CN102742369A - 瓦片、具有载体的瓦片组件和制造组件的方法 - Google Patents

瓦片、具有载体的瓦片组件和制造组件的方法 Download PDF

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Abstract

一种具有载体(40)和多个瓦片(1)的组件。所述瓦片(1)包括金属薄片(20)、电物理换能器(10)和连接到所述换能器的电连接器(24，28)。所述瓦片在其连接部(1c)中机械并且电连接到所述载体。

Description

瓦片、具有载体的瓦片组件和制造组件的方法
技术领域
本申请涉及一种瓦片，特别是一种包括电物理换能器的瓦片。本申请还涉及一种具有载体的瓦片组件。本申请还涉及一种制造组件的方法。
背景技术
本文中，电物理换能器被定义为将电信号转换为物理现象、或将物理现象转换为电信号的这样一种设备。第一类设备的示例是电致发光设备、电声设备和电铬设备。第二类设备的示例是光伏设备、声学传感器和触觉传感器。
现有的电光设备是以柔性金属薄片(flexible foil)的形式来制造的。尽管这允许某种程度的自由度，但是仍然不可能使这种设备变形成任意形状(例如，球形的形式)。有可能考虑将这些设备制造成特定的预定形状，例如通过在具有期望形状的模子上连续地沉积多个层。但是，最终的产品无法变形成用于其它应用的另一个形状，更不用说在使用过程中任意变形。
需要这样的电物理换能器，这些电物理换能器可以针对其它目的而变形，这些电物理换能器在使用中甚至可以任意变形。
例如，在电子设备需要很容易地安装到某个三维物体(例如，家具的覆盖面或汽车内部)的这些应用中，需要可任意变形的换能器。
在使用中允许变形的需求出现在例如医学应用中，例如出现在使用光子辐射来治疗人类皮肤的应用中。另一个示例是在具有可变形的机器人中，其中，期望在人造皮肤中具有触感功能。
已经注意到，WO2009/134127描述了一种复合麦克风，其包括具有柔性并且可伸展的衬底，这个衬底具有柔性并且可伸展的第一组导体和第二组导体组成的格栅。第一组导体与第二组导体垂直布置。多个声学传感器中的每一个与格栅中的一对导体相连接。承载声学传感器的衬底可以被安置在任意形状的表面上，例如在半球形表面上，于是得到了在较大的空间角内都灵敏的麦克风。
在具有柔性或可折叠的载体的瓦片组件中，一方面，期望瓦片可靠地附着在载体上，而在另一方面，瓦片要尽可能少地限制载体的运动。
发明内容
根据本申请的第一方面，提供一种具有衬底和多个瓦片的组件，所述瓦片包括金属薄片、电物理换能器和连接到所述电物理换能器的电连接器，其中，所述瓦片在其连接部中机械并且电连接到所述载体。
在根据本申请的第一方面的组件中，所述瓦片在连接部中附着到所述载体。于是，只有所述连接部会限制所述载体的运动自由。所述连接部的尺寸限定为围绕所述瓦片到所述载体的每个连接的最小矩形SR。这个尺寸至多占所述瓦片的主表面的面积的10％。
在优选的实施例中，相对于所述瓦片，所述连接部布置在中心。由于从瓦片到中心连接的横向距离较短，所述连接部的中心布置位置提供了相对可靠的连接。
取决于具体应用，载体在一个或多个方向上可以是柔韧的和/或可伸展的。载体可以是金属薄片，例如，弹性金属薄片和橡胶金属薄片，但是作为替代，载体也可以是织物(textile)。即使单个金属薄片是坚硬的，但是这种布置作为一个整体是柔韧的和/或可伸展的。
例如，美国专利申请US2007115572中所描述的，用于在弹性介质中使用的柔韧和可伸展导体例如可以通过将它们提供成蜿蜒的形状而实现。或者，可以使用本身就是柔性的、可伸展的且导电的材料，例如WO9639707中所描述的导电聚合物和不导电聚合物的混合物。举例而言，WO2010067283和WO2009133497中对织物载体的使用进行了描述。
