicht ausreichend gesicherter WLAN-Anschluss von unberechtigten Dritten für Urheberrechtsverletzungen im Internet genutzt wird.[44] Eine Entscheidung darüber, wie die Rechtslage bei WLANs ist, die der Anbieter bewusst an die Öffentlichkeit richtet, steht bislang noch aus.This inconsistent case law meant that such a case was pending before the Federal Court of Justice. The 1st Civil Senate, which is responsible for copyright, announced on May 12, 2010 a fundamental decision on liability issues. Accordingly, private individuals cannot, on injunctive relief on the other hand, claims for damages are made if your insufficiently secured WLAN connection is used by unauthorized third parties for copyright infringements on the Internet. [44] A decision on what the legal situation is for WLANs, which the provider deliberately directs to the public, is still pending.

Daneben stellt sich die Frage, ob sich derjenige, der unberechtigt ein offenes, fremdes WLAN nutzt, strafbar macht. Diese unberechtigte Nutzung wird teils in Anspielung auf „Schwarzfahren“ als „Schwarzsurfen“ bezeichnet. Das Amtsgericht Wuppertal hat 2007 entschieden, dass sich ein „Schwarzsurfer“ wegen eines Verstoßes gegen §§ 89, S. 1, 148 I 1 TKG und §§ 44, 43 II Nr. 3 BDSG strafbar macht.[45] Nach einer Entscheidung desselben Amtsgerichts von 2010 soll „Schwarzsurfen“ nicht mehr unter Strafe stehen.[46] Das Landgericht Wuppertal bestätigte diese Entscheidung. Schwarzsurfen sei unter keinem rechtlichen Gesichtspunkt strafbar.[47] In addition, the question arises whether anyone who uses an open, foreign WLAN without authorization is punishable by law. This unauthorized use is sometimes referred to as "black surfing" in reference to "illegal driving". The district court of Wuppertal decided in 2007 that a “black surfer” would be punishable for a violation of §§ 89, S. 1, 148 I 1 TKG and §§ 44, 43 II No. 3 BDSG. [45] After a decision by the same district court in 2010, "black surfing" should no longer be punishable. [46] The district court Wuppertal upheld that decision. Black surfing is not punishable under any legal aspect. [47]

Mit der am 21. Juli 2016 erlassenen Änderung des Telemediengesetzes wurde durch eine Ergänzung von § 8 Abs. 3 klargestellt, dass auch Zugangsanbieter, die Nutzern einen Internetzugang über ein drahtloses lokales Netzwerk zur Verfügung stellen, haftungsprivilegiert sind. Damit ist geregelt, dass WLAN-Betreiber unter das sogenannte Providerprivileg fallen. Die eigentliche Abschaffung der Störerhaftung schaffte es hingegen zunächst nicht in den Gesetzestext. Stattdessen fand sich in der Begründung des Gesetzes lediglich der Hinweis, dass der Gesetzgeber es gern sähe, dass WLAN-Betreiber nicht mehr für Rechtsverstöße Dritter abgemahnt und auf Unterlassung in Anspruch genommen werden können.With the amendment to the Telemedia Act enacted on July 21, 2016, an amendment to Section 8 (3) made it clear that access providers who provide users with Internet access via a wireless local network are also privileged. This regulates that WLAN operators fall under the so-called provider privilege. However, the actual abolition of interference liability did not initially make it into the legal text. Instead, the justification of the law only contained a note that the legislature would like to see that WLAN operators can no longer be warned of third-party violations and can be claimed for omission.

Echte Rechtssicherheit für offene Funknetze wurde damit gerade noch nicht erreicht. Im Gegensatz zum eigentlichen Gesetzestext ist die Begründung nicht bindend. Gerichte können sie zur Auslegung heranziehen, müssen die dort dargelegte Sichtweise aber nicht zwingend teilen. Daher erwirkte die TMG-Novelle des Jahres 2016 noch keinen Durchbruch bei der Anpassung der Störerhaftung. Dazu hätte der Gesetzgeber die Betreiber im Gesetz ausdrücklich insbesondere von Unterlassungsansprüchen freistellen müssen.Real legal security for open radio networks has just not yet been achieved. In contrast to the actual legal text, the reasoning is not binding. Courts can use them for interpretation, but do not necessarily have to share the view presented there. Therefore, the TMG amendment of 2016 did not yet achieve a breakthrough in the adjustment of interference liability. To do this, the legislator should have specifically exempted operators from the law, in particular from injunctive relief.

Dazu kam es erst durch eine weitere Gesetzesänderung Mitte 2017. Hiernach stellt die Neufassung von § 7 Abs. 4 S. 3 TMG klar, dass die Zugangsanbieter Dritten nicht mehr für das Verhalten der WLAN-Nutzer haften. Trotz dieser Erneuerung der Gesetzeslage verbleiben für den Betrieb öffentlicher WLAN-Netze jedoch noch eine Reihe rechtlicher Anforderungen, etwa solche des Datenschutzes.[50] This only came about through a further change in the law in mid-2017. According to this, the new version of Section 7 (4) sentence 3 TMG clarifies that the access providers are no longer liable for the behavior of WLAN users. Despite this renewal of the legal situation, there are still a number of legal requirements for the operation of public WLAN networks, such as data protection. [50]

Zur aktuellen Rechtslage siehe Störerhaftung.For the current legal situation, see liability for interference.

Diskussion gesundheitlicher WirkungenDiscussion of health effects

Die von WLAN-Geräten benutzten Funkfrequenzen liegen um 2,4 GHz beziehungsweise 5,4 GHz, also im Mikrowellenbereich. WLAN wird daher im Zusammenhang mit möglichen gesundheitlichen Auswirkungen im Rahmen der elektromagnetischen Umweltverträglichkeit diskutiert.The radio frequencies used by WLAN devices are around 2.4 GHz and 5.4 GHz, i.e. in the microwave range. WLAN is therefore discussed in connection with possible health effects in the context of electromagnetic environmental compatibility.

Nach mehreren Studien, u. a. des Bundesamts für Strahlenschutz (BfS), gibt es innerhalb der gesetzlichen Expositionsgrenzwerte nach dem aktuellen Stand der Wissenschaft keine Hinweise, dass diese hochfrequenten elektromagnetischen Felder gesundheitliche Risiken darstellen.After several studies, u. a. of the Federal Office for Radiation Protection (BfS), there are no indications within the legal exposure limit values according to the current state of science that these high-frequency electromagnetic fields pose health risks.

Die einzige gesicherte biologische Auswirkung ist die thermische Erwärmung.[51] Der zugehörige Prozess heißt dielektrische Erwärmung. Um Schäden durch thermische Erwärmung zu vermeiden, wurde ein Grenzwert für die spezifische Absorptionsrate definiert. Im normalen Betrieb wird dieser Grenzwert bei körperfernem Betrieb weit unterschritten.[52] Lediglich Laptopnutzer kommen nahe an die Grenzwerte, wenn sie ihr Gerät auf ihrem Oberschenkel aufgelegt haben.The only guaranteed biological impact is thermal heating. [51] The associated process is called dielectric heating. In order to avoid damage caused by thermal heating, a limit value for the specific absorption rate was defined. In normal operation, this limit is far below in the case of remote operation. [52] Only laptop users come close to the limit values when they have their device on their thighs.

Unabhängig von den bisherigen Erkenntnissen empfiehlt das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) generell, die persönliche Strahlenbelastung zu minimieren, um mögliche, aber bisher nicht erkannte gesundheitliche Risiken gering zu halten.[53] Regardless of previous knowledge, the Federal Office for Radiation Protection (BfS) generally recommends minimizing personal radiation exposure in order to keep possible, but as yet unknown, health risks low. [53]

Es gibt vereinzelt Berichte von Personen, die über verschiedene Beschwerden klagen und diese selbst auf WLANs zurückführen. Verschiedene Untersuchungen mit elektrosensiblen Menschen konnten aber keinen Zusammenhang zwischen den Beschwerden und elektromagnetischer Strahlung feststellen.There are isolated reports of people complaining about various complaints and tracing them back to WLANs themselves. Various examinations with electrosensitive people could not establish a connection between the complaints and electromagnetic radiation.

Wi-FiWi-fi

Wi-Fi (englisch [wa

Figure DE102018010197A1_0001
fa ]) bezeichnet sowohl ein Firmenkonsortium, das Geräte mit Funkschnittstellen zertifiziert, als auch den zugehörigen Markenbegriff.Wi-Fi (English [wa
Figure DE102018010197A1_0001
fa]) denotes a company consortium that certifies devices with radio interfaces, as well as the associated brand name.

Wi-Fi ist ein für Vermarktungszwecke erfundener Kunstbegriff, der in Analogie zu Hi-Fi gebildet wurde. Ob es wie dieser eine Abkürzung darstellt, wird bezweifelt; das Wi steht sicher für Wireless.[1][2] Wi-Fi is an art term invented for marketing purposes, which was created in analogy to Hi-Fi. Whether it is an abbreviation like this is doubted; the Wi stands for wireless. [1] [2]

Oft wird Wi-Fi als Synonym für WLAN benutzt. Streng genommen sind WLAN und Wi-Fi jedoch nicht dasselbe: WLAN bezeichnet das Funknetzwerk, Wi-Fi hingegen die Zertifizierung durch die WiFi-Alliance anhand des IEEE-802.11-Standards - alle Wi-Fi-zertifizierten Produkte sind somit 802.11-konform.Wi-Fi is often used as a synonym for WLAN. Strictly speaking, however, WLAN and Wi-Fi are not the same: WLAN refers to the radio network, whereas Wi-Fi is certification by the WiFi Alliance based on the IEEE 802.11 standard - all Wi-Fi-certified products are therefore 802.11 compliant.

Wi-Fi AllianceWi-Fi Alliance

1999 wurde die Organisation ursprünglich unter dem Namen Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA) gegründete. 2002 benannte sich die WECA um in die Wi-Fi Alliance.[3] In 1999 the organization was originally founded under the name Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA). In 2002, WECA changed its name to the Wi-Fi Alliance. [3]

Die Aufgabe der Wi-Fi-Alliance ist, die Produkte verschiedener Hersteller auf der Basis des IEEE-802.11-Standards zu zertifizieren und so den Betrieb mit verschiedenen Wireless-Geräten zu gewährleisten (Interoperabilität). Hintergrund war, dass in vielen Produkten der Standard nicht vollständig implementiert bzw. durch proprietäre Erweiterungen aufgeweicht wurde. Dadurch ergaben sich häufig Inkompatibilitäten zwischen Produkten verschiedener Hersteller.The task of the Wi-Fi Alliance is to certify the products of different manufacturers on the basis of the IEEE 802.11 standard and thus to ensure operation with various wireless devices (interoperability). The background was that in many products the standard was not fully implemented or softened by proprietary extensions. This often resulted in incompatibilities between products from different manufacturers.

Die Wi-Fi-Alliance testet entsprechende Komponenten nach eigenen Richtlinien. Produkte, die die Prüfung bestehen, erhalten das Wi-Fi-Zertifikat und dürfen damit das Logo „Wi-Fi“ tragen. Allerdings werden lediglich die Produkte der Wi-Fi-Mitglieder getestet. Die Mitglieder müssen zusätzlich zur Mitgliedsgebühr für jede geprüfte Komponente eine Gebühr entrichten. Ein fehlendes Wi-Fi-Logo stellt demzufolge nicht zwingend eine Abweichung vom Standard dar.The Wi-Fi Alliance tests corresponding components according to its own guidelines. Products that pass the test receive the Wi-Fi certificate and can therefore bear the “Wi-Fi” logo. However, only the products of the Wi-Fi members are tested. In addition to the membership fee, members must pay a fee for each component tested. A missing Wi-Fi logo does not necessarily represent a deviation from the standard.

Das Konsortium gab am 31. Oktober 2002 bekannt, mit Wi-Fi Protected Access (WPA) eine Teilmenge des damals zukünftigen IEEE-Standards 802.11i als neue Verschlüsselungstechnik zu etablieren, um noch vor der Verabschiedung des neuen Standards das als unsicher geltende Verschlüsselungsverfahren WEP abzulösen. Nach der Verabschiedung von 802.11i prägte die Wi-Fi analog dazu den Begriff WPA2.On October 31, 2002, the consortium announced that it would use Wi-Fi Protected Access (WPA) to establish a subset of the then future IEEE standard 802.11i as a new encryption technology in order to replace the WEP encryption method, which was considered unsafe before the new standard was adopted . After the adoption of 802.11i, Wi-Fi coined the term WPA2.

Die Wi-Fi-Alliance umfasst über 300 Unternehmen als Mitglieder. Anbei eine Auswahl der Mitglieder.The Wi-Fi Alliance includes over 300 companies as members. Here is a selection of the members.

BluetoothBluetooth

Bluetooth ['blu:tu:θ] ist ein in den 1990er Jahren durch die Bluetooth Special Interest Group (SIG) entwickelter Industriestandard gemäß IEEE 802.15.1 für die Datenübertragung zwischen Geräten über kurze Distanz per Funktechnik (WPAN). Dabei sind verbindungslose sowie verbindungsbehaftete Übertragungen von Punkt zu Punkt und Ad-hoc- oder Piconetze möglich. Der Name „Bluetooth“ leitet sich vom dänischen König Harald Blauzahn (englisch Harald Bluetooth) ab, der verfeindete Teile von Norwegen und Dänemark vereinte.[1] Das Logo zeigt ein Monogramm der altnordischen Runen * und

Figure DE102018010197A1_0002
.Bluetooth ['blu: tu: θ] is an industry standard developed by the Bluetooth Special Interest Group (SIG) in the 1990s in accordance with IEEE 802.15.1 for data transmission between devices over short distances using radio technology (WPAN). Connection-free and connection-based transfers from point to point and ad hoc or piconets are possible. The name "Bluetooth" is derived from the Danish King Harald Blauzahn (English Harald Bluetooth), who united enemy parts of Norway and Denmark. [1] The logo is a monogram of the Norse runes and *
Figure DE102018010197A1_0002
.

Die Funkverfahren für Bluetooth wurden ursprünglich in wesentlichen Teilen durch den niederländischen Professor Jaap Haartsen und den Schweden Sven Mattisson für Ericsson entwickelt. Andere Teile wurden vor allem von Nokia und Intel ergänzt. Bluetooth bildet eine Schnittstelle, über die sowohl mobile Kleingeräte wie Mobiltelefone und PDAs als auch Computer und Peripheriegeräte miteinander kommunizieren können. Hauptzweck von Bluetooth ist das Ersetzen von Kabelverbindungen zwischen Geräten.The radio methods for Bluetooth were originally developed in large parts by the Dutch Professor Jaap Haartsen and the Swede Sven Mattisson for Ericsson. Other parts were mainly supplemented by Nokia and Intel. Bluetooth forms an interface through which small mobile devices such as cell phones and PDAs as well as computers and peripheral devices can communicate with each other. The main purpose of Bluetooth is to replace cable connections between devices.

Technischer HintergrundTechnical background

Geräte nach den Standards der Bluetooth SIG senden als Short Range Devices (SRD) in einem lizenzfreien ISM-Band (Industrial, Scientific and Medical Band) zwischen 2,402 GHz und 2,480 GHz. Sie dürfen weltweit zulassungsfrei betrieben werden. Störungen können aber zum Beispiel durch WLANs, Schnurlostelefone (DECT-Telefone in Europa haben ein anderes Frequenzband) oder Mikrowellenherde verursacht werden, die im selben Frequenzband arbeiten. Um Robustheit gegenüber Störungen zu erreichen, wird ein Frequenzsprungverfahren (frequency hopping) eingesetzt, bei dem das Frequenzband in 79 Kanäle im 1-MHz-Abstand eingeteilt wird, die bis zu 1600-mal in der Sekunde gewechselt werden. Es gibt jedoch auch Pakettypen, bei denen die Frequenz nicht so oft gewechselt wird (Multislot-Pakete). Am unteren und oberen Ende gibt es jeweils ein Frequenzband als Sicherheitsband (engl.: „guard band“) zu benachbarten Frequenzbereichen. Theoretisch kann eine Datenübertragungsrate von 706,25 kbit/s beim Empfang bei gleichzeitigen 57,6 kbit/s beim Senden erreicht werden (asymmetrische Datenübertragung).Devices according to the Bluetooth SIG standards transmit as Short Range Devices (SRD) in a license-free ISM band (Industrial, Scientific and Medical Band) between 2.402 GHz and 2.480 GHz. They can be operated worldwide without a license. However, interference can be caused, for example, by WLANs, cordless phones (DECT phones in Europe have a different frequency band) or microwave ovens that work in the same frequency band. To achieve robustness against interference, a frequency hopping method is used, in which the frequency band is divided into 79 channels at 1 MHz intervals, which are changed up to 1600 times a second. However, there is also Packet types in which the frequency is not changed as often (multislot packets). At the lower and upper end there is a frequency band as a security band ("guard band") to neighboring frequency ranges. Theoretically, a data transfer rate of 706.25 kbit / s when receiving and simultaneous 57.6 kbit / s when sending can be achieved (asymmetrical data transfer).

Ab der Version 2.0 + EDR können Daten mit EDR (Enhanced Data Rate) maximal etwa dreimal so schnell übertragen werden, also mit rund 2,1 Mbit/s. Bereits ab Version 1.1 kann ein Bluetooth-Gerät gleichzeitig bis zu sieben Verbindungen aufrechterhalten, wobei sich die beteiligten Geräte die verfügbare Bandbreite teilen müssen (Shared Medium).From version 2.0 + EDR, data with EDR (Enhanced Data Rate) can be transmitted a maximum of about three times as fast, i.e. at around 2.1 Mbit / s. From version 1.1, a Bluetooth device can maintain up to seven connections at the same time, whereby the devices involved must share the available bandwidth (shared medium).

Bluetooth unterstützt die Übertragung von Sprache und Daten. Allerdings können die meisten Geräte während der notwendigerweise synchronen Übertragung von Sprache lediglich drei Teilnehmer in einem Piconet verwalten.Bluetooth supports the transmission of voice and data. However, most devices can only manage three participants in one piconet during the necessarily synchronous transmission of voice.

Eine Verschlüsselung der übertragenen Daten ist ebenfalls möglich.It is also possible to encrypt the transmitted data.

Klassen und ReichweiteClasses and reach

Klasseclass Max. LeistungMaximum power Reichweite[2] Range [2] (mW)(mW) (dBm),(dBm), allgemeingeneral im Freienoutdoors Klasse 1class 1 100100 +20+20 ca. 100 mapprox. 100 m ca. 100 mapprox. 100 m Klasse 22nd grade 2,52.5 +4+4 ca. 10 mapprox. 10 m ca. 50 mapprox. 50 m Klasse 3Class 3 11 00 ca. 1 mapprox. 1 m ca. 10mabout 10m

Die tatsächlich erzielbare Reichweite hängt neben der Sendeleistung von einer Vielzahl von Parametern ab. Hierzu zählen beispielsweise die Empfindlichkeit eines Empfängers und die Bauformen der auf Funkkommunikationsstrecken eingesetzten Sende- und Empfangsantennen. Auch die Eigenschaften der Umgebung können die Reichweite beeinflussen, beispielsweise Mauern als Hindernisse innerhalb der Funkkommunikationsstrecken. Auch die Typen der Datenpakete können wegen Unterschieden in Länge und Sicherungsmechanismen Einfluss auf die erzielbare Reichweite haben.In addition to the transmission power, the range that can actually be achieved depends on a large number of parameters. These include, for example, the sensitivity of a receiver and the types of transmit and receive antennas used on radio communication links. The properties of the environment can also influence the range, for example walls as obstacles within the radio communication links. The types of data packets can also influence the achievable range due to differences in length and security mechanisms.

Um höhere Übertragungsraten über das weltweit verfügbare 2,45-GHz-ISM-Frequenzband zu ermöglichen, plant die Bluetooth SIG die Alternate MAC/PHY-Bluetooth-Erweiterung; hierbei wird Bluetooth um die PHY- und MAC-Schicht der IEEE-802.11-Spezifikationen (WLAN-Standards) erweitert.To enable higher transmission rates over the 2.45 GHz ISM frequency band available worldwide, the Bluetooth SIG is planning the Alternate MAC / PHY Bluetooth extension; Bluetooth is expanded to include the PHY and MAC layers of the IEEE 802.11 specifications (WLAN standards).

Abhör- und EindringsicherheitEavesdropping and intrusion security

Als abhörsicher oder sicher gegen unbefugtes Eindringen gelten Bluetooth-Übertragungen nur dann, wenn sie als Verbindung mit mehrstufiger dynamischer Schlüsselvergabe betrieben werden. Bei statischer Schlüsselvergabe ist die Sicherheit eingeschränkt. Bei Übertragung des Schlüssels ist genau dieser Teil der Kommunikation besonders gefährdet, da erst der erfolgreiche Schlüsselaustausch eine Verbindung schützt.Bluetooth transmissions are only bug-proof or secure against unauthorized intrusion if they are operated as a connection with multi-stage dynamic key allocation. Security is restricted when static keys are assigned. When the key is transferred, this part of the communication is particularly at risk, since only the successful key exchange protects a connection.

Bluetooth gilt nur dann nicht mehr als sicher, wenn der PIN-Code zu kurz gewählt ist (etwa vier Dezimalziffern oder weniger). Die israelischen Forscher A. Wool und Y. Shaked beschrieben in ihrem Artikel vom Frühjahr 2005[3] ein Verfahren, mit dem Lauscher eine vorhandene, abhörsichere Verbindung unterbrechen und unter Umständen in eine neue Verbindung einbrechen können. Dieses Daten-Phishing beruht darauf, eine bestehende Verbindung durch entsprechende Störsignale zu unterbrechen und die Teilnehmer dazu zu bewegen, erneut eine authentifizierte Verbindung aufzubauen. Dabei müssen die Angegriffenen erneut ihre PIN bei den verwendeten Geräten eingeben. Die daraufhin stattfindende Authentifizierung mit Neuaushandlung des Verbindungsschlüssels kann dann mit einfach erhältlicher Spezialhardware abgehört und bei schlecht gewählter (weil zum Beispiel achtstellignumerischer) PIN durch Ausprobieren geknackt werden. Dieser Brute-Force-Angriff kann durch FPGA-Boards weiter beschleunigt werden. Dies ist kein rein akademischer Angriff, und zum Beweis existiert ein frei zugängliches Programm namens BTCrack.[4] Der Angreifer befindet sich nach erfolgreichem Angriff im Besitz des geheimen Verbindungsschlüssels und kann beliebige Verbindungen zu den angegriffenen Geräten aufbauen. Jedoch muss der Angreifer die Bluetooth-Adresse eines verbundenen Bluetooth-Moduls kennen. Dies kann, entgegen weitläufigen Meinungen, nicht durch den „Unsichtbarkeitsmodus“ unterbunden werden.[5][6] Bluetooth is only considered safe if the PIN code is too short (about four decimal digits or less). In their spring 2005 article [3], the Israeli researchers A. Wool and Y. Shaked described a method by which eavesdroppers can interrupt an existing, tap-proof connection and possibly break into a new connection. This data phishing is based on interrupting an existing connection with appropriate interference signals and persuading the participants to re-establish an authenticated connection. The attacked must enter their PIN again in the devices used. The authentication that then takes place with renegotiation of the connection key can then be listened to using easily available special hardware and cracked if the PIN is poorly chosen (for example, because it has an eight-digit number) by trying it out. This brute force attack can be further accelerated by FPGA boards. This is not a purely academic attack, and there is a free program called BTCrack to prove it. [4] After a successful attack, the attacker is in possession of the secret connection key and can establish any connection to the attacked devices. However, the attacker must know the Bluetooth address of a connected Bluetooth module. Contrary to popular opinion, this cannot be prevented by the "invisibility mode". [5] [6]

Dieser Angriff ist dann möglich, wenn der Angreifer die Kommunikation während des Pairing-Prozesses abhört, der Angegriffene eine Neu-Authentifizierung vornimmt und er eine zu kurze PIN verwendet. Für Geräte, die die Schlüssel permanent speichern, besteht demnach keine Gefahr, da nach Verbindungsstörungen oder manuellem erneuten Verbindungsaufbau keine erneute PIN-Authentifizierung ausgelöst wird, sondern auf den auf beiden Geräten gespeicherten Schlüssel zurückgegriffen wird. Als Schutz vor solchen Angriffen empfehlen die Autoren daher, Gegenstellen möglichst selten mit PIN-Eingabe anzumelden. Sicherer sei es, einmal erkannte Gegenstellen dauerhaft in den jeweiligen Authentifizierungslisten zu speichern und eine Reauthentifizierung per PIN zu deaktivieren. Außerdem sollten Benutzer PINs mit deutlich mehr als acht Zeichen Länge verwenden, falls die verwendete Software dies gestattet. Das Bluetooth-Protokoll sieht bis zu 16 beliebige Zeichen (128 Bit) vor. Darüber hinaus sollte eine unerwartete Aufforderung zur erneuten Authentifizierung hellhörig machen und zur Vorsicht mahnen. This attack is possible if the attacker eavesdrops on the communication during the pairing process, the attacker carries out a re-authentication and the PIN is too short. There is therefore no danger for devices that permanently store the keys, since after connection failures or manual re-establishment of a connection, no new PIN authentication is triggered, but instead the keys stored on both devices are used. To protect against such attacks, the authors therefore recommend that remote sites are rarely registered with a PIN. It is safer to permanently save remote stations once they have been recognized in the respective authentication lists and to deactivate re-authentication using a PIN. In addition, users should use PINs longer than eight characters if the software used allows it. The Bluetooth protocol provides up to 16 arbitrary characters (128 bit). In addition, an unexpected prompt to re-authenticate should be heard and cautioned.

FehlerbehandlungError handling

Bluetooth kennt bis zur Version 2.0 zwei elementare Arten der Fehlerbehandlung (sofern verwendet):

  1. 1. 1/3- und 2/3-FEC-Blockcodierung; ermöglicht Fehlerkorrektur beim Empfänger
  2. 2. ARQ (Automatic Repeat Request), ermöglicht Fehlererkennung beim Empfänger. Bei Fehlern wird das entsprechende Paket neu angefordert.
Up to version 2.0, Bluetooth knows two elementary types of error handling (if used):
  1. 1. 1/3 and 2/3 FEC block coding; enables error correction at the receiver
  2. 2. ARQ (Automatic Repeat Request), enables error detection at the receiver. In the event of errors, the corresponding package is requested again.

SystemarchitekturSystem architecture

Scatternet (Master = rot, Slave = grün, geparkt = blau)Scatternet (master = red, slave = green, parked = blue)

Ein Bluetooth-Netzwerk (Piconet) besteht aus bis zu acht aktiven Teilnehmern, welche über eine 3-Bit-Adresse angesprochen werden können. Alle nicht aktiven Geräte können im Parkmodus die Synchronisation halten und auf Anfrage im Netz aktiviert werden. Für den Parkmodus gibt es eine 8-Bit-Adresse, welche 255 Teilnehmer („slaves“) ansprechen kann. Darüber hinaus kann über die 48-Bit-Geräteadresse die Anzahl der passiven Teilnehmer nochmal erhöht werden. Der „Master“ steuert die Kommunikation und vergibt Sende-Zeiteinheiten (engl. „slots“) an die „Slaves“ (Zeitmultiplexverfahren). Ein Bluetooth-Gerät kann in mehreren Piconetzen angemeldet sein, allerdings nur in einem Netz als Master fungieren. Bis zu zehn Piconetze bilden ein Scatternet (von to scatter = ausstreuen), wobei die Teilnehmer untereinander in Kontakt treten können. Jedes Piconet wird durch eine unterschiedliche Frequency-Hopping-Folge identifiziert. Die Datenrate leidet in diesem Scatternet jedoch meist erheblich[7].A Bluetooth network (Piconet) consists of up to eight active nodes, which can be addressed via a 3-bit address. All inactive devices can keep the synchronization in park mode and can be activated in the network on request. There is an 8-bit address for the parking mode, which can address 255 participants ("slaves"). In addition, the number of passive nodes can be increased again via the 48-bit device address. The "master" controls the communication and assigns transmit time units ("slots") to the "slaves" (time division multiplexing). A Bluetooth device can be registered in several piconets, but only act as a master in one network. Up to ten piconets form a scatternet (from to scatter), whereby the participants can contact each other. Each piconet is identified by a different frequency hopping sequence. However, the data rate usually suffers considerably in this Scatternet [7] .

Solche selbstorganisierende Funknetzwerke - Scatternet - werden proprietär implementiert, bis heute ist keine allgemeine Lösung standardisiert. Das ist dadurch begründet, dass kein Algorithmus definiert werden kann, der allen Anforderungen an ein Scatternet gleichzeitig gerecht wird und hinreichend schlank und damit schnell bleibt.[8] Such self-organizing radio networks - Scatternet - are implemented in a proprietary manner, to date no general solution has been standardized. This is due to the fact that no algorithm can be defined that meets all the requirements of a Scatternet at the same time and is sufficiently lean and therefore fast. [8th]

Bluetooth-BasisbandBluetooth baseband

Es werden zwei unterschiedliche physische Datenkanäle zur Verfügung gestellt. Die synchrone Datenübertragung ist zur Übertragung von Sprachdaten, mit einer Datenrate von 64 kbit/s gedacht. Dieses Verfahren heißt leitungsvermittelte oder synchrone Verbindung (Synchronous Connection-Oriented - SCO). Die andere Übertragungsform ist die Paketvermittlung oder asynchrone Verbindung (Asynchronous Connectionless - ACL), die ein speicherndes Verhalten des Übertragungsgerätes voraussetzt, wie bei der Internet-Technik. Alles außer Sprache wird über ACL übertragen, neben allen Arten von Daten insbesondere auch Musik. Das Bluetooth-Protokoll unterstützt einen asymmetrischen Datenkanal mit Datenraten in der Version 1.2 von maximal 732,2 kbit/s in eine Richtung und 57,6 kbit/s in die Gegenrichtung, oder eine symmetrische Datenverbindung mit 433,9 kbit/s in beide Richtungen. In der EDR-Version sind höhere Datenraten erzielbar.Two different physical data channels are made available. The synchronous data transmission is intended for the transmission of voice data with a data rate of 64 kbit / s. This procedure is called circuit-switched or synchronous connection (Synchronous Connection-Oriented - SCO). The other form of transmission is packet switching or asynchronous connectionless (ACL), which requires a storage behavior of the transmission device, as in Internet technology. Everything except speech is transmitted via ACL, in addition to all types of data, especially music. The Bluetooth protocol supports an asymmetrical data channel with data rates in version 1.2 of a maximum of 732.2 kbit / s in one direction and 57.6 kbit / s in the opposite direction, or a symmetrical data connection with 433.9 kbit / s in both directions . In the EDR version, higher data rates can be achieved.

Bis zur Version 1.2 gibt es für die SCO-Übertragung nur HV1-, HV2- und HV3-Pakete mit guter Fehlerkorrektur (HV1) bis zu keiner (HV3). Diese Pakete enthalten Audiodaten für 1,25 ms, 2.1,25 ms oder 3·1,25 ms und werden dementsprechend alle 1,25 ms, 2·1,25 ms und 3·1,25 ms gesendet. HV1 kann benutzt werden, wenn keine anderen Daten gesendet werden müssen. Allerdings hat diese Betriebsart den höchsten Stromverbrauch, weswegen fast alle Geräte HV3-Pakete nutzen. Dies hat den Vorteil, dass man nur ein Drittel der Bandbreite für Audio benötigt und den Rest der Bandbreite für ACL-Verbindungen zum selben oder zu anderen Geräten zur Verfügung stellen kann.Up to version 1.2 there are only HV1, HV2 and HV3 packets with good error correction (HV1) up to none (HV3) for SCO transmission. These packets contain audio data for 1.25 ms, 2.1.25 ms or 3 * 1.25 ms and are accordingly sent every 1.25 ms, 2 * 1.25 ms and 3 * 1.25 ms. HV1 can be used when no other data needs to be sent. However, this operating mode has the highest power consumption, which is why almost all devices use HV3 packages. This has the advantage that you only need a third of the bandwidth for audio and the rest of the bandwidth can be made available for ACL connections to the same or to other devices.

Mit der Version 1.2 wurde ein erweiterter synchroner Übertragungsmodus (enhanced SCO, eSCO) eingeführt. Dazu wurden neue Pakettypen und eine flexiblere Einteilung der Übertragungsperiode eingeführt. Ebenso ermöglicht dies, andere Audio-Formate zu übertragen wie z. B. der SBC-Codec, der auch in der HFP-Version 2.1 eingeführt werden soll. With version 1.2, an extended synchronous transmission mode (enhanced SCO, eSCO) was introduced. To this end, new packet types and a more flexible division of the transmission period were introduced. This also makes it possible to transmit other audio formats such as. B. the SBC codec, which is also to be introduced in HFP version 2.1.

Werden gerade keine synchronen Datenpakete versandt, kann Bluetooth die asynchrone Übertragung anbieten. Hierüber werden alle Dienste, sowohl das Versenden von Nutzdatenpaketen als auch die Übermittlung von Steuerinformationen, zwischen zwei Bluetooth-Stationen abgewickelt.If no synchronous data packets are currently being sent, Bluetooth can offer asynchronous transmission. All services, both the sending of user data packets and the transmission of control information, are processed between two Bluetooth stations.

Bluetooth-Datenpakete bestehen aus einem 72-Bit-Zugriffscode, einem 54-Bit-Header sowie einem variablen Nutzdatenfeld von 0 Bit bis 2745 Bit (Pakettyp DH5) Länge. Für Bluetooth 2.0 °+ EDR sind bis zu 8168 Bit Nutzdaten pro Paket (3-DH5) möglich.Bluetooth data packets consist of a 72-bit access code, a 54-bit header and a variable user data field from 0 bit to 2745 bit (packet type DH5). For Bluetooth 2.0 ° + EDR, up to 8168 bit user data per package (3-DH5) are possible.

VerbindungsaufbauEstablishing a connection

Der Aufbau einer Verbindung erfolgt immer unter der Protokollarchitektur nach Bluetooth V2.1 usw. (Neu ist ab Standard Bluetooth V3.0 und mit dem Protokoll Bluetooth V4.0 Low Energy ein verbindungsloser Betrieb in Sende- und Empfangsrichtung möglich).[9] Eine Verbindung kann von einem beliebigen Gerät ausgehen, das sich dadurch zum „Master“ über die antwortenden „Slaves“ erhebt.A connection is always established under the protocol architecture according to Bluetooth V2.1 etc. (New is possible as of standard Bluetooth V3.0 and with the protocol Bluetooth V4.0 Low Energy, connectionless operation in the send and receive direction). [9] A connection can originate from any device, which rises to the "master" over the answering "slaves".

Sobald Bluetooth-Geräte in Betrieb gesetzt werden, identifizieren sich die einzelnen Bluetooth-Controller innerhalb von zwei Sekunden über eine individuelle und unverwechselbare 48 bit lange MAC-Adresse. Im Bereitschafts-Modus lauschen unverbundene Geräte in Abständen von bis zu 2,56 Sekunden nach Nachrichten (Scan Modus) und kontrollieren dabei 32 Hop-Frequenzen. Der Kontakt zu den Slaves wird durch eine Inquiry-Nachricht (von englisch inquiry = Erkundigung) und danach durch eine Page-Message (von to page (engl.) = (per Lautsprecher) ausrufen, message (engl.) = Nachricht) hergestellt, falls die Hardware-Adresse der Geräte unbekannt ist. Bei bekannter Adresse fällt der erste Schritt weg. Im Page-Zustand sendet der Master 16 identische Page-Telegramme auf 16 unterschiedlichen Hopping-Frequenzen, die für die Slaves bestimmt sind. Danach befinden sich die Stationen im Status verbunden. Durchschnittlich wird eine Verbindungsaufnahme innerhalb des halben Scanintervalls, z. B. 2,56/2 Sekunden (1,28 Sekunden), erreicht.As soon as Bluetooth devices are put into operation, the individual Bluetooth controllers identify themselves within two seconds using an individual and distinctive 48-bit MAC address. In standby mode, unconnected devices listen for messages at intervals of up to 2.56 seconds (scan mode) and control 32 hop frequencies. The contact to the slaves is established by an inquiry message and then by a page message (from to page = = via loudspeaker), message =. if the hardware address of the devices is unknown. If the address is known, the first step is omitted. In the page state, the master sends 16 identical page telegrams on 16 different hopping frequencies, which are intended for the slaves. The stations are then connected in the status. On average, a connection is established within half the scan interval, e.g. B. 2.56 / 2 seconds (1.28 seconds).

Findet der Master keinen Slave innerhalb einer eingestellten Zeit, so werden auf weiteren 16 Hopping-Frequenzen Page-Telegramme gesendet. Diese Gruppierung soll bei bekannter „Slave Clock“ einen zügigen Verbindungsaufbau gewährleisten. Beim adaptiven Hopping werden die Frequenzen ausgelassen, die bereits durch andere Master belegt sind.If the master does not find a slave within a set time, page telegrams are sent on another 16 hopping frequencies. This grouping is intended to ensure a speedy connection when the slave clock is known. With adaptive hopping, the frequencies that are already occupied by other masters are omitted.

Seit 2005 kann zum Verbindungsaufbau zweier Bluetooth-Geräte optional NFC genutzt werden. Dieses zusätzliche RF-Protokoll unterstützt Bluetooth insbesondere beim erstmaligen Pairing von Bluetooth-OBEX.Since 2005, NFC can optionally be used to establish a connection between two Bluetooth devices. This additional RF protocol supports Bluetooth especially when pairing Bluetooth-OBEX for the first time.

Bluetooth-ProtokollarchitekturBluetooth protocol architecture

Die Bluetooth-Spezifikation wurde von der Bluetooth Special Interest Group (SIG) entwickelt. Diese beinhaltet Protokolle in einer hierarchischen Ordnung (Protokollstapel, engl. protocol stack), mit denen interaktive Dienste und Anwendungen möglich werden, die über mobile Funkverbindungen kommunizieren. Diese werden mit Hilfe von Funkmodulen hergestellt und sind verbindungslos oder verbindungsorientiert.The Bluetooth specification was developed by the Bluetooth Special Interest Group (SIG). This contains protocols in a hierarchical order (protocol stack), with which interactive services and applications are possible that communicate via mobile radio connections. These are produced with the help of radio modules and are connectionless or connection-oriented.

Die Bluetooth Special Interest Group (SIG) hat zudem auch verschiedene Einsatzmodelle der Bluetooth-Technik entworfen. Die Spezifikation beinhaltet eine Beschreibung der Protokolle, mit denen diese Einsatzmodelle implementiert werden können. Spezielle Zusammenstellungen nach diesen Modellen werden mit den Profilen benutzt.The Bluetooth Special Interest Group (SIG) has also designed various application models for Bluetooth technology. The specification includes a description of the protocols with which these deployment models can be implemented. Special combinations according to these models are used with the profiles.

Mit Bluetooth Low Energy wird kein Energiesparmodus bezeichnet, sondern ein spezieller Protokollstapel, der sich vom zuvor bekannten Protokollstapel unterscheidet, diesen nicht ersetzt, aber neue Möglichkeiten für geringen Energieverbrauch eröffnet.Bluetooth Low Energy is not an energy-saving mode, but a special protocol stack that differs from the previously known protocol stack, does not replace it, but opens up new possibilities for low energy consumption.

EnergiesparmodiEnergy saving modes

Wenn keine Daten zu übertragen sind, kann eine Verbindung zwischen einem Master und einem Slave in einen Energiesparmodus versetzt werden.If no data is to be transmitted, a connection between a master and a slave can be put into an energy-saving mode.

Es gibt drei Energiesparmodi:

  • • Der HOLD-Modus wird zur asynchronen Abwesenheit eingesetzt. Zum Beispiel kann ein Slave mitteilen, dass er ab einem gewissen Zeitpunkt für 200 ms nicht zuhört. Der Master adressiert dann den Slave für die angegebene Zeit nicht, und der Slave hört dann auch nicht auf Master-Pakete. Beide Geräte können dann die Zeit für andere Aktivitäten nutzen (scanning, scatternet etc.).
  • • Der SNIFF-Modus (von to sniff (engl.) = schnüffeln) wird zur reduzierten periodischen Aktivität eingesetzt. Es kann z. B. ein Slave oder Master mitteilen, dass er nur noch alle 500 ms für einige Zeitfenster („slots“) zuhört. Der SNIFF-Modus wird bei fast allen Geräten, die Energieverbrauch senken sollen, eingesetzt.
  • • Der PARK-Modus wird eingesetzt, um ein Gerät synchronisiert zu halten. Das Gerät kann aber nicht aktiv am Datenverkehr teilnehmen. Der Park-Modus wird zwar von fast allen Chipsätzen unterstützt, aber trotzdem kaum angewendet.
There are three energy saving modes:
  • • The HOLD mode is used for asynchronous absence. For example, a slave can announce that after a certain point in time it will not listen for 200 ms. The master then does not address the slave for the specified time, and the slave then does not listen to master packets. Both devices can then use the time for other activities (scanning, scatternet etc.).
  • • The SNIFF mode (from to sniff) is used for reduced periodic activity. It can e.g. For example, tell a slave or master that it only listens every 500 ms for some time slots. The SNIFF mode is used for almost all devices that are intended to reduce energy consumption.
  • • PARK mode is used to keep a device synchronized. However, the device cannot actively participate in data traffic. Park mode is supported by almost all chipsets, but is hardly ever used.

Details zur Reduzierung des Energieverbrauchs zwecks geringerer Belastung kleiner Batterien sind bei allen bisherigen und neuen Modi von der jeweiligen Abstimmung von Master und Slave abhängig.Details on reducing energy consumption in order to reduce the load on small batteries depend on the respective coordination of master and slave in all previous and new modes.

SicherheitsmodiSecurity modes

Der Bluetooth-Standard definiert folgende drei Sicherheitsstufen, von der unsichersten angefangen hin zur sichersten:

  • • Modus 1 (Non-Secure Mode): In diesem Modus gibt es keine Sicherheitsmechanismen. Die Geräte wechseln nur fortlaufend die Frequenz, um das Abhören zu erschweren.
  • • Modus 2 (Service-Level Enforced Security): In diesem Modus liegt es bei den benutzten Diensten, auf dem Application Layer Sicherheitsmechanismen durchzusetzen. Dienste können für alle Geräte offen sein, nur eine Authentifizierung vorsehen oder noch zusätzlich eine Autorisierung erfordern.[10]
  • • Modus 3 (Link-Level Enforced Security): In diesem Modus findet schon beim Verbindungsaufbau eine Authentifizierung auf dem Link Layer statt. Verschlüsselung ist optional.[11]
The Bluetooth standard defines the following three security levels, from the least secure to the most secure:
  • • Mode 1 (Non-Secure Mode): There are no security mechanisms in this mode. The devices only change the frequency continuously to make listening difficult.
  • • Mode 2 (Service-Level Enforced Security): In this mode it is up to the services used to enforce security mechanisms on the application layer. Services can be open to all devices, only provide authentication or additionally require authorization. [10]
  • • Mode 3 (Link-Level Enforced Security): In this mode, authentication takes place on the link layer when the connection is established. Encryption is optional. [11]

Viele Mobiltelefone können per Bluetooth Daten übertragen. Böswillige Angreifer können unter Umständen per Bluetooth durch unvorsichtig konfigurierte Geräte oder fehlerhafte Implementierungen des Bluetooth-Protokolls in den Geräten hohen finanziellen Schaden durch den Anruf kostenpflichtiger Telefon- und SMS-Dienste verursachen, private Nutzerdaten lesen, Telefonbucheinträge schreiben und die Liste angerufener Nummern zwecks Vertuschung manipulieren. Allgemeine, geräteunabhängige DoS-Angriffe auf Netzwerkprotokollebene sind mit einfachen Mitteln möglich (z. B. „Ping“-Anforderungen mit großen Paketen).[12] Many mobile phones can transmit data via Bluetooth. Malicious attackers can cause high financial damage via Bluetooth through carelessly configured devices or incorrect implementations of the Bluetooth protocol in the devices by calling paid telephone and SMS services, read private user data, write phone book entries and manipulate the list of called numbers for cover-up . General, device-independent DoS attacks at the network protocol level are possible with simple means (eg "ping" requests with large packets). [12]

Bluetooth-ProtokollstapelBluetooth protocol stack

Bluetooth-Protokollstapel sind Softwarepakete mit Treibern, die eine Verbindung mit Bluetooth-Geräten ermöglichen und Dienste zur Verwendung unterschiedlicher Bluetooth-Profile enthalten. Welchen Stack man benutzen kann, hängt vom Treiber und vom verbauten Chip ab.Bluetooth protocol stacks are software packages with drivers that enable connection to Bluetooth devices and contain services for using different Bluetooth profiles. Which stack you can use depends on the driver and the chip installed.

Die bekanntesten Protokollstapel bzw. deren Hersteller sind:

  • • Affix
  • • BlueFRITZ! von AVM (Entwicklung eingestellt)
  • • BlueSoleil von IVT
  • • BlueZ (Standard unter Linux)
  • • In The Hand
  • • IwBT
  • • Microsoft
  • • Stollmann
  • • Toshiba[13]
  • • Widcomm von Broadcom
The best known protocol stacks and their manufacturers are:
  • • Affix
  • • BlueFRITZ! by AVM (development discontinued)
  • • BlueSoleil from IVT
  • • BlueZ (standard under Linux)
  • • In The Hand
  • • IwBT
  • • Microsoft
  • • Stollmann
  • • Toshiba [13]
  • • Broadcom Widcomm

Bluetooth-Stack ist auch eine Bezeichnung für Softwarepakete, die für die Entwicklung von Java-Anwendungen mit Bluetooth-Funktionalität benötigt werden. Soll beispielsweise eine J2ME-Anwendung mit einem J2SE-Server kommunizieren können, wird neben einem Bluetooth-Treiber (s. o.) ein Bluetooth-Stack als Schnittstelle zwischen dem Treiber (z. B. Widcomm) und Java benötigt. Bluetooth-Stacks für Java sind beispielsweise:

  • • Avetana
  • • BlueCove
Bluetooth stack is also a term for software packages that are required for the development of Java applications with Bluetooth functionality. For example, if a J2ME application should be able to communicate with a J2SE server, a Bluetooth stack (see above) and a Bluetooth stack are required as an interface between the driver (e.g. Widcomm) and Java. Examples of Bluetooth stacks for Java are:
  • • Avetana
  • • BlueCove

Bluetooth-Profile
→ Hauptartikel: Bluetooth-Profile
Bluetooth profiles
→ Main article: Bluetooth profiles

Daten werden zwischen Bluetooth-Geräten gemäß sogenannten Profilen ausgetauscht, die für die Steuerung bestimmter Dienste als Schicht über der Protokollschicht festgelegt sind. Sobald eine Bluetooth-Verbindung aufgebaut wird, wählen die Geräte das jeweils benutzte Profil aus und legen damit fest, welche Dienste sie für die jeweiligen anderen Partner zur Verfügung stellen müssen und welche Daten oder Befehle sie dazu benötigen. Ein Headset fordert beispielsweise von einem Bluetooth kompatiblen Mobiltelefon einen Audiokanal an und steuert über zusätzliche Datenkanäle die Lautstärkeeinstellung oder -regelung.Data is exchanged between Bluetooth devices according to so-called profiles, which are defined as a layer above the protocol layer for the control of certain services. As soon as a Bluetooth connection is established, the devices select the respective profile used and thus determine which services they have to provide for the respective other partners and which data or commands they require. For example, a headset requests an audio channel from a Bluetooth-compatible mobile phone and controls the volume setting or control via additional data channels.

Geschichtehistory

Schon seit den späten 1980ern gibt es verschiedene Bestrebungen, das Kabelgewirr rund um eine Computerinstallation durch Funkperipherie (z. B. Funktastaturen, Drucker mit Infrarotschnittstelle etc.) zu vermeiden. Verschiedene Unzulänglichkeiten (hoher Stromverbrauch, gegenseitige Störungen usw.) und vor allem fehlende Standards verhinderten den Durchbruch dieser Anfänge.Since the late 1980s, there have been various efforts to avoid the tangle of cables surrounding a computer installation using radio peripherals (e.g. radio keyboards, printers with an infrared interface, etc.). Various shortcomings (high power consumption, mutual interference, etc.) and above all the lack of standards prevented these beginnings from breaking through.

Damals war neben der Funktechnik die Infrarottechnik sehr beliebt, und es sah so aus, als ob sich letztere durchsetzen würde. Um ein herstellerübergreifendes Protokoll zu entwickeln, schlossen sich im August 1993 ca. 30 Unternehmen zusammen (darunter HP, IBM, Digital) und gründeten die Infrared Data Association (IrDA). Ziel war es, ein einheitliches Protokoll für die Datenübertragung per Infrarot zu schaffen. Zahlreiche Erkenntnisse aus der IrDA-Entwicklung flossen später auch in den neugewonnenen Bluetooth-Funkstandard ein.At that time, infrared technology was very popular in addition to radio technology, and it looked as if the latter would prevail. In August 1993, around 30 companies (including HP, IBM, Digital) merged to develop a cross-vendor protocol and founded the Infrared Data Association (IrDA). The aim was to create a uniform protocol for data transmission via infrared. Numerous insights from the IrDA development later flowed into the newly acquired Bluetooth radio standard.

Doch hatte die IrDA-Technik mit einem zentralen Nachteil zu kämpfen: Den erforderlichen Sichtkontakt zwischen Sender und Empfänger. Daher wurde 1994 die Firma Ericsson mit einer Machbarkeitsstudie beauftragt, die einen funkbasierten Ersatz für Kabelverbindungen finden sollte. Die Studie lieferte ein positives Ergebnis, und 1998 gründeten Ericsson, Nokia, IBM, Toshiba und Intel die Bluetooth Special Interest Group (SIG) zur Ausarbeitung eines Standards, der verbindliche Spezifikationen festlegte. Als erste endgültige Spezifikation veröffentlichte die SIG Version 1.0a im Juli 1999, Version 1.0b folgte im Dezember desselben Jahres. Erst im Februar 2001 wurde der Standard in der Version 1.1 vorgelegt. Dieser galt als die erste solide Basis für marktgerechte Produkte, da die Vorversionen eine Reihe von Ungenauigkeiten und Fehlern aufwiesen.However, the IrDA technology had to struggle with a central disadvantage: the necessary visual contact between the transmitter and the receiver. Therefore, in 1994 the company Ericsson was commissioned to carry out a feasibility study to find a radio-based replacement for cable connections. The study produced a positive result, and in 1998 Ericsson, Nokia, IBM, Toshiba and Intel founded the Bluetooth Special Interest Group (SIG) to develop a standard that laid down binding specifications. As the first final specification, SIG released version 1.0a in July 1999, version 1.0b followed in December of the same year. Only in February 2001, version 1.1 of the standard was presented. This was considered to be the first solid basis for marketable products because the previous versions had a number of inaccuracies and errors.

Die Namensgebung „Bluetooth“ ist eine Hommage an den dänischen Wikingerkönig Harald Blauzahn, der für seine Kommunikationsfähigkeit bekannt war. Ihm gelang es im 10. Jahrhundert, Dänemark weitgehend zu vereinen und zu christianisieren.[14] Der Name „Bluetooth“ war ursprünglich ein Codename für die entwickelte Technik, der später mangels guter Alternativen auch als Markenname verwendet wurde. Die Wahl eines skandinavischen Namensgebers erfolgte wegen der hohen Beteiligung der Firmen Ericsson und Nokia an der Bluetooth-Entwicklung.The name "Bluetooth" pays homage to the Danish Viking king Harald Blauzahn, who was known for his communication skills. He succeeded in largely unifying and Christianizing Denmark in the 10th century. [14] The name "Bluetooth" was originally a code name for the developed technology, which was later due to lack of good alternatives used as a brand name. The Scandinavian namesake was chosen because of the high level of participation by Ericsson and Nokia in Bluetooth development.

Ältere Bluetooth-VersionenOlder Bluetooth versions

Eine Auswahl wichtiger Eigenschaften der bisherigen Bluetooth-Versionen, die inzwischen allesamt nicht mehr der letzten Überarbeitung zur Version 4.0 vom Dezember 2009 (s. o.) entsprechen, sind:

  • • Bluetooth 1.0 und 1.0B (Juli 1999) Enthielt Sicherheitsprobleme durch Bluetooth Hardware Device Address Transmission (BD_ADDR); maximale Datenübertragungsrate von 732,2 kbit/s
  • • Bluetooth 1.1 (Februar 2001) Indikator für die Signalstärke hinzugefügt Received Signal Strength Indication (RSSI); maximale Datenübertragungsrate von 732,2 kbit/s
  • • Bluetooth 1.2 (November 2003) Weniger empfindlich gegen statische Störer (zum Beispiel WLAN) durch Adaptive Frequency-Hopping spread spectrum (AFH); neue Pakettypen für synchrone Übertragung (eSCO); maximale Datenübertragungsrate von 1 Mbit/s
  • • Bluetooth 2.0 + EDR (November 2004) Etwa dreifache Datenübertragungsgeschwindigkeit durch Enhanced Data Rate (EDR) mit maximal 2,1 Mbit/s; abwärtskompatibel, d. h., es können gleichzeitig EDR- und Nicht-EDR-Verbindungen bedient werden.
  • • Bluetooth 2.1 + EDR (auch Lisbon Release genannt, August 2007) Neue Funktionen wie Secure Simple Pairing, Quality of Service.
  • • Bluetooth 3.0 + HS (auch Seattle Release genannt, April 2009) Für diese Version ist die Unterstützung eines zusätzlichen Highspeed (HS)-Kanals auf Basis von WLAN und UWB verfügbar. Die Nutzung von WLAN ist dabei lokal deutlich eingeschränkt. Die Kommunikation funktioniert zwischen einzelnen Geräten (Peer-to-Peer) und nicht durch Verteilung (Multicast). Dafür braucht sich der Nutzer auch nicht anzumelden, die L2CAP-Protokollschicht wurde erweitert, um neben dem Standard-Bluetooth-Kanal zusätzlich diesen Highspeed-Kanal zu unterstützen. Damit kann eine theoretische Übertragungsrate von 24 Mbit/s erreicht werden. Bei UWB (Ultrabreitband) als physikalische Übertragungsart (basierend auf der Spezifikation ECMA-368) und WiMedia MAC als Protokollschicht waren bis zu 480 Mbit/s geplant. Auf dieser Spezifikation hätten auch andere Protokolle wie WUSB und IP aufgesetzt werden sollen. Die Spezifikation wurde im Oktober 2009 aufgegeben.[15]
  • • Bluetooth 3.0 + EDR „EDR“ steht für „Enhanced Data rate“.[16]
A selection of important properties of the previous Bluetooth versions, all of which no longer correspond to the last revision of version 4.0 from December 2009 (see above) are:
  • • Bluetooth 1.0 and 1.0B (July 1999) Contained security problems due to Bluetooth Hardware Device Address Transmission (BD_ADDR); maximum data transfer rate of 732.2 kbit / s
  • • Bluetooth 1.1 (February 2001) signal strength indicator added Received Signal Strength Indication (RSSI); maximum data transfer rate of 732.2 kbit / s
  • • Bluetooth 1.2 (November 2003) Less sensitive to static interferers (for example WLAN) due to Adaptive Frequency-Hopping spread spectrum (AFH); new packet types for synchronous transmission (eSCO); maximum data transfer rate of 1 Mbit / s
  • • Bluetooth 2.0 + EDR (November 2004) Approximately three times the data transfer speed thanks to Enhanced Data Rate (EDR) with a maximum of 2.1 Mbit / s; downward compatible, ie EDR and non-EDR connections can be operated simultaneously.
  • • Bluetooth 2.1 + EDR (also called Lisbon Release, August 2007) New functions such as Secure Simple Pairing, Quality of Service.
  • • Bluetooth 3.0 + HS (also called Seattle Release, April 2009) Support for an additional high-speed (HS) channel based on WLAN and UWB is available for this version. The use of WLAN is significantly restricted locally. Communication works between individual devices (peer-to-peer) and not through distribution (multicast). The user does not need to register for this, the L2CAP protocol layer has been expanded to support this high-speed channel in addition to the standard Bluetooth channel. This enables a theoretical transmission rate of 24 Mbit / s to be achieved. Up to 480 Mbit / s were planned for UWB (ultra broadband) as the physical transmission type (based on the ECMA-368 specification) and WiMedia MAC as the protocol layer. Other protocols such as WUSB and IP should have been based on this specification. The specification was abandoned in October 2009. [15]
  • • Bluetooth 3.0 + EDR "EDR" stands for "Enhanced Data Rate". [16]

Bluetooth 4.0Bluetooth 4.0

Die Spezifikation 4.0 wurde am 17. Dezember 2009 verabschiedet. Mit diesem Standard wurde erstmals der Protokollstapel Low Energy verfügbar[17] und neue Profile zu Low Energy kamen seitdem laufend hinzu. Entsprechende Chips waren in kleinen Stückzahlen bereits ab dem 4. Quartal 2010 verfügbar, weitere Hinweise ließen mit Bluetooth 4.0 ausgestattete Mobiltelefone ab dem 1. Quartal 2011 erwarten. Im Juni 2011 schließlich waren Bluetooth-4.0-konforme Chips bereits von Atheros, CSR, Nordic Semiconductor,[18] Texas Instruments, Toshiba sowie EM Microelectronic Marin[19][20] verfügbar.

  • • Der Standard 4.0 ist abwärtskompatibel mit allen Vorgänger-Versionen.[21] Für Verbindungen mit den bisherigen Protokollen kommt eine verbesserte Fehlerkorrektur zum Einsatz, für das erforderliche Maß an Sicherheit soll eine AES-Verschlüsselung mit 128 Bit verwendet werden.
  • • Bluetooth Low Energy/Smart ist ein Teil des 4.0-Standards, bietet allerdings keine Abwärtskompatibilität. Dafür ist es möglich, in weniger als fünf Millisekunden eine Übertragung aufzubauen und diese bis zu einer Entfernung von 100 Metern aufrechtzuerhalten.
  • • Der wichtigste Vorteil bei Einsatz von Bluetooth Low Energy in neuen Endgeräten ist die Reduzierung des Stromverbrauchs durch Optimierungen, wie die kürzere Aufbauzeit für eine Übertragung oder die Schlafphasen zwischen den synchronisierten Sendezyklen. Allerdings können dadurch keine Audiodaten mehr übertragen werden.
  • • Hybride Geräte, die sowohl Bluetooth Classic als auch Bluetooth Low Energy unterstützen, werden „Smart Ready“ genannt.
Specification 4.0 was adopted on December 17, 2009. This standard made the Low Energy protocol stack available for the first time [17] and new Low Energy profiles have been added continuously since then. Corresponding chips were available in small numbers from the fourth quarter of 2010, further indications suggest that cell phones equipped with Bluetooth 4.0 can be expected from the first quarter of 2011. Finally, in June 2011, Bluetooth 4.0-compliant chips were already available from Atheros, CSR, Nordic Semiconductor, [18] Texas Instruments, Toshiba and EM Microelectronic Marin [19] [20] .
  • • The standard 4.0 is downward compatible with all previous versions. [21] Improved error correction is used for connections with the previous protocols, AES encryption with 128 bits is to be used for the required level of security.
  • • Bluetooth Low Energy / Smart is part of the 4.0 standard, but does not offer backward compatibility. It is possible to establish a transmission in less than five milliseconds and to maintain it up to a distance of 100 meters.
  • • The most important advantage when using Bluetooth Low Energy in new end devices is the reduction of power consumption through optimizations, such as the shorter setup time for a transmission or the sleep phases between the synchronized transmission cycles. However, audio data can no longer be transmitted as a result.
  • • Hybrid devices that support both Bluetooth Classic and Bluetooth Low Energy are called "Smart Ready".

