CN104012187B - 具有便于垃圾分类的装置的电子纺织品 - Google Patents

Abstract

根据本发明，提供了一种电子纺织品（1）。该电子纺织品包括电子结构（3），所述电子结构包括至少部分地彼此间隔开的导线（4）和连接到该导线的一个或多个电子部件（5）。一个或多个间隙（14）在电子结构中形成在至少部分地间隔开的导线之间。该电子纺织品还包括织物结构（2），所述织物结构包括两个织物部分（10），其中电子结构夹在两个织物部分之间。另外，两个织物部分根据包括结合段（8）的结合图案连结在一起，该结合段布置在电子结构的一个或多个间隙中，使得电子结构通过结合图案在织物结构中保持就位。利用本发明，使电子器件从织物的分离更容易，其有利之处在于便于电子纺织品的垃圾分类。

Description

具有便于垃圾分类的装置的电子纺织品

技术领域

本发明一般地涉及包括导线和电子部件的电子纺织品以及制造这样的电子纺织品的方法的领域。

背景技术

电子纺织品是具有集成在织物中的电子器件的纺织品。通常，电子纺织品包括作为经纱和/或纬纱编织到织物中的导线，以及连接到导线的电子部件。利用电子纺织品，新的应用领域得以出现，其中纺织品的益处与电子功能组合。然而，就关系到从制造到产品寿命终结问题的每件事的许多不同方面而言，电子器件在织物中的集成使得电子纺织品的处理贯穿其寿命周期不同于常规纺织品的处理。

在US-6729025中描述了一种纺织品。该纺织品包括由具有导电轨迹的柔性衬底及其上的电子部件形成的柔性电路。该柔性电路通过焊接、黏合或缝制固定到织物，由此消除了对织物中的导电纤维的需要。利用这样的纺织品的缺点在于：一方面，存在由于穿戴和撕裂造成的柔性电路从织物松动的风险；并且另一方面，如果纺织品在其寿命终结时应当进行垃圾分类，那么将柔性电路从织物中移除可能是麻烦的。

发明内容

本发明的一个目的是克服以上问题，并且提供改进的电子纺织品和制造这样的电子纺织品的方法。本发明的目的还有提供便于垃圾分类的电子纺织品。

借助于具有在独立权利要求中阐述的特征的电子纺织品和制造这样的电子纺织品的方法来实现这些和其它目的。本发明的实施例在从属权利要求中限定。

根据本发明的第一方面，提供一种电子纺织品。该电子纺织品包括电子结构，所述电子结构包括至少部分地彼此间隔开的导线和连接到导线的一个或多个电子部件。一个或多个间隙在电子结构中形成在至少部分地间隔开的导线之间。该电子纺织品还包括织物结构，所述织物结构包括两个织物部分，其中电子结构夹在两个织物部分之间。另外，两个织物部分根据包括结合段（或结合物）的结合图案连结在一起，所述结合段布置在电子结构的一个或多个间隙中，使得电子结构通过结合图案在织物结构中保持就位。

根据本发明的第二方面，提供一种制造电子纺织品的方法。该方法包括提供包括至少部分地彼此间隔开的导线和连接到导线的一个或多个电子部件的电子结构的步骤，其中一个或多个间隙在电子结构中形成在至少部分地间隔开的导线之间。该方法还包括提供包括两个织物部分的织物结构以及将电子结构夹在两个织物部分之间的步骤。另外，两个织物部分根据包括结合段的结合图案连结在一起，使得结合段布置在电子结构的一个或多个间隙中，由此电子结构通过结合图案在织物结构中保持就位。

发明人已经认识到，期望使新的电子纺织品适配于环境需求，并且当进行到垃圾分类和回收时纺织品和电子器件的集成会引起新的问题。当进行到电子纺织产品的寿命终结时，会出现如何处理垃圾的问题，这是因为它可能作为电子垃圾和纺织品垃圾二者被处理。在以上描述的已知技术中，其中导线作为经纱和/或纬纱编织到织物中，或者其中电路板例如通过黏合固定到织物，为了电子残留物和纺织品残留物的分离回收而将电子器件从织物分离是相当麻烦的。

本发明基于以下构想：在电子纺织品中具有分离的电子和织物结构。由于电子结构通过具有在电子结构的间隙中的结合段的结合图案固定在织物结构中，因此减少了对电子结构到织物结构的另外附接的需要，由此使电子器件从织物的分离更容易，其有利之处在于便于电子纺织品的垃圾分类。在分离之后，织物结构可以作为纺织品垃圾处理并回收成新的纺织品材料，并且电子结构可以作为电子垃圾处理，或者如果仍工作的话甚至被再用于新的电子纺织品中。