根据本申请的第二方面，提供一种用于装配多个瓦片和衬底的方法，所述瓦片包括金属薄片、电物理换能器和连接到所述电物理换能器的电连接器，所述方法包括：在所述瓦片的中心部处将所述瓦片机械并且电连接到所述载体。
因此，根据第二方面的装配方法使得组件具有可靠连接的瓦片，而对载体的运动自由没有太多限制。
在一个实施例中，瓦片提供在主表面处，所述主表面面向载体，所述主表面在所述中心部中的相互不同侧边位置处具有彼此相对的第一磁极和第二磁极，其中，所述瓦片通过所述第一磁极和所述第二磁极分别与所述载体的主表面上的第三磁极和第四磁极之间的磁耦合来与所述载体装配在一起。
通过这种方式，瓦片很容易与载体对准，使得金属薄片的电接触件与载体的电接触件相匹配。为了将瓦片对准，瓦片和载体均具有两个互相相反的磁极。然而，瓦片和载体可以通过多于一对的合作磁极进行连接。此外，瓦片和载体相互连接的磁极可以作为从载体到瓦片的电连接。
在另一实施例中，瓦片是通过至少一个导线来与载体装配在一起的，其中，所述至少一个导线提供到至少一个电导体的电连接。举例而言，类似于纽扣被缝到衣服上的方式，瓦片可以通过电导线附着到载体上。通过这种方式，可以实现非常可靠的机械和电导通。
在又一实施例中，瓦片至少通过导电粘接剂来与载体装配在一起。上述方法的各种组合都可以用于改进本申请。例如，瓦片可以通过载体上相互作用的磁极来与衬底磁性地对准，并且随后，瓦片还可以通过电导线连接而附着到衬底。
在组件的一个实施例中，多个瓦片包括在相对于所述载体的第一高度处布置的第一组多个瓦片和在相对于所述载体的第二高度处布置的第二组多个瓦片，其中，所述第二高度不同于所述第一高度，其中，所述第一组多个瓦片和所述第二组多个瓦片彼此之间规则布置，使得所述第一组多个瓦片围绕着所述第二组多个瓦片，所述第二组多个瓦片围绕着所述第一组多个瓦片。
通过这种方式，第二组多个瓦片中的瓦片可以与第一组多个瓦片中与之相邻的瓦片重叠，使得即使载体被伸展，载体的主表面也可以完全被瓦片覆盖。
根据本申请的第三方面，提供一种瓦片，瓦片包括金属薄片、电物理换能器和连接到所述电物理换能器的电连接器，所述瓦片在主表面的中心部处提供有彼此相对的第一磁极和第二磁极。在一个实施例中，彼此相对的所述第一磁极和第二磁极中的至少一个与连接到所述换能器的电连接器相连接。
附图说明
参考附图更详细地描述这些以及其它方面。其中：
图1示出了具有载体40的多个瓦片1的组件；
图2A和图2B示出了根据本申请的第一方面的组件的第一实施例中的一个瓦片，其中，图2A示出了瓦片的顶视图，图2B示出了根据图2A的B-B线的剖视图；
图3A和图3B示出了根据第一方面的组件的第二实施例中的一个瓦片，其中，图3A示出了顶视图，图3B示出了根据图3A的B-B线的剖视图；
图4和图5示出了根据图3A的视角V的应用电连接的更详细的示例；
图6示出了图5的细节；
图7示出了根据第一方面的组件的第三实施例中的一个瓦片；
图8示出了根据第一方面的组件的变形的示例；
图9示出了根据第一方面的组件的又一示例；
图10A和图10B示意性示出了根据本申请的第一方面的组件的又一实施例，其中，图10A示出了顶视图，图10B示出了根据图10A的B方向的侧视图；
图11A和图11B示出了图10A和图10B的组件的伸展状态，其中，图11A示出了顶视图，图11B示出了根据图11A的B方向的侧视图；
图12A和图12B示出了根据第一方面的组件的替代示例，其中，图12A示出了顶视图，图12B示出了根据图12A的B-B线的剖视图。
具体实施方式