Ankündigungen zur Verfügbarkeit von Endgeräten mit Bluetooth 4.0 blieben bis Mitte 2011 spekulativ und ohne Bestätigung der Lieferbarkeit.[22][23] Seitdem sind eine Vielzahl verschiedener Endgeräte unterschiedlicher Hersteller auf dem Markt, die den Bluetooth-4.0-Standard unterstützen. Da Android Bluetooth 4.0 erst in der Mitte 2013 erschienenen Version 4.3 unterstützt, kam es zwischenzeitlich zu der Situation, dass manche Mobiltelefone zwar hardwareseitig Bluetooth 4.0 unterstützten, dies aber mangels entsprechenden Bluetooth-Protokollstapels nicht nutzen konnten.[24] Announcements regarding the availability of devices with Bluetooth 4.0 remained speculative until mid-2011 and without confirmation of availability. [22] [23] Since then, a variety of different end devices from different manufacturers have been on the market that support the Bluetooth 4.0 standard. Since Android 4.0 only supported Bluetooth 4.0 in the middle of 2013, it came to the situation that some mobile phones supported Bluetooth 4.0 on the hardware side, but could not use this due to the lack of a corresponding Bluetooth protocol stack. [24]

Bluetooth 4.1 Bluetooth 4.1

Im Dezember 2013 wurde Version 4.1 der Bluetooth-Spezifikation veröffentlicht.[25] Direkt darauf wurden erste Geräte mit dem neuen Standard angekündigt, z. B. das Samsung Galaxy Note 4[26] und das Nexus 6.[27] Version 4.1 of the Bluetooth specification was released in December 2013. [25] Direct thereon were announced the first devices with the new standard, eg. B. the Samsung Galaxy Note 4 [26] and the Nexus 6. [27]

Bluetooth 4.2 SmartBluetooth 4.2 smart

Im Dezember 2014 wurde der Bluetooth-4.2-Standard vorgestellt. Hauptaugenmerk bei der Entwicklung waren erweiterte Sicherheitsmerkmale, eine höhere Übertragungsgeschwindigkeit und ein noch sparsamerer Bluetooth-„Low Energy“-Modus.[28] Neuere Geräte wie das Samsung Galaxy Note 5[29] und das Apple iPhone 6[30] unterstützen auch diesen Standard.The Bluetooth 4.2 standard was introduced in December 2014. The main focus during the development was extended security features, a higher transmission speed and an even more economical Bluetooth “Low Energy” mode. [28] Newer devices such as the Samsung Galaxy Note 5 [29] and the Apple iPhone 6 [30] also support this standard.

Bluetooth 5Bluetooth 5

Am 16. Juni 2016 wurde Bluetooth 5 offiziell angekündigt. Laut dieser Ankündigung soll die Reichweite vervierfacht (100 m) und die Datenrate verdoppelt (2 Mbit/s brutto ohne EDR) werden. Zusätzlich sollen neue Dienste wie Standortübermittlung eingeführt werden.[31] Die endgültige Verabschiedung fand am 6. Dezember 2016 statt.On June 16, 2016, Bluetooth 5 was officially announced. According to this announcement, the range should be quadrupled (100 m) and the data rate doubled (2 Mbit / s gross without EDR). In addition, new services such as location transfer are to be introduced. [31] The final adoption took place on 6 December 2016th

EinsatzbereicheAreas of application

Computercomputer

Zum Betrieb von Bluetooth am PC ist spezielle Hardware erforderlich. Manche Computer (zumeist Notebooks) haben diese bereits integriert, ansonsten sind auch kleine, an der USB-Schnittstelle angeschlossene Geräte oder PCMCIA-Karten für diesen Zweck erhältlich. Außerdem spielt das verwendete Betriebssystem eine entscheidende Rolle. Unter Microsoft Windows ist es seit Windows XP SP2 dank des mitgelieferten Microsoft Bluetooth-Stacks nicht mehr erforderlich, einen speziellen Treiber zu installieren. Eine größere Auswahl an unterstützenden Profilen hat man jedoch mit den Bluetooth-Stacks anderer Hersteller. Auch aktuelle Linux-Distributionen und Apple-Macintosh-Modelle unterstützen Bluetooth durch eigene, jeweils zertifizierte Bluetooth-Stacks. Wer einen PC mit Bluetooth zur Verfügung hat, kann außerdem mit der passenden Software andere Bluetooth-Geräte in Reichweite aufspüren und, je nach Funktionsumfang der Software, eine detaillierte Auflistung der offenen Dienste einsehen. Solche Software wird als Bluetooth-Scanner bezeichnet.Special hardware is required to operate Bluetooth on the PC. Some computers (mostly notebooks) have these already integrated, otherwise small devices or PCMCIA cards connected to the USB interface are also available for this purpose. The operating system used also plays a crucial role. Under Microsoft Windows, it is no longer necessary to install a special driver since Windows XP SP2 thanks to the included Microsoft Bluetooth stack. However, a larger selection of supporting profiles is available with the Bluetooth stacks from other manufacturers. Current Linux distributions and Apple Macintosh models also support Bluetooth through their own certified Bluetooth stacks. If you have a PC with Bluetooth available, you can also use the appropriate software to find other Bluetooth devices within range and, depending on the software's functional scope, view a detailed list of the open services. Such software is called a Bluetooth scanner.

Bluetooth-Anwendungen am ComputerBluetooth applications on the computer

  • • SCO-Audio: synchroner Headset-Betrieb (Skype, SIP usw.)• SCO audio: synchronous headset operation (Skype, SIP, etc.)
  • • AV- oder A2DP-Audio: HiFi-Musikwiedergabe geeignet zum Anschluss eines oder mehrerer Kopfhörer• AV or A2DP audio: HiFi music playback suitable for connecting one or more headphones
  • • Mobiltelefon-Synchronisation (Kontakte, Musikdateien, mobiler Internet-Zugang usw.)• Mobile phone synchronization (contacts, music files, mobile internet access, etc.)
  • • HID: Eingabegeräte wie Maus und Tastatur• HID: input devices such as mouse and keyboard
  • • Motion Capturing: Übertragung von Bewegungsdaten an den Auswertungscomputer (zum Beispiel Xsens MVN)• Motion capturing: transmission of motion data to the evaluation computer (for example Xsens MVN)
  • • Zwei-Faktor-Authentifizierung nach dem U2F-Standard der FIDO-Allianz• Two-factor authentication according to the U2F standard of the FIDO alliance

Freisprechanlagen und HeadsetsHandsfree kits and headsets

Viele Autoradios fungieren als Freisprechanlage, indem sie das Mobiltelefon über Bluetooth einbinden, so dass auf die Installation spezieller Handy-Halterungen im Auto verzichtet werden kann. Über Bluetooth kann nicht nur ein Anruf entgegengenommen werden, sondern auch gewählt und navigiert werden. Sinnvolle Zusatzinformationen wie Nummer des Anrufenden bzw. dessen Namen werden ebenfalls vom Handy-Adressbuch per Bluetooth an das Autoradio übertragen. Auch Freisprechanlagen außerhalb des Autos funktionieren über Bluetooth. Headsets, die über Bluetooth verbunden werden, können oft über eine entsprechende Taste auch eingehende Anrufe entgegennehmen.Many car radios act as hands-free systems by integrating the mobile phone via Bluetooth, so that there is no need to install special mobile phone holders in the car. Not only can a call be answered via Bluetooth, but it can also be dialed and navigated. Useful additional information such as the number of the caller or his name is also transferred from the mobile phone address book to the car radio via Bluetooth. Hands-free systems outside the car also work via Bluetooth. Headsets that are connected via Bluetooth can often also answer incoming calls using a corresponding button.

Die Unterstützung solcher Steuerfunktionen (z. B. Aktivierung des Sprachassistenten am Smartphone) variiert stark mit den verwendeten Geräten und ist abhängig von den Hersteller-Chips, resp. deren Programmierung gemäß den Möglichkeiten der entsprechenden Bluetooth-Protokollstapel.The support of such control functions (e.g. activation of the voice assistant on the smartphone) varies greatly with the devices used and depends on the manufacturer chips, resp. their programming according to the possibilities of the corresponding Bluetooth protocol stack.

Spielgeräte Playground equipment

Die Spielzeugindustrie verwendet diese Technik, um Puppen und Spielzeugtiere untereinander kommunizieren und interagieren zu lassen.The toy industry uses this technique to allow dolls and toy animals to communicate and interact with each other.

Auch die Controller der Nintendo Wii / Wii U / Switch, der PlayStation 3 / PlayStation 4, der Xbox One S / Xbox One X, Lego Mindstorms EV3 und der Ouya nutzen Bluetooth zur Kommunikation mit der Konsole.The controllers of the Nintendo Wii / Wii U / Switch, PlayStation 3 / PlayStation 4, Xbox One S / Xbox One X, Lego Mindstorms EV3 and the Ouya also use Bluetooth to communicate with the console.

Kommunikationcommunication

Bluetooth-Hotspots als Funkzelle ermöglichen einen schnurlosen Zugriff auf ein Netzwerk, wie das Internet oder ein Unternehmens-LAN. Audiogeräte ohne Bluetooth, insbesondere ältere Mobiltelefone und Festnetztelefone, können über einen angeschlossenen Adapter eingeschränkt um Bluetooth erweitert werden. Speziell für Motorradsprechanlagen wird in den letzten Jahren von vielen Herstellern[32][33][34] vermehrt Bluetooth eingesetzt, mit Reichweiten bis zu 1,6 km.[35] Besondere Vorteile sind sehr kleine Baugrößen und der Verzicht auf störende Kabel. Über Bluetooth können auch universelle zusätzliche Faktoren für die Zwei-Faktor-Authentifizierung mit Betriebssystemen oder Webbrowsern kommunizieren, wie zum Beispiel Security-Tokens für den offenen U2F-Standard der FIDO-Allianz.Bluetooth hotspots as radio cells enable cordless access to a network, such as the Internet or a company LAN. Audio devices without Bluetooth, in particular older cell phones and landline phones, can be expanded to include Bluetooth via a connected adapter. In recent years, many manufacturers [32] [33] [34] have increasingly used Bluetooth, especially for motorcycle intercom systems, with ranges of up to 1.6 km. [35] Particular advantages are very small sizes and the absence of annoying cables. Universal additional factors for two-factor authentication can also communicate with operating systems or web browsers via Bluetooth, such as security tokens for the open U2F standard of the FIDO alliance.

IndustrieIndustry

Aufgrund des eingesetzten adaptiven Frequenzsprungverfahrens (AFH) bietet Bluetooth eine sehr zuverlässige und störungsresistente Funkverbindung. Dieser Vorteil von Bluetooth gegenüber anderen Funktechniken wurde frühzeitig von verschiedenen Herstellern für Automatisierungsprodukte (z. B. Phoenix Contact, WAGO Kontakttechnik GmbH & Co. KG, Schildknecht AG) erkannt. Daraufhin wurden Bluetooth-basierende Industrieprodukte entwickelt, die in verschiedensten Bereichen der Industrie eingesetzt werden, um kabellos zwischen verschiedenen Komponenten in Maschinen zu kommunizieren. Mittlerweile hat die PROFIBUS Nutzerorganisation e. V. (PNO) Bluetooth neben WLAN als Trägerverfahren für kabellose Übertragung von PROFINET-Datenpaketen auf der Feldbus-Ebene definiert. Auf der Sensor/Aktor-Ebene wurde im PNO-Standard WSAN-FA ebenfalls 802.15.1 als Trägertechnologie verwendet, jedoch mit einem anderen Protokollstack.[36] Auch die Vereinigung CAN in Automation (CiA) plant die Spezifikation eines auf Bluetooth basierenden Systems für die kabellose Übertragung von CAN-Telegrammen. Insgesamt untermauern die Standardisierungsbestrebungen die Tauglichkeit von Bluetooth für die industrielle Automation.Due to the adaptive frequency hopping (AFH) method used, Bluetooth offers a very reliable and interference-resistant radio connection. This advantage of Bluetooth over other radio technologies was recognized early on by various manufacturers of automation products (e.g. Phoenix Contact, WAGO Kontakttechnik GmbH & Co. KG, Schildknecht AG). As a result, Bluetooth-based industrial products were developed that are used in a wide variety of areas of industry to communicate wirelessly between different components in machines. In the meantime, the PROFIBUS User Organization e. V. (PNO) Bluetooth is defined alongside WLAN as the carrier method for wireless transmission of PROFINET data packets at the fieldbus level. At the sensor / actuator level, 802.15.1 was also used as carrier technology in the PNO standard WSAN-FA, but with a different protocol stack. [36] The CAN in Automation (CiA) association also plans to specify a Bluetooth-based system for the wireless transmission of CAN telegrams. Overall, the standardization efforts underpin the suitability of Bluetooth for industrial automation.

HaustechnikHouse technic

Im Bereich Hausautomation und Alarmsysteme gibt es Produkte, welche Bluetooth 2.0 nutzen.In the field of home automation and alarm systems, there are products that use Bluetooth 2.0.

Eine weitere Anwendung ist Bluetooth als Schlüssel, wofür jedes Bluetooth-fähige Gerät als Schlüssel eingesetzt werden kann. Es ist hierfür keine weitere Software auf den Geräten (Mobiltelefone) notwendig.Another application is Bluetooth as a key, for which any Bluetooth-capable device can be used as a key. No additional software is required on the devices (mobile phones) for this.

MedizintechnikMedical technology

In der Orthopädietechnik wird Bluetooth zur Einstellung moderner Arm- und Beinprothesen verwendet. Einstellungen wie Standphasendämpfung und Maximallast lassen sich per Bluetooth vornehmen.In orthopedic technology, Bluetooth is used to adjust modern arm and leg prostheses. Settings such as stance phase damping and maximum load can be made via Bluetooth.

Hörgeräte in höheren Preisklassen sind ebenfalls mit Bluetooth-Empfängern erhältlich. Damit lassen sich die Signale von Mobiltelefonen und Audio-Geräten selektiv über einen Transponder ohne umgebungsbedingte Verzerrungen auf das Hörgerät übertragen. Der Transponder kommuniziert über Bluetooth und überträgt die Informationen in den Funkbereich der Hörgeräte.[37] Hearing aids in higher price ranges are also available with Bluetooth receivers. This means that the signals from mobile phones and audio devices can be selectively transmitted to the hearing aid via a transponder without environmental distortions. The transponder communicates via Bluetooth and transmits the information into the radio area of the hearing aids. [37]

Bei einigen Insulinpumpen dient Bluetooth als Schnittstelle zur Kommunikation mit einem Blutzuckermessgerät, einer Fernbedienung oder einem Personalcomputer.With some insulin pumps, Bluetooth serves as an interface for communication with a blood glucose meter, a remote control or a personal computer.

AnmerkungenRemarks

„HID Proxy Mode“ für Computer ohne Bluetooth-Unterstützung"HID Proxy Mode" for computers without Bluetooth support

Üblicherweise stehen die Bluetooth-Eingabegeräte erst dann zur Verfügung, wenn das Betriebssystem und dessen Bluetooth-Stack geladen sind. Dadurch ist es nicht möglich, mit einer Bluetooth-Tastatur z. B. vor dem Laden des Betriebssystems Einstellungen im BIOS oder im UEFI-Einstellungsmenü vorzunehmen oder den PC per „Wake up on Keyboard“-Funktion aus dem S4-Ruhemodus zu wecken oder aus dem ausgeschalteten Modus einzuschalten. Zudem ist bei einigen Systemen das Nachrüsten einer Bluetooth-Schnittstelle aus verschiedenen Gründen nicht problemlos möglich. Dazu gehören viele Smart-TVs, viele Microcontroller-Boards, NAS-Systeme, Rack-Server.The Bluetooth input devices are usually only available when the operating system and its Bluetooth stack are loaded. As a result, it is not possible to use a Bluetooth keyboard e.g. For example, make settings in the BIOS or in the UEFI settings menu before loading the operating system, or wake the PC from the S4 sleep mode using the "Wake up on Keyboard" function or switch it on from the switched-off mode. In addition, retrofitting a Bluetooth interface is not possible with some systems for various reasons. This includes many smart TVs, many microcontroller boards, NAS systems, rack servers.

Einige Bluetooth-Adapter überwinden diese Probleme durch den „HID Proxy Mode“. Durch einen Mikrocontroller stellen solche Adapter selbst einen Bluetooth-Stack für Bluetooth-Eingabegeräte zur Verfügung. Diese Geräte können sich mit dem Bluetooth-Adapter vor dem Laden des Betriebssystems verbinden und somit für die Wake-Up-on-Keyboard-Funktion oder Änderungen im BIOS oder im UEFI-Einstellungsmenü verwendet werden. Der Bluetooth-Adapter gibt sich dabei dem BIOS und der UEFI-Firmware gegenüber als normales USB-HID-Eingabegerät aus. Er übergibt die BT-Funktionalität an das Betriebssystem, sobald dessen Bluetooth-Treiber und Bluetooth-Stack geladen sind, womit dann neben Bluetooth-Eingabegeräten auch andere Bluetooth-Geräte verwendet werden können.[38][39] Some Bluetooth adapters overcome these problems with the "HID Proxy Mode". By means of a microcontroller, such adapters themselves provide a Bluetooth stack for Bluetooth input devices. These devices can connect to the Bluetooth adapter before loading the operating system and can thus be used for the wake-up-on-keyboard function or changes in the BIOS or in the UEFI settings menu. The Bluetooth adapter presents itself to the BIOS and the UEFI firmware as a normal USB HID input device. It transfers the BT functionality to the operating system as soon as its Bluetooth driver and Bluetooth stack are loaded, which means that other Bluetooth devices can also be used in addition to Bluetooth input devices. [38] [39]

Die UEFI-Firmware könnte auch selbst einen Bluetooth-Stack für Bluetooth-Eingabegeräte zur Verfügung stellen, so dass Bluetooth-Eingabegeräte auch ohne HID-Proxy-Mode-Unterstützung bereits im UEFI-Menü verwendet werden können. Eine konkrete Implementierung eines Bluetooth-Stacks für die UEFI-Firmware von Hauptplatinen ist allerdings noch nicht bekannt.The UEFI firmware could also itself provide a Bluetooth stack for Bluetooth input devices, so that Bluetooth input devices can already be used in the UEFI menu even without HID proxy mode support. However, a concrete implementation of a Bluetooth stack for the UEFI firmware of motherboards is not yet known.

RouterRouter

Router (['ru:tә(r)] oder ['ra

Figure DE102018010197A1_0003
tә(r)]) oder Netzwerkrouter sind Netzwerkgeräte, die Netzwerkpakete zwischen mehreren Rechnernetzen weiterleiten können. Sie werden am häufigsten zur Internetanbindung, zur sicheren Kopplung mehrerer Standorte (Virtual Private Network) oder zur direkten Kopplung mehrerer lokaler Netzwerksegmente, gegebenenfalls mit Anpassung an unterschiedliche Netzwerktechniken eingesetzt (Ethernet, DSL, PPPoE, ISDN, ATM etc.).Router (['ru: tә (r)] or [' ra
Figure DE102018010197A1_0003
tә (r)]) or network routers are network devices that can forward network packets between several computer networks. They are most often used for Internet connection, for the secure coupling of several locations (virtual private network) or for the direct coupling of several local network segments, possibly with adaptation to different network technologies (Ethernet, DSL, PPPoE, ISDN, ATM etc.).

Router treffen ihre Weiterleitungsentscheidung anhand von Informationen aus der Netzwerk-Schicht 3 (für das IP-Protokoll ist das der Netzwerkanteil in der IP-Adresse). Viele Router übersetzen zudem zwischen privaten und öffentlichen IP-Adressen (Network Address Translation, Port Address Translation, NAT/PAT) oder bilden Firewall-Funktionen durch ein Regelwerk ab.Routers make their forwarding decisions based on information from network layer 3 (for the IP protocol this is the network part in the IP address). Many routers also translate between private and public IP addresses (Network Address Translation, Port Address Translation, NAT / PAT) or map firewall functions using a set of rules.

Die für die Kopplung von Heimnetzwerken ans Internet ausgelegten Router nennt man auch Internetrouter.The routers designed to connect home networks to the Internet are also called Internet routers.

Router arbeiten auf Schicht 3 (Vermittlungsschicht/Network Layer) des OSI-Referenzmodells. Ein Router besitzt mindestens eine Schnittstelle (englisch Interface), die Netze anbindet. Schnittstellen können auch virtuell sein, wenn diese z. B. zum Vermitteln von Daten zwischen virtuellen Netzen (VLAN) verwendet werden. Beim Eintreffen von Datenpaketen muss ein Router anhand der OSI-Schicht-3-Zieladresse (z. B. der Netzanteil der IP-Adresse) den besten Weg zum Ziel und damit die passende Schnittstelle bestimmen, über welche die Daten weiterzuleiten sind. Dazu bedient er sich einer lokal vorhandenen Routingtabelle, die angibt, über welchen Anschluss des Routers oder welchen lokalen oder entfernten Router welches Netz erreichbar ist.Routers work on layer 3 (network layer) of the OSI reference model. A router has at least one interface (English interface) that connects networks. Interfaces can also be virtual if they are e.g. B. can be used to mediate data between virtual networks (VLAN). When data packets arrive, a router must use the OSI layer 3 destination address (e.g. the network portion of the IP address) to determine the best route to the destination and thus the appropriate interface via which the data is to be forwarded. To do this, he uses a locally available routing table, which specifies which connection of the router or which local or remote router can be used to access which network.

Router können Wege auf drei verschiedene Arten lernen und mit diesem Wissen die Routingtabelleneinträge erzeugen.

  • • direkt mit der Schnittstelle verbundene Netze: Sie werden automatisch in eine Routingtabelle übernommen, wenn ein Interface mit einer IP-Adresse konfiguriert wird und dieses Interface aktiv ist („link up“).
  • • statische Routen: Diese Wege werden durch einen Administrator eingetragen. Sie dienen zum einen der Sicherheit, sind andererseits nur verwaltbar, wenn ihre Zahl begrenzt ist. Die Skalierbarkeit ist für diese Methode ein limitierender Faktor.
  • • dynamische Routen: In diesem Fall lernen Router erreichbare Netze durch ein Routingprotokoll, das Informationen über das Netzwerk und seine Teilnehmer sammelt und an die Mitglieder verteilt.
Routers can learn paths in three different ways and use this knowledge to create the routing table entries.
  • • Networks directly connected to the interface: They are automatically transferred to a routing table if an interface is configured with an IP address and this interface is active ("link up").
  • • Static routes: These routes are entered by an administrator. On the one hand, they serve security, on the other hand, they can only be managed if their number is limited. Scalability is a limiting factor for this method.
  • • Dynamic routes: In this case, routers learn accessible networks through a routing protocol that collects information about the network and its participants and distributes it to the members.

Die Routingtabelle ist in ihrer Funktion einem Adressbuch vergleichbar, in dem nachgeschlagen wird, ob ein Ziel-IP-Netz bekannt ist, also ob ein Weg zu diesem Netz existiert und, wenn ja, welche lokale Schnittstelle der Router zur Vermittlung der Daten zu diesem verwenden soll. Die Routing-Entscheidung erfolgt üblicherweise nach der Signifikanz der Einträge; spezifischere Einträge werden vor weniger spezifischen gewählt. Eine vorhandene Default-Route stellt dabei die am wenigsten spezifische Route dar, welche dann genutzt wird, wenn zuvor kein spezifischer Eintrag für das Ziel(-Netz) existiert. Bei einem Bezug der gesamten Internet-RoutingTabelle im Rahmen des Inter-AS-Routing ist es üblich, keine Default-Route vorzuhalten.The function of the routing table is comparable to that of an address book, in which it is looked up whether a destination IP network is known, i.e. whether there is a way to this network and, if so, which local interface the router uses to transmit the data to it should. The routing decision is usually made based on the significance of the entries; more specific entries are chosen before less specific ones. An existing default route represents the least specific route, which is then used if there is no specific entry for the destination (network) beforehand. When referring to the entire Internet routing table as part of the Inter-AS routing, it is common not to keep a default route.

Einige Router beherrschen englisch Policy Based Routing (für strategiebasiertes Routing). Dabei wird die Routingentscheidung nicht notwendigerweise auf Basis der Zieladresse (OSI-Layer 3) getroffen, sondern es können auch andere Kriterien des Datenpaketes berücksichtigt werden. Hierzu zählen beispielsweise die Quell-IP- Adresse, Qualitätsanforderungen oder Parameter aus höheren Schichten wie TCP oder UDP. So können zum Beispiel Pakete, die HTTP (Web) transportieren, einen anderen Weg nehmen als Pakete mit SMTP-Inhalten (Mail).Some routers speak English Policy Based Routing (for strategy-based routing). The routing decision is not necessarily made on the basis of the destination address (OSI layer 3), but other criteria of the data packet can also be taken into account. These include, for example, the source IP address, quality requirements or parameters from higher layers such as TCP or UDP. For example, packets that transport HTTP (web) can take a different route than packets with SMTP content (mail).

Router können nur für Routing geeignete Datenpakete, also von routingfähigen Protokollen, wie IP (IPv4 oder IPv6) oder IPX/SPX, verarbeiten. Andere Protokolle, wie das ursprünglich von MS-DOS und MS-Windows benutzte NetBIOS und NetBEUI, die nur für kleine Netze gedacht waren und von ihrem Design her nicht routingfähig sind, werden von einem Router standardmäßig nicht weitergeleitet. Es besteht jedoch die Möglichkeit, solche Daten über Tunnel und entsprechende Funktionen, wie Datalink Switching (DLSw), an entfernte Router zu vermitteln und dort dem Ziel zuzustellen. Pakete aus diesen Protokollfamilien werden in aller Regel durch Systeme, die auf Schicht 2 arbeiten, also Bridges oder Switches, verarbeitet. Professionelle Router können bei Bedarf diese Bridge-Funktionen wahrnehmen und werden Layer-3-Switch genannt. Als Schicht-3-System enden am Router alle Schicht-2-Funktionen, darunter die Broadcastdomäne. Das ist insbesondere in großen lokalen Netzen wichtig, um das Broadcast-Aufkommen für die einzelnen Teilnehmer eines Subnetzes gering zu halten. Sollen allerdings Broadcast-basierte Dienste, wie beispielsweise DHCP, über den Router hinweg funktionieren, muss der Router Funktionen bereitstellen, die diese Broadcasts empfangen, auswerten und gezielt einem anderen System zur Verarbeitung zuführen können (Relay-Agent-Funktion).Routers can only process data packets suitable for routing, i.e. from routable protocols such as IP (IPv4 or IPv6) or IPX / SPX. Other protocols, such as the NetBIOS and NetBEUI originally used by MS-DOS and MS-Windows, which were only intended for small networks and are not routable by design, are not forwarded by a router by default. However, it is possible to transmit such data to tunnels and corresponding functions, such as data link switching (DLSw), to remote routers and deliver them to the destination there. Packets from these protocol families are usually processed by systems working on layer 2, i.e. bridges or switches. Professional routers can perform these bridge functions when required and are called layer 3 switches. As a layer 3 system, all layer 2 functions end at the router, including the broadcast domain. This is particularly important in large local networks in order to keep the broadcast volume low for the individual participants in a subnet. However, if broadcast-based services, such as DHCP, are to function across the router, the router must provide functions that receive these broadcasts, evaluate them, and then route them to another system for processing (relay agent function).

Außerdem sind Ein- und Mehrprotokoll-Router (auch Multiprotokoll-Router) zu unterscheiden. Einprotokoll-Router sind nur für ein Netzwerkprotokoll wie IPv4 geeignet und können daher nur in homogenen Umgebungen eingesetzt werden. Multiprotokoll-Router beherrschen den gleichzeitigen Umgang mit mehreren Protokollfamilien, wie DECnet, IPX/SPX, SNA, IP und anderen. Heute dominieren IP-Router das Feld, da praktisch alle anderen Netzwerkprotokolle nur noch eine untergeordnete Bedeutung haben und, falls sie zum Einsatz kommen, oft auch gekapselt werden können (NetBIOS over TCP/IP, IP-encapsulated IPX). Früher hatten Mehrprotokoll-Router in größeren Umgebungen eine wesentliche Bedeutung, damals verwendeten viele Hersteller unterschiedliche Protokollfamilien, daher kam es unbedingt darauf an, dass vom Router mehrere Protokoll-Stacks unterstützt wurden. Multiprotokoll-Router finden sich fast ausschließlich in Weitverkehrs- oder ATM-Netzen.A distinction must also be made between single and multi-protocol routers (also multi-protocol routers). Single protocol routers are only suitable for a network protocol such as IPv4 and can therefore only be used in homogeneous environments. Multiprotocol routers master the simultaneous handling of several protocol families, such as DECnet, IPX / SPX, SNA, IP and others. Today IP routers dominate the field, since practically all other network protocols have only a subordinate meaning and, if they are used, can often also be encapsulated (NetBIOS over TCP / IP, IP-encapsulated IPX). In the past, multi-protocol routers were essential in larger environments, at that time many manufacturers used different protocol families, so it was essential that the router supported several protocol stacks. Multiprotocol routers are found almost exclusively in long-distance or ATM networks.

Wichtig ist die Unterscheidung zwischen den gerouteten Protokollen (wie Internet Protocol oder IPX) und Routing-Protokollen. Routing-Protokolle dienen der Verwaltung des Routing-Vorgangs und der Kommunikation zwischen den Routern, die so ihre Routing-Tabellen austauschen (beispielsweise BGP, RIP oder OSPF). Geroutete Protokolle hingegen sind die Protokolle, die den Datenpaketen, die der Router transportiert, zugrunde liegen.It is important to differentiate between the routed protocols (such as Internet Protocol or IPX) and routing protocols. Routing protocols are used to manage the routing process and the communication between the routers, which thus exchange their routing tables (for example, BGP, RIP or OSPF). Routed protocols, on the other hand, are the protocols that underlie the data packets that the router transports.

Typen (Bauformen)
Backbone-Router, Hardware-Router
Avaya ERS-8600
Types (designs)
Backbone router, hardware router
Avaya ERS-8600

Die Hochgeschwindigkeitsrouter (auch Carrier-Class-Router) im Internet (oder bei großen Unternehmen) sind heute hochgradig auf das Weiterleiten von Paketen optimierte Geräte, die viele Terabit Datendurchsatz pro Sekunde in Hardware routen können. Die benötigte Rechenleistung wird zu einem beträchtlichen Teil durch spezielle Netzwerkinterfaces dezentral erbracht, ein zentraler Prozessor (falls überhaupt vorhanden) wird nicht oder nur sehr wenig belastet. Die einzelnen Ports oder Interfaces können unabhängig voneinander Daten empfangen und senden. Sie sind entweder über einen internen Hochgeschwindigkeitsbus (Backplane) oder kreuzweise miteinander verbunden (Matrix). Meist sind solche Geräte für den Dauerbetrieb ausgelegt (Verfügbarkeit von 99,999 % oder höher) und besitzen redundante Hardware (Netzteile), um Ausfälle zu vermeiden. Üblich ist es auch, alle Teilkomponenten im laufenden Betrieb austauschen oder erweitern zu können (hot plug). In den frühen Tagen der Rechnervernetzung war es dagegen üblich, handelsübliche Workstations als Router zu benutzen, bei denen das Routing per Software implementiert war.The high-speed routers (also carrier-class routers) on the Internet (or for large companies) are today devices that are highly optimized for forwarding packets and can route many terabits of data throughput per second in hardware. The required computing power is largely provided decentrally by special network interfaces, a central processor (if any) is not or only very little used. The individual ports or interfaces can receive and send data independently of one another. They are either connected via an internal high-speed bus (backplane) or crosswise with one another (matrix). Such devices are usually designed for continuous operation (availability of 99.999% or higher) and have redundant hardware (power supplies) to avoid failures. It is also common to be able to replace or expand all sub-components during operation (hot plug). In the early days of computer networking, on the other hand, it was common to use standard workstations as routers in which routing was implemented by software.

Border-Router Border router

Ein Border-Router oder Edge-Router kommt meistens bei Internetdienstanbietern (Internet Service Provider) zum Einsatz. Er muss die Netze des Teilnehmers, der ihn betreibt, mit anderen Peers (Partner-Routern) verbinden. Auf diesen Routern läuft überwiegend das Routing-Protokoll BGP.A border router or edge router is mostly used by Internet service providers. It must connect the networks of the subscriber who operates it with other peers (partner routers). The routing protocol BGP predominantly runs on these routers.

Zur Kommunikation zwischen den Peers kommt meist das Protokoll EBGP (External Border Gateway Protocol) zum Einsatz, dieses ermöglicht dem Router den Datentransfer in ein benachbartes autonomes System.The EBGP (External Border Gateway Protocol) protocol is usually used for communication between the peers, which enables the router to transfer data to a neighboring autonomous system.

Um den eigenen Netzwerkverkehr zu priorisieren, setzen die Betreiber oft Type of Service Routing und Methoden zur Überwachung der Quality of Service (QoS) ein.To prioritize their own network traffic, operators often use type of service routing and methods for monitoring the quality of service (QoS).

High-End-SwitchesHigh-end switches

Bei manchen Herstellern (beispielsweise bei Hewlett-Packard) finden sich die Hochgeschwindigkeitsrouter (auch Carrier-Class-Router, Backbone-Router oder Hardware-Router) nicht unter einer eigenen Rubrik Router. Router werden dort gemeinsam mit den besser ausgestatteten Switches (Layer-3-Switch und höher, Enterprise Class) vermarktet. Das ist insoweit logisch, als Switches ab dem gehobenen Mittelklasse-Bereich praktisch immer die Routingfunktionalität beherrschen. Technisch sind das Systeme, die, ebenso wie die als Router bezeichneten Geräte, hochgradig auf das Weiterleiten von Paketen (Router: anhand der OSI-Schicht-3-Adresse wie die IP-Adresse, Switch: anhand der OSI-Schicht-2-Adresse, der MAC-Adresse) optimiert sind und viele Gigabit Datendurchsatz pro Sekunde bieten. Sie werden per Managementinterface konfiguriert und können wahlweise als Router, Switch und natürlich im Mischbetrieb arbeiten. In diesem Bereich verschwimmen auch finanziell die Grenzen zwischen beiden Geräteklassen mehr und mehr.For some manufacturers (for example, at Hewlett-Packard), the high-speed routers (including carrier-class routers, backbone routers or hardware routers) cannot be found under their own router section. Routers are marketed there together with the better equipped switches (Layer 3 switch and higher, Enterprise Class). This is logical insofar as switches from the upper middle class range practically always master the routing functionality. Technically, these are systems that, like the devices referred to as routers, rely heavily on the forwarding of packets (router: based on the OSI layer 3 address as the IP address, switch: based on the OSI layer 2 address , the MAC address) are optimized and offer many gigabit data throughput per second. They are configured via the management interface and can either work as a router, switch and, of course, in mixed operation. Financially, the boundaries between the two device classes are becoming increasingly blurred in this area.

Software-RouterSoftware router

Anstatt spezieller Routing-Hardware können gewöhnliche PCs, Laptops, Nettops, Unix-Workstations und -Server als Router eingesetzt werden. Die Funktionalität wird vom Betriebssystem übernommen und sämtliche Rechenoperation von der CPU ausgeführt. Alle POSIX-konformen Betriebssysteme beherrschen Routing von Haus aus und selbst MS-DOS konnte mit der Software KA9Q von Phil Karn mit Routing-Funktionalität erweitert werden.Instead of special routing hardware, ordinary PCs, laptops, nettops, Unix workstations and servers can be used as routers. The functionality is taken over by the operating system and all computing operations are carried out by the CPU. All POSIX-compliant operating systems master routing by default, and even MS-DOS could be expanded with routing functionality using the KA9Q software from Phil Karn.

Windows bietet in allen NT-basierten Workstation- und Server-Varianten (NT, 2000, XP, 2003, Vista, 7) ebenfalls Routing-Dienste. Die Serverversion von Apples Mac OS X enthält Router-Funktionalität.Windows also offers routing services in all NT-based workstation and server versions (NT, 2000, XP, 2003, Vista, 7). The server version of Apple's Mac OS X contains router functionality.

Das freie Betriebssystem OpenBSD (eine UNIX-Variante) bietet neben den eingebauten, grundlegenden Routingfunktionen mehrere erweiterte Routingdienste, wie OpenBGPD und OpenOSPFD, die in kommerziellen Produkten zu finden sind. Der Linux-Kernel enthält umfassende Routing-Funktionalität und bietet sehr viele Konfigurationsmöglichkeiten, kommerzielle Produkte sind nichts anderes als Linux mit proprietären Eigenentwicklungen. Es gibt ganze Linux-Distributionen, die sich speziell für den Einsatz als Router eignen, beispielsweise Smoothwall, IPCop oder Fli4l. Einen Spezialfall stellt OpenWrt dar, diese erlaubt es dem Benutzer eine Firmware zu erstellen, die auf einem embedded Gerät läuft und sich über SSH und HTTP konfigurieren lässt.In addition to the built-in, basic routing functions, the free operating system OpenBSD (a UNIX variant) offers several advanced routing services, such as OpenBGPD and OpenOSPFD, which can be found in commercial products. The Linux kernel contains extensive routing functionality and offers many configuration options, commercial products are nothing more than Linux with proprietary in-house developments. There are entire Linux distributions that are particularly suitable for use as routers, for example Smoothwall, IPCop or Fli4l. OpenWrt is a special case, this allows the user to create firmware that runs on an embedded device and can be configured via SSH and HTTP.

Der entscheidende Nachteil von Software-Routern auf PC-Basis ist der hohe Stromverbrauch. Gerade im SoHo-Bereich liegen die Stromkosten innerhalb eines Jahres höher als der Preis für ein embedded Gerät.The main disadvantage of PC-based software routers is their high power consumption. In the SoHo area in particular, electricity costs are higher than the price of an embedded device within one year.

DSL-RouterDSL router

Ein Router, der einen PPPoE-Client zur Einwahl in das Internet via xDSL eines ISPs beinhaltet und gegenwärtig Network Address Translation (NAT) in IPv4-Netzen zur Umsetzung einer öffentlichen IPv4-Adresse auf die verschiedenen privaten IPv4-Adressen des LANs beherrscht, wird als DSL-Router bezeichnet. Häufig sind diese DSL-Router als Multifunktionsgeräte mit einem Switch, einem WLAN Access Point, nicht selten mit einer kleinen TK-Anlage, einem VolP-Gateway oder einem DSL-Modem (xDSL jeglicher Bauart) ausgestattet.A router that includes a PPPoE client for dialing into the Internet via xDSL of an ISP and currently masters Network Address Translation (NAT) in IPv4 networks for converting a public IPv4 address to the various private IPv4 addresses of the LAN is known as DSL router. These DSL routers are often equipped as multifunction devices with a switch, a WLAN access point, not infrequently with a small telecommunications system, a VoIP gateway or a DSL modem (any type of xDSL).

Firewall-Funktionalität in DSL-Routern Firewall functionality in DSL routers

Fast alle DSL-Router sind heute NAT-fähig, mithin in der Lage Netzadressen zu übersetzen. Weil ein Verbindungsaufbau aus dem Internet auf das Netz hinter dem NAT-Router nicht ohne weiteres möglich ist, wird diese Funktionalität von manchen Herstellern bereits als NAT-Firewall bezeichnet, obwohl nicht das Schutzniveau eines Paketfilters erreicht wird.[1] Die Sperre lässt sich durch die Konfiguration eines Port Forwarding umgehen, was für manche Virtual Private Network- oder Peer-to-Peer-Verbindungen notwendig ist. Zusätzlich verfügen die meisten DSL-Router für die Privatnutzung über einen rudimentären Paketfilter, teilweise auch stateful. Diese Paketfilter kommen bei IPv6 zum Einsatz. Wegen des Wegfalls von NAT wird Port Forwarding wieder zu einer einfachen Freigabe des Ports. Als Betriebssystem kommt auf vielen Routern dieser (Konsumer-) Klasse Linux und als Firewall meist iptables zum Einsatz. Einen Content-Filter enthalten solche Produkte zumeist nicht. Eine wohl sichere Alternative sind freie Firewall-Distributionen auf Basis wohl sichererer Betriebssysteme, zum Beispiel OPNsense.Almost all DSL routers are now NAT-capable, which means that they are able to translate network addresses. Because a connection from the Internet to the network behind the NAT router is not easily possible, this functionality is already referred to by some manufacturers as a NAT firewall, although the protection level of a packet filter is not achieved. [1] The lock can be bypassed by configuring port forwarding, which is necessary for some virtual private network or peer-to-peer connections. In addition, most DSL routers for private use have a rudimentary packet filter, some of which are stateful. These packet filters are used with IPv6. Due to the elimination of NAT, port forwarding again becomes a simple release of the port. Many routers in this (consumer) class Linux are used as the operating system and iptables are mostly used as firewalls. Such products usually do not contain a content filter. A safe alternative is free firewall distributions based on probably more secure operating systems, for example OPNsense.

Schutzmaßnahmen bei DSL- und WLAN-RouternProtective measures for DSL and WLAN routers

Bei entdeckten Programmierfehlern kann ein Router-Hersteller ein neues Software-Update bereitstellen, um nachzubessern bzw. Sicherheitslücken zu schließen. Wird der Router dann nicht auf den neuesten Stand gebracht, gefährdet man die eigene Netzwerksicherheit zusätzlich. Daher ist es auch zum Schutz der persönlichen Daten unerlässlich, dass in regelmäßigen Abständen ein Software-Update durchgeführt wird.If programming errors are discovered, a router manufacturer can provide a new software update to improve it or to close security gaps. If the router is not brought up to date, you also endanger your own network security. It is therefore essential to protect personal data that a software update is carried out at regular intervals.

Weitere Maßnahmen, um Router zu schützen:

  • • nur aktuelle WLAN-Verschlüsselungen (WPA2) verwenden - WEP-verschlüsselte Zugänge können binnen weniger Minuten entschlüsselt werden
  • • vom Hersteller vorgegebene Passwörter ändern, nur sichere Passwörter wählen
  • • die SSID umbenennen
  • • Deaktivieren von WPS und der Fernadministration
  • • keine Netzwerkports willkürlich und unüberlegt öffnen
  • • Deaktivieren von UPnP-Funktionen, die beliebiger Software das Öffnen von Netzwerkports ermöglicht
  • • Absichern von Diensten, die per Portweiterleitung aus dem Internet erreicht werden können
  • • eine leistungsfähige (dedizierte) stateful-Firewall wie pfSense oder OPNsense (letztere mit ASLR und LibreSSL) mit einem reinen DSL-Modem[2][3]
Other measures to protect routers:
  • • Use only current WLAN encryption (WPA2) - WEP-encrypted access can be decrypted within a few minutes
  • • Change passwords specified by the manufacturer, only choose secure passwords
  • • rename the SSID
  • • Disable WPS and remote administration
  • • do not open any network ports arbitrarily and without thinking
  • • Disable UPnP functions that allow any software to open network ports
  • • Securing services that can be accessed via port forwarding from the Internet
  • • a powerful (dedicated) stateful firewall such as pfSense or OPNsense (the latter with ASLR and LibreSSL) with a pure DSL modem [2] [3]

WLAN-RouterWLAN router

Die Kombination aus Wireless Access Point, Switch und Router wird häufig als WLAN-Router bezeichnet. Das ist solange korrekt, wie es Ports für den Anschluss mindestens eines zweiten Netzes, meist einen WAN-Port, gibt. Das Routing findet zwischen den mindestens zwei Netzen, meist dem WLAN und WAN statt (und falls vorhanden zwischen LAN und WAN). Fehlt dieser WAN-Port, handelt es sich lediglich um Marketing-Begriffe, da reine Access Points auf OSI-Ebene 2 arbeiten und somit Bridges und keine Router sind. Häufig sind WLAN-Router keine vollwertigen Router, sie haben oft die gleichen Einschränkungen wie DSL-Router (PPPoE, NAT). Bei IPv6 entfällt bei diesen Geräten NAT, lediglich in der Übergangsphase muss der Router noch zusätzlich Tunnelprotokolle wie 6to4 beherrschen.The combination of wireless access point, switch and router is often referred to as a WLAN router. This is correct as long as there are ports for connecting at least a second network, usually a WAN port. The routing takes place between the at least two networks, usually the WLAN and WAN (and if available between LAN and WAN). If this WAN port is missing, it is only a matter of marketing terms, since pure access points work at OSI level 2 and are therefore bridges and not routers. WLAN routers are often not fully functional routers, they often have the same restrictions as DSL routers (PPPoE, NAT). With IPv6, NAT is not required for these devices, only in the transition phase does the router have to master additional tunnel protocols such as 6to4.

Router in der AutomatisierungAutomation routers

Mit der Durchdringung von Netzwerktechnik in der industriellen Automatisierung werden verstärkt Modem-Router mit externem Zugang über Telefon- und Mobilfunkverbindungen eingesetzt. Industriegeräte sind Software-Router auf Basis von embedded Linux, die nicht auf hohen Durchsatz, sondern auf mechanische Robustheit, Befestigung im Schaltschrank und Langlebigkeit optimiert sind.With the penetration of network technology in industrial automation, modem routers with external access via telephone and mobile phone connections are increasingly being used. Industrial devices are software routers based on embedded Linux, which are optimized not for high throughput, but for mechanical robustness, mounting in the control cabinet and durability.

Software- oder Hardware-RouterSoftware or hardware router

Generell leisten Software-Router überwiegend im nicht professionellen Umfeld wertvolle und umfangreiche Dienste. Allgemein gibt es für Software-Router zwei unterschiedliche Implementierungsarten, zum einen dedizierte Router, dabei wird ein PC, eine Workstation oder ein Server so gut wie ausschließlich als Router eingesetzt (häufig als DHCP-, DNS-Server oder Firewall); zum anderen nicht dedizierte Router, hier übernimmt ein Server zusätzlich zu seinen bestehenden Aufgaben noch das Routing. Beide Systeme sind für den performance-unkritischen Bereich gut geeignet und können mit professionellen Lösungen, vor allem was die Kosten angeht, konkurrieren, in der Leistungsfähigkeit sind sie meist unterlegen.In general, software routers perform valuable and extensive services mainly in a non-professional environment. In general, there are two different types of implementation for software routers, firstly a dedicated router, whereby a PC, a workstation or a server is used almost exclusively as a router used (often as a DHCP, DNS server or firewall); on the other hand, non-dedicated routers, here a server takes over the routing in addition to its existing tasks. Both systems are well suited for the non-performance-critical area and can compete with professional solutions, especially in terms of costs, in terms of performance they are usually inferior.

Das liegt unter anderem daran, dass solche Systeme bislang häufig noch auf einem klassischen PCI-Bus mit 32-Bit Busbreite und 33-MHz-Taktung (PCI/32/33) beruhten. Über einen solchen Bus lassen sich theoretisch 1 GBit/s (1000 MBit/s, entspricht etwa 133 MByte/s) im Halb-Duplex-Modus (HDX) leiten; da die Netzwerkpakete den PCI-Bus in diesem Fall zweimal passieren, (Karte-PCI-Arbeitsspeicher-CPU-Arbeitsspeicher-PCI-Karte) reduziert sich der maximal routbare Datenstrom eines darauf basierenden Software-Routers auf etwa 0,5 GBit/s. Ethernet wird heute fast immer geswitcht und im Voll-Duplex-Modus FDX betrieben, damit kann beispielsweise Gigabit-Ethernet, obwohl es Namen wie 1 GBit/s Ethernet, 1GbE oder 1000BASE-T anders vermuten lassen, bereits 2 GBit/s (je 1GbE in jede Richtung) übertragen. Daraus folgt, dass ein System auf PCI/32/33-Basis die netzwerkseitig theoretisch mögliche maximale Übertragungsrate von 2 GBit/s keinesfalls erreichen kann. Systeme mit einem PCI/64/66-Bus können busseitig etwa 4 GBit/s leisten, gerade ausreichend für die Spitzenlast zweier 1GbE-Schnittstellen im FDX-Modus. Noch höherwertige klassische (legacy) Server-Systeme verfügen über schnellere Schnittstellen (PCI-X 266 oder besser), sowie über mehrere unabhängige PCI-Busse. Sie können ohne Probleme höhere Durchsatzraten erzielen, aber haben typischerweise einen hohen Energieverbrauch. Weshalb besonders im dedizierten Routerbetrieb, die Kosten-Nutzen-Frage steht. Hardware-Router mit spezialisierten CPUs und anwendungsspezifisch arbeitenden Chipsätzen (anwendungsspezifische integrierte Schaltung kurz ASIC) schaffen das weitaus energieeffizienter.One of the reasons for this is that such systems have so far often been based on a classic PCI bus with a 32-bit bus width and 33 MHz clock rate (PCI / 32/33). Theoretically, 1 GBit / s (1000 MBit / s, corresponds to approximately 133 MByte / s) can be routed via such a bus in half-duplex mode (HDX); since the network packets pass the PCI bus twice in this case (card-PCI main memory-CPU main memory-PCI card), the maximum routable data stream of a software router based on it is reduced to about 0.5 GBit / s. Today, Ethernet is almost always switched and operated in full-duplex FDX mode, which means that, for example, Gigabit Ethernet, even though names such as 1 GBit / s Ethernet, 1GbE or 1000BASE-T suggest otherwise, can already handle 2 GBit / s (1GbE each in any direction). It follows that a system based on PCI / 32/33 cannot reach the maximum transmission rate of 2 GBit / s theoretically possible on the network side. Systems with a PCI / 64/66 bus can achieve about 4 GBit / s on the bus side, just enough for the peak load of two 1GbE interfaces in FDX mode. Even higher quality classic (legacy) server systems have faster interfaces (PCI-X 266 or better), as well as several independent PCI buses. You can easily achieve higher throughput rates, but typically have high energy consumption. Why, especially in dedicated router operation, is the cost-benefit question. Hardware routers with specialized CPUs and application-specific chipsets (application-specific integrated circuit for short ASIC) make this much more energy efficient.

Erst durch die Einführung von PCI Express (mit 2 GBit/s bei Version 1.x und 4 GBit/s pro Lane bei Version 2.x im FDX-Modus - und mehr) steht auch bei Standard-PCs eine ausreichende Peripherie-Transferleistung für mehrere 1GbE-Verbindungen (auch 10GbE) zur Verfügung, so dass sich energieeffiziente, durchsatzstarke Software-Router aus preiswerter Standardhardware bauen lassen. Da bislang alle Werte theoretischer Art sind und in der Praxis nicht nur Daten durch den Bus geleitet werden, sondern Routing-Entscheidungen getroffen werden müssen, wird ein Software-Router möglicherweise weiter an Leistung einbüßen. Vorsichtigerweise sollte in der Praxis nur von der Hälfte des theoretisch möglichen Datendurchsatzes ausgegangen werden. Bei solchen Datenraten ist mit einem Software-Router zumindest das Kosten-Leistung-Verhältnis gut und ausreichend.Only with the introduction of PCI Express (with 2 GBit / s in version 1.x and 4 GBit / s per lane in version 2.x in FDX mode - and more) does an adequate peripheral transfer performance also exist for standard PCs Several 1GbE connections (also 10GbE) are available, so that energy-efficient, high-throughput software routers can be built from inexpensive standard hardware. Since all values have so far been theoretical and in practice not only data has to be routed through the bus, but routing decisions have to be made, a software router may continue to lose performance. In practice, only half of the theoretically possible data throughput should be assumed. At such data rates, at least the cost-performance ratio is good and sufficient with a software router.

Hardware-Router aus dem High-End-Bereich sind, da sie über spezielle Hochleistungsbusse oder „cross bars“ verfügen können, in der Leistung deutlich überlegen - was sich auch im Preis widerspiegelt. Zusätzlich sind diese Systeme für den ausfallsicheren Dauerbetrieb ausgelegt (Verfügbarkeit von 99,999 % und höher). Einfache PCs können da nicht mithalten, hochwertige Server und Workstations verfügen ebenfalls über redundante Komponenten und eine für viele Anwendungsfälle ausreichend hohe Ausfallsicherheit.Hardware routers from the high-end sector, as they can have special high-performance buses or "cross bars", are clearly superior in performance - which is also reflected in the price. In addition, these systems are designed for fail-safe continuous operation (availability of 99.999% and higher). Simple PCs cannot keep up, high-quality servers and workstations also have redundant components and a high level of reliability for many applications.

Manche so genannte Hardware-Router bestehen tatsächlich aus PC-Komponenten. Lediglich das Gehäuse oder die zum Teil mechanisch veränderten PCI-Steckplätze und das „kryptische“ Betriebssystem erwecken den Anschein, es handle sich um Spezialsysteme. Zwar arbeiten diese Systeme meist sehr robust und zuverlässig, dennoch wird das Routing per Software durchgeführt.Some so-called hardware routers actually consist of PC components. Only the housing or the partly mechanically modified PCI slots and the "cryptic" operating system give the impression that they are special systems. Although these systems usually work very robustly and reliably, the routing is carried out by software.

Routing-ClusterRouting cluster

Um beispielsweise 1GbE- oder 10GbE-Netze performant routen zu können, wird nicht unbedingt ein hochpreisiger Hardware-Router benötigt. Geringe Einbußen bei der Übertragungs-Geschwindigkeit vorausgesetzt, lassen sich Routing-Cluster einsetzen. Dieser kann aus je einem Software-Router (etwa als Workstation mit zwei PCI Express 10GbE-LAN-Karten) pro Ethernet-Strang aufgebaut sein. Die Software-Router werden über einen professionellen Switch mit genügend vielen Ports und entsprechend hoher Durchsatzrate (einige Hundert GBit/s) miteinander verbunden. Im Unterschied zu Netzen mit zentralem Backbone entspricht die maximale Datendurchsatzrate des gesamten Routing-Clusters der maximalen Durchsatzrate des zentralen Switches (einige Hundert GBit/s). Optional können die Cluster redundant (per High-Availability-Unix oder HA-Linux) ausgelegt sein. Solche Cluster-Systeme benötigen zwar relativ viel Platz und erreichen nicht die Leistung und Zuverlässigkeit von Hochgeschwindigkeitsroutern, dafür sind sie höchst modular, gut skalierbar, vergleichsweise performant und dennoch kostengünstig. Sie werden eingesetzt, wo Kosten höher als Leistung bewertet werden, beispielsweise in Schulen oder Universitäten.In order to be able to route 1GbE or 10GbE networks, for example, a high-priced hardware router is not absolutely necessary. Provided there is a slight loss in transmission speed, routing clusters can be used. This can be made up of one software router (e.g. as a workstation with two PCI Express 10GbE LAN cards) per Ethernet line. The software routers are connected to one another via a professional switch with a sufficient number of ports and a correspondingly high throughput rate (a few hundred Gbit / s). In contrast to networks with a central backbone, the maximum data throughput rate of the entire routing cluster corresponds to the maximum throughput rate of the central switch (a few hundred Gbit / s). Optionally, the clusters can be designed redundantly (via high-availability Unix or HA Linux). Such cluster systems do take up a relatively large amount of space and do not achieve the performance and reliability of high-speed routers, but they are highly modular, well scalable, comparatively performant, and yet inexpensive. They are used where costs are valued higher than performance, for example in schools or universities.

Li-fi Li-fi

Li-Fi (englisch light fidelity) ist ein 2011 vom an der University of Edinburgh arbeitenden deutschen Forscher Harald Haas geprägter Begriff für ein Verfahren der optischen Datenübertragung auf kurze Distanzen (englisch Visible Light Communications, VLC) und ein optisches Äquivalent zu den funktechnisch realisierten WLAN.Li-Fi (English light fidelity) is a term coined in 2011 by the German researcher Harald Haas working at the University of Edinburgh for a method of optical data transmission over short distances (English Visible Light Communications, VLC) and an optical equivalent to the wirelessly implemented WLAN .

Geschichte und Stand der ForschungHistory and state of research

Im Oktober 2011 verständigten sich vier Gründungsmitglieder, die norwegische IBSENtelecom, die israelisch-amerikanische Supreme Architecture, TriLumina (USA) und das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme auf die Bildung eines Li-Fi-Konsortiums zur Bewerbung dieses Standards.[1] In October 2011, four founding members, the Norwegian IBSENtelecom, the Israeli-American Supreme Architecture, TriLumina (USA) and the Fraunhofer Institute for Photonic Microsystems agreed to form a Li-Fi consortium to promote this standard. [1]

Durch An- und Ausschalten spezieller Leuchtdioden (LEDs) können für die optische Nahbereichskommunikation hohe Datenübertragungsraten erzielt werden: 2013 wurden im Labor 10 Gigabit pro Sekunde erzielt.[2] Als Empfänger fungieren Fotodioden, in der eine Umwandlung der Lichtsignale in elektrische Impulse erfolgt. Mittlerweile wurden unter Laborbedingungen bereits Geschwindigkeiten von ca. 224 Gigabit pro Sekunde erreicht.By switching special light-emitting diodes (LEDs) on and off, high data transmission rates can be achieved for short-range optical communication: in 2013, 10 gigabits per second were achieved in the laboratory. [2] The photodiodes act as receivers in which the light signals are converted into electrical pulses. In the meantime, speeds of around 224 gigabits per second have already been reached under laboratory conditions.

Oledcomm führte auf der Consumer Electronics Show 2014 das erste Li-Fi taugliche Mobiltelefon vor.[3] Oledcomm presented the first Li-Fi compatible mobile phone at the Consumer Electronics Show 2014. [3]

Harald Haas stellte Ende 2015 eine verbesserte und effizientere Variante von Li-Fi vor, bei dieser wird eine Photovoltaikzelle genutzt, um die Lichtsignale aufzufangen und weiter zu verarbeiten. Bei dieser Version wird nun auch Energie zurückgewonnen und es werden neue Anwendungsmöglichkeiten geschaffen.At the end of 2015, Harald Haas presented an improved and more efficient version of Li-Fi, in which a photovoltaic cell is used to collect and process the light signals. With this version, energy is now also recovered and new application possibilities are created.

Vor- und NachteileAdvantages and disadvantages

Im Vergleich zur Funkübertragung steht durch die optische Übertragung eine größere Bandbreite zur Verfügung, was theoretisch auf gleichem Raum eine höhere Anzahl von Datenkanälen erlaubt. Außerdem ist dieses Übertragungsverfahren auch in Bereichen einsetzbar, wo Funksignale wegen der elektromagnetischen Verträglichkeit problematisch sein können, etwa in Flugzeugen oder Krankenhäusern. Ferner ist die Nutzung der optischen Übertragung sicherer, da ein Angreifer physischen Zugang zu der Lichtquelle haben müsste, um Datenpakete abzufangen beziehungsweise zu manipulieren.Compared to radio transmission, a larger bandwidth is available due to the optical transmission, which theoretically allows a higher number of data channels in the same space. In addition, this transmission method can also be used in areas where radio signals can be problematic due to their electromagnetic compatibility, for example in airplanes or hospitals. Furthermore, the use of optical transmission is more secure, since an attacker would have to have physical access to the light source in order to intercept or manipulate data packets.

Im Gegensatz zu Funksystemen ist bei optischer Übertragung im Regelfall nur eine direkte Datenübertragung auf Sicht möglich und eine Datenübertragung durch bspw. Hauswände hindurch nicht möglich. Dies macht bei Li-Fi-Ausstattung ggf. die Installation von ortsfesten Empfangs- und Sendestationen erforderlich. Jedoch ist bei neuester 5G-Technologie im 30-GHz-Bereich auch in jedem Raum ein Sender nötig, weshalb ortsfeste Empfangs- und Sendestationen kein exklusiver Nachteil von Li-Fi mehr sind.In contrast to radio systems, only direct data transmission is usually possible with optical transmission and data transmission through, for example, house walls is not possible. With Li-Fi equipment, this may require the installation of fixed receiving and transmitting stations. However, with the latest 5G technology in the 30 GHz range, a transmitter is also required in every room, which is why fixed receiving and transmitting stations are no longer an exclusive disadvantage of Li-Fi.

