CN102246606A - 柔性模块组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及包括至少两个由织物支撑（130）支撑的柔性电子模块（110和111）的柔性模块组件（100）。这两个柔性电子模块以及织物支撑中的每一个包括一组电导体。柔性模块组件进一步包括用于使两组电导体互连的柔性连接器（140）。本发明的柔性模块组件是用在电子织物的大面积应用中的模块织物组件。

Description

柔性模块组件

技术领域

本发明涉及一种柔性模块组件，尤其是涉及一种包括电子织物的柔性模块组件以及一种制造该柔性模块组件的方法。

背景技术

织物是由纤维网络组成的材料，其可以例如通过将纤维编织、针织、钩编、打结或压熨（press）在一起来制造。为此目的，可以使用称为纱线或细丝（thread）的互锁纤维。

我们的日常生活中使用了许多类型的织物。当电子部件（即通过控制电子的流动而工作的器件）集成到织物中时，新的应用领域出现了。当织物为包括这些电子部件的电路的组成部分时，获得了电子织物。

电子部件的一个实例是表面安装器件形式的LED封装（SMD-LED），其可以通过胶粘、焊接、按扣（snap button）连接或缝合而附接到织物衬底。得到的发光织物可以开辟广泛的新的室内和服装应用，范围从照明到气氛创建到消息传送。

一种电子织物可从英国专利申请GB2396252A获悉。该已知电子织物包括SMD-LED，所述SMD-LED手工地或者通过使用电子装配行业已知的诸如拾放设备之类的常规装备安装在织物上的指定位置。SMD-LED可经由导电轨线电寻址，所述导电轨线由编织到织物中的纱线形成，或者由印刷到织物上的轨线形成。

该已知电子织物的一个缺陷在于，一旦制成，其尺寸是固定的。例如，包括SMD-LED的7x7矩阵的电子织物一旦制成，就只能形成7x7显示系统。

对于要求覆盖大的区域的电子织物应用，需要更大尺寸的系统。

发明内容

为了适应更大尺寸的应用，技术人员会简单地扩大已知织物的尺寸。然而，这样的方法具有在上面拾放部件迅速地变得昂贵且困难的缺点。由于织物不是平坦和刚性体，因而利用拾放设备以足够精确的方式将电子部件安装到织物上是困难的，对于具有相对较大尺寸的织物，例如对于具有超过0.5 x 0.5平方米的尺寸的织物，尤其如此。

此外，特别地对于编织的电子织物发现的问题在于，只有特定类型的导电纱线可以编织到电子织物中。这些纱线通常具有低的电导，从而限制了可以流经它们的电流量。对于更大的编织的系统，这将限制可以放置在织物上的电子部件的数量。

互连PCB的组件可以使用总线系统来制成。然而，这样的组件体积庞大、不易弯曲并且需要支架以便以稳定的方式容纳和互连PCB和总线系统。此外，这样的组件受限于特定的固定几何结构，也不可弯曲，并且仅限于可以互连特定数量的PCB。此外，普通PCB不可悬垂。

因此，本发明的目的是提供一种用在电子织物应用中的系统，其需要覆盖大的区域，并且其没有上述缺陷。

依照本发明的第一方面，这个目的是通过一种柔性模块组件来实现的，该柔性模块组件包括：第一柔性电子模块，其具有第一组电导体；第二柔性电子模块，其具有第二组电导体；织物支撑，其用于支撑第一柔性电子模块和第二柔性电子模块，该织物支撑具有第三组电导体；以及柔性连接器，其用于将第一组电导体连接到第三组电导体和/或连接到第二组电导体。

依照本发明的柔性模块组件是包括柔性电子模块的模块织物组件，这些柔性电子模块通过将其附着到更大的织物支撑而互连。这些柔性电子模块可以通过许多方法附着到织物支撑，这些方法包括但不限于层压、缝合、刺绣、焊接等等。这些柔性电子模块之间的连接可以通过模块边缘处的连接形成，通过模块与织物支撑之间形成的连接形成，或者通过这样的连接的组合形成。

织物支撑可以具有刺绣、缝合或编织到其中的导电纱线，具有允许向各附着的柔性电子模块上包含的接触点供应信息（数据）和/或供电的某种模式。由于纱线不一定需要被编织，因而可以在织物支撑上使用高电导率纱线，从而允许传输大的电流。