下文参考附图来对本申请进行全面描述，其中，这些附图中示出了本申请的实施例。然而，可以通过多种不同的形式来体现本申请，并且本申请不应当被解释为限于本文所给出的实施例。而是，提供这些实施例以使得本申请是彻底并且完全公开的，并且向本领域技术人员完整地传达本申请的范围。在附图中，为清楚起见，可能会夸大层和区域的尺寸和相对大小。
应当明白的是，虽然本文可能使用了第一、第二、第三等术语来描述各种条目，但是这些条目不应当受限于这些术语。这些条目被理解为表示这些组件或元件的特征或者组件或元件的方面，例如，元件的表面或元件的高度。这些术语仅用于将一个条目与另一个条目区分开来。因此，在不脱离本申请教示的情况下，第一条目也可以被称为第二条目。
本申请的实施例是参考剖面图来描述的，其中，剖面图示意性地示出本申请的理想化实施例(和中间结构)。这样，例如由于制造技术和/或公差而导致的示意图的各种变形是可以预期的。因此，本申请的实施例不应被解释为限于本文所示出的区域的特定形状，而是应当理解为包括形状的各种变化(例如，由制造所引起的)。
除非另有限定，否则本文所使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)的含义与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的含义相同。进一步，应当理解的是，诸如在常用字典中所限定的那些术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应当被解释为理想化的或过于正式的含义，除非本文中明确做了限定。本文所提到的所有出版物、专利申请、专利和其它参考文献都以全文引用的方式并入本文。在有冲突的情况下，以本说明书(包括各种定义)为准。此外，材料、方法和示例仅是示意性的，而并非旨在作为限制性的。
图1示出了具有载体40和多个瓦片(tile)1的组件。在所示出的实施例中，载体是可伸展的。图1的a部分示出了载体的松弛状态。b部分示出了载体在水平方向上伸展的状态。c部分示出了载体在垂直方向上伸展的状态，d部分示出了载体在两个方向上伸展的状态。
通常而言，瓦片为方形，边长是1-15cm，但是更小的尺寸也是可能的，例如，50um以上。同样，其它形状也是可能的，例如，可以使用圆形瓦片。
图2A和图2B更为详细地示出了瓦片1的其中一个。图2A是顶视图，而图2B是沿图2A的B-B线的剖视图。如图所示，瓦片1包括金属薄片(foil)20、电物理换能器10和连接到该换能器的电连接器24。瓦片1具有连接部1c和剩余部1p。在所示出的实施例中，连接部被布置在瓦片的中心区域，剩余部被布置在外围区域。在其连接部中，瓦片1机械并且电连接到载体40。在所示出的实施例中，机械和电连接是通过与载体40的磁极52和54的相互作用瓦片1的磁极51和53来提供的。在所示出的实施例中，围绕由相互作用的磁极51、52、53和54所形成的连接的最小矩形SR的面积具有(1.4x3.0＝)4.2个单位的面积。金属薄片20的第一主表面22的面积具有(10.4x10.4＝)108个单位的面积。因此，最小矩形的面积大约是金属薄片20的主表面的面积的3.8％。金属薄片20和载体40之间的机械接触所占据的不超过10％的较小面积进一步增强了载体40的移动性。
在所示出的实施例中，电物理换能器10是电致发光设备。特别地，该电致发光设备是OLED。在所示出的实施例中，OLED包括阴极12、发光聚合物14和阳极16。OLED进一步包括封装18。然而，诸如无机LED等之类的其它电致发光设备也是可以预期的。作为替代或者额外地，瓦片1可以提供有诸如光伏设备、电声设备、触摸感应设备等之类的其它电物理换能器。在一个实施例中，载体包括具有各种瓦片，这些瓦片具有相互不同类型的电物理换能器。举例而言，布置在载体上的某些瓦片可以包括光伏设备，而其它瓦片可以包括电致发光设备。在一个实施例中，瓦片可以提供有换能器的组合。举例而言，瓦片可以包括触摸感应设备和电致发光设备的组合，电致发光设备可以指示触摸感应设备是否已经检测到瓦片被触摸。