Mikroelektronikmicroelectronics

Die Mikroelektronik ist ein Teilgebiet der Elektronik, genauer der Halbleiterelektronik, und der Mikrotechnik. Die Mikroelektronik beschäftigt sich mit dem Entwurf, der Entwicklung und der Herstellung von miniaturisierten, elektronischen Schaltungen, heute vor allem integrierten Schaltungen. Diese auf Halbleitern basierenden Schaltungen nutzen viele elektronische Bauelemente, wie sie auch in normalen elektronischen Schaltungen verwendet werden, beispielsweise Transistoren, Kondensatoren, Dioden und Widerstände.Microelectronics is a branch of electronics, more precisely semiconductor electronics, and microtechnology. Microelectronics deals with the design, development and manufacture of miniaturized electronic circuits, today mainly integrated circuits. These semiconductor-based circuits use many electronic components, such as those used in normal electronic circuits, for example transistors, capacitors, diodes and resistors.

In der Geschichte der integrierten Mikroelektronik haben sich verschiedene Schaltkreisfamilien (TTL, CMOS etc.) herausgebildet, die sich hinsichtlich der eingesetzten Funktionsprinzipien (zum Beispiel bipolare und unipolare Bauelemente/Transistoren) und den damit verbundenen schaltungstechnischen Eigenschaften (Leistungsbedarf, Schaltgeschwindigkeit etc.) unterscheiden. Durch neue Entwurfs- und Fertigungsverfahren haben Anwender heute die Möglichkeit, neben Standardschaltkreisen (Mikrocontroller, Speicherbausteine etc.) auch spezielle anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC) rentabel fertigen zu lassen und einzusetzenIn the history of integrated microelectronics, various circuit families (TTL, CMOS etc.) have emerged, which differ with regard to the functional principles used (e.g. bipolar and unipolar components / transistors) and the associated circuitry properties (power requirement, switching speed etc.). Thanks to new design and manufacturing processes, users now have the option of having standard circuits (microcontrollers, memory modules, etc.) also profitably manufacture and use special application-specific integrated circuits (ASIC)

Merkmale der MikroelektronikFeatures of microelectronics

Mikroelektronische Schaltungen zeichnen sich gegenüber konventionellen elektronischen Schaltungen durch zwei Hauptmerkmale aus: die Integration und die Miniaturisierung.Microelectronic circuits are distinguished from conventional electronic circuits by two main features: integration and miniaturization.

Unter Integration versteht man das Zusammenfassen aller Bauelemente (Transistoren, aber auch Widerstände, Kondensatoren und andere Halbleiterbauelemente) und Verdrahtungen zu einer elektronischen Schaltung auf einem gemeinsamen Substrat. Bei mikroelektronischen Schaltungen werden diese zusätzlich in einem gemeinsamen Arbeitsprozess gefertigt. Integration is the combination of all components (transistors, but also resistors, capacitors and other semiconductor components) and wiring to form an electronic circuit on a common substrate. In the case of microelectronic circuits, these are also manufactured in a joint work process.

Unter Miniaturisierung versteht man in diesem Zusammenhang, dass die einzelnen Bauelemente (und damit die Schaltung als Ganzes) kontinuierlich verkleinert werden. So lagen die Abmessungen für das wichtigste Bauelement, den Transistor, in der Anfangszeit noch bei über zehn Mikrometer. Dem entgegen stehen die Abmessungen von Transistoren (physikalische Gate-Länge) heutzutage von unter 30 nm (2017 ca. 30-24 nm für Intels bzw. Samsungs 14-nm-FinFET-Technik[1]). Durch diese Miniaturisierung lassen sich integrierte Schaltungen mit mehr als einer Milliarde Transistoren[2] auf einem Siliziumstück mit einer Kantenlänge von wenigen (typisch < 10) Millimetern realisieren. Darüber hinaus erlaubt der geringere Abstand zwischen den Bauelementen, die Schaltungen bei höheren Taktfrequenzen zu betreiben und trotz höherer Rechenleistung die benötigte elektrische Leistung nur geringfügig zu steigern.In this context, miniaturization means that the individual components (and thus the circuit as a whole) are continuously reduced in size. In the beginning, the dimensions for the most important component, the transistor, were still over ten micrometers. Contrary to this are the dimensions of transistors (physical gate length) of less than 30 nm (2017 approx. 30-24 nm for Intel or Samsung's 14 nm FinFET technology [1] ). This miniaturization enables integrated circuits with more than one billion transistors [2] to be implemented on a piece of silicon with an edge length of a few (typically <10) millimeters. In addition, the smaller distance between the components allows the circuits to be operated at higher clock frequencies and the electrical power required to be increased only slightly despite the higher computing power.

Vor der Erfindung der integrierten Schaltungen gab es ebenfalls schon intensive Miniaturisierungsbestrebungen. Schaltungen mit voluminösen Elektronenröhren wurden durch die Entwicklung von Batterieröhren so weit verkleinert, dass beispielsweise tragbare Funkgeräte möglich wurden. Die Einführung der Transistoren brachte einen weiteren Miniaturisierungsschritt, mit Dickschichtschaltungen als kleinster Ausführung vor den integrierten Schaltungen.Before the invention of integrated circuits, there were also intensive efforts to miniaturize. Circuits with voluminous electron tubes have been reduced to such an extent by the development of battery tubes that, for example, portable radio devices have become possible. The introduction of the transistors brought a further miniaturization step, with thick-film circuits as the smallest version before the integrated circuits.

Miniaturisierung von integrierten SchaltkreisenMiniaturization of integrated circuits

Die wesentliche Triebkraft für die Verkleinerung der Strukturen ist die Senkung der Fertigungskosten. Die Fertigung von mikroelektronischen Schaltungen erfolgt in Losfertigung auf Halbleiterscheiben (Wafer) bestimmter Größe (4 Zoll bis 12 Zoll). The main driving force behind the downsizing of the structures is the reduction in manufacturing costs. Microelectronic circuits are manufactured in batch production on semiconductor wafers of a certain size (4 inches to 12 inches).

Dabei werden mehrere hundert bis tausend Chips auf einem Wafer gleichzeitig gefertigt. Die Fertigungskosten sind hauptsächlich abhängig von der Anzahl der Chips pro Wafer, der Summe der Kosten für die strukturierenden und eigenschaftsändernden Prozesse und der Produktionsausbeute (engl. yield).Several hundred to a thousand chips are produced on a wafer at the same time. The manufacturing costs are mainly dependent on the number of chips per wafer, the sum of the costs for the structuring and property-changing processes and the production yield.

Die Anzahl der Chips pro Wafer lässt sich durch die Verkleinerung der Strukturen (Transistorgrößen, Leitbahnen etc.) erreichen. Um dabei näherungsweise gleiche elektrische Eigenschaften zu erhalten, müssen alle Dimensionen des Chips (Länge, Breite und auch Schichtdicken) gleich skaliert werden. Die Anzahl der Chips steigt (näherungsweise) mit dem Quadrat des Skalierungsfaktors (die Flächenreduktion ist gleich Längenmaßreduktion zum Quadrat plus bessere Randausnutzung minus nichtlineare Effekte), das heißt, halbe Chiplängen (Skalierungsfaktor 2) bewirkt eine Vervierfachung der Chipanzahl bei gleicher Wafer-Größe.The number of chips per wafer can be achieved by reducing the size of the structures (transistor sizes, interconnects, etc.). In order to obtain approximately the same electrical properties, all dimensions of the chip (length, width and also layer thicknesses) must be scaled equally. The number of chips increases (approximately) with the square of the scaling factor (the area reduction is equal to the reduction in length dimension to the square plus better edge utilization minus non-linear effects), i.e. half chip lengths (scaling factor 2) quadruple the number of chips with the same wafer size.

Die Kosten der Strukturierungsprozesse nehmen jedoch mit steigender Miniaturisierung meist zu. Die Ursache liegt hier zum einen in der steigenden Komplexität der Schaltung und der damit verbundenen steigenden Anzahl notwendiger Prozessschritte, zum anderen in höheren Anforderungen an den Fertigungsprozess an sich (Toleranzen, aufwendigere Fertigungsverfahren etc.).However, the costs of the structuring processes usually increase with miniaturization. The reason for this lies on the one hand in the increasing complexity of the circuit and the associated increasing number of necessary process steps, on the other hand in higher demands on the manufacturing process itself (tolerances, more complex manufacturing processes etc.).

Eine weitere Kostenreduktion wurde durch größere Wafer erreicht. In den Anfangsjahren nutzten die Hersteller noch Wafer mit einem Durchmesser von 2 bzw. 3 Zoll (entsprechen etwa 51 bzw. 76 mm). Heute (2009) hingegen haben industriell eingesetzte Standardwafer eine Größe von 200 Millimetern, einige Hersteller wie AMD und Intel nutzen sogar 300-mm-Wafer. Entsprechend der Vergrößerung der Waferfläche stieg auch die Anzahl der Chips pro Wafer. Die Fertigungskosten pro Wafer erhöhten sich jedoch trotz erhöhten Anforderungen nur vergleichsweise gering, sodass die Kosten in der Summe reduziert werden konnten. Eine entsprechende Umstellung erfordert jedoch enorme Investitionen in die Fertigungsanlagen.A further reduction in costs was achieved with larger wafers. In the early years, manufacturers still used wafers with a diameter of 2 or 3 inches (corresponding to about 51 or 76 mm). Today (2009), however, standard industrial wafers have a size of 200 millimeters, some manufacturers such as AMD and Intel even use 300 mm wafers. In accordance with the enlargement of the wafer area, the number of chips per wafer also increased. The manufacturing costs per wafer, however, increased only comparatively slightly despite increased requirements, so that the total costs could be reduced. A corresponding changeover, however, requires enormous investments in the production facilities.

Gordon Moore formulierte den Sachverhalt der permanentenGordon Moore formulated the facts of the permanent

Fertigungskostenreduktion bereits 1965 - in der Anfangsphase der Mikroelektronik - in der nach ihm benannten Gesetzmäßigkeit, indem er sagte, dass sich die Anzahl der Transistoren auf einem Chip alle zwölf Monate (später achtzehn Monate) verdopple. Seitdem hat die Mikroelektronik tatsächlich sowohl in Hinblick auf Integrationsdichte als auch bei der Verkleinerung der Strukturen kontinuierliche Fortschritte gemacht.Manufacturing costs were reduced as early as 1965 - in the early stages of microelectronics - according to his regularity by saying that the number of transistors on a chip doubled every twelve months (later eighteen months). Since then, microelectronics have indeed made steady progress, both in terms of integration density and in reducing the size of structures.

Die hohe konstante Fertigungskostenreduktion in der Mikroelektronik war ein wesentlicher Innovationsmotor der letzten dreißig Jahre in einer Vielzahl von Branchen - nicht allein in der Elektronik und Computertechnik (siehe Abschnitt Anwendungen). The high, constant reduction in manufacturing costs in microelectronics has been a major driver of innovation in the past thirty years in a large number of industries - and not just in electronics and computer technology (see Applications section).

Ob dieser Trend weiter aufrechterhalten werden kann, gilt angesichts der Zunahme der Prozesskosten bei Annäherung an physikalische Grenzen und deren Kompensation durch Einsparung der Chipfläche als nicht sicher. Darüber hinaus lassen sich einige Sonderschaltungstechniken nicht mehr herunterskalieren, etwa solche zur Erzielung höherer Spannungen als die Versorgungsspannung(en) des Chips.Whether this trend can be maintained is considered uncertain given the increase in process costs when physical limits are approached and their compensation by saving chip area. In addition, some special circuit technologies can no longer be scaled down, such as those to achieve higher voltages than the supply voltage (s) of the chip.

Folgen der MiniaturisierungConsequences of miniaturization

Die Miniaturisierung von integrierten Schaltkreisen hat neben der Kostensenkung für gleichwertige Produkte noch weitere Auswirkungen.The miniaturization of integrated circuits has other effects besides the cost reduction for equivalent products.

Kleinere Transistoren ermöglichen höhere Schaltfrequenzen. Zusammen mit kürzeren Leiterbahnen führt dies zu verkürzten Signallaufzeiten. Durch diesen Effekt werden mit der Verkleinerung der Strukturen immer schnellere und damit meist auch leistungsfähigere Schaltungen möglich. Allerdings gibt es auch gegenläufige Effekte. Wie im vorherigen Abschnitt beschrieben, verringern sich mit der Miniaturisierung auch die Schichtdicken in der Metallisierung (Leitbahnen und Zwischenisolationen). Die verkürzten Abstände zwischen den Leiterbahnen führen zu höheren Koppelkapazitäten, die als Laufzeitbremse wirken (vgl. RC-Glied).Smaller transistors enable higher switching frequencies. Together with shorter conductor tracks, this leads to shorter signal delays. As a result of the reduction in the size of the structures, faster and thus more powerful circuits are possible. However, there are also opposite effects. As described in the previous section, the miniaturization also reduces the layer thicknesses in the metallization (interconnects and intermediate insulation). The shortened distances between the conductor tracks lead to higher coupling capacities, which act as a delay brake (cf. RC link).

Einen positiven Effekt hat die Schichtverkleinerung der Gate-Isolationsschicht. Die Transistoren können bei verringerter Spannung betrieben werden und weisen somit eine verringerte Verlustleistung auf (die Verlustleistung pro Fläche steigt jedoch → schlechtere Wärmeabfuhr). Des Weiteren bedeutet eine höhere Systemintegration (mehr Funktionen auf einem Chip) weniger Bauelemente auf einer Leiterplatte und damit erhöhte Zuverlässigkeit durch weniger Lötverbindungen. Ohne Verkleinerung und Integration wäre batteriebetriebene, mobile Elektronik nicht denkbar, wie sie heute allgegenwärtig ist: Mobiltelefon, Notebook, PDA etc.The layer reduction of the gate insulation layer has a positive effect. The transistors can be operated at a reduced voltage and thus have a reduced power loss (the power loss per area increases, however → poorer heat dissipation). Furthermore, higher system integration (more functions on one chip) means fewer components on a circuit board and thus increased reliability due to fewer solder connections. Without downsizing and integration, battery-powered, mobile electronics would be inconceivable, as is ubiquitous today: cell phones, notebooks, PDAs, etc.

Geschichte, Entwicklung und Personen der MikroelektronikHistory, development and people of microelectronics

Vorgeschichteprehistory

Die Mikroelektronik wird häufig mit der Computer- bzw. Rechnertechnik in Verbindung gebracht oder sogar gleichgesetzt, vor allem die hohe Verbreitung von integrierten Schaltungen in Form von Prozessoren und Mikrocontrollern in nahezu allen Bereichen des heutigen Lebens hat hierzu beigetragen. Elektronische Rechenmaschinen gab es jedoch schon einige Jahrzehnte vor den ersten Transistoren oder Integrierten Schaltungen.Microelectronics is often associated with, or even equated with, computer technology, in particular the widespread use of integrated circuits in the form of processors and microcontrollers in almost all areas of modern life has contributed to this. However, electronic calculating machines already existed a few decades before the first transistors or integrated circuits.

Die ersten elektromechanisch arbeitenden Computer - beispielsweise Colossus oder Mark I - entstandenen im Zweiten Weltkrieg Anfang der 1940er Jahre (vgl. Geschichte der Computer). Der 1946 in Betrieb genommene Großrechner ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator) war der erste universell einsetzbare rein elektronische Rechner. Diese ersten Rechenmaschinen sind jedoch weder hinsichtlich der Rechenleistung noch der Größe mit heutigen Personalcomputern vergleichbar.The first electromechanical computers - for example Colossus or Mark I - were created in the Second World War in the early 1940s (see History of Computers). The ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator) mainframe, which went into operation in 1946, was the first universal, purely electronic computer. However, these first calculating machines cannot be compared with today's personal computers in terms of computing power or size.

Was für heutige mikroelektronische Schaltungen der Transistor ist, war für den rund 27 Tonnen schweren ENIAC die Elektronenröhre welcher aus 17.468 Elektronenröhren bestand und zu den Röhrencomputern zählt. Die Grundlagen zur Elektronenröhre geht auf die Entdeckung der Glühemission (1883) von Thomas A. Edison zurück (vgl. Geschichte der Elektronenröhre). Die erste Elektronenröhre, eine Röhrendiode, wurde 1904 von John Ambrose Fleming entwickelt und 1906 von Lee de Forest modifiziert. Forest ergänzte die Röhrendiode um eine dritte Elektrode und schuf damit die Triodenröhre, das Pendant der Röhrenelektronik zum Transistor.What the transistor is for today's microelectronic circuits was the electron tube for the 27 ton ENIAC, which consisted of 17,468 electron tubes and is one of the tube computers. The basics of the electron tube go back to the discovery of the glow emission (1883) by Thomas A. Edison (see history of the electron tube). The first electron tube, a tube diode, was developed in 1904 by John Ambrose Fleming and modified in 1906 by Lee de Forest. Forest added a third electrode to the tube diode, creating the triode tube, the equivalent of tube electronics to the transistor.

Als Alternative zu den Digitalrechnern gab es bis in die 1970er Jahre Analog- und Hybridrechner, die bevorzugt zur Berechnung von Differentialgleichungen eingesetzt wurden. Beispielsweise arbeitete der Rockefeller Differential Analyzer mit Tausenden von Elektronenröhren und elektrischen Relais und war bis zum Ende des Zweiten Weltkriegs die leistungsfähigste Rechenmaschine.As an alternative to digital computers, analog and hybrid computers were available until the 1970s, which were used primarily to calculate differential equations. For example, the Rockefeller Differential Analyzer worked with thousands of electron tubes and electrical relays and was the most powerful calculator until the end of World War II.

Der Verwendung einer großen Zahl von Elektronenröhren in komplexen Geräten standen einige Nachteile dieser Bauteile entgegen. Elektronenröhren waren relativ fehleranfällig, benötigten eine Aufwärmzeit und wiesen recht hohe Verlustleistungen auf. Zu den wichtigsten Verbesserungszielen der Entwickler nach der Inbetriebnahme der ersten elektronischen Rechenmaschinen zählten daher eine erhöhte Zuverlässigkeit und die Verringerung der Herstellungskosten.The use of a large number of electron tubes in complex devices was countered by some disadvantages of these components. Electron tubes were relatively prone to errors, required a warm-up time and had quite high power losses. To the main improvement goals of the developers after the Commissioning the first electronic calculating machines therefore included increased reliability and a reduction in manufacturing costs.

Auch die Miniaturisierung war bereits ein wichtiges Thema, die ersten Rechenmaschinen füllten immerhin ganze Räume aus. Elektronenröhren gelten jedoch als kaum miniaturisierbar. Dennoch gab es bereits intensive Miniaturisierungsbestrebungen sowohl beim Aufbau der Gesamtschaltung als auch bei den Röhren selbst. Schaltungen mit voluminösen Elektronenröhren wurden durch die Entwicklung von Batterieröhren so weit verkleinert, dass beispielsweise tragbare Funkgeräte möglich wurden. Die Einführung der Transistoren brachte einen weiteren Miniaturisierungsschritt, mit Dickschichtschaltungen als kleinster Ausführung vor den integrierten Schaltungen.Miniaturization was also an important topic, after all, the first calculating machines filled entire rooms. However, electron tubes are hardly miniaturizable. Nevertheless, there have already been intensive efforts to miniaturize both the structure of the overall circuit and the tubes themselves. Circuits with voluminous electron tubes have been reduced to such an extent by the development of battery tubes that, for example, portable radio devices have become possible. The introduction of the transistors brought a further miniaturization step, with thick-film circuits as the smallest version before the integrated circuits.

Eine frühe Form des Arbeitsspeichers von Computern war der Kernspeicher, bei dem viele auf Drähte aufgefädelte hartmagnetische Ringe verwendet wurden, die per Stromstoß ummagnetisiert und ausgelesen werden konnten.An early form of computer memory was core memory, which used many hard magnetic rings threaded on wires that could be remagnetized and read out by means of a current surge.

Erfindung des TransistorsInvention of the transistor

Dass die Rechenleistung der damaligen Großrechner selbst mit der von heutigen Taschenrechnern nicht mehr mithalten kann, ist vor allem der Entwicklung des Transistors auf Grundlage der sogenannten Halbleiter und der Integrierten Schaltungen zu verdanken.The fact that the computing power of the mainframe at that time can no longer keep up with that of today's pocket calculators is largely thanks to the development of the transistor based on the so-called semiconductors and integrated circuits.

Die Entdeckung des Transistors bzw. des Transistoreffekts werden allgemein den amerikanischen Wissenschaftlern John Bardeen, Walter Brattain und William B. Shockley zugeschrieben. Sie erhielten 1956 „für ihre Untersuchungen über Halbleiter und ihre Entdeckung des Transistoreffekts“ den Physiknobelpreis. Bardeen, Brattain und Shockley gehörten zu einer Arbeitsgruppe der Bell Telephone Laboratories in Murray Hill (New Jersey), die sich mit der Untersuchung von Feldeffekten in Festkörpern beschäftigten. Bei einem der durchgeführten Versuche am 16. Dezember 1947 beobachtete Brattain eine Stromverstärkung, den Transistoreffekt.[3] Der Aufbau aus einem mit drei Elektroden kontaktierte n-dotierten Germaniumkristall war der erste funktionierende Bipolartransistor. Die wesentliche Änderung gegenüber früheren Aufbauten war, dass zwei Elektroden sehr nahe (ca. 50 µm) beieinander lagen, wodurch der Transistoreffekt erst ermöglicht wurde. Dieser später als Spitzentransistor bekannt gewordene Transistor konnte nicht reproduzierbar hergestellt werden und seine Funktionsweise war lang nicht hinreichend gut bekannt. Dennoch wurde das Potential dieser Entdeckung von den Verantwortlichen sehr schnell erkannt. Die wesentlichen Vorteile gegenüber der Elektronenröhre waren, dass kein Vakuum und keine Aufwärmzeit notwendig waren sowie dass keine Wärmeentwicklung beobachtet wurde.[4] Die Möglichkeiten der Miniaturisierung von elektronischen Schaltungen war der Ausgangspunkt für eine Revolution in der Elektronik, die viele Entwicklungen der Mikroelektronik und Computertechnologie erst ermöglichte.The discovery of the transistor or the transistor effect is generally attributed to the American scientists John Bardeen, Walter Brattain and William B. Shockley. They received the Nobel Prize in Physics in 1956 "for their studies on semiconductors and their discovery of the transistor effect". Bardeen, Brattain, and Shockley were part of a Bell Telephone Laboratories group in Murray Hill, New Jersey, that investigated field effects in solids. In one of the experiments carried out on December 16, 1947, Brattain observed a current gain, the transistor effect. [3] The construction of a three-electrode contacted with the n-doped germanium crystal was the first bipolar transistor functioning. The main change compared to previous designs was that two electrodes were very close to each other (approx. 50 µm), which made the transistor effect possible. This transistor, which later became known as the tip transistor, could not be produced reproducibly and its mode of operation was not well known for a long time. Nevertheless, the potential of this discovery was quickly recognized by those responsible. The main advantages over the electron tube were that no vacuum and no warm-up time were necessary and that no heat development was observed. [4] The possibilities of miniaturization of electronic circuits was the starting point of a revolution in electronics, the many developments in microelectronics and computer technology has allowed only.

Aus heutiger Sicht waren Bardeen, Brattain und Shockley nicht die ersten oder einzigen Forscher, die sich mit der Entwicklung von Alternativen zur Elektronenröhre auf Basis von Halbleitern beschäftigten. Bereits 1925 (Lilienfeld[5]), 1934 (Heil[6]) und 1945 (Heinrich Welker[7]) wurden Ideen zu einem anderen Transistor, dem Feldeffekttransistor, veröffentlicht. Da zu dieser Zeit die Herstellungsverfahren (z. B. für die Reinigung der Halbleitersubstrate von Fremdstoffen) nicht ausreichend waren, konnten diese Ideen jedoch nicht realisiert werden. Aus diesem und anderen Gründen wurden sie von der Öffentlichkeit nicht beachtet und waren auch nur wenigen Fachleuten bekannt.From today's perspective, Bardeen, Brattain and Shockley were not the first or only researchers to develop alternatives to semiconductor-based electron tubes. Already 1925 (Lilienfeld [5] ), 1934 (Heil [6] ) and 1945 (Heinrich Welker [7] ) ideas for another transistor, the field effect transistor, were published. Since the manufacturing processes (e.g. for cleaning the semiconductor substrates from foreign substances) were not sufficient at the time, these ideas could not be realized. For this and other reasons, they were ignored by the public and were known to only a few experts.

Der Aspekt des Substratmaterials wird im Zusammenhang mit der Entdeckung des Transistors oft außer Acht gelassen. Für die Funktionsweise von Transistoren ist die Qualität und Reinheit der verwendeten Halbleiter aber wesentlich. Halbleiterkristalle mit einer ausreichend hohen Reinheit herzustellen war zu damaligen Zeiten (vor 1950) ein großes Problem. Viele der Germanium-Kristalle, welche die Arbeitsgruppe bei den Bell Telephone Laboratories (BTL) nutzten, stammten von W. G. Pfann, J. H. Scaff und H. C. Theuerer. Sie wurden nach einer Zonenschmelz-Methode von G. K. Teal und J. B. Little hergestellt.[8] The aspect of substrate material is often neglected in connection with the discovery of the transistor. The quality and purity of the semiconductors used is essential for the functioning of transistors. To produce semiconductor crystals with a sufficiently high purity was a big problem at that time (before 1950). Many of the germanium crystals used by the Bell Telephone Laboratories (BTL) group came from WG Pfann, JH Scaff and HC Theuerer. They were manufactured using a zone melting method by GK Teal and JB Little. [8th]

Unabhängig von der BTL-Arbeitsgruppe entwickelten Herbert F. Matare und Heinrich Welker - damals Angestellte bei Westinghouse in Paris - einen Transistor, der nach einem ähnlichen Prinzip arbeitete.[9] Dieser auch als „Transitron“ bezeichnete Bipolartransistor, den sie einige Monate (13. August 1948) später als die Amerikaner vorstellten.[10] Matare gründete 1952 in Deutschland die Firma Intermetall und konnte bereits den ersten Prototypen eines Transistorradios mit Kopfhörern präsentieren; ein Jahr vor dem ersten kommerziellen, US-amerikanischen Modell.[11] Independent of the BTL working group, Herbert F. Matare and Heinrich Welker - then employed at Westinghouse in Paris - developed a transistor that worked on a similar principle. [9] This is also referred to as "Transitron" bipolar, they (13 August 1948) presented a few months later than the Americans. [10] Matare founded in 1952 in Germany to present the company Inter Metal and was already the first prototype transistor radio with headphones; a year before the first commercial U.S. model. [11]

William Shockley eröffnet 1956 ein Labor (Shockley Semiconductor Laboratory) in Mountain View nah der Stanford Universität in Palo Alto.[12] Das Labor gilt als eine Keimzelle des Silicon Valleys, dabei ist zu bemerken, dass zu dieser Zeit sowohl Forschung als auch Industrie sehr stark an der Ostküste der USA konzentriert waren. Bereits im September 1957 trennten sich wegen Meinungsverschiedenheiten acht Mitarbeiter (Eugene Kleiner, Jay Last, Victor Grinich, Jean Hoerni, Sheldon Roberts, Julius Blank, Gordon E. Moore und Robert N. Noyce) von Shockley. Sie gründeten mit einem Wagniskapital die Fairchild Semiconductor Corporation. Fairchild Semiconductor war eine der Firmen, die zu dieser Zeit die Entwicklung der Mikroelektronik vorantrieben, so stellte Fairchild bereits 1958 den ersten Siliziumbasierten Transistor in Serienstückzahlen her und war maßgeblich an der Entwicklung des Planartransistors und des integrierten Schaltkreises beteiligt. Gordon Moore und Robert Noyce gründeten dann 1968 die Firma Intel, die heute (2010) das umsatzstärkste Unternehmen im Bereich der Mikroelektronik ist. William Shockley opened a Shockley Semiconductor Laboratory in Mountain View near Stanford University in Palo Alto in 1956. [12] The laboratory is considered to be a germ cell of Silicon Valley, it should be noted that were very heavily concentrated at that time both research and industry on the East Coast of the United States. As early as September 1957, eight employees (Eugene Kleiner, Jay Last, Victor Grinich, Jean Hoerni, Sheldon Roberts, Julius Blank, Gordon E. Moore and Robert N. Noyce) left Shockley due to differences of opinion. They founded Fairchild Semiconductor Corporation with venture capital. Fairchild Semiconductor was one of the companies that advanced the development of microelectronics at that time, so Fairchild already produced the first silicon-based transistor in volume production in 1958 and was significantly involved in the development of the planar transistor and the integrated circuit. Gordon Moore and Robert Noyce then founded Intel in 1968, which today (2010) is the top-selling company in the field of microelectronics.

Silizium verdrängt GermaniumSilicon displaces germanium

Silizium wurde ab Mitte der 1960er Jahre das dominierende Halbleitermaterial, obwohl Germanium in den Anfangsjahren der Halbleiterelektronik führend war. Im Jahr 2009 wurden circa 95 % aller mikroelektronischen Schaltungen auf Basis von Silizium produziert.Silicon became the dominant semiconductor material from the mid-1960s, although germanium was a leader in the early years of semiconductor electronics. In 2009, around 95% of all microelectronic circuits were produced on the basis of silicon.

Die anfänglichen Vorteile von Germanium waren seine besseren Eigenschaften, wie ein niedriger Schmelzpunkt und eine höhere Ladungsträgerbeweglichkeit (ermöglicht höhere Schaltfrequenzen) und es war bis damals einfacher und besser zu reinigen als Silizium.The initial advantages of germanium were its better properties, such as a lower melting point and higher charge carrier mobility (enables higher switching frequencies), and until then it was easier and easier to clean than silicon.

Die wichtigsten Gründe für den Erfolg von Silizium sind die guten Eigenschaften der Materialkombination Silizium und Siliziumdioxid. Siliziumdioxid wird als Isolationsmaterial eingesetzt und zeigt neben den guten elektrischen Eigenschaften (Durchbruchfeldstärke, Bandabstand usw.) sehr gute Schichthaftung auf Silizium. Mit der thermischen Oxidation von Silizium steht zudem ein einfaches Herstellungsverfahren von Siliziumdioxidschichten auf kristallinem Silizium zur Verfügung, das Siliziumdioxidschichten mit sehr guten Grenzflächeneigenschaften ermöglicht, wie eine geringe Konzentration an Grenzflächenladungen. Anders als Germaniumdioxid ist Siliziumdioxid chemisch stabil gegenüber Wasser, das heißt, es löst sich nicht in Wasser. Damit ermöglicht es die einfache Reinigung der Oberflächen mit Wasser und den Einsatz diverser nasschemischer Beschichtungs- bzw. Strukturierungsverfahren. Der höhere Schmelzpunkt gegenüber Germanium macht das Material allgemein robuster und erlaubt höhere Temperaturen bei der Herstellung, beispielsweise bei einigen Diffusions- und Beschichtungsprozessen.The most important reasons for the success of silicon are the good properties of the combination of silicon and silicon dioxide. Silicon dioxide is used as an insulation material and, in addition to the good electrical properties (breakthrough field strength, band gap, etc.), shows very good layer adhesion on silicon. With the thermal oxidation of silicon, there is also a simple method of manufacturing silicon dioxide layers on crystalline silicon, which enables silicon dioxide layers with very good interface properties, such as a low concentration of interface charges. Unlike germanium dioxide, silicon dioxide is chemically stable to water, which means that it does not dissolve in water. This enables the surfaces to be easily cleaned with water and the use of various wet-chemical coating or structuring processes. The higher melting point compared to germanium makes the material generally more robust and allows higher temperatures during production, for example in some diffusion and coating processes.

Die guten Eigenschaften von thermisch hergestelltem Siliziumdioxid ermöglichten die Entwicklung des Planarverfahrens und damit die Entwicklung von integrierten Schaltkreisen, wie sie heutzutage eingesetzt werden (siehe unten). Diesen wichtigen Erfindungen der Mikroelektronik sind weitere signifikante Verbesserungen bei der Herstellung und Stabilität von Transistoren durch den Einsatz von thermisch hergestelltem Siliziumdioxid vorausgegangen. Dazu gehört neben der Eignung als selektive Dotierungsmaskierung[13][14] vor allem die passivierende Wirkung sowie die sehr guten elektrischen Eigenschaften der Grenzfläche von thermischem Siliziumdioxid und Silizium. Durch die Passivierung der Oberfläche und der damit verbundenen Verringerung von Grenzflächenladungen und Einflüssen der Umgebung verbesserte sich die elektrische Charakteristik der Transistoren (ihre Kennlinien) sowohl hinsichtlich der Reproduzierbarkeit als auch ihrer Stabilität im Einsatz. Zudem ermöglichte die verbesserte Isolator-Halbleiter-Grenzfläche nun die Herstellung erster funktionierender MIS-Feldeffekttransistoren (MIS-FET).[10][15][16][17] Nachdem erkannt wurde, dass auch durch Alkalimetallverunreinigungen verursachte Ladungen im Siliziumdioxid die elektrischen Eigenschaften von Halbleiterbauelementen massiv verschlechtern[18] und dies in der Produktion berücksichtigt wurde, waren die grundlegenden Probleme bei der Herstellung von stabilen Bauelementen auf Basis von Halbleitern gelöst.The good properties of thermally produced silicon dioxide enabled the development of the planar process and thus the development of integrated circuits as are used today (see below). These important inventions in microelectronics were preceded by further significant improvements in the manufacture and stability of transistors through the use of thermally produced silicon dioxide. In addition to its suitability as a selective doping mask [13] [14] , this primarily includes the passivating effect and the very good electrical properties of the interface between thermal silicon dioxide and silicon. The passivation of the surface and the associated reduction in interfacial charges and environmental influences improved the electrical characteristics of the transistors (their characteristics) both in terms of reproducibility and their stability in use. In addition, the improved isolator-semiconductor interface now made it possible to produce the first functioning MIS field effect transistors (MIS-FET). [10] [15] [16] [17] After it was recognized that charges in silicon dioxide caused by alkali metal impurities also massively impair the electrical properties of semiconductor components [18] and this was taken into account in production, the fundamental problems in the production of stable components based on semiconductors solved.

Integrierte SchaltkreiseIntegrated circuits

Den letzten Schritt zur Mikroelektronik stellte der Übergang von Schaltungen aus diskreten Halbleiterbauelementen auf einer Leiterplatte hin zu integrierten Schaltkreisen (ICs) dar. Unter integrierten Schaltkreisen versteht man allgemein Schaltungen aus Halbleiterbauelementen (hauptsächlich Transistoren) inklusive der Verdrahtung auf einem Substrat, auch als monolithischer Schaltkreis bezeichnet. Dieses Konzept wurde Ende der 1950er Jahre unabhängig voneinander von Jack Kilby[19][20], Angestellter von Texas Instruments, und Robert Noyce[21], Gründungsmitglied von Fairchild Semiconductor, erfunden und zum Patent angemeldet. Kilbys Patent aus dem Jahre 1959 zeigte erstmals eine Schaltung aus verschiedenen Komponenten (Transistoren und Widerständen) auf einem einzigen Substrat (aus Germanium). Aus dieser Arbeit heraus entstand das berühmte Kilby-Patent[19][20] (vom japanischen Patentamt und durch das Obergericht (OG) Tokio wegen fehlender erfinderischer Tätigkeit zurückgewiesen.[22]). Um dieses Patent wurde rund zehn Jahre vor Gericht gestritten, da Robert N. Noyce einen sehr ähnlichen Schritt erdacht hatte, diesen allerdings später zum Patent anmeldete.[21] The last step to microelectronics was the transition from circuits made of discrete semiconductor components on a printed circuit board to integrated circuits (ICs). Integrated circuits are generally circuits made of semiconductor components (mainly transistors) including the wiring on a substrate, also known as a monolithic circuit . This concept was independently invented in the late 1950s by Jack Kilby [19] [20] , an employee of Texas Instruments, and Robert Noyce [21] , a founding member of Fairchild Semiconductor, and patent applied for. Kilby's patent from 1959 showed for the first time a circuit consisting of various components (transistors and resistors) on a single substrate (made of germanium). From this work emerged the famous Kilby patent [19] [20] (from the Japanese Patent Office and through the High Court (OG) Tokyo due to the lack of one inventive step rejected. [22] ). This patent was contested in court for around ten years because Robert N. Noyce had devised a very similar step, but later applied for a patent. [21]

Anders als bei Kilby, der eine Verdrahtung auf dem Substrat nur erdachte, basierte Noyce‘ Patent auf den Ideen und Erkenntnissen des Planarverfahrens, das zur gleichen Zeit durch Jean Hoerni (ebenfalls Fairchild Semiconductor) entwickelt wurde. Für die Herstellung wurden bereits fotolithografische Verfahren und Diffusionsprozesse genutzt, die Fairchild Semiconductor kurz zuvor für die Herstellung des ersten modernen Diffusions-Bipolartransistors entwickelt hatte.[23][24][25] Unter anderem die technische Machbarkeit einer solchen Verdrahtung revolutionierte die Herstellung von elektronischen Schaltungen. In Folge verstärkten viele Firmen ihre Forschung und Entwicklung in diesem Bereich und es setzte eine enorme Miniaturisierung ein. Unlike Kilby, who only thought up wiring on the substrate, Noyce's patent was based on the ideas and knowledge of the planar process, which was also developed by Jean Hoerni (also Fairchild Semiconductor). Photolithographic and diffusion processes that Fairchild Semiconductor had recently developed for the production of the first modern diffusion bipolar transistor had already been used for the production. [23] [24] [25] Among other things, the technical feasibility of such wiring revolutionized the manufacture of electronic circuits. As a result, many companies intensified their research and development in this area and there was an enormous miniaturization.

1961 wurde der erste kommerziell erhältliche integrierte Schaltkreis vorgestellt. Er war ein Flipflop der Firma Fairchild Semiconductors, wurde in Planartechnologie hergestellt und bestand aus vier Bipolartransistoren und fünf Widerständen.[26][27] Die bipolaren Transistoren wurden rasch durch Feldeffekttransistoren (FETs) ersetzt, meist in der Form von leichter herstellbaren MOSFETs (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor). Das Funktionsprinzip der MOSFETs war zwar schon einige Jahrzehnte bekannt, die Herstellung erster funktionstüchtiger Exemplare gelang jedoch erst 1960 durch Martin M. Atalla und Dawon Kahng (vgl. Oberflächenpassivierung im Artikel Thermische Oxidation von Silizium). Weitere wichtige Entwicklungen in den 1960er Jahren waren die CMOS-Technik (Frank Wanlass, 1963[28][29]) und erste DRAM-Speicherzelle durch Robert H. Dennard (Thomas J. Watson Research Center/IBM, 1967[30], siehe DRAM).The first commercially available integrated circuit was introduced in 1961. It was a flip-flop from Fairchild Semiconductors, was manufactured using planar technology and consisted of four bipolar transistors and five resistors. [26] [27] The bipolar transistors were quickly replaced by field effect transistors (FETs), mostly in the form of easier-to-manufacture MOSFETs (metal oxide semiconductor field effect transistors). The principle of operation of the MOSFETs had been known for a few decades, but the production of the first functional examples was only possible in 1960 by Martin M. Atalla and Dawon Kahng (cf. surface passivation in the article Thermal Oxidation of Silicon). Other important developments in the 1960s were the CMOS technology (Frank Wanlass, 1963 [28] [29] ) and the first DRAM memory cell by Robert H. Dennard (Thomas J. Watson Research Center / IBM, 1967 [30] , see DRAM).

Die Komplexität der Schaltungen nahm rasch zu und 1970/71 wurden nahezu gleichzeitig die ersten Mikroprozessoren von drei Firmen vorgestellt: der Intel 4004, der Texas Instruments (TI) TMS 1000 und der Garrett AiResearch „Central Air Data Computer“ (CADC). Zu dieser Zeit wurden Schaltungen mit Transistordichten mit einigen tausend Bauelementen auf einem Chip realisiert. Diese Entwicklungsstufe wird als Großintegration (engl.: Large Scale Integration, LSI) bezeichnet. Aufgrund der rasanten Entwicklung der Mikroelektronik waren 1979 Transistordichten erreicht, die ein Vielfaches größer (rund zwei Größenordnungen) waren als bei LSI-Schaltungen. Diese Stufe der ICs wird als Größtintegration (engl.: Very Large Scale Integration, VLSI) bezeichnet. Dieser Trend hat sich bis heute (2009) im Wesentlichen erhalten (vgl. Mooresches Gesetz), so dass heute über eine Milliarde Transistoren mit Taktfrequenzen von mehreren Gigahertz möglich sind. Die Größe des Einzelbauteils liegt dabei weit unter einem Quadratmikrometer. Zunehmend werden auch ganze Systeme (Kombination mehrerer Baugruppen, wie Prozessoren, Schnittstellenschaltungen und Speichern) auf einem einzelnen Chip realisiert (engl.: System on a Chip, SoC).The complexity of the circuits increased rapidly and in 1970/71 the first microprocessors from three companies were introduced almost simultaneously: the Intel 4004, the Texas Instruments (TI) TMS 1000 and the Garrett AiResearch "Central Air Data Computer" (CADC). At that time, circuits with transistor densities with several thousand components were realized on a chip. This stage of development is known as large scale integration (LSI). Due to the rapid development of microelectronics, transistor densities were achieved in 1979, which were many times larger (around two orders of magnitude) than with LSI circuits. This level of ICs is called Very Large Scale Integration (VLSI). This trend has largely been preserved until today (2009) (see Moore's Law), so that today more than a billion transistors with clock frequencies of several gigahertz are possible. The size of the individual component is well below a square micrometer. Entire systems (combination of several modules, such as processors, interface circuits and memories) are also increasingly being implemented on a single chip (System on a Chip, SoC).

Zukünftige EntwicklungenFuture developments

Unterschreiten die Strukturgrößen die 100-Nanometer-Grenze (2008 sind sie bereits bei 45 nm bzw. 2009 bei 40 nm), so spricht man formal bereits von Nanoelektronik bzw. Nanotechnologie (Definition der US-Regierung). Im engeren Sinne ist jedoch eher gemeint, dass besondere Materialeigenschaften genutzt werden, die erst auftreten, wenn sich die Strukturabmessungen in der Nähe der Molekül- bzw. der Atomgröße bewegen. Zu solchen Strukturen zählen zum Beispiel Leitungsbahnen oder Transistoren aus Kohlenstoffnanoröhren oder Isolationen aus Self Assembling Monolayern.If the structure sizes fall below the 100-nanometer limit (in 2008 they were already at 45 nm and in 2009 at 40 nm), one speaks formally of nanoelectronics or nanotechnology (definition by the US government). In the narrower sense, however, it is rather meant that special material properties are used that only occur when the structural dimensions are close to the size of the molecule or atom. Such structures include, for example, conductor tracks or transistors made of carbon nanotubes or insulations made of self-assembling monolayers.

Neue Bauelemente werden mit Resonanztunneldioden aufgebaut.New components are built with resonance tunnel diodes.

Integrierte Optoelektronik: Angesichts zunehmender Signallaufzeiten insbesondere in langen Verbindungsleitungen (globale Interconnects) großer „System on a Chips“ wird darüber nachgedacht, diese elektrischen Leitungen durch optische Verbindungen zu ersetzen.Integrated optoelectronics: In view of the increasing signal propagation times, especially in long connection lines (global interconnects) of large "system on a chips", it is being considered to replace these electrical lines with optical connections.

Organische Elektronik: Um kostengünstige „Wegwerfelektronik“ (zum Beispiel elektronische Preisetiketten) zu realisieren, werden Schaltungen auf der Basis organischer und metallischer Materialien auf organischen Substraten in Dünnschichttechnik aufgebracht (siehe Organischer Feldeffekttransistor).Organic electronics: In order to implement inexpensive "disposable electronics" (for example electronic price labels), circuits based on organic and metallic materials are applied to organic substrates using thin-film technology (see organic field effect transistor).

Interessante Perspektiven ergeben sich auch daraus, dass aufgrund der fortschreitenden Skalierung die kleinsten in der Mikroelektronik realisierbaren Strukturen in die Größenordnung von biologischen Molekülen vordringen. Zurzeit ist eine Konvergenz von Biotechnologie und Mikroelektronik und die Ausbildung einer neuen Fachwissenschaft zu beobachten, die vielfach als Bioelektronik bezeichnet und an erster Stelle die Entwicklung neuartiger Biosensoren betreffen wird.[31] Interesting perspectives also result from the fact that, due to the progressive scaling, the smallest structures that can be implemented in microelectronics are reaching the size of biological molecules. At the moment there is a convergence of biotechnology and microelectronics and the formation of a new specialist science, which is often referred to as bioelectronics and will primarily affect the development of new biosensors. [31]

Einteilung und Bauelemente Classification and components

In mikroelektronischen Schaltungen wird eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen (vor allem Dioden und Transistoren), elektrischen Widerständen, Kondensatoren und selten auch Induktivitäten eingesetzt und auf einem Halbleiterkristall (Substrat) integriert, das heißt zusammengefügt. Eine Einteilung der mikroelektronischen Schaltungen kann auf Grundlage des Anwendungsbereichs in Standardschaltkreise bzw. applikationsspezifische Standardprodukte (ASSP) und anwendungsspezifische Schaltkreise (ASIC) sowie auf Grundlage der zu verarbeitenden Signale in analoge und digitale ICs erfolgen.A large number of semiconductor components (especially diodes and transistors), electrical resistors, capacitors and rarely also inductors are used in microelectronic circuits and integrated, that is to say assembled, on a semiconductor crystal (substrate). The microelectronic circuits can be divided into standard circuits or application-specific standard products (ASSP) and application-specific circuits (ASIC) on the basis of the application area, and analog and digital ICs based on the signals to be processed.

Standardschaltkreise lassen sich in einer Vielzahl von Anwendungen einsetzen, werden in großer Zahl produziert und sind teilweise durch Standardisierungskonsortien in ihrer Ausprägung festgelegt. Hingegen sind Anwendungsspezifische ICs Schaltkreise, die für eine bestimmte Anwendung (zum Beispiel Motorsteuerung im Auto) entworfen und gebaut sind und von ihrem Funktionsumfang keine andere Anwendung erlauben. Die Abgrenzung dieser beiden Gruppen ist in der Praxis fließend: So können manche als ASIC bezeichnete Schaltkreise dennoch umprogrammiert werden, jedoch nicht für jede beliebige Funktion oder Anwendung.Standard circuits can be used in a large number of applications, are produced in large numbers and some of them are defined by standardization consortia. In contrast, application-specific ICs are circuits that are designed and built for a specific application (for example, engine control in the car) and do not allow any other application with regard to their range of functions. The demarcation of these two groups is fluid in practice: Some circuits, known as ASIC, can still be reprogrammed, but not for any function or application.

Bei analogen ICs handelt es sich um integrierte Schaltungen, die analoge Signale - Signale, die sich innerhalb eines bestimmten Wertebereichs kontinuierlich ändern können, wie Spannungen oder Ströme - direkt verarbeiten können. Ein großes Anwendungsfeld sind hier sogenannte Standard-ICs mit niedriger Funktionsintegration, beispielsweise Operationsverstärker und Spannungsregler.Analog ICs are integrated circuits that can directly process analog signals - signals that can change continuously within a certain value range, such as voltages or currents. A large field of application here are so-called standard ICs with low functional integration, for example operational amplifiers and voltage regulators.

Digitale ICs hingegen verarbeiten ausschließlich digitale Signale - Signale, deren Wertebereiche eine endliche Anzahl von Signalwerten besitzen. Sie stellen derzeit (2009) die größte Gruppe von Schaltkreisen dar. Typische Vertreter digitaler ICs sind Programmierbare Logikbausteine (engl.: programmable logic devices, PLD), Speicherbausteine (wie ROM, PROM, DRAM oder Flash-Speicher) und komplexe über Mikrocode programmierbare Schaltungen wie digitale Signalprozessoren, Mikrocontroller oder Mikroprozessoren.Digital ICs, on the other hand, only process digital signals - signals whose value ranges have a finite number of signal values. They currently (2009) represent the largest group of circuits. Typical representatives of digital ICs are programmable logic devices (PLD), memory devices (such as ROM, PROM, DRAM or flash memory) and complex circuits programmable via microcode such as digital signal processors, microcontrollers or microprocessors.

Außerhalb dieser groben Einteilung in analoge und digitale ICs gibt es noch weitere Schaltkreise, wie die an der Schnittstelle zwischen dem analogen und digitalen Bereich liegenden Digital-Analog- bzw. Analog-Digital-Umsetzer sowie Frequenz-Spannungs-Wandler und spannungsgesteuerte Oszillatoren (Spannungs-FrequenzWandler). Sensoren werden auch oft direkt in die Mikroelektronik mit integriert, oft zusammen mit ihrer Anpassungselektronik sowie ggf. einem digitalen Interface zum Anschluss an einen Mikroprozessor. Relativ einfach sind Temperatursensoren. Große Mengen werden heute an optischen Sensoren hergestellt, als Bildsensoren oder als Teile von optoelektronischen Anordnungen.In addition to this rough division into analog and digital ICs, there are other circuits, such as the digital-to-analog or analog-to-digital converters at the interface between the analog and digital range, as well as frequency-voltage converters and voltage-controlled oscillators (voltage Frequency converter). Sensors are also often integrated directly into the microelectronics, often together with their adaptation electronics and possibly a digital interface for connection to a microprocessor. Temperature sensors are relatively simple. Today, large quantities are produced on optical sensors, as image sensors or as parts of optoelectronic arrangements.

Die verschiedenen Formen der Bauelementintegration erfordern unterschiedliche Montagekonfigurationen, um die einzelnen Bauelemente zu elektronischen Baugruppen zu vereinen. Dadurch entstanden eine Vielzahl komplexer und differenzierter Aufbau- und Verbindungstechnologien.[32] So unterscheiden sich Bauelemente nach der Montagekonfiguration in gehäuste, auf die Leiterplatte aufsetzbare SMDs oder steckbare bedrahtete Bauelemente (THT) und in ungehäuste Nacktchips, die direkt oder mit einem Zwischenverdrahtungsträger auf den Verdrahtungsträger aufgesetzt werden. Heute werden die meisten Bauelemente als SMDs montiert. Jedoch gibt es Bauelemente, für die noch keine aufsetzbare SMD-Bauformen verfügbar sind, oder bei denen durch die SMD-Bauform die elektrische Belastbarkeit des Bauelements zu sehr eingeschränkt wird. In diesen Fällen werden die älteren THT-Bauformen weiterhin verwendet.[33] The different forms of component integration require different assembly configurations in order to combine the individual components into electronic assemblies. This resulted in a large number of complex and differentiated assembly and connection technologies. [32] Components differ according to the assembly configuration in housed SMDs that can be placed on the circuit board or pluggable wired components (THT) and in unhoused bare chips that are placed directly on the wiring carrier or with an intermediate wiring carrier. Today, most components are assembled as SMDs. However, there are components for which no attachable SMD designs are available yet or for which the electrical load capacity of the component is too limited due to the SMD design. In these cases, the older THT designs are still used. [33]

AnwendungenApplications

Bauelemente der Mikroelektronik wurden ursprünglich für die Anforderungen der Raumfahrt nach kleinen und leichten Bauteilen entwickelt. Sie sind heute in einer Vielzahl technischer Geräte und Einrichtungen zu finden:

  • • In Computern sind essenzielle Bestandteile als mikroelektronische integrierte Schaltkreise ausgeführt: die zentrale Recheneinheit genauso wie der Arbeitsspeicher und eine Vielzahl unterstützender Controller und Schnittstellen-Bausteine.
  • • In der industriellen Fertigung finden sich mikroelektronische Bauteile auch zum Beispiel in den Maschinensteuerungen.
  • • In Geräten der Unterhaltungselektronik übernehmen integrierte Schaltungen neben der gesamten Steuerung der Geräte auch die Dekodierung komprimierter Filme beim DVD-Abspielgerät oder die Ansteuerung der einzelnen Bildpunkte eines Flachbildschirms.
  • • In allen Arten von Fahrzeugen wird die Mikroelektronik eingesetzt, unter anderem zur Motorsteuerung oder dazu, im richtigen Moment Sicherheitsfunktionen, wie Airbags, auszulösen. Für diesen Bereich müssen die mikroelektronischen Bausteine übrigens erhöhte Qualitätskriterien erfüllen, zum Beispiel den automotiven Temperaturbereich (engl. automotive temperature range).
  • • Moderne Kommunikationstechnik ist ebenfalls ohne Mikroelektronik nicht mehr denkbar, das gilt sowohl für die klassische Telefonie, als auch für die Datenkommunikation und den Mobilfunk.
Microelectronic components were originally developed for the requirements of space travel for small and light components. They can be found in a variety of technical devices and facilities today:
  • • In computers, essential components are implemented as microelectronic integrated circuits: the central processing unit as well as the main memory and a large number of supporting controllers and interface modules.
  • • In industrial production, microelectronic components can also be found, for example, in the machine controls.
  • • In consumer electronics devices, in addition to the overall control of the devices, integrated circuits also take over the decoding of compressed films on the DVD player or the control of the individual pixels on a flat screen.
  • • Microelectronics are used in all types of vehicles, including for engine control or to trigger safety functions such as airbags at the right moment. For this area, the microelectronic components have to meet increased quality criteria, for example the automotive temperature range.
  • • Modern communication technology is also no longer conceivable without microelectronics, this applies to classic telephony as well as data communication and mobile radio.

An dieser Stelle kann nur eine exemplarische Auswahl genannt werden - es gibt sowohl in den genannten Gebieten eine Vielzahl weiterer Anwendungen als auch eine Reihe hier nicht genannter Anwendungsgebiete, wie Medizintechnik, Gebäudetechnik und vieles mehr.At this point, only an exemplary selection can be mentioned - there are a variety of other applications in the areas mentioned as well as a number of application areas not mentioned here, such as medical technology, building technology and much more.

Entwicklung mikroelektronischer Bauelemente
→ Hauptartikel: Chipentwurf
Development of microelectronic components
Main article: Chip design

Auf einem Die, einem einzelnen ungehäusten Halbleiter-Chip, können mehrere Milliarden Transistoren und anderen Grundelemente der mikroelektronischen Schaltungen aufgebracht werden. Mit rechnergestützten Hilfsmitteln wird der Entwurf eines funktionsfähigen Chips unterstützt. Die einzelnen Schritte, die in der Regel arbeitsteilig und mit abnehmender Abstraktion mehrfach gegangen werden, sind: Design, Simulation und Verifizierung. Den Abschluss bildet die Fertigungsvorbereitung. Da der Produktion eines Chips sehr hohe Einmalkosten (engl. non recurring engineering costs, NRE-Kosten) vorausgehen (zum Beispiel Maskenkosten, siehe Fotolithografie) und auch eine Reparatur eines integrierten Schaltkreises nur sehr eingeschränkt möglich und produktiv nicht praktikabel ist, ist es von großer Bedeutung, dass der Entwurf nur mit wenigen Überarbeitungen (sog. Redesigns) zum gewünschten Produkt führt. Das hat zur Folge, dass zu einem erheblichen Anteil Simulations- und Verifikationsschritte den Entwicklungsverlauf bestimmen - im Jahre 2004 machen sie etwa die Hälfte des Entwicklungsaufwandes für den Schaltkreis aus - mit steigender Tendenz. Um diese Kosten auf eine große Anzahl von Chips zu verteilen, wird versucht, Teilschritte der Entwicklungsarbeit auf mehrere Projekte zu verteilen. So können beispielsweise Logikgatter oder ganze Mikroprozessor-Architekturen als getestete Bibliotheken eingekauft und in die eigene Entwicklung integriert werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, FPGAs (Digitaltechnik) und FPAAs (Analogtechnik) zu verwenden. Diese Bauelemente beinhalten frei programmierbare digitale und analoge Schaltkreise, die nur noch entsprechend dem eigenen Schaltungsdesign konfiguriert werden müssen.Several billion transistors and other basic elements of the microelectronic circuits can be applied to a die, a single unpackaged semiconductor chip. The design of a functional chip is supported with computer-assisted aids. The individual steps that are usually carried out in a division of labor and several times with decreasing abstraction are: design, simulation and verification. The final step is production preparation. Since the production of a chip is preceded by very high non-recurring engineering costs (NRE costs) (e.g. mask costs, see photolithography) and the repair of an integrated circuit is only possible to a very limited extent and is not productively practical, it is very large Meaning that the design leads to the desired product with only a few revisions (so-called redesigns). As a result, simulation and verification steps determine the development process to a considerable extent - in 2004 they accounted for about half of the development effort for the circuit - with an upward trend. In order to distribute these costs over a large number of chips, attempts are made to distribute sub-steps of the development work over several projects. For example, logic gates or entire microprocessor architectures can be purchased as tested libraries and integrated into your own development. Another option is to use FPGAs (digital technology) and FPAAs (analog technology). These components contain freely programmable digital and analog circuits, which only need to be configured according to your own circuit design.

In vielen Fällen beschreibt der Chipentwickler die gewünschte Schaltung bei digitalen Schaltungsblöcken nur noch in einer „Hochsprache“ (vergleichbar der höheren Programmiersprache in der Informatik, übliche Ausprägungen: VHDL, Verilog), der Computer errechnet daraus die Schaltnetze (Synthese, engl. synthesis) und platziert die Transistoren (unter menschlicher Mitwirkung und Kontrolle).In many cases, the chip developer describes the desired circuit for digital circuit blocks only in a "high-level language" (comparable to the higher programming language in computer science, common forms: VHDL, Verilog), the computer uses this to calculate the switching networks (synthesis) places the transistors (with human participation and control).

Für analoge Schaltungen werden die entworfenen Schaltungen in sehr vielen Simulationsläufen (beispielsweise mit SPICE oder ähnlich) charakterisiert, wobei viele verschiedene Kombinationen für Betriebstemperaturen und -spannungen, Prozessvariationen und Ähnliches simuliert werden. Häufig werden auch statistische Variationen mithilfe einer Monte-Carlo-Analyse simuliert. Für Digital- wie für Analogschaltungen kann das Layout extrahiert werden, um parasitäre Elemente in der Simulation zu berücksichtigen und somit realistischere Ergebnisse zu erreichen.For analog circuits, the designed circuits are characterized in a large number of simulation runs (for example with SPICE or similar), with many different combinations for operating temperatures and voltages, process variations and the like being simulated. Statistical variations are also often simulated using a Monte Carlo analysis. For digital and analog circuits, the layout can be extracted to take parasitic elements into account in the simulation and thus achieve more realistic results.

Die fortschreitende Miniaturisierung treibt sowohl die Strukturierungsprozesse als auch die realisierten Funktionsbausteine, wie Transistoren und Leiterbahnen, an ihre physikalischen Grenzen. Um Ersterem zu begegnen, wird im Entwurfsprozess in steigendem Umfang Software eingesetzt, die die physikalischen Grenzeffekte, wie zum Beispiel die optische Beugung bei der Fotolithografie simuliert und den Schaltungsentwurf so modifiziert, dass diese Effekte ausgeglichen werden (engl. optical proximity correction, OPC). Um den Miniaturisierungseffekten bei den Bauelementen entgegenzuwirken, kommen fortlaufend neue Simulations- und Modellierungsverfahren zum Chipentwurfsprozess hinzu: zum Beispiel Simulationen des Spannungsabfalls in langen Versorgungsnetzen (engl. IR drop), Simulation der parasitären kapazitiven Kopplung benachbarter Leiterbahnen, Werkzeuge zur statischen Analyse der Zeitverhältnisse in einer Digitalschaltung (engl. static timing analysis, STA) usf.The advancing miniaturization pushes both the structuring processes and the implemented function modules, such as transistors and conductor tracks, to their physical limits. To counter the former, software is increasingly being used in the design process that simulates the physical boundary effects, such as optical diffraction in photolithography, and modifies the circuit design so that these effects are balanced (English: optical proximity correction, OPC). In order to counteract the miniaturization effects in the components, new simulation and modeling methods are continuously added to the chip design process: for example, simulations of the voltage drop in long supply networks (English IR drop), simulation of the parasitic capacitive coupling of adjacent conductor tracks, tools for the static analysis of the time relationships in one Digital circuit (static timing analysis, STA), etc.

