DE112017000189T5

DE112017000189T5 - E-Fabric-Gewebe und E-Fabric-Kleidungsstück mit integral verbunbudenen Leitern und eingebetteten Vorrichtungen

Info

Publication number: DE112017000189T5
Application number: DE112017000189.7T
Authority: DE
Inventors: Charles A. Howland
Original assignee: Warwick Mills Inc
Current assignee: Warwick Mills Inc
Priority date: 2016-05-13
Filing date: 2017-05-12
Publication date: 2018-08-02
Anticipated expiration: 2037-05-13
Also published as: DE112017000189B4; US20190021407A1; WO2017197228A3; US10448680B2; WO2017197228A2; DE112017000189T8

Abstract

Verbindungen werden zwischen elektronischen Vorrichtungen ausgebildet, die in einer „intelligenten“ Textilbahn eingebettet sind. Eine stark biegbare gezogene Faser in der Bahn umfasst kontinuierliche und/oder diskrete aktive Elemente, die in einer flexiblen Matrix eingebettet sind. e-Fabric-Gewebe umfassen Durchkontaktierungen, die Verbindungen zwischen Leitern bilden, die auf oder in dem Gewebe enthalten sind. Ein flexibles Verbindungs-Pad von alternierend leitenden und isolierenden Elastomerregionen bildet eine Vielzahl von Verbindungen zwischen einer externen Vorrichtung und dem Leiter eines e-Fabric-Gewebes. e-Fabric-Gewebe werden durch vormontierte Leiter mit Haftmittelbändern, um leitende Baugruppen zu bilden, und dann durch Verbinden der leitenden Baugruppen mit Gewebe oder mit vorgefertigten Kleidungsstücken, einschließlich über Säume davon gebildet. Ein Kleidungsstück, wie beispielsweise ein Kapuzenpullover, umfasst Positions-, Orientierungs-, Biegungs- und/oder Beschleunigungssensoren, die einem Benutzer ermöglichen, Aspekte eines audiovisuellen Konzerts, wie beispielsweise Lautstärke, Balance, Klang, aufgezeichnete Rückkopplung und Mashups, sowie auch Leuchtanzeigen und Pyrotechnik durch physische Gesten zu steuern.

Description

VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldungen Nr. 62/335,773, eingereicht am 13. Mai 2016; Nr. 62/374,061, eingereicht am 12. August 2016; Nr. 62/400,857, eingereicht am 28. September 2016; Nr. 62/424,624, eingereicht am 21. November 2016; Nr. 62/423,239, eingereicht am 17. November 2016; und Nr. 62/425,163 , eingereicht am 22. November 2016. Jede dieser Anmeldungen wird hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke aufgenommen.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft Nanotechnologie, eingebettete tragbare elektronische Vorrichtungen, Gewebe und Kleidungsstücke, die integrierte elektronische Merkmale aufweisen, und audiovisuelle Präsentationen. Die Erfindung betrifft insbesondere in Fasern eingekapselte Nanotechnologie, Verbindungen zwischen in Textilfasern eingebetteten Vorrichtungen, Systeme zum Befestigen elektronischer Vorrichtungen an Geweben, die integrierte Leiter aufweisen, und Systeme zum Erzeugen und Steuern von audiovisuellen Präsentationen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Im Laufe der vergangenen Jahrzehnte sind sogenannte „intelligente“ Vorrichtungen von einer hauptsächlich feststehenden (beispielsweise „Mainframe“-Computer und Desktop-Computer) in eine portable (beispielsweise Laptop-Computer) und sogar tragbare (beispielsweise PDAs und „intelligente“ Mobiltelefone) Technologie übergegangen. Aktuell werden Fortschritte in der sogenannten" eingebetteten" tragbaren Technologie gemacht, wodurch „intelligente“ Technologie nicht in getrennt getragenen Vorrichtungen lokalisiert sein muss, sondern stattdessen in Kleidung und anderem üblicherweise getragenem Zubehör, wie beispielsweise Uhren und Brillen, integriert sein kann.
Die Miniaturisierung von elektronischen Vorrichtungen wurde neben anderen Fortschritten durch verbesserte Verfahren zum Verbinden von elektronischen Komponenten ermöglicht. Insbesondere wurden Schaltungen, die ehemals manuell verdrahtet wurden, durch sogenannte „gedruckte“ Schaltungen ersetzt, wobei komplexe Verbindungen zwischen Oberflächen-angebrachten Vorrichtungen durch leitende Pfade, die auf ein starres, mehrlagiges Substrat oder eine „Leiterplatte“ gedruckt werden, bereitgestellt werden.
Aufgrund der Komplexität von typischen elektronischen Schaltungen umfassen verbindende Merkmale, die üblicherweise in zeitgemäßen Leiterplattengestaltungen erforderlich sind:

• Signalschichten;
• Leistungsschichten;
• Masseschichten;
• Durchkontaktierungen;
• Verbundene Verbindungs-Pads;
• Trennbare Verbinder; und
• Wärmemanagement für Vorrichtungen hoher Leistung.

Die Verfügbarkeit von aktiven und leitfähigen Fasern ist ein bedeutender Schritt hin zu der Integration von elektronischen Systemen in Fasern, die in Geweben enthalten sind, wodurch aktive Vorrichtungen nicht auf einem Oberflächen-angebrachten Löt-Pad sitzen, sondern stattdessen innerhalb der Fasern eines Kleidungsstücks oder eines anderen Textilartikels eingebettet sind. Aktuelle Textilherstellungsverfahren können jedoch nicht die komplexen Verbindungen bereitstellen, die zum Erzeugen von Mehrkomponenten-Schaltungen unter Verwendung derartiger Faser-eingebetteter Vorrichtungen erforderlich sind.
Es ist klar, dass sich die Vorformverfahren, durch die aktive Vorrichtungen erzeugt werden, im Laufe der Zeit weiterentwickeln werden und es ist sinnvoll zu erwarten, dass derartige Vorrichtungen einen kontinuierlicheren Charakter annehmen werden. Dies wird eine verstärkte Fähigkeit bereitstellen, die Vorrichtungen in Textilfasern zu verteilen. Verbesserte Vorgehensweisen werden jedoch zum Erzeugen einer kontinuierlichen Fähigkeit zur Interkommunikation zwischen den Faser-eingebetteten Vorrichtungen einer Textil-eingebetteten Schaltung und zum Verbinden der Vorrichtungen zwischen Textilbahnen und mit äußeren Vorrichtungen und Leistungsquellen benötigt.
Polymere Fasern sind in Anwendungen, wie beispielsweise Textilgeweben, aufgrund ihrer ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften und der Verfügbarkeit von kostengünstigen, hochvolumigen Verarbeitungstechniken allgegenwärtig geworden. Insbesondere können viele Polymerfasern und Filme durch „Ziehen“ oder anderweitiges Verlängern relativ makroskopischer Vorformen gebildet werden, um viel dünnere, verlängerte Versionen davon zu erzeugen. In einigen Fällen kann eine Vorform mit einer Vielzahl von aktiven Komponenten, die in einer gewünschten Struktur zusammengebaut sind, gezogen oder anderweitig verlängert werden, um mindestens eine Abmessung der Vorform drastisch zu verringern und dadurch die Struktur und Konfiguration der aktiven Komponenten auf einen Mikromaßstab oder Nanomaßstab zu verringern. Demgemäß kann das Ziehen von strukturierten, polymeren Mehrkomponenten-Vorformen ein kostenwirksames Verfahren zum Erzeugen von Fasern, Filmen und anderen polymeren Gebilden bereitstellen, die darin eingearbeitete Mikrostrukturen und/oder Nanostrukturen aufweisen.