在本发明的各种实施例中，具有其结合图案的织物结构可以为电子器件提供稳定且保护性的机械结构以及电绝缘，从而改善电子纺织品的鲁棒性。另外，由于电子结构被织物结构覆盖，因此相比以上描述的已知技术来说，电子器件得到抵抗穿戴和撕裂的更好保护。另外，电子结构在织物结构中的围封提供了电子纺织品的更具美感的外观，因为电子部件和导线较为隐蔽。如果诸如发光二极管（LED）之类的发光部件包括在电子结构中，那么织物结构还可以提供漫射体。

本发明的有利之处还在于电子结构可以覆盖相对大的区域，同时仍提供柔性电子纺织品，其可以更舒适地穿戴。

在本公开内容中，术语“间隙”可以指电子结构中的（通）孔，在所述孔中允许将两个织物部分放到一起以用于获得结合段。

根据本发明的实施例，结合段的结合强度可以比织物部分的撕裂强度弱。然后织物部分可以被拉开，使得结合图案的结合物分离，而织物不一定破裂。当织物部分分离时，电子结构可以从织物结构移除。本实施例的有利之处在于由于两个织物部分可以简单地被拉开以释放电子结构，因此进一步便于电子器件从织物的分离。对用于打开织物结构的器具（诸如剪刀）的需要被减少。

撕裂强度是织物的特有特征并且可以在纺织品实验室中以标准过程进行测量。撕裂强度是撕裂织物所必需的力，例如通过开始或继续织物中的撕裂所必需的力来测量。织物的撕裂强度可以取决于撕裂方向，例如如果经纱和纬纱具有不同耐用性的话。对于本实施例，结合段的结合强度可以比织物部分的任何撕裂方向上的撕裂强度弱，并且优选地，比织物部分的最低（或最弱）撕裂强度弱（即，比在具有最低撕裂强度的撕裂方向上的撕裂强度弱）。

根据本发明的实施例，织物部分可以通过诸如超声波焊接之类的焊接连结在一起。结合图案的结合段然后可以形成焊接段（或焊点），两个织物部分通过该焊接段（或焊点）连结在一起。本实施例的有利之处在于焊接可以被调节成具有适当的鲁棒性，以在电子纺织品的使用期间抵挡穿戴和撕裂并且允许在回收电子纺织品时例如通过将它们撕开而有意分离织物部分。另外，焊接不需要任何附加介质以用于连接织物部分，从而使织物结构更纯净以用于进一步回收。

在本公开内容中，对于术语“更纯净”，它意味着元件或部件包括较少的不同材料类别，从而使得能够实现增强的且便利的回收。例如，如果元件只包括一种材料类别，那么它可以直接回收；但是如果它包括两种不同材料类别（诸如金属和塑料），那么在材料的进一步回收之前这两种材料可能不得不被分离。因而，从回收的角度来看，更纯净的元件和部件是优选的。

可以通过在织物部分处应用热和/或压力以使得它们熔合在一起来执行焊接。优选地，有待结合的织物部分段可以包括能够在焊接过程期间稍微熔化的聚合物。例如，织物部分可以包括诸如聚酯纤维之类的合成织物，和/或包括聚合物的涂层。然而，将领会到，织物部分可以包括任何可焊接的材料。

在可替换的实施例中，织物部分可以通过缝制、黏合或任何其它适当的织物连结方法连结在一起。

根据本发明的实施例，导线和电子部件可以在织物结构中布置在由两个织物部分在结合段之间形成的一个或多个凹进（或兜袋）中。凹进的形状和铺展可以由结合图案限定。另外，凹进的尺寸和形状可以优选地被适配成与导线和电子部件的尺寸和形状匹配，从而提供电子结构在织物结构中的更牢固的固定。

在本发明的实施例中，导线和/或电子部件可以从织物部分脱离（或不连接）。因而，导线和/或电子部件可以只通过结合图案在织物结构中保持就位，而无需任何其它的附接装置。在本公开内容中，术语“脱离”意味着导线和/或电子部件可以布置在织物结构中，邻近但未黏合、缝制或永久地附接到织物部分。