Um Prototypen eines neuen Chips einigermaßen kostengünstig zu fertigen, kann man die Layouts mehrerer Chips auf einem Wafer zusammenfügen (engl.: multi project wafer, MPW), da sich so die Masken- und Fertigungskosten für die vergleichsweise kleinen Prototypenstückzahlen auf mehrere Projekte verteilen lassen.In order to manufacture prototypes of a new chip reasonably inexpensively, the layouts of several chips can be put together on a wafer (English: multi project wafer, MPW), since this allows the mask and manufacturing costs for the comparatively small prototype quantities to be distributed over several projects.

Herstellung von mikroelektronischen Schaltkreisen
→ Hauptartikel: Integrierter Schaltkreis#Herstellung und Halbleitertechnik
Manufacture of microelectronic circuits
→ Main article: Integrated circuit # manufacturing and semiconductor technology

Die Herstellung von mikroelektronischen Schaltkreisen erfolgt durch Verfahren der Halbleitertechnik (Herstellung der Bauelemente auf einem Substrat und bei monolithischen Schaltkreisen die Verdrahtung) und Aufbau- und Verbindungstechnik (Gehäusung und Verdrahtung/Verknüpfung von mikroelektronischen und nichtelektronischen Komponenten zu einem System). Dabei werden auch Verfahren der Dünn- und Dickfilmtechnik eingesetzt, bei letzteren werden die Bauteile auf einen Film aufgebracht oder eingebettet und verbunden, sie haben nur noch für Spezialanwendungen (Hochfrequenztechnik) Bedeutung.Microelectronic circuits are manufactured using methods from semiconductor technology (manufacture of components on a substrate and, in the case of monolithic circuits, wiring) and assembly and connection technology (housing and wiring / connection of microelectronic and nonelectronic components to form a system). In doing so, processes of thin and thick film technology are used, in the latter the components are applied to a film or embedded and connected, they are only of importance for special applications (high frequency technology).

Die Fertigung erfolgt in extrem sauberer Umgebung, sogenannten Reinräumen, mit einer sehr geringen Dichte von Staubpartikeln. Dies ist nötig, weil die herzustellenden Strukturen im Mikro- und Nanometerbereich liegen und selbst kleinste Partikel (< 0,1 µm) bereits Herstellungsfehler verursachen können, die den Ausfall eines kompletten Schaltkreises zur Folge haben. Der Fertigungsprozess selbst kann (neben Funktionstests) in drei Bereiche aufgeteilt werden: die Substratherstellung sowie die Fertigung der Bauelemente (Transistoren, Dioden usw.), das sog. Front-End, und deren „Verpackung“ in Gehäusen, dem sog. Back-End.The production takes place in an extremely clean environment, so-called clean rooms, with a very low density of dust particles. This is necessary because the structures to be manufactured are in the micrometer and nanometer range and even the smallest particles (<0.1 µm) can cause manufacturing defects that result in the failure of a complete circuit. The manufacturing process itself can be divided into three areas (in addition to functional tests): the manufacture of the substrate and the manufacture of the components (transistors, diodes, etc.), the so-called front end, and their "packaging" in housings, the so-called back end .

SubstratherstellungSubstrate production

Die Fertigung von integrierten Schaltungen erfolgt auf sogenannten Wafern (einkristalline Halbleiterscheiben), sodass mehrere integrierte Schaltungen parallel gefertigt und Kosten gesenkt werden können. Auf einem Wafer werden Hunderte und bei einfachen Strukturen (zum Beispiel Einzeltransistoren) Tausende identische integrierte Schaltkreise parallel hergestellt.Integrated circuits are manufactured on so-called wafers (single-crystalline semiconductor wafers), so that several integrated circuits can be manufactured in parallel and costs can be reduced. Hundreds and, in the case of simple structures (for example individual transistors), thousands of identical integrated circuits are produced in parallel on a wafer.

Damit die hohen Anforderungen zur Fertigung von integrierten Schaltungen erfüllt werden können, ist es notwendig, das Substrat in Form von hochreinen Einkristallen herzustellen. Die überwiegenden Mehrzahl (mehr als 99 %) der integrierten Schaltkreise nutzt als Substratmaterial den Halbleiter Silizium. Für sehr hochfrequente oder optische Anwendungen kommen auch andere Materialien wie Galliumarsenid zum Einsatz. Für spezielle Anwendungen wird auch Silizium auf dem isolierenden Substrat Saphir verwendet (engl.: Silicon on Sapphire, SOS).To meet the high requirements for the production of integrated circuits, it is necessary to manufacture the substrate in the form of high-purity single crystals. The vast majority (more than 99%) of the integrated circuits use silicon as the substrate material. Other materials such as gallium arsenide are also used for very high-frequency or optical applications. For special applications, silicon is also used on the insulating substrate sapphire (Silicon on Sapphire, SOS).

Im Falle des Siliziums wird zunächst aus einer hochreinen Siliziumschmelze (vgl. Gewinnung von Reinsilizium) ein einkristalliner Zylinder (Ingot) gezogen. Dazu wird vornehmlich das sogenannte Czochralski-Verfahren (CZ-Verfahren) genutzt. Ein alternatives Verfahren ist das Zonenschmelzen, was auch zur weiteren Reinigung der CZ-Ingots eingesetzt werden kann; für einige Spezialanwendungen sind höhere Reinheitsgrade notwendig als ein Fremdatom auf 109 Atomen der CZ-Ingots. Die Ingots werden in Abhängigkeit vom Durchmesser in 0,5-1,5 mm dünne Scheiben, die sog. Wafer, zersägt. Die heute in der Massenproduktion verwendeten Siliziumwafer haben Durchmesser von 150, 200 oder 300 mm (häufig auch als 6, 8 oder 12 Zoll bezeichnet). Sie erhalten durch verschiedene Ätz-, Schleif- und Polierprozesse eine nahezu perfekte ebene Oberfläche mit Unebenheiten in der Größenordnung von weniger als einem Nanometer, das heißt mit Oberflächenrauheiten von nur wenigen Atomlagen.In the case of silicon, a single-crystalline cylinder (ingot) is first drawn from a high-purity silicon melt (cf. extraction of pure silicon). The so-called Czochralski process (CZ process) is primarily used for this. An alternative method is zone melting, which can also be used for further cleaning of the CZ ingots; For some special applications, higher levels of purity are required than a foreign atom on 10 9 atoms of the CZ ingots. Depending on the diameter, the ingots are sawn into 0.5-1.5 mm thin wafers. The silicon wafers used today in mass production have diameters of 150, 200 or 300 mm (often also referred to as 6, 8 or 12 inches). Various etching, grinding and polishing processes give you an almost perfect flat surface with unevenness on the order of less than one nanometer, i.e. with surface roughness of just a few atomic layers.

Das sogenannte Front-End bei der Fertigung von integrierten Schaltkreisen beschäftigt sich mit der Herstellung der elektrisch aktiven Bauelemente (Transistoren, Kondensatoren usw.), dem sogenannten Front-End-of-Line (FEOL), und deren Verdrahtung (Metallisierung), dem sogenannten Back-End-of-Line (BEOL). Zum Einsatz kommen verschiedenste Verfahren der Halbleitertechnik zum Schichtaufbau (Epitaxie, Sputterdeposition, Bedampfen, CVD usw.), Schichtabtrag, und Strukturierung (Fotolithografie). Des Weiteren werden Verfahren zur Änderung von Materialeigenschaften (zum Beispiel Dotierung) eingesetzt.The so-called front-end in the manufacture of integrated circuits deals with the manufacture of electrically active components (transistors, capacitors, etc.), the so-called front-end-of-line (FEOL), and their wiring (metallization), the so-called Back-end-of-line (BEOL). A wide variety of semiconductor technology processes are used to build up layers (epitaxy, sputter deposition, vapor deposition, CVD etc.), layer removal, and structuring (photolithography). Furthermore, methods for changing material properties (for example doping) are used.

Nach der Metallisierung erfolgt heutzutage (2009) auch oft ein stichprobenartiges oder komplettes Prüfen der Schaltkreise mit Nadeltestern im Scheibenverbund, vor allem zur Bestimmung der Ausbeute und als Rückmeldung zu technologischen Parametern. Damit spart man sich das Verkappen des teilweise erheblichen Ausschusses. Für die Bestimmung von technologischen Parametern erfolgt die Prüfung (beispielsweise Schichtdickenprüfung) meist direkt nach dem jeweiligen Prozess, hier ist es mitunter wichtig, auch die jeweiligen Anlagen mitzuerfassen, da auch baugleiche Anlagen mit denselben Parametern Abweichungen erzeugen, die außerhalb des Toleranzbereichs liegen können.Nowadays (2009), after metallization, there is often a random or complete test of the circuits with needle testers in the pane, especially to determine the yield and as feedback on technological parameters. This saves capping the sometimes considerable scrap. For the determination of technological parameters, the test (e.g. layer thickness test) is usually carried out directly after the respective process, here it is sometimes important to also include the respective systems, since systems of identical construction with the same parameters generate deviations that may lie outside the tolerance range.

Back-End
Siehe auch: „Back-End“ im Artikel Integrierter Schaltkreis
Back end
See also: “Back-End” in the Integrated Circuit article

Im nachfolgenden Fertigungsabschnitt, dem Back-End, werden die ICs anschließend vereinzelt. Dies erfolgt im Allgemeinen durch Sägen (selten auch durch Ritzen und Brechen) des Wafers zu Dies (den sogenannten Chips). Beim nachfolgenden Verpacken (engl. packaging) werden die einzelnen ICs dann in ein Gehäuse eingebracht und kontaktiert, das sogenannte Bonden. Dabei kommen je nach Typ unterschiedliche Verfahren zum Einsatz, beispielsweise Chipbonden oder Drahtbonden. In the subsequent manufacturing stage, the back end, the ICs are then separated. This is generally done by sawing (rarely also by scratching and breaking) the wafer into dies (the so-called chips). In the subsequent packaging, the individual ICs are then placed in a housing and contacted, the so-called bonding. Depending on the type, different methods are used, for example chip bonding or wire bonding.

Das Verkappen (Einhausen) dient zur hermetischen Versiegelung gegenüber Umwelteinflüssen - für rein elektrische Schaltkreise muss das Gehäuse gas- und lichtdicht sein - sowie zur besseren Verwendbarkeit: entweder wird der Chip samt Bonddrähten in einem Hohlraum (Blech, Keramik, ggf. mit Fenster) eingeschlossen oder mit Kunstharz umhüllt (eingegossen). Die Anschlüsse nach außen werden beispielsweise als Dual in-line package (DIL) oder Plastic Leaded Chip Carrier (PLCC) ausgeführt. Hochkomplexe Schaltkreise (meist für mobile Anwendungen) werden neuerdings (2009) auch ohne Sockelgehäuse eingesetzt und direkt auf die jeweiligen Platinen gelötet (vgl. Ball Grid Array).The capping (housing) is used for hermetic sealing against environmental influences - the housing must be gas and light-tight for purely electrical circuits - and for better usability: either the chip together with the bond wires is enclosed in a cavity (sheet metal, ceramic, possibly with a window) or encased in resin. The external connections are implemented, for example, as a Dual in-line package (DIL) or Plastic Leaded Chip Carrier (PLCC). Highly complex circuits (mostly for mobile applications) have recently (2009) also been used without a socket housing and soldered directly to the respective circuit boards (see Ball Grid Array).

Zum Abschluss erfolgt nochmals ein Funktionstest, dabei werden zugesicherte Eigenschaften an allen Schaltkreisen geprüft. Die Typprüfung erfolgt stichprobenartig oder nur in der Entwicklungsphase. Die Stückprüfung dient dem Sortieren in Schaltkreise unterschiedlicher Güteklassen (zum Beispiel nach Offset-Spannung bei Operationsverstärkern). Prüfergebnisse und die Art der Verkappung bestimmen das Einsatzgebiet. So werden hohe Qualitäten für erweiterte Einsatztemperaturen und Umweltanforderungen gefertigt (sog. MIL-Standard für militärische und Raumfahrt-Anwendungen). Höhere Toleranzen und Plastik-Verkappung kommen für Massenanwendungen (Konsumgüter) infrage.At the end there is another function test, in which assured properties are checked on all circuits. The type test is carried out on a sample basis or only in the development phase. The routine test is used for sorting in circuits of different quality classes (for example, according to offset voltage for operational amplifiers). Test results and the type of capping determine the area of application. In this way, high qualities are manufactured for extended operating temperatures and environmental requirements (the so-called MIL standard for military and space applications). Higher tolerances and plastic capping are suitable for mass applications (consumer goods).

Neben den monolithischen Schaltkreisen gibt es auch sogenannte Dickschicht-Hybridschaltkreise. Dabei werden einzelne Funktionen der Schaltung in unterschiedlichen Halbleiterchips realisiert und auf einem zusätzlichen Trägermaterial aufgebracht und drucktechnisch im Siebdruckverfahren verdrahtet, auf diese Weise können neben Verbindungsleitungen auch passive Bauelemente realisiert werden.In addition to the monolithic circuits, there are also so-called thick-film hybrid circuits. Individual functions of the circuit are implemented in different semiconductor chips and applied to an additional carrier material and wired in a screen printing process. In this way, passive components can be implemented in addition to connecting lines.

Wenn besonders kompakte Bausteine erforderlich sind, beispielsweise in Mobiltelefonen, werden auch mehrere Einzelschaltkreise auf kürzestem Weg elektrisch verbunden und in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, siehe bei Multi-Chip-Modul.If particularly compact components are required, for example in mobile phones, several individual circuits are also electrically connected in the shortest possible way and housed in a common housing, see Multi-Chip module.

FunktionstestFunction test

Um schon frühzeitig auf Prozessschwankungen zu reagieren, fehlerhafte Prozesse gegebenenfalls zu korrigieren oder gar Wafer oder Lose aus der Produktion zu nehmen, werden die noch unfertigen ICs nach vielen Prozessschritten getestet. Im Front-End handelt es sich dabei meist um Stichproben. Nach dem Front-End werden in der Regel alle ICs vor der Weiterverarbeitung auf ihre Funktion getestet. Teilweise sind bestimmte Funktionen (Hochfrequenzschaltungen oder später nicht auf Pins herausgeführte Anschlüsse des Chips) nur auf dem Die testbar. Vor allem muss aus Kostengründen verhindert werden, dass nicht funktionsfähige ICs im nachfolgenden Herstellungsprozess weiterbearbeitet werden.In order to react early to process fluctuations, correct faulty processes if necessary, or even take wafers or lots out of production, the unfinished ICs are tested after many process steps. In the front end, these are mostly random samples. After the front end, all ICs are usually tested for their function before further processing. In some cases, certain functions (high-frequency circuits or later connections of the chip that are not routed to pins) can only be tested on the die. Above all, for cost reasons, it must be prevented that non-functional ICs are further processed in the subsequent manufacturing process.

Schließlich wird auch der gehäuste Chip vor der Ablieferung einem endgültigen Test unterzogen, um Fehler in der Back-End-Fertigung festzustellen. Auch werden einige Eigenschaften getestet, die sich durch das Packaging verändern bzw. deren Messung ohne Gehäuse nicht möglich ist, wie zum Beispiel das Bonding oder bestimmte Hochfrequenzeigenschaften. Der gehäuste Chip kann dann zur Leiterplattenbestückung gehen.Finally, the packaged chip is also subjected to a final test before delivery in order to determine defects in the back-end production. It also tests some properties that change due to packaging or that cannot be measured without a housing, such as bonding or certain high-frequency properties. The packaged chip can then go to the PCB assembly.

Obwohl diese Messungen auf speziellen Testsystemen (Automatic Test Equipment) vollautomatisch ablaufen, haben die damit verbundenen Kosten bei hochintegrierten Prozessorchips bereits nahezu die Herstellungskosten erreicht. Dies liegt vor allem daran, dass nur bedingt Skaleneffekte beim Testen greifen (eine Parallelisierung ist beispielsweise nur bei reinen Digitalschaltungen möglich) und neuere ICs immer mehr Funktionen beinhalten, die nacheinander getestet werden müssen.Although these measurements are carried out fully automatically on special test systems (Automatic Test Equipment), the associated costs for highly integrated processor chips have almost reached the manufacturing costs. Above all, this is due to the fact that only limited scale effects take effect during testing (parallelization is only possible, for example, with purely digital circuits) and newer ICs contain more and more functions that have to be tested one after the other.

ÖkonomieEconomy

Der Industriezweig, der sich mit der Herstellung von mikroelektronischen Bauteilen beschäftigt - die Halbleiterindustrie - zeigt zwei Eigenschaften, die ihn von anderen unterscheidet.The industry that deals with the manufacture of microelectronic components - the semiconductor industry - shows two properties that distinguish it from others.

Große Skaleneffekte: Halbleiterfabriken für die Massenfertigung von Bausteinen der jeweils kleinstmöglichen Strukturgrößen sind erst ab einer gewissen Größe rentabel. Weiterhin sind diese Fabriken um Größenordnungen teurer als vergleichbare Fertigungsstätten anderer Branchen: heute (2004) liegen die Kosten für Bau und Ausrüstung einer Hochvolumenfabrik auf dem Stand der Technik bei etwa 2 Milliarden USD. Beides zusammen führt zu dem sogenannten Schweinezyklus: Es gibt nur eine vergleichsweise geringe Anzahl an aktuellen Halbleiterfabriken weltweit. Wenn es der Branche gut geht, das heißt in der Regel, wenn das Angebot an Halbleiterbausteinen geringer ist als die Nachfrage, baut sie ihre Fertigungskapazitäten aus, weil die meisten Unternehmen nur dann die Summen für den Ausbau aufbringen können. Jede neue Fabrik, die in Produktion geht, erhöht das Weltmarktvolumen verfügbarer Bausteine gleich um Prozentpunkte, da sie ja aus Rentabilitätsgründen sehr groß sein müssen. Der schlagartige Anstieg verfügbaren Volumens führt zu einem entsprechend starken Preisverfall der Bauelemente, der sich wieder einschwingt, sobald die Nachfrage das Angebot wieder eingeholt hat. Durch den Preisverfall sind viele Unternehmen eine Zeit lang nicht in der Lage ihre Fertigungskapazitäten auszubauen - es läuft auf die nächste Verknappung des Angebotes zu. Dann wiederholt sich der Zyklus.Great economies of scale: semiconductor factories for the mass production of components of the smallest possible structure sizes are only profitable from a certain size. Furthermore, these factories are orders of magnitude more expensive than comparable manufacturing facilities in other industries: today (2004) the costs are for the construction and equipment of a high-volume, state-of-the-art factory at approximately $ 2 billion. Both together lead to the so-called pig cycle: There are only a comparatively small number of current semiconductor factories worldwide. If the industry is doing well, which usually means that the supply of semiconductor devices is less than the demand, it will expand its manufacturing capacities because most companies will only be able to raise the sums for the expansion. Every new factory that goes into production increases the global market volume of available modules by percentage points, since they have to be very large for profitability reasons. The sudden increase in available volume leads to a correspondingly sharp drop in the price of the components, which settles again as soon as demand has caught up with the supply again. Due to the drop in prices, many companies are unable to expand their production capacities for a while - it is approaching the next shortage of the offer. Then the cycle repeats.

Zuschreibung strategischer Bedeutung: Viele Staaten schreiben der Halbleiterindustrie strategische Bedeutung zu. Meist begründet sich das in dem „Keimzelleneffekt“ für andere Hochtechnologien. Im Umfeld von Halbleiterindustrien entwickeln sich nicht nur hochqualifizierte Zulieferer aus der Chemie und dem Anlagenbau, sondern auch aus den Abnehmerindustrien der Bauelemente, zum Beispiel die Computer- und Elektronikindustrie. In einigen Fällen wird die strategische Bedeutung auch militärisch begründet. So schätzen die USA die Bedeutung der Mikroelektronik für Rüstungsprogramme so wichtig ein, dass sowohl Geräte zur Herstellung aktueller ICs als auch die Schaltungsentwürfe und sogar die Schaltungsentwicklungssoftware Gegenstand ihrer Exportkontrolllisten sind. Diese hoch eingeschätzte Bedeutung hat zur Folge, dass eine Vielzahl von Staaten die Ansiedelung der Halbleiterindustrie in vielerlei Weise fördern: von Anschubfinanzierungen, besonderen Steuergestaltungen, staatlichen Kreditgarantien bis zu staatlich geförderter Forschung an universitären und industriellen Forschungszentren etc. Diese Förderungen sind auch gelegentlich Gegenstand von ökonomischen Auseinandersetzungen zwischen Staaten und Unternehmen - so geschehen zuletzt im Jahre 2003. Damals wurde dem DRAM-Hersteller Hynix vorgeworfen über die Maßen vom südkoreanischen Staat in seiner Finanzkrise gestützt worden zu sein. Die Wettbewerber von Hynix erwirkten daraufhin Strafzölle auf den Import von Produkten dieses Unternehmens in den USA, der Europäischen Union[34] und zuletzt Japan, wogegen Südkorea protestierte.Attribution of strategic importance: Many states attribute strategic importance to the semiconductor industry. This is mostly due to the "germ cell effect" for other high technologies. In the area of semiconductor industries, not only highly qualified suppliers from the chemical and plant engineering sectors are developing, but also from the customer industries for components, for example the computer and electronics industries. In some cases, the strategic importance is also based on military reasons. For example, the USA considers the importance of microelectronics for armaments programs so important that devices for the production of current ICs as well as the circuit designs and even the circuit development software are the subject of their export control lists. This highly valued significance means that a large number of countries promote the settlement of the semiconductor industry in many ways: from start-up financing, special tax arrangements, state credit guarantees to state-funded research at university and industrial research centers etc. These grants are also occasionally the subject of economic ones Disputes between states and companies - as last happened in 2003. At that time, DRAM manufacturer Hynix was accused of being excessively supported by the South Korean state in its financial crisis. Hynix's competitors then imposed punitive tariffs on imports of its products in the United States, the European Union [34] and most recently Japan, against which South Korea protested.

Geschäftsmodelle: Wie in vielen anderen Branchen auch gibt es den Vollhersteller - Integrated Device Manufacturer (IDM) genannt. Ein IDM erstellt das Produktdesign, entwickelt die Fertigungstechnologie, fertigt das Bauteil und verkauft es selbst. Daneben gibt es jedoch auch noch die „Fabless Design Houses“ und „Foundries“. Fabless Design Houses erstellen das Produktdesign entsprechend den Vorgaben bzw. in Kooperation mit der Foundry, die es später fertigen wird, und verkaufen das fertige Produkt. Die Foundry entwickelt die Fertigungstechnologie, stellt ihren Kunden technologiespezifische Hilfsmittel zum Chipentwurf (EDA) bereit und fertigt die ICs. Kombinationen dieser Geschäftsmodelle und Nischenmodelle sind in der Praxis auch zu finden.Business models: As in many other industries, there is the full manufacturer - called Integrated Device Manufacturer (IDM). An IDM creates the product design, develops the manufacturing technology, manufactures the component and sells it itself. However, there are also the "Fabless Design Houses" and "Foundries". Fabless design houses create the product design according to the specifications or in cooperation with the foundry, which will produce it later, and sell the finished product. The foundry develops the manufacturing technology, provides its customers with technology-specific tools for chip design (EDA) and manufactures the ICs. Combinations of these business models and niche models can also be found in practice.

OptoelektronikOptoelectronics

Der Begriff Optoelektronik (manchmal auch Optronik oder Optotronik genannt) entstand aus der Kombination von Optik und Halbleiterelektronik und umfasst im weitesten Sinne alle Produkte und Verfahren, die die Umwandlung von elektronisch erzeugten Daten und Energien in Lichtemission ermöglichen und umgekehrt.The term optoelectronics (sometimes also called optronics or optotronics) was created from the combination of optics and semiconductor electronics and broadly includes all products and processes that enable the conversion of electronically generated data and energies into light emission and vice versa.

Hintergrund ist z. B. der Versuch, die Vorteile der elektronischen Datenaufbereitung und Verarbeitung mit den Vorteilen der schnellen und elektromagnetisch und elektrostatisch unstörbaren breitbandigen Übertragungseigenschaft des Lichtes zu kombinieren. Gleichzeitig fällt hierunter auch die Wandlung von elektrischer Energie in Licht und umgekehrt auf der Basis der elektronischen Halbleitertechnik, wobei das erzeugte Licht sich entweder im Freiraum oder in festen lichtdurchlässigen Medien (Lichtwellenleiter wie z. B. Glasfaserkabel) ausbreiten kann oder wie in der optischen Speichertechnik auch zur Speicherung elektronisch erzeugter Daten dienen kann.Background is e.g. B. the attempt to combine the advantages of electronic data processing and processing with the advantages of fast and electromagnetic and electrostatically undisturbed broadband transmission property of light. At the same time, this also includes the conversion of electrical energy into light and vice versa on the basis of electronic semiconductor technology, whereby the generated light can either spread in free space or in solid translucent media (optical fibers such as fiber optic cables) or as in optical storage technology can also be used to store electronically generated data.

Die Optoelektronik ist dabei fester Bestandteil des täglichen Lebens geworden, da sie Komponenten wie z. B. Laser, Bildschirme, Rechner, optische Speicher und Datenträger umfasst.The optoelectronics has become an integral part of everyday life because it includes components such as B. includes lasers, screens, computers, optical storage and data carriers.

Erster und bis heute gültiger Systemvorschlag zur optoelektronischen Nachrichtenübertragung mittels Laserdiode, Glasfaser und Photodiode von Manfred Börner, 1965[1] First and still valid system proposal for optoelectronic message transmission using a laser diode, glass fiber and photodiode by Manfred Börner, 1965 [1]

Optoelektronische Bauteile sind Bauteile, die als Schnittstelle zwischen elektrischen und optischen Komponenten wirken oder auch Geräte, die solche Bauteile enthalten. Damit sind meist (aber nicht ausschließlich) mikroelektronische Bauteile gemeint, die auf der Basis von Halbleitern funktionieren. Optoelectronic components are components that act as an interface between electrical and optical components or devices that contain such components. This mostly (but not exclusively) means microelectronic components that function on the basis of semiconductors.

Die Bauelemente der Optoelektronik lassen sich in Aktoren (Sender) und Detektoren (Empfänger) unterteilen. Optoelektronische Aktoren sind Halbleiterbauelemente, die aus Strom Licht erzeugen, also Laser- und Leuchtdioden. Das Emissionsspektrum kann sich dabei sowohl im sichtbaren als auch im unsichtbaren (UV oder Infrarot) Spektralbereich befinden. Optoelektronische Detektoren sind die Umkehrbauelemente der Aktoren, also Fotowiderstand, Photodiode (auch Solarzelle) und Fototransistor. Lichtsensoren können auch als integrierte Schaltung aufgebaut werden, z. B. als CCD-Sensor. Auch Photomultiplier werden zur Optoelektronik gezählt. Werden Aktor und Detektor als System betrieben, resultiert daraus ein optischer Sensor, ein sogenannter Optosensor. Das Fachgebiet wird analog dazu als Optosensorik bezeichnet. Die einfache Kombination aus einem Aktor und Detektor in einem Bauteil wird als Optokoppler bezeichnet.The components of optoelectronics can be divided into actuators (transmitters) and detectors (receivers). Optoelectronic actuators are semiconductor components that generate light from electricity, i.e. laser and light emitting diodes. The emission spectrum can be in the visible as well as in the invisible (UV or infrared) spectral range. Optoelectronic detectors are the reversing components of the actuators, i.e. photoresistor, photodiode (also solar cell) and phototransistor. Light sensors can also be built as an integrated circuit, e.g. B. as a CCD sensor. Photomultipliers are also counted among optoelectronics. If the actuator and detector are operated as a system, this results in an optical sensor, a so-called optosensor. The specialist area is also referred to as optosensor technology. The simple combination of an actuator and detector in one component is called an optocoupler.

Neben diesen gibt es noch weitere Bauteile die bei der Übertragung, Verstärkung oder Modulation von Signalen benötigt werden. Die Übertragung von optischen Signalen kann durch den freien Raum oder in Verbindung mit Wellenleiter und optischen Schaltkreise (vgl. integrierte Optik) erfolgen. Optische Modulatoren sind Bauelemente, die Licht eine definierte Charakteristik aufprägen (modulieren). Dies kann beispielsweise eine zeitliche oder räumliche Amplituden- oder Phasenvariation sein. Dazu gehören zum Beispiel optische Verstärker, optoelektronische Multiplexer sowie magnetorestriktive optische Mikroreflektoren.In addition to these, there are other components that are required for the transmission, amplification or modulation of signals. Optical signals can be transmitted through free space or in conjunction with waveguides and optical circuits (see integrated optics). Optical modulators are components that impress (modulate) light on a defined characteristic. This can be a temporal or spatial amplitude or phase variation, for example. These include, for example, optical amplifiers, optoelectronic multiplexers and magnetorestrictive optical microreflectors.

Halbleitersemiconductor

Halbleiter sind Festkörper, deren elektrische Leitfähigkeit zwischen der von elektrischen Leitern (>104 S/cm) und der von Nichtleitern (<10-8 S/cm) liegt.[1] Da sich die Grenzbereiche der drei Gruppen überschneiden, ist der negative Temperaturkoeffizient des spezifischen Widerstandes ein weiteres wichtiges Merkmal von Halbleitern, das heißt, ihre Leitfähigkeit nimmt mit steigender Temperatur zu, sie sind sogenannte Heißleiter. Ursache hierfür ist die sogenannte Bandlücke zwischen dem Valenz- und dem Leitungsband. Nah am absoluten Temperaturnullpunkt sind diese voll- bzw. unbesetzt und Halbleiter daher Nichtleiter. Es existieren im Gegensatz zu Metallen primär keine freien Ladungsträger, diese müssen erst z. B. durch thermische Anregung entstehen. Die elektrische Leitfähigkeit von Halbleitern steigt aber steil mit der Temperatur an, so dass sie bei Raumtemperatur, je nach materialspezifischem Abstand von Leitungs- und Valenzband, mehr oder weniger leitend sind. Des Weiteren lassen sich durch das Einbringen von Fremdatomen (Dotieren) aus einer anderen chemischen Hauptgruppe die Leitfähigkeit und der Leitungscharakter (Elektronen- und Löcherleitung) in weiten Grenzen gezielt beeinflussen.Semiconductors are solid bodies whose electrical conductivity is between that of electrical conductors (> 10 4 S / cm) and that of non-conductors (<10 -8 S / cm). [1] Since the border areas of the three groups overlap, the negative temperature coefficient of the specific resistance is another important characteristic of semiconductors, that is, their conductivity increases with increasing temperature, they are so-called thermistors. The reason for this is the so-called band gap between the valence band and the conduction band. Close to the absolute zero temperature, these are fully or unoccupied and semiconductors are therefore non-conductive. In contrast to metals, there are primarily no free charge carriers. B. arise from thermal excitation. The electrical conductivity of semiconductors rises steeply with temperature, so that they are more or less conductive at room temperature, depending on the material-specific distance between the conduction and valence bands. Furthermore, by introducing foreign atoms (doping) from another main chemical group, the conductivity and the conductivity character (electron and hole conduction) can be influenced in a wide range.

Halbleiter werden anhand ihrer Kristallstruktur in kristalline und amorphe Halbleiter unterschieden, siehe Abschnitt Einteilung. Des Weiteren können sie verschiedene chemische Strukturen besitzen. Am bekanntesten sind die Elementhalbleiter Silicium und Germanium, die aus einem einzigen Element aufgebaut sind, und Verbindungshalbleitern wie zum Beispiel der Ill-V-Verbindungshalbleiter Galliumarsenid. Des Weiteren haben in den letzten Jahrzehnten organische Halbleiter an Bedeutung und Bekanntheit gewonnen, sie werden beispielsweise in organischen Leuchtdioden (OLEDs) eingesetzt. Es gibt allerdings auch noch weitere Stoffe mit Halbleitereigenschaften, so z. B. metallorganische Halbleiter wie auch Materialien, die durch Nanostrukturierung Halbleitereigenschaften bekommen. Ganz neu sind ternäre Hydrid-Verbindungen wie Lithium-Barium-Hydrid (LiBaH3).Semiconductors are differentiated into crystalline and amorphous semiconductors based on their crystal structure, see section Classification. Furthermore, they can have different chemical structures. The best known are the element semiconductors silicon and germanium, which are composed of a single element, and compound semiconductors such as, for example, the Ill-V compound semiconductor gallium arsenide. Furthermore, organic semiconductors have gained in importance and popularity in recent decades, for example, they are used in organic light-emitting diodes (OLEDs). However, there are also other substances with semiconductor properties, such as. B. organometallic semiconductors as well as materials that get semiconductor properties through nanostructuring. Ternary hydride compounds such as lithium barium hydride (LiBaH 3 ) are brand new.

Bedeutung haben Halbleiter für die Elektrotechnik und insbesondere für die Elektronik, wobei die Möglichkeit, ihre elektrische Leitfähigkeit durch Dotierung zu beeinflussen, eine entscheidende Rolle spielt. Die Kombination unterschiedlich dotierter Bereiche, z. B. beim p-n-Übergang, ermöglicht sowohl elektronische Bauelemente mit einer richtungsabhängigen Leitfähigkeit (Diode, Gleichrichter) oder einer Schalterfunktion (z. B. Transistor, Thyristor, Photodiode), die z. B. durch Anlegen einer elektrischen Spannung oder eines Stroms gesteuert werden kann (vgl. Arbeitszustände in Metall-Isolator-Halbleiter-Struktur). Weitere Anwendungen neben dem Transistor sind: Heißleiter, Varistoren, Strahlungssensoren (Photoleiter, Fotowiderstände, Photodioden beziehungsweise Solarzellen), thermoelektrische Generatoren, Peltierelemente sowie Strahlungs- beziehungsweise Lichtquellen (Laserdiode, Leuchtdiode). Der Großteil aller gefertigten Halbleiterbauelemente ist Silicium-basiert. Silicium hat zwar nicht die allerbesten elektrischen Eigenschaften (z. B. Ladungsträgerbeweglichkeit), besitzt aber in Kombination mit seinem chemisch stabilen Oxid deutliche Vorteile in der Fertigung (siehe auch thermische Oxidation von Silizium).Semiconductors are important for electrical engineering and in particular for electronics, with the possibility of influencing their electrical conductivity by doping playing a decisive role. The combination of differently doped areas, e.g. B. at the p-n transition, enables both electronic components with a direction-dependent conductivity (diode, rectifier) or a switch function (z. B. transistor, thyristor, photodiode), the z. B. can be controlled by applying an electrical voltage or a current (see. Working conditions in metal-insulator-semiconductor structure). Other applications in addition to the transistor are: thermistors, varistors, radiation sensors (photoconductors, photoresistors, photodiodes or solar cells), thermoelectric generators, Peltier elements and radiation or light sources (laser diode, light-emitting diode). The majority of all semiconductor components manufactured are silicon-based. Silicon does not have the very best electrical properties (e.g. charge carrier mobility), but in combination with its chemically stable oxide it has significant advantages in production (see also thermal oxidation of silicon).

Geschichte history

Stephen Gray entdeckte 1727 den Unterschied zwischen Leiter und Nichtleiter. Nachdem Georg Simon Ohm 1821 das Ohmsche Gesetz aufstellte, womit die Proportionalität zwischen Strom und Spannung in einem elektrischen Leiter beschrieben wird, konnte auch die Leitfähigkeit eines Gegenstandes bestimmt werden.Stephen Gray discovered the difference between conductor and non-conductor in 1727. After Georg Simon Ohm established Ohm's law in 1821, which describes the proportionality between current and voltage in an electrical conductor, the conductivity of an object could also be determined.

Der Nobelpreisträger Ferdinand Braun entdeckte den Gleichrichtereffekt der Halbleiter 1874. Er schrieb: „[...] bei einer großen Anzahl natürlicher und künstlicher Schwefelmetalle [...] der Widerstand derselben war verschieden mit Richtung, Intensität und Dauer des Stroms. Die Unterschiede betragen bis zu 30 Prozent des ganzen Wertes.“ Er beschrieb damit erstmals, dass der Widerstand veränderlich sein kann.The Nobel Prize winner Ferdinand Braun discovered the rectifier effect of semiconductors in 1874. He wrote: “[...] with a large number of natural and artificial sulfur metals [...] the resistance of these was different with direction, intensity and duration of the current. The differences amount to up to 30 percent of the total value. ”This is the first time that he has described that resistance can vary.

Greenleaf Whittier Pickard erhielt 1906 das erste Patent für eine auf Silicium basierende Spitzendiode zur Demodulation des Trägersignals in einem Detektorempfänger.[2][3] Anfangs wurde im gleichnamigen Empfänger („Pickard Crystal Radio Kit“) meistens Bleiglanz als Halbleiter verwendet, wobei in den 1920er Jahren robustere und leistungsfähigere Dioden auf Basis von Kupfersulfid-Kupfer-Kontakten entstanden. Die Funktionsweise des auf einem Halbleiter-Metall-Übergang basierenden Gleichrichtereffektes blieb trotz technischer Anwendung über Jahrzehnte ungeklärt. Erst Walter Schottky konnte 1939 die theoretischen Grundlagen zur Beschreibung der nach ihm benannten Schottky-Diode legen.Greenleaf Whittier Pickard received the first patent in 1906 for a silicon-based tip diode for demodulating the carrier signal in a detector receiver. [2] [3] Initially, mostly galena used in the same receiver ( "Pickard Crystal Radio Kit") as a semiconductor, in the 1920s, more robust and more powerful diodes based on copper sulphide contacts emerged. The functionality of the rectifier effect based on a semiconductor-metal transition remained unclear for decades despite its technical application. It was only in 1939 that Walter Schottky was able to lay the theoretical foundations for describing the Schottky diode named after him.

Das erste Patent zum Prinzip des Transistors wurde 1925 von Julius Edgar Lilienfeld (US-Physiker österreichisch-ungarischer Abstammung) angemeldet.[4] Lilienfeld beschrieb in seiner Arbeit ein elektronisches Bauelement, welches im weitesten Sinne mit heutigen Feldeffekttransistoren vergleichbar ist, ihm fehlten seinerzeit die notwendigen Technologien, Feldeffekttransistoren praktisch zu realisieren.[5] The first patent on the principle of the transistor was registered in 1925 by Julius Edgar Lilienfeld (US physicist of Austrian-Hungarian origin). [4] Lilienfeld described an electronic component in his work, which in the broadest sense is comparable to today's field effect transistors. At the time, he lacked the necessary technologies to implement field effect transistors in practice. [5]

Als 1947 in den Bell Laboratories die Wissenschaftler John Bardeen, William Bradford Shockley und Walter Houser Brattain zwei Metalldrahtspitzen auf ein Germaniumplättchen steckten und somit die p-leitende Zone mit der zweiten Drahtspitze mit einer elektrischen Spannung steuern konnten, realisierten sie damit den Spitzentransistor (Bipolartransistor). Dies brachte ihnen den Physik-Nobelpreis von 1956 ein und begründete die Mikroelektronik.When scientists at Bell Laboratories in 1947, John Bardeen, William Bradford Shockley and Walter Houser Brattain put two metal wire tips on a germanium plate and were thus able to control the p-type zone with the second wire tip with an electrical voltage, they realized the tip transistor (bipolar transistor) . This earned them the 1956 Nobel Prize in Physics and the foundation of microelectronics.

Die Herstellung von hochreinem Silicium gelang 1954 Eberhard Spenke und seinem Team in der Siemens & Halske AG mit dem Zonenschmelzverfahren. Dies brachte Mitte der 1950er Jahre zusammen mit der Verfügbarkeit eines Isolationsmaterials (Siliciumdioxid) mit günstigen Eigenschaften (nicht wasserlöslich wie Germaniumoxid, einfach herstellbar usw.) den Durchbruch von Silicium als Halbleitermaterial für die Elektronikindustrie und etwa 30 Jahre später auch für die ersten Produkte der Mikrosystemtechnik. Für die Herstellung von integrierten Schaltkreisen wird heute (2009) fast ausschließlich mit dem Czochralski-Verfahren kostengünstiger hergestelltes Silicium verwendet.Eberhard Spenke and his team at Siemens & Halske AG succeeded in producing high-purity silicon in 1954 using the zone melting process. In the mid-1950s, this, together with the availability of an insulating material (silicon dioxide) with favorable properties (not water-soluble like germanium oxide, easy to manufacture, etc.) brought about the breakthrough of silicon as a semiconductor material for the electronics industry and about 30 years later for the first products in microsystem technology . For the production of integrated circuits, silicon (2009) is used almost exclusively today (2009) using the Czochralski process.

Alan Heeger, Alan MacDiarmid und Hideki Shirakawa zeigten 1976, dass bei einer Dotierung von Polyacetylen - einem Polymer, das im undotierten Zustand ein Isolator ist - mit Oxidationsmitteln der spezifische elektrische Widerstand bis auf 10-5 Ω·m (Silber: = 10-8 Ω·m) sinken kann. Im Jahre 2000 erhielten sie dafür den Nobelpreis für Chemie (siehe Abschnitt organische Halbleiter).[6][7] Einteilung Elementhalbleiter Chemische Einteilung Verbindungshalbleiter (ohne org. HL) Organische Halbleiter Ge, Si, α-Sn, C (Fullerene), B, Se, Te III-V: GaP, GaAs, InP, InSb, InAs, GaSb, GaN, Tetracen, Pentacen, Phthalocyanine, Polythiophene, PTCDA, MePTCDI, Chinacridon, Acridon, Indanthron, Flavanthron, Perinon, Alq3 AIN, InN, AlxGa1-xAs, InxGa1-xN II-VI: ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, Mischsysteme: Unter Druck: Bi, Ca, Sr, Ba, Yb, P, S, I CdS, CdSe, CdTe, Polyvinylcarbazol, Hg(1-x)Cd(x)Te, BeSe, BeTe, HgS TCNQ-Komplexe III-VI: GaS, GaSe, GaTe, InS, InSe, InTe ... I-III-VI: CuInSe2, CuInGaSe2, CuInS2, CuInGaS2 ... IV-IV: SiC, SiGe IV-VI: SnTe Alan Heeger, Alan MacDiarmid and Hideki Shirakawa showed in 1976 that when doping polyacetylene - a polymer that is an insulator in the undoped state - with oxidizing agents, the specific electrical resistance down to 10 -5 Ω · m (silver: = 10 -8 Ω · m) can decrease. In 2000 they received the Nobel Prize in Chemistry (see section on organic semiconductors). [6] [7] Classification Element semiconductors Chemical classification of compound semiconductors (without org. HL) Organic semiconductors Ge, Si, α-Sn, C (fullerenes), B, Se, Te III-V: GaP, GaAs, InP, InSb, InAs, GaSb, GaN, Tetracen, Pentacen, Phthalocyanine, Polythiophene, PTCDA, MePTCDI, Quinacridon, Acridon, Indanthron, Flavanthron, Perinon, Alq3 AIN, InN, AlxGa 1-x As, In x Ga 1-x N II-VI: ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, Mixing systems: Under pressure: Bi, Ca, Sr, Ba, Yb, P, S, I CdS, CdSe, CdTe, Polyvinyl carbazole, Hg (1-x) Cd (x) Te, BeSe, BeTe, HgS TCNQ complexes III-VI: GaS, GaSe, GaTe, InS, InSe, InTe ... I-III-VI: CuInSe 2 , CuInGaSe 2 , CuInS 2 , CuInGaS 2 ... IV-IV: SiC, SiGe IV-VI: SnTe

Die in der Mikroelektronik verwendeten klassischen, das heißt kristallinen elektronischen, Halbleiter lassen sich in zwei Gruppen einordnen, den Elementhalbleitern und den Verbindungshalbleitern. Zu den Elementhalbleitern zählen Elemente mit vier Valenzelektronen, beispielsweise Silicium (Si) und Germanium (Ge). Die Gruppe der Verbindungshalbleiter umfasst chemische Verbindungen, die im Mittel vier Valenzelektronen besitzen. Dazu zählen Verbindungen von Elementen der III. mit der V. Hauptgruppe des Periodensystems (III-V-Verbindungshalbleiter), wie Galliumarsenid (GaAs) oder Indiumantimonid (InSb), und der II. Neben- mit der VI. Hauptgruppe (Il-Vl-Halbleiter), wie Zinkselenid (ZnSe) oder Cadmiumsulfid (CdS).The classic, i.e. crystalline electronic, semiconductors used in microelectronics can be classified into two groups, the element semiconductors and the compound semiconductors. The element semiconductors include elements with four valence electrons, for example silicon (Si) and germanium (Ge). The group of compound semiconductors includes chemical compounds that have an average of four valence electrons. These include connections of elements of III. with the 5th main group of the periodic table (III-V compound semiconductor), such as gallium arsenide (GaAs) or indium antimonide (InSb), and the 2nd secondary with the VI. Main group (Il-VI semiconductors), such as zinc selenide (ZnSe) or cadmium sulfide (CdS).

Neben diesen häufig eingesetzten Halbleitern gibt es noch die I-Vll-Halbleiter, wie Kupfer(I)-chlorid. Auch Materialien, die im Durchschnitt nicht vier Valenzelektronen haben, können als Halbleiter bezeichnet werden, wenn sie einen spezifischen Widerstand im Bereich von größer 10-4 Q·m und kleiner 106 Ω·m haben.In addition to these frequently used semiconductors, there are also the I-Vll semiconductors, such as copper (I) chloride. Even materials that do not have four valence electrons on average can be referred to as semiconductors if they have a specific resistance in the range of greater than 10 -4 Q · m and less than 10 6 Ω · m.

Eine weitere große Klasse sind die organischen Halbleiter. Als organisch werden sie bezeichnet, weil sie hauptsächlich aus Kohlenstoffatomen aufgebaut sind. Sie werden unterteilt in halbleitende Polymere (unterschiedlich lange Ketten aus einzelnen Monomeren und kleine Moleküle (einzelne, abgeschlossene Einheiten). Obwohl Fullerene, Kohlenstoffnanoröhren und deren Derivate streng genommen auch kleine Moleküle darstellen, werden sie oft als alleinstehende Untergruppe wahrgenommen. Klassische Beispiele für organische Halbleiter sind P3HT (Poly-3-hexylthiophen, Polymer), Pentacen (kleines Molekül) oder PCBM (Phenyl-C61-butyric acid methyl ester, Fulleren-Derivat). Eingesetzt werden organische Halbleiter in Leuchtdioden (OLEDs), Solarzellen (OPVs) und Feldeffekttransistoren.Organic semiconductors are another large class. They are called organic because they are mainly made up of carbon atoms. They are divided into semiconducting polymers (chains of different lengths from individual monomers and small molecules (single, closed units). Although fullerenes, carbon nanotubes and their derivatives are strictly small molecules, they are often perceived as a separate subgroup. Classic examples of organic semiconductors are P3HT (poly-3-hexylthiophene, polymer), pentacene (small molecule) or PCBM (phenyl-C61-butyric acid methyl ester, fullerene derivative). Organic semiconductors are used in light-emitting diodes (OLEDs), solar cells (OPVs) and field effect transistors .

Mehrere halbleitende Moleküle oder Atome bilden im Verbund einen Kristall oder erzeugen einen ungeordneten (amorphen) Festkörper. Grob können die meisten anorganischen Halbleiter als kristallin, die meisten organischen Halbleiter als amorph klassifiziert werden. Ob jedoch wirklich ein Kristall oder ein amorpher Festkörper gebildet wird, hängt im Wesentlichen vom Herstellungsprozess ab. So kann beispielsweise Silicium kristallin (c-Si) oder amorph (a-Si) sein, beziehungsweise auch eine polykristalline Mischform (poly-Si) bilden. Ebenso existieren Einkristalle aus organischen Molekülen.

  • Kristalline Halbleiter
  • Physikalische Grundlagen
  • Diamantstruktur (Elementarzelle)
  • Zinkblendestruktur (Elementarzelle)
Several semiconducting molecules or atoms form a crystal together or create a disordered (amorphous) solid. Roughly, most inorganic semiconductors can be classified as crystalline, most organic semiconductors as amorphous. However, whether a crystal or an amorphous solid is actually formed essentially depends on the manufacturing process. For example, silicon can be crystalline (c-Si) or amorphous (a-Si), or can also form a polycrystalline mixed form (poly-Si). There are also single crystals of organic molecules.
  • Crystalline semiconductors
  • Physical basics
  • Diamond structure (unit cell)
  • Zinc blend structure (unit cell)

Die Halbleitereigenschaften von Stoffen gehen auf ihre chemischen Bindungen und somit ihren atomaren Aufbau zurück. Halbleiter können in unterschiedlichen Strukturen kristallisieren, so kristallisieren Silicium und Germanium in der Diamantstruktur (rein kovalente Bindung), III-V- und II-VI-Verbindungshalbleiter hingegen meist in der Zinkblende-Struktur (gemischt kovalent-ionische Bindung).The semiconductor properties of substances go back to their chemical bonds and thus their atomic structure. Semiconductors can crystallize in different structures, such as silicon and germanium crystallize in the diamond structure (purely covalent bond), III-V and II-VI compound semiconductors, however, mostly in the zinc blende structure (mixed covalent-ionic bond).

Typisches Bändermodell von Metallen, Eigenhalbleiter und Isolatoren (E = Energie - kann mit Arbeit W gleichgesetzt werden; x = räumliche Ausdehnung in eindimensionaler Richtung); EF stellt die Lage der Fermi-Energie bei T = 0 K dar.Typical ribbon model of metals, semiconductors and insulators (E = energy - can be equated with work W; x = spatial expansion in one-dimensional direction); E F represents the position of the Fermi energy at T = 0 K.

Die grundlegenden Eigenschaften von kristallinen Halbleitern lassen sich anhand des Bändermodells erklären: Die Elektronen in Festkörpern wechselwirken über sehr viele Atomabstände hinweg miteinander. Dies führt faktisch zu einer Aufweitung der (im Einzelatom noch als diskrete Niveaus vorliegenden) möglichen Energiewerte zu ausgedehnten Energiebereichen, den sogenannten Energiebändern. Da die Energiebänder je nach Aufweitung und Atomart verschieden zueinander liegen, können Bänder sich überlappen oder durch Energiebereiche, in denen nach der Quantenmechanik keine erlaubten Zustände existieren (Energie- oder Bandlücke), getrennt sein.The basic properties of crystalline semiconductors can be explained on the basis of the ribbon model: the electrons in solids interact with each other across a large number of atomic distances. In fact, this leads to an expansion of the possible energy values (still available as discrete levels in the individual atom) to extended energy areas, the so-called energy bands. Since the energy bands are different from each other depending on the expansion and type of atom, bands can overlap or be separated by energy areas in which no permitted states exist according to quantum mechanics (energy or band gap).

Bei Halbleitern sind nun das höchste besetzte Energieband (Valenzband) und das nächsthöhere Band (Leitungsband) durch eine Bandlücke getrennt. Das Fermi-Niveau liegt genau in der Bandlücke.[8] Bei einer Temperatur in der Nähe des absoluten Nullpunktes ist das Valenzband voll besetzt und das Leitungsband vollkommen frei von Ladungsträgern. Da unbesetzte Bänder mangels beweglicher Ladungsträger keinen elektrischen Strom leiten und Ladungsträger in vollbesetzten Bändern mangels erreichbarer freier Zustände keine Energie aufnehmen können, was zu einer beschränkten Beweglichkeit führt, leiten Halbleiter den elektrischen Strom nicht bei einer Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt. In semiconductors, the highest occupied energy band (valence band) and the next higher band (conduction band) are now separated by a band gap. The Fermi level lies exactly in the band gap. [8] At a temperature near absolute zero, the valence band is fully occupied and the conduction band is completely free of charge carriers. Since unoccupied tapes do not conduct electrical current due to the lack of mobile charge carriers and charge carriers in fully occupied tapes cannot absorb energy due to the lack of accessible free states, which leads to limited mobility, semiconductors do not conduct the electrical current at a temperature close to absolute zero.

Für den Leitungsvorgang sind teilbesetzte Bänder notwendig, die bei Metallen durch eine Überlappung der äußeren Bänder bei jeder Temperatur zu finden sind. Dies ist - wie oben erwähnt - bei Halbleitern und Isolatoren nicht gegeben. Die Bandlücke („verbotenes Band“ oder „verbotene Zone“ genannt) bei Halbleitern ist im Gegensatz zu Isolatoren (EG > 4 eV[9]) jedoch relativ klein (InAs: = 0,4 eV, Ge: ≈ 0,7 eV,Partially occupied tapes are necessary for the conduction process, which can be found in metals by overlapping the outer tapes at any temperature. As mentioned above, this is not the case with semiconductors and insulators. In contrast to insulators (E G > 4 eV [9] ), the band gap (called "forbidden band" or "forbidden zone") in semiconductors is relatively small (InAs: = 0.4 eV, Ge: ≈ 0.7 eV) ,

Si: ≈ 1,1 eV, GaAs: = 1,4 eV, SiC: ≈ 2,39 ... 3,33 eV, Diamant: ≈ 5,45 eV), so dass beispielsweise durch die Energie der Wärmeschwingungen bei Raumtemperatur oder durch Absorption von Licht viele Elektronen vom vollbesetzten Valenzband ins Leitungsband angeregt werden können. Halbleiter haben also eine intrinsische, mit der Temperatur zunehmende elektrische Leitfähigkeit. Deshalb werden Halbleiter auch zu den Heißleitern gezählt. Der Übergang von Halbleitern zu Isolatoren ist fließend. So wird beispielsweise Galliumnitrid (GaN; Einsatz in blauen LEDs) mit einer Bandlückenenergie von ≈ 3,2 eV ebenfalls zu den Halbleitern gezählt, Diamant mit einer Bandlücke von = 5,5 eV aber nicht mehr. Halbleiter mit einer Bandlücke deutlich größer als 1 eV werden auch als Halbleiter mit großer Bandlücke (englisch wide-bandgap semiconductor) bezeichnet.Si: ≈ 1.1 eV, GaAs: = 1.4 eV, SiC: ≈ 2.39 ... 3.33 eV, diamond: ≈ 5.45 eV), so that, for example, by the energy of the thermal vibrations at room temperature or Many electrons can be excited from the fully occupied valence band into the conduction band by absorption of light. Semiconductors therefore have an intrinsic electrical conductivity that increases with temperature. That is why semiconductors are also classified as thermistors. The transition from semiconductors to insulators is fluid. For example, gallium nitride (GaN; use in blue LEDs) with a band gap energy of ≈ 3.2 eV is also counted among the semiconductors, but diamond with a band gap of = 5.5 eV is no longer counted. Semiconductors with a band gap significantly larger than 1 eV are also referred to as semiconductors with a wide band gap (English wide-band gap semiconductor).

Wird, wie oben beschrieben, ein Elektron in einem Halbleiter aus dem Valenzband in das Leitungsband angeregt, so hinterlässt es an seiner ursprünglichen Stelle ein Defektelektron, „Loch“ genannt. Gebundene Valenzelektronen in der Nachbarschaft solcher Löcher können durch Platzwechsel in ein Loch „springen“, hierbei wandert das Loch. Es kann daher als bewegliche positive Ladung aufgefasst werden. Sowohl die angeregten Elektronen als auch die Defektelektronen tragen somit zur elektrischen Leitung bei.If, as described above, an electron in a semiconductor is excited from the valence band into the conduction band, it leaves a defect electron in its original position, called a “hole”. Bound valence electrons in the vicinity of such holes can “jump” into a hole due to a change of location, which causes the hole to migrate. It can therefore be seen as a moving positive charge. Both the excited electrons and the defect electrons thus contribute to the electrical conduction.

Elektronen aus dem Leitungsband können mit den Defektelektronen rekombinieren (Elektron-Loch-Rekombination). Dieser Übergang zwischen den beteiligten Niveaus kann unter Abgabe von elektromagnetischer Rekombinationsstrahlung (Photon) und/oder unter der Abgabe eines Impulses an das Kristallgitter (Phonon) erfolgen.Electrons from the conduction band can recombine with the defect electrons (electron-hole recombination). This transition between the levels involved can take place by emitting electromagnetic recombination radiation (photon) and / or by emitting a pulse to the crystal lattice (phonon).

Direkte und indirekte HalbleiterDirect and indirect semiconductors

Halbleiter werden in zwei Gruppen eingeteilt, die direkten und die indirekten Halbleiter. Ihre unterschiedlichen Eigenschaften lassen sich nur durch die Betrachtung der Bandstruktur im sogenannten Impulsraum verstehen: Die Ladungsträger im Halbleiter lassen sich als Materiewellen mit einem Quasiimpuls auffassen. Innerhalb eines Bandes hängt die Energie vom Quasiimpuls (oft als Wellenvektor angegeben) ab.Semiconductors are divided into two groups, the direct and the indirect semiconductors. Their different properties can only be understood by considering the band structure in the so-called impulse space: The charge carriers in the semiconductor can be understood as material waves with a quasi-impulse. Within a band, the energy depends on the quasi-pulse (often given as a wave vector).

Die Extremwerte der Energie innerhalb der Bänder, also die Bandkanten, liegen bei unterschiedlichen Wellenvektoren - wo genau, hängt vom Material und der Struktur ab. Wenn ein Elektron aus dem Valenzband ins Leitungsband angeregt wird, so ist es energetisch am günstigsten (und somit am wahrscheinlichsten), wenn es vom Maximum des Valenzbandes zum Minimum des Leitungsbandes angeregt wird.The extreme values of the energy within the bands, i.e. the band edges, lie with different wave vectors - where exactly depends on the material and the structure. When an electron is excited from the valence band into the conduction band, it is energetically most favorable (and therefore most likely) if it is excited from the maximum of the valence band to the minimum of the conduction band.

Liegen diese Extrema nahezu beim gleichen Quasiimpuls, ist eine Anregung zum Beispiel durch ein Photon ohne weiteres möglich, da das Elektron lediglich seine Energie, nicht aber seinen Impuls ändern muss. Man spricht von einem direkten Halbleiter. Liegen die Extrema jedoch bei unterschiedlichen Quasiimpulsen, so muss das Elektron zusätzlich zu seiner Energie auch seinen Impuls ändern, um ins Leitungsband angeregt zu werden. Dieser Impuls kann nicht von einem Photon (welches einen sehr kleinen Impuls hat) stammen, sondern muss von einer Gitterschwingung (auch Phonon) beigesteuert werden.If these extremes are almost at the same quasi-pulse, excitation by a photon, for example, is easily possible since the electron only has to change its energy, but not its pulse. One speaks of a direct semiconductor. However, if the extremes are at different quasi-pulses, the electron must change its pulse in addition to its energy in order to be excited into the conduction band. This impulse cannot come from a photon (which has a very small impulse), but has to be contributed by a lattice oscillation (also called a phonon).