所述连接可以通过诸如焊接、夹钳、胶粘、缝合等等之类的许多技术来形成。各柔性电子模块中每一个之间的通信可以通过使用位于每个柔性电子模块中的智能驱动系统而发生。

用于将第一组电导体连接到第三组电导体和/或连接到第二组电导体的柔性连接器可以是双面金属接触、胶粘物、缝合构件、刺绣构件或夹钳构件或者其任意组合。适当的缝合构件和刺绣构件的实例是导电的，具有或者没有绝缘外层。

在依照本发明的柔性模块组件的第一实施例中，所述柔性连接器包括置于连接点处的应变消除结构（strain relief structure）。这些柔性连接器也可以包括导电柔性机械夹具。

在依照本发明的柔性模块组件的第二实施例中，所述第一柔性电子模块和/或第二柔性电子模块是电子织物。

在依照本发明的柔性模块组件的第三实施例中，所述第一柔性电子模块和/或第二柔性电子模块是柔性箔（flex foil）。

所述织物支撑可以在其侧面之一容纳驱动器PCB。该驱动器PCB可以位于织物支撑的面向第一柔性电子模块的侧面上。该驱动器PCB可替换地可以位于织物支撑的与面向第一柔性电子模块的侧面相对的侧面上。

在依照本发明的柔性模块组件的第四实施例中，所述第三组电导体形成用于向第一柔性电子模块和第二柔性电子模块供电和供应数据信号的网络。

所述第一柔性电子模块和第二柔性电子模块可以是不同的形状或者相似的形状，例如矩形、正方形或三角形。第一柔性电子模块和第二柔性电子模块可以具有与其附接的相似部件装置。该部件装置可以包括诸如发光二极管之类的电子部件。

依照本发明的第二方面，所述目的是通过一种用于制造柔性模块组件的方法来实现的，该方法包括步骤：提供第一柔性电子模块和第二柔性电子模块；将第一柔性电子模块和第二柔性电子模块设置到包括电导体组的织物支撑上；以及通过柔性连接器将第一柔性电子模块和第二柔性电子模块连接到织物支撑上的电导体组以便使第一柔性电子模块和第二柔性电子模块互连。

本发明的这些和其他方面根据以下描述的实施例将是清楚明白的，并且将参照这些实施例进行阐述。

通常，除非本文另有明确定义，权利要求中使用的所有术语都应当依照其在本技术领域中的普通含义来解释。除非另有明确说明，对“一/一个/该/所述[元件、器件、部件、构件、步骤等等]”的所有引用都应当开放地解释为引用所述元件、器件、部件、构件、步骤等等的至少一个实例。除非有明确说明，本文公开的任何方法的步骤都不必以公开的确切顺序执行。

术语“应变消除结构”应当理解为在连接点上模制的橡胶或塑料，如标准电子电缆连接器所常见的。

术语“柔性机械夹具”应当理解为可以来回弯曲而不折断的机械连接，例如在其连接点处具有铰链，使得其可以来回运动的夹具，或者封装在柔性材料中，使得其可以自由运动的夹具。

附图说明

本发明的其他特征和优点根据以下参照附图对于当前优选的实施例的详细描述将变得清楚明白，在附图中：

图1示出了柔性电子模块的实施例，

图2示出了四个互连的柔性电子模块的实施例，

图3示出了柔性电子模块的实施例，

图4示出了九个柔性电子模块之间的数据通信的实施例，

图5示出了连接到支撑的四个柔性电子模块的实施例，以及

图6示出了彼此连接且连接到支撑的四个柔性电子模块的实施例。

具体实施方式

现在将在下文中参照附图更完整地描述本发明，在这些附图中示出了本发明的特定实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施并且不应当被视为限于本文阐述的实施例；相反地，这些实施例通过实例来提供，使得本公开是详尽而完整的，并且将完全把本发明的范围传递给本领域技术人员。相似的附图标记始终表示相似的元件。