Ein Beispiel dieser Vorgehensweise wird in dem US-Patent 7,311,962 offenbart, das hier durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit für alle Zwecke aufgenommen ist. Das US-Patent 7,311,962 offenbart die Erzeugung von elektromagnetischen Wellenleitern, Faseroptiken und anderen optisch aktiven Strukturen, die dielektrische Spiegel durch Applizieren einer Beschichtung eines Chalkogenidglases auf einen thermoplastischen Polymerfilm, Erzeugen einer Vorform durch Rollen des Films um einen Kern, beispielsweise einen Poly(ethersulfon)(„PES“)-Kern, und dann Ziehen der Vorform bei erhöhter Temperatur, um eine Faser zu erzeugen, die einen Kern umfasst, der von einer Vielzahl von Schichten von kontinuierlichen, alternierenden, eng beabstandeten Glas- und Polymerschichten umgeben ist, einbauen. Durch geeignete Auswahl der dielektrischen Konstanten des Glases und des Polymers und der Schichtbeabstandung können die Schichten konfiguriert werden, um elektromagnetische Wellen bei gewünschten Wellenlängen fast perfekt zu reflektieren.
Weil es für aktive Mehrkomponenten-Fasern notwendig ist, Materialien zu enthalten, die ausgestaltet sind, um elektrische, optische und/oder Sensorfunktionen bereitzustellen, müssen derartige Fasern notwendigerweise Materialien enthalten, die normalerweise nicht in Fasern verwendet werden. Häufig weisen diese aktiven Komponentenmaterialien keine Eigenschaften auf, die mit Biegen, Abrasion und/oder anderen Textilanforderungen in Einklang stehen. Beispielsweise können die durch das US-Patent 7,311,962 offenbarten Fasern mit einer Vielfalt von wünschenswerten Eigenschaften, wie beispielsweise Leitung von Licht, sowie auch Absorption und/oder Reflexion von einfallender elektromagnetischer Strahlung in ausgewählten Wellenlängenbändern konfiguriert werden. Praktische Anwendungen der offenbarten Fasern sind jedoch begrenzt, weil die Glasschichten dazu neigen, zu brechen und zu zerfallen, wenn die Fasern gebogen werden.
Diese Unfähigkeit von aktiven Mehrkomponenten-Fasern, sich frei zu biegen, schließt viele Anwendungen von Interesse aus, wie beispielsweise Einarbeitung in tragbare Kleidungsstücke für den Zweck des Verhinderns von IR-Sichterfassung durch Blockieren von Infrarot-Emissionen oder ein Erleichtern der Identifikation von freundlichen Kräften, indem ohne Weiteres identifizierte Muster emittiert oder reflektiert werden, wenn sie mit spezifisch gewählten Wellenlängen von Licht bestrahlt werden. Die Vorgehensweise des US 7,311,962 ist ebenfalls auf kontinuierliche aktive Elemente, d.h. kontinuierliche Schichten von Polymer- und Glasfilmen, begrenzt, und wird nicht ohne Weiteres auf Anwendungen erweitert, die beispielsweise eine Vielzahl von diskreten, beabstandeten, miteinander verbundenen Sensoren erfordern würden, die in einer Faser eingekapselt sind.
e-Fabric-Gewebe, auch manchmal als e-Textilien, intelligente Kleidungsstücke, intelligente Kleidung, elektronische Textilien, intelligente Textilien und intelligente Gewebe bezeichnet, sind Gewebe (oder Kleidungsstücke oder andere aus Geweben hergestellte Elemente), die den digitalen Komponenten eines elektronischen Systems ermöglichen, an dem Gewebe befestigt oder sogar in dem Gewebe eingebettet zu werden, so dass die Verbindungen zwischen den Komponenten durch Leiter bereitgestellt werden, die integral mit dem Gewebe sind. Derartige Gewebe und die aus ihnen hergestellten Elemente weisen die Fähigkeit auf, viele Dinge zu tun, die herkömmliche Gewebe nicht können, einschließlich kommunizieren, transformieren und leiten von Energie.
Intelligente Textilien können ästhetisch und/oder Präsentation-verstärkend sein. Beispielsweise können verschiedene intelligente Gewebe aufleuchten und/oder die Farbe ändern. Leistungs-verstärkende intelligente Textilien weisen Anwendungen in der Athletik, im Extremsport und in Militäranwendungen auf. Diese umfassen Gewebe, die ausgestaltet sind, um die Körpertemperatur zu regeln, Windwiderstand zu verringern und Muskelschwingung zu steuern. Andere intelligente Gewebe wurden für Schutzkleidung entwickelt, um sich gegen extreme Umweltgefahren, wie beispielsweise Strahlung und die Wirkungen der Raumfahrt, zu schützen. Die Gesundheits- und Kosmetikindustrie macht sich ebenfalls diese Innovationen zunutze, um beispielsweise Arzneimittel-freisetzende medizinische Textilien bereitzustellen, und viele Ausgestaltungen für tragbare Technologie- und tragbare Rechensysteme hängen von Verbindungen ab, die durch e-Fabric-Textilien bereitgestellt werden. Zusätzlich zu tragbaren Anwendungen können e-Fabric-Textilien ebenfalls Anwendungen in anderen Gebieten, wie beispielsweise in der Innenraumgestaltung, aufweisen.
Mit Bezugnahme auf Fig. 1 können leitende Tinten auf einer oder beiden Seiten des Gewebes unter Verwendung von entweder 2D- oder 3D-Drucken gedruckt 100 oder auf das Gewebe unter Verwendung von Applikationsnähen 102 genäht werden. Leiter können ebenfalls in das Gewebe selbst als Fasern in eine oder beide der Ketten- und Schussrichtungen gewebt werden. Wenn die Komplexität der Gewebeschaltungen zunimmt, kann es notwendig werden, Leiter in einer Vielzahl von Pfaden auf oder in dem Gewebe zu leiten, die übereinander kreuzen, beispielsweise durch Drucken von Leitern auf beiden Seiten eines Gewebes oder durch Weben isolierter Drähte als Fasern in sowohl den Ketten- als auch den Schussrichtungen. Des Weiteren kann ein Gewebe mit mehr als zwei „Stufen“ (d.h. Ebenen) von Fasern durch Einschließen einer Vielzahl von Lagen in dem Gewebe 104 bereitgestellt werden. Eine e-Fabric-Gewebebahn oder Kleidungsstück kann Verbindungen zwischen diesen integralen Leitern und/oder Verbindungs-Pads umfassen, die Konnektivität zwischen den integralen Leitern und externen Vorrichtungen bereitstellen.
Natürlich ist es nicht ausreichend, lediglich Leiter auf oder in ein Gewebe einzuarbeiten. Es ist ebenfalls notwendig, Verbindungspunkte oder „Pads“ zum Verbinden der Leiter mit eingebetteten und/oder befestigten Vorrichtungen bereitzustellen. Und in aufwändigeren Gestaltungen kann es notwendig sein, Durchkontaktierungen bereitzustellen, die Überbrückungsverbindungen zwischen Leitern bilden, die übereinander in dem Gewebe kreuzen.
