CN105830541B - 导电纺织品设备 - Google Patents
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Abstract
提供了包括第一和第二导电纺织品部分的设备，其中第一和第二纺织品部分彼此电气隔离。设备还包括具有电气连接到第一纺织品部分的第一接触垫和电气连接到第二纺织品部分的第二接触垫的电气元件，其中第一和第二纺织品部分被适配成为电气元件供应电功率。由此，提供了能够为电气元件供应电功率的改进的纺织品设备。
Description
技术领域
本发明一般性地涉及包括导电纺织品的设备的领域，以及用于制造它的方法。
背景技术
提供静电放电（ESD）防护、包括用于驱动电子组件（诸如发光二极管（LED））的电导体的纺织品以及柔性且可折叠的显示器是已知的。这样的纺织品使得能够开发例如具有集成功能性（诸如光发射、感测和光疗）的可穿戴电子器件和产品。
在例如US-2008/0196783中，公开了一种纺织品，其由交织的导电和非导电纱线形成以提供表面LED可以附连到的纺织品表面上的连接点阵列。经纱和纬纱二者包括导电和非导电纱线，其中通过导电纬纱纱线形成回线以与导电经纱纱线的近端部分一起提供电气连接点。
尽管不同纺织品设备是已知的，但是存在针对用于为电气元件提供电功率的新设备和方法的需要。
发明内容
实现改进的纺织品设备将是有利的。特别地，将合期望的是使得包括纺织品的设备能够为电气元件提供电功率。
这通过具有在独立权利要求中限定的特征的方法和设备来实现。实施例在从属权利要求中限定。
因而，根据本发明的第一方面，提供了一种包括第一和第二导电纺织品部分的设备，其中第一和第二纺织品部分彼此电气隔离。该设备还包括电气元件，该电气元件具有电气连接到第一纺织品部分的第一接触垫和电气连接到第二纺织品部分的第二接触垫。第一和第二纺织品部分被适配成为电气元件供应电功率。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于制造根据第一方面的设备的方法。该方法包括提供第一导电纺织品部分，以及提供与第一纺织品部分电气隔离的第二导电纺织品部分。另外，该方法包括以下步骤：提供具有第一接触垫和第二接触垫的电气元件，将第一接触垫电气连接到第一纺织品部分，以及将第二接触垫电气连接到第二纺织品部分。
在本发明的上下文中，术语“导电纺织品部分”应当解释为指的是在几何上以至少两个维度限定的纺织品的部分，其作为整体布置成用作能够导电的单个电极。
本发明利用以下理解：纺织品部分能够用于使得电功率能供应到电气元件，而不使用集成在非传导纺织品中的传导经纱和纬纱纱线的线性网格。利用导电纺织品部分而不是具有交织传导纱线的纺织品是有利的，因为由于损坏（诸如撕裂和拆散）所致的电气中断的风险可以减小。如果纺织品部分的一部分开始撕裂或拆散，则电气元件由于纺织品部分的导电性而仍旧可以供应有电功率。相比于具有交织的传导纱线的现有技术纺织品设备而言，传导纺织品部分的使用导致具有改进的电气可靠性和冗余性的设备。
导电纺织品部分允许电流以及因而所生成的热量分布在纺织品部分上，并且由此减小局部过热和热点的风险。这还允许与设备一同使用的较高电流。
使用纺织品部分向电气元件分配电功率可以有利地允许设备具有改进的纺织品性质，即可能例如弯曲和折叠，并且具有改进的柔软性、起毛性和悬垂性。
本发明还是有利的，因为其可以促进电气元件的定位。使用导电纺织品部分，电气元件的可能位置可以不受限于传导纱线的路径。这还可以适用于外部电源的连接，其正极和负极可以分别连接到不限于特定传导纱线的连接点或者第一和第二纺织品部分的单个连接点。外部电源可以在纺织品部分的几乎任何连接点处连接到纺织品部分，只要正极和负极连接到不同纺织品部分即可。
在本说明书中，术语“纺织品”可以包括交错纤维的材料，诸如通过例如编织、针织、制毡、印刷或压制制成的织物、薄纱或布料。另外，术语“电气元件”可以包括传感器、致动器、驱动器集成电路、电池、诸如LED之类的发光元件，等等。