通常，对于附图1、2、3、5和6而言，附图标记140尽管在这里被示为指的是接触垫，其意在表示柔性电子模块110、111、120和121可以通过许多柔性连接器附着到织物支撑130，所述柔性连接器通过例如层压、缝合、刺绣、焊接、胶粘、夹钳、双面金属接触或者其任意组合来制成。缝合构件和刺绣构件中的每一个可以是具有或者没有电绝缘外层的柔性导体，例如导电纱线。柔性连接器140可以进一步包括置于连接点处的应变消除结构，使得连接更强以便防止两个电子模块远离彼此地拉开。为了进一步加强模块110、111、120和121之间的连接以及到织物支撑130的连接，柔性连接器140附加地可以包括导电或不导电的柔性机械夹具。

图1中示出了本发明一个实施例的示意图，该图示出了柔性电子模块。图1示出了实现为柔性箔块状物（tile）110的柔性电子模块的轮廓，所述柔性箔块状物由所有4个侧面上具有互连点的7x7 LED矩阵组成。该图也示出了柔性箔块状物110中LED 122和间隙124的位置，所述间隙需要用来改善箔110的柔性和可弯曲性。

图1中的柔性箔110可以用作例如构造矩阵的基本构造块，所述矩阵大于7x7 LED矩阵。该柔性箔可以例如是可以弯曲多次而无塑性变形的薄材料片。图2示出了柔性模块组件的实施例，其包括四个柔性箔块状物形式的柔性电子模块。显然，该设置可以使用任何适当的互连方法进一步向所有方向扩展。作为一个实例，图2中柔性电子模块（块状物）110、120、111和121之间的互连必须这样形成，使得连接是极为鲁棒的。为了实现这点，可以使用柔性箔技术中使用的许多解决方案，例如环氧树脂、机械咬合（即弯边挠曲（crimp flex））或者其某种组合。由于例如作为箔的柔性电子模块110用在电子织物应用中，这通过将箔110、120、111和121后侧层压到例如作为支撑导电织物的更大织物支撑130而进一步增大连接鲁棒性。因此，支撑导电织物具有比电子块状物110、120、111和121的各面积中的每一个更大的面积，并且也具有比四个电子块状物110、120、111和121的面积和更大的面积。

为了进一步改善互连点的连接性，这些点可能需要由具有孔的双面金属接触连接以便促进箔110、120、111和121之间的环氧树脂的流动并且也为了增大电接触面积，由此增大可能的电流密度。后者对于构造大的系统特别重要。

图3示出了柔性电子模块的另一实施例。互连点可以置于柔性电子模块110的边缘141、142、143和144的中点处，以便使它们在外观上更加均匀，并且可能地使得它们在工厂中甚至更易于装配。许多互连点将具有在所有位置穿过箔110的连接。因此，当这样的箔平铺在一起时，它们形成连续的网格。这样的互连点的实例是接地、电源、时钟和全局数据。为了增加吞吐量，可以在柔性电子模块110上将诸如接地、电源、时钟或全局数据之类的任何互连点实现两次。

然而，一些连接器或互连点可能不是全局的，例如与输入和/或输出数据有关的那些连接器或互连点。通过这些连接之一发送的数据必须通过例如板载电子器件进行处理。

该板载电子器件可以构成柔性电子模块的智能互连系统。这样的智能互连系统的目的可以是遍及这些柔性电子模块分布图像数据，这些柔性电子模块可以实现为显示块状物。

互连系统可以以三种方式构造：（1）预配置，（2）用户配置，或者（3）混合系统。

对于预配置的系统，在制造期间给予每个柔性电子模块（块状物）以串行地址。外部图像控制器也被预配置成知道系统中有多少柔性电子模块（块状物）以及什么地址与每个柔性电子模块（块状物）相应。

对于用户配置的系统，每个柔性电子模块具有在系统启动时配置自身的动态串行地址。这些柔性电子模块（例如箔）向后与控制器通信以便告知该控制器阵列有多大以及什么地址与每个箔相应。这样的系统虽然比预配置的系统更复杂，但是更通用，允许更廉价的批量生产（因为移除了每个块状物和控制器的配置步骤）并且也允许现有系统的简单向上扩展。