Allgemeine Überlegungen, die typischerweise auf Leiter in e-Fabric-Textilien zutreffen, umfassen:

• Leiter müssen über Textilsäume arbeiten;
• Leiter müssen Verbindungen auf beiden Seiten des Gewebes bereitstellen;
• Leiter müssen Verbindungen mit Vorrichtungen, wie beispielsweise aktiven Knöpfen und Mehrkomponenten-Fasern, herstellen;
• Leiter, die in Stretchgeweben enthalten sind, müssen sich ausdehnen können;
• Textilvorspannungsdehnung kann Leiter in Scherung bringen;
• das Potential für Kupferleiter, kaltgehärtet zu werden, muss gesteuert werden;
• gedruckte Leiter müssen waschfest und dauerhaft sein; und
• die Leiter und das Herstellungsverfahren müssen kostengünstig sein.

Ausführungsformen, die gedruckte Leiter 100 umfassen, müssen leitfähige Tinten, die vollständig waschfest sind, verwenden. Einige Ausführungsformen umfassen Deckbeschichtungen und/oder Bindemittel. Wenn eine leitfähige Tinte, die einen Edelmetallfüllstoff umfasst, verwendet wird, können Drucker, die Druckkopfkonfigurationen mit mikroelektromechanischen Systemen („MEMS“) aufweisen, wegen der großen Größen der Edelmetallteilchen nicht verwendet werden. Diese umfassen verschiedene Digitaldrucker, Siebdrucker und einige spezialisierte Digitaldrucker.
Die meisten Graphen-basierten Tinten sind mit Digitaldruck unter Verwendung von MEMS-Druckköpfen kompatibel. Einige Bindemittel, die in Graphen-Tintengestaltungen verwendet werden, erzeugen jedoch thermische Herausforderungen (250°C, 480°F).
Wenn gedruckte Leiter auf geschnittene Bahnen von Geweben appliziert werden, ist eine Registrierung auf die Textilie nicht erforderlich. Es ist jedoch typischerweise notwendig, dass Gewebe-Durchkontaktierungen enthalten sind, um Pads oder Kontakte auf gegenüberliegenden Seiten der Textilie bereitzustellen. Außerdem sind Naht-Durchkontaktierungen sowie auch Verbindungs-Pads und/oder Kontakt-Pads häufig erforderlich.
e-Fabric-Gewebe, die gewebte Leiter umfassen, erfordern eine extensive Gestaltungswechselwirkung von gewebter Strukturierung bis zur Kleidungsstückstrukturierung. Unter den verschiedenen e-Fabric-Gewebeleiter-Vorgehensweisen sind gewebte Leiter im Allgemeinen die am wenigsten sichtbaren. Gewebte Leiter sind jedoch typischerweise nicht mit gestrickten Geweben kompatibel.
Typischerweise werden gewebte Leiter als Rollware in Gewebe eingearbeitet, wodurch es erforderlich ist, dass geschnittene Bahnen mit gewebten Mustern registriert werden, um die gewebten Leiter mit den geschnittenen Mustern auszurichten. Auch ist typischerweise ein zweiter Herstellungsschritt erforderlich, um Durchkontaktierungen zwischen Ketten- und Schussleitern bereitzustellen, die in den Säumen bereitgestellte Durchkontaktierungen umfassen.
Während die Anforderungen, Verbindungs-Pads und Durchkontaktierungen bereitzustellen, etwas analog zu Durchkontaktierungen und Verbindungs-Pads in herkömmlichen gedruckten Leiterplatten sind, führen sie zu mehreren Problemen, die nicht für herkömmliche gedruckte Leiterplatten gelten, aufgrund der Flexibilität der Gewebe, der Notwendigkeit, Säume in dem Gewebe zu enthalten, und der Notwendigkeit, das Gewebe herkömmlichen Waschverfahren auszusetzen.
Während es manchmal möglich ist, elektronische Vorrichtungen innerhalb eines e-Fabric-Gewebes zu integrieren, sind viele Vorrichtungen zu groß, um in ein Gewebe eingearbeitet zu werden, und viele Vorrichtungen sind inkompatibel oder lediglich halbkompatibel mit Waschverfahren, die bei einem Gewebe anwendbar sind. Beispielsweise können derartige Vorrichtungen mit Wasser, jedoch nicht mit den Benetzungsmitteln und Waschmitteln kompatibel sein, die beim Waschen verwendet werden. Sie können mit der beim Trocken verwendeten Wärme und Feuchtigkeit, jedoch nicht mit den Taumelbewegungen eines Trockners kompatibel sein. Demgemäß ist es häufig wünschenswert oder notwendig, elektronische Vorrichtungen an Oberflächen eines e-Fabric-Gewebes als „externe“ Vorrichtungen abnehmbar zu befestigen, die miteinander durch die Leiter kommunizieren, die durch das e-Fabric-Gewebe bereitgestellt werden. Diese Vorgehensweise weist ebenfalls den Vorteil auf, dass es leichter wird, die befestigten Vorrichtungen zu warten und zu aktualisieren, ohne irgendeine Notwendigkeit, die darunter liegenden e-Fabric-Gewebe zu modifizieren.
Metallschnappverschlüsse sind eine wohl bekannte Vorgehensweise, um elektrische Konnektivität zwischen Leitern eines e-Fabric-Gewebes und einer externen Vorrichtung bereitzustellen. Während Schnappverschlüsse typischerweise starr oder halbstarr sind, sind sie von der Größe her klein, so dass diese Vorgehensweise gut funktioniert, wenn es notwendig ist, lediglich ein paar Verbindungen, typischerweise 2-4 Verbindungen, herzustellen. Wenn mehr Verbindungen benötigt werden, besteht eine andere Vorgehensweise darin, Mehrkontaktverbinder anstatt einfacher Schnappverschlüsse zu verwenden. Beispiele werden in dem US-Patent 3,991,563 , dem US-Patent 6,563,424 und dem US-Patent 7,462,035 gegeben, von denen alle hier in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke aufgenommen sind.
Wenn die erforderliche Anzahl von Verbindungen jedoch noch größer wird, werden starre Schnappverschlüsse und starre Mehrkontaktverbinder unbefriedigend, weil die Aufnahme von großen starren Verbindern und/oder einer großen Anzahl von kleineren starren Verbindern die Flexibilität der darunter liegenden Gewebe unangemessen beeinträchtigen kann.
In der gesamten Geschichte wurden verschiedene Vorgehensweisen bei Versuchen implementiert, komplexe musikalische Effekte in Live-Musikkonzerten zu erzeugen und zu steuern. Beispiele umfassen ein Symphonieorchester, bei dem viele Instrumente, die imstande sind, eine Vielfalt von unterschiedlichen Tönen zu erzeugen, zusammengebracht werden, um von einer Gruppe von getrennten Musikern unter der vereinigenden Steuerung eines Direktors gespielt zu werden. Diese Vorgehensweise weist jedoch den Nachteil auf, dass die koordinierte Aktion einer großen Anzahl von Leuten erforderlich ist. Vielleicht die erfolgreichste historische Vorgehensweise zum Erzeugen komplexer musikalischer Effekte, die von einem einzelnen Individuum gesteuert werden, ist die Konzertorgel, die viele Reihen von Pfeifen aufweist, die durch eine Vielzahl von Tastaturen und Pedalsätzen gesteuert werden.