在图2A和图2B所示出的组件的实施例中，瓦片1和载体40的磁极51和磁极52形成的连接提供到至少一个电连接器24的电连接。同样地，瓦片1和载体40的磁极53和磁极54形成的另一连接提供到另一电连接器28的电连接。
图3A和图3B示出了第二实施例。图3A示出了顶视图，图3B示出了沿着图3A的B-B线的剖视图。图3A和图3B中与图2A和图2B的部件对应的部件具有相同的附图标记。在该实施例中，图3A示出了顶视图，图3B示出了沿图3A的B-B线的剖视图。瓦片1通过至少一个导电元件(以一个导线26的形式)与载体40装配在一起，导线26提供到至少一个电连接器24的电连接。在这种情况中，另一导线31提供到另一电连接器28的电连接。
更为特别地，穿透金属薄片20的第一切口25a和第二切口25b在电物理换能器10的电连接器24旁边延伸。第一切口25a和第二切口25b相对于电连接器24来说彼此相对地布置，从而界定出金属薄片20的带状部27，带状部27具有第一表面22，第一表面22支撑电连接器24的一部分。电连接器24在这一部分中通过导电元件26电连接到载体40的电导体，导电元件26以如下方式延伸：穿过第一切口25a至第一表面22，贴靠电连接器24的这一部分并穿过第二切口25b离开第一表面22。导电元件26可以是独立的导电元件，或者可以与载体中的电导体集成。在所示出的实施例中，在导体28的相对侧，第一切口25a和第二切口25b进一步在第二电连接器28的一部分旁边延伸。于是，金属薄片20的带状部27的第一表面22也支撑电连接器28的一部分。电连接器28通过导电元件31类似地电连接到载体40的电导体，导电元件31以如下方式延伸：穿过第一切口25a至第一表面22、贴靠电连接器28的一部分并且穿过第二切口25b离开第一表面22。
切口25a，25b以圆形拓宽端子的形式结束于切口延长阻塞物25s。
在这个实施例中，围绕由导电元件26和31形成的连接的最小矩形SR具有(1.3x1.3＝)1.7个单位的面积。金属薄片20的第一主表面22具有(10.4x10.4＝)108个单位的面积。因此，最小矩形的面积大约是金属薄片20的主表面的面积的1.5％。
图4和图5示出了根据图3A中的视角V、对导电元件26应用电连接的详细示例。
图4中的第一示图(1)示出了金属薄片20。附图标记23指示了面向载体40的金属薄片20的主面。第二示图(2)示出了带状部27，带状部27弯曲到金属薄片20的剩余部的平面之外。于是，形成了开口25c。例如通过工具向下按压带状部27，使得带状部27向下弯曲。作为替代，带状部27可以具有磁性元件，磁性元件通过磁力工具而被向下拉。第三示图(3)示出了导电元件26如何馈通紧靠着带状部27上承载的至少第一导电迹线的开口。第四示图(4)示出了其结果。第五示图示出了带状部被释放并且弯回来之后的金属薄片20。
图5示出了替代示例，其中，订书钉形状的针体(pitch)26a用于将导电迹线连接到载体的电导体42。在这种情况中，一对电导体42(参见图6)包括具有电接触件423的第一电导体421和具有电接触件424的第二电导体422。第二示图(2)示出了订书钉形状的针体26a被向下按压。在这个示图中，订书钉形状的针体26a包围了载体的电导体421，422，使得这两个导体形成机械连接。然而，仅在导电体421的电接触件423处形成与导电体421的电连接。类似地，第二订书钉形状的针体31a仅在导电体422的电接触件424处形成与导电体422的电连接。