本实施例的有利之处在于它进一步便于电子结构从织物结构的分离，并且由于没有黏合介质可以被应用于电子结构，因此使电子器件和织物在分离之后更纯净以用于进一步回收。

在可替换的实施例中，电子结构可以黏合或缝制到织物部分中的一个或二者上，但是这优选地只在少数点处进行以用于仍允许电子器件和织物的便利分离。

根据本发明的实施例，结合段可以使导线和/或电子部件与相邻的导线和/或电子部件电绝缘，其有利之处在于它减少短路的风险和对覆盖电子结构的附加绝缘材料（诸如塑料）的需要。因而，电子结构可以更纯净（即主要包括电子材料）以便于进一步回收。

根据本发明的实施例，结合图案还可以包括在电子结构边缘外部的结合段，使得电子结构可以更完整地围封在织物结构中。另外，在电子结构边缘外部的结合段的结合强度可以比布置在电子结构的间隙中的结合段的结合强度强，其有利之处在于它增加电子纺织品的鲁棒性而同时仍便于电子器件从织物的分离。在另一实施例中，在电子结构边缘外部的结合段的结合强度比织物部分的撕裂强度强，其有利之处在于它进一步增加电子纺织品的鲁棒性。

对于本实施例中的每一个，在电子结构边缘外部的优选为更牢固的结合段可以减少在电子纺织品的使用期间织物部分被扯开的风险。当电子结构和织物结构应当分离时，该结合段（特别地如果其强于织物部分的撕裂强度）然后可以被切掉（例如通过剪刀的使用）。在电子结构边缘外部的结合段（或织物部分的连结件）可以例如通过焊接、胶合或缝制来获得，和/或简单地通过折叠单片织物以覆盖电子结构两侧而形成的两个织物部分来获得。

将领会到，结合图案可以包括在电子结构边缘外部的一个以上的结合段。

根据本发明的实施例，电子结构可以包括间隔开的一个或多个导线对，其中每一对内的导线可以至少部分地彼此间隔开。每一个电子部件可以连接到导线对中的一个。另外，（结合图案的）结合段可以布置在形成于每一对内的至少部分地间隔开的导线之间的电子结构的间隙中和形成于导线对之间的电子结构的间隙中。本实施例的有利之处在于每一对中的导线可以通过结合段与彼此电绝缘，从而减少利用绝缘涂层涂覆导线的需要。

根据本发明的实施例，电子结构可以包括被配置成存储电子结构的再使用数的计数器部件，其有利之处在于电子结构本身可以记住它已经被再使用了多少次。当电子纺织品的寿命进入终结时，例如因为织物过于破旧或者如果电子部件损坏，那么电子结构可以从织物结构分离以便如果需要的话对其进行维修，并且再用于新的电子纺织品中。

根据本发明的实施例，导线可以是裸线，其有利之处在于它们更纯净以用于进一步回收。裸线可以通过结合段与相邻的裸线和电子部件电绝缘。

在下文中将特别地参照本发明的第二方面来描述另外的实施例。

根据本发明的实施例，在制造电子纺织品的方法中，将织物部分连结在一起的步骤可以通过焊接完成，其有利之处在于在连结过程期间焊接可以在减少了接触电子器件的风险的情况下相当精确地执行。

根据本发明的实施例，该方法还可以包括将导线布置在框架中的步骤，以及优选地在将织物部分连结在一起的步骤之后从框架切断导线的步骤。电子结构可以在织物部分的连结期间固装在框架中，从而在连结操作期间将导线和电子部件保持就位，其有利之处在于连结操作可以更精确地执行并且织物部分可以与导线和电子部件更靠近地结合。

要指出本发明涉及在权利要求书中列举的特征的所有可能组合。另外，将领会到针对电子纺织品描述的各种实施例与如根据本发明第二方面所限定的方法都是可组合的。

附图说明

现在将参照示出本发明的实施例的附图更详细地描述本发明的这个和其它方面。

图1示出根据本发明的实施例的电子纺织品，

图2A是根据本发明的实施例的电子纺织品的截面视图，

图2B示出图2A的电子纺织品，但是其中两个织物部分被撕开，

图3A示出根据本发明的实施例的电子纺织品，其中在电子结构边缘外部的结合段被切掉，

图3B示出图3A的电子纺织品，但是其中两个织物部分分离并且电子结构被移除，以及

图4A和4B图示按照根据本发明的实施例的方法被制造的电子纺织品。

所有附图是示意性的，未必按照比例，并且一般仅示出为了阐述本发明而必需的部分，其中可以省略或仅仅暗示其它部分。

具体实施方式

将参照图1来描述根据本发明的实施例的电子纺织品。

图1示出包括电子结构3的电子纺织品1，所述电子结构3包括一对彼此间隔开的导线4。电子部件5通过软焊点7连接到导线4。电子部件5可以包括任何种类的适当部件，诸如LED6（如图1中所示）、有机LED（OLED）、传感器、处理器、显示器等。在间隔开的导线4之间，间隙14形成在电子结构3中。如图1中所示，间隙（或孔）14不仅可以由导体4限定，而且还可以由电子部件5限定。