Während der Wunsch, eine große Anzahl von verschiedenartigen Tönen auf eine komplexe Art und Weise zu kombinieren und zu steuern, seit langem vorhanden war, hat sowohl die Vielfalt möglicher akustischer Effekte als auch der Bereich von Möglichkeiten, diese zu steuern, in letzter Zeit exponentiell zugenommen, da Musik von herkömmlichen analogen Vorrichtungen (d.h. akustischen musikalischen Instrumenten) zu digital aufgezeichneten und/oder erzeugten Kompositionen übergegangen ist. Die Rechenleistung und Geschwindigkeit von Vorrichtungen, die digitale Medien steuern können, hat drastisch zugenommen und tut dies weiterhin. Als Ergebnis kann ein modernes musikalisches Live-Konzert eine komplexe Mischung von verschiedenen Effekten, einschließlich von Live-Musikern erzeugter Musik, voraufgezeichneter Musik, verzögerter Wiedergabe von Live-Musik, Live-Mashups von voraufgezeichneten musikalischen Spuren und/oder Musik, präsentieren, die durch Software auf eine vollständig digitale Art und Weise erzeugt wird.
Des Weiteren gehen Live-Konzerte häufig über Ton hinaus und umfassen ebenfalls visuelle Präsentationen, wie beispielsweise Beleuchtungseffekte und sogar Pyrotechnik. Demgemäß ist es genauer, derartige Live-Konzerte als audiovisuell zu bezeichnen, wobei der Begriff hier verwendet wird, um jede Live-Präsentation zu bezeichnen, die flexibel in Echtzeit gesteuert wird und die beliebige Kombinationen von Audio- und/oder visuellen Präsentationen umfasst.
Das Steuern einer komplexen Anordnung von audiovisuellen Aspekten in Echtzeit kann eine bedeutende Herausforderung für die Veranstalter einer modernen musikalischen Präsentation sein. Während die Fähigkeiten von Vorrichtungen digitaler Medien und digitalen Steuersystemen dramatisch zugenommen hat, weisen Menschen weiterhin nur zwei Hände und zwei Füße auf, die zum Steuern audiovisueller Systeme in Echtzeit verwendet werden können. Natürlich könnten einige oder alle Aspekte einer Präsentation vorbestimmt und vorprogrammiert sein, wobei dies jedoch die spontane Kreativität und Publikumsinteraktion abschwächen oder beseitigen würde, die einzigartige und sehr wünschenswerte Merkmale von Live-Auftritten sind.
Demgemäß erfordert eine audiovisuelle Live-Präsentation häufig einen gemeinsamen Einsatz von einem Team von Technikern, um sämtliche der in der Präsentation verwendeten Vorrichtungen zu betreiben und zu steuern, um dadurch den Grad zu verringern, mit der ein Solo- oder „Star“-Künstler eine kreative und spontane Steuerung über die Präsentation aufrechterhält. Ebenfalls neigen die Kosten und logistischen Anforderungen, die mit dem Zusammentragen eines Teams und dem Beschaffen und Aufstellen eines komplexen Steuersystems verbunden sind, dazu, die Erzeugung und spontane Steuerung von komplexen audiovisuellen Präsentationen auf Großveranstaltungen zu beschränken, um dadurch die meisten Musiker von einem Genießen der und Experimentieren mit der Echtzeitsteuerung über den gesamten Bereich von audiovisuellen Live-Effekten auszuschließen, die Vorrichtungen und Systeme mit relativ bescheidenen Kosten ansonsten erzeugen könnten. Mit anderen Worten ist es häufig das Fehlen jeglicher Mittel, um audiovisuelle Systeme in Echtzeit zu steuern, und nicht die Kosten und Verfügbarkeit der audiovisuellen Vorrichtungen selbst, die den Zugang von Künstlern zu kreativen audiovisuellen Effekte begrenzt.
Eine Vorgehensweise, die versucht wurde, ist die Verwendung eines Bandes, das an dem Arm eines Benutzers in direktem Kontakt mit der Haut befestigt werden kann, wodurch das Band imstande ist, die Muskelaktivität des Unterarms des Benutzers abzutasten. Diese Bio-Abtast-Vorgehensweise weist den Vorteil auf, dem Benutzer zu ermöglichen, andere Teile des Körpers als die Hände und Füße zu verwenden, um Aspekte eines audiovisuellen Präsentationssystems zu steuern. Das Bio-Abtasten erfordert jedoch einen direkten und festen Hautkontakt der Sensoren, was für den Benutzer unangenehm und lästig sein kann. Es kann auch problematisch sein, diese Vorgehensweise mit der herkömmlichen Handmanipulation von Knöpfen, Schiebern und anderen Steuerungen zu kombinieren, weil die meisten der Muskeln, welche die Hand und die Fingern steuern, im Unterarm lokalisiert sind.
Was benötigt wird, sind daher Techniken zum Registrieren von Textilien zum Bilden von Verbindungen, zum Schneiden von Durchkontaktierungen in Fasern mit aktiven Komponenten und zum Bilden von Verbindungen zwischen Textilbahnen und mit äußeren Vorrichtungen. Des Weiteren gibt es für einige Anwendungen ebenfalls einen Bedarf, diese Interkonnektivitätsmerkmale bereitzustellen, während zur gleichen Zeit ein ästhetisches Erscheinungsbild des Gewebes aufrechterhalten oder verstärkt wird.
Was ebenfalls benötigt wird, ist eine hochflexible gezogene Faser, die kontinuierliche und/oder diskrete, darin eingekapselte aktive Elemente aufweist. Was ebenfalls benötigt wird, sind Techniken zum Verbinden von e-Fabric-Gewebeleitern mit internen und externen Vorrichtungen und zum Bereitstellen von Durchkontaktierungen, die Leiter miteinander verbinden, die einander innerhalb des Gewebes kreuzen.
Was ebenfalls benötigt wird, ist ein flexibles System zum Bilden großer Anzahlen von elektrischen Verbindungen zwischen einer externen Vorrichtung und den Leitern eines e-Fabric-Gewebes, während die Flexibilität des darunter liegenden Gewebes nicht unangemessen beeinträchtigt wird.
Was ebenfalls benötigt wird, sind e-Fabric-Gewebe, einschließlich dehnbarer e-Fabric-Gewebe, die Leiter aufweisen, die auf Gewebebahnen und Kleidungsstücke einschließlich über die Säume derselben, ohne Bedenken hinsichtlich der Registrierung zwischen den Leitern und dem darunter liegenden Gewebe und ohne Bedenken hinsichtlich der Registrierung zwischen Bahnen eines Kleidungstücks oder einer anderen Mehrbahn-Gewebebaugruppe wirtschaftlich appliziert werden können.
Und was ebenfalls benötigt wird, ist ein Steuersystem, das einem einzelnen Benutzer ermöglicht, eine große Anzahl von Aspekten einer digitalen audiovisuellen Präsentation in Echtzeit zu steuern, ohne einen direkten Hautkontakt durch Sensoren oder direktes Abtasten der Muskelaktivität des Benutzers zu erfordern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In einem ersten allgemeinen Aspekt der vorliegenden Offenbarung werden Verfahren zum Bereitstellen einer Textilregistrierung für verbindende, aktive elektronische Vorrichtungen, die innerhalb „intelligenter“ Textilfasern eingebettet sind, zum Schneiden von Durchkontaktierungen in die intelligenten Fasern und zum Bilden elektronischer Verbindungen zwischen Textilbahnen offenbart. In Ausführungsformen werden diese Merkmale bereitgestellt, während zur gleichen Zeit ein ästhetisches Gewebeerscheinungsbild aufrechterhalten wird.