根据实施例，第一和第二纺织品部分各自可以包括导电的表面部分。换言之，第一纺织品部分和第二纺织品部分各自可以布置成至少在其相应的表面中传导电流，该表面可以在几何上以两个维度限定。电气元件的接触垫然后可以通过例如将接触垫直接附连到导电表面部分而电气连接到纺织品部分。
根据实施例，第一和第二纺织品部分各自可以包括交错纤维。纤维可以例如包括针织或编织在一起以便形成纺织品的纱线或纺线。交错纤维使得纺织品部分能够可伸展和/或是弹性的，其可以例如使用在具有改进舒适度的衣服和可穿戴纺织品设备中。可伸展和/或弹性的纺织品部分允许面积或大小可以被调节的设备。
交错纤维也是有利的，因为它们可以提供能够吸收和分配机械力、并且因而减小由撕裂和拆散引起的损坏的风险以及可能例如在清洗期间发生的损坏的风险的纺织品部分。由此，提供了更为可靠和耐磨的设备，其具有改进的柔性、可伸展性和耐洗性。
根据实施例，纤维可以由导电材料形成（或者可以包括导电材料），诸如包括银、不锈钢、铜和镍的金属，或者导电聚合物或碳。然后可以采用诸如编织、针织或制毡之类的传统纺织品制造方法来实现导电纺织品。在这样的纺织品中，纤维是交错的并且可以在若干点处电气连接到彼此，这有利地增加导电性的冗余性。换言之，通过使导电纤维交错，即使一个或若干纤维破损或损坏，纺织品部分可以继续导电。这样的纺织品部分还允许为电气元件供应电功率，而不管接触垫附连到纺织品部分的位置如何。
根据实施例，第一和第二纺织品部分中的至少一个可以至少部分地涂敷有导电材料。换言之，非传导纺织品部分可以被提供并涂敷有导电材料以便实现导电纺织品部分。纺织品部分可以例如由涂敷有导电材料的非传导纤维形成。纤维可以例如在形成纺织品部分之前或之后被涂敷。涂敷可以例如包括电镀传导材料。
根据实施例，第一和第二接触垫可以分别电气连接到第一和第二纺织品部分的多个纤维，这是有利的，因为其在纺织品所提供的导电性方面改进设备的可靠性。
根据实施例，第一和第二纺织品部分在公共平面中延伸。换言之，电气元件可以布置在纺织品部分之间并且因而机械连接纺织品部分的边缘。
根据其它实施例，第一和第二纺织品部分可以在分离的平面中延伸。作为示例，纺织品部分可以关于彼此堆叠并且通过隔离层电气分离。隔离层可以例如包括非传导纺织品，其在物理上分离导电纺织品部分。由此，可以提供包括导电顶层、隔离中间层和导电底层的设备。顶层和中间层可以具有由移除的材料限定的图案，以便使得电气元件能够电气连接到顶层和底层二者。在这样的情况下，第一接触垫可以附连到顶层，例如在接近限定图案的边缘的位置处，并且所连接的第二接触垫可以连接到底层，例如在由图案暴露的位置处。
本实施例是有利的，因为其允许关于电气元件的定位的增加的自由度，这是因为接触垫的可能连接点不限于接近纺织品部分的边缘的位置，而是限定纺织品部分的图案的边缘。
根据实施例，第一和第二接触垫可以分别借助于导电粘合剂或胶合剂而连接到第一和第二纺织品部分。传导胶合剂可以例如通过分发或印刷而施加到纺织品部分上的连接点，并且电气元件然后可以通过拾取和放置技术来放置或者通过手工安装。传导胶合剂是有利的，因为其可以沉入到纺织品中并且由此能够实现电气元件与纺织品部分之间的改进的机械和电气连接。传导胶合剂还是有利的，因为相比于使用例如焊接剂的其它安装技术而言，它可以以相对低的温度固化。这样的胶合剂的使用是有利的，因为其允许使用热敏材料和组件来形成设备。与焊接的接头相比，由传导胶合剂形成的接头也可以更具弹性，这可以减小断裂和松散接头的风险。
可替换地或者此外，第一和第二接触垫可以分别机械地夹紧到第一和第二纺织品部分，例如借助于卡钉。
还将领会到的是，非传导材料，诸如例如非传导胶合剂，可以分别添加到第一和第二接触垫与第一和第二纺织品部分之间的接头，以便减轻接头上的机械负载并且因而改进机械和/或电气连接的可靠性。非传导材料可以布置成沉入到纺织品部分中并且部分地或者完全地覆盖接头和/或电气元件。
根据实施例，第一和第二纺织品部分可以附连到非传导衬底。衬底可以例如是弹性和/或可伸展的，并且可以具有与第一和第二纺织品部分对应的机械性质以便减小纺织品部分与衬底之间的可能机械应力。衬底也可以具有与第一和/或第二纺织品部分的性质不同的机械性质。作为示例，衬底可以具有与第一和第二纺织品部分的膨胀系数不同的膨胀系数。在这样的情况下，可以有利地使用弹性或可伸展的第一和/或第二纺织品部分。