Bei der Rekombination von Elektronen-Loch-Paaren gilt im Prinzip dasselbe. In einem direkten Halbleiter kann bei der Rekombination ein Lichtquant ausgesandt werden. Bei einem indirekten Halbleiter hingegen müsste zum Photon für die Energie noch ein Phonon für den Impuls erzeugt (oder absorbiert) werden und die strahlende Rekombination wird weniger wahrscheinlich. Es dominieren dann oft andere, nicht strahlende Rekombinationsmechanismen, z. B. über Verunreinigungen. Hieraus folgt, dass nur direkte Halbleiter zur effektiven Strahlungserzeugung verwendet werden können. Direkte und indirekte Halbleiter werden mittels Absorptionsversuch voneinander unterschieden. In der Regel sind Elementhalbleiter (Silicium, Germanium) und Verbindungshalbleiter aus der IV. Hauptgruppe indirekt und Verbindungshalbleiter aus verschiedenen Hauptgruppen (III/V: GaAs, InP, GaN) direkt.In principle, the same applies to the recombination of electron-hole pairs. In a direct semiconductor, a light quantum can be emitted during recombination. In the case of an indirect semiconductor, on the other hand, a phonon for the pulse would have to be generated (or absorbed) for the photon for the energy and the radiative recombination becomes less likely. Other non-radiative recombination mechanisms then often dominate, e.g. B. about impurities. It follows that only direct semiconductors can be used for effective radiation generation. Direct and indirect semiconductors are distinguished from one another by means of an absorption test. As a rule, element semiconductors (silicon, germanium) and Compound semiconductors from the IV. Main group indirect and compound semiconductors from different main groups (III / V: GaAs, InP, GaN) directly.

Bei einer Bandstruktur, bei der nahe der Leitungs- oder Valenzbandkante verschiedene Punkte im Impulsraum möglich sind, kann es zum sogenannten Gunn-Effekt kommen.In the case of a band structure in which different points in the impulse space are possible near the line or valence band edge, the so-called Gunn effect can occur.

Eigenhalbleiter und StörstellenhalbleiterSemiconductors and impurity semiconductors

Die Dichte freier Elektronen und Löcher in reinen, das heißt undotierten, Halbleitern werden intrinsische Ladungsträgerdichte oder Eigenleitungsdichte genannt - ein Eigenhalbleiter wird deshalb auch intrinsischer Halbleiter genannt, der dominierende Leitungsmechanismus ist die Eigenleitung. Die Ladungsträgerdichte im undotierten Halbleiter ist stark von der Temperatur abhängig und steigt mit ihr an. Wird dagegen die Konzentration der Ladungsträger im Leitungsband (Elektronen) beziehungsweise im Valenzband (Löcher) durch den Dotierstoff bestimmt, spricht man von einem Störstellenhalbleiter oder extrinsischen Halbleiter - hier ist der dominierende Leitungsmechanismus die Störstellenleitung.The density of free electrons and holes in pure, i.e. undoped, semiconductors is called intrinsic charge carrier density or intrinsic conduction density - an intrinsic semiconductor is therefore also called intrinsic semiconductor, the dominant conduction mechanism is intrinsic conduction. The charge carrier density in the undoped semiconductor is strongly dependent on the temperature and increases with it. If, on the other hand, the concentration of the charge carriers in the conduction band (electrons) or in the valence band (holes) is determined by the dopant, one speaks of an impurity semiconductor or extrinsic semiconductor - the dominant conduction mechanism here is the impurity conduction.

Dotierung und StörstellenleitungDoping and impurity line

Donatoren und Akzeptoren Dotiergrade von Silicium Stärke n-leitend p-leitend Normale Dotierung ein Donator auf 107 ein Akzeptor auf 106 Starke Dotierung ein Donator auf 104 ein Akzeptor auf 104 Donors and acceptors Degree of doping of silicon Strength n-conductive p-conductive Normal doping a donor on 10 7 an acceptor on 10 6 Strong funding a donor on 10 4 an acceptor on 10 4

Durch das Einbringen von Störstellen in einen Halbleiterkristall können die elektrischen Eigenschaften des (reinen) Halbleiters beeinflusst werden. Störstellen sind Fremdatome, welche sich beispielsweise in ihrer Wertigkeit von den Atomen des Wirtsmaterials unterscheiden, Beispiele sind Bor oder Phosphor in einem Siliciumkristall. Der Vorgang wird allgemein als Dotierung beziehungsweise als „Dotieren“ bezeichnet. Außerdem können durch die Kombination von unterschiedlich dotierten Gebieten verschiedene Bauelemente, z. B. ein Bipolartransistor, hergestellt werden. In manchen Halbleitern können schon geringste Mengen an Fremdatomen (z. B. ein Fremdatom auf 10 Mio. Halbleiteratome) zu extremen Änderungen der elektrischen Eigenschaften führen, die das intrinsische Halbleiten weit übertreffen.The electrical properties of the (pure) semiconductor can be influenced by introducing impurities into a semiconductor crystal. Impurities are foreign atoms which differ, for example, in their valency from the atoms of the host material, examples are boron or phosphorus in a silicon crystal. The process is generally referred to as doping or “doping”. In addition, different components, e.g. B. a bipolar transistor. In some semiconductors, even the smallest amounts of foreign atoms (e.g. one foreign atom per 10 million semiconductor atoms) can lead to extreme changes in the electrical properties that far exceed intrinsic semiconducting.

Das Einbringen von Störstellen erzeugt zusätzliche, örtlich gebundene Energieniveaus im Banddiagramm des Kristalls. Die Niveaus liegen im Allgemeinen in der für das Wirtsmaterial ansonsten vorhandenen Energielücke (Bandlücke) zwischen Valenz- und Leitungsband. Durch die im Vergleich zu undotierten Halbleitern geringeren Energiedifferenzen der „Zwischenniveaus“ zum Valenzbeziehungsweise Leitungsband können diese Niveaus leichter angeregt werden und so bewegliche Ladungsträger zur Verfügung stellen. Das Chemische Potential verschiebt sich aus der Mitte der Bandlücke in die Nähe der zusätzlichen Niveaus. Es stehen daher mehr Ladungsträger für die Leitung des elektrischen Stroms zur Verfügung, was sich in einer gegenüber dem reinen Halbleiter erhöhten Leitfähigkeit äußert. Man nennt diesen Leitungsmechanismus daher auch Störstellenleitung. Es werden dabei zwei Arten von Störstellen unterschieden: Donatoren und Akzeptoren. The introduction of impurities creates additional, locally bound energy levels in the band diagram of the crystal. The levels generally lie in the energy gap (band gap) between the valence band and the conduction band, which otherwise exists for the host material. Due to the smaller energy differences of the “intermediate levels” to the valence or conduction band compared to undoped semiconductors, these levels can be excited more easily and thus make mobile charge carriers available. The chemical potential shifts from the middle of the band gap to the vicinity of the additional levels. There are therefore more charge carriers available for the conduction of the electrical current, which manifests itself in an increased conductivity compared to the pure semiconductor. This line mechanism is therefore also called fault line. A distinction is made between two types of defects: donors and acceptors.

Als (Elektronen-)Donatoren (lat. donare = schenken) werden Fremdatome bezeichnet, die ein Elektron mehr im Valenzband haben als der reine Halbleiter, man bezeichnet solche Gebiete auch als n-dotierte Halbleiter. Werden solche Fremdatome in den Halbleiter eingebracht (substituiert), so bringt jedes dieser Fremdatome (im Fall von mit Phosphor dotiertem Silicium) ein Elektron mit, das nicht für die Bindung benötigt wird und leicht abgelöst werden kann. Es bildet sich ein Störstellenniveau in der Nähe der unteren Energie des Leitungsbandes.Foreign atoms that have one electron more in the valence band than pure semiconductors are referred to as (electron) donors (lat. Donare = give). Such areas are also referred to as n-doped semiconductors. If such foreign atoms are introduced into the semiconductor (substituted), each of these foreign atoms (in the case of silicon doped with phosphorus) brings an electron with it which is not required for the bond and can be easily detached. An impurity level is formed near the lower energy of the conduction band.

Analog werden als (Elektronen-)Akzeptoren (lat. accipere = annehmen) Fremdatome bezeichnet, die ein Elektron weniger im Valenzband haben. Dieses Elektron fehlt für die Bindung zum Nachbaratom. Sie wirken als ein zusätzliches Defektelektron (Loch) mit (p-Dotierung), welches leicht von Valenzbandelektronen besetzt werden kann - daher findet sich auch in einigen Betrachtungen der Begriff Löcherdonatoren. Im Bänderschema liegt ein solches Störstellenniveau nahe oberhalb der Valenzbandkante.Analogously, (electron) acceptors (lat. Accipere = accept) are foreign atoms that have one electron less in the valence band. This electron is missing for the bond to the neighboring atom. They act as an additional defect electron (hole) with (p-doping), which can easily be occupied by valence band electrons - that is why the term hole donors is used in some considerations. In the band diagram, such an impurity level is close above the valence band edge.

In einem intrinsischen Halbleiter sind die Ladungsträgerkonzentrationen von Elektronen und Löchern gleich (Elektronen-Loch-Paare). Daher sind beide Ladungsträgerarten näherungsweise zu gleichen Teilen am Ladungstransport beteiligt. Durch das Einbringen von Donatoren und Akzeptoren lässt sich dieses Gleichgewicht gezielt beeinflussen.In an intrinsic semiconductor, the charge carrier concentrations of electrons and holes are the same (electron-hole pairs). Therefore, both types of charge are approximately equally divided Charge transport involved. This balance can be influenced in a targeted manner by introducing donors and acceptors.

Bei Dotierung mit Donatoren sorgen vorwiegend die Elektronen im Leitungsband, bei Dotierung mit Akzeptoren die gedachten, positiv geladenen Löcher im Valenzband für elektrische Leitfähigkeit. Im ersten Fall spricht man von Elektronenleitung oder n-Leitung (n → negativ), im anderen Fall von Löcherleitung oder p-Leitung (p → positiv). Halbleiterbereiche mit Elektronenüberschuss bezeichnet man (wie oben erwähnt) als n-dotiert, solche mit Mangel, also mit „Löcherüberschuss“, als p-dotiert. Im n-Leiter werden die Elektronen als Majoritätsladungsträger (mehrheitlich vorhandene Ladungsträger), die Löcher als Minoritätsladungsträger bezeichnet, im p-Leiter gilt die entsprechende Umkehrung. Durch geschickte Kombination von n- und p-dotierten Bereichen (siehe p-n-Übergang) kann man einzelne, sogenannte diskrete Halbleiterbauelemente wie Dioden und Transistoren und komplexe, aus vielen Bauelementen in einem einzigen Kristall aufgebaute integrierte Schaltungen aufbauen. Oft ist in diesen Elektronikbauteilen das intrinsische Halbleiten sogar störend (siehe z. B. Leckstrom), sodass sie mitunter explizit gekühlt werden müssen.When doping with donors, mainly the electrons in the conduction band, when doping with acceptors, the imaginary, positively charged holes in the valence band ensure electrical conductivity. In the first case one speaks of electron line or n-line (n → negative), in the other case of hole line or p-line (p → positive). Semiconductor areas with an excess of electrons are referred to as n-doped (as mentioned above), those with a deficiency, ie with “hole excess”, as p-doped. In the n-conductor, the electrons are called majority charge carriers (the majority of charge carriers are present), the holes as minority charge carriers, in the p-conductor the corresponding reversal applies. By cleverly combining n- and p-doped regions (see p-n junction) one can build individual, so-called discrete semiconductor components such as diodes and transistors and complex integrated circuits made up of many components in a single crystal. The intrinsic semiconducting is often even disturbing in these electronic components (see e.g. leakage current), so that they sometimes have to be cooled explicitly.

Leitungsmechanismen in dotierten HalbleiternConduction mechanisms in doped semiconductors

Leitungsmechanismen im dotierten und undotierten Halbleiter in Abhängigkeit von der TemperaturConduction mechanisms in doped and undoped semiconductors depending on the temperature

Am absoluten Nullpunkt (T = 0 K) unterscheiden sich dotierte und undotierte Halbleiter hinsichtlich der Ladungsträgerdichte nicht - es steht nicht ausreichend Energie zur Verfügung, um Elektronen in das Leitungsband oder auf Störstellenniveaus anzuregen. Wird die Temperatur erhöht (damit steigt die zur Verfügung stehende Energie durch thermische Anregung), ändern sich die Verhältnisse. Da die energetischen Abstände der Störstellen zum Valenzbeziehungsweise Leitungsband sehr viel geringer als der Bandabstand sind, können Elektronen vom Donatorniveau ins Leitungsband beziehungsweise Löcher vom Akzeptorniveau ins Valenzband angeregt werden. Es stehen in Abhängigkeit von der Temperatur freie Ladungsträger zur Verfügung, die Leitfähigkeit von dotierten Halbleitern steigt. Da noch nicht alle Störstellenniveaus ionisiert beziehungsweise besetzt sind, bezeichnet man diesen Bereich als Störstellenreserve. Wird die Temperatur weiter erhöht, bis alle Störstellenniveaus ionisiert beziehungsweise besetzt sind, spricht man von Störstellenerschöpfung. Die Ladungsträgerdichte und somit die Leitfähigkeit hängt in diesem Bereich im Wesentlichen nur noch von der Dotierungskonzentration ab. Wegen der mit zunehmender Temperatur abnehmenden Beweglichkeit hat man in diesem Temperaturbereich ähnlich wie bei Metallen i. A. eine mit der Temperatur leicht abnehmende Leitfähigkeit. Bei noch weiterer Erhöhung der Temperatur steht anschließend genug Energie zur Verfügung, um Elektronen direkt vom Valenzband in das Leitungsband anzuheben. Da typische Dotierungskonzentrationen deutlich geringer sind als die Anzahl der Halbleiteratome (mindestens sechs Größenordnungen), überwiegt die Ladungsträgergeneration von Elektron-Loch-Paaren, dieser Bereich wird als intrinsisch oder Eigenleitung des Halbleiters bezeichnet.At absolute zero (T = 0 K), doped and undoped semiconductors do not differ in terms of charge carrier density - there is not enough energy available to excite electrons in the conduction band or at impurity levels. If the temperature is increased (the available energy increases due to thermal excitation), the conditions change. Since the energetic distances of the impurities to the valence or conduction band are very much smaller than the band spacing, electrons can be excited from the donor level to the conduction band or holes from the acceptor level to the valence band. Depending on the temperature, free charge carriers are available, and the conductivity of doped semiconductors increases. Since not all impurity levels are ionized or occupied, this area is known as the impurity reserve. If the temperature is increased further until all impurity levels are ionized or occupied, one speaks of impurity exhaustion. The charge carrier density and thus the conductivity in this area essentially depends only on the doping concentration. Because of the decreasing mobility with increasing temperature, in this temperature range similar to metals i. A. a conductivity that decreases slightly with temperature. If the temperature is increased still further, enough energy is then available to lift electrons directly from the valence band into the conduction band. Since typical doping concentrations are significantly lower than the number of semiconductor atoms (at least six orders of magnitude), the charge carrier generation of electron-hole pairs predominates; this area is referred to as intrinsic or intrinsic conductivity of the semiconductor.

GrenzflächenInterfaces

Durch die Kombination eines p-dotierten und eines n-dotierten Halbleiters entsteht an der Grenzfläche ein p-n-Übergang. Die Kombination eines dotierten Halbleiters mit einem Metall (z. B. Schottky-Diode) oder einem Nichtleiter ist ebenfalls von Interesse, und wenn zwei Halbleiter, beispielsweise Galliumarsenid und Aluminiumgalliumarsenid, übereinander liegen, entsteht ein Heteroübergang. Dabei sind nicht nur p-n-Übergänge von Bedeutung, sondern ebenfalls p-p-Übergänge und n-n-Übergänge, die sogenannten isotypen Hetero-Übergänge, die beispielsweise in einem Quantentopf verwendet werden.The combination of a p-doped and an n-doped semiconductor creates a p-n junction at the interface. The combination of a doped semiconductor with a metal (e.g. Schottky diode) or a non-conductor is also of interest, and when two semiconductors, for example gallium arsenide and aluminum gallium arsenide, lie one above the other, a heterojunction occurs. Not only p-n junctions are important, but also p-p junctions and n-n junctions, the so-called isotypic heterojunctions, which are used, for example, in a quantum well.

In jüngster Zeit gibt es Anstrengungen, Halbleiter, Supraleiter und Silicium- und III-V-Halbleiter auf einem Chip zusammenzuführen. Da die Kristallstrukturen nicht kompatibel sind, entstehen in der Grenzfläche Brüche und Gitterfehler, wenn es nicht gelingt, geeignete Materialien für eine wenige Atomlagen dicke Zwischenschicht zu finden, in der die Gitterabstände sich angleichen können.[10] Recently, efforts have been made to combine semiconductors, superconductors and silicon and III-V semiconductors on one chip. Since the crystal structures are not compatible, fractures and lattice defects occur in the interface if it is not possible to find suitable materials for an intermediate layer that is only a few atomic layers thick and in which the lattice distances can be equal. [10]

Semimagnetische HalbleiterSemimagnetic semiconductors

Semimagnetische Halbleiter gehören zur Gruppe der Verbindungshalbleiter (englisch compound semiconductors). Es handelt sich um Verbindungen wie Indiumantimonid (InSb), die mit wenigen Prozent Mangan (Mn) dotiert sind und semimagnetische Eigenschaften noch bei Raumtemperatur zeigen.[11] Auch Indiumarsenid (InAs) und Galliumarsenid (GaAs) zeigen, bei hoher Dotierung mit Mangan und dann als InMnAs bzw. GaMnAs bezeichnet, semimagnetische Eigenschaften. Die Curietemperatur liegt bei InMnAs bei 50-100 K und bei GaMnAs bei 100-200 K und damit deutlich unter Raumtemperatur.[12] Eine charakteristische Eigenschaft dieser semimagnetischen Halbleiter ist der große Zeeman-Effekt. Im Englischen nennt man semimagnetische Halbleiter diluted magnetic semiconductors, da sie magnetisch verdünnt sind.Semimagnetic semiconductors belong to the group of compound semiconductors. These are compounds such as indium antimonide (InSb), which are doped with a few percent manganese (Mn) and show semimagnetic properties at room temperature. [11] Indium arsenide (InAs) and gallium arsenide (GaAs) also show semi-magnetic properties when heavily doped with manganese and then referred to as InMnAs or GaMnAs. The Curie temperature is 50-100 K for InMnAs and 100-200 K for GaMnAs and thus clearly below room temperature. [12] A characteristic property this semi-magnetic semiconductor is the big Zeeman effect. In English, semimagnetic semiconductors are called diluted magnetic semiconductors because they are magnetically thinned.

Amorphe HalbleiterAmorphous semiconductors

Amorphe Halbleiter haben keine Kristallstruktur. Ein Beispiel für die technische Anwendung ist amorphes Silicium in der Photovoltaik. Aufgrund ihrer hohen Störstellendichte müssen sie anders verarbeitet werden als kristalline Halbleiter, z. B. um Dotierung erst zu ermöglichen.Amorphous semiconductors have no crystal structure. An example of the technical application is amorphous silicon in photovoltaics. Due to their high impurity density, they have to be processed differently than crystalline semiconductors, e.g. B. to make doping possible.

Organische HalbleiterOrganic semiconductors

Im Allgemeinen sind organische Materialien elektrisch isolierend. Besitzen Moleküle oder Polymere ein konjugiertes Bindungssystem, bestehend aus Doppelbindungen, Dreifachbindungen und aromatischen Ringen, können auch diese elektrisch leitend werden und als organische Halbleiter verwendet werden. Als erstes wurde dies 1976 bei Polyacetylen beobachtet.[13] Polyacetylen ist ein unverzweigtes Polymer mit abwechselnder Doppelbindung und Einfachbindung (-C=C-C=C-). Wird diesem Kunststoff noch ein Akzeptor wie z. B. Chlor, Brom oder lod angefügt (oxidative Dotierung), liegen zusätzliche Löcher vor. Durch das Hinzufügen von einem Donator wie z. B. Natrium (reduktive Dotierung) erhält der Kunststoff zusätzliche Elektronen. Durch diese chemische Änderung brechen die Doppelbindungen auf, und es entsteht ein durchgehendes Leitungsband: Das ursprünglich nichtleitende Polymer wird elektrisch leitend. Besitzen Moleküle oder Polymere auch im undotierten Zustand halbleitende Eigenschaften, spricht man wie bei anorganischen Halbleitern von der intrinsischen Leitfähigkeit (Eigenleitfähigkeit), z. B. Pentacen oder Poly(3-Hexylthiophen). Wird der Kunststoff in Form einer dünnen Schicht von 5 bis 1000 nm Dicke hergestellt, ist er geordnet genug, um eine elektrisch durchgängige Schicht zu bilden.Generally, organic materials are electrically insulating. If molecules or polymers have a conjugated bond system consisting of double bonds, triple bonds and aromatic rings, these can also become electrically conductive and be used as organic semiconductors. This was first observed in 1976 with polyacetylene. [13] Polyacetylene is an unbranched polymer with an alternating double bond and single bond (-C = CC = C-). Is this plastic still an acceptor such. B. chlorine, bromine or iodine added (oxidative doping), there are additional holes. By adding a donor such as e.g. B. Sodium (reductive doping) the plastic receives additional electrons. As a result of this chemical change, the double bonds break and a continuous conduction band is created: the originally non-conductive polymer becomes electrically conductive. If molecules or polymers have semiconducting properties even in the undoped state, one speaks, as with inorganic semiconductors, of intrinsic conductivity (intrinsic conductivity), e.g. B. pentacene or poly (3-hexylthiophene). If the plastic is produced in the form of a thin layer from 5 to 1000 nm thick, it is ordered enough to form an electrically continuous layer.

AnwendungsbereicheAreas of application

Mikroprozessor
→ Hauptartikel: Halbleitertechnik und Halbleiterelektronik
microprocessor
→ Main article: semiconductor technology and semiconductor electronics

Halbleiter werden in der Elektronik in vielfältiger Form verwendet. Das zugehörige Teilgebiet wird als Halbleiterelektronik bezeichnet. Dazu zählen vor allem die halbleiterbasierten integrierten Schaltungen (ICs, wie Mikroprozessoren, Mikrocontroller usw.) und diverse Bauelemente der Leistungselektronik (z. B. IGBTs). Unternehmen in diesem Wirtschaftsbereich werden auch als Halbleiterhersteller bezeichnet. Weitere Anwendungsbereiche mit zunehmender Bedeutung sind die Photovoltaik (Solarzellen) sowie Detektoren und Strahlungsquellen in der Optik und Optoelektronik (zum Beispiel Fotodetektoren und Leuchtdioden). Der Fachbereich, der sich mit der Herstellung von halbleiterbasierten mikroelektronischer Bauelemente und Baugruppen befasst wird als Halbleitertechnik bezeichnet. Voraussetzung ist die Kenntnis, wie der Halbleiter bearbeitet werden muss, um das gewünschte elektrische Verhalten zu erreichen. Dazu gehören das Dotieren des Halbleiters und das Gestalten der Grenzfläche zwischen Halbleiter und einem weiteren Material.Semiconductors are used in various forms in electronics. The associated sub-area is referred to as semiconductor electronics. These primarily include the semiconductor-based integrated circuits (ICs, such as microprocessors, microcontrollers, etc.) and various components in power electronics (e.g. IGBTs). Companies in this sector are also known as semiconductor manufacturers. Other areas of application with increasing importance are photovoltaics (solar cells) as well as detectors and radiation sources in optics and optoelectronics (for example photodetectors and light emitting diodes). The department that deals with the manufacture of semiconductor-based microelectronic components and assemblies is known as semiconductor technology. Prerequisite is knowledge of how the semiconductor must be processed in order to achieve the desired electrical behavior. This includes doping the semiconductor and designing the interface between the semiconductor and another material.

Wirtschafteconomy

Der Markt für Polysilicium ist zurzeit (2010) im Umbruch. Nachdem Polysilicium aufgrund der hohen Bedarfe aus dem Solarmarkt 2008/2009 stark nachgefragt wurde, stieg der Preis stark. Dies hat eine Reihe von Firmen dazu veranlasst, mit der Errichtung neuer Produktionsanlagen zu beginnen. Die etablierten Hersteller erweiterten zudem ihre Kapazitäten. Daneben drängen neue Anbieter - vor allem aus Asien - auf den Markt. Welcher dieser Hersteller in der Lage sein wird, seine Anlagen wie angekündigt in Betrieb zu nehmen und bei stark gefallenen Preisen noch profitabel zu agieren, ist unsicher.[14][15] The polysilicon market is currently (2010) in transition. After demand for polysilicon was high due to the high demand from the solar market in 2008/2009, the price rose sharply. This has prompted a number of companies to start building new production facilities. The established manufacturers also expanded their capacities. In addition, new providers - especially from Asia - are entering the market. Which of these manufacturers will be able to put their systems into operation as announced and still operate profitably when prices have fallen sharply is uncertain. [14] [15]

Der weltweit größte Hersteller von Wafern, auch aus Verbindungshalbleitern, ist das japanische Unternehmen Shin-Etsu Handotai (SEH) mit einem Wafer-Umsatz von 4 Milliarden Dollar im Jahre 2007. Der weltweit zweitgrößte, ebenfalls japanische Hersteller Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp. (Sumco) hatte im selben Jahr einen Umsatz von 2,7 Milliarden Dollar. Dem folgen die deutsche Siltronic AG (Wacker) mit 1,8 Milliarden Dollar und das amerikanische Unternehmen MEMC Electronic Materials mit 1,2 Milliarden Dollar. Diese vier Unternehmen teilen sich etwa 79 % des gesamten Si-Wafermarktes von 12,5 Milliarden Dollar.[16] The world's largest manufacturer of wafers, including compound semiconductors, is the Japanese company Shin-Etsu Handotai (SEH) with wafer sales of $ 4 billion in 2007. The world's second largest, also Japanese, manufacturer Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp. (Sumco) had sales of $ 2.7 billion in the same year. This is followed by the German Siltronic AG (Wacker) with $ 1.8 billion and the American company MEMC Electronic Materials with $ 1.2 billion. These four companies share approximately 79% of the total $ 12.5 billion Si wafer market. [16]

Während der weltweiten Finanzkrise halbierten sich die Umsätze nahezu, 2009 wurde nur noch Silicium für 6,7 Milliarden Dollar umgesetzt. Bereits 2010 hatten sich die Umsätze schon wieder auf 9,7 Milliarden Dollar erholt.[17] During the global financial crisis, sales almost halved, and in 2009 only silicon was sold for $ 6.7 billion. Already in 2010 sales had recovered to $ 9.7 billion. [17]

Elektronisches Papier Electronic paper

Als Elektronisches Papier (kurz E-Papier oder auch englisch e-paper, E-Paper oder ePaper genannt) werden Anzeigetechniken bezeichnet, mit denen versucht wird, das Aussehen von Tinte bzw. Farbe auf Papier nachzubilden.Electronic paper (e-paper for short, also called e-paper, e-paper or e-paper) is the term used to describe display techniques that try to reproduce the appearance of ink or color on paper.

E-Paper-Displays reflektieren das Licht wie normales Papier, es sind also passive (nichtleuchtende) Anzeigen. In Anlehnung an den englischen Sprachgebrauch werden solche Bildschirme auch als reflektive Displays bezeichnet. Texte oder Bilder werden bei manchen Anzeigetechniken dauerhaft angezeigt, ohne dass dafür eine Erhaltungsspannung erforderlich ist. Die Anzeige kann jedoch zu einem späteren Zeitpunkt geändert werden. Elektronisches Papier ist bei einigen Herstellern - ähnlich wie normales Papier - biegsam.E-paper displays reflect light like normal paper, so they are passive (non-luminous) displays. Based on the English usage, such screens are also referred to as reflective displays. With some display technologies, texts or images are displayed permanently without the need for a maintenance voltage. However, the display can be changed later. Electronic paper is flexible for some manufacturers - similar to normal paper.

Obwohl es verschiedene Verfahren zur Herstellung elektronischen Papiers gibt und sich inzwischen eine größere Anzahl von Firmen mit deren Erforschung und Weiterentwicklung beschäftigt[1], findet man im allgemeinen Sprachgebrauch den Begriff E-Ink oft als synonyme Bezeichnung für Elektronisches Papier. Genaugenommen handelt es sich bei E Ink (Eigenschreibweise ohne Bindestrich) nur um den Markennamen des Produkts der E Ink Corporation, das derzeit in den meisten modernen E-Book-Readern verwendet wird und das auf der Erscheinung der Elektrophorese basiert.Although there are various processes for producing electronic paper and a large number of companies are now researching and developing them [1] , the term e-ink is often used as a synonym for electronic paper in common usage. Strictly speaking, E Ink (own spelling without hyphen) is only the brand name of the E Ink Corporation product that is currently used in most modern e-book readers and is based on the appearance of electrophoresis.

Technologietechnology

In den 1970er Jahren hatte der Forscher Nick Sheridon am Palo Alto Research Center der Firma Xerox als Erster elektronisches Papier entwickelt. Es nannte sich Gyricon und bestand aus kleinen, statisch geladenen Kügelchen. Diese waren zweifarbig: auf der einen Seite schwarz, auf der anderen weiß. Der Textinhalt des Papiers ließ sich durch ein anliegendes elektrisches Feld verändern. Dadurch wurden die Kügelchen nach oben oder unten gedreht, so dass entweder die schwarze oder weiße Seite sichtbar war.In the 1970s, researcher Nick Sheridon at Xerox's Palo Alto Research Center was the first to develop electronic paper. It was called Gyricon and consisted of small, statically charged balls. These were two-tone: black on one side and white on the other. The text content of the paper could be changed by an applied electric field. This rotated the beads up or down so that either the black or white side was visible.

Gyricon konnte jedoch nicht ausreichend preiswert produziert werden, so dass Xerox die zur Vermarktung gegründete Firma Gyricon LCC Ende 2005 auflöste.However, Gyricon could not be produced cheaply, so Xerox dissolved the company Gyricon LCC, which was founded for marketing at the end of 2005.

ElektrophoreseElectrophoresis

In den 1990er Jahren verwendete ein Team[2] unter Leitung von Joseph Jacobson[3] am MIT kleine Mikrokapseln, in denen elektrisch geladene weiße Teilchen in gefärbtem Öl schwammen. Durch die Polarität eines angelegten elektrischen Feldes wandern die weißen Partikel an die Oberseite der Mikrokapsel (also für den Betrachter sichtbar), oder an die Unterseite, sodass der Betrachter an diesem Punkt die dunklere Farbe des Öls sah. Auf Grundlage dieser auf Elektrophorese basierenden Technik entwickelte das amerikanische Unternehmen E Ink Corporation sein aktuelles elektronisches Papier.In the 1990s, a team [2] led by Joseph Jacobson [3] at MIT used small microcapsules in which electrically charged white particles floated in colored oil. Due to the polarity of an applied electric field, the white particles migrate to the top of the microcapsule (i.e. visible to the viewer), or to the bottom, so that the viewer saw the darker color of the oil at this point. The American company E Ink Corporation developed its current electronic paper based on this technology based on electrophoresis.

Dieses elektronische Papier enthält Mikrokapseln mit einem mittleren Durchmesser von ca. 40 µm, die positiv geladene weiße Partikel und negativ geladene schwarze Partikel in einem transparenten zähflüssigen Polymer enthalten. Die Darstellung wird durch kurzzeitiges Anlegen einer elektrischen Spannung verändert und bleibt dann mehrere Wochen lang stabil. Form und Durchmesser der Mikrokapseln sind unregelmäßig, was aber unbedeutend ist, da sich jedes einzelne Pixel aus vielen Mikrokapseln zusammensetzt und sich diese Unregelmäßigkeiten dadurch herausmitteln.This electronic paper contains microcapsules with an average diameter of approx. 40 µm, which contain positively charged white particles and negatively charged black particles in a transparent viscous polymer. The display is changed by briefly applying an electrical voltage and then remains stable for several weeks. The shape and diameter of the microcapsules are irregular, but this is insignificant, since each individual pixel is made up of many microcapsules, and these irregularities are averaged out.

Makroaufnahme eines E-Ink-Bildschirms. Die Mikrokapseln sind in der vergrößerten Darstellung sichtbar.Macro shot of an e-ink screen. The microcapsules are visible in the enlarged view.

Die Verwendung von Mikrokapseln erlaubt auch, flexiblen Kunststoff anstelle von Glas als Trägermaterial zu verwenden.The use of microcapsules also allows flexible plastic to be used as the carrier material instead of glass.

Die Ansteuerung der Bildpunkte geschieht bei Segmentanzeigen mittels passiver transparenter Elektroden und bei Matrixdisplays über eine TFT-Aktiv-Matrix, wie sie auch bei LC-Bildschirmen verwendet wird.In the case of segment displays, the pixels are controlled by means of passive transparent electrodes and in the case of matrix displays by means of a TFT active matrix, as is also used in the case of LC screens.

Die Darstellung von Graustufen wird durch den zeitlichen Verlauf der angelegten Spannung gesteuert. Ursprünglich konnten acht Graustufen angezeigt werden, die aktuellen Displays arbeiten mit 16 Graustufen. In Verbindung mit aus der Drucktechnik und Bildbearbeitung bekannten Rasterverfahren wird eine scheinbar stufenlose Grauwertdarstellung erzielt.The display of gray levels is controlled by the time course of the applied voltage. Originally, eight gray levels could be shown, the current displays work with 16 gray levels. In conjunction with raster processes known from printing technology and image processing, an apparently stepless gray value display is achieved.

Farbige Displays basieren entweder auf schwarz-weißem elektronischen Papier mit vorgelagerten Farbfiltern, oder sie sind mit farbigen Pigmenten ausgestattet. Colored displays are either based on black and white electronic paper with upstream color filters, or they are equipped with colored pigments.

Die E Ink Corporation hat seit 1999 verschiedene Anwendungen vorgestellt und 2004 als erster Hersteller mit der Serienfertigung elektronischen Papiers in größerem Maßstab begonnen.[4] Produkte anderer Hersteller waren bzw. sind zum Beispiel „SiPix Microcup“ der amerikanischen Firma Sipix (die 2012 von der E Ink Corporation übernommen worden ist), das flexible elektronische Papier „Lectum“ des Herstellers „Plastic Logic“, das in Dresden hergestellt wird,[5] die flexiblen E-Ink-Displays von LG Display[6] oder das „O-paper“ des chinesischen Herstellers Guangzhou OED Technologies.[7] Ein weiterer Hersteller elektrophoretischen elektronischen Papiers mit einer eigenen Technik war Bridgestone,[8] dessen Entwicklung 2012 aber eingestellt wurde.[9] E Ink Corporation has presented various applications since 1999 and in 2004 became the first manufacturer to start mass production of electronic paper. [4] other manufacturers' products were or are, for example, "SiPix Microcup®" the American company Sipix (which has been taken over by the E Ink Corporation in 2012), the flexible electronic paper "Lectum" the manufacturer "Plastic Logic", which in Dresden is produced, [5] the flexible e-ink displays from LG Display [6] or the "O-paper" from the Chinese manufacturer Guangzhou OED Technologies. [7] Another manufacturer of electrophoretic electronic paper with its own technology was Bridgestone, [8] whose development was stopped in 2012. [9]

Seit 2002[10] sind durch Firmen wie E-Ink, Bridgestone oder Philips verschiedene Prototypen farbigen elektrophoretischen E-Papiers vorgestellt worden[11][12][13], die aber alle nicht in Serienproduktion gegangen sind. Die E Ink Corporation hat 2011 mit der Produktion des mit Farbfiltern arbeitenden elektronischen Papiers „Triton“ begonnen, und 2016 hat die Firma „ACeP“ vorgestellt, bei dem farbige Pigmente benutzt werden.[14] Since 2002 [10] , companies such as E-Ink, Bridgestone or Philips have presented various prototypes of colored electrophoretic e-paper [11] [12] [13] , but none of them have gone into series production. E Ink Corporation started producing color filters “Triton” electronic paper in 2011, and in 2016 launched “ACeP”, which uses colored pigments. [14]

Flexibles elektronisches Papier wird hauptsächlich bei industriellen Displays und im Werbebereich eingesetzt. Bei elektronischen Lesegeräten, die vorzugsweise für bestmöglichen Kontrast und hohe Lebensdauer ausgelegt werden, dominieren Glasdisplays, auch wenn vereinzelt Prototypen mit flexiblen Bildschirmen gezeigt werden wie beispielsweise das faltbare E-Ink-Display.[15] Flexible electronic paper is mainly used in industrial displays and in advertising. With electronic readers, which are preferably designed for the best possible contrast and a long service life, glass displays dominate, even if prototypes with flexible screens are occasionally shown, such as the foldable e-ink display. [15]

Elektrophoretisch gesteuerte TotalreflexionElectrophoretically controlled total reflection

Das US-amerikanische Unternehmen CLEARInk hat auf der SID Display Week 2017 Displays vorgestellt, die auf der Kombination einer Folie mit totalreflektierenden Linsen und einer dahinter liegenden Schicht elektrisch geladenener Partikel in einer Flüssigkeit beruhen. Die Partikel werden durch ein angelegtes elektrisches Feld bewegt, und wenn sie sich an der rückseitigen Linsenoberfläche anlagern, wird die Totalreflexion durch Absorption unterdrückt.At SID Display Week 2017, the US company CLEARInk presented displays that are based on the combination of a film with totally reflecting lenses and a layer of electrically charged particles behind them in a liquid. The particles are moved by an applied electric field, and when they adhere to the back surface of the lens, the total reflection is suppressed by absorption.

Mit dieser Technik können Displays gefertigt werden, die schnell genug für Videowiedergabe sind, und es sollen bistabile Displays möglich sein, die deutlich mehr Licht reflektieren, als das bei E-Ink-Displays möglich ist. [16][17][18][19] This technology can be used to manufacture displays that are fast enough for video playback, and bistable displays should be possible that reflect significantly more light than is possible with e-ink displays. [16] [17] [18] [19]

Bistabile LCDBistable LCD

Einige Firmen produzieren elektronisches Papier auf Basis von bistabilen LCDs. Diese ermöglichen ein neutrales Weiß bei hoher Albedo (Oberflächenreflexion) und Auflösungen bis zu 200 dpi. Ein Beispiel ist das Cholesteric Liquid Crystal Display. Prototyp eines hochauflösenden elektronischen Papiers. Der in das Display geschriebene Inhalt bleibt auch ohne Spannungsquelle über Wochen erhalten (bistabiler Zustand).Some companies produce electronic paper based on bistable LCDs. These enable a neutral white with high albedo (surface reflection) and resolutions up to 200 dpi. One example is the Cholesteric Liquid Crystal Display. Prototype high resolution electronic paper. The content written on the display is retained for weeks even without a voltage source (bistable state).

Elektrobenetzung (Electrowetting)Electrowetting

Der Philips-Firmenableger Liquavista hat eine Displaytechnik entwickelt, bei der eine gefärbte Öl- und eine Wasserschicht übereinanderliegen. Die Lichtdurchlässigkeit der einzelnen Bildpunkte wird dabei beeinflusst, indem die Oberflächenspannung mittels angelegter elektrischer Spannung verändert wird (Elektrobenetzung). Damit lassen sich farbige und schnelle reflektive Anzeigen mit hohem Kontrast und geringem Energieverbrauch herstellen, deren Schaltgeschwindigkeit auch Videowiedergabe erlaubt. [20] The Philips company offshoot Liquavista has developed a display technology in which a colored oil and water layer lie on top of each other. The light transmittance of the individual pixels is influenced by changing the surface tension by means of an applied electrical voltage (electrical wetting). This enables colored and fast reflective displays with high contrast and low energy consumption to be produced, the switching speed of which also enables video playback. [20]

Der funktionsfähige Prototyp eines E-Book-Lesegerätes mit einem farbigen 6"-Electrowetting-Display wurde auf der CES 2010 vorgestellt.[21] The functional prototype of an e-book reader with a colored 6 "electrowetting display was presented at CES 2010. [21]

Anfang 2011 ist Liquavista von Samsung übernommen worden,[22] und Anfang 2013 durch Amazon.[23] Liquavista was taken over by Samsung in early 2011, [22] and by Amazon in early 2013. [23]

2018 wurde Liquavista geschlossen.[24] Eine neue Firma namens Etulipa versucht, die Technik für Plakatwände zu etablieren.[25] Liquavista was closed in 2018. [24] A new company called Etulipa tries to establish the technology for billboards. [25]

Mikromechanisch gesteuerte Interferenz-Modulation
→ Hauptartikel: Interferometric modulator display
Micromechanically controlled interference modulation
→ Main article: Interferometric modulator display

Der Mobilfunktechnik-Hersteller Qualcomm produzierte unter dem Namen „Mirasol“ vertriebene IMOD-Displays. Diese beruhten darauf, dass mikromechanisch der Abstand zweier reflektierender Schichten verändert und damit die Lichtreflexion mittels konstruktiver und destruktiver Interferenz gesteuert wird. Die Displayelemente sind (wie bei E-Ink) bistabil und ermöglichen die Herstellung stromsparender reflektiver Anzeigen. Qualcomm hat auf der CES 2010 funktionsfähige Prototypen von 5,7"-Lesegeräten mit farbigen Mirasol-Displays vorgestellt, die auch für Videowiedergabe geeignet sind.[26][27] Die Aufnahme der Produktion in größerem Maßstab war ursprünglich für 2012 angekündigt, es gab aber nur wenige Produkte.[28] Danach wurde an einer neuen Generation von Mirasol-Displays mit der Bezeichnung SMI (Single Mirror IMOD) gearbeitet, bei denen die einzelnen Pixel über das Spektrum durchstimmbar sind, und somit keine Farbfilter mehr benötigt werden. [29] Auch diese Technik hat keine Anwendung in Endprodukten gefunden. The mobile radio technology manufacturer Qualcomm produced IMOD displays sold under the name "Mirasol". These were based on the fact that the distance between two reflecting layers was changed micromechanically and thus the light reflection was controlled by means of constructive and destructive interference. The display elements are (as with E-Ink) bistable and enable the production of energy-saving reflective displays. Qualcomm presented functional prototypes of 5.7 "readers with colored Mirasol displays at CES 2010, which are also suitable for video playback. [26] [27] The start of production on a larger scale was originally announced for 2012, there were but only a few products. [28] Afterwards, work was carried out on a new generation of Mirasol displays with the designation SMI (Single Mirror IMOD), in which the individual pixels can be tuned across the spectrum, so that color filters are no longer required. [29 ] This technique also has no application in end products.

Vor- und Nachteile gegenüber herkömmlichen Bildschirmen und PapierAdvantages and disadvantages compared to conventional screens and paper

Das Portable Reading System PRS-505 von Sony (2007)The Sony Portable Reading System PRS-505 (2007)

Elektronisches Papier vereint die Vorteile von Computerbildschirm und Papier. Gegenüber herkömmlichen Bildschirmen, wie sie zur TV- und Grafikwiedergabe genutzt werden, bietet es beim gegenwärtigen Stand der Entwicklung die folgenden Vorteile:

  • • Der Bildinhalt sieht wegen des geringen Abstandes der bildgebenden Elemente zur Oberfläche aus jedem Blickwinkel gleich aus (Vorteil gegenüber LCDs).
  • • Es gibt durch die statische Anzeige kein Flimmern (Vorteil gegenüber Röhrenmonitoren).
  • • Es ist sehr dünn und leicht und bei entsprechendem Design auch biegsam.
  • • Es ist in allen Größen und Formen herzustellen - vom kleinen Display mit der aktuellen Wetteranzeige bis hin zur großen Anzeigetafel oder Plakatfläche[30].
  • • Es verwendet sehr wenig Energie, um die Anzeige zu erzeugen und aufrechtzuerhalten, da nur zum Ändern des Bildinhaltes (Seitenwechsel) ein Stromfluss erforderlich ist.
  • • Es ist sowohl bei normalem Raumlicht als auch in hellem Sonnenschein lesbar, da die bildgebenden Elemente reflektiv sind.
Electronic paper combines the advantages of a computer screen and paper. Compared to conventional screens, such as those used for TV and graphics playback, it offers the following advantages at the current state of development:
  • • The image content looks the same from any angle due to the small distance between the imaging elements and the surface (advantage over LCDs).
  • • There is no flickering due to the static display (advantage over tube monitors).
  • • It is very thin and light and, with the appropriate design, also flexible.
  • • It can be produced in all sizes and shapes - from the small display with the current weather display to the large display board or billboard [30] .
  • • It uses very little energy to generate and maintain the display, since a current flow is only required to change the image content (page change).
  • • It can be read in normal room light as well as in bright sunshine because the imaging elements are reflective.

Die Nachteile gegenüber Druckmedien wie Papier sind die eher glatte Oberfläche der Displayabdeckung, die Stör- und Streulicht reflektiert. Sowohl die Grauwertauflösung (derzeit nur 16 Graustufen) als auch der Kontrast sind noch gering, und weiße Flächen erreichen im besten Fall ein helles Hellgrau. Die langen Schaltzeiten der ersten Generation elektronischen Papiers lassen nur eine statische Anzeige zu. Der Farbraum der farbigen Displays ist vergleichsweise eingeschränkt. Durch Energiesparmechanismen der E-Book-Reader können auch Ghosting-Effekte auftreten.The disadvantages compared to print media such as paper are the rather smooth surface of the display cover, which reflects interference and stray light. Both the gray value resolution (currently only 16 grayscale) and the contrast are still low, and white areas at best achieve a light light gray. The long switching times of the first generation of electronic paper only allow a static display. The color space of the colored displays is comparatively limited. Ghosting effects can also occur due to the energy saving mechanisms of the e-book readers.

AnwendungenApplications

Elektronisches Preisschild im SupermarktElectronic price tag in the supermarket

Als ersten Feldversuch zur Auslieferung einer Zeitung hat die belgische Wirtschaftszeitung De Tijd von April bis Juni 2006 einen Test mit zweihundert Lesern durchgeführt. Das dabei verwendete Gerät war der iLiad von iRex.[31] As the first field trial to deliver a newspaper, the Belgian business newspaper De Tijd conducted a test with two hundred readers from April to June 2006. The device used was the iLiad from iRex. [31]

Ein Feldversuch mit elektronischem Papier als Werbefläche wurde Ende 2006 von Hitachi durchgeführt[32]. In Nahverkehrszügen einer Tokioter Eisenbahnlinie wurden als Ersatz für gewöhnliche Werbeposter Displays auf Basis elektronischen Papiers von Bridgestone angebracht. Meinungsumfragen sollten anschließend über die Vermarktungsfähigkeit entscheiden.A field trial with electronic paper as advertising space was carried out by Hitachi at the end of 2006 [32] . In local trains on a Tokyo railway line, displays based on electronic paper from Bridgestone were installed as a replacement for ordinary advertising posters. Opinion polls should then decide on marketability.

Es gibt mittlerweile viele Geräte, in denen E-Paper-Displays eingesetzt werden:

  • • Von zahlreichen Herstellern werden Lesegeräte für elektronische Bücher hergestellt bzw. als OEM-Geräte mit eigener Firmware vertrieben. Dies ist im Augenblick der Haupteinsatz elektronischen Papiers.
  • • Als erstes Mobiltelefon hatte das von Motorola hergestellte Motofone F3 für die Anzeige elektronisches Papier eingebaut. Motorola bezeichnete dieses Display als „EPD“, es handelt sich um eine Segmentanzeige mit elektronischem Papier von E Ink. Der dabei im Vergleich zu anderen Anzeigeverfahren ungewohnte Effekt ist, dass die Anzeige bei Entfernen des Akkus aus dem Mobiltelefon erhalten bleibt. Ein Vorteil gegenüber anderen Telefondisplays ist, dass die Darstellung selbst bei direkter Sonneneinstrahlung ablesbar bleibt.
  • • Lexar hat die USB-Sticks „JumpDrive Secure II Plus“, „Echo MX“ und „M10“ hergestellt, die den Füllstand ihres Speichers über ein Display mit elektronischem Papier anzeigen. Da der Anzeigeinhalt ohne Stromzufuhr erhalten bleibt, kommen diese Geräte ohne Batterie aus.
  • • Western Digital verkauft seit August 2009 externe Festplatten (Serien My Book Elite und My Book Studio), die an ihrer Vorderseite über ein sogenanntes E-Iabel verfügen. Das E-Iabel zeigt eine frei wählbare Textzeile (Inhalt der Festplatte), den verfügbaren freien Speicher und die Aktivierung der Laufwerksverschlüsselung an.
  • • Die Firma Seiko brachte 2005 mit dem Modell „Seiko Spectrum“ die erste Armbanduhr heraus, die mit einer E-Ink-Segmentanzeige ausgestattet ist.[33] 2010 erschien die erste E-Ink-Uhr mit Matrixdisplay. Das Display weist 80.000 Pixel mit einer Auflösung von 300 ppi auf. Jedes Pixel kann eine von vier Graustufenschattierungen anzeigen.[34]
  • • Die österreichische Warenhauskette Billa verwendet E-Ink-Displays als Preisschilder, dadurch können die Verkaufspreise bestimmter Waren vom Büro aus geändert werden.[35]
There are now many devices in which e-paper displays are used:
  • • Numerous manufacturers manufacture reading devices for electronic books or sell them as OEM devices with their own firmware. This is the main use of electronic paper at the moment.
  • • The Motofone F3, manufactured by Motorola, was the first mobile phone to incorporate electronic paper. Motorola called this display "EPD", it is a segment display with electronic paper from E Ink. The unusual effect compared to other display methods is that the display is retained when the battery is removed from the mobile phone. A The advantage over other telephone displays is that the display remains legible even in direct sunlight.
  • • Lexar has produced the "JumpDrive Secure II Plus", "Echo MX" and "M10" USB sticks, which show the level of their memory on a display with electronic paper. Since the display content is maintained without power supply, these devices do not need a battery.
  • • Western Digital has been selling external hard drives (My Book Elite and My Book Studio series) since August 2009, which have a so-called e-label on the front. The E-Iabel shows a freely selectable text line (content of the hard disk), the available free space and the activation of the drive encryption.
  • • In 2005, the Seiko company launched the “Seiko Spectrum” model, the first wristwatch to be equipped with an e-ink segment display. [33] In 2010 the first e-ink watch with a matrix display was released. The display has 80,000 pixels with a resolution of 300 ppi. Each pixel can display one of four shades of gray. [34]
  • • The Austrian department store chain Billa uses e-ink displays as price tags, which means that the sales prices of certain goods can be changed from the office. [35]

Andere AnwendungenOther uses

  • • Das Magazin Esquire erschien am 8. September 2008 zum 75. Jahrestag als erstes Magazin mit einem Cover, das mit elektronischem Papier ausgestattet war. Die dabei benutzte E-Ink-Einlage war jedoch keine Matrixanzeige, sondern diente dazu, Schlagzeilen ein- und auszuschalten, zu invertieren und Textbereiche blinken zu lassen.[36] Die „Special Collector's Edition“ wurde 100.000-mal hergestellt.• Esquire magazine appeared on September 8, 2008 on the 75th anniversary as the first magazine with a cover that was equipped with electronic paper. However, the e-ink insert used was not a matrix display, but was used to switch headlines on and off, to invert them and to make text areas flash. [36] The "Special Collector's Edition" was made 100,000 times.
  • • Zunehmend werden E-Paper-Displays auch für Türschilder, z. B. bei Konferenzräumen mit häufig wechselnder Nutzung oder auch in Supermärkten zur Auszeichnung der Preise an den Regalen verwendet. The screen technology used in e-readers like the Amazon Kindle was conceived by undergraduates at MIT. In: Science Friday. 10. Mai 2016, abgerufen am 2. September 2017 (englisch).• E-paper displays are also increasingly being used for door signs, e.g. B. used in conference rooms with frequently changing use or in supermarkets to mark the prices on the shelves. The screen technology used in e-readers like the Amazon Kindle was conceived by undergraduates at MIT. In: Science Friday. May 10, 2016, accessed September 2, 2017.

Gedruckte ElektronikPrinted electronics

Gedruckte Elektronik (englisch printed electronics) bezeichnet elektronische Bauelemente, Baugruppen und Anwendungen, die vollständig oder teilweise mittels Druckverfahren hergestellt werden. Anstelle der Druckfarben werden elektronische Funktionsmaterialien, die in flüssiger oder pastöser Form vorliegen, verdruckt. Häufig handelt es sich dabei um organische Materialien, insofern ist die gedruckte Elektronik ein Teilgebiet der organischen Elektronik und wird als Schlüsseltechnologie zu deren Herstellung angesehen. Durch eine erhebliche Reduzierung der Herstellungskosten, durch die Möglichkeit, großflächige und flexible Substrate zu bedrucken, sowie durch neuartige Funktionalitäten sollen Anwendungsfelder für die Elektronik erschlossen werden, die der konventionellen (anorganischen) Elektronik bisher nicht oder nur eingeschränkt zugänglich waren. Neue Entwicklungen durch die gedruckte Elektronik zeichnen sich u. a. in Anwendungen wie RFID, Displays und Solarzellen ab.Printed electronics means electronic components, assemblies and applications that are manufactured entirely or partially using printing processes. Instead of printing inks, electronic functional materials that are in liquid or pasty form are printed. Often these are organic materials, so printed electronics is a sub-area of organic electronics and is regarded as a key technology for its production. A considerable reduction in manufacturing costs, the possibility of printing large-area and flexible substrates, and new functionalities are intended to open up fields of application for electronics that were previously not or only partially accessible to conventional (inorganic) electronics. New developments due to the printed electronics stand out. a. in applications such as RFID, displays and solar cells.

GrundlagenBasics

Die gedruckte Elektronik vereint Erkenntnisse und Entwicklungen der Drucktechnologie, der Elektronik sowie der Chemie und Werkstoffwissenschaft, insbesondere der organischen und Polymerchemie. Wegbereitend ist die Entwicklung der organischen Elektronik, die wiederum auf der Entwicklung organischer elektronischer Funktionsmaterialien basiert. Neben den elektronischen Funktionalitäten (Leiter, Halbleiter, Elektrolumineszenz usw.) führte die Prozessierbarkeit in flüssiger Form als Lösung, Dispersion oder Suspension solcher Materialien zur Entwicklung der gedruckten Elektronik.[1] Daneben werden aber auch anorganische Materialien, die sich in flüssiger Form prozessieren lassen, verwendet. Printed electronics combine knowledge and developments in printing technology, electronics, chemistry and materials science, especially organic and polymer chemistry. Pioneering is the development of organic electronics, which in turn is based on the development of organic electronic functional materials. In addition to the electronic functionalities (conductors, semiconductors, electroluminescence, etc.), processability in liquid form as a solution, dispersion or suspension of such materials led to the development of printed electronics. In addition, inorganic materials that can be processed in liquid form are also used.

Insofern es sich bei der gedruckten Elektronik um Bauelemente aus der organischen Elektronik handelt, unterscheiden sich diese in Aufbau, Funktionsweise und Funktionalität teilweise von konventioneller Elektronik.[2] Deshalb spielt das Design und die Optimierung der Bauelemente und Schaltungen unter Berücksichtigung des speziellen Herstellungsverfahrens eine wichtige Rolle in der Entwicklung der gedruckten Elektronik.[3] Insofar as printed electronics are components from organic electronics, they differ in structure, functionality and functionality from conventional electronics. [2] Therefore, in consideration of the special manufacturing process, the design and optimization of devices and circuits plays an important role in the development of printed electronics. [3]

Zur Herstellung gedruckter Elektronik kommen fast alle industriellen Druckverfahren, meist in angepasster oder modifizierter Form, zur Anwendung. Analog zum konventionellen Bilderdruck, bei dem mehrere Farbschichten übereinander aufgetragen werden, werden in der gedruckten Elektronik elektronische Dünnschicht-Bauelemente durch das Übereinanderdrucken mehrerer Funktionsschichten hergestellt. Jedoch unterscheiden sich sowohl die verwendeten Materialien als auch die geforderten Eigenschaften der gedruckten Schichten wesentlich voneinander,[4] so dass die aufeinander abgestimmte Anpassung und Weiterentwicklung der verwendeten Druckverfahren und der verdruckten Materialien die zentrale Aufgabe in der Entwicklung der gedruckten Elektronik darstellt.Almost all industrial printing processes, mostly in adapted or modified form, are used to manufacture printed electronics. Analogous to conventional image printing, in which several layers of color are applied on top of one another, electronic electronics become electronic Thin-film components produced by printing several functional layers on top of each other. However, both the materials used and the required properties of the printed layers differ significantly from one another, [4] so that the coordinated adaptation and further development of the printing processes used and the printed materials represent the central task in the development of printed electronics.

Beispielsweise ist die maximale Auflösung der gedruckten Strukturen im konventionellen Bilderdruck durch die Auflösung des menschlichen Auges bestimmt. Strukturgrößen unterhalb von etwa 20 µm können vom menschlichen Auge nicht wahrgenommen und in herkömmlichen Druckprozessen meist auch nicht hergestellt werden.[5] Dagegen sind in der Elektronik höhere Auflösungen wünschenswert, da diese unmittelbar die Integrationsdichte, aber auch die Funktionalität von Bauelementen (insbesondere von Transistoren) beeinflussen. Ähnliches gilt für die Passgenauigkeit übereinander gedruckter Schichten.For example, the maximum resolution of the printed structures in conventional image printing is determined by the resolution of the human eye. Structure sizes below about 20 µm cannot be perceived by the human eye and usually cannot be produced in conventional printing processes. [5] In contrast, are desirable in the electronics higher resolutions, but since they directly affect the integration density, the functionality of components (in particular of transistors). The same applies to the accuracy of fit of layers printed on top of each other.

Schwankungen in der Dicke und anderen Schichteigenschaften sowie das Auftreten von Löchern sind beim konventionellen Drucken nur insofern von Relevanz, als sie vom menschlichen Auge wahrgenommen werden können. Dagegen stellen sie in der gedruckten Elektronik wesentliche Qualitätsmerkmale für die Funktion der gedruckten Bauelemente dar. Umgekehrt ist hier der visuelle Eindruck irrelevant. Hinzu kommt, dass in der gedruckten Elektronik eine größere Vielfalt von Materialien verarbeitet werden muss, woraus sich neue Anforderungen an die Kompatibilität aufeinander gedruckter Schichten hinsichtlich Benetzung, Haftung und des gegenseitigen Anlösens ergeben.[6] Fluctuations in the thickness and other layer properties as well as the appearance of holes are only relevant in conventional printing insofar as they can be perceived by the human eye. In contrast, they represent essential quality features for the function of the printed components in printed electronics. Conversely, the visual impression is irrelevant here. In addition, a greater variety of materials have to be processed in printed electronics, which results in new requirements for the compatibility of layers printed on one another with regard to wetting, adhesion and mutual dissolution. [6]

Im Vergleich zur konventionellen Mikroelektronik zeichnet sich die gedruckte Elektronik durch eine einfachere, flexiblere und vor allem kostengünstigere Herstellung aus. Sie soll elektronischen Anwendungen eine wesentlich größere Verbreitung, Vernetzung und Durchdringung auch im Alltag ermöglichen.[7] Ein Beispiel hierfür ist die Ausstattung der Verpackung von Alltagsgütern mit gedruckten RFID-Systemen, die eine kontaktlose Identifizierung im Handel und Transport ermöglicht. Zudem ermöglicht die gedruckte Elektronik die einfache Realisierung und Integration von speziellen Eigenschaften und Funktionalitäten (z. B. flexible Displays und Solarzellen).Compared to conventional microelectronics, printed electronics are characterized by simpler, more flexible and, above all, less expensive production. It is intended to enable electronic applications to be distributed, networked and penetrated much more widely in everyday life. Is [7] An example of this equipment package for everyday goods with printed RFID systems that enables contactless identification in trade and transport. In addition, the printed electronics enable the simple implementation and integration of special properties and functionalities (e.g. flexible displays and solar cells).

Gedruckte und konventionelle Elektronik als komplementäre Technologien.Printed and conventional electronics as complementary technologies.