电子纺织品1可以包括多个间隔开的导线4，诸如间隔开的多对间隔开的导线4（未在图1中示出），其中在每一对的间隔开的导线4之间以及在间隔开的每一对导线4之间可以形成间隙14。

电子纺织品1还包括织物结构2，所述织物结构2包括将电子结构3夹在它们之间的两个织物部分10。为了清楚起见，图1中仅示出一个织物部分10以用于使电子结构3可见。织物部分10被布置成覆盖电子结构3的相对侧，从而基本上围封并保护电子结构3。织物部分10可以由被折叠来使得其覆盖电子结构3的相对侧的单片织物形成。可替换地，织物部分10可以由两个分离的织物片形成。

为了使电子结构3在织物结构2中保持就位，织物部分10根据由结合段8、9形成的结合图案连结在一起。一些结合段8布置在导线4之间的间隙14中，并且一些结合段9（以下称为外结合段9）优选地布置在电子结构3的边缘外部。换言之，织物部分10在导线4和电子部件5之间连结在一起。在织物结构2中凹进限定在结合段8、9之间，在所述凹进中布置导线4和电子部件5。结合图案的布置将电子结构3固定在织物结构2中，并且减少电子结构3和织物结构2之间的可能的相对移动。优选地，结合段8、9可以做得尽可能大以尽可能多地填充间隙14，这进而将使结合段8、9之间的凹进尽可能地窄（或小）。电子结构3在结合段8、9之间的凹进中的紧密配合将甚至更多地减少电子结构3和织物结构2之间的可能的相对移动。

提供在电子结构3中的间隙14中的结合段8使得导线4和电子部件5彼此物理分离和电绝缘，从而减少对电子结构中另外的绝缘材料的需要。

两个织物部分10的连结可以优选地通过焊接获得。可替换地，两个织物部分10中的至少一个的一侧可以涂覆有黏合剂，使得两个织物部分10可以粘贴到彼此并且具有在其之间的电子结构3。

现在将参照图2A和2B来描述根据本发明的实施例的电子纺织品1。

图2A和2B是包括具有多个导线4的电子结构3和包括两个织物部分10的织物结构2的电子纺织品1的截面视图。两个织物部分10根据结合图案连结在一起，所述结合图案具有布置在导线4之间的间隙14中的结合段8和布置在电子结构3的边缘外部（即在外导线4的外部上）的外结合段9。优选地，外结合段9的结合强度比间隙14中的结合段8更强（更牢固）。特别地，外结合段9的结合强度可以比织物部分10的撕裂强度强。更牢固的外结合段9优选地适配于抵挡在电子纺织品1的使用期间应用到织物部分的分离力，从而减少织物部分10的非有意分离的风险。图2A示出在外结合段9密封时的电子纺织品1，其中电子纺织品1处在适于使用的状态。

另外，在导线4之间的间隙14中的结合段8的结合强度可以优选地比织物部分10的撕裂强度弱，使得两个织物部分10优选地在外结合段9移除之后可以被撕开以用于打开织物结构2。图2B示出在结合段9之一被移除（诸如切掉）并且分离力（由箭头15指示）被应用到织物部分10时的电子纺织品1。当分离力比电子结构3的间隙中的结合段8的结合强度强时，结合段8的结合物将分裂，使得织物部分10被分离力分离。

参照图3A和3B，将描述如何分离电子纺织品的电子结构3和织物结构2的示例。

当期望从电子纺织品1的织物结构2分离电子结构3时（例如在垃圾分类期间），至少一个牢固的外结合9被切掉，如图3A中所示。为了便于找到正确的剪切位置，剪切标记12可以提供在电子纺织品1中。在该阶段，织物部分10仍通过导线4之间的间隙处的结合图案的结合段8保持在一起。随后，织物部分10例如通过手被分离（或撕开），由此结合段8分离并且织物结构2打开。然后包括导线4和电子部件5的电子结构3可以相当容易地从织物结构2移除，如图3B中由手13所示。随后，织物结构2可以作为织物垃圾并且电子结构3作为电子垃圾被进一步回收。可替换地，电子结构3可以再用于新的电子纺织品中。