第一和第二纺织品部分可以通过例如层压或胶合而附连到衬底。作为示例，衬底可以包括非传导纺织品，并且可以例如形成一件衣物、一件家具或壁纸的部分。
衬底可以有利地在设备的制造期间和设备的操作或使用期间为第一和第二纺织品部分提供支撑。电气元件的安装被促进，因为纺织品部分可以在安装期间保持在固定位置处，并且使用期间的短路风险可以通过帮助保持第一和第二纺织品部分分开的隔离衬底而减小。
根据实施例，电气元件可以是半导体设备、发光元件和传感器设备中的一个。术语“发光元件”可以指的是在例如通过跨其施加电势差或者使电流通过其而被激活时能够在电磁频谱的各区（例如可见区、红外区和/或紫外区）中的任何区或者组合中发射辐射的任何设备或元件。发光元件因此可以具有单色、准单色、多色或宽带频谱发射特性。每个发光元件具有至少一个光源。光源的示例包括半导体、有机、或者聚合物/聚合发光二极管（LED）、蓝LED、光学泵浦的磷光体涂敷LED、光学泵浦的纳米晶体LED或者任何其它类似的设备。此外，术语发光元件可以用于限定发射辐射的特定光源与该特定光源或多个光源被放置在其内的外壳或封装的组合。例如，术语发光元件可以包括布置在外壳中的裸露LED管芯，其可以被称为LED封装。可替换地或者此外，发光元件可以包括能够与外部数据源通信的LED。由此，可以控制操作，诸如LED的光强度。通信可以例如借助于电气或无线数据链路而实现。
根据实施例，用于制造设备的方法还可以包括将第一和第二纺织品部分附连到非传导衬底，其由此可以在设备的制造和使用二者期间为第一和第二纺织品部分提供支撑。
根据实施例，制造方法包括将电源连接到每个纺织品部分的连接点以便为电气元件供应电功率，以及调节电气元件与连接点之间的距离以便控制供应到电气元件的电功率。通过减小外部电源的连接点与电气元件之间的距离，供应到电气元件的电功率可以增加。因此，增加从电源的连接点到电气元件的距离，可以为后者供应较少的电功率。由此，通过改变连接点与电气元件之间的距离，可以改变供应给电气元件的电功率，而不改变输入或馈送到设备的电功率。作为示例，在电气元件是LED的情况下，所发射的光的量或强度可以通过改变外部电源的连接点的位置而改变。另外，在多个LED布置在设备的不同位置处的情况下，所发射的光的量可以分别取决于其到连接点的距离而在不同LED之间变化。
注意，本发明的实施例涉及权利要求中记载的特征的所有可能组合。另外，将领会到的是，针对设备所描述的各种实施例与针对如依照第二方面所限定的方法而描述的实施例是全部可组合的。
附图说明
现在将参照示出实施例的附图来更详细地描述这些和其它方面，其中：
图1示出根据实施例的包括第一和第二导电纺织品部分及电气元件的设备的平面俯视图；
图2示出根据实施例的设备的横截面部分；
图3a示出根据实施例的包括堆叠的第一和第二纺织品部分的设备的分解透视图；
图3b是图3a中的设备的平面俯视图；以及
图4是根据实施例的方法的概况。
所有的图都是示意性的，不一定按照比例绘制，并且一般仅示出为了阐明实施例所必要的部分，其中其它部分可以省略或者仅仅被暗示。贯穿描述，相同的附图标记指的是相同的元件。
具体实施方式
现在将在下文中参照随图更加全面地描述本方面，附图中示出了当前优选的实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式体现并且不应当解释为限于本文阐述的实施例；相反，这些实施例是出于透彻性和完整性而提供的，并且向专业人员全面地传达本方面的范围。
将参照图1描述根据实施例的设备。设备100包括彼此电气隔离的第一和第二导电纺织品部分101,102。设备100还包括两个电气元件110（例如LED），每个包括电气连接到设备的第一和第二接触垫（在图1中未示出）。第一接触垫可以连接到第一纺织品部分101并且第二接触垫可以连接到第二纺织品部分102以便为LED 100供应电功率。另外，导电纺织品部分101,102附连到非传导衬底130。
第一纺织品部分101和第二纺织品部分102通过交错（例如，通过制毡、针织或编织）并且由此电气连接到彼此的导电纤维120形成。非传导衬底130也可以包括由例如交错的纤维形成的纺织品。然而，这些纤维以及因而衬底130的表面可以是非导电的，以便减小附连在其上的纺织品部分101,102短路的风险。