In der Regel bleibt die Leistungsfähigkeit von gedruckter Elektronik hinsichtlich der jeweiligen Funktion, abgesehen von einigen Ausnahmen z. B. auf dem Gebiet der Leuchtdioden, hinter der der konventionellen Elektronik zurück.[4] Elektronische Anwendungen mit hohen Schaltfrequenzen und hoher Integrationsdichte (sog. „High-end-Elektronik“) werden auf absehbare Zeit von der herkömmlichen Elektronik dominiert werden, die jedoch auch vergleichsweise hohe Investitions- und Herstellungskosten erfordert. Dagegen zielt die gedruckte Elektronik als dazu komplementäre Technologie auf die Etablierung einer „Low-cost-Elektronik“ für Anwendungsbereiche, in denen die hohe Leistungsfähigkeit der konventionellen Elektronik nicht erforderlich ist.As a rule, the performance of printed electronics with regard to the respective function remains, with a few exceptions e.g. B. in the field of light emitting diodes, behind that of conventional electronics. [4] Electronic applications with high switching frequencies and high integration density (so-called "high-end electronics") will be dominated by conventional electronics for the foreseeable future, which, however, also requires comparatively high investment and manufacturing costs. In contrast, printed electronics, as a complementary technology, aims to establish low-cost electronics for areas of application in which the high performance of conventional electronics is not required.

VerfahrenProcedure

Die Attraktivität der Anwendung von Druckverfahren zur Herstellung von Elektronik resultiert in erster Linie aus der Möglichkeit, Stapel von mikrostrukturierten Schichten (und somit Dünnschicht-Bauelemente) in wesentlich einfacherer und kostengünstigerer Weise als in der konventionellen Elektronik herzustellen.[8] Daneben spielt auch die Möglichkeit eine Rolle, neue oder verbesserte Funktionalitäten (z. B. mechanische Flexibilität) zu erzeugen. Die Auswahl des verwendeten Druckverfahrens richtet sich nach den Anforderungen an die gedruckten Schichten, nach den Eigenschaften der verdruckten Materialien sowie nach wirtschaftlichen und technischen Erwägungen hinsichtlich der hergestellten Produkte. Von den herkömmlichen industriellen Druckverfahren werden hauptsächlich der Inkjet- und Siebdruck sowie die sog. Massendruckverfahren Tief-, Offset- und Flexodruck in der gedruckten Elektronik verwendet.[5] Während die Massendruckverfahren meist als Rolle-zu-Rolle-Verfahren (web-fed) eingesetzt werden, kommen der Sieb- und der Inkjetdruck meist als Bogenverfahren (sheet-fed) zum Einsatz. Es existieren aber auch die jeweils anderen Varianten.The attractiveness of the use of printing processes for the production of electronics results primarily from the possibility of producing stacks of microstructured layers (and thus thin-film components) in a much simpler and cheaper way than in conventional electronics. [8] In addition, the possibility of generating new or improved functionalities (e.g. mechanical flexibility) also plays a role. The selection of the printing process used depends on the requirements for the printed layers, on the properties of the printed materials and on economic and technical considerations with regard to the products manufactured. The conventional industrial printing processes mainly use inkjet and screen printing as well as the so-called mass printing processes gravure, offset and flexo printing in printed electronics. [5] While mass printing processes are mostly used as roll-to-roll processes (web-fed), screen and inkjet printing are mostly used as sheet-fed processes. But there are also other variants.

MassendruckverfahrenBulk printing process

Die Massendruckverfahren Tief-, Offset- und Flexodruck zeichnen sich im Vergleich mit anderen Druckverfahren vor allem durch eine weit überlegene Produktivität, die sich in einem Flächendurchsatz von vielen 10.000 m2/h ausdrückt, aus. Sie sind daher in besonderer Weise geeignet, die Herstellungskosten drastisch zu senken, wenn sie auf das Drucken von Elektronik angewendet werden.[8] Aufgrund ihres hohen Entwicklungsstandes und der Vielfalt von verfügbaren Verfahren und Verfahrensvarianten ermöglichen sie gleichzeitig hohe Auflösungen bis zu 20 µm und darunter, hohe Schichtqualitäten sowie eine große Breite an erreichbaren Schichteigenschaften und prozessierbaren Materialien.[5] Im Bereich der gedruckten Elektronik kommt es, wie bei anderen Druckverfahren auch, zu erheblichen Weiterentwicklungen der herkömmlichen Verfahren. Allerdings erfordert die Anwendung und Anpassung der Massendruckverfahren für die gedruckte Elektronik nicht nur erhebliches Know-how, sondern auch im Vergleich mit den anderen Druckverfahren einen höheren Aufwand, der jedoch noch immer weit unter dem in der konventionellen Elektronik liegt. Während der Offset- und der Flexodruck vornehmlich für anorganische[9][10] und organische[11][12] Leiter (letzterer auch für Dielektrika)[13] verwendet werden, eignet sich der Tiefdruck wegen der hohen erreichbaren Schichtqualität besonders für qualitätssensible Schichten wie organische Halbleiter und Halbleiter/Dielektrikum-Grenzschichten in Transistoren,[13] in Zusammenhang mit der hohen Auflösung aber auch für anorganische[14] und organische[15] Leiter. Es konnte gezeigt werden, dass sich Organische FeldeffektTransistoren und daraus aufgebaute integrierte Schaltungen[13] vollständig mittels Massendruckverfahren herstellen lassen.The mass printing processes gravure, offset and flexographic printing are characterized in comparison to other printing processes above all by a far superior productivity, which is expressed in an area throughput of many 10,000 m 2 / h. They are therefore particularly suitable for drastically reducing manufacturing costs when applied to the printing of electronics. [8] Because of their high level of development and the variety of available processes and process variants, they make it possible At the same time, high resolutions up to 20 µm and below, high layer quality and a wide range of layer properties and processable materials. [5] In the field of printed electronics, as with other printing processes, there are significant developments in conventional processes. However, the application and adaptation of the mass printing process for the printed electronics not only requires considerable know-how, but also a higher effort in comparison to the other printing processes, which, however, is still far below that in conventional electronics. While offset and flexographic printing are primarily used for inorganic [9] [10] and organic [11] [12] conductors (the latter also for dielectrics) [13] , gravure printing is particularly suitable for quality-sensitive layers due to the high layer quality that can be achieved such as organic semiconductors and semiconductor / dielectric boundary layers in transistors, [13] in connection with the high resolution, but also for inorganic [14] and organic [15] conductors. It could be shown that organic field effect transistors and integrated circuits [13] built from them can be completely manufactured using mass printing processes.

TintenstrahldruckInkjet printing

Der Inkjetdruck ist ein flexibles und vielfältig einsetzbares digitales Druckverfahren, das mit verhältnismäßig geringem Aufwand und auch im Labormaßstab durchführbar ist. Daher ist er das für die gedruckte Elektronik wohl am häufigsten eingesetzte Druckverfahren,[16] allerdings ist er den Massendruckverfahren sowohl in Bezug auf den Flächendurchsatz (typischerweise 100 m2/h) als auch in Bezug auf die Auflösung (ca. 50 µm) unterlegen.[5] Er eignet sich besonders für niedrigviskose, gelöste Materialien wie organische Halbleiter. Bei hochviskosen Materialien, wie organischen Dielektrika, und dispergierten Partikeln, wie anorganischen Metallfarben, treten immer wieder Schwierigkeiten durch das Verstopfen der Düsen auf. Wegen des tropfenweisen Auftrags der Schichten ist deren Homogenität begrenzt. Diese Probleme können durch geeignete Maßnahmen abgemildert werden. Durch Parallelisierung, d. h. die gleichzeitige Verwendung vieler Düsen, bzw. eine Vorstrukturierung des Substrates können auch bezüglich der Produktivität bzw. der Auflösung Verbesserungen erreicht werden. Allerdings wird im letztgenannten Fall für den eigentlichen Strukturierungsschritt auf Nicht-Druckverfahren zurückgegriffen.[17] Inkjetdruck wird bevorzugt für organische Halbleiter in organischen Feldeffekttransistoren (OFETs) und organischen Leuchtdioden (OLEDs) eingesetzt, es wurden aber auch vollständig mit dieser Methode hergestellte OFETs demonstriert.[18] Des Weiteren können Front-[19] und Backplanes[20] von OLED-Displays, integrierte Schaltungen,[21] organische photovoltaische Zellen (OPVCs)[22] und andere Bauelemente und Baugruppen mit Hilfe des Inkjetdrucks hergestellt werden.Inkjet printing is a flexible and versatile digital printing process that can be carried out with relatively little effort and also on a laboratory scale. Therefore, it is probably the most frequently used printing process for printed electronics, [16] however it is inferior to mass printing processes both in terms of area throughput (typically 100 m 2 / h) and in terms of resolution (approx. 50 µm) . [5] It is particularly suitable for low-viscosity, dissolved materials such as organic semiconductors. In the case of highly viscous materials, such as organic dielectrics, and dispersed particles, such as inorganic metallic paints, difficulties repeatedly arise due to the clogging of the nozzles. Because of the dropwise application of the layers, their homogeneity is limited. Appropriate measures can be taken to alleviate these problems. By parallelization, ie the simultaneous use of many nozzles, or a pre-structuring of the substrate, improvements can also be achieved in terms of productivity or resolution. However, in the latter case, non-printing processes are used for the actual structuring step. [17] Inkjet printing is preferred for organic semiconductors in organic field-effect transistors (OFETs) and organic light-emitting diodes (OLEDs), but OFETs made entirely using this method have also been demonstrated. [18] Furthermore, front [19] and back planes [20] of OLED displays, integrated circuits, [21] organic photovoltaic cells (OPVCs) [22] and other components and assemblies can be produced using inkjet printing.

Siebdruckscreen printing

Wegen der Möglichkeit, dicke Schichten aus pastösen Materialien zu erzeugen, wird der Siebdruck bereits seit längerer Zeit in industriellem Maßstab in der Fertigung von Elektronik und Elektrotechnik eingesetzt. Vor allem Leiterbahnen aus anorganischen Metallen (z. B. für Leiterplatten, Antennen oder Glucose-Teststreifen), aber auch isolierende und Passivierungsschichten werden mit diesem Verfahren hergestellt, wobei es jeweils auf eine vergleichsweise hohe Schichtdicke, aber nicht auf eine hohe Auflösung ankommt. Flächendurchsatz (ca. 50 m2/h) und Auflösung (ca. 100 µm) sind, ähnlich wie beim Inkjetdruck, begrenzt.[5] Auch in der gedruckten Elektronik wird dieses vielseitige und verhältnismäßig einfache Verfahren vor allem für leitende und dielektrische Schichten angewandt,[23][24] es können aber auch organische Halbleiter, z. B. für OPVCs,[25] und sogar vollständige OFETs[19] gedruckt werden.Because of the possibility of producing thick layers of pasty materials, screen printing has been used on an industrial scale in the manufacture of electronics and electrical engineering for a long time. In particular, conductor tracks made of inorganic metals (e.g. for printed circuit boards, antennas or glucose test strips), but also insulating and passivation layers are produced with this method, whereby a comparatively high layer thickness, but not high resolution, is important. Area throughput (approx. 50 m 2 / h) and resolution (approx. 100 µm) are limited, similar to inkjet printing. [5] This versatile and relatively simple process is also used in printed electronics, especially for conductive and dielectric layers, [23] [24] but organic semiconductors, e.g. B. for OPVCs, [25] and even complete OFETs [19] can be printed.

Weitere VerfahrenOther procedures

Neben den konventionellen Verfahren kommen auch neue Verfahren, die Ähnlichkeiten zum Drucken aufweisen, zum Einsatz, darunter das Microcontact-Printing und die Nanoprägelithografie.[26] Dabei werden Schichten mit µm- bzw. nm-Auflösung in einem dem Stempeln ähnlichen Verfahren mit weichen bzw. harten Formen hergestellt. Häufig werden dabei die eigentlichen Strukturen auf subtraktivem Wege, z. B. durch das Aufbringen von Ätzmasken oder durch Lift-off-Verfahren, erzeugt. Auf diese Weise können z. B. Elektroden für OFETs hergestellt werden.[27][28] Vereinzelt wird in ähnlicher Weise auch der Tampondruck verwendet.[29] Gelegentlich wird auch die Anwendung sog. Transferverfahren, bei denen feste strukturierte Schichten von einem Träger auf das Substrat übertragen werden, zur gedruckten Elektronik gezählt.[30] Die Elektrofotografie (der sog. Toner- oder Laserdruck) kommt bisher nicht in der gedruckten Elektronik zur Anwendung.In addition to conventional processes, new processes are used that have similarities to printing, including microcontact printing and nanoprint lithography. [26] Layers with µm or nm resolution are produced in a process similar to stamping with soft or hard shapes. Often, the actual structures are subtractive, e.g. B. generated by the application of etching masks or by lift-off method. In this way, e.g. B. electrodes for OFETs. [27] [28] Pad printing is occasionally used in a similar manner. [29] Occasionally, the use of so-called transfer processes, in which solid structured layers are transferred from a carrier to the substrate, is counted among printed electronics. [30] Electrophotography (so-called toner or laser printing) has so far not been used in printed electronics.

Materialienmaterials

Für die gedruckte Elektronik werden sowohl organische als auch anorganische Materialien verwendet. Voraussetzung dafür ist, neben der jeweiligen elektronischen Funktionalität, dass die Materialien in flüssiger Form, d. h. als Lösung, Dispersion oder Suspension, vorliegen.[1] Dies trifft insbesondere auf viele organische Funktionsmaterialien, die als Leiter, Halbleiter oder Isolatoren verwendet werden, zu. Mit wenigen Ausnahmen handelt es sich bei den anorganischen Materialien um Dispersionen von metallischen Mikro- oder Nanopartikeln. Ausgangspunkt der Entwicklung druckbarer elektronischer Funktionsmaterialien war die Entdeckung konjugierter Polymere (Nobelpreis für Chemie 2000) und deren Weiterentwicklung zu löslichen Materialien.[31] Heute existiert eine große Vielfalt druckbarer Materialien aus dieser Polymerklasse, die leitende, halbleitende, elektrolumineszente, photovoltaische und andere funktionale Eigenschaften aufweisen. Andere Polymere werden meist als Isolatorllsolatoren bzw. Dielektrika eingesetzt.Both organic and inorganic materials are used for printed electronics. A prerequisite for this is, in addition to the respective electronic functionality, that the materials in liquid Form, ie as a solution, dispersion or suspension. [1] This applies in particular to many organic functional materials that are used as conductors, semiconductors or insulators. With a few exceptions, the inorganic materials are dispersions of metallic micro or nanoparticles. The starting point for the development of printable electronic functional materials was the discovery of conjugated polymers (Nobel Prize in Chemistry 2000) and their further development into soluble materials. [31] Today there is a large variety of printable materials from this class of polymers that have conductive, semiconducting, electroluminescent, photovoltaic and other functional properties. Other polymers are mostly used as insulator isolators or dielectrics.

Neben der jeweiligen elektronischen Funktionalität ist die Prozessierbarkeit in den Druckverfahren wesentlich für die Anwendung in der gedruckten Elektronik. Dabei können diese beiden Eigenschaften durchaus im Widerspruch zueinander stehen, so dass eine sorgfältige Optimierung erforderlich ist.[6] Beispielsweise wirkt sich eine höhere molare Masse leitfähiger Polymere tendenziell positiv auf die Leitfähigkeit der gedruckten Schicht, aber negativ auf die Löslichkeit in dem zum Drucken verwendeten Lösungsmittel aus. Für die Prozessierung in den Druckverfahren spielen die Eigenschaften der flüssigen Formulierung wie Viskosität, Oberflächenspannung und Feststoffgehalt eine Rolle, des Weiteren sind auch Wechselwirkungen mit vorhergehenden bzw. nachfolgenden Schichten wie Benetzung, Haftung und gegenseitiges Anlösen sowie der Trocknungsprozess nach der Deposition der flüssigen Schicht zu berücksichtigen. Die Verwendung von Additiven zur Verbesserung der Prozessierbarkeit wie bei konventionellen Druckfarben ist in der gedruckten Elektronik stark eingeschränkt, da diese häufig die jeweilige Funktion beeinträchtigen.In addition to the respective electronic functionality, processability in the printing process is essential for use in printed electronics. These two properties can conflict with each other, so that careful optimization is required. [6] For example, a higher molar mass of conductive polymers tends to have a positive effect on the conductivity of the printed layer, but has a negative effect on the solubility in the solvent used for printing. The properties of the liquid formulation, such as viscosity, surface tension and solids content, play a role in processing in the printing process, as well as interactions with previous or subsequent layers such as wetting, adhesion and mutual dissolving, as well as the drying process after deposition of the liquid layer . The use of additives to improve processability, as with conventional printing inks, is severely restricted in printed electronics, since these often impair the respective function.

Die Eigenschaften der eingesetzten Materialien bestimmen bereits in großem Umfang die Unterschiede zwischen der gedruckten und der konventionellen Elektronik. Einerseits bieten die Materialien der gedruckten Elektronik eine Reihe von Vorteilen, die entscheidend für die Entwicklung dieser Technologie sind. Dazu gehören neben der Prozessierbarkeit in flüssiger Form die mechanische Flexibilität sowie die Möglichkeit, funktionale Eigenschaften durch chemische Modifikationen einzustellen (z. B. die Farbe des emittierten Lichtes in der aktiven Schicht von OLEDs).[32] Andererseits können im Allgemeinen aus organischen, insbesondere aus polymeren, Materialien nicht die hochgeordneten Schichten und Grenzflächen, wie sie in der anorganischen Elektronik verwendet werden, hergestellt werden. Dasführt u. a. dazu, dass die Leitfähigkeit in gedruckten Leitern bzw. die Ladungsträgerbeweglichkeit in gedruckten Halbleitern z. T. weit unter den Werten in anorganischen Schichten liegen.[31] Ein zurzeit intensiv untersuchter Punkt ist die Tatsache, dass in den meisten organischen Materialien die Lochleitung gegenüber der Elektronenleitung bevorzugt ist.[33] Neuere Untersuchungen deuten darauf hin, dass es sich dabei um eine spezifische Eigenschaft von organischen Halbleiter/Dielektrikum-Grenzflächen, die in OFETs eine zentrale Rolle spielen, handelt.[34] Daher konnten bisher keine Bauelemente vom n-Typ, im Unterschied zu p-Typ-Bauelementen, gedruckt werden, sodass in der gedruckten Elektronik bisher keine CMOS-, sondern ausschließlich PMOS-Technologie möglich ist. Schließlich liegt auch die Stabilität gegenüber Umwelteinflüssen und die Lebensdauer gedruckter elektronischer Funktionsschichten typischerweise unter der der konventionellen Materialien.[35] The properties of the materials used largely determine the differences between printed and conventional electronics. On the one hand, the materials used in printed electronics offer a number of advantages that are crucial for the development of this technology. In addition to processability in liquid form, this includes mechanical flexibility and the possibility of adjusting functional properties through chemical modifications (e.g. the color of the light emitted in the active layer of OLEDs). [32] On the other hand, the highly ordered layers and interfaces, such as those used in inorganic electronics, cannot generally be produced from organic, in particular polymeric, materials. Among other things, this leads to the fact that the conductivity in printed conductors or the charge carrier mobility in printed semiconductors z. T. are far below the values in inorganic layers. [31] A point that is currently being intensively investigated is the fact that in most organic materials, hole conduction is preferred over electron conduction. [33] Recent studies indicate that this is a specific property of organic semiconductor / dielectric interfaces that play a central role in OFETs. [34] Therefore, could not have components n-type, are in contrast to p-type devices, printed, so that in the printed electronics not have a CMOS, but only PMOS technology is possible. Finally, the stability against environmental influences and the lifespan of printed electronic functional layers is typically lower than that of conventional materials. [35]

Ein wesentliches Charakteristikum der gedruckten Elektronik stellt die Verwendung von flexiblen Substraten dar, die sich günstig auf die Herstellungskosten auswirkt und die Herstellung von mechanisch flexiblen elektronischen Anwendungen ermöglicht. An essential characteristic of printed electronics is the use of flexible substrates, which has a favorable effect on the production costs and enables the production of mechanically flexible electronic applications.

Während im Inkjet- und Siebdruck zum Teil noch auf starren Substraten wie Glas und Silizium gearbeitet wird, werden in den Massendruckverfahren aufgrund ihres rotativen Verfahrensprinzips fast ausschließlich Folie und Papier eingesetzt. Aufgrund des Kostenvorteils kommt häufig Polyethylenterephthalat-Folie (PET), wegen der höheren Temperaturstabilität gelegentlich auch Polyethylennaphthalat-(PEN) und Polyimid-Folie (PI) zum Einsatz. Weitere wichtige Kriterien für die Verwendung des Substrates sind eine niedrige Rauheit und eine geeignete Benetzbarkeit, die gegebenenfalls durch Vorbehandlungen (Beschichtung, Coronabehandlung) angepasst werden kann. Im Gegensatz zum konventionellen Druck wirkt sich eine hohe Saugfähigkeit in der Regel ungünstig aus. Aufgrund der niedrigen Kosten und der vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten stellt Papier ein attraktives Substrat für die gedruckte Elektronik dar, bereitet jedoch wegen der hohen Rauheit und Saugfähigkeit technologische Schwierigkeiten. Nichtsdestoweniger sind entsprechende Entwicklungen im Gange.[36] While inkjet and screen printing still partially work on rigid substrates such as glass and silicon, the mass printing process almost exclusively uses film and paper due to its rotating process principle. Because of the cost advantage, polyethylene terephthalate film (PET) is often used, and because of the higher temperature stability, sometimes polyethylene naphthalate (PEN) and polyimide film (PI) are used. Other important criteria for the use of the substrate are low roughness and suitable wettability, which can be adapted by pretreatments (coating, corona treatment) if necessary. In contrast to conventional pressure, high absorbency generally has an unfavorable effect. Due to the low cost and the wide range of possible applications, paper is an attractive substrate for printed electronics, but it presents technological difficulties due to its high roughness and absorbency. Nevertheless, corresponding developments are underway. [36]

Zu den am häufigsten in der gedruckten Elektronik verwendeten Materialien zählen die leitfähigen Polymere Poly-3,4-ethylendioxythiophen, das mit Polystyrensulfonat dotiert wird (PEDOT:PSS), und Polyanilin (PANI). Beide Polymere sind kommerziell in verschiedenen Formulierungen erhältlich und wurden bereits im Inkjet-,[37] Sieb-[23] und Offsetdruck[11] bzw. im Sieb-,[23] Flexo-[12] und Tiefdruck[15] verdruckt. Alternativ werden Silber-Nanopartikel im Flexo-,[10] Offset-[36] und Inkjetdruck,[38] im letztgenannten Verfahren auch Gold-Partikel,[39] verwendet. Neben den polymeren und metallischen Materialien rückt zudem auch der Kohlenstoff als robustes Material für gedruckte elektronische Anwendungen in den Fokus dieser Technologie. Zahlreiche polymere Halbleiter werden im Inkjetdruck prozessiert, wobei es sich häufig um Poylthiophene wie Poly(3-Hexylthiophen) (P3HT)[40] und Poly-9,9-dioctylfluorencobithiophen (F8T2)[41] handelt. Das letztgenannte Material wurde auch bereits im Tiefdruck verdruckt.[13] Verschiedene elektrolumineszente Polymere werden im Inkjetdruck verarbeitet,[17] ebenso wie aktive Materialien für die Photovoltaik (z. B. Mischungen von P3HT mit Fulleren-Derivaten),[42] die zum Teil auch im Siebdruck aufgetragen werden können (z. B. Mischungen von Polyphenylenvinylen- mit Fulleren-Derivaten).[25] Druckbare organische und anorganische Isolatoren bzw. Dielektrika existieren in großer Zahl und können in verschiedenen Druckverfahren verarbeitet werden.The most common materials used in printed electronics include the conductive polymers poly-3,4-ethylenedioxythiophene doped with polystyrene sulfonate (PEDOT: PSS) and polyaniline (PANI). Both polymers are commercially available in different formulations and have already been printed in inkjet, [37] screen [23] and offset printing [11] or in screen, [23] flexo [12] and gravure printing [15] . Alternatively, silver nanoparticles are used in flexographic, [10] offset, [36] and inkjet printing, [38] in the latter process also gold Particles, [39] used. In addition to the polymeric and metallic materials, carbon is also becoming a focus of this technology as a robust material for printed electronic applications. Numerous polymeric semiconductors are processed in inkjet printing, often using polythiophenes such as poly (3-hexylthiophene) (P3HT) [40] and poly-9,9-dioctylfluorobobithiophene (F8T2) [41] . The latter material has already been printed using gravure printing. [13] Various electroluminescent polymers are processed in inkjet printing, [17] as well as active materials for photovoltaics (e.g. mixtures of P3HT with fullerene derivatives), [42] some of which can also be applied using screen printing (e.g. B. Mixtures of polyphenylene vinylene with fullerene derivatives). [25] Printable organic and inorganic insulators or dielectrics exist in large numbers and can be processed in various printing processes.

Bauelemente und AnwendungenComponents and applications

Nahezu alle für elektronische Anwendungen notwendigen Bauelemente werden auch in der gedruckten Elektronik hergestellt. Schwerpunkte der aktuellen Entwicklungen bilden:

  • • OFETs, OLEDs und OPVCs,
  • • ferner auch Dioden, verschiedene Arten von Sensoren, Speicherelementen und Anzeigesystemen sowie Antennen und Batterien.
  • • Häufig werden Elektroden und andere leitfähige Schichten in den Bauelementen gedruckt. Insbesondere die Herstellung der Source/Drain-Elektroden von OFETs im Inkjetdruck[43] und mittels Massendruckverfahren[11] ist Gegenstand intensiver Entwicklungen.
  • • In OLEDs[37] und OPVCs[22] wird PEDOT:PSS als Beschichtung für die Anode bzw. als Anode selbst verwendet und kann im Inkjetdruck aufgetragen werden. In diesen beiden Bauelementen stellt der Druck der Kathode mangels geeigneter druckbarer Materialien noch eine große Herausforderung dar.
  • • Ebenso sind im Siebdruck aus metallhaltiger Farbe hergestellte RFID-Antennen in kommerziellen Systemen z. B. zum Diebstahlsschutz zu finden.
  • • Des Weiteren werden auch die Halbleiterschichten in den Bauelementen mittels Druckverfahren hergestellt. So werden beispielsweise der Inkjet-[40] und der Tiefdruck[13] für die aktive Schicht von OFETs und der Inkjet-[42] bzw. Siebdruck[25] für die von OLEDs bzw. OPVCs eingesetzt. Vollständig gedruckte OFETs konnten im Inkjet-[18] und Siebdruck[19] sowie mittels Massendruckverfahren[13] hergestellt werden, im letztgenannten Fall wurde auch eine vollständig gedruckte integrierte Schaltung aus mehreren OFETs demonstriert.
Almost all components required for electronic applications are also manufactured in printed electronics. Current developments focus on:
  • OFETs, OLEDs and OPVCs,
  • • also diodes, various types of sensors, memory elements and display systems as well as antennas and batteries.
  • • Electrodes and other conductive layers are often printed in the components. In particular, the production of the source / drain electrodes of OFETs in inkjet printing [43] and by means of mass printing processes [11] is the subject of intensive developments.
  • • In OLEDs [37] and OPVCs [22] , PEDOT: PSS is used as a coating for the anode or as the anode itself and can be applied in inkjet printing. In these two components, the pressure of the cathode is still a great challenge due to the lack of suitable printable materials.
  • • Likewise, RFID antennas made of metal-based ink are used in commercial systems in commercial systems. B. to find theft protection.
  • • Furthermore, the semiconductor layers in the components are also produced using printing processes. For example, inkjet [40] and gravure [13] are used for the active layer of OFETs and inkjet [42] or screen printing [25] for those of OLEDs and OPVCs. Fully printed OFETs could be produced by inkjet [18] and screen printing [19] as well as by mass printing [13] . In the latter case, a fully printed integrated circuit consisting of several OFETs was also demonstrated.

Integrierte Schaltungen aus OFETs, OLED-Displays und Solarzellen auf der Basis von OPVCs, die unter Verwendung von Druckverfahren hergestellt werden, sowie andere gedruckte Bauelemente und Baugruppen sollen überall dort Anwendung finden, wo die spezifischen Eigenschaften der gedruckten Elektronik von Vorteil sind, d. h. dort, wo einfache, kostengünstige, flexible und großflächige elektronische Bauteile benötigt werden.Integrated circuits made of OFETs, OLED displays and solar cells based on OPVCs, which are produced using printing processes, as well as other printed components and assemblies are to be used wherever the specific properties of printed electronics are advantageous, i. H. wherever simple, inexpensive, flexible and large-area electronic components are required.

Häufig wird in diesem Zusammenhang der Einsatz gedruckter RFID-Tags diskutiert, da die gedruckte Elektronik die Herstellung und Integration solcher Systeme zu im Vergleich mit konventionellen Systemen wesentlich geringen Kosten ermöglichen soll, so dass die Ausstattung auch großer Stückzahlen von Alltagsprodukten (sog. single-item-tagging) möglich wird. In dieser Vision sollen gedruckte RFID-Tags in Zukunft den bisher zur Warenidentifikation verwendeten Barcode ablösen.The use of printed RFID tags is often discussed in this context, since the printed electronics should enable the manufacture and integration of such systems at a significantly lower cost than conventional systems, so that large quantities of everyday products can also be equipped (so-called single-item -tagging) is possible. In this vision, printed RFID tags will replace the barcode previously used to identify goods.

Auf organischen, z. T. auch flüssigprozessierbaren Materialien beruhende RFID-Schaltungen wurden bereits demonstriert,[44][45] jedoch ist die Leistungsfähigkeit von gedruckten Schaltungen für diese Anwendung noch nicht ausreichend.[29] Hingegen sind einfachere, vollständig gedruckte Identifikationssysteme bereits in Anwendungen auf dem Markt zu finden.On organic, e.g. RFID circuits based on liquid-processable materials have also been demonstrated, [44] [45] but the performance of printed circuits is not yet sufficient for this application. [29] In contrast, simpler, fully printed identification systems can already be found in applications on the market.

Auf dem Gebiet der OLED-Displays ist die Organische Elektronik am weitesten hinsichtlich kommerzieller Produkte fortgeschritten. Intensive Bemühungen zielen darauf, durch den Einsatz von Druckverfahren die Herstellungskosten weiter zu senken.[17] Eine wesentliche Herausforderung stellt dabei, neben dem Druck der Kathode, die Integration der Ansteuerelektronik (backplane) dar. Bei den damit in Zusammenhang stehenden Visionen handelt es sich vor allem um biegsame und aufrollbare Displays sowie um großflächige, flexible und dünne Leuchtmittel.In the field of OLED displays, organic electronics is the most advanced in terms of commercial products. Intensive efforts are aimed at further reducing manufacturing costs through the use of printing processes. [17] In addition to the pressure of the cathode, the integration of the control electronics (backplane) represents a major challenge. The visions associated with this are primarily flexible and rollable displays and large, flexible and thin illuminants.

Im Umfeld der Organischen Elektronik wurden auch andere Anzeigesysteme mit ähnlichen Funktionen, wie z. B. das E-Paper, entwickelt, die z. T. kurz vor der Markteinführung stehen und in Zukunft ebenfalls mit Hilfe von Druckverfahren hergestellt werden sollen.[46] In the area of organic electronics, other display systems with similar functions, such as. B. the e-paper developed, the z. T. are about to be launched on the market and will also be manufactured in the future using printing processes. [46]

Großflächige und flexible, auf kostengünstigen Substraten gedruckte Organische Solarzellen sind eine weitere Vision, deren Realisierung im Rahmen der gedruckten Elektronik vorangetrieben wird.[47] Jedoch ist auch dafür noch eine Reihe von Fragestellungen zu bewältigen, neben dem Druck der Kathode ist beispielsweise eine Erhöhung des Wirkungsgrades für einen wirtschaftlichen Betrieb erforderlich.Large and flexible organic solar cells printed on inexpensive substrates are another vision, the realization of which is being promoted in the context of printed electronics. [47] However, there are still a number of issues to be dealt with, in addition to the pressure of the cathode, for example, an increase in efficiency is necessary for economical operation.

Allgemein wird davon ausgegangen, dass bis zur Realisierung der mit der gedruckten Elektronik verbundenen Visionen noch einige Jahre vergehen, sich in der Zwischenzeit aber zunehmend einfache Anwendungen etablieren werden. Nicht zuletzt wegen der Möglichkeit der einfachen Integration zahlreicher Funktionalitäten wird die gedruckte Elektronik als eine der Schlüsseltechnologien für die Umsetzung neuer Paradigmen der Anwendung von Elektronik angesehen, die auf eine stärkere Vernetzung und umfassendere Durchdringung in vielen Lebensbereichen abzielen und mit denen Schlagworte wie „ubiquitous computing“ und „ambient intelligence“ verbunden sind.In general, it is assumed that a few years will pass before the visions associated with printed electronics can be realized, but in the meantime, increasingly simple applications will become established. Not least because of the possibility of easy integration of numerous functionalities, printed electronics is regarded as one of the key technologies for the implementation of new paradigms for the application of electronics, which aim at stronger networking and more extensive penetration in many areas of life and with the keywords such as "ubiquitous computing" and "ambient intelligence" are connected.

Entwicklung der gedruckten ElektronikDevelopment of printed electronics

Die Entwicklung der gedruckten Elektronik ist eng mit der der Organischen Elektronik verknüpft. Im Folgenden sind einige wichtige Meilensteine dieser Entwicklung aufgeführt.

  • • vor 1986: Siebdruck von metallhaltigen Farben für Leiterbahnen in Elektrotechnik/Elektronik, Verwendung von PEDOT:PSS als Antistatikbeschichtung, Verwendung organischer Photoleiter in der Elektrofotografie
  • • 1986: OFET[48]
  • • 1986: OPVC[49]
  • • 1987: OLED[50]
  • • 1990: OFET mit flüssigprozessierter aktiver Schicht
  • • 1990: OLED mit flüssigprozessierter aktiver Schicht[51]
  • • 1994: OFET auf flexiblem Substrat[52]
  • • 1997: OFET mit im Siebdruck hergestellter aktiver Schicht[24]
  • • 1998: OLED mit im Inkjetdruck hergestellter Elektrode[37]
  • • 1998: integriertes OLED/OFET-Pixel mit flüssigprozessierten aktiven Schichten[53]
  • • 1998: OLED mit im Inkjetdruck hergestellter aktiver Schicht[54]
  • • 1999: OPVC auf flexiblem Substrat[55]
  • • 2000: OFET mit im Inkjetdruck hergestellten Elektroden[21]
  • • 2000: OLED auf flexiblem Substrat[56]
  • • 2001: OFET mit im Inkjetdruck hergestellter aktiver Schicht[40]
  • • 2001: vollständig im Siebdruck hergestellter OFET[19]
  • • 2001: OPVC mit flüssigprozessierter aktiver Schicht[57]
  • • 2001: OPVC mit im Siebdruck hergestellter aktiver Schicht[25]
  • • 2004: OPVC mit im Inkjetdruck hergestellter Elektrode und aktiver Schicht[22]
  • • 2005: vollständig im Inkjetdruck hergestellter OFET[18]
  • • 2005: OFET mit im Offsetdruck hergestellten Elektroden aus PEDOT:PSS[11]
  • • 2007: vollständig mit Massendruckverfahren hergestellte integrierte Schaltung[13]
The development of printed electronics is closely linked to that of organic electronics. Some important milestones in this development are listed below.
  • • before 1986: screen printing of metal-containing inks for printed conductors in electrical engineering / electronics, use of PEDOT: PSS as an antistatic coating, use of organic photoconductors in electrophotography
  • 1986: OFET [48]
  • 1986: OPVC [49]
  • 1987: OLED [50]
  • • 1990: OFET with a liquid-processed active layer
  • • 1990: OLED with liquid-processed active layer [51]
  • • 1994: OFET on flexible substrate [52]
  • • 1997: OFET with an active layer produced by screen printing [24]
  • • 1998: OLED with electrode produced in inkjet printing [37]
  • • 1998: Integrated OLED / OFET pixel with liquid-processed active layers [53]
  • • 1998: OLED with active layer produced in inkjet printing [54]
  • • 1999: OPVC on flexible substrate [55]
  • • 2000: OFET with electrodes manufactured in inkjet printing [21]
  • • 2000: OLED on flexible substrate [56]
  • • 2001: OFET with an active layer produced in inkjet printing [40]
  • • 2001: OFET made entirely by screen printing [19]
  • • 2001: OPVC with liquid-processed active layer [57]
  • • 2001: OPVC with active layer produced by screen printing [25]
  • • 2004: OPVC with electrode produced in inkjet printing and active layer [22]
  • • 2005: OFET produced entirely in inkjet printing [18]
  • • 2005: OFET with electrodes made of PEDOT: PSS [11]
  • • 2007: Integrated circuit manufactured entirely with mass printing processes [13]

P-Ink Pink

Zur Navigation springen Zur Suche springenJump to navigation Jump to search

P-Ink („photonische Tinte“) ist eine Technologie, die in dünnen und flexiblen - elektronisch angesteuerten - Displays eingesetzt wird, wobei die Erzeugung der Farben über photonische Kristalle gesteuert wird.P-Ink ("photonic ink") is a technology that is used in thin and flexible - electronically controlled - displays, whereby the generation of colors is controlled by photonic crystals.

Die darzustellende Farbe wird dabei über den Abstand zwischen den Kristallen gesteuert. Abhängig von diesem Abstand kann der Kristall nur von Licht mit einer bestimmten Wellenlänge durchdrungen und an der dahinterliegenden Reflexionsschicht reflektiert werden. Wenn keine Spannung angelegt wird, wird der Zustand der Kristalle und damit die Anzeige für mehrere Tage aufrechterhalten, wodurch Displays mit P-Ink-Technik nur beim Umschalten der Anzeige Elektrische Leistung benötigen.The color to be displayed is controlled by the distance between the crystals. Depending on this distance, the crystal can only be penetrated by light with a certain wavelength and can be reflected by the reflection layer behind it. If no voltage is applied, the condition of the crystals and thus the display is maintained for several days, which means that displays with P-Ink technology only require electrical power when the display is switched.

Funktionsprinzip von P-InkPrinciple of operation of P-Ink

Der Vorteil von P-Ink gegenüber den meisten anderen Anzeigetechniken besteht darin, dass ein einzelnes Bildpixel mehrere Farben gleichzeitig ohne Helligkeitsverlust darstellen kann.[1][2] The advantage of P-Ink compared to most other display technologies is that a single image pixel can display several colors at the same time without loss of brightness. [1] [2]

Das Prinzip wurde an der University of Toronto entwickelt. Um die Technologie zur Marktreife entwickeln zu können, wurde die Firma Opalux gegründet.The principle was developed at the University of Toronto. In order to be able to develop the technology to market maturity, the company Opalux was founded.

MicroLEDMicroLED

MikroLED - auch MicroLED, mLED oder µLED genannt - ist eine Flachbildschirmtechnologie auf Basis von Leuchtdioden (LED). Wie der Name besagt, basieren MikroLEDs auf Anordnungen (Arrays) mikroskopisch kleiner Licht-Ausstrahlender-Dioden (Light Emitting Diodes LEDs), die die einzelnen Bildelemente (Pixel) bilden.MikroLED - also called MicroLED, mLED or µLED - is a flat screen technology based on light-emitting diodes (LED). As the name implies, microLEDs are based on arrays of microscopic light-emitting diodes (LEDs) that form the individual picture elements (pixels).

Gegenüber den älteren Flüssigkristallanzeigen (Liquid Crystal Displays LCDs) bieten MicroLED-Anzeigen einen deutlich höheren Kontrast, wesentlich schnellere Reaktionszeiten und einen höheren Wirkungsgrad bezüglich Lichtstrom pro Leistung. MicroLEDs (µLEDs) gelten als Nachfolger der organischen Leuchtdioden OLEDs.[1] Im Gegensatz zu den aus Kohlenstoff bestehenden OLEDs bestehen µLEDs aus Indiumgalliumnitrid InGaN[2]. Auf µLEDs basierende anorganische Halbleiter wurden erstmals von einer Forschungsgruppe um Hongxing Jiang und Jingyu Lin von Texas Tech University im Jahr 2000 entwickelte.[3] Compared to the older liquid crystal displays (LCDs), MicroLED displays offer a significantly higher contrast, significantly faster response times and a higher efficiency in terms of luminous flux per output. MicroLEDs (µLEDs) are the successors of the organic light-emitting diodes OLEDs. [1] In contrast to the existing carbon OLEDs μLEDs made of indium gallium nitride InGaN [2]. Inorganic semiconductors based on µLEDs were first developed by a research group around Hongxing Jiang and Jingyu Lin from Texas Tech University in 2000. [3]

µLEDs sind wegen ihres geringen Energieverbrauchs sowohl für sehr kleine Anzeigen, wie Smartwatches und Smartphones, als auch sehr große Anzeigen, wie Riesenfernsehschirme, geeignet.Because of their low energy consumption, µLEDs are suitable for very small displays, such as smartwatches and smartphones, as well as very large displays, such as giant television screens.

LCD ist das Plasma oder die Röhre von morgen: eine Technologie, die von einer oder mehreren abgelöst werden wird. Heiß gehandelte Kandidaten dafür sind LED, OLED sowie MicroLED (weitere international gebräuchliche Abkürzungen: Micro-LED, mLED oder µLED). MicroLED wurde im Jahr 2000 erstmals von Forschern vorgestellt. Wie OLED kann mLED mit absolut hervorragenden Schwarz- und Kontrastwerten punkten. Zudem ist µLED sehr langlebig und energieeffizient, was gerade in Profi-Szenarien interessant ist (Betriebs- und Laufzeiten, Unterhalt und Stromkosten). Im Unterschied zu OLED basiert MicroLED auf GaN, also einer LED-Technologie. Gegenüber OLED verweisen mLED-Befürworter auf eine höhere Lebensdauer sowie die hohe Luminanz der selbstleuchtenden LEDs.LCD is the plasma or the tube of tomorrow: a technology that will be replaced by one or more. Hot-traded candidates for this are LED, OLED and MicroLED (other internationally used abbreviations: Micro-LED, mLED or µLED). MicroLED was first introduced by researchers in 2000. Like OLED, mLED can score with absolutely excellent black and contrast values. In addition, µLED is very durable and energy-efficient, which is particularly interesting in professional scenarios (operating and running times, maintenance and electricity costs). In contrast to OLED, MicroLED is based on GaN, i.e. an LED technology. Compared to OLED, mLED supporters point to a longer lifespan and the high luminance of the self-illuminating LEDs.

Jetzt hat Samsung zur derzeit laufenden CES 2018 ein Consumer-Produktmutmaßlich im Preissegment High End - präsentiert, das einmal mehr zeigt, dass zumindest der große koreanische Hersteller MicroLED für eine der Zukunftstechnologien hält - und zwar für Screens in allen möglichen Größen und B2C- und B2B-Anwendungen: „The Wall“, ein 146" mLED-TV, der weltweit erste modulare in dieser Klasse. Der Vorteil ist offensichtlich: Wie bei LED-Walls lassen sich aus Modulen sehr formfrei Screens in theoretisch beliebiger Größe bauen oder personalisieren.At the current CES 2018, Samsung has now presented a consumer product in the high-end price segment, which once again shows that at least the large Korean manufacturer MicroLED considers one of the future technologies - namely screens in all possible sizes and B2C and B2B -Applications: "The Wall", a 146 "mLED-TV, the world's first modular in this class. The advantage is obvious: As with LED walls, modules can be built or personalized very theoretically in any shape from modules.

Bereits in den letzten Jahren hatten auch chinesische Hersteller erste TVs mit LED-Modulen als Proof-of-Concept präsentiert, dies allerdings zumeist ausschließlich auf dem heimischen Markt. Als weltweit erster Micro-LED-TV gilt der bereits 2012 von Sony vorgestellte Prototyp eines 55" Full HD „Crystal-TVs“. Er gilt als Vorfahr des CLEDIS (Canvas Display). Die selbst emittierende Technologie CLEDIS nutzt ultrafeine LEDs mit R (Rot), G (Grün) und B (Blau) auf der Displayoberfläche. Jeder Pixel besteht aus einer separaten ultrafeinen R-, G- und B-LED und die Lichtquelle ist nur 0,003 mm2 groß. Die verbleibende Fläche ist zu mehr als 99% schwarz.In recent years, Chinese manufacturers have also presented the first TVs with LED modules as a proof-of-concept, but mostly only on the domestic market. The world's first micro LED TV is the prototype of a 55 "Full HD" Crystal TV "that Sony launched in 2012. It is considered the ancestor of the CLEDIS (canvas display). The self-emitting technology CLEDIS uses ultra-fine LEDs with R (red ), G (green) and B (blue) on the display surface, each pixel consists of a separate ultrafine R, G and B LED and the light source is only 0.003 mm2. The remaining area is more than 99% black.

Für Business to Business-Anwendungen haben sowohl Samsung wie auch andere Player wie Sony erste Produkte auf den Markt gebracht, die MicroLED-Architekturen nutzen: Sony hat seine Lösung CLEDIS, Samsung den Cinema-LED-Screen. Dabei setzen beide Konzerne auf extrem kleine, selbstleuchtende LEDs. Während CLEDIS auf der ISE 2017 in der Wirkung bereits überzeugte, könnten im Februar 2018 auch andere Hersteller neue MicroLED-Produkte auf der Fachmesse zeigen. Samsung ist zumindest ein Kandidat dafür - äußert sich derzeit allerdings noch nicht zum Thema.For business-to-business applications, both Samsung and other players such as Sony have launched the first products that use MicroLED architectures: Sony has its CLEDIS solution, Samsung has the cinema LED screen. Both groups rely on extremely small, self-illuminating LEDs. While CLEDIS was already convincing in effect at ISE 2017, other manufacturers could also show new MicroLED products at the trade fair in February 2018. Samsung is at least a candidate for this - but is currently not commenting on the topic.

Hätte, hätte, Lieferkette: Es gibt aus der Supply Chain der Displayindustrie mehr als einen Hinweis darauf, dass µLED noch in diesem Jahr in spezifischen Digital Signage-Produkten eingesetzt werden könnte - natürlich keine Garantie, aber doch starke Indizien. Denn auch der nun gezeigte 146" MicroLED-TV von Samsung war laut Marktgerüchten aus dem Herbst 2017 zufolge erwartet worden, allerdings als 150" TV.Should, would have, supply chain: There is more than one indication from the supply chain of the display industry that µLED could still be used in specific digital signage products this year - of course no guarantee, but strong evidence. Because the 146 "MicroLED TV from Samsung now shown was expected according to market rumors from autumn 2017, but as a 150" TV.

Erstmals im Mai 2017 sowie dann im Herbst 2017 wurden Marktgerüchte laut, nach denen Samsung den 2014 gegründeten taiwanesischen mLED-Spezialisten PlayNitride Inc. kaufen, oder sich an diesem beteiligen würde. Während PlayNitride das dementierte, äußerte sich Samsung nicht zu den Berichten. Ende 2017 hieß es vonseiten PlayNitrides, dass es Kaufangebote von mehreren Firmen gebe. Bislang sind LED-Experte Epistar sowie der taiwanesische Halbleiterhersteller United Microelectronics Corporation (UMC) die einzig bekannten Anteilseigner von PlayNitride.For the first time in May 2017 and then in autumn 2017, there were market rumors that Samsung would buy or participate in the Taiwanese mLED specialist PlayNitride Inc. founded in 2014. While PlayNitride denied this, Samsung did not comment on the reports. At the end of 2017, PlayNitrides said that there were purchase offers from several companies. So far, LED expert Epistar and the Taiwanese semiconductor manufacturer United Microelectronics Corporation (UMC) have been the only known shareholders of PlayNitride.

Aber auch ohne Kauf setzt Samsung auf µLED: Eigenentwicklungen sowie mögliche Lizenzierungen machen dies möglich. Wie im Falle des LED-Cinema-Screens ersichtlich, hat der Konzern hier schon ein erstes serienreifes Produkt auf den Markt - und in die reale Welt der Projekt-Installationen - gebracht.But even without a purchase, Samsung relies on µLED: In-house developments and possible licensing make this possible. As can be seen in the case of the LED cinema screen, the group has already launched a product ready for series production - and into the real world of project installations.

Der für gewöhnlich mehr als gut unterrichtete Branchendienst Digitimes berichtete kürzlich von einem weiteren Hersteller, der konkrete MicroLED-Produkte in der Pipeline hat, der südkoreanische Hersteller Lumens (nicht zu verwechseln mit dem namensähnlichen taiwanesischen Hersteller Lumens, der auf der ISE 2018 unter den Ausstellern sein wird).The usually more than well-informed industry service Digitimes recently reported about another manufacturer that has specific MicroLED products in the pipeline, the South Korean manufacturer Lumens (not to be confused with the Taiwanese manufacturer Lumens of similar name, who will be among the exhibitors at ISE 2018 becomes).

Dem Bericht von Digitimes zufolge sprechen Industriequellen von der Entwicklung von 0,57" MicroLED-Screens bis hin zu einem 100" Digital Signage-Screen, der 100 bis 300 Mikrometer „große“ µLED Module nutzen solle.According to the Digitimes report, industry sources speak of the development of 0.57 "MicroLED screens up to a 100" digital signage screen that should use 100 to 300 micron "large" µLED modules.

Ob auf der ISE oder bei der InfoComm oder einer der großen asiatischen Messen: Man sollte nicht zu überrascht sein, wenn in diesem Kalenderjahr der erste große Displayhersteller einen MicroLED Digital Signage-Screen präsentiert - etwa in der Klasse der 98" Large Format Displays.Whether at the ISE or at the InfoComm or one of the major Asian trade fairs: One should not be too surprised when the first large display manufacturer presents a MicroLED digital signage screen this year - for example in the class of 98 "large format displays.

LED-FernseherLED TV

LED-Fernseher sind Fernsehgeräte, bei denen Leuchtdioden (LEDs) entweder zur Hintergrundbeleuchtung oder zur Erzeugung des Bildes selbst eingesetzt werden. Die folgende Begriffsklärung gilt auch für die meisten Computermonitore, welche zur Bilddarstellung sehr ähnliche Technik verwenden. Meist handelt es sich um LC-Displays (LCDs), deren Hintergrundbeleuchtung aus Leuchtdioden besteht (siehe LED-Hintergrundbeleuchtung). Dafür werden sowohl weiße, wie auch zu weiß mischbare farbige Leuchtdioden verwendet, die hinter der Flüssigkristallanzeige angeordnet sind. Der Begriff „LED-Fernseher“ ist bei dieser Art von Anzeigetechnik irreführend, jedoch üblich. Korrekt müssten solche Geräte als „LEDhintergrundbeleuchtete LCD-Fernseher“ bezeichnet werden.LED televisions are television sets in which light-emitting diodes (LEDs) are used either for backlighting or for generating the picture itself. The following definition also applies to most computer monitors, which use very similar technology to display images. Most of them are LC displays (LCDs) whose backlighting consists of light-emitting diodes (see LED backlighting). For this purpose, both white and miscible colored LEDs are used, which are arranged behind the liquid crystal display. The term “LED TV” is misleading with this type of display technology, but it is common. Such devices should correctly be referred to as "LED-backlit LCD televisions".

Vergleichsschema LCD/LEDComparison scheme LCD / LED

Bis etwa 2008 wurden im Wesentlichen nur drei unterschiedliche Techniken für den Gebrauch zuhause angeboten, nämlich Flüssigkristallbildschirme, Plasmabildschirme und Projektionsanzeigen. Weil Flüssigkristallanzeigen nur das Licht modulieren, d. h., wie Lichtventile arbeiten und selbst kein Licht abgeben, wird für Fernsehgeräte eine flächige Beleuchtung hinter der Flüssigkristallanzeige angebracht, um die Bildinformation im Durchlicht (Transmission) darzustellen. Im nebenstehenden vereinfachten Schema sind derartige Flüssigkristallbildschirme als Anzeigetypen A und B bezeichnet, wobei die Flüssigkristallanzeige 1 das Licht entsprechend dem darzustellenden Bild moduliert.[1] Until about 2008, essentially only three different technologies for home use were offered, namely liquid crystal screens, plasma screens and projection displays. Because liquid crystal displays only modulate the light, ie how light valves work and do not emit light themselves, flat lighting is installed behind the liquid crystal display for television sets in order to display the image information in transmitted light (transmission). In the simplified diagram opposite, such liquid crystal screens are designated as display types A and B, the liquid crystal display 1 modulating the light in accordance with the image to be displayed. [1]

Seit etwa 2009 werden im Handel LED-Fernseher (engl. LED TV) und LED-Monitore angepriesen (Schema Anzeigetyp B). Dabei handelte es sich bis 2013 noch in praktisch allen Fällen um die bisherigen Flüssigkristallanzeigen zur Bilderzeugung. Neu ist nur die Hintergrundbeleuchtung dieser LCD-Fernseher mittels Leuchtdioden (engl. LEDs; Schema: Teil 3, wobei ein nicht eingezeichneter Lichtverteiler für eine flächige Ausleuchtung sorgt). Since about 2009, LED TVs and LED monitors have been advertised in stores (diagram type B). Up to 2013, it was still practically all of the previous liquid crystal displays for image generation. The only new feature is the backlighting of these LCD televisions by means of light-emitting diodes (English LEDs; scheme: part 3, whereby a light distributor (not shown) ensures areal illumination).

Vergleich der HintergrundbeleuchtungstechnikenBacklighting techniques comparison

Bis etwa 2008 wurden bei LCD-Fernsehern praktisch ausschließlich Kaltkathodenröhren (Leuchtröhren) als Hintergrundbeleuchtung verwendet (Schema: Teil 2 in Kombination mit einem nicht eingezeichneten flächigen Lichtverteiler). Die Verwendung von LEDs (Schema: Teil 3) anstelle von Leuchtröhren wird in der Produktwerbung hervorgehoben, weil folgende Vorteile gegenüber der früheren Technik bestehen:[2]

  • • kompaktere Bauweise mit geringerer Tiefe des Gerätes
  • • geringerer Stromverbrauch bei niedrigeren elektrischen Spannungen
  • • kürzere Schaltzeiten (siehe dynamische Leuchtdiodenansteuerung)
  • • geringere Abnahme der Lichtintensität und Veränderung des Farbspektrums im Laufe der Nutzung
  • • höhere Zuverlässigkeit und Lebensdauer.
Until about 2008, cold cathode tubes (fluorescent tubes) were used almost exclusively as backlighting in LCD televisions (scheme: part 2 in combination with a flat light distributor, not shown). The use of LEDs (scheme: part 3) instead of fluorescent tubes is emphasized in the product advertising because the following advantages over the previous technology exist: [2]
  • • more compact design with less depth of the device
  • • lower power consumption with lower electrical voltages
  • • Shorter switching times (see dynamic LED control)
  • • less decrease in light intensity and change in the color spectrum in the course of use
  • • higher reliability and durability.

Einsatz von RGB-KombinationenUse of RGB combinations

Zusätzlich Vorteile ergeben sich bei speziellen Ausführungen der Leuchtdioden: Hier werden mehrere zusammengefügte Rot-Grün-Blau-Leuchtdiodenkombinationen hinter der Anzeigefläche verteilt angebracht (additive Farbmischung, full-array LED). Diese Art von Beleuchtung, abgestimmt auf die Farbfilter der Flüssigkristallanzeige, ergibt ein besseres Farbspektrum des Fernsehers, ist jedoch teurer als die Verwendung von Leuchtdioden entlang der Bildschirmperipherie (edge-lit).There are additional advantages with special versions of the light-emitting diodes: Here, several assembled red, green and blue light-emitting diode combinations are distributed behind the display area (additive color mixing, full-array LED). This type of lighting, matched to the color filters of the liquid crystal display, results in a better color spectrum for the television set, but is more expensive than the use of light-emitting diodes along the edge of the screen (edge-lit).

Quantenpunkte für optimales Farbspektrum
→ Hauptartikel: Quantenpunkt-Leuchtdiode
Quantum dots for an optimal color spectrum
→ Main article: quantum dot LED

Mit Hilfe von Nanohalbleiterkristallen (Quantenpunkte, engl. quantum dots), als Schicht auf einer Glasplatte oder Folie aufgebracht und durch blaue, kurzwellige LEDs (z. B. aus GaN) von hinten bestrahlt, kann das Spektrum der Hintergrundbeleuchtung von LCDs auf eine bisher unerreichte Art optimiert werden (Fachausdruck erweiterter Farbraum). Diese Form von Fluoreszenztechnik wird in verschiedenen Laboratorien weiterentwickelt.[3] Die US-Firma 3M als bedeutender Lieferant von Hintergrundbeleuchtungskomponenten für LCDs arbeitet mit Nanosys, Inc. an entsprechend beschichteten Folien.[4] Schon seit mehreren Jahren ist auch die britische Firma Nanoco Group PLC in der Weiterentwicklung von Quantenpunkten tätig und hat mit asiatischen Herstellern von Flüssigkristallanzeigen und OLEDs Zusammenarbeitsverträge abgeschlossen. Auch die US-Firma QD Vision arbeitet mit asiatischen Firmen zusammen, welche die Hintergrundbeleuchtung von LC-Anzeigen optimieren.[5] With the help of nano-semiconductor crystals (quantum dots), applied as a layer on a glass plate or foil and illuminated by blue, short-wave LEDs (e.g. made of GaN) from behind, the spectrum of the backlighting of LCDs can be reached to a previously unattained level Art can be optimized (technical expression extended color space). This form of fluorescence technology is being further developed in various laboratories. [3] The US company 3M as major supplier of backlight components for LCDs works with Nanosys, Inc. accordingly coated films. [4] The British company Nanoco Group PLC has also been working on the further development of quantum dots for several years and has concluded cooperation agreements with Asian manufacturers of liquid crystal displays and OLEDs. The US company QD Vision also works with Asian companies that optimize the backlighting of LC displays. [5]

Als erste Firma hat Sony 2013 unter der schon früher benutzten Bezeichnung Triluminos bestimmte hochwertige LCD-Fernseher mit einer derartig optimierten LED-Hintergrundbeleuchtung auf den Markt gebracht.[6] Dabei wird das Licht von blauen LEDs auf einer davor angebrachten Glasscheibe oder Folie durch unterschiedliche Quantum Dots in sehr reines, schmalbandiges Blau, Grün und Rot umgewandelt. Durch Kombination dieser drei Grundfarben entsteht eine optimale weiße Ausleuchtung der LC-Anzeige von hinten.[7] Seither haben auch die koreanischen Firmen Samsung Electronics, LG Electronics wie auch chinesische Fernsehgerätehersteller (TCL, Changhong, Hisense) LCD-Fernseher mit LED-Hintergrundbeleuchtung durch eine Quantenpunkte-Schicht verbessert und an der CES-Messe 2015 vorgestellt.[8][9][10] Samsung Electronics hat 2016 beschlossen, ihre hochwertigen Fernseher neu mit der Bezeichnung QLED zu vermarkten, um auf die Technik mit Quantenpunkten hinzuweisen. Damit soll auch der Übergang zu den sich bei Samsung noch in Entwicklung befindenden neuen Bildschirmen mit selbstleuchtenden QLEDs vorbereitet werden.[11][12] In 2013, Sony was the first company to launch certain high-quality LCD televisions with such optimized LED backlighting under the name Triluminos, which was used earlier. [6] The light from blue LEDs on a glass pane or film attached in front of it is converted into very pure, narrow-band blue, green and red by different quantum dots. The combination of these three basic colors creates an optimal white illumination of the LC display from behind. [7] Since then, improved LCD TV with LED backlight by quantum dots layer and presented at the CES trade show in 2015, the Korean company Samsung Electronics, LG Electronics, as well as Chinese TV manufacturers (TCL, Changhong, Hisense). [8] [9] [10] In 2016 Samsung Electronics decided to re-market their high-quality televisions with the name QLED in order to point out the technology with quantum dots. This should also prepare the transition to the new screens with self-illuminating QLEDs, which are still being developed at Samsung. [11] [12]

Dynamische Leuchtdiodenansteuerung abhängig vom BildinhaltDynamic LED control depending on the image content

Bisherige Flüssigkristallbildschirme haben einen beschränkten Kontrast, weil die Darstellung eines schwarzen Bildpunktes (Pixel) wegen der immer noch etwas durchscheinenden Hintergrundbeleuchtung nicht vollständig dunkel war. Durch selektive Ansteuerung der verteilten Leuchtdioden je nach Bildinhalt können dunkle Teile durch die reduzierte lokale Beleuchtung (local dimming) dunkler gemacht und deshalb der Kontrast gesteigert werden. Die Anzahl der verteilt angebrachten Leuchtdioden (Schema B: Teil 3) ist viel kleiner als die Anzahl Pixel der Flüssigkristallanzeige. Deshalb lässt sich die erwähnte Kontraststeigerung nicht individuell für jeden Bildpunkt, sondern nur für eine größere Gruppe benachbarter Bildpunkte erzielen. Trotzdem kann mit dieser Technik der beste Kontrast aller LCD-Fernseher erreicht werden. Im Handel sind jedoch nur wenige Geräte mit dieser relativ teuren Hintergrundbeleuchtung als Kombination von Full-array LED mit Local Dimming erhältlich.Previous liquid crystal screens had a limited contrast because the representation of a black pixel (pixel) was not completely dark due to the still somewhat translucent background lighting. By selective control of the distributed light emitting diodes depending on the image content, dark parts can be made darker by the reduced local lighting (local dimming) and therefore the Contrast can be increased. The number of distributed light-emitting diodes (scheme B: part 3) is much smaller than the number of pixels of the liquid crystal display. Therefore, the aforementioned increase in contrast cannot be achieved individually for each pixel, but only for a larger group of neighboring pixels. Nevertheless, the best contrast of all LCD televisions can be achieved with this technology. However, only a few devices are commercially available with this relatively expensive backlight as a combination of full-array LEDs with local dimming.