参照图4A和4B，将描述根据本发明的实施例的制造电子纺织品的方法的示例。

首先，导线4可以安装到框架16中，使得它们适当地定位以用于随后的制造步骤。电子部件5然后可以例如通过软焊安装到导线4。现在导线4和电子部件5一起形成电子结构3，并且在导线4和电子部件5之间形成间隙14。为了简化起见，图4A中用参考标记14标示了仅一个间隙14，但是在电子结构3中依然有多个间隙14形成在导线4和电子部件5之间。

下一个步骤是提供两个织物部分10以用于形成织物结构。织物部分10根据包括结合段8、9的结合图案层压在一起（优选地通过焊接），如图4B中所示。织物部分10在电子结构3中的间隙14中并且在电子结构3的边缘外部焊接在一起。最终，通过切断附接到框架16的导线4来将电子纺织品1从框架16释放。

本领域技术人员认识到本发明绝不限于以上所描述的优选实施例。相反地，在随附权利要求的范围内的许多修改和变化是可能的。例如，导线可以不仅如附图所示的那样彼此平行地布置，还可以交叉或以任何适当的方式布置，使得在电子结构中提供间隙。另外，电子结构和/或织物结构可以提供有防水涂层或覆盖物以使电子纺织品对潮湿较不敏感。

Claims (15)

1.一种电子纺织品（1），包括：

-电子结构（3），其包括至少部分地彼此间隔开的导线（4）和连接到所述导线的一个或多个电子部件（5），其中一个或多个间隙（14）在所述电子结构中形成在至少部分地间隔开的导线之间，以及

-织物结构（2），其包括两个织物部分（10），

其中所述电子结构夹在所述两个织物部分之间，并且

其中所述两个织物部分根据包括结合段（8）的结合图案连结在一起，所述结合段布置在所述电子结构的一个或多个间隙中，使得所述电子结构通过所述结合图案在所述织物结构中保持就位。

2.如权利要求1中限定的电子纺织品，其中所述结合段的结合强度比所述织物部分的撕裂强度弱。

3.如权利要求1中限定的电子纺织品，其中所述织物部分通过焊接连结在一起。

4.如权利要求1中限定的电子纺织品，其中所述导线和所述电子部件在所述织物结构中布置在由所述两个织物部分在所述结合段之间形成的一个或多个凹进中。

5.如权利要求1中限定的电子纺织品，其中所述导线和/或所述电子部件能够从所述织物部分脱离。

6.如权利要求1中限定的电子纺织品，其中所述结合段将所述导线和/或所述电子部件与相邻的导线和/或电子部件电绝缘。

7.如权利要求1中限定的电子纺织品，其中所述结合图案还包括在所述电子结构边缘外部的结合段（9）。

8.如权利要求7中限定的电子纺织品，其中在所述电子结构边缘外部的结合段的结合强度比布置在所述电子结构的间隙中的结合段的结合强度强。

9.如权利要求7中限定的电子纺织品，其中在所述电子结构边缘外部的结合段的结合强度比所述织物部分的撕裂强度强。

10.如权利要求1中限定的电子纺织品，其中所述电子结构包括间隔开的一个或多个导线对，其中每一对内的导线至少部分地彼此间隔开，其中每一个电子部件连接到导线对中的一个，并且其中所述结合段布置在形成于每一对内的至少部分地间隔开的导线之间的电子结构的间隙中和形成于导线对之间的电子结构的间隙中。

11.如权利要求1中限定的电子纺织品，其中所述电子结构包括被配置成存储所述电子结构的再使用数的计数器部件。

12.如权利要求1中限定的电子纺织品，其中所述导线是裸线。

13.一种制造电子纺织品的方法，所述方法包括以下步骤：

-提供电子结构，所述电子结构包括至少部分地彼此间隔开的导线和连接到所述导线的一个或多个电子部件，其中一个或多个间隙在所述电子结构中形成在至少部分地间隔开的导线之间，

-提供包括两个织物部分的织物结构，

-将所述电子结构夹在所述两个织物部分之间，以及

-根据包括结合段的结合图案将所述两个织物部分连结在一起，使得所述结合段布置在所述电子结构的一个或多个间隙中，由此所述电子结构通过所述结合图案在所述织物结构中保持就位。

14.如权利要求13中限定的方法，其中将所述织物部分连结在一起的步骤通过焊接完成。

15.如权利要求13中限定的方法，还包括将所述导线布置在框架（16）中的步骤，以及在将所述织物部分连结在一起的步骤之后从所述框架切断所述导线的步骤。