在该示例中，LED可以借助于可以通过分配器而添加到纺织品部分的导电胶合剂而附连到第一纺织品部分101和第二纺织品部分102。LED可以通过例如拾取和放置仪器而定位在纺织品部分上，以便允许胶合剂将第一接触垫和第二接触垫固定到导电纺织品纤维120。
纺织品部分101,102和衬底130可以被选取成使得它们允许设备例如被折叠、弯曲或悬垂。由于交错纤维的缘故，纺织品部分101,102也可以伸展以便使得能够修改设备的形状。
第一导电纺织品部分101和第二导电纺织品部分102可以连接到外部电源（在图1中未示出）。因为第一和第二纺织品部分101,102可以分别连接到电源的第一电极和第二电极，所以电流可以经由LED 110而从第一纺织品部分101流到第二纺织品部分102，LED由此可以供应有电功率。由于第一和第二纺织品部分101,102包括导电且电气连接的交错纤维120，所以外部电源可以在几乎任何位置处连接到纺织品部分101,102。因此，LED 130可以在任何位置处连接到传导的纺织品部分101,102，从而允许第一接触垫连接到第一纺织品部分101并且第二接触垫连接到第二纺织品部分102。换言之，LED 130可以在任何位置处连接到纺织品部分101,102，从而允许LED 130跨装在彼此电气隔离的两个纺织品部分101,102之间。
将参照图2描述根据另一实施例的设备100，图2图示了可以与参照图1所述的设备类似地配置的设备的横截面部分。第一和第二导电纺织品部分101,102可以由包括导电材料（例如镍）的编织纤维120形成。然而，纤维120可以包括涂敷有导电涂层（例如电镀金）的非传导材料。将领会到的是，涂层可以在它们被形成为纺织品之前施加到纤维120上，或者在它一旦形成时就施加到纺织品上。
设备100还可以包括具有第一接触垫112和第二接触垫114的LED 110，第一接触垫112和第二接触垫114可以借助于导电粘合剂而分别电气（和机械）连接到第一和第二纺织品部分101,102。粘合剂可以沉入到纺织品部分101,102中以使得能够实现可靠且坚固的接头116。在操作期间，电流可以经由交错纤维120和传导接头116而在第一和第二纺织品部分101,102之间流动，由此为LED 110供应电功率。
图3是根据另一实施例的设备的分解透视图。设备可以与之前参照图1和2所述的设备类似地配置。
图3a示出包括由电气隔离层140电气分离的第一导电纺织品部分101和第二导电纺织品部分102的设备。应当注意，没有在图3a中示出电气设备。第一和第二纺织品部分101,102及隔离层140可以堆叠，即布置成彼此重叠。第一纺织品部分101可以具有其中部分纺织品被移除（例如通过激光切割）的图案。在该示例中，第一纺织品部分101的图案103符合随后布置成行的三个矩形（或开口）的形状。隔离层140具备对应的图案，其中差异在于形成在隔离层140中的矩形（开口）稍微小于第一纺织品部分101的图案的矩形（开口）。因为第一纺织品部分101和隔离层140布置或堆叠在第二纺织品部分102（其可以不具有这样的图案）上，所以图案可以被对准使得第一纺织品部分101的矩形（或开口）大致与隔离层140的矩形（开口）同心。电气元件110然后可以布置成使得第一接触垫112电气连接到第一纺织品部分101，优选地接近限定图案103的结构的边缘，并且第二接触垫电气连接到第二纺织品部分102。因为隔离层的图案104的（开口）矩形可以稍微小于第一纺织品部分的对应矩形（开口），所以隔离层的一部分可以布置在电气元件110的第一和第二接触垫112,114之间。第一纺织品部分101和第二纺织品部分102之间短路的风险由此可以减小。然而，将认识到的是，可以使用各种各样的图案和结构，并且第一纺织品部分101的图案可以不对应于或等于隔离层140的图案，只要电气元件可以布置成使得其第一接触垫及其第二接触垫可以分别电气连接到第一和第二纺织品部分101,102即可。
