DE10124457A1 - Faser mit integriertem elektronischem Bauteil, elektronisches Gewebe, Herstellungsverfahren und Verwendung dazu - Google Patents

Faser mit integriertem elektronischem Bauteil, elektronisches Gewebe, Herstellungsverfahren und Verwendung dazu

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Abstract

Die Erfindung betrifft das neue Gebiet der "wearable electronics" insbesondere ein in eine Faser integriertes elektronisches Bauteil, ein Gewebe für ein Textil mit zumindest einer Faser mit integriertem elektronischem Bauteil, ein Herstellungsverfahren und Verwendungen dazu. Durch die Erfindung wird erstmals textiles Gewebe vorgestellt, in dem elektronische Bauteile in den Fasern des Gewebes selbst integriert sind. Die Fasern werden dabei als leitende oder isolierende Elemente der Bauteile genutzt.

Description

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

Claims (10)

1. Faser mit zumindest einem integrierten elektronischen Bau­ teil, wobei zumindest ein Teil der Faser Leiterbahn, halblei­ tende oder isolierende Schicht des Bauteils und/oder ein sonstiges Element des Bauteils ist.
2. Faser nach Anspruch 1, bei der das Bauteil ein Transistor ist.
3. Faser nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Bauteil ein Feldeffekttransistor aus im Wesentlichen organischem Material ist.
4. Faser nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Bauteil ein Kondensator oder eine Diode ist.
5. Faser nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Bauteil ein Widerstand ist.
6. Gewebe, das zumindest eine Faser mit zumindest einem in­ tegrierten elektronischen Bauteil umfasst.
7. Gewebe nach Anspruch 6, bei dem durch geeignete Verbindun­ gen oder Auftrennungen an den Kreuzungspunkten der Fasern im Gewebe eine elektronische Schaltung realisiert ist.
8. Gewebe nach einem der Ansprüche 6 oder 7, in dem ein Lei­ terbahnengeflecht, wie eine Spule, realisiert ist.
9. Verfahren zur Herstellung eines elektronischen und/oder intelligenten Gewebes durch Verknüpfung einer Faser mit zu­ mindest einem integrierten elektronischen Bauteil mit zumin­ dest einer weiteren Faser, die gleich oder ungleich der ers­ ten Faser ist.
10. Verwendung von elektronischem Gewebe in Kleidung, Möbel, Einrichtung und sonstigen Textilien.
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