如在图7中以举例的方式所示出的，可以对各种连接件进行组合。在图7的示例中，如参考图2A和图2B所详细描述的，瓦片1被磁性地耦合到载体40。此外，如参考图3A-3B和图4-6所详细描述的，瓦片1进一步被耦合到载体40。此外，瓦片1和载体可以通过粘接剂33彼此粘接，例如，诸如聚氨酯或环氧基粘接剂之类的热熔粘接剂。在进一步的实施例中，粘接剂可以用于将瓦片和载体的相互协作的磁极彼此粘接。瓦片和载体的磁极之间的磁力可以用于将瓦片和载体对准，并且随后，根据图3A、图3B和图4-图6，瓦片可以通过粘接剂和/或有线连接被永久固定在经过对准的位置上。如果磁极还用作导电介质，那么粘接剂可以是布置在瓦片和载体之间的导电粘接剂(例如，填充有银的环氧基粘接剂)。
在这个实施例中，围绕由导电元件26和31和磁极51、52、53和54形成的连接的最小矩形SR具有(1.6x4.5＝)7.2个单位的面积。金属薄片20的第一主表面22具有(10.4x10.4＝)108个单位的面积。因此，最小矩形的面积大约是金属薄片20的主表面的面积的6.7％。
其上布置瓦片1的载体40可以是可伸展的织物或金属薄片。图8示出了载体40能实现的各种变形。由于只有瓦片1的中心部分附着到载体40(a)上，因此载体可以弯曲(b)、伸展(c)和/或以任意方式变形(d)。
图9示出了具有瓦片1的载体40被伸展成球形的示例。
图10A和图10B示意性示出了根据本申请的第一方面的又一组件。图10A示出了顶视图，并且图10B示出了沿着图10A中的B方向的侧视图。在图10A所示出的实施例中，多个瓦片1包括第一组多个瓦片1a(其在相对于载体40第一高度H1处进行布置)和第二组多个瓦片1b(其在相对于载体40第二高度H2处进行布置)，其中，第二高度不同于第一高度。取决于瓦片的厚度，第一高度H1例如是在从200um到1mm的范围内，第二高度H2例如是在从250um到1.2mm的范围内，只要它们符合H2＞H1。第一组多个瓦片1a和第二组多个瓦片1b彼此之间规则布置。特别地，第一组多个瓦片1a围绕着第二组多个瓦片1b，第二组多个瓦片1b围绕着第一组多个瓦片1a。图10A和图10B示出了其中载体40处于松弛的未伸展状态的情形。在其中，布置在相对较高位置的第二组多个瓦片1b与第一组多个瓦片1a重叠。图11A和图11B示出了第二种情形，其中，图11A示出了顶视图，图11B示出了沿着图11A的B方向的侧视图。在第二种情形下，载体40被伸展。第二组多个瓦片1b不再与第一组多个瓦片1a重叠，但是多个瓦片仍然覆盖了整个载体40。举例而言，在期望均匀辐射轮廓的情况下，如果瓦片提供有发光元件以用于照明目的，那么这是有优势的。
替代的实施例是可能的，其中，瓦片的连接部是非中心布置的。图12A和图12B示出了其一个示例。
图12A在顶视图中示意性地示出了鱼鳞状布置的瓦片1，其中，每个瓦片1由其最右侧相邻瓦片部分地支持。同样地，每行瓦片由布置在下一行的瓦支持。图12B示出了沿图12A中的B-B线的剖视图。
在权利要求中，术语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除复数的情况。单个组件或其它单元可以完成权利要求中所记载的数个项目的功能。事实上，在相互不同的权利要求中记载某些手段，并不意味着这些手段的组合不能用于改进本申请。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为是权利要求范围的限制。

Claims (15)

1.一种具有载体(40)和多个瓦片(1)的组件，所述瓦片(1)包括金属薄片(20)、电物理换能器(10)和连接到所述电物理换能器(10)的电连接器(24，28)，其中，所述瓦片在其连接部(1c)中机械并且电连接到所述载体，所述连接部具有由围绕所述瓦片的每个连接的最小矩形SR所限定的尺寸，所述尺寸至多占所述瓦片的主表面的面积的10％。