图3b是在图3a中示出的设备的平面俯视图，其图示了电气连接到第一纺织品部分和第二纺织品部分的四个LED 110。第一纺织品部分101的矩形图案103稍微不同于隔离层140的图案104，使得LED的接触垫（在图3b中未示出）可以通过隔离层140的一部分而分离。另外，外部电源150可以连接到设备，使得经由每个纺织品部分101,102的连接点152,154而将第一纺织品部分101电气连接到电源150的正极并且将第二纺织品部分102电气连接到电源150的负极。
在图4中概绘出根据实施例的用于制造设备100的方法400。设备可以与参照图1-3所述的设备类似地配置。方法400包括提供410第一导电纺织品部分101、提供420第二导电纺织品部分102、以及将第一纺织品部分101和第二纺织品部分102附连430到非传导衬底130。另外，提供440电气元件110，其中电气元件110的第一接触垫112连接450到第一纺织品部分101并且第二接触垫114连接460到第二纺织品部分102。通过将电源连接470到每个纺织品部分的连接点152,154，可以为电气元件110供应电功率。如之前所述，纺织品部分101,102的导电性允许通过调节电气元件110与连接点152,154之间的距离来调节供应给电气元件110的电功率。
根据以上实施例的设备100可以例如形成包括导电纺织品部分101,102的发光设备。
本领域技术人员认识到，本发明绝不限于以上描述的优选实施例。相反地，在随附权利要求的范围内，许多修改和变型是可能的。例如，设备可以包括多个电气纺织品部分，这样的电气纺织品部分可以包括各种材料、纤维种类，并且可由各种纺织品形成技术而形成。
此外，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，通过研究附图、公开内容和随附权利要求，可以理解和实现所公开的实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施这一纯粹事实不指示这些措施的组合不能用于获利。权利要求中的任何附图标记不应当解释为限制范围。
Claims (15)
1.一种导电纺织品设备，包括：
- 第一导电纺织品部分；
- 第二导电纺织品部分，第一和第二纺织品部分彼此电气隔离；以及
- 具有电气连接到第一纺织品部分的第一接触垫和电气连接到第二纺织品部分的第二接触垫的电气元件；
其中第一和第二纺织品部分被适配成为电气元件供应电功率。
2.根据权利要求1的设备，其中第一和第二纺织品部分各自包括导电的表面部分。
3.根据权利要求1或2的设备，其中第一和第二纺织品部分各自包括交错纤维。
4.根据权利要求3的设备，其中交错纤维包括导电材料。
5.根据权利要求1的设备，其中第一和第二纺织品部分中的至少一个至少部分地涂敷有导电材料。
6.根据权利要求1的设备，其中第一和第二接触垫分别电气连接到第一和第二纺织品部分的多个纤维。
7.根据权利要求1的设备，其中第一和第二纺织品部分在公共平面中延伸。
8.根据权利要求1的设备，其中第一和第二纺织品部分在分离的平面中延伸。
9.根据权利要求1的设备，其中第一和第二纺织品部分关于彼此堆叠并且通过隔离层电气分离。
10.根据权利要求1的设备，其中第一和第二纺织品部分由编织、针织、钩织和/或打结的纤维形成。
11.根据权利要求1的设备，其中第一和第二接触垫借助于导电粘合剂分别连接到第一和第二纺织品部分。
12.根据权利要求1的设备，其中第一和第二纺织品部分附连到非传导衬底。
13.根据权利要求1的设备，其中电气元件是半导体设备、发光元件和传感器设备中的一个。
14.一种用于制造导电纺织品设备的方法，包括以下步骤：
- 提供第一导电纺织品部分；
- 提供与第一纺织品部分电气隔离的第二导电纺织品部分；
- 提供具有第一和第二接触垫的电气元件；
- 将第一接触垫电气连接到第一纺织品部分；以及
- 将第二接触垫电气连接到第二纺织品部分。
15.根据权利要求14的方法，还包括以下步骤：
- 将电源连接到每个纺织品部分的连接点以便为电气元件供应电功率，以及
- 调节电气元件与连接点之间的距离以便控制供应给电气元件的电功率。
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