Die offenbarten Verfahren benutzen neue Materialien, Beschichtungen und Ätzverfahren. Die offenbarten Herstellungsvorgehensweisen umfassen Verfahren für die Herstellung von intelligenten gleichförmigen Gewebesystemen unter Verwendung eines fortgeschrittenen digitalen Textildruckens und von Materialabscheidung unter Verwendung von modernen Zeilenabtast-Tintenstrahlverfahren.
Verbindungen werden zwischen elektronischen Vorrichtungen ausgebildet, die in „intelligenten“ Fasern eingebettet sind, die in einer Textilbahn enthalten sind. Eine Vielzahl von nicht sichtbaren Bezugsmarkierungen, die den intelligenten Fasern entsprechen, wird in der Bahn während ihrer Herstellung auf einer Webmaschine erzeugt. Nach Entfernung von der Webmaschine lokalisiert die industrielle Bildverarbeitung die Bezugsmarkierungen und bildet Verzerrungen der intelligenten Fasermuster ab. Ein Verbindungsmuster wird gemäß den abgebildeten Verzerrungen umgewandelt und auf die Bahn appliziert, um Verbindungen zwischen intelligenten Fasern und mit Verbindungs-Pads zu bilden. Durchkontaktierungen können auf den intelligenten Fasern durch chemisches und/oder Laserätzen gebildet werden. Die Verbindungspfade können durch Tintelstrahldrucken von leitenden Tinten appliziert werden und können auf Verbindungs-Pads an einer Kante der Bahn erweitert werden, die durch ein leitendes Haftmittel mit Pads auf einer angrenzenden Bahn verklebt werden können, bevor die Kanten zusammengenäht werden, um einen elektrisch verbindenden Saum zu bilden.
In einem zweiten allgemeinen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine hochflexible gezogene Faser offenbart, die darin eingekapselte kontinuierliche und/oder diskrete aktive Elemente aufweist. Die stark biegbare gezogene Faser ist zur Einarbeitung in Gewebe geeignet und umfasst die kontinuierliche und/oder diskrete aktive Elemente, die in einer flexiblen Matrix eingekapselt sind. In Ausführungsformen ist die Faser zwischen 50 und 400 µm im Durchmesser. Biegespannungen sowohl hinsichtlich Kompression als auch hinsichtlich Zug werden durch Einkapseln der diskreten und/oder kontinuierlichen aktiven Elemente in einem hochflexiblen, amorphen, ein geringes Modul aufweisenden Polymer oder Elastomer begrenzt, das von einem Außenmantel aus einem relativ starreren, orientierten Polymer umgeben ist. In Ausführungsformen sind kontinuierliche aktive Elemente, welche die Mittelachse der Faser umgeben, in der Längsrichtung segmentiert. Diskrete Elemente können thermoplastisch oder starr sein und können durch Paaren mit kontinuierlichen Elementen verbunden werden.
Allgemeine Beschreibung der Faserbiegung
Für herkömmliche Mehrfilament-Garne reichen die einzelnen Filamentdurchmesser typischerweise von zwischen 10 µm und 40 µm. Die überwiegende Mehrheit der verwendeten Fasern sind Einkomponentenfasern, obwohl einige Filamente hergestellt werden, die zum Verbinden von Nichtgewebtem mit Untergurt-Mantelpolymeren verwendet werden, die einen von einem Mantel umgebenden Kern umfassen.
Diese kleinen Filamentgrößen (10 bis 40 µm) stellen eine wirksame obere Grenze für Garne dar, die aus problematischeren Materialien, wie beispielsweise Glas, Kohlenstoff, Para-Aramid, LCP, PET und UHMWPE, hergestellt sind. Fasern, die zu dieser Klasse von hochfesten Materialien gehören, weisen ein entsprechendes hohes Modul bzw. Kristallinität auf. Es kann gezeigt werden, dass einige dieser Materialien eine grenzwertige Leistung beim Biegen durch eine Biege-Falt-Prüfung aufweisen.
Bei einer Biege-Falt-Prüfung wird ein Gewebe gefaltet und eine Falte an einem vereinbarten Radius gebildet. Der Radius kann durch die Verwendung von Einstellscheiben gesteuert werden, die zwischen den beiden Flächen der gefalteten Probe platziert werden. Eine vereinbarte Last mit einer definierten Konformität wird verwendet, um die Falte zu schließen. Ein typischer Satz von Bedingungen ist ausgestaltet, um das Treten auf die Gewebefalte mit einem Schuh mit Gummisohlen zu simulieren.

• Druck 25psi
• Ausgleichsscheibendicke 0
• Konformität Shore A 70 Gummi, 3/8 dick
• Rückseite keine Konformität (Hartbelag-Simulierung)

Die Ergebnisse einer Biege-Falt-Prüfung werden durch Untersuchen der Proben gemäß ASTM Ausfransstreifenzugkrafttest (ravel strip tensile) und Ausweisen der ungefalteten Zugkraft als ein Prozentsatz der beibehaltenen Zugkraft nach dem Falten gemessen. Sogar bei kleinen Filamentdurchmessern von 10 - 40 µm zeigen Glas und Para-Aramid 20-80% Zugverlust in Biege-Falt-Simulationen einer Falte, auf die ein männlicher Erwachsener getreten ist.
Im Gegensatz dazu sind die Mehrkomponenten-Filamente in Ausführungsformen dieser Erfindung viel größer im Durchmesser, der von 50 bis 400 µm reicht. Diese großen Durchmesser sind in verschiedenen Ausführungsformen erforderlich, um die aktiven Komponenten in dem Filament unterzubringen, und sie entstehen ebenfalls in einigen Ausführungsformen aufgrund von Einschränkungen des Ziehverfahrens.
Die großen Fadendurchmesser in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung führen zu viel höheren Spannungen sowohl hinsichtlich Kompression als auch hinsichtlich Zug, wenn diese Filamente einem Biegen ausgesetzt werden. Die vorliegende Erfindung überwindet diese Einschränkungen durch Einkapseln der aktiven Elemente in einem hochflexiblen, amorphen, ein geringes Modul aufweisenden Polymer oder amorphen Elastomer, das von einem äußeren Mantel eines relativ starreren, orientierten Polymers umgeben ist. Es sei bemerkt, dass vor der vorliegenden Erfindung Mehrkomponenten-Fasern mit einem amorphen, ein geringes Modul aufweisenden polymeren oder elastomeren Kern, der von einem herkömmlicheren, orientierten Polymermantel umgeben wird, auf dem einschlägigen Fachgebiet so gut wie unbekannt waren.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verbessern ferner die Biegefähigkeit von aktiven Mehrkomponenten-Fasern, die kontinuierliche aktive Komponenten umfassen, durch Segmentieren der kontinuierlichen Komponenten in Längsrichtung, so dass sie als eine Vielzahl von longitudinalen Streifen konfiguriert sind, die um die Mittelachse der Faser und nicht als ein ungebrochener Zylinder oder Spirale angeordnet sind.
