Elektronik, die wie die menschliche Haut dehnbar ist, gehört die Zukunft. Dazu gehören Leiterplatten, die sich einer Bewegung anpassen können. Gefragt sind flexible und dehnbar Stoffe und Folien, die sowohl biegsam als auch dehnbar sind, damit sie der Bewegung des Menschen folgen können.

Eigenschaften der dehnbaren Leiterplatte

In Kleidung mit einem maximalen Tragekomfort muss die eingebettete Elektronik in der Lage sein, der Bewegung zu folgen und dann auch noch zu funktionieren.

• flexibel
• dehnbar
• biokompatibel
• luftdurchlässig
• wasserfest
• waschbar

In Laboren wird bereits an dehnbaren Verbindungstechnologien und flexiblen Schaltungstechniken geforscht. Dazugehören nicht nur elastische Verbindungsdrähte, sondern auch sehr kleine Bauteile.

Fertigungsmethoden

Die Integration von Elektronik in die Herstellungskette der Textilindustrie ist eine besondere Herausforderung. Die starren Bauteile müssen in ein flexibles Trägermaterial eingebettet werden. Zum Beispiel thermoplastisches Polyurethan (TPU).
Eine leitfähige Paste wird im Siebdruckverfahren auf Stoffe aufgebracht. Nach der Formung bleiben die Strukturen leitfähig und flexibel. Besondere Schwierigkeit bereitet der Übergang zwischen dem dehnbaren Trägermaterial und den konventionellen starren Bauteilen. Momentan werden fertige Module benötigt, die mit bekannten Methoden aufgebügelt oder laminiert werden.

Anwendungen

Die ersten flexiblen Geräte wird in intelligenter Kleidung, später sollen medizinische Anwendungen folgen.

• dehnbare Elektronik und Medizintechnik passen gut zusammen
• intelligente Verbandeinlagen
• Sensoren mit Speicher

Das Grundprinzip: Eine Strommessung setzt einen Widerstand in der Leitung voraus, durch den der zu messende Strom fließt. Die an diesem Widerstand abfallende Spannung wird verstärkt und dann in ein Signal umgewandelt welches sich für die berührungslose Messung eignet.

Unter Biometrie fallen Fingerabdrucksensoren in Notebooks und Smartphones. Und auch Ausweispapiere und Führerscheine mit biometrischen Merkmalen.
Der Vorteil, der Anwender kann seine biometrischen Merkmale nicht einfach so verlieren oder vergessen. Schlüssel, Karten, Codes und Passwörter lassen sich auch noch weitergeben.
Vergessene oder aufgeschriebene Passwörter und gestohlene Karten bedeuten für ein Unternehmen ernsthafte Sicherheitsprobleme und einen hohen Verwaltungsaufwand.
Bekannt sind optische, thermische und kapazitve Sensoren.

Biometrie ersetzt den Autoschlüssel

Sobald mehrere Personen ein Auto benutzen, fängt bei jedem Fahrerwechsel das Spiel mit dem Sitz einstellen und Spiegel verdrehen an. In Zukunft soll das wegfallen.
Das Auto merkt sich die Einstellungen von jedem Fahrer und erkennt am Fingerabdruck, wer das Auto aufgeschlossen hat. Wenn es einen anderen Fahrer erkennt, dann stellt es alle Benutzereinstellungen auf diesen Fahrer automatisch ein.

Wäre das eine interessante Anwendung in Ihrer Familie oder Firma mit häufig wechselnden Fahrern?

Biometrie statt Benutzername und Passwort

Viele Dienste, Services und Anwendungen die wir im Internet nutzen erfordern eine Registrierung oder Anmeldung mit Benutzername und Passwort. Jedes System erfordert einen anderen Benutzernamen und Passwort. Das ist ein großer Nachteil für die mobile Kommunikation. Vergesslich darf man dabei nicht sein. Besonders die Anmeldedaten, von selten genutzten Webseiten sind schnell vergessen.
Biometrie-Lösungen, meist mit Fingerabdruck-Scanner sind stark im kommen. Vor Jahren waren sie noch Fehleranfällig, empfindlich und mit einer schlechten Erkennungsrate versehen. Doch das hat sich geändert. Die Produkte sind brauchbar und massenmarkttauglich geworden.

Das Problem mit dem Fingerabdruck

Wenn ein Finger trocken oder verletzt ist, dann lassen sich Fingerabdrücke nur schwer erkennen. Aus diesem Grund, vorallem letzterer, sollte man den kleinen Finger für die Erkennung verwenden. Er wird seltener in Anspruch genommen.
Wegen der hohen Fehlerrate bei der Personenerkennung, insbesondere beim Fingerabdruck, geht man in der Biometrie den Weg der Venenmustererkennung in der Hand oder im Arm. Damit ist ein wesentlich zuverlässigere Erkennung möglich.