对于混合系统，或者利用地址对柔性电子模块预编程，或者将控制器盒配置成仅处理包含特定尺寸的系统。这样的选项相对于其他两个选项可能具有成本和系统稳定性优势。

上面描述的所有三个系统使用相同的在柔性电子模块上显示数据的方法。数据被发送到控制器，控制器然后将其输出到柔性电子模块，例如柔性箔。控制器的通信线连同来自控制器的总的系统电源线一起然后连接到一个或多个柔性电子模块，例如连接到矩阵中的块状物。当发送图像时，发生的第一件事情是控制器接收图像数据。这可以以许多不同的方式（即蓝牙、SMS、USB等等）来完成。当把图像加载到控制器时，其被分解成一定数量的与柔性箔阵列的已知尺寸相应的7x7网格，即如何连接柔性电子模块以限定该阵列。这些分解的图像被编码成串行方案并且被给予与系统中必须显示该图像的柔性电子模块相应的地址。该编码的图像然后通过控制器数据线分别发送到输入柔性电子模块或者多个柔性电子模块，例如一个或多个箔，其然后可以将编码的图像广播到系统中的其余柔性电子模块。图4示意性地示出了该过程。因此，在下文中，一个实施例示出了前述柔性电子模块如何通信。

图4示出了九个柔性电子模块之间的数据通信的实施例。该图示意性地示出了九个柔性电子模块之间的数据通信，所述九个柔性电子模块例如9个柔性箔，每个用110标记。每个柔性箔具有唯一地址。控制器获取原始图像并且分解它，即控制器将其解构成9个象限，每个象限具有7x7像素。

然后，将解构的数据编码成具有唯一地址的数据分组，该地址与必须显示该编码的图像的矩阵中的箔相应。接着，对于系统中的每个地址，控制器发送出这些数据分组。所述箔接收它们各自的数据分组并且它们的驱动器输出编码的数据。来自所有箔的总构造图像于是将形成加载到控制器中的原始图像。

使用所描述的数据通信方法，有可能在无需复杂互连的情况下创建几乎任何尺寸的结构。由于可能存在仅仅一种类型的柔性电子模块，例如使用块状物，因而可以廉价地生产、复制和测试该块状物。可以容易地将系统修改成具有含有任意数量的照明元件（例如LED）的块状物，只要该块状物被配置成连接到类似形状块状物的形状，例如这些块状物每个具有不同的形状，或者具有相似的形状，例如矩形形状、正方形或三角形。

此外，所述数据通信方法支持任意数量的互连点，只要它们适合块状物。该数据通信方法也支持需要限定的数据方向（数据输出->数据输入）以及全局数据流的互连点，因此，该方法在较大的平铺系统中引入内在的冗余性，因为信号可以通过不同的块状物到达。它改善了机械鲁棒性，因为系统由通过柔性互连相互连接的小型相同块状物构造。

所述方法减少了系统成本，因为有可能将系统块状物的尺寸调节到最佳尺寸。该系统块状物于是可以大量生产。

在下面的两幅图中，四个柔性电子模块分别记为110、120、111和121并且连接到更大的织物支撑130。

图5示出了在其拐角处彼此连接且安装到织物支撑130的四个柔性电子模块。织物支撑130具有通信线，这些通信线也连接到所述模块以便改善可靠性。

有可能通过将较小的柔性电子模块110、120、111和121附着到较大的织物支撑130而将这些模块连接在一起。柔性电子模块110、120、111和121可以通过许多方法附着到织物支撑130，这些方法包括但不限于层压、缝合、刺绣和焊接。这四个较小的柔性电子模块110、120、111和121之间的连接也可以通过模块110、120、111和121边缘处的柔性连接器140形成。

图6示出了彼此连接且连接到织物支撑130的四个柔性电子模块的实施例。模块110、120、111和121之间的连接可以通过模块110、120、111和121与织物支撑130之间，例如相对的面向侧和/或其边缘之间形成的连接器140形成。此外或者可替换地，模块110、120、111和121之间的连接可以通过模块110、120、111和121与织物支撑130之间形成的连接形成，通过在柔性电子模块110、120、111和121的边缘或相对侧面处形成的连接140的组合形成，以及通过到织物支撑130的连接140，例如经由织物支撑130上的驱动器PCB到较小的模块110、120、111和121中的一个或多个的连接而形成。