In einem dritten allgemeinen Aspekt der vorliegenden Offenbarung werden e-Fabric-Gewebe, die Durchkontaktierungen umfassen, die Verbindungen zwischen Leitern, die auf oder in dem Gewebe enthalten sind, und/oder zwischen Verbindungs-Pads auf einer Oberfläche der Gewebe und einem Leiter, der in oder auf dem Gewebe enthalten ist, bilden, sowie Techniken zum Bilden derartiger Durchkontaktierungen offenbart. In Ausführungsformen sind die Leiter in dem Gewebe durch Drucken, Nähen, Kleben, Applikation oder Weben enthalten. Die Durchkontaktierungen und/oder Verbindungs-Pads werden durch Injizieren eines leitfähigen Matrixmaterials in das Gewebe gebildet, so dass sie mindestens zwischen zwei überlappenden Leitern und/oder zwischen einem Leiter und einem Verbindungs-Pad eine Überbrückung herstellen. Das leitfähige Matrixmaterial kann metallische und/oder Graphen-Materialien umfassen oder kann ein leitfähiges Polymer sein. Fasern in dem Gewebe können mit einer stromlosen Plattier-Grundierung zur verstärkten Verbindung mit einem metallischen Matrixmaterial vorbehandelt werden.
In Ausführungsformen umfassen die offenbarten e-Fabric-Gewebe Verbindungen zu internen Vorrichtungen, Verbindungs-Pads zum Verbinden mit externen Vorrichtungen und/oder Durchkontaktierungen, die Verbindungen zwischen Leitern bilden, die einander auf oder innerhalb des Gewebes kreuzen, sowie auch Techniken zum Bilden derartiger Verbindungen.
In Ausführungsformen sind die Leiter in dem Gewebe durch Drucken, Nähen, Kleben, Applikation oder Weben enthalten. Die Durchkontaktierungen und/oder Verbindungs-Pads werden durch Injizieren eines leitfähigen Matrixmaterials in das Gewebe gebildet, so dass zwischen einem Verbindungs-Pad und einem Leiter und/oder über mindestens zwei sich überlappende Leiter eine Überbrückung hergestellt werden kann. Das leitfähige Matrixmaterial kann metallische und/oder Graphen-Materialien umfassen oder kann ein leitfähiges Polymer sein. Bei der Vorbereitung zum Bilden einer Durchkontaktierung unter Verwendung eines metallischen Matrixmaterials, wie beispielsweise einem Niedertemperaturlot, können die Fasern des Gewebes durch eine stromlose Plattier-Grundierung grundiert werden.
In einem vierten allgemeinen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein flexibles System zum Bilden großer Anzahlen von elektrischen Verbindungen zwischen einer externen Vorrichtung und den Leitern eines e-Fabric-Gewebes offenbart, während die Flexibilität des darunter liegenden Gewebes nicht unangemessen beeinträchtigt wird. Das System umfasst ein flexibles Mehrfachkontakt-Verbindungs-Pad niedriger Dichte, das hier als ein „weicher Verbinder“ bezeichnet wird, das angrenzende Regionen eines leitenden und dielektrischen Elastomers umfasst, das in alternierenden Streifen oder in einigen anderen alternierenden Mustern angeordnet ist. In Ausführungsformen ist der weiche Verbinder komprimierbar und an einer Trägerlage befestigt, die ihrerseits an dem e-Fabric-Gewebe auf eine Art und Weise befestigt ist, die den weichen Verbinder gegen eine Vielzahl von Verbindungs-Pads komprimiert, die in einem kompatiblen Muster auf der darunter liegenden Region des e-Fabric-Gewebes angeordnet sind. In anderen Ausführungsformen ist eine aufblasbare Blase zwischen dem weichen Verbinder und der Trägerlage enthalten und wird aufgeblasen, um den weichen Verbinder gegen die Verbindungs-Pads des e-Fabric-Gewebes zu drücken. Diese Anordnungen bilden eine Vielzahl von elektrischen Verbindungen, die über eine Kontaktregion des verbindenden Systems verteilt sind, das aufgrund der elastomeren Natur des weichen Verbinders flexibel bleibt.
Ein flexibles Verbindungs-Pad von abwechselnd leitenden und isolierenden Elastomerregionen bildet eine Vielzahl von Verbindungen zwischen einer externen Vorrichtung und den Leitern eines e-Fabric-Gewebes, während die Flexibilität des e-Fabric-Gewebes nicht unangemessen beeinträchtigt wird. Das flexible Pad wird zwischen einer Trägerlage und einer entsprechenden Anordnung von Kontakten auf dem e-Fabric-Gewebe aufgrund der Kompression des flexiblen Pads oder des Aufblasens einer Blase hinter dem flexiblen Pad gedrückt. Die Trägerlage kann beschichtet und/oder laminiert sein und kann Teil einer Umhüllung sein, die eine externe elektronische Vorrichtung enthält. Leistung und Signale können durch die Trägerlage durch Durchkontaktierungen und/oder durch Bereitstellen von Fenstern in der Trägerlage transportiert werden. Bereitgestellte Fenster können mit dem flexiblen Pad und/oder der elektronischen Vorrichtung hermetisch versiegelt werden. Die Trägerlage oder die Umhüllung kann entfernbar sein. Laminierte Metall- und Nichtmetallschichten davon können eine hermetische Abdichtung und EMI-Abschirmung bereitstellen.
In verschiedenen Ausführungsformen ist der weiche Verbinder an externen Verbindungspunkten befestigt, die auf einer äußeren Oberfläche der Trägerlage bereitgestellt sind. In einigen dieser Ausführungsformen verbinden Durchkontaktierungen die externen Kontaktpunkte mit Befestigungsorten auf einer inneren Oberfläche der Trägerlage. In anderen Ausführungsformen wird ein „Fenster“ in der Trägerlage bereitgestellt, so dass eine elektronische Vorrichtung durch das Fenster direkt mit der Rückoberfläche des weichen Verbinders verbunden werden kann.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die Trägerlage Teil einer Einschlusstasche oder eines Beutels, die/der zum Einschließen einer elektronischen Vorrichtung konfiguriert ist. In einigen Ausführungsformen ist der Beutel ein hermetisch heißversiegelter Beutel, der aus flexiblem, beschichtetem Laminatgewebe hergestellt ist.
In Ausführungsformen umfasst der Beutel eine wasserfeste und wasserdampfbeständige Barriereschicht, die eine laminierte Aluminiumfolie und/oder einen metallisierten oder nichtmetallisierten PET-Film umfasst. Des Weiteren sind in einigen Ausführungsformen die Innen- und Außenflächen des Laminatbeutels Schichten aus pigmentiertem thermoplastischem Polyurethan („TPU“), die für hochfeste hermetische Verbindungen heißversiegelt werden können, um den Zusammenbau des Beutels zu erlauben.
Diese Verwendung von metallische Schichten, beispielsweise von Silber oder Aluminium, in verschiedenen Ausführungsformen zur Wasserpermeationssteuerung ist ebenfalls wirksam für die EMI-Abschirmung von aktiven digitalen Schaltungen hoher Geschwindigkeit, die in dem Beutel enthalten sind. Für Beutel, die drahtlose Vorrichtungen enthalten, können Antennen auf der äußeren Beuteloberfläche außerhalb der EMI-Abschirmung lokalisiert sein. Eine Masseebene kann ebenfalls in dem Beutel als Teil der Antennenkonfiguration enthalten sein.