Echte LED-Anzeigen mit monolithischen LeuchtdiodenReal LED displays with monolithic LEDs

Anorganische, monolithisch hergestellte, einkristalline Leuchtdioden werden schon seit Anfang der 1970er Jahre als Anzeigeelemente verwendet.[13] Beispiele waren die PULSAR-Armbanduhren mit rot leuchtender Digitalanzeige und die ersten Taschenrechner. Viele Einzelheiten und Hinweise finden sich im Artikel Leuchtdiode. Einen Durchbruch brachte die Entwicklung von blauen LEDs, weil damit Kombinationen von LEDs zur Erzeugung von weißem Licht möglich wurden.[14] Inorganic, monolithically manufactured, single-crystal light-emitting diodes have been used as display elements since the early 1970s. [13] Examples were the PULSAR wristwatches with a red digital display and the first pocket calculator. Many details and notes can be found in the article LED. The development of blue LEDs brought about a breakthrough because it made possible combinations of LEDs to generate white light. [14]

Monolithische LEDs werden auf einkristallinen Halbleiterscheiben (Wafers) hergestellt. Diese durch Kristallzüchtung hergestellten runden Scheiben haben heute einen Durchmesser von bis zu 30 cm. Wenn alle übrigen Probleme gelöst wären, könnte man damit keine größeren monolithischen LED-Bildschirme herstellen. In der Praxis werden daraus einzelne LEDs durch Zertrennen der Scheibe und individuelle elektrische Kontaktierung gewonnen.Monolithic LEDs are manufactured on single-crystalline semiconductor wafers. These round disks produced by crystal growth have a diameter of up to 30 cm. If all other problems were resolved, it would not be possible to produce larger monolithic LED screens. In practice, individual LEDs are obtained from this by cutting the pane and making individual electrical contacts.

Großbildschirme im Freien (z. B. in Fußballstadien, Videowand) werden mit einer Vielzahl von individuellen Leuchtdioden realisiert.Large outdoor screens (e.g. in football stadiums, video wall) are implemented with a large number of individual light-emitting diodes.

Einen neuen Ansatz verfolgen sogenannte Mikro-LED-Anzeigen. Mikro-LED-Anordnungen werden ebenfalls monolithisch im Batch-Verfahren auf einem geeigneten Substrat aus Saphir oder Silizium hergestellt. Das bevorzugte Material ist anorganisches, monokristallines Galliumnitrid (GaN), welches durch Epitaxie auf dem Substrat gebildet wird.[15] Im Gegensatz zur bisherigen Herstellung werden jedoch die Leuchtdioden anschließend nicht zertrennt, sondern als Anzeigematrix beibehalten.So-called micro-LED displays follow a new approach. Micro LED arrays are also manufactured monolithically in a batch process on a suitable substrate made of sapphire or silicon. The preferred material is inorganic monocrystalline gallium nitride (GaN), which is formed on the substrate by epitaxy. [15] Unlike the previous production, however, the LEDs are then not severed, but kept as a display matrix.

Die dazu notwendige neuartige Struktur mit vielfachen Herausforderungen wie Dotierung für unterschiedliche Farben, Kontaktierung als Matrixanordnung, mechanische Stabilität bei Transfer vom Herstellsubstrat auf ein Anzeigesubstrat sind noch nicht derart gelöst, dass solche Anzeigen für kommerzielle Produkte eingesetzt werden können. Die Firma Apple Inc. sieht Potential in dieser neuen Technik und hat deshalb das Pionierunternehmen LuxVue Technologyübernommen. [16][17] The novel structure required for this, with multiple challenges such as doping for different colors, contacting as a matrix arrangement, mechanical stability during transfer from the manufacturing substrate to a display substrate have not yet been solved in such a way that such displays can be used for commercial products. Apple Inc. sees potential in this new technology and has therefore taken over the pioneering company LuxVue Technology. [16] [17]

Anzeigen mit organischen Leuchtdioden (OLEDs)Displays with organic light emitting diodes (OLEDs)

Schon seit den 1950er Jahren wird Elektrolumineszenz in Schichten organischen Materials erforscht.[18] Inzwischen sind organische Halbleitermaterialien als OLED entwickelt worden, welche in Dünnschichttechnik als Anzeigeelemente geeignet sind. Im Schema ist diese Technik vereinfacht als Anzeigetyp C dargestellt. Die OLEDs 4 sind auf einem Substrat (oder zwischen zwei Substraten) in Dünnschichttechnik derart dicht aufgebracht, dass sie als einzelne Pixel zur Bilderzeugung dienen. Vorteile gegenüber Flüssigkristallanzeigen sind:

  • • OLEDs strahlen selbst Licht ab, brauchen somit keine Hintergrundbeleuchtung und bieten hohen Kontrast.
  • • potentiell niederigere Herstellungskosten grosser Bildschirme als noch 2017[19] und geringerer Stromverbrauch bei Einsatz des Herstellverfahrens mittels Metallmaske[19][20]
  • • OLEDs können in verschiedenen Farben Licht abgeben, während bei LCDs dafür zusätzliche Farbfilter notwendig sind.
  • • geringere Winkelabhängigkeit beim Betrachten
  • • kürzere elektrooptische Ansprechzeiten.
Electroluminescence in layers of organic material has been researched since the 1950s. [18] In the meantime, organic semiconductor materials have been developed as OLEDs, which are suitable as display elements in thin-film technology. This technique is shown in simplified form as display type C in the diagram. The OLEDs 4 are applied on a substrate (or between two substrates) in such a dense manner using thin-film technology that they serve as individual pixels for image generation. Advantages over liquid crystal displays are:
  • • OLEDs emit light themselves and therefore do not need any backlighting and offer high contrast.
  • • potentially lower production costs for large screens than in 2017 [19] and lower power consumption when using the manufacturing process using a metal mask [19] [20]
  • • OLEDs can emit light in different colors, while additional color filters are required for LCDs.
  • • less angle dependence when viewing
  • • shorter electro-optical response times.

Als wichtigster Nachteil gilt die beschränkte Lebensdauer.[21] Weitere Nachteile sind die UV-Empfindlichkeit und die derzeit noch hohen Herstellungskosten.[19] Samsung Electronics als bedeutender Hersteller von sowohl Flüssigkristall- wie auch OLED-Anzeigen hat 2016 beschlossen, für zukünftige großformatige Fernseher auf OLEDs zu verzichten. Neben den erwähnten Nachteilen wird bei OLEDs auch das Einbrennen bestimmter Muster als weiterer Nachteil genannt.[22][23] Der Hersteller setzt - im Gegensatz zum Wettbewerb - QLEDs anstelle von OLEDs bei der Fernsehertechnologie ein.[24] The main disadvantage is the limited lifespan. [21] Further disadvantages are the UV sensitivity and the currently high manufacturing costs. [19] Samsung Electronics, as a major manufacturer of both liquid crystal and OLED displays, decided in 2016 to forego OLEDs for future large-format televisions. In addition to the disadvantages mentioned, burn-in also occurs with OLEDs certain pattern mentioned as another disadvantage. [22] [23] The manufacturer uses - in contrast to the competition - QLEDs instead of OLEDs in television technology. [24]

Mit solchen Anzeigen werden viele kleine bis mittelgroße portable Geräte wie Digitalkameras, Smartphones (z. B. Samsung Galaxy S), Tablets wie auch Laptops ausgerüstet. Im Januar 2012 wurden auf der Consumer Electronics Show (CES) in Las Vegas erste Prototypen von 55-Zoll-OLED-Fernsehern der Firmen LG Display und Samsung gezeigt.[25] OLED-Bildschirme sind inzwischen bei großformatigen Fernsehern allgemein erhältlich geworden. Häufig werden diese Displays unter dem Begriff AMOLED (engl. active-matrix organic light emitting diode) zusammengefasst.Such displays are used to equip many small to medium-sized portable devices such as digital cameras, smartphones (e.g. Samsung Galaxy S), tablets and laptops. In January 2012, the first prototypes of 55-inch OLED televisions from LG Display and Samsung were shown at the Consumer Electronics Show (CES) in Las Vegas. [25] OLED screens have now become widely available on large format televisions. These displays are often summarized under the term AMOLED (active matrix organic light emitting diode).

Organische LeuchtdiodeOrganic light emitting diode

Eine organische Leuchtdiode (englisch organic light emitting diode, OLED) ist ein leuchtendes Dünnschichtbauelement aus organischen halbleitenden Materialien, das sich von den anorganischen Leuchtdioden (LED) dadurch unterscheidet, dass die elektrische Stromdichte und Leuchtdichte geringer und keine einkristallinen Materialien erforderlich sind. Im Vergleich zu herkömmlichen (anorganischen) Leuchtdioden lassen sich organische Leuchtdioden daher in Dünnschichttechnik kostengünstiger herstellen, ihre Lebensdauer und Lichtausbeute ist jedoch geringer als die herkömmlicher Leuchtdioden.An organic light-emitting diode (OLED) is a luminous thin-film component made of organic semiconducting materials, which differs from inorganic light-emitting diodes (LED) in that the electrical current density and luminance are lower and no single-crystal materials are required. Compared to conventional (inorganic) light-emitting diodes, organic light-emitting diodes can therefore be manufactured more cost-effectively using thin-film technology, but their lifespan and light output are lower than that of conventional light-emitting diodes.

Die OLED-Technik wird für Bildschirme in Smartphones, Tablet-Computern wie auch in größerflächigen Fernsehern und Computermonitoren eingesetzt. Ein weiteres Einsatzgebiet ist die großflächige Raumbeleuchtung. Aufgrund der Materialeigenschaften ist auch eine mögliche Verwendung der OLEDs als biegsamer Bildschirm interessant.OLED technology is used for screens in smartphones, tablet computers as well as in large-screen TVs and computer monitors. Another area of application is large area lighting. Due to the material properties, a possible use of the OLEDs as a flexible screen is also interesting.

OLED-DisplayOLED display

In den 1950er Jahren wurde die Elektrolumineszenz in organischen Materialien von A. Bernanose an der Universität Nancy in Frankreich entdeckt. Stoffe wie Acridinorange wurden in dünnen Filmen aus Cellulose oder Zellophan deponiert oder gelöst und einem Wechselstromfeld ausgesetzt. Dieser Mechanismus basiert auf der direkten Anregung von Farbstoffmolekülen oder Elektronen.[1][2][3][4] In the 1950s, electroluminescence in organic materials was discovered by A. Bernanose at the University of Nancy in France. Substances such as acridine orange were deposited or dissolved in thin films of cellulose or cellophane and exposed to an alternating current field. This mechanism is based on the direct excitation of dye molecules or electrons. [1] [2] [3] [4]

Martin Pope und Mitarbeiter der New York University entwickelten 1960 ohmsche Elektrodenkontakte zur Injektion von Ladungsträgern in organische Kristalle im unbeleuchteten Zustand.[5][6][7] Im Weiteren beschrieben sie die nötigen energetischen Anforderungen (Austrittsarbeiten) für Elektrodenkontakte, die Elektronen bzw. Löcher (Defektelektronen) in einen organischen Halbleiter injizieren können. Solche Kontakte sind die Basis für die Ladungsinjizierung bei allen modernen OLED-Geräten.In 1960 Martin Pope and co-workers at New York University developed ohmic electrode contacts for injecting charge carriers into organic crystals in the non-illuminated state. [5] [6] [7] Furthermore, they described the necessary energy requirements (work functions) for electrode contacts that can inject electrons or holes (defect electrons) into an organic semiconductor. Such contacts are the basis for charge injection in all modern OLED devices.

Im Jahr 1963 entdeckte ebenfalls Popes Gruppe die erste Gleichspannungs (DC)-Lumineszenz unter Vakuum an einem reinen Anthracen-Einkristall und an Tetracendotierten Anthracen-Kristallen mit einer kleinen Silberelektrode bei 400 V.[8] Dieser Mechanismus basiert auf feldbeschleunigter Elektronenanregung der molekularen Fluoreszenz. Popes Gruppe berichtete 1965 zum einen von Elektrolumineszenz in Anthracen-Kristallen, ausgelöst durch die Rekombination von thermalisierten Elektronen und Löchern ohne ein äußeres elektrisches Feld,[9] und zum anderen, dass bei Anthracen das Leit-Energieniveau höher als das Exziton-Energieniveau ist.In 1963 Pope's group also discovered the first direct voltage (DC) luminescence under vacuum on a pure anthracene single crystal and on tetra-doped anthracene crystals with a small silver electrode at 400 V. [8] This mechanism is based on field-accelerated electron excitation of molecular fluorescence. In 1965, Pope's group reported on the one hand electroluminescence in anthracene crystals, triggered by the recombination of thermalized electrons and holes without an external electric field, [9] and on the other hand that the leading energy level for anthracene is higher than the exciton energy level.

Ebenfalls 1965 produzierten Wolfgang Helfrich und W. G. Schneider vom National Research Council of Canada Elektrolumineszenz durch doppelt injizierte Rekombination zum ersten Mal in einem Anthracen-Einkristall unter der Verwendung von Löcher- und Elektronen-injizierenden Elektroden,[10] den Vorläufern der modernen doppel-injizierenden Geräte.Also in 1965, Wolfgang Helfrich and WG Schneider from the National Research Council of Canada produced electroluminescence by double-injected recombination for the first time in an anthracene single crystal using hole and electron-injecting electrodes, [10] the forerunners of modern double-injecting devices .

Im selben Jahr patentierten Forscher von Dow Chemical 1965 ein Verfahren zur Herstellung von Elektrolumineszenz-Zellen aus einem elektrisch isolierten, 1 mm dünnen Film aus geschmolzenem Phosphor mit eingearbeitetem Anthracenpulver, Tetracen und Graphitpulver, das mit Wechselspannung (100-3000 Hz, 500-1500 V) betrieben wurde.[11] Dieser Mechanismus basiert auf elektronischer Anregung von Graphit und Anthracen-Molekülen an den Kontakten.In the same year, researchers at Dow Chemical patented a process in 1965 for producing electroluminescent cells from an electrically insulated, 1 mm thin film of molten phosphorus with incorporated anthracene powder, tetracene and graphite powder, which was operated with alternating voltage (100-3000 Hz, 500-1500 V ) was operated. [11] This mechanism is based on electronic excitation of graphite and anthracene molecules on the contacts.

Die Leistungsfähigkeit war durch die schlechte elektrische Leitfähigkeit der damaligen organischen Materialien begrenzt. Diese Beschränkung wurde durch die Entdeckung und Entwicklung von hoch-leitfähigen Polymeren verbessert.[12] So beobachtete Roger Partridge vom britischen National Physical Laboratory 1975 erstmals die Elektrolumineszenz von Polymerfilmen. Der später patentierte[13] und 1983 in einer Fachzeitschrift veröffentlichte[14][15][16][17] Aufbau bestand aus einer bis zu 2,2 µm dünnen Folie aus Poly(N-Vinylcarbazol) zwischen zwei ladungsinjizierenden Elektroden.The performance was limited by the poor electrical conductivity of the organic materials at that time. This limitation has been improved by the discovery and development of highly conductive polymers. [12] So watching Roger Partridge from the UK's National Physical Laboratory in 1975 for the first time electroluminescence of polymer films. The later patented [13] and 1983 in a trade journal published [14] [15] [16] [17] structure consisted of an up to 2.2 µm thin film of poly (N-vinyl carbazole) between two charge-injecting electrodes.

Ching W. Tang und Steven Van Slyke von der Eastman Kodak Company berichteten 1987 erstmals von einem Diodenaufbau.[18] Dabei wurde eine neuartige Zweischichtstruktur mit getrennter loch- und elektronentransportierender Schicht verwendet, so dass Rekombination und Lichtemission in der Mitte der organischen Schicht auftraten. Das führte zu einer niedrigeren Betriebsspannung und höherer Effizienz und stellte den Übergang zu der heutigen OLED-Forschung und - Produktion dar.Ching W. Tang and Steven Van Slyke of the Eastman Kodak Company first reported a diode design in 1987. [18] A novel two-layer structure with a separate hole and electron-transporting layer was used, so that recombination and light emission occurred in the middle of the organic layer. This led to a lower operating voltage and higher efficiency and represented the transition to today's OLED research and production.

1990 entwickelten J. H. Burroughes und Mitarbeiter von der University of Cambridge eine effiziente, grünes Licht emittierende Anordnung unter der Verwendung von 100 nm dünnem Film aus Poly(p-phenylen-vinylen).[19] 1996 wurde das erste Gerät mit einem leuchtenden Polymer von Cambridge Display Technology (CDT) vorgestellt.[20] Im November 2006 kreierten Wissenschaftler am Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) eine blaue OLED mit einer Quantenausbeute von 11 % bei 800 cd/m2.[12][21] In 1990, JH Burroughes and co-workers from the University of Cambridge developed an efficient green light-emitting device using 100 nm thin film of poly (p-phenylene-vinylene). In 1996, the first device with a luminous polymer from Cambridge Display Technology (CDT) was introduced. [20] In November 2006, scientists at the Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) created a blue OLED with a quantum yield of 11% at 800 cd / m 2 . [12] [21]

Aufbau und FunktionsweiseStructure and functionality

Schema einer OLED: 1. Kathode, 2. Emitterschicht, in Grün dargestellt, 3. Rekombination der Ladungsträger mit Emission eines Photons, 4. Lochleitungsschicht, 5. AnodeScheme of an OLED: 1. cathode, 2. emitter layer, shown in green, 3. recombination of the charge carriers with emission of a photon, 4. hole line layer, 5. anode

OLEDs sind aus mehreren Schichten aufgebaut. Dabei wird meist auf die Anode, bestehend aus Indium-Zinn-Oxid (ITO), die sich auf einer Glasscheibe befindet, eine Lochleitungsschicht (englisch hole transport layer, HTL) aufgebracht. Zwischen ITO und HTL wird - abhängig von der Herstellungsmethode - oft noch eine Schicht aus PEDOT/PSS aufgebracht, die zur Absenkung der Injektionsbarriere für Löcher dient und die Eindiffusion von Indium in den Übergang verhindert. Auf die HTL wird eine Schicht aufgebracht, die entweder den organischen Farbstoff enthält (5 bis 10 Prozent) oder - eher selten - vollständig aus dem Farbstoff besteht, z. B. Aluminium-tris(8-hydroxychinolin), Alq3. Diese Schicht bezeichnet man als Emitterschicht (engl. emitter layer, EL). Auf diese wird optional noch eine Elektronenleitungsschicht (engl. electron transport layer, ETL) aufgebracht. Zum Abschluss wird eine Kathode, bestehend aus einem Metall oder einer Legierung mit geringer Elektronenaustrittsarbeit wie zum Beispiel Calcium, Aluminium, Barium, Ruthenium, Magnesium-Silber-Legierung, im Hochvakuum aufgedampft. Als Schutzschicht und zur Verringerung der Injektionsbarriere für Elektronen wird zwischen Kathode und E(T)L meistens eine sehr dünne Schicht aus Lithiumfluorid, Caesiumfluorid oder Silber aufgedampft.OLEDs are made up of several layers. A hole transport layer (HTL) is usually applied to the anode consisting of indium tin oxide (ITO), which is located on a glass pane. Depending on the manufacturing method, a layer of PEDOT / PSS is often applied between ITO and HTL, which serves to lower the injection barrier for holes and prevent indium from diffusing into the transition. A layer is applied to the HTL, which either contains the organic dye (5 to 10 percent) or - rather rarely - consists entirely of the dye, e.g. B. Aluminum tris (8-hydroxyquinoline), Alq3. This layer is known as the emitter layer (EL). An electron transport layer (ETL) is optionally applied to this. Finally, a cathode consisting of a metal or an alloy with a low electron work function, such as calcium, aluminum, barium, ruthenium, magnesium-silver alloy, is evaporated in a high vacuum. As a protective layer and to reduce the injection barrier for electrons, a very thin layer of lithium fluoride, cesium fluoride or silver is usually evaporated between cathode and E (T) L.

Die Elektronen (d. h. die negativen Ladungsträger) werden nun von der Kathode injiziert, während die Anode die Löcher (d. h. die positiven Ladungsträger) bereitstellt. Elektronen und Löcher driften aufeinander zu und treffen sich im Idealfall in der EL, weshalb diese Schicht auch Rekombinationsschicht genannt wird. Elektronen und Löcher bilden einen gebundenen Zustand, den man als Exziton bezeichnet. Abhängig vom Mechanismus stellt das Exziton bereits den angeregten Zustand des Farbstoffmoleküls dar, oder der Zerfall des Exzitons stellt die Energie zur Anregung des Farbstoffmoleküls zur Verfügung. Dieser Farbstoff hat verschiedene Anregungszustände. Der angeregte Zustand kann in den Grundzustand übergehen und dabei ein Photon (Lichtteilchen) aussenden. Die Farbe des ausgesendeten Lichts hängt vom Energieabstand zwischen angeregtem und Grundzustand ab und kann durch Variation der Farbstoffmoleküle gezielt verändert werden. Ein Problem stellen nichtstrahlende Triplett-Zustände dar. Diese können durch Zugabe von sogenannten „Exzitoren“ wieder gelöst werden.[22][23] The electrons (ie the negative charge carriers) are now injected from the cathode while the anode provides the holes (ie the positive charge carriers). Electrons and holes drift towards each other and ideally meet in the EL, which is why this layer is also called the recombination layer. Electrons and holes form a bound state, which is called an exciton. Depending on the mechanism, the exciton already represents the excited state of the dye molecule, or the decay of the exciton provides the energy to excite the dye molecule. This dye has different states of excitation. The excited state can change to the ground state and thereby emit a photon (light particle). The color of the emitted light depends on the energy gap between the excited and the ground state and can be specifically changed by varying the dye molecules. Non-radiative triplet states represent a problem. These can be resolved by adding so-called “exciters”. [22] [23]

Verwendung und Auswahl organischer MaterialienUse and selection of organic materials

Für die aus Polymeren gefertigten organischen LEDs hat sich die Abkürzung PLED (engl. polymer light emitting diode) durchgesetzt. Als SOLED oder SMOLED werden seltener die aus „small molecules“ (kleinen Molekülen) hergestellten OLEDs bezeichnet. In PLEDs werden als Farbstoffe häufig Derivate von Poly(p-phenylen-vinylen) (PPV) verwendet. In jüngster Zeit werden Farbstoffmoleküle eingesetzt, die eine vierfach höhere Effizienz als mit den oben beschriebenen fluoreszierenden Molekülen erwarten lassen. Bei diesen effizienteren OLEDs werden metallorganische Komplexe verwendet, bei denen die Lichtaussendung aus Triplett-Zuständen erfolgt (Phosphoreszenz).[24] The abbreviation PLED (polymer light emitting diode) has become established for the organic LEDs made from polymers. The OLEDs made from “small molecules” are less often referred to as SOLED or SMOLED. Derivatives of poly (p-phenylene-vinylene) (PPV) are frequently used as dyes in PLEDs. Dye molecules have recently been used which are expected to be four times more efficient than with the fluorescent molecules described above. These more efficient OLEDs use organometallic complexes in which the light is emitted from triplet states (phosphorescence). [24]

Diese Moleküle werden auch Triplett-Emitter genannt;[25][26] der Farbstoff kann auch durch das Umgebungslicht angeregt werden, was zu Lumineszenz führen kann. Ziel ist es allerdings, selbstleuchtende Bildschirme herzustellen, die die organische Elektrolumineszenz nutzen.[27] These molecules are also called triplet emitters; [25] [26] the dye can also be excited by ambient light, which can lead to luminescence. However, the goal is to produce self-illuminating screens that use organic electroluminescence. [27]

In den letzten Jahren sind Simulationstechniken entwickelt worden, die inzwischen ausgehend von der chemischen Zusammensetzung wichtige Eigenschaften von OLEDs komplett am Computer berechnen können.[28][29] Diese Methoden erlauben eine kostengünstige Vorauswahl von Molekülen, ohne aufwändige Synthese und experimentelle Charakterisierung. In recent years, simulation techniques have been developed that can now calculate the important properties of OLEDs completely on the computer based on their chemical composition. [28] [29] These methods allow an inexpensive pre-selection of molecules without complex synthesis and experimental characterization.

Herstellungsverfahren bei AMOLED-BildschirmenManufacturing process for AMOLED screens

Bei AMOLED-(Aktivmatrix-OLED)-Bildschirmen gibt es zwei bedeutende Herstellungsverfahren, die die Produktionskosten, die technischen Eigenschaften und damit das Anwendungsfeld bestimmen.[30] Zum einen gibt es RGB-Side-by-Side-AMOLED-Bildschirme (SBS) unter anderem basierend auf einer fine metal mask (FMM)-Technologie und zum anderen weiße OLEDs mit einem Farbfilter (WOLED).[31] AMOLED (active matrix OLED) screens have two important manufacturing processes that determine the production costs, the technical properties and thus the field of application. [30] On the one hand there are RGB side-by-side AMOLED screens (SBS) based, among other things, on fine metal mask (FMM) technology and on the other hand white OLEDs with a color filter (WOLED). [31]

RGB-SBS-AMOLED-Bildschirme sind so aufgebaut, dass jeder Subpixel eine der drei Grundfarben Rot, Grün oder Blau emittiert.[31] Die Vorteile liegen in einem großen Farbraum (>100 % NTSC)[32] und einer geringen Leistungsaufnahme verglichen mit WOLED-Bildschirmen.[32] Nachteilig wirken sich jedoch das Herstellungsverfahren und die verschieden schnelle Alterung der Subpixel aus. Bei der Herstellung der SBS-AMOLEDs werden die Pixel durch eine fine metal mask (FMM) platziert bzw. auf das Substrat aufgetragen. Problematisch ist hierbei die hohe Genauigkeit, mit der die Maske ausgerichtet werden muss (±1 µm).[33] Besonders bei hohen Auflösungen und großen Bildschirmen führt dies oft zu Fabrikationsfehlern, damit zu einem hohen Ausschuss und hohen Kosten.[33] Diese Technik wird deshalb bei kleinen Bildschirmen wie Smartphones eingesetzt. Samsung ist hier ein großer Hersteller.[34] RGB-SBS-AMOLED screens are designed so that each sub-pixel emits one of the three primary colors red, green or blue. [31] The advantages lie in a large color space (> 100% NTSC) [32] and a low power consumption compared to WOLED screens. [32] However, the manufacturing process and the different rapid aging of the subpixels have a disadvantageous effect. During the manufacture of the SBS-AMOLEDs, the pixels are placed through a fine metal mask (FMM) or applied to the substrate. The high accuracy with which the mask must be aligned is problematic here (± 1 µm). [33] Especially with high resolutions and large screens, this often leads to manufacturing errors, which leads to high rejects and high costs. [33] This technology is therefore used on small screens such as smartphones. Samsung is a big manufacturer here. [34]

Hingegen werden bei der WOLED-Technologie keine verschiedenfarbigen Subpixel hergestellt. Der Einsatz einer FMM findet nicht statt. Bei dieser Technik trifft weiß emittiertes Licht auf einen Farbfilter, der die Grundfarben pro Pixel selektiert.[35] Durch die fehlende FMM ist eine Produktion auch bei großen Bildschirmen in großen Stückzahlen möglich. Farbverschiebungen infolge unterschiedlich schnell alternder Subpixel treten hier nicht auf. Jedoch ist die Leistungsaufnahme wegen des lichtabsorbierenden Farbfilters höher und der Farbraum kann geringer ausfallen als bei SBS-AMOLEDs.[35] LG beispielsweise setzt die WOLED Technik bei Fernsehgeräten ein.[36] In contrast, WOLED technology does not produce sub-pixels of different colors. FMM is not used. With this technique, white emitted light meets a color filter that selects the primary colors per pixel. [35] Due to the lack of FMM, production is also possible in large quantities with large screens. Color shifts due to subpixels aging at different speeds do not occur here. However, the power consumption is higher due to the light-absorbing color filter and the color space can be smaller than with SBS-AMOLEDs. [35] LG, for example, uses WOLED technology in television sets. [36]

Vorteileadvantages

Gedruckte OLED-Zeile, mit einer Batterie zum Leuchten gebrachtPrinted OLED line, lit with a battery

Ein Vorteil von OLED-Bildschirmen gegenüber den herkömmlichen Flüssigkristallbildschirmen (LCDs) ist der sehr hohe Kontrast, da sie ohne Hintergrundbeleuchtung auskommen: Schwarze Pixel emittieren kein Licht. Während LCDs nur als farbige Filter wirken und im Dunkelzustand trotzdem etwas Licht durchscheint, emittieren OLEDs farbiges Licht nur bei Ansteuerung, was auch sehr gute Farbdarstellung verspricht. Dieses Verfahren ist deutlich effizienter, wodurch OLEDs, speziell bei der Darstellung dunkler Bilder, weniger Energie benötigen. Aus diesem Grund werden OLED-Geräte weniger warm als entsprechende Geräte mit LC-Bildschirmen, obschon durch die Umstellung von Kaltkathodenröhren auf LEDs für die LCD-Hintergrundbeleuchtung der Energieaufwand für Flüssigkristallbildschirme gesenkt wurde. Durch den geringen Energiebedarf können OLEDs gut in kleinen, tragbaren Geräten eingesetzt werden, beispielsweise Notebooks, Handys und MP3-Playern. Aufgrund der nicht benötigten Hintergrundbeleuchtung ist es möglich, OLEDs sehr dünn zu gestalten. Ein auf der „Display 2008“ vorgestelltes Modell von Sony hat eine Tiefe von lediglich 0,3 Millimetern.[37] One advantage of OLED screens over conventional liquid crystal screens (LCDs) is the very high contrast, since they do not need backlighting: black pixels do not emit light. While LCDs only act as colored filters and some light shines through in the dark, OLEDs only emit colored light when activated, which also promises very good color reproduction. This method is significantly more efficient, which means that OLEDs, especially when displaying dark images, require less energy. For this reason, OLED devices are less warm than corresponding devices with LC screens, although the switch from cold cathode tubes to LEDs for LCD backlighting has reduced the energy required for liquid crystal screens. Due to the low energy consumption, OLEDs can be used well in small, portable devices such as notebooks, cell phones and MP3 players. Because the backlight is not required, OLEDs can be made very thin. A Sony model presented at “Display 2008” has a depth of only 0.3 millimeters. [37]

Die Reaktionszeit (engl. response time) von OLED-Bildschirmen liegt bei einigen Geräten unter 1 Mikrosekunde[38] und ist damit rund 1000mal schneller als das aktuell schnellste LCD mit einer Millisekunde.The response time of OLED screens for some devices is less than 1 microsecond [38] , which is around 1000 times faster than the currently fastest LCD with one millisecond.

Ein Vorteil beruht auf der Möglichkeit, OLEDs großflächig auch auf drucktechnischem Wege herzustellen, was keine teuren Vakuum- und Reinraum-Bedingungen benötigt. Der Kostenvorteil ergibt sich daraus, dass die elektrisch leitenden farbgebenden Schichten in einem modifizierten Tintenstrahldruckverfahren oder neuerdings auch im Offsetdruck aufgebracht und ebenfalls ohne Vakuum-Aufdampfen anschließend beschichtet werden können. Führend auf diesem Gebiet der löslichen OLED-Materialsysteme sind DuPont[39][40] und Merck.[41] Die ersten OLEDs wurden unter Laborbedingungen bereits 1987 gedruckt. Leitmesse mit Kongress für die gedruckte Elektronik ist jährlich die LOPEC Messe in München.[42] Auf der Drupa 2012, Leitmesse der Druckindustrie, wurden u. a. gedruckte OLEDs als Milliardenmarkt iOne advantage is based on the possibility of producing OLEDs over a large area using printing technology, which does not require expensive vacuum and clean room conditions. The cost advantage arises from the fact that the electrically conductive coloring layers can be applied in a modified inkjet printing process or, more recently, also in offset printing and can also be subsequently coated without vacuum evaporation. DuPont [39] [40] and Merck are leaders in this field of soluble OLED material systems. [41] The first OLEDs were printed in 1987 under laboratory conditions. The leading trade fair and congress for printed electronics is the LOPEC trade fair in Munich every year. [42] At Drupa 2012, the leading trade fair for the printing industry, printed OLEDs were sold as a billion dollar market

Das größte technische Problem stellt die vergleichsweise geringe Lebensdauer mancher aus organischen Materialien bestehenden Bauelemente dar. Bei (O)LEDs bezeichnet man als Lebensdauer die mittlere Betriebszeit, nach der die Leuchtdichte auf die Hälfte abgesunken ist. Dabei haben blaue OLEDs die geringste Lebensdauer. Für weiße Lichtquellen, wie bei Monitoren, ist für die insgesamt nutzbare Lebensdauer daher die blaue Komponente die begrenzende. 2011 wurden für weiße Lichtquellen 5000 Stunden (bei 1000 cd/m2)[44] und 12.000 Stunden (bei 100 cd/m2)[45] angegeben. Im Vergleich dazu weisen handelsübliche weiße LEDs für die Hintergrundbeleuchtung bei LCD-Monitoren eine mittlere Betriebszeit in der Größenordnung von 30.000 Stunden auf.[46] The biggest technical problem is the comparatively short lifespan of some components made of organic materials. For (O) LEDs, the term lifespan is the middle one Operating time after which the luminance has halved. Blue OLEDs have the lowest lifespan. For white light sources, such as monitors, the blue component is the limiting factor for the total usable life. In 2011, 5000 hours (at 1000 cd / m 2 ) [44] and 12,000 hours (at 100 cd / m 2 ) [45] were specified for white light sources. In comparison, commercially available white LEDs for backlighting LCD monitors have an average operating time of around 30,000 hours. [46]

Die Lebensdauer von OLEDs ist temperaturabhängig: Eine gut gekühlte OLED (gleich welcher Farbe) mit geringer Anfangsleuchtstärke hat immer eine höhere Lebensdauer als eine OLED, die ohne Kühlung von Anfang an mit der maximalen Leuchtstärke betrieben wird. Der Grund sind Diffusionsprozesse in der OLED, die bei höheren Temperaturen schneller ablaufen. Die Lebensdauer bei mittlerer bis geringer Helligkeit wird aus dem Wert bei maximaler Helligkeit extrapoliert, da der Test von OLED-Materialien bei geringer Leuchtstärke über mehrere Zehn- bis wenige Hunderttausende von Stunden nicht praktikabel ist.The lifespan of OLEDs is temperature-dependent: A well-cooled OLED (no matter what color) with a low initial luminosity always has a longer lifespan than an OLED that is operated at maximum luminosity from the start without cooling. The reason is diffusion processes in the OLED, which run faster at higher temperatures. The service life at medium to low brightness is extrapolated from the value at maximum brightness, since the test of OLED materials at low luminosity over several tens to a few hundreds of thousands of hours is not practical.

Ein weiterer Nachteil der OLED ist die im Vergleich zu Leuchtdioden geringere Lichtausbeute im Bereich von 40 Im/W bis 60 Im/W bei handelsüblichen OLEDs. Spitzenwerte von ausgesuchten Labormustern bei OLEDs erzielen Werte knapp über 100 Im/W.[47] Herkömmliche Leuchtdioden für Beleuchtungszwecke erzielen Werte von 200 Im/W, bei speziell optimierten LEDs bis knapp über 300 Im/W.[48] Another disadvantage of OLEDs is the lower luminous efficacy in the range of 40 Im / W to 60 Im / W compared to light-emitting diodes with commercially available OLEDs. Peak values from selected laboratory samples for OLEDs achieve values just over 100 Im / W. [47] Conventional light-emitting diodes for lighting purposes achieve values of 200 Im / W, with specially optimized LEDs up to just over 300 Im / W. [48]

Neben geringerer Lebensdauer und Lichtausbeute reagieren OLEDs auch auf bestimmte äußere Stoffe empfindlich. So kann neben Wasser, durch Luftfeuchtigkeit allgegenwärtig, auch eindringender Sauerstoff das organische Material zerstören. Daher ist es wichtig, das Display hermetisch zu kapseln und vor äußeren Einflüssen zu schützen. Die nötige starre Kapselung beeinträchtigt die Flexibilität. Durch Korrosion mit Sauerstoff ist vor allem die hochreaktive Injektionsschicht aus Calcium und Barium gefährdet. Typische Versagenserscheinungen sind kreisrunde, wachsende nichtleuchtende Bereiche, sogenannte „Dark Spots“. Ursache ist häufig eine Partikelbelastung beim Aufdampfen der Metallschichten. Auch die mikroskopischen Kanten der Mehrschichtstruktur werden durch Korrosion unterwandert, was zur Abnahme der effektiv leuchtenden Pixelfläche bei Bildschirmanwendungen führt.In addition to a shorter lifespan and light output, OLEDs are also sensitive to certain external substances. In addition to water, ubiquitous humidity can also destroy penetrating oxygen. It is therefore important to hermetically encapsulate the display and protect it from external influences. The necessary rigid encapsulation affects flexibility. Corrosion with oxygen puts the highly reactive injection layer made of calcium and barium at risk. Typical signs of failure are circular, growing non-luminous areas, so-called “dark spots”. The cause is often a particle load when the metal layers are evaporated. The microscopic edges of the multilayer structure are also infiltrated by corrosion, which leads to a decrease in the effective luminous pixel area in screen applications.

Kommerzielle OLEDs auf flexiblem Substrat befinden sich mit Stand 2017 in der Einführungsphase, da alle flexiblen Kunststoffsubstrate eine hohe Durchlässigkeit für Sauerstoff und Luftfeuchtigkeit haben. Dünnstglas (Glas mit einer Dicke von höchstens etwa 0,2 mm) ist in der Verarbeitung schwer handhabbar, außerdem ist das Anodenmaterial Indiumzinnoxid ein Hartstoff und spröde. Wiederholtes Ein- und Ausrollen um einen geringen Radius führt zum Brechen und schnellen Versagen (Widerstandsanstieg) der Anode.As of 2017, commercial OLEDs on flexible substrates are in the introductory phase because all flexible plastic substrates have a high permeability to oxygen and air humidity. Very thin glass (glass with a thickness of at most about 0.2 mm) is difficult to handle in processing, and the anode material indium tin oxide is a hard and brittle material. Repeated rolling in and out by a small radius leads to breakage and rapid failure (increase in resistance) of the anode.

OLEDs könnten in vielen Anwendungen die heute gebräuchlichen LCDs sowie Plasmabildschirme ersetzen. Die Lebensdauer gibt noch einige Probleme auf, denn die roten, grünen und blauen Leuchtpunkte altern unterschiedlich schnell. Durch dieses unregelmäßige Altern der Einzelfarben kommt es beim Gesamtbild im Laufe der Zeit zu Farbverschiebungen, die sich nur begrenzt durch eine - idealerweise automatische - Nachregelung (vor allem über die Verstärkung der Blauemission) ausgleichen lassen.In many applications, OLEDs could replace the LCDs and plasma screens common today. The lifespan gives up some problems, because the red, green and blue luminous dots age at different speeds. This irregular aging of the individual colors leads to color shifts in the overall image over time, which can only be compensated for to a limited extent by an - ideally automatic - readjustment (above all by increasing the blue emission).

Die Grundpatente für OLED-Strukturen stammen aus den 1980er Jahren. Dabei war Kodak führend. Seit 1980 sind zu dem Thema etwa 6600 Patente bekannt. Forschungsschwerpunkte liegen in Japan, Südkorea und den USA. Die meisten Patente sind in Japan registriert, gefolgt von den USA und Europa. Deutschland liegt mit etwa 4,5 % auf Platz drei hinter den USA mit etwa 22 %.The basic patents for OLED structures date from the 1980s. Kodak was the leader. Around 6,600 patents have been known on the subject since 1980. The main areas of research are in Japan, South Korea and the USA. Most of the patents are registered in Japan, followed by the United States and Europe. Germany is in third place with about 4.5% behind the USA with about 22%.

Da selbstleuchtende OLED-Displays noch teurer als hintergrundbeleuchtete LC-Displays sind, werden sie bisher nur in speziellen Anwendungen verwendet. Wegen der geringeren Abmessungen bieten sie größere Gestaltungsfreiräume für den Gerätehersteller. Auch der Stromverbrauch der OLEDs ist oft niedriger, da sie keine Hintergrundbeleuchtung benötigen.Since self-illuminating OLED displays are even more expensive than backlit LC displays, they have so far only been used in special applications. Because of the smaller dimensions, they offer greater design freedom for the device manufacturer. The power consumption of the OLEDs is also often lower because they do not require any backlighting.

Große OLED-Bildschirme sind bisher teurer als entsprechend große LCD-Bildschirme. Probleme stellen vor allem die Kapselung der Bauelemente und die aufwendigere Ansteuerung der Pixel dar. Bei LCDs erfolgt die Ansteuerung mit geringer Leistung, da LCD-Pixel als elektrische Kapazitäten durch eine angelegte Spannung nur umgesteuert werden, die Lichtenergie wird von der Hintergrundbeleuchtung erzeugt. Im Gegensatz dazu müssen OLEDs selbst mit der für die Lichtabgabe erforderlichen Energie beaufschlagt werden, um Elektrolumineszenz zu erzeugen. Sie sind stromgesteuert, weshalb die bisher verwendete, ausgereifte Technologie aus dem LCD-Bereich nicht direkt übertragen werden kann.Large OLED screens have so far been more expensive than correspondingly large LCD screens. Problems are primarily the encapsulation of the components and the more complex control of the pixels. With LCDs, control is carried out with low power, since LCD pixels are only reversed as electrical capacitances by an applied voltage, the light energy is generated by the backlight. In contrast, OLEDs themselves have to be supplied with the energy required for the light emission in order to generate electroluminescence. They are current-controlled, which is why the mature technology used up to now cannot be transferred directly from the LCD area.

Bei kleinen OLED-Bildschirmen kann die Steuerung über eine sogenannte Passivmatrix erfolgen: Ein bestimmtes Pixel wird durch das Anlegen einer Spannung an eine Zeile und Spalte angesteuert, wofür zwei Leitungen notwendig sind. Für große Bildschirme ist diese Methode nicht ausreichend, weil die Bahnwiderstände linear mit der Größe zunehmen und damit die Treiberkraft nicht mehr ausreicht, um das jeweilige Pixel anzusteuern. Zur Steuerung des Bildschirms muss hier eine Aktivmatrix eingesetzt werden, bei der jedes Pixel einzeln über einen eigenen Transistor adressiert wird, was vier Leitungen nötig macht; abgeleitet von Aktivmatrix-OLED (engl. active matrix organic light emitting diode) wird die Technik unter den Begriffen AMOLED und SuperAMOLED vertrieben. Die Bereitstellung von Schalt-(Spannungssignalen) wie auch Versorgungsstrom ist (wie bei Plasmabildschirmen) aufwendig und damit teuer und einer der Hauptgründe für die hohen Kosten großer Bildschirme. In the case of small OLED screens, control can take place via a so-called passive matrix: a certain pixel is controlled by applying a voltage to a row and column, which requires two lines. This method is not sufficient for large screens because the path resistances increase linearly with the size and therefore the driving force is no longer sufficient to control the respective pixel. To control the screen, an active matrix must be used here, in which each pixel is addressed individually via its own transistor, which requires four lines; Derived from active matrix organic light emitting diode (OLED), the technology is sold under the terms AMOLED and SuperAMOLED. The provision of switching (voltage signals) as well as supply current (as with plasma screens) is complex and therefore expensive and one of the main reasons for the high cost of large screens.

Farbdisplays mit AMOLEDs in einer PenTile-Matrixanordnung sind für die Erfindung anwendbar.Color displays with AMOLEDs in a PenTile matrix arrangement can be used for the invention.

Die als am neuesten angesehene Technik ist Super AMOLED+. Hier wurde die PenTile-Matrix entfernt, so dass jedes Pixel alle drei Grundfarben zur Verfügung hat. Demnach werden ohne Pentile-Matrix nicht mehr mehrere Pixel „zusammengeschlossen“, um alle Farben zu mischen. Aufgrund dieser Änderung wirkt die Auflösung solcher Displays deutlich höher, und es stechen keine einzelnen Pixel hervor. Weitere Verbesserungen sind bessere Schwarzwerte, erhöhter Kontrast, mehr darstellbare Farben, geringerer Stromverbrauch und verringerte Dicke des Displays. Allerdings ist der PenTile-Effekt bei sehr hohen Pixeldichten von weit über 300 ppi (pixel per inch) nicht oder bei genauer Betrachtung kaum wahrnehmbar. Dies ist einer der Gründe, warum Samsung bei neueren Produkten zu Full HD noch SuperAMOLED-Bildschirme einsetzen kann, ohne eine verminderte Qualität fürchten zu müssen.The most regarded technology is Super AMOLED +. Here the PenTile matrix was removed so that every pixel has all three primary colors available. Accordingly, without a pentile matrix, several pixels are no longer “connected” to mix all colors. Due to this change, the resolution of such displays appears significantly higher, and no individual pixels stand out. Further improvements include better black levels, increased contrast, more displayable colors, lower power consumption and reduced thickness of the display. However, the PenTile effect is hardly noticeable at very high pixel densities of well over 300 ppi (pixels per inch) or if you look closely. This is one of the reasons why Samsung can still use SuperAMOLED screens with newer products for Full HD without having to fear a reduced quality.

HerstellerManufacturer

Bedeutende Hersteller von Leuchtmitteln mittels OLED-Technik sind Osram, Konica-Minolta und OLEDWorks, während LG, Samsung SDI und AU Optronics wichtige Hersteller von OLED-Informationsanzeigen sind. Daneben gibt es eine Vielzahl weiterer Hersteller.[49] Philips und Osram stiegen 2004 bzw. 2007 aus dem Display-Geschäft aus und produzieren nur noch OLED-Leuchtmittel.[50][51] Mitte 2015 zog sich Philips ganz aus der OLED-Produktion zurück und verkaufte die Produktionsanlage an OLED Works in Rochester, NY, USA.[52] Important manufacturers of lamps using OLED technology are Osram, Konica-Minolta and OLEDWorks, while LG, Samsung SDI and AU Optronics are important manufacturers of OLED information displays. There are also a large number of other manufacturers. [49] Philips and Osram left the display business in 2004 and 2007, respectively, and now only produce OLED lamps. [50] [51] In mid-2015, Philips withdrew from OLED production and sold the production facility to OLED Works in Rochester, NY, USA. [52]

Im Juni 2015 legte der Pharma- und Spezialchemiehersteller Merck KGaA an seinem Stammsitz in Darmstadt den Grundstein für ein neues Werk, das für die internationalen OLED-Elektronikhersteller die nötigen chemischen Basiselemente für die OLED-Technologie produzieren soll. Die Kosten für die neue Fabrikanlage betrugen 30 Mio. Euro. Die Anlage ging im September 2016 in Betrieb.[53] In June 2015, the pharmaceutical and specialty chemicals manufacturer Merck KGaA laid the foundation stone for a new plant at its headquarters in Darmstadt, which is to produce the necessary chemical basic elements for the OLED technology for the international OLED electronics manufacturers. The cost of the new factory was 30 million euros. The plant went into operation in September 2016. [53]

Im November 2015 verkündete die LG Group, in Südkorea ein Werk für OLEDs zu errichten, das im ersten Halbjahr 2018 die Produktion aufnehmen soll. Die Investitionskosten betragen angeblich 8,2 Mrd. Euro.[54] In November 2015, the LG Group announced that it would build a plant for OLEDs in South Korea, which should start production in the first half of 2018. The investment costs are said to be 8.2 billion euros. [54]

Während des Jahres 2016 hat Samsung Electronics als bedeutender Hersteller und Nutzer von AMOLEDs angekündigt, dass in Zukunft großflächige Fernsehbildschirme nicht mehr in OLED-Technik gefertigt werden. Neben beschränkter Lebensdauer werden Bildeinbrennerscheinungen und verhältnismäßig hohe Herstellkosten als Gründe genannt.[55][56] During 2016, Samsung Electronics, as a major manufacturer and user of AMOLEDs, announced that in the future large-screen TV screens would no longer be manufactured using OLED technology. In addition to a limited lifespan, image burn-in phenomena and relatively high production costs are mentioned as reasons. [55] [56]

LCD ist das Plasma oder die Röhre von morgen: eine Technologie, die von einer oder mehreren abgelöst werden wird. Heiß gehandelte Kandidaten dafür sind LED, OLED sowie MicroLED (weitere international gebräuchliche Abkürzungen: Micro-LED, mLED oder µLED). MicroLED wurde im Jahr 2000 erstmals von Forschern vorgestellt. Wie OLED kann mLED mit absolut hervorragenden Schwarz- und Kontrastwerten punkten. Zudem ist µLED sehr langlebig und energieeffizient, was gerade in Profi-Szenarien interessant ist (Betriebs- und Laufzeiten, Unterhalt und Stromkosten). Im Unterschied zu OLED basiert MicroLED auf GaN, also einer LED-Technologie. Gegenüber OLED verweisen mLED-Befürworter auf eine höhere Lebensdauer sowie die hohe Luminanz der selbstleuchtenden LEDs.LCD is the plasma or the tube of tomorrow: a technology that will be replaced by one or more. Hot-traded candidates for this are LED, OLED and MicroLED (other internationally used abbreviations: Micro-LED, mLED or µLED). MicroLED was first introduced by researchers in 2000. Like OLED, mLED can score with absolutely excellent black and contrast values. In addition, µLED is very durable and energy-efficient, which is particularly interesting in professional scenarios (operating and running times, maintenance and electricity costs). In contrast to OLED, MicroLED is based on GaN, i.e. an LED technology. Compared to OLED, mLED supporters point to a longer lifespan and the high luminance of the self-illuminating LEDs.

Jetzt hat Samsung zur derzeit laufenden CES 2018 ein Consumer-Produkt - mutmaßlich im Preissegment High End - präsentiert, das einmal mehr zeigt, dass zumindest der große koreanische Hersteller MicroLED für eine der Zukunftstechnologien hält - und zwar für Screens in allen möglichen Größen und B2C- und B2B-Anwendungen: „The Wall“, ein 146" mLED-TV, der weltweit erste modulare in dieser Klasse. Der Vorteil ist offensichtlich: Wie bei LED-Walls lassen sich aus Modulen sehr formfrei Screens in theoretisch beliebiger Größe bauen oder personalisieren.At the current CES 2018, Samsung has now presented a consumer product - presumably in the high-end price segment - which shows once again that at least the large Korean manufacturer MicroLED considers one of the future technologies - for screens in all possible sizes and B2C and B2B applications: "The Wall", a 146 "mLED TV, the world's first modular in this class. The advantage is obvious: As with LED walls, modules can be built or personalized in modules of any size, in a very shape-free manner.

Bereits in den letzten Jahren hatten auch chinesische Hersteller erste TVs mit LED-Modulen als Proof-of-Concept präsentiert, dies allerdings zumeist ausschließlich auf dem heimischen Markt. Als weltweit erster Micro-LED-TV gilt der bereits 2012 von Sony vorgestellte Prototyp eines 55" Full HD „Crystal-TVs“. Er gilt als Vorfahr des CLEDIS (Canvas Display). Die selbst emittierende Technologie CLEDIS nutzt ultrafeine LEDs mit R (Rot), G (Grün) und B (Blau) auf der Displayoberfläche. Jeder Pixel besteht aus einer separaten ultrafeinen R-, G- und B-LED und die Lichtquelle ist nur 0,003 mm2 groß. Die verbleibende Fläche ist zu mehr als 99% schwarz.In recent years, Chinese manufacturers have also presented the first TVs with LED modules as a proof-of-concept, but mostly only on the domestic market. The world's first micro LED TV is the prototype of a 55 "Full HD" Crystal TV "that Sony launched in 2012. It is considered the ancestor of the CLEDIS (canvas display). The self-emitting technology CLEDIS uses ultra-fine LEDs with R (red ), G (green) and B (blue) on the display surface. Each pixel consists of a separate ultra-fine R, G and B LED and the light source is only 0.003 mm2. The remaining area is more than 99% black .

Für Business to Business-Anwendungen haben sowohl Samsung wie auch andere Player wie Sony erste Produkte auf den Markt gebracht, die MicroLED-Architekturen nutzen: Sony hat seine Lösung CLEDIS, Samsung den Cinema-LED-Screen. Dabei setzen beide Konzerne auf extrem kleine, selbstleuchtende LEDs. Während CLEDIS auf der ISE 2017 in der Wirkung bereits überzeugte, könnten im Februar 2018 auch andere Hersteller neue MicroLED-Produkte auf der Fachmesse zeigen. Samsung ist zumindest ein Kandidat dafür - äußert sich derzeit allerdings noch nicht zum Thema.For business-to-business applications, both Samsung and other players such as Sony have launched the first products that use MicroLED architectures: Sony has its CLEDIS solution, Samsung has the cinema LED screen. Both groups rely on extremely small, self-illuminating LEDs. While CLEDIS was already convincing in effect at ISE 2017, other manufacturers could also show new MicroLED products at the trade fair in February 2018. Samsung is at least a candidate for this - but is currently not commenting on the topic.

Hätte, hätte, Lieferkette: Es gibt aus der Supply Chain der Displayindustrie mehr als einen Hinweis darauf, dass µLED noch in diesem Jahr in spezifischen Digital Signage-Produkten eingesetzt werden könnte - natürlich keine Garantie, aber doch starke Indizien. Denn auch der nun gezeigte 146" MicroLED-TV von Samsung war laut Marktgerüchten aus dem Herbst 2017 zufolge erwartet worden, allerdings als 150" TV.Should, would have, supply chain: There is more than one indication from the supply chain of the display industry that µLED could still be used in specific digital signage products this year - of course no guarantee, but strong evidence. Because the 146 "MicroLED TV from Samsung now shown was expected according to market rumors from autumn 2017, but as a 150" TV.

Erstmals im Mai 2017 sowie dann im Herbst 2017 wurden Marktgerüchte laut, nach denen Samsung den 2014 gegründeten taiwanesischen mLED-Spezialisten PlayNitride Inc. kaufen, oder sich an diesem beteiligen würde. Während PlayNitride das dementierte, äußerte sich Samsung nicht zu den Berichten. Ende 2017 hieß es vonseiten PlayNitrides, dass es Kaufangebote von mehreren Firmen gebe. Bislang sind LED-Experte Epistar sowie der taiwanesische Halbleiterhersteller United Microelectronics Corporation (UMC) die einzig bekannten Anteilseigner von PlayNitride.For the first time in May 2017 and then in autumn 2017, there were market rumors that Samsung would buy or participate in the Taiwanese mLED specialist PlayNitride Inc. founded in 2014. While PlayNitride denied this, Samsung did not comment on the reports. At the end of 2017, PlayNitrides said that there were purchase offers from several companies. So far, LED expert Epistar and the Taiwanese semiconductor manufacturer United Microelectronics Corporation (UMC) have been the only known shareholders of PlayNitride.

Aber auch ohne Kauf setzt Samsung auf µLED: Eigenentwicklungen sowie mögliche Lizenzierungen machen dies möglich. Wie im Falle des LED-Cinema-Screens ersichtlich, hat der Konzern hier schon ein erstes serienreifes Produkt auf den Markt - und in die reale Welt der Projekt-Installationen - gebracht.But even without a purchase, Samsung relies on µLED: In-house developments and possible licensing make this possible. As can be seen in the case of the LED cinema screen, the group has already launched a product ready for series production - and into the real world of project installations.

Der für gewöhnlich mehr als gut unterrichtete Branchendienst Digitimes berichtete kürzlich von einem weiteren Hersteller, der konkrete MicroLED-Produkte in der Pipeline hat, der südkoreanische Hersteller Lumens (nicht zu verwechseln mit dem namensähnlichen taiwanesischen Hersteller Lumens, der auf der ISE 2018 unter den Ausstellern sein wird).The usually more than well-informed industry service Digitimes recently reported about another manufacturer that has specific MicroLED products in the pipeline, the South Korean manufacturer Lumens (not to be confused with the Taiwanese manufacturer Lumens of similar name, who will be among the exhibitors at ISE 2018 becomes).

Dem Bericht von Digitimes zufolge sprechen Industriequellen von der Entwicklung von 0,57" MicroLED-Screens bis hin zu einem 100" Digital Signage-Screen, der 100 bis 300 Mikrometer „große“ µLED Module nutzen solle.According to the Digitimes report, industry sources speak of the development of 0.57 "MicroLED screens up to a 100" digital signage screen that should use 100 to 300 micron "large" µLED modules.