2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述瓦片(1)提供有彼此相对的第一主表面和第二主表面，所述第二主表面面向所述载体，并且在所述连接部(1c)的相互不同侧边位置处具有彼此相对的第一磁极和第二磁极(51，53)，其中，所述瓦片通过所述第一磁极和所述第二磁极(51，53)分别与所述载体的主表面上的第三磁极和第四磁极(52，54)之间的磁耦合来与所述载体(40)装配在一起。
3.根据权利要求1所述的组件，其中，所述瓦片(1)和所述载体(40)的一对耦合磁极(51，52)提供到所述电连接器中的至少一个(24)的电连接。
4.根据权利要求1、2或3所述的组件，其中，所述瓦片(1)通过至少一个导线(26，31)来与所述载体(40)装配在一起，所述至少一个导线(26，31)提供到所述电连接器(24，28)中的至少一个的电连接。
5.根据权利要求4所述的组件，其中，穿过所述金属薄片(20)的第一切口和第二切口(25a，25b)在所述电物理换能器(10)的电连接器(24)的旁边延伸，所述第一切口和第二切口(25a，25b)相对于所述电连接器来说彼此相对地布置，从而界定出所述金属薄片的带状部(27)，所述带状部(27)具有第一主表面，所述第一主表面背向所述载体并且支撑所述电连接器(24)的一部分，并且其中，所述电连接器在所述部分中通过导电元件(26)电连接到所述载体的电导体，所述导电元件(26)以如下方式延伸：穿过所述第一切口(25a)至所述第一主表面、贴靠所述电连接器(24)的所述部分并且穿过所述第二切口(25b)离开所述第一主表面。
6.根据前述任一权利要求所述的组件，其中，所述瓦片(1)至少是通过粘接剂(33)来与所述载体(40)组装在一起的。
7.根据权利要求6所述的组件，其中，所述粘接剂是导电粘接剂(33)。
8.根据前述任一权利要求所述的组件，其中，所述多个瓦片包括在相对于所述载体(40)的第一高度(H1)处布置的第一组多个瓦片(1a)和在相对于所述载体的第二高度(H2)处布置的第二组多个瓦片(1b)，其中，所述第二高度不同于所述第一高度，其中，所述第一组多个瓦片和所述第二组多个瓦片彼此之间规则布置，使得所述第一组多个瓦片围绕着所述第二组多个瓦片，并且所述第二组多个瓦片围绕着所述第一组多个瓦片。
9.根据权利要求1所述的组件，其中，所述载体(40)是织物。
10.根据权利要求1所述的组件，其中，所述载体(40)是金属薄片。
11.根据权利要求11或12所述的组件，其中，所述载体(40)是可伸展的。
12.根据前述任一权利要求所述的组件，其中，所述第一导电迹线具有形成用于所述电物理换能器的中心布置连接的又一部分，并且其中，所述第二导电迹线具有形成用于所述电物理换能器的外围布置连接的又一部分。
13.一种瓦片(1)，包括金属薄片(20)、电物理换能器(10)和连接到所述电物理换能器的电连接器(24，28)，所述瓦片(1)在主表面的连接部(1c)处提供有彼此相对的第一磁极和第二磁极(51，53)。
14.根据权利要求13所述的瓦片(1)，其中，彼此相对的所述第一磁极和所述第二磁极(51，53)中的至少一个与连接到所述换能器(10)的电连接器(24，28)相连接。
15.一种用于装配衬底(40)和多个瓦片(1)的方法，所述瓦片包括金属薄片(20)、电物理换能器(10)和连接到所述电物理换能器的电连接器(24，28)，所述方法包括：在所述瓦片的连接部(1c)处，将所述瓦片机械并且电连接到所述载体。
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