Abhängig von der Ausführungsform kann eine elektronische Vorrichtung, die in dem Beutel enthalten ist, mit den internen Befestigungsorten (oder durch ein Fenster direkt mit dem weichen Verbinder) durch Niedrigtemperaturlot oder durch leitfähige Haftmittel verbunden werden. Die physikalische Befestigung der Trägerlage an das thermoplastische Polyurethan („TPU“), die Schaltungsbahn oder andere Strukturelemente der enthaltenen elektronischen Vorrichtung kann durch ein nichtleitfähiges Haftmittel, welches die Kontakte umgibt, weiter verstärkt werden. In einigen Ausführungsformen sind die Durchkontaktierungen, welche die Signale und Leistung von den inneren Kontaktpunkten durch die Trägerlage zu dem weichen Verbinder leiten, Gewebe-Durchkontaktierungen. Wie oben bemerkt, wird in anderen Ausführungsformen die Trägerlage geschnitten, um ein einzelnes Fenster oder ein Muster von Fenstern zu bilden, um den Innenraum des Beutels direkt zu den Kontakten auf dem weichen Verbinder freizulegen. In einigen dieser Ausführungsformen wird die elektronische Vorrichtung mit der Trägerlage um die Kontaktöffnungen verklebt, um eine hermetische Abdichtung zu bilden.
In einem fünften allgemeinen Aspekt der vorliegenden Offenbarung werden e-Fabric-Gewebe, einschließlich Stretch-e-Fabric-Gewebe und daraus hergestellte Kleidungsstücke offenbart, die kostengünstig applizierte Leiter, einschließlich über die Säume derselben ohne Bedenken hinsichtlich der Registrierung zwischen den Leitern und dem darunter liegenden Gewebe und ohne Bedenken hinsichtlich der Registrierung zwischen Bahnen eines Kleidungsstück oder anderen Mehrbahn-Gewebebaugruppe aufweisen. Die e-Fabric-Gewebe umfassen Leiter, die mit dem Gewebe durch einen Kleberstreifen verbunden sind. In Ausführungsformen werden der Leiter und der Kleberstreifen, und in einigen Ausführungsformen ebenfalls eine Deckschicht des Textilbandes, vormontiert und dann als eine leitende Baugruppe auf das Gewebe appliziert. In Ausführungsformen ist das Haftmittel ein thermoplastisches Polyurethan („TPU“) und die leitfähige Baugruppe ist mit dem Gewebe heißversiegelt.
In Ausführungsformen werden die e-Fabric-Gewebe durch Vormontieren der Leiter mit Kleberstreifen, um leitende Baugruppen zu bilden, und dann durch Verbinden der leitenden Baugruppen mit Gewebe oder mit vorgefertigten Kleidungsstücken, einschließlich der Säume derselben, gebildet. Die leitende Baugruppe kann ein Textil-Abdeckband umfassen, das über den Leiter und das Haftmittel appliziert wird. In Ausführungsformen ist das Haftmittel TPU und die leitenden Baugruppen werden mit dem Gewebe heißversiegelt. Stretchgewebe werden durch Konfigurieren des Leiters in einer zickzack-förmigen, gecrimpten oder spiralförmigen Konfiguration und Verwenden eines dehnbaren Textilabdeckbands untergebracht. Leiter können blanke, beschichtete oder Faser-umhüllte Kupferdrähte oder Leiter-gefüllte Polymere sein. Durchkontaktierungen können enthalten sein, um Verbindungen zwischen Leitern und Verbindungs-Pads, elektronischen Vorrichtungen und/oder anderen Leitern zu bilden, die auf einer gegenüberliegenden Seite des Gewebes oder auf einer anderen Lage eines Mehrlagen-Gewebe lokalisiert sind.
In einigen Ausführungsformen sind die Leiter entweder aus blankem Kupfer oder werden durch eine dünne Polymerbeschichtung isoliert und können entweder rund oder flach sein. In anderen Ausführungsformen sind die Leiter faserumwickelt. Ausführungsformen mit runden Leitern werden in einigen Fällen zum Leiten um Ecken verwendet. In einigen Ausführungsformen umfassen Stretchgewebe gecrimpte und/oder zickzack-förmig strukturierte Kupferleiter, die mit dem Gewebe durch TPU mit hoher Dehnung verbunden sind.
Offenbarte Verfahren für Heißsiegeln von Leitern an ein e-Fabric-Gewebe umfassen die Applikation heißer Luft oder von Heißwalzen auf einen Streifen aus thermischem Polyurethan („TPU“), der mit einem Leiter und in Ausführungsformen ebenfalls mit einem Gewebeabdeckband vormontiert ist. „Plotter-Scheider“-Gerät kann für Anwendungen im größerem Herstellungsmaßstab verwendet werden.
Ausführungsformen werden auf geschnittenen Bahnen verarbeitet, wodurch jede Notwendigkeit vermieden wird, die Leiter mit der Textilie zu registrieren. Einige dieser Ausführungsformen sind auf Kleidungsstücke anwendbar. Durchkontaktierungen können beispielsweise zum Verbinden der Leiter mit Pads oder zum Bilden von Verbindungen zwischen Leitern enthalten sein, die auf gegenüberliegende Seiten des Gewebes appliziert sind. Einige dieser Ausführungsformen erfordern keine Naht-Durchkontaktierungen, was ein bedeutender vereinfachender Faktor für die Herstellung sein kann.
In einem sechsten allgemeinen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Kleidungsstück offenbart, in dem mindestens einer aus Positions-, Orientierungs-, Biegungs- und Beschleunigungssensoren integriert ist, wodurch ein das Kleidungsstück tragender Benutzer imstande ist, Aspekte einer audiovisuellen Präsentation durch Bewegungen von verschiedenen körperlichen Regionen, jedoch ohne direkten Hautkontakt durch Sensoren oder direktes Abtasten der Muskelaktivität zu steuern. In Ausführungsformen werden Bewegungen der Arme, der Beine, des Kopfes und/oder des Halses durch das Kleidungsstück abgetastet. Verschiedene Ausführungsformen des Kleidungsstücks umfassen ferner Bahnen, die Finger-betätigte Knöpfe und/oder Schiebersteuerungen umfassen. Ausführungsformen umfassen akustische Rückmeldeeinrichtungen, wie beispielsweise Lautsprecher oder andere Audioausgabevorrichtungen, die beispielsweise in einer durch den Benutzer getragenen Kapuze eingearbeitet sind.
In Ausführungsformen umfasst das Kleidungsstück, wie beispielsweise ein Kapuzenpullover, Positions-, Orientierungs-, Biegungs- und/oder Beschleunigungssensoren, die einem Benutzer ermöglichen, Aspekte eines audiovisuellen Konzerts, wie beispielsweise Lautstärke, Balance, Klang, aufgezeichnete Rückkopplung und Mashups, sowie Leuchtanzeigen und Pyrotechnik durch physische Gesten zu steuern. Ausführungsformen umfassen ferner Bahnen mit Knöpfen und/oder Schiebern für zusätzliche Steuerungsoptionen. In einer Kapuze des Kleidungsstücks eingearbeitete Audioausgabevorrichtungen können dem Benutzer eine Audiorückkopplung bereitstellen und/oder nach außen gerichtete Vorrichtungen können anderen eine Audiopräsentation bereitstellen. Eine Bluetooth-Schnittstelle kann externe Vorrichtungen steuern. Eine enthaltene Batterie kann Sensoren und andere Vorrichtungen mit Energie versorgen. Optische Anzeigemerkmale, wie beispielsweise eingewebte Lichtleiter von gruppierten Längen und/oder Faseroptiken, die in das Kleidungsstück integriert sind, können eine Taktspur oder andere optische Effekte anzeigen, die dargebotene Musik komplementieren. Sensoren können piezoelektrische Dünnfilmlaminat-Sensoren und/oder piezoelektrische Faserdehnungs-Sensoren sein.