Ob auf der ISE oder bei der InfoComm oder einer der großen asiatischen Messen: Man sollte nicht zu überrascht sein, wenn in diesem Kalenderjahr der erste große Displayhersteller einen MicroLED Digital Signage-Screen präsentiert - etwa in der Klasse der 98" Large Format Displays.Whether at the ISE or at the InfoComm or one of the major Asian trade fairs: One should not be too surprised when the first large display manufacturer presents a MicroLED digital signage screen this year - for example in the class of 98 "large format displays.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents listed by the applicant has been generated automatically and is only included for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • US 466000 [0449]US 466000 [0449]
  • DE 229408 [0683]DE 229408 [0683]

Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

  • DIN EN 8942-2[1] [0228]DIN EN 8942-2 [1] [0228]
  • DIN-Norm 44300 [0366]DIN standard 44300 [0366]

Claims (52)

Elektrisch angesteuertes Anzeigeelement zur optischen Signalisierung von veränderlichen Informationen wie Zeichen oder Bildern mit einem integrierten elektronischen Element mit Prozessor- und Speicherfunktion, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung über eine drahtlose Verbindung von einem externen Rechner / Computer erfolgt und das Anzeigeelement eine Dicke von 0,3 bis 4,5 mm aufweist, wobei das elektronische Element eine maximale Dicke von 1 mm aufweist.Electrically controlled display element for optical signaling of variable information such as characters or images with an integrated electronic element with processor and memory function, characterized in that the control takes place via a wireless connection from an external computer / computer and the display element has a thickness of 0.3 up to 4.5 mm, the electronic element having a maximum thickness of 1 mm. Anzeigeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass das elektronische Element aus mindestens einem Hardwarelement und/ oder einer Software und / oder APP Anwendung besteht.Display element after Claim 1 , characterized in that the electronic element consists of at least one hardware element and / or software and / or APP application. Anzeigeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Element aus einer auswechselbaren physischen Chipkarte und / oder einer eingebauten physisch nicht auswechselbare Chipkarte und / oder chipkartenidentischen Funktion aufweisendem Element besteht.Display element after Claim 1 , characterized in that the electronic element consists of an exchangeable physical chip card and / or a built-in physically non-exchangeable chip card and / or an element having a function identical to a chip card. Anzeigeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Element eine Identifikations- und/oder Authentifizierungsfunktion eines Nutzers in einem digitalen Netz aufweist.Display element after Claim 1 , characterized in that the electronic element has an identification and / or authentication function of a user in a digital network. Anzeigeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die drahtlose Verbindung aus einem Funk und /oder Licht- (LiFi) und / oder Ultraschallnetz besteht.Display element after Claim 1 , characterized in that the wireless connection consists of a radio and / or light (LiFi) and / or ultrasound network. Anzeigeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die drahtlose Verbindung, vorzugsweise über eine Funkverbindung auf Basis einer G - Frequenz Funkverbindung, vorzugsweise auf Basis von 3G und / oder 4 G und /oder 5G und / oder einer Mobilfunkverbindung und /oder auf Basis einer Bluetooth-, und /oder WLAN-,und /oder WIFI- und / oder LiFi und /oder Satelliten- Verbindung(GPS) besteht.Display element after Claim 1 , characterized in that the wireless connection, preferably via a radio connection based on a G-frequency radio connection, preferably based on 3G and / or 4 G and / or 5G and / or a mobile radio connection and / or based on a Bluetooth, and / or WLAN, and / or WIFI and / or LiFi and / or satellite connection (GPS) exists. Anzeigeelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalbandbreite der Funkverbindung im Bereich von 100 MHZ bis 100 GHZ liegt, vorzugsweise bei 800MHZ - 30GHZ, insbesondere bei 3 GHZ bis 6GHZ.Display element after Claim 6 , characterized in that the channel bandwidth of the radio connection is in the range of 100 MHz to 100 GHz, preferably 800 MHz to 30 GHz, in particular 3 GHz to 6 GHz. Anzeigeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Element vorzugsweise maximal ein Format von 85,6 mm x 54 mm aufweist, insbesondere ein Format 25 mm x 15 mm und /oder 15 mm x 12 mm und /oder 12,3 mm x 8,8 mm aufweist.Display element after Claim 1 , characterized in that the electronic element preferably has a maximum format of 85.6 mm x 54 mm, in particular a format of 25 mm x 15 mm and / or 15 mm x 12 mm and / or 12.3 mm x 8.8 mm having. Anzeigeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Element, vorzugsweise eine Dicke von maximal 1 mm aufweist, vorzugsweise eine Dicke von mindestens 0,3 - 1 mm , insbesondere 0,76 mm und / oder 0,67 mm .Display element after Claim 1 , characterized in that the electronic element, preferably has a maximum thickness of 1 mm, preferably a thickness of at least 0.3-1 mm, in particular 0.76 mm and / or 0.67 mm. Anzeigeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Element, vorzugsweise eine Speicherkapazität von mindestens 128 Gigabyte aufweist.Display element after Claim 1 , characterized in that the electronic element, preferably has a storage capacity of at least 128 gigabytes. Anzeigeelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anzeigeelement und /oder Hardwareelement mindestens eine Kamera- und /oder Videokamera- und/ oder Scanfunktion und /oder Sensorfunktion und / oder Infrarotlichtfunktion und / oder Lautsprecherfunktion und/ oder Mikrofonfunktion und / oder Soundkarte aufweist.Display element according to one of the preceding claims, characterized in that the display element and / or hardware element at least one camera and / or video camera and / or scan function and / or sensor function and / or infrared light function and / or speaker function and / or microphone function and / or sound card having. Anzeigeelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorfunktion physikalische, chemische und stoffliche Eigenschaften quantitativ oder qualitativ erfasst, vorzugsweise mit Messfunktion für Temperatur, Wärmemenge, Feuchtigkeit, Druck, Gewicht, Abstandsmessung, Regensensor, Schall, Helligkeit, Beschleunigung, PH-Wert, lonenstärke, elektroschemisches Potential und /oder die stoffliche Beschaffenheit qualitativ erfasst.Display element according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor function detects physical, chemical and material properties quantitatively or qualitatively, preferably with a measuring function for temperature, amount of heat, moisture, pressure, weight, distance measurement, rain sensor, sound, brightness, acceleration, PH Value, ionic strength, electrochemical potential and / or the material properties are recorded qualitatively. Anzeigeelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Element eine digitale Verknüpfung mit einer IT-Infrastruktur über ein Rechnernetz aufweist.Display element according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic element has a digital link to an IT infrastructure via a computer network. Anzeigeelemennt ach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die IT-Infrastruktur ein verschlüsseltes Buchführungssystem und / oder Verfahren aufweist.Display element according to one of the preceding claims, characterized in that the IT infrastructure has an encrypted accounting system and / or method. Anzeigeelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Element mindestens einen Verschlüsselungscode aufweist und/oder mit mindestens einem Verschlüsselungscode digital verknüpft ist. Display element according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic element has at least one encryption code and / or is digitally linked to at least one encryption code. Anzeigeelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlüsselungscode aus mindestens acht Zeichen besteht, basierend auf einem Zeichenraum von mindestens 89 Zeichen.Display element according to one of the preceding claims, characterized in that the encryption code consists of at least eight characters, based on a character space of at least 89 characters. Anzeigeelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlüsselungscode in der IT -Infrastruktur gespeichert ist.Display element according to one of the preceding claims, characterized in that the encryption code is stored in the IT infrastructure. Verwendung eines Anzeigeelementes nach Anspruch 1 zur Verwendung als Vorrichtungs-, und /oder Bauteilelement.Use of a display element after Claim 1 for use as a device and / or component element. Verwendung eines Anzeigeelementes nach Anspruch 17, vorzugsweise für ein Element zur Verwendung als ein Verpackungs-, Fahrzeugkennzeich- nungs-., Verkehrsschild-, Werbeschild-, Schmuck- Uhr-, Kleidung-, Acces- soire-, Bilderrahmen-,Boden-, Wand-, Decken-, Möbel-, Dekorations-, Innenausbauelement, ,vorzugsweise Leisten-, Profil-, Kanten-, Tür- und /oder Fensterelement, Fassaden-, Tapeten-, Car-Interior-, Car-Exterior-, Haushaltsgeräte-, Elektrogeräte-, und /oder Outdoorbelagselement.Use of a display element after Claim 17 , preferably for an element for use as a packaging, vehicle identification, traffic sign, advertising sign, jewelry watch, clothing, accessories, picture frame, floor, wall, ceiling, furniture -, Decoration, interior design element, preferably strip, profile, edge, door and / or window element, facade, wallpaper, car interior, car exterior, household appliances, electrical appliances, and / or Outdoor covering element. Verwendung eines Anzeigeelement nach Anspruch 1, vorzugsweise für ein Element als amtliches Kennzeichen für ein ein Fahrzeug, vorzugsweise für ein PKW, LKW, Omnibus, Zweirad, Motorrad, E Bike, E Roller, Caravan, Nutzfahrzeug, Anhänger, Strassenbahn, Zug, Flugmobile, insbesondere ein Flugzeug, ein Hubschrauber und ein Schiff.Use of a display element after Claim 1 , preferably for an element as an official identifier for a vehicle, preferably for a car, truck, omnibus, two-wheeler, motorcycle, e-bike, e-scooter, caravan, commercial vehicle, trailer, tram, train, aircraft, in particular an aircraft, a helicopter and a ship. Anzeigeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch angesteuerte Anzeige aus einem Bildschirm und /oder Screen und /oder Display, insbesondere Smart Display, und / oder Monitor und /oder Touchsreen Oberfläche oder aus einer projezierten Oberfläche besteht.Display element after Claim 1 , characterized in that the electrically controlled display consists of a screen and / or screen and / or display, in particular a smart display, and / or monitor and / or touchscreen surface or a projected surface. Anzeigeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Darstellungstechnik der elektrisch gesteuerten Anzeige vorzugsweise auf technologischer Basis von Light Emitting Diodes (LED) Feldemmisionsbildschirm (FED) und / oder Flüssigkristallbidschirm (LCD) und /oder Dünnschichttransistorbildschirm (TFT-LCD) und / oder Kathodenstrahlröhrenbildschirm (CRT) Und /oder Plasmabildschirm und / oder organische Leuchtdiode (OLED), SOLED oder SMOLED -Folien Displays, PLED, AMOLED-(Aktivmatrix-OLED) oder Super AMOLED+ ,und /oder Surface Conduction Electron-emitter Display (SED) und (oder QLED und / oder Micro LED (mikroskopische Leuchtdioden und /oder HDR (High Dynamic Range) und /oder elektronischer Tinte und/ oder E-Paper erzeugt wird.Display element after Claim 1 , characterized in that the display technology of the electrically controlled display is preferably based on technology from light emitting diodes (LED) field emission screens (FED) and / or liquid crystal screen (LCD) and / or thin film transistor screen (TFT-LCD) and / or cathode ray tube screen (CRT) and / or plasma screen and / or organic light emitting diode (OLED), SOLED or SMOLED film displays, PLED, AMOLED- (active matrix OLED) or Super AMOLED +, and / or surface conduction electron emitter display (SED) and (or QLED and / or Micro LED (microscopic light-emitting diodes and / or HDR (High Dynamic Range) and / or electronic ink and / or e-paper is generated. Anzeigeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Darstellungstechnik der elektrisch gesteuerten Anzeige vorzugsweise auf technologischer Basis von Micro LED Pixeln, vorzugsweise mit einer Auflösung von mindestens 7680 x4320 Bildpunkten. und /oder und / oder elektronischer Tinte erzeugt wird,Display element after Claim 1 , characterized in that the display technology of the electrically controlled display preferably on a technological basis of micro LED pixels, preferably with a resolution of at least 7680 x4320 pixels. and / or and / or electronic ink is generated, Anzeigeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das vorzugsweise ein Foliendisplay auf Basis eine Folie, insbesondere auf Basis petrochemischer und /oder biopolymeren Kunststoffe und /oder organischer Stoffe verwendet wird.Display element after Claim 1 , characterized in that preferably a film display based on a film, in particular based on petrochemical and / or biopolymeric plastics and / or organic substances is used. Anzeigeelement nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie eine Stärke von vorzugsweise 20 bis 1000 µm aufweist, insbesondere 20 bis 100 µmDisplay element after Claim 23 , characterized in that the film has a thickness of preferably 20 to 1000 microns, in particular 20 to 100 microns Anzeigeelement nach Anspruch 23, wobei die Folie eine gedruckte Elektronik aufweist.Display element after Claim 23 , wherein the film has printed electronics. Anzeigeelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgung, vorzugsweise drahtlos und/oder kabelgebunden auf technischer Basis einer Verbindung mit dem Stromnetz und /oder eines Akkumulators und /oder Induktionsstroms und /oder durch Funkstrom und /oder durch Ultraschallübertragung, vorzugsweise mit piezotechnikbasierten Sensoren erzeugt wird.Display element according to one of the preceding claims, characterized in that the power supply, preferably wireless and / or wired on a technical basis, a connection to the power grid and / or an accumulator and / or induction current and / or by radio current and / or by ultrasound transmission, preferably with Piezo technology based sensors is generated. Anzeigeelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Akkumulator eine maximale Dicke von 0,3 bis 4,5 mm aufweist. Display element according to one of the preceding claims, characterized in that the accumulator has a maximum thickness of 0.3 to 4.5 mm. Anzeigeelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anzeigeelement dreidimensionale Verformungen aufweisen kann, und insbesondere rollbar und/ oder faltbar ist.Display element according to one of the preceding claims, characterized in that the display element can have three-dimensional deformations, and in particular can be rolled and / or folded. Anzeigeelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anzeigeelement auf Basis geometrischer und / freier Formen gestaltet ist, vorzugsweise aus Rechteck-, Quadrat-, Kreis-, Ellipsen-, Dreieck-, Vieleck-, Parabel-, Freiform Elementen und deren Kombinationsmöglichkeiten.Display element according to one of the preceding claims, characterized in that the display element is designed on the basis of geometric and / free shapes, preferably from rectangle, square, circle, ellipse, triangle, polygon, parabola, free-form elements and their Possible combinations. Anzeigeelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anzeigeelement in die Fahrzeug- Karosserie integriert wird, insbesondere flächenbündig mit der Karosseriehülle ausgebildet wird.Display element according to one of the preceding claims, characterized in that the display element is integrated into the vehicle body, in particular is formed flush with the body shell. Verwendung eines elektronischen Elementes mit Prozessor- und Speicherfunktion zur Verwendung als ein Rechner und / oder Computerelement mit Identifikations- und/oder Authentifizierungsfunktion eines Nutzers in einem digitalen Netz, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Element aus mindestens einem Hardwarelement und/ oder einer Software besteht.Use of an electronic element with processor and memory function for use as a computer and / or computer element with identification and / or authentication function of a user in a digital network, characterized in that the electronic element consists of at least one hardware element and / or software. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das das Rechner- und/ oder Computerelement als Hardwareelement ausgebildet wird, insbesondere als Speicher-, USB-, Festplatten, Router-,Smartphone-,PDA-, Tablet-, PC-, Server-, Spielkonsolen-, Netbook-, Notebook-, Großrechner, Supercomputer, Bildschirm, Kamera ,Scanner ,Display ,Vorrichtungs-, und /oder Bauteilelement.Use after Claim 1 , characterized in that the computer and / or computer element is designed as a hardware element, in particular as memory, USB, hard drives, router, smartphone, PDA, tablet, PC, server, game console, netbook , Notebook, mainframe, supercomputer, screen, camera, scanner, display, device and / or component element. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das das digitale Netz aus einem Kabel- und / oder Funknetz und /oder Ultraschallnetzbesteht.Use after Claim 1 , characterized in that the digital network consists of a cable and / or radio network and / or ultrasound network. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Element eine digitale Verknüpfung mit einer IT-Infrastruktur über ein Rechnernetz aufweist.Use according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic element has a digital link to an IT infrastructure via a computer network. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die IT-Infrastruktur ein verschlüsseltes Buchführungssystem und / oder Verfahren aufweist.Use according to one of the preceding claims, characterized in that the IT infrastructure has an encrypted accounting system and / or method. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die Software eine Anwendung zur Bilderkennung, insbesondere Iriserkennung, aufweist.Use after Claim 1 , characterized in that the software has an application for image recognition, in particular iris recognition. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hardware -Element mindestens eine Kamera- und/ oder Scanfunktion aufweist oder mit einer einer Kamera- und/ oder Scanfunktion verbunden ist.Use after Claim 1 , characterized in that the hardware element has at least one camera and / or scan function or is connected to a camera and / or scan function. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hardwareelement eine Infrarotlichtfunktion aufweist und /oder mit einer Infrarotlichtfunktion verbunden ist.Use according to one of the preceding claims, characterized in that the hardware element has an infrared light function and / or is connected to an infrared light function. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Element aus einer auswechselbaren physischen Chipkarte und / oder einer eingebauten physisch nicht auswechselbare Chipkarte und / oder chipkartenidentischen Funktion aufweisendem Element besteht.Use after Claim 1 , characterized in that the electronic element consists of an exchangeable physical chip card and / or a built-in physically non-exchangeable chip card and / or an element having a function identical to a chip card. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Element mindestens einen Verschlüsselungscode aufweist und/oder mit mindstens einem Verschlüsselungscode digital verknüpft ist.Use according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic element has at least one encryption code and / or is digitally linked to at least one encryption code. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlüsselungscode aus mindestens acht Zeichen besteht, basierend auf einem Zeichenraum von mindestens 89 Zeichen.Use according to one of the preceding claims, characterized in that the encryption code consists of at least eight characters, based on a character space of at least 89 characters. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlüsselungscode in der IT -Infrastruktur gespeichert ist.Use according to one of the preceding claims, characterized in that the encryption code is stored in the IT infrastructure. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bildscan, insbesondere Irisscan zur Authentifizierung und Identifizierung in der IT-Infrastruktur verwendet wird.Use according to one of the preceding claims, characterized in that an image scan, in particular an iris scan, is used for authentication and identification in the IT infrastructure. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildscan in der IT Infrastruktur mit dem Verschlüsselungscode verknüpft ist. Use according to one of the preceding claims, characterized in that the image scan in the IT infrastructure is linked to the encryption code. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die digialen Bilddaten zur Identifizierung und Authentifizierung einen sekundengenauen Zeitstempel aufweisen.Use according to one of the preceding claims, characterized in that the digital image data have a time stamp accurate to the second for identification and authentication. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass erzeugten digitalen Daten des elektronischen Elementes in der IT Infrastruktur gespeichert werden, ohne dass diese auf einem lokalen Rechner installiert sein müssenUse according to one of the preceding claims, characterized in that generated digital data of the electronic element are stored in the IT infrastructure without having to be installed on a local computer Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die digitalen Bilddaten, insbesondere des Irisscans, zur Identifizierung und Authentifizierung in der IT- Infrastruktur mit den digitalen Stammbild Daten durch eine Bilderkennungssoftware verglichen werden.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,Method according to one of the preceding claims, characterized in that the digital image data, in particular the iris scan, for identification and authentication in the IT infrastructure are compared with the digital master image data by means of image recognition software. Method according to one of the preceding claims, characterized in that Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Identifizierung und Authentifizierung des Bildscans eine automatische digitale Verknüpfung des elektronischen Elementes mit der IT Infrastruktur hergestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that an automatic digital linkage of the electronic element with the IT infrastructure is established for the identification and authentication of the image scan. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Element vorzugsweise maximal ein Format von 85,6 mm x 54 mm aufweist, insbesondere ein Format 25 mm x 15 mm und /oder 15 mm x 12 mm und /oder 12,3 mm x 8,8 mm aufweist.Use after Claim 1 , characterized in that the electronic element preferably has a maximum format of 85.6 mm x 54 mm, in particular a format of 25 mm x 15 mm and / or 15 mm x 12 mm and / or 12.3 mm x 8.8 mm having. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Element, vorzugsweise eine Dicke von maximal 2 mm aufweist, vorzugsweise eine Dicke von mindestens 0,3 - 1 mm , insbesondere 0,76 mm und / oder beträgt 0,67 mm beträgt.Use after Claim 1 , characterized in that the electronic element, preferably has a thickness of at most 2 mm, preferably a thickness of at least 0.3 - 1 mm, in particular 0.76 mm and / or is 0.67 mm. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Element, vorzugsweise eine Speicherkapazität von mindestens 128 Gigabyte aufweist.Use after Claim 1 , characterized in that the electronic element, preferably has a storage capacity of at least 128 gigabytes.
DE102018010197.6A 2018-12-18 2018-12-18 Electronic element and electrically controlled display element Withdrawn DE102018010197A1 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018010197.6A DE102018010197A1 (en) 2018-12-18 2018-12-18 Electronic element and electrically controlled display element
PCT/DE2019/000340 WO2020125840A1 (en) 2018-12-18 2019-12-18 Electronic element and electrically controlled display element
DE112019005630.1T DE112019005630A5 (en) 2018-12-18 2019-12-18 Electronic element and electrically controlled display element
PCT/DE2019/000339 WO2020125839A1 (en) 2018-12-18 2019-12-18 Electronic element and electrically controlled display element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018010197.6A DE102018010197A1 (en) 2018-12-18 2018-12-18 Electronic element and electrically controlled display element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102018010197A1 true DE102018010197A1 (en) 2020-06-18

Family

ID=69723749

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102018010197.6A Withdrawn DE102018010197A1 (en) 2018-12-18 2018-12-18 Electronic element and electrically controlled display element
DE112019005630.1T Pending DE112019005630A5 (en) 2018-12-18 2019-12-18 Electronic element and electrically controlled display element

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112019005630.1T Pending DE112019005630A5 (en) 2018-12-18 2019-12-18 Electronic element and electrically controlled display element

Country Status (2)

Country Link
DE (2) DE102018010197A1 (en)
WO (2) WO2020125840A1 (en)

Cited By (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112105004A (en) * 2020-09-15 2020-12-18 努比亚技术有限公司 Electronic price tag network detection method, device and computer readable storage medium
CN112463822A (en) * 2020-11-27 2021-03-09 海光信息技术股份有限公司 Data processing method and device for chip, electronic equipment and storage medium
CN112579512A (en) * 2020-12-24 2021-03-30 中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 Airborne embedded intelligent micro-processing system
CN112785142A (en) * 2021-01-19 2021-05-11 翰克偲诺水务集团有限公司 Intelligent work order early warning method and system for sewage treatment equipment based on Internet of things
CN112883407A (en) * 2021-04-04 2021-06-01 湖南科技学院 Privacy data full life cycle protection method and system based on Internet of vehicles
CN113147764A (en) * 2021-06-01 2021-07-23 吉林大学 Vehicle control method based on hybrid potential function of cooperative adaptive cruise system
CN113190801A (en) * 2021-05-31 2021-07-30 中国计量大学 Multi-unmanned aerial vehicle cooperative pollution source positioning method based on anxiety degree-auction
CN113671928A (en) * 2021-07-05 2021-11-19 浙江零跑科技股份有限公司 Fault-tolerant type fault detection and protection method for controller of electric drive assembly
CN113687993A (en) * 2021-09-06 2021-11-23 天津津航计算技术研究所 Onboard equipment power-on and power-off test system
CN113682932A (en) * 2021-08-17 2021-11-23 恒达富士电梯有限公司 Dedicated control system of explosion-proof ladder
CN113703984A (en) * 2021-09-02 2021-11-26 同济大学 SOA (service oriented architecture) -based cloud task optimization strategy method under 5G cloud edge collaborative scene
CN113900289A (en) * 2021-10-18 2022-01-07 中国工程物理研究院电子工程研究所 Preparation method of light source integrated physical unclonable function device
CN114173544A (en) * 2020-09-11 2022-03-11 英业达科技有限公司 Material receiving prompting system and method of SMT machine table
DE102020125901A1 (en) 2020-10-02 2022-04-07 Nishi Notani Flexible display unit with electronic paper and solar foil
CN114333240A (en) * 2021-12-30 2022-04-12 中电科(宁波)海洋电子研究院有限公司 Help seeking system and method
CN114397267A (en) * 2022-01-18 2022-04-26 清华大学深圳国际研究生院 Terahertz imaging optimization method, computer device and storage medium
CN114416457A (en) * 2022-03-30 2022-04-29 百信信息技术有限公司 Computer aging centralized detection management method and device, electronic equipment and medium
CN114725682A (en) * 2022-04-19 2022-07-08 广州程星通信科技有限公司 Phased array beam pointing design method, system, device and storage medium
CN114766414A (en) * 2022-05-26 2022-07-22 国信中船(青岛)海洋科技有限公司 Cultivation ship with cultivation cabin seawater partition intelligent cleaning system and cleaning method
CN114826965A (en) * 2022-04-14 2022-07-29 国电南瑞科技股份有限公司 Monitoring system reconstruction and extension do not disturb method based on plant station side panoramic data
CN114828418A (en) * 2022-04-25 2022-07-29 惠州市金百泽电路科技有限公司 Method for automatically moving PCB
CN114903020A (en) * 2022-05-16 2022-08-16 中科安芯(深圳)科技有限公司 Specific phototaxis waveband granary pest trapping system and control method thereof
CN115003020A (en) * 2021-09-30 2022-09-02 荣耀终端有限公司 Circuit board and electronic equipment
CN115134477A (en) * 2022-04-29 2022-09-30 西安应用光学研究所 Synchronous positioning method for photoelectric system
CN116066344A (en) * 2023-03-30 2023-05-05 深圳艾为电气技术有限公司 IGBT-based electric compressor control method and device
CN116500549A (en) * 2023-06-28 2023-07-28 南京邮电大学 LTCC-based four-channel X-band three-dimensional stacking structure TR assembly
CN116524123A (en) * 2023-04-20 2023-08-01 深圳市元甪科技有限公司 Three-dimensional electrical impedance tomography image reconstruction method and related equipment
WO2023198551A1 (en) * 2022-04-14 2023-10-19 Larmar GmbH Surface coating and production method
CN117021435A (en) * 2023-05-12 2023-11-10 浙江闽立电动工具有限公司 Trimming control system and method of trimmer
CN117079445A (en) * 2023-10-13 2023-11-17 深圳市微克科技有限公司 Infrared remote control method, system and medium based on intelligent watch
CN117686670A (en) * 2024-02-02 2024-03-12 内蒙古蒙牛乳业(集团)股份有限公司 Sample automatic detection system and intelligent laboratory
CN117875671A (en) * 2024-02-23 2024-04-12 广东格绿朗节能科技有限公司 Sunshade production analysis method, system and storage medium based on artificial intelligence
DE102022128744A1 (en) 2022-10-28 2024-05-08 KSB SE & Co. KGaA Method for exchanging information between an external receiver and a pump

Families Citing this family (144)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11071857B2 (en) 2016-08-22 2021-07-27 William Marsh Rice University Systems and methods for wireless treatment of arrhythmias
US10419225B2 (en) 2017-01-30 2019-09-17 Factom, Inc. Validating documents via blockchain
US10817873B2 (en) 2017-03-22 2020-10-27 Factom, Inc. Auditing of electronic documents
WO2019105573A1 (en) * 2017-12-01 2019-06-06 Volvo Truck Corporation A method for maintenance of a vehicle
US11134120B2 (en) 2018-05-18 2021-09-28 Inveniam Capital Partners, Inc. Load balancing in blockchain environments
US10783164B2 (en) 2018-05-18 2020-09-22 Factom, Inc. Import and export in blockchain environments
US11170366B2 (en) 2018-05-18 2021-11-09 Inveniam Capital Partners, Inc. Private blockchain services
US11989208B2 (en) 2018-08-06 2024-05-21 Inveniam Capital Partners, Inc. Transactional sharding of blockchain transactions
US11620642B2 (en) 2018-08-06 2023-04-04 Inveniam Capital Partners, Inc. Digital contracts in blockchain environments
WO2020106862A1 (en) 2018-11-20 2020-05-28 The Regents Of The University Of California Systems and methods for controlling wirelessly powered leadless pacemakers
US11560226B2 (en) * 2019-05-07 2023-01-24 George Miller Drone airstation method and system
CN112015156A (en) * 2019-05-28 2020-12-01 上海中兴软件有限责任公司 Vehicle-mounted diagnosis device and system and detection method
TWI762828B (en) * 2019-11-01 2022-05-01 緯穎科技服務股份有限公司 Signal adjusting method for peripheral component interconnect express and computer system using the same
US11544252B2 (en) * 2019-12-17 2023-01-03 Akamai Technologies, Inc. High performance distributed system of record with extended transaction processing capability
SG10201912999VA (en) * 2019-12-23 2020-09-29 Islamic Res And Training Institute Method and System for Transaction Validation in a Distributed Computing System
US11483131B2 (en) * 2020-01-09 2022-10-25 Eternal Paradise Limited Ability to forget in blockchain
US11444749B2 (en) 2020-01-17 2022-09-13 Inveniam Capital Partners, Inc. Separating hashing from proof-of-work in blockchain environments
EP4110165A4 (en) 2020-02-28 2024-05-15 The Regents of the University of California Integrated energy harvesting transceivers and transmitters with dual-antenna architecture for miniaturized implants and electrochemical sensors
US11042688B1 (en) * 2020-05-27 2021-06-22 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method of certifying safety levels of semiconductor memories in integrated circuits
US20230259324A1 (en) * 2020-06-30 2023-08-17 Sony Semiconductor Solutions Corporation Electronic apparatus and method for controlling operation of the same
CN111782009B (en) * 2020-06-30 2022-07-29 西安易朴通讯技术有限公司 Electronic device
CN111601463B (en) * 2020-07-02 2022-06-24 遂宁市海翔电子科技有限公司 Precise manufacturing method of heat dissipation composite type high-strength 5G circuit board
CN111882010A (en) * 2020-07-21 2020-11-03 杭州电子科技大学 Dangerous chemical cabinet management system
CN112511484B (en) * 2020-08-20 2023-06-30 成都悍力鼎科技有限公司 U shield safety control management system
CN112017026A (en) * 2020-08-26 2020-12-01 普洛斯科技(重庆)有限公司 Data processing method and device in logistics waybill loan scene
DE102020123105A1 (en) 2020-09-04 2022-03-10 GRID INVENT gGmbH traffic system
DE102020123107A1 (en) 2020-09-04 2022-03-10 GRID INVENT gGmbH Authentication element to identify a user
CN112260849B (en) * 2020-09-10 2023-01-17 卡斯柯信号(郑州)有限公司 Self-adaptive exchange system for urban rail transit signal service data
CN112099844B (en) * 2020-09-16 2023-09-08 国网甘肃省电力公司信息通信公司 Multi-kernel compatible intelligent browsing system for national network service system
CN112099413B (en) * 2020-09-24 2022-04-01 湖南能源大数据中心有限责任公司 Household electricity consumption data monitoring method and device
CN114372051A (en) * 2020-10-16 2022-04-19 华为技术有限公司 Data processing system, and data processing method and device based on block chain
CN112261589A (en) * 2020-10-20 2021-01-22 深圳市沃特沃德股份有限公司 Electric vehicle anti-theft method and device based on multiple Internet of things modules and computer equipment
CN112285746B (en) * 2020-10-21 2024-02-13 厦门大学 Spoofing detection method and device based on multipath signals
CN114442305A (en) * 2020-11-02 2022-05-06 上海迈利船舶科技有限公司 Vision enhancement AIS (automatic identification System) ship telescope
CN112526945B (en) * 2020-11-09 2022-07-05 福建福瑞康信息技术有限公司 Full-process monitoring and early warning system with feedback and closed-loop control functions
CN112333030B (en) * 2020-11-24 2023-07-18 北京百度网讯科技有限公司 Method, device, electronic equipment and storage medium for communication between private networks
CN114546036B (en) * 2020-11-24 2023-11-24 中国联合网络通信集团有限公司 Flexible screen terminal and drop protection method and storage medium thereof
CN112346465B (en) * 2020-11-27 2022-09-02 哈尔滨工程大学 IALOS guide law-based adaptive fuzzy control method for under-actuated unmanned ship
CN112506456B (en) * 2020-11-27 2023-04-18 广州雅量商业智能技术有限公司 Electronic price tag data refreshing system and method
CN112462773B (en) * 2020-11-27 2022-09-02 哈尔滨工程大学 Path tracking anti-saturation robust control method of under-actuated surface vessel
CN112683710B (en) * 2020-12-02 2024-04-16 大连理工大学 Test device for accelerated corrosion of reinforced concrete bridge plate under chloride ion corrosion
CN112492536B (en) * 2020-12-16 2022-02-15 中国联合网络通信集团有限公司 Communication control method, device and server
EP4262972A1 (en) * 2020-12-18 2023-10-25 The Regents of the University of California Wireless recording system-on-chip for distributed neural interface systems with inductive power delivery and uwb data transmission
CN114697757B (en) * 2020-12-31 2023-12-26 深圳市奥拓电子股份有限公司 Method for transmitting high data rate video, LED display device and system thereof
CN112653558B (en) * 2020-12-31 2023-07-18 南威软件股份有限公司 Validity identification method, device and medium for mobile equipment electronic signature
CN112887947B (en) * 2021-01-14 2021-12-03 南通大学 Bluetooth Mesh clustering networking method for double-layer block chain
CN112866964B (en) * 2021-01-18 2023-05-12 恒玄科技(上海)股份有限公司 Wireless earphone assembly
CN112798318B (en) * 2021-02-06 2023-04-25 济南蓝辰能源技术有限公司 Cold junction performance monitoring and intelligent diagnosis system of wet cooling unit
US11854080B2 (en) * 2021-02-12 2023-12-26 Blackstar Enterprises Group System and method for matching orders and immutable blockchain ledger for all customer trading activity with settlement into the broker dealer ecosystem
CN113132455A (en) * 2021-03-01 2021-07-16 唐芮 Distributed industrial Internet of things monitoring method and system
CN113014321B (en) * 2021-03-18 2022-10-25 新疆大学 Visible light relay access system and method based on MIMO power line return
US12008526B2 (en) 2021-03-26 2024-06-11 Inveniam Capital Partners, Inc. Computer system and method for programmatic collateralization services
CN113160384B (en) * 2021-03-30 2023-07-11 福建师范大学 Multi-three-dimensional object encryption and decryption method based on windowing binary phase and controllable reconstruction
CN113409245B (en) * 2021-04-06 2024-04-02 中国电子技术标准化研究院 Automatic identification method for electronic component X-ray inspection defects
CN112953702A (en) * 2021-04-08 2021-06-11 湘潭大学 Physical layer encryption method for 5G communication system of high-speed train
CN113096042B (en) * 2021-04-09 2022-06-10 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 Glow image acquisition device and image processing method thereof
CN113127795B (en) * 2021-04-13 2023-05-23 苏州卡创信息科技有限公司 Analysis method for albedo earth heat flow of near-earth space vehicle
CN112988148B (en) * 2021-04-15 2023-11-17 上海简苏网络科技有限公司 Multi-block-chain and cross-platform supporting SDK generation method and device
CN113206775B (en) * 2021-04-16 2023-04-07 中科开创(广州)智能科技发展有限公司 Terminal access equipment with CAN bus function, application method and device
CN113194160A (en) * 2021-04-22 2021-07-30 西安交通大学 Large-span domain IP address rapid dynamic switching system and method
CN112950844B (en) * 2021-04-29 2022-04-19 四川虹美智能科技有限公司 Intelligent vending machine control method, control platform and system
CN113343727B (en) * 2021-05-17 2022-09-02 活字科技(杭州)有限公司 RFID device management apparatus and control method
CN113240194B (en) * 2021-06-04 2022-08-23 河北工业大学 Energy storage battery capacity prediction method, server and computer readable storage medium
US12007972B2 (en) 2021-06-19 2024-06-11 Inveniam Capital Partners, Inc. Systems and methods for processing blockchain transactions
CN113447970B (en) * 2021-06-28 2023-05-23 潍柴动力股份有限公司 Method and device for filling continuous missing data of navigation data and navigation system
CN113641378B (en) * 2021-07-13 2024-01-26 烽火通信科技股份有限公司 Optical module program upgrading method, device, equipment and readable storage medium
CN113484877B (en) * 2021-07-14 2024-02-13 中国东方航空股份有限公司 Method and system for preventing collision of ground of aircraft during running
CN113556340B (en) * 2021-07-21 2023-09-26 国网四川省电力公司乐山供电公司 Portable VPN terminal, data processing method and storage medium
CN113482557A (en) * 2021-07-27 2021-10-08 合肥工业大学 Oil base drill chip processing apparatus
TWI794910B (en) * 2021-07-29 2023-03-01 旺宏電子股份有限公司 Memory and training method for neutral network based on memory
CN113496047B (en) * 2021-07-29 2024-04-30 深圳市纽创信安科技开发有限公司 Electronic cipher card with anti-disassembly protection
CN113886151A (en) * 2021-08-12 2022-01-04 北京航天长征飞行器研究所 Board card testing method and system based on application program development framework
CN113746827B (en) * 2021-08-31 2023-02-10 中国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所 Real-time data link byte stream error-proofing method based on multi-band turing machine
US20230078016A1 (en) * 2021-09-10 2023-03-16 Qualcomm Incorporated Dual subscriber coexistence management
US11977614B2 (en) 2021-09-20 2024-05-07 International Business Machines Corporation Circuit design watermarking
CN113917845A (en) * 2021-09-22 2022-01-11 北京金茂绿建科技有限公司 Control method and device, electronic equipment and storage device
CN113794870A (en) * 2021-09-26 2021-12-14 北京三月雨文化传播有限责任公司 Cloud VR system based on cable television network video data and use method thereof
CN114007215A (en) * 2021-09-26 2022-02-01 银盛通信有限公司 Method for opening accounts in batches by mobile resale system
CN114184126B (en) * 2021-09-28 2023-11-24 友达光电股份有限公司 Portable detection device and environment monitoring method using same
CN114048063B (en) * 2021-09-28 2024-06-07 北京控制工程研究所 Method and system for processing cutting machine or reset fault in spark vehicle driving-away process
CN114266856A (en) * 2021-10-08 2022-04-01 上海应用技术大学 Portable CT visualization device
CN114018416B (en) * 2021-10-25 2024-04-26 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学士官学校 Thermal infrared camera radiation calibration method and system
CN113709744B (en) * 2021-10-28 2022-03-11 连连(杭州)信息技术有限公司 Wi-Fi control method and device, electronic equipment and storage medium
CN114065885A (en) * 2021-10-29 2022-02-18 中海油天津化工研究设计院有限公司 Explosion-proof electrical equipment inspection, modification and traceable system based on explosion-proof RFID label
CN114018942B (en) * 2021-11-02 2024-01-23 山东钢铁集团日照有限公司 Detection device for cold detection communication module
CN114189299B (en) * 2021-11-08 2023-06-23 西安电子科技大学广州研究院 Quick consensus method and system capable of defending frequency spectrum sensing data counterfeiting attack
CA3237299A1 (en) * 2021-11-09 2023-05-19 Carolyn Ann Bankston Systems and methods for providing and using wearable electronic accessories
CN114153344A (en) * 2021-11-19 2022-03-08 深圳集智数字科技有限公司 Group creation method and device, electronic equipment and storage medium
CN114339732B (en) * 2021-12-07 2023-10-20 重庆邮电大学 Vehicle network anonymous trust management method based on attribute signature
CN114071561B (en) * 2021-12-07 2023-06-23 中国联合网络通信集团有限公司 Data reporting method, device, equipment and storage medium
CN114257705A (en) * 2021-12-14 2022-03-29 杭州特效小哥文化传播有限公司 Virtual shooting technology specific implementation method based on unreal engine
CN114286481A (en) * 2021-12-28 2022-04-05 南京快轮智能科技有限公司 Energy-saving control method for vehicle illuminating lamp instrument
CN114554310B (en) * 2022-01-04 2024-03-22 云南电网有限责任公司 Electric power metering sniffing system and method
CN114358228A (en) * 2022-01-06 2022-04-15 宝武集团鄂城钢铁有限公司 Dangerous source management system based on two-dimensional code
CN114518716A (en) * 2022-01-12 2022-05-20 厦门聚视智创科技有限公司 Control system is cleaned to cell-phone center
CN114095661B (en) * 2022-01-18 2022-06-14 深圳维特智能科技有限公司 Low-power-consumption control power supply management method and device and computer equipment
CN114172171B (en) * 2022-02-10 2022-04-26 国网江苏省电力有限公司苏州供电分公司 Interconnected power grid electromechanical disturbance propagation control method based on lightning tracking
CN114492810B (en) * 2022-02-11 2023-03-24 北京百度网讯科技有限公司 Superconducting quantum chip design method and device, electronic device and medium
CN114530024A (en) * 2022-02-18 2022-05-24 努尔玛信息科技(上海)有限公司 Safety supervision system based on Internet of things
CN114666128B (en) * 2022-03-23 2023-03-24 北京永信至诚科技股份有限公司 Honeypot threat information sharing method, device and equipment and readable storage medium
CN114838755B (en) * 2022-03-26 2024-05-28 西北工业大学 Archaeological pre-detection carrying platform system and method
TWI795256B (en) * 2022-03-31 2023-03-01 穎利科研國際事業有限公司 Internet of Vehicles Information Security Protection System
CN114800517B (en) * 2022-05-13 2023-10-13 山东大学 Multi-degree-of-freedom hydraulic mechanical arm real-time control system and method
CN114625360B (en) * 2022-05-16 2022-10-21 西安数道航空技术有限公司 Coupling-free digital development platform and system
CN114993604B (en) * 2022-05-24 2023-01-17 中国科学院力学研究所 Wind tunnel balance static calibration and measurement method based on deep learning
CN114708699B (en) * 2022-06-01 2022-08-12 天津理工大学 Building operation and maintenance monitoring and alarming system and method based on CIM
CN114999363A (en) * 2022-06-13 2022-09-02 百果园技术(新加坡)有限公司 Color shift correction method, device, equipment, storage medium and program product
CN115048663B (en) * 2022-06-22 2023-05-05 河南夺冠互动网络科技有限公司 Security policy generation method for data in service
CN115204637B (en) * 2022-06-27 2023-07-14 青岛海信信息科技股份有限公司 SMT production and distribution method and equipment based on WMS system
CN115276716B (en) * 2022-06-29 2024-06-11 湖南大学 Underwater robot information communication system and method
CN115202125A (en) * 2022-07-08 2022-10-18 惠科股份有限公司 Display panel and display module
CN115174874B (en) * 2022-07-22 2023-04-07 中国科学院空间应用工程与技术中心 System, method, medium and equipment for world video interaction based on soft switch
CN115273491B (en) * 2022-07-22 2023-07-21 上海交通大学 Drive test sensing equipment and sensing method of intelligent vehicle-road cooperative system
CN115138226A (en) * 2022-07-29 2022-10-04 上海保圣实业发展有限公司 Gas dilution smells system
CN115527502B (en) * 2022-08-04 2024-04-05 浙江迪元仪表有限公司 Intelligent water meter backlight control system and method based on infrared induction
CN115002170B (en) * 2022-08-05 2022-11-22 江苏橙智云信息技术有限公司 Multi-condition linkage instruction execution method based on Internet of things
CN115361032B (en) * 2022-08-17 2023-04-18 佛山市朗盛通讯设备有限公司 Antenna unit for 5G communication
TWI829372B (en) * 2022-09-30 2024-01-11 華南商業銀行股份有限公司 Funding demand forecasting system and forecasting method
CN115294284B (en) * 2022-10-09 2022-12-20 南京纯白矩阵科技有限公司 High-resolution three-dimensional model generation method for guaranteeing uniqueness of generated model
CN115310070B (en) * 2022-10-12 2023-01-31 北京瀚科智翔科技发展有限公司 Intelligent unmanned aerial vehicle load identification method and system and storage medium
CN115330584B (en) * 2022-10-17 2023-01-31 北京点聚信息技术有限公司 Anti-copying encryption method for electronic seal
CN115687190B (en) * 2022-11-04 2024-03-19 浙江衡玖医疗器械有限责任公司 Multipath interaction control circuit and method
CN115898512A (en) * 2022-11-10 2023-04-04 河南萱泽科技有限公司 Digital intelligent analysis system and analysis method for gas control
CN115497031B (en) * 2022-11-14 2023-06-13 广东祥利科技有限公司 Performance detection method and system for PVC sheath material based on image processing
CN115766687B (en) * 2022-11-15 2024-05-28 四川天邑康和通信股份有限公司 Home gateway ipv6 file system and interaction method thereof
CN116011915B (en) * 2023-01-16 2023-09-05 中国人民解放军军事科学院系统工程研究院 Multi-mode intermodal scheme generation method and device
CN115798559B (en) * 2023-02-10 2023-07-04 长鑫存储技术有限公司 Failure unit prediction method, device, equipment and storage medium
CN115994474B (en) * 2023-03-17 2023-07-21 荣耀终端有限公司 Drop simulation method and device
CN116156093B (en) * 2023-04-04 2023-07-18 福建环宇通信息科技股份公司 Medical terminal equipment based on audio and video gathers and talkbacks
CN116153646B (en) * 2023-04-23 2023-07-14 通友微电(四川)有限公司 Preparation device and method for patch type inductor
CN116305366B (en) * 2023-05-23 2023-09-15 四川启睿克科技有限公司 Modeling method and simplified model of liquid crystal display television heat dissipation simulation module
CN116683519B (en) * 2023-05-30 2024-02-13 西南交通大学 Optimized operation control method for flexible traction power supply system
CN116576865B (en) * 2023-07-07 2023-10-17 民航成都电子技术有限责任公司 Flight area path planning method, device, equipment and medium
CN116993905B (en) * 2023-07-10 2024-05-28 中建三局第三建设工程有限责任公司 Three-dimensional pipeline reconstruction method and system based on B/S architecture
CN117200980B (en) * 2023-09-08 2024-04-05 广州天力能科技有限公司 Electric digital data transmission chip circuit
CN116929459B (en) * 2023-09-12 2023-12-05 常州满旺半导体科技有限公司 Electronic equipment automatic test early warning system and method based on Internet of things
CN117164401A (en) * 2023-11-01 2023-12-05 北京世纪农丰土地科技有限公司 Solid waste fermentation system of farmland straw
CN117440019B (en) * 2023-12-15 2024-02-13 四川开物信息技术有限公司 Laboratory Internet of things method and system based on blockchain
CN117746309A (en) * 2024-01-21 2024-03-22 镇江捷特汽车科技有限公司 Safety state identification system for electric vehicle charging pile
CN117691755A (en) * 2024-02-02 2024-03-12 南京雅宸众联电力技术有限公司 Visual monitoring and anomaly detection system for secondary circuit of intelligent substation
CN117707409B (en) * 2024-02-04 2024-05-24 深圳市爱科贝电子有限公司 Earphone information display method, device, system and equipment
CN117724386B (en) * 2024-02-18 2024-04-19 天津德科智控股份有限公司 EPS system MCU and FOC chip combined use communication device and method
CN117834755B (en) * 2024-03-04 2024-05-10 中国人民解放军国防科技大学 Interface circuit between protocol layer and adapter layer facing core particle interconnection interface and chip
CN117951963B (en) * 2024-03-22 2024-06-04 深圳鸿芯微纳技术有限公司 Chip thermal simulation analysis method and device based on Hamiltonian-Monte Carlo sampling

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US466000A (en) 1891-12-29 Photographic-printing frame
DE102006007904A1 (en) * 2005-02-20 2006-09-07 Werner Klotz Arrangement for multifunctional appliances, such as digital mobile RF card devices with integrated color display, has reading device and/or sensor in housing with cover and receptacle for cardholder
US20070285361A1 (en) * 2004-02-26 2007-12-13 Tehnoloski Centar D.O.O. System of Wireless Electronic Registration Plates
US20080126260A1 (en) * 2006-07-12 2008-05-29 Cox Mark A Point Of Sale Transaction Device With Magnetic Stripe Emulator And Biometric Authentication
US9007193B2 (en) * 2010-05-27 2015-04-14 Revivermx, Inc. Method and system for rendering content on the exterior of a vehicle
DE102014116183A1 (en) * 2014-11-06 2016-05-12 Bundesdruckerei Gmbh Method for providing an access code on a portable device and portable device
US20170255324A1 (en) * 2016-03-02 2017-09-07 Japan Display Inc. Card type device

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030142044A1 (en) * 2002-01-31 2003-07-31 James Berry License plate frame with programmable electronic display
US20060125061A1 (en) * 2003-01-09 2006-06-15 Wolfgang Clemens Board or substrate for an organic electronic device and use thereof
WO2004086338A2 (en) * 2003-03-21 2004-10-07 Intellimats, Llc Flexible electronic display and wireless communication system
TWM262924U (en) * 2004-07-02 2005-04-21 Li Jiun Heng Programmable wireless transceiver module
DE102006023949A1 (en) * 2006-05-17 2007-11-22 Winrich Hoseit Mobile digital memory card for use in e.g. mobile phone, has smart card with processor accessible by inputting personal identification number, and flash memory usable, if processor of card is de-energised by input of identification number
US9077542B2 (en) * 2008-09-23 2015-07-07 GM Global Technology Operations LLC System and method for confirming that a user of an electronic device is an authorized user of a vehicle
US20150170212A1 (en) * 2013-09-24 2015-06-18 Peter McGie Remotely Connected Digital Messageboard System and Method
US10878414B2 (en) * 2013-09-30 2020-12-29 Apple Inc. Multi-path communication of electronic device secure element data for online payments
DE102014116060A1 (en) * 2014-11-04 2016-05-04 Bundesdruckerei Gmbh Method for executing an electronic application
US10922736B2 (en) * 2015-05-15 2021-02-16 Manufacturing Resources International, Inc. Smart electronic display for restaurants
GB2544262A (en) * 2015-10-27 2017-05-17 Robert Headley William A remotely configurable display
DE202016105474U1 (en) * 2016-09-30 2016-11-17 Jumo Gmbh & Co. Kg Device for tamper-proof registration of measured values

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US466000A (en) 1891-12-29 Photographic-printing frame
US20070285361A1 (en) * 2004-02-26 2007-12-13 Tehnoloski Centar D.O.O. System of Wireless Electronic Registration Plates
DE102006007904A1 (en) * 2005-02-20 2006-09-07 Werner Klotz Arrangement for multifunctional appliances, such as digital mobile RF card devices with integrated color display, has reading device and/or sensor in housing with cover and receptacle for cardholder
US20080126260A1 (en) * 2006-07-12 2008-05-29 Cox Mark A Point Of Sale Transaction Device With Magnetic Stripe Emulator And Biometric Authentication
US9007193B2 (en) * 2010-05-27 2015-04-14 Revivermx, Inc. Method and system for rendering content on the exterior of a vehicle
DE102014116183A1 (en) * 2014-11-06 2016-05-12 Bundesdruckerei Gmbh Method for providing an access code on a portable device and portable device
US20170255324A1 (en) * 2016-03-02 2017-09-07 Japan Display Inc. Card type device

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DIN EN 8942-2[1]
DIN-Norm 44300

Cited By (55)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114173544A (en) * 2020-09-11 2022-03-11 英业达科技有限公司 Material receiving prompting system and method of SMT machine table
CN114173544B (en) * 2020-09-11 2023-11-24 英业达科技有限公司 Material receiving prompt system and method for SMT (surface mounting technology) machine
CN112105004A (en) * 2020-09-15 2020-12-18 努比亚技术有限公司 Electronic price tag network detection method, device and computer readable storage medium
DE102020125901A1 (en) 2020-10-02 2022-04-07 Nishi Notani Flexible display unit with electronic paper and solar foil
CN112463822A (en) * 2020-11-27 2021-03-09 海光信息技术股份有限公司 Data processing method and device for chip, electronic equipment and storage medium
CN112579512A (en) * 2020-12-24 2021-03-30 中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 Airborne embedded intelligent micro-processing system
CN112579512B (en) * 2020-12-24 2023-04-18 中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 Airborne embedded intelligent micro-processing system
CN112785142A (en) * 2021-01-19 2021-05-11 翰克偲诺水务集团有限公司 Intelligent work order early warning method and system for sewage treatment equipment based on Internet of things
CN112785142B (en) * 2021-01-19 2023-11-24 翰克偲诺水务集团有限公司 Intelligent work party early warning method and system for sewage treatment equipment of Internet of things
CN112883407B (en) * 2021-04-04 2022-05-24 湖南科技学院 Privacy data full life cycle protection method and system based on Internet of vehicles
CN112883407A (en) * 2021-04-04 2021-06-01 湖南科技学院 Privacy data full life cycle protection method and system based on Internet of vehicles
CN113190801B (en) * 2021-05-31 2023-11-17 中国计量大学 Anxiety-auction-based multi-unmanned aerial vehicle collaborative pollution source positioning method
CN113190801A (en) * 2021-05-31 2021-07-30 中国计量大学 Multi-unmanned aerial vehicle cooperative pollution source positioning method based on anxiety degree-auction
CN113147764A (en) * 2021-06-01 2021-07-23 吉林大学 Vehicle control method based on hybrid potential function of cooperative adaptive cruise system
CN113147764B (en) * 2021-06-01 2022-08-16 吉林大学 Vehicle control method based on hybrid potential function of cooperative adaptive cruise system
CN113671928A (en) * 2021-07-05 2021-11-19 浙江零跑科技股份有限公司 Fault-tolerant type fault detection and protection method for controller of electric drive assembly
CN113671928B (en) * 2021-07-05 2023-04-14 浙江零跑科技股份有限公司 Fault-tolerant type fault detection and protection method for controller of electric drive assembly
CN113682932A (en) * 2021-08-17 2021-11-23 恒达富士电梯有限公司 Dedicated control system of explosion-proof ladder
CN113703984B (en) * 2021-09-02 2024-03-19 同济大学 Cloud task optimization strategy method based on SOA (service oriented architecture) under 5G cloud edge cooperative scene
CN113703984A (en) * 2021-09-02 2021-11-26 同济大学 SOA (service oriented architecture) -based cloud task optimization strategy method under 5G cloud edge collaborative scene
CN113687993B (en) * 2021-09-06 2024-04-19 天津津航计算技术研究所 Up-down electric test system of airborne equipment
CN113687993A (en) * 2021-09-06 2021-11-23 天津津航计算技术研究所 Onboard equipment power-on and power-off test system
CN115003020A (en) * 2021-09-30 2022-09-02 荣耀终端有限公司 Circuit board and electronic equipment
CN113900289B (en) * 2021-10-18 2023-04-07 中国工程物理研究院电子工程研究所 Preparation method of light source integrated physical unclonable function device
CN113900289A (en) * 2021-10-18 2022-01-07 中国工程物理研究院电子工程研究所 Preparation method of light source integrated physical unclonable function device
CN114333240B (en) * 2021-12-30 2024-03-15 中电科(宁波)海洋电子研究院有限公司 Help seeking system and method
CN114333240A (en) * 2021-12-30 2022-04-12 中电科(宁波)海洋电子研究院有限公司 Help seeking system and method
CN114397267B (en) * 2022-01-18 2023-08-08 清华大学深圳国际研究生院 Terahertz imaging optimization method, computer device and storage medium
CN114397267A (en) * 2022-01-18 2022-04-26 清华大学深圳国际研究生院 Terahertz imaging optimization method, computer device and storage medium
CN114416457B (en) * 2022-03-30 2022-07-12 百信信息技术有限公司 Computer aging centralized detection management method and device, electronic equipment and medium
CN114416457A (en) * 2022-03-30 2022-04-29 百信信息技术有限公司 Computer aging centralized detection management method and device, electronic equipment and medium
CN114826965B (en) * 2022-04-14 2023-08-29 国电南瑞科技股份有限公司 Monitoring system reconstruction and expansion non-disturbance method based on panoramic data of plant station end
CN114826965A (en) * 2022-04-14 2022-07-29 国电南瑞科技股份有限公司 Monitoring system reconstruction and extension do not disturb method based on plant station side panoramic data
WO2023198551A1 (en) * 2022-04-14 2023-10-19 Larmar GmbH Surface coating and production method
CN114725682A (en) * 2022-04-19 2022-07-08 广州程星通信科技有限公司 Phased array beam pointing design method, system, device and storage medium
CN114828418B (en) * 2022-04-25 2024-03-15 深圳市造物工场科技有限公司 Automatic line shifting processing method for PCB
CN114828418A (en) * 2022-04-25 2022-07-29 惠州市金百泽电路科技有限公司 Method for automatically moving PCB
CN115134477A (en) * 2022-04-29 2022-09-30 西安应用光学研究所 Synchronous positioning method for photoelectric system
CN114903020A (en) * 2022-05-16 2022-08-16 中科安芯(深圳)科技有限公司 Specific phototaxis waveband granary pest trapping system and control method thereof
CN114903020B (en) * 2022-05-16 2024-05-14 中科芯禾(深圳)科技有限公司 Grain bin pest trapping system with specific phototactic wave band and control method thereof
CN114766414A (en) * 2022-05-26 2022-07-22 国信中船(青岛)海洋科技有限公司 Cultivation ship with cultivation cabin seawater partition intelligent cleaning system and cleaning method
CN114766414B (en) * 2022-05-26 2023-05-12 国信中船(青岛)海洋科技有限公司 Breeding ship with breeding cabin seawater partition intelligent cleaning system and cleaning method
DE102022128744A1 (en) 2022-10-28 2024-05-08 KSB SE & Co. KGaA Method for exchanging information between an external receiver and a pump
CN116066344A (en) * 2023-03-30 2023-05-05 深圳艾为电气技术有限公司 IGBT-based electric compressor control method and device
CN116524123A (en) * 2023-04-20 2023-08-01 深圳市元甪科技有限公司 Three-dimensional electrical impedance tomography image reconstruction method and related equipment
CN116524123B (en) * 2023-04-20 2024-02-13 深圳市元甪科技有限公司 Three-dimensional electrical impedance tomography image reconstruction method and related equipment
CN117021435A (en) * 2023-05-12 2023-11-10 浙江闽立电动工具有限公司 Trimming control system and method of trimmer
CN117021435B (en) * 2023-05-12 2024-03-26 浙江闽立电动工具有限公司 Trimming control system and method of trimmer
CN116500549B (en) * 2023-06-28 2023-11-07 南京邮电大学 LTCC-based four-channel X-band three-dimensional stacking structure TR assembly
CN116500549A (en) * 2023-06-28 2023-07-28 南京邮电大学 LTCC-based four-channel X-band three-dimensional stacking structure TR assembly
CN117079445B (en) * 2023-10-13 2023-12-15 深圳市微克科技有限公司 Infrared remote control method, system and medium based on intelligent watch
CN117079445A (en) * 2023-10-13 2023-11-17 深圳市微克科技有限公司 Infrared remote control method, system and medium based on intelligent watch
CN117686670A (en) * 2024-02-02 2024-03-12 内蒙古蒙牛乳业(集团)股份有限公司 Sample automatic detection system and intelligent laboratory
CN117686670B (en) * 2024-02-02 2024-05-03 内蒙古蒙牛乳业(集团)股份有限公司 Sample automatic detection system and intelligent laboratory
CN117875671A (en) * 2024-02-23 2024-04-12 广东格绿朗节能科技有限公司 Sunshade production analysis method, system and storage medium based on artificial intelligence

Also Published As

Publication number Publication date
DE112019005630A5 (en) 2021-09-09
WO2020125840A1 (en) 2020-06-25
WO2020125839A1 (en) 2020-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102018010197A1 (en) Electronic element and electrically controlled display element
CN113273146B (en) Decentralized network security privacy network for cloud communication, computing and global e-commerce
CN111740951B (en) Method for transmitting data packet by cloud security dynamic network and protocol
CN104333599B (en) Share the method and system and application service platform of application
Kato et al. Homoconjugated Push–Pull and Spiro Systems: Intramolecular Charge‐Transfer Interactions and Third‐Order Optical Nonlinearities
US20180260822A1 (en) METHOD AND SYSTEM FOR AUDITING AND VERIFYING VEHICLE IDENTIFICATION NUMBERS (VINs) WITH AUDIT FRAUD DETECTION
CN104662557B (en) The screen polarization of content driven is carried out by utility cession
Butun et al. Hardware security of fog end-devices for the internet of things
DE112012006217T5 (en) Techniques for monitoring connection paths in networked devices
DE102013004795A1 (en) Method for generating noise for noise generator for generating random numbers, passwords in computer technology, cloud computing, involves generating true random number for processing or transporting electric binary data
US20210224338A1 (en) Methods and Systems for Protecting User-Generated Data in Computer Network Traffic
Al-Qershi et al. Android vs. iOS: The security battle
US20170262863A1 (en) METHOD AND SYSTEM FOR AUDITING AND VERIFYING VEHICLE IDENTIFICATION NUMBERS (VINs) WITH CROWDSOURCING
CN105306208A (en) Identity verification method and identity verification device
CN105323066A (en) Identity verification method and device
US20190251584A1 (en) Evaluating and displaying feedback for an item distributed to a group of users at a collaborative event
CN107707518A (en) Device and method for the information security based on affairs
CN108287849A (en) The cross-platform page jump control method in operation side and its corresponding device
CN106970792B (en) Hot spot information display method based on screen locking
Mudhivarthi et al. Aspects of cyber security in autonomous and connected vehicles
Zefferer et al. Opportunities and forthcoming challenges of smartphone-based mgovernment services
Moon et al. Improvement of underwater colour correction using standard deviation ratio
Lakshman et al. Enhancing enterprise field productivity via cross platform mobile cloud apps
DE102015109294A1 (en) State-dependent notification
US11233758B2 (en) Selective screen sharing

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: GRID INVENT GGMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: TUENTE, UDO, DIPL.-DES., 46348 RAESFELD, DE

R118 Application deemed withdrawn due to claim for domestic priority
R118 Application deemed withdrawn due to claim for domestic priority