在图6中，电子模块110、120、111和121为电附接到一起并且也附接到织物衬底130的箔。织物衬底130可以包括多根通信线。箔110、120、111和121可以安装到织物支撑130，使得箔110、120、111和121之间的电连接点也与织物支撑130的通信线对准且安装到这些通信线以便改善组件100的电接触稳定性。

在另一个实施例中，设计了柔性箔系统以便能够直接与织物支撑130接口。在这样的实施例中，织物支撑130必须包含多根通信线。箔110、120、111和121彼此不直接连接，而是改为仅仅连接到织物支撑130。箔110、120、111和121被对准以连接到通信线，使得这些线形成箔110、120、111和121之间的电连接。

在另一个实施例中，设计了具有用于驱动特定数量的LED的驱动器PCB的电子织物以便能够与其他电子织物接口。这些电子织物110、120、111和121于是可以电附接到一起并且也附接到织物支撑130。织物支撑130可以包含多根通信线。电子织物110、120、111和121可以安装到织物支撑130，使得电子织物110、120、111和121之间的电连接点也借助于通信线与织物支撑130对准且安装到织物支撑130以便改善系统100的电接触稳定性。

在另一个实施例中，设计了具有用于驱动特定数量的LED的驱动器PCB的电子织物以便能够直接与织物支撑130接口。在这样的实施例中，织物支撑130必须包含多根通信线。电子织物110、120、111和121彼此不直接连接，而是改为仅仅连接到织物支撑130。电子织物110、120、111和121被对准以连接到通信线。这些通信线可以限定若干总线，使得这些总线形成箔110、120、111和121之间的电连接。

在另一个实施例中，驱动器PCB附接到织物支撑130，该织物支撑也包括通信线。电子织物或箔衬底110、120、111和121于是相应地附接到该织物支撑130。驱动器PCB可以放置在安装电子织物110、120、111和121的相同侧，或者放置在相对侧。

在任何前述实施例中，可以将柔性电子模块制成电子织物。当把电子部件（即通过控制电子的流动而工作的器件）集成到织物中，使得该织物是包含电子部件的电路的组成部分时，获得了电子织物。

尽管结合本发明的特定实施例描述了本发明，但是应当理解的是，本领域技术人员在不脱离所要求保护的范围的情况下，可以做出各种不同的修改、变化和适应性调节，例如，遵照本发明的精神，所述两个柔性电子模块110和120可以扩展到数量不受限制的柔性电子模块或模块块状物，得到包括织物支撑的超过1x1、2x2等平方米的柔性模块组件。设有LED的这样的模块织物组件可以用来照明例如体育竞技场中的相对较大的区域或者用作告示牌的背光源。

Claims (6)

1. 一种柔性模块组件（100），包括：

- 第一柔性电子模块（110），其具有第一组电导体，

- 第二柔性电子模块（120），其具有第二组电导体，

- 织物支撑（130），其用于支撑第一柔性电子模块（110）和第二柔性电子模块（120），该织物支撑（130）具有第三组电导体，以及

- 柔性连接器（140），其用于将第一组电导体连接到第三组电导体和/或连接到第二组电导体。

2. 依照权利要求1的柔性模块组件（100），其中柔性连接器（140）包括置于连接点处的应变消除结构。

3. 依照权利要求1的柔性模块组件（100），其中第一柔性电子模块（110）和/或第二柔性电子模块（120）是电子织物。

4. 依照权利要求1的柔性模块组件（100），其中第一柔性电子模块（110）和/或第二柔性电子模块（120）是柔性箔。

5. 依照权利要求1的柔性模块组件（100），其中所述第三组电导体形成用于向第一柔性电子模块（110）和第二柔性电子模块（120）供电和供应数据信号的网络。

6. 一种用于制造柔性模块组件（100）的方法，包括步骤：

- 提供第一柔性电子模块（110）和第二柔性电子模块（120），

- 将第一柔性电子模块（110）和第二柔性电子模块（120）设置到包括电导体组的织物支撑（130）上，以及

- 通过柔性连接器（140）将第一柔性电子模块（110）和第二柔性电子模块（120）连接到织物支撑（130）上的电导体组以便使第一柔性电子模块（110）和第二柔性电子模块（120）互连。

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