Seit dem Leuchtdioden sehr hell und weiß sind, liegt der Wunsch nahe sie zur Beleuchtung einzusetzen. Doch für Beleuchtungszwecke können LEDs normale Glühbirnen nicht einfach so ersetzen. LEDs produzieren neben Licht auch Wärme. Wärme wiederum verbessert die Leitfähigkeit von Halbleitern und deshalb auch von LEDs. Der Strom steigt an, was auch einen Temperaturanstieg zur Folge hat. Das Aufschaukeln von Temperatur und Strom wird in der Regel durch eine Strombegrenzung verhindert. Doch auch eine gute Wärmeableitung ist sehr wichtig.

Gefordert sind völlig neue Beleuchtungskonzepte, um die Möglichkeiten der LEDs ausschöpfen zu können. Das bedeutet freie Formen und digitale Farbsteuerung.

Zur Beleuchtung nutzt man derzeit weiße LEDs. Deren Farbstabilität und Farbtemperatur ist allerdings alles andere als optimal. Weiße LEDs bestehen aus einem blau leuchtenden Halbleiter, der in einem gelben Phosphor beschichteten Gehäuse steckt. So wird aus dem blauen Licht ein weißes Licht. Dessen Farbtemperatur hängt von der Phosphor-Beschichtung und der Dotierung des Halbleiters ab. Hinzu kommt, dass sich der Weißton in Abhängigkeit der Richtung, aus der man auf das Licht sieht, ändert.

Vorteile gegenüber Glühlampen

• deutliche höhere Lichtausbeute
• lange Lebensdauer
• hohe manuelle Belastbarkeit
• zuverlässiger
• lassen sich schneller schalten und modulieren
• günstige Gesamtkosten (Anschaffung + Betrieb)
• Lebensdauer bis 100.000 Stunden

Schwächen der LED

• geringe Leistung pro Einheit
• Elektronik zur Ansteuerung notwendig
• hohe Einstiegskosten
• Effizienz und Lichtfarbe von den Temperaturen abhängig
• Farbunterschiede zwischen den Produktionsserien

Ansteuerung

Für die Ansteuerung der Leuchtdioden ist zusätzliche Elektronik notwendig. Für die beste Lichtausbeute und Lebensdauer müssen die festgelegten Ströme und Spannungen eingehalten werden. Während sich eine LED mit 20 mA Betriebsstrom mit einem einfachen Vorwiderstand steuern lässt, ist das bei einer Hochleistungs-LED nicht möglich. Sie benötigt einen größeren Strom und eine umfangreiche Wärmeabfuhr.

Wärmeproblem

Die Lebensdauer einer LED hängt maßgeblich von deren Erwärmung ab. Je wärmer, desto kürzer ist die Lebensdauer und desto ineffizienter arbeitet sie. Da nicht die gesamte Energie in Licht umgewandelt werden kann, entsteht Wärme. Diese muss abgeleitet werden. Entweder über das Gehäuse oder einen Kühlkörper. Eine aktive Kühlung scheidet aus verschiedenen Gründen aus.

Fazit

Noch sind LEDs keine gebührenden Nachfolger von Glühlampen. Es ist jedoch davon auszugehen, dass LEDs sich im Bereich der Beleuchtung vollständig durchsetzen werden. Das kann aber noch ein paar Jahre dauern.

Es gibt zwei verschiedene Arten, um mit LEDs weißes Licht zu erzeugen.

Farben mischen

Die eine Möglichkeit ist, rote, grüne und blaue LEDs zu mischen. Daraus entsteht ein weißes Licht mit einstellbarem Farbraum. In dieser Form werden drei Leuchtdioden in einem gemeinsamen Gehäuse vereinigt. Man erkennt diese Gehäuse an den sechs Anschlüssen, die sternförmig am LED-Chip angebracht sind. Die Farbtemperatur, ja sogar die Farbe lässt sich sehr fein einstellen. Diese RGB-LEDs sind aber teuer.

Farben filtern

Die zweite Möglichkeit ist eine Blau leuchtende LED, deren Gehäuse mit einer gelben Phosphorschicht überzogen ist. Diese Schicht wirkt als Filter für die blauen Photonen, die als gelbes Licht emittieren. Das blaue und gelbe Licht vermischen sich zu einem weißen Licht. Man bezeichnet diese LEDs als weiße Dioden.
Die Farbtemperatur wird bei der Herstellung festgelegt. Nachträglich lässt sich nichts mehr ändern. Diese Pseudo-White-LEDs gibt es mit warmem, neutralem und kaltem Weißlicht mit Farbtemperaturen zwischen 2.500 und 10.000 Kelvin.