Ausführungsformen umfassen ferner eine in dem Kleidungsstück eingearbeitete Batterie, die konfiguriert ist, um Sensoren und/oder anderen Kleidungsstückvorrichtungen primäre und/oder zusätzliche Leistung zu liefern. Verschiedene Ausführungsformen umfassen drahtlose Kommunikationseinrichtungen, wie beispielsweise Bluetooth-Vorrichtungen zur Kommunikation mit Verstärkern, Lautsprechern, Lichtern, Pyrotechnik und anderen audiovisuellen Einrichtungen, die sich außerhalb des Kleidungsstücks befinden. In Ausführungsformen ist das Kleidungsstück ein sogenannter „Hoodie“ bzw. Kapuzenpullover, der eine Strickjacke einschließlich einer kopfabdeckenden Kapuze ist.
Ausführungsformen umfassen ferner in dem Kleidungsstück integrierte optische Anzeigemerkmale, die beispielsweise verwendet werden können, um eine Taktspur oder andere optische Effekte anzuzeigen, die der dargebotenen Musik entsprechen oder diese komplementieren.
Die hier beschriebenen Merkmale und Vorteile sind nicht allumfassend and insbesondere werden viele zusätzliche Merkmale und Vorteile einem Fachmann auf dem einschlägigen Fachgebiet in Anbetracht der Zeichnungen, Beschreibung und Ansprüche offensichtlich sein. Außerdem sei bemerkt, dass die in der Beschreibung verwendete Sprache prinzipiell für Lesbarkeit und Instruktionszwecke und nicht dazu ausgewählt wurde, den Umfang des erfinderischen Gegenstands zu begrenzen.
Figurenliste

1 ist eine Vielzahl von Querschnittsansichten, die verschiedene Konfigurationen veranschaulichen, durch die Leiter auf oder in ein e-Fabric-Gewebe eingebracht werden;
2A veranschaulicht eine „intelligente“ Faser gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei eine aktive Vorrichtung in einem zentralen Bereich der Faser eingebettet ist;
2B veranschaulicht einen gedruckten leitenden Pfad, der leitfähige Verbindungen zwischen aktiven Vorrichtungen in einer Textilbahn vorsieht;
3A ist eine Draufsicht eines Paars von Verbindungs-Pads, die gedruckte Verbindungspfade enthalten;
3B ist eine Seitenansicht einer Naht, die zwischen den Verbindungs-Pads von 3A ausgebildet ist;
4A veranschaulicht eine Ausführungsform der Erfindung, die diskrete aktive Elemente umfasst, die durch kontinuierliche aktive Elemente miteinander verbunden sind;
4B ist eine Vergrößerung eines Bereichs von 4A;
4C ist eine Vergrößerung eines Bereichs von 4B;
4D ist eine Querschnittsansicht von 4C;
5A ist eine Querschnittsveranschaulichung einer Ausführungsform der Erfindung, die ein kontinuierliches, in Längsrichtung segmentierts aktives Element umfasst;
5B ist eine Querschnittsveranschaulichung der Ausführungsform von 5A, die gezeigt wird, wie sie während des Biegens komprimiert wird;
6A umfasst eine Vielzahl von Querschnittsansichten, die verschiedene Konfigurationen veranschaulichen, durch die Leiter auf oder in Gewebe in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingebracht werden;
6B ist eine Querschnittsveranschaulichung einer herkömmlichen Durchkontaktierung in einer gedruckten Leiterplatte gemäß dem Stand der Technik;
7A und 7B sind Querschnittsveranschaulichungen eines Gewebes, das gewebte Leiter umfasst, die vor bzw. nach Anwendung einer Durchkontaktierung gezeigt sind;
8A bis 8C sind Querschnittsveranschaulichungen einer Vorrichtung und eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Bilden einer Durchkontaktierung durch Injizieren eines leitfähigen Matrixmaterials in ein e-Fabric-Gewebe;
9 ist eine Querschnittsveranschaulichung einer Vorrichtung ähnlich zu 8A - 8C, jedoch zusätzlich mit Induktionsheizelementen;
10 ist eine Querschnittsveranschaulichung einer Vorrichtung, die zur genauen Lokalisierung eines Durchkontakt-bildenden Werkzeugs über einer e-Fabric-Gewebebahn in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
11 ist eine Querschnittsveranschaulichung einer Durchkontaktierung, die durch eine Naht zwischen e-Fabric-Gewebebahnen unter Verwendung eines injizierten leitfähigen Matrixmaterials in einer Ausführungsform der Erfindung gebildet wird;
12 ist eine Querschnittsveranschaulichung einer Durchkontaktierung, die ein Verbindungs-Pad gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst;
13A ist eine Querschnittsveranschaulichung einer Durchkontaktierung, die zwischen gedruckten Leitern eines e-Fabric-Gewebes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gebildet wird;
13B ist eine Querschnittsveranschaulichung einer Durchkontaktierung, die zwischen einem gedruckten Leiter und einem Verbindungs-Pad eines e-Fabric-Gewebes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gebildet wird;
13C ist eine Querschnittsveranschaulichung einer Durchkontaktierung, die zwischen einem gedruckten Leiter und einem gewebten Leiter eines e-Fabric-Gewebes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gebildet wird;
13D ist eine Querschnittsveranschaulichung einer Durchkontaktierung, die zwischen Leitern über eine Naht in einem e-Fabric-Gewebe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gebildet wird;
13E ist eine Querschnittsveranschaulichung einer Durchkontaktierung, die zwischen einem gedruckten Leiter und einem Applikations-Leiter eines e-Fabric-Gewebes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gebildet wird;
14A ist eine Vorderansicht eines Kleidungsstücks mit Kapuze, das unter Verwendung eines e-Fabric-Gewebes mit Leitern und Durchkontaktierungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet wird;
14B ist eine Rückansicht des Kleidungsstücks mit Kapuze von 14A;
15 ist eine Querschnittsveranschaulichung eines Beutels und eines weichen Verbinders in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
16 ist eine Unteransicht des Beutels und weichen Verbinders von 15;
17 ist eine Querschnittsveranschaulichung von elektrischen Verbindungen zwischen einer in einem Beutel enthaltenen Vorrichtung und einem e-Fabric-Gewebe in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
18 ist eine Vielzahl von Querschnittsansichten, die verschiedene Konfigurationen veranschaulichen, durch die Leiter auf oder in ein e-Fabric-Gewebe eingearbeitet werden;
19A ist eine Querschnittsveranschaulichung einer Ausführungsform, die einen blanken Kupferleiter enthält;
19B ist eine Querschnittsveranschaulichung einer Ausführungsform, die einen faserbedeckten Kupferleiter enthält;
20A ist eine Querschnittsveranschaulichung einer Ausführungsform, die einen in einem TPU-Haftmittel eingebetteten Kupferleiter umfasst, der ohne eine Textilbandabdeckung appliziert ist;
20B ist eine Querschnittsveranschaulichung einer Ausführungsform, die einen in einem TPU-Haftmittel eingebetteten Kupferleiter umfasst, der mit einer Textilbandabdeckung appliziert ist;
21A durch 21D sind Querschnittsansichten (21A und 21C) und Draufsichten (21B und 21D) von Ausführungsformen, die gerade (21A und 21B) und zickzack verlaufende (21C und 21D) Leiter umfassen;
22A ist eine Querschnittsveranschaulichung einer Ausführungsform, die einen dehnbaren spiralförmigen Leiter umfasst;
22B ist eine Querschnittsveranschaulichung einer Ausführungsform, die einen dehnbaren gecrimpten Leiter umfasst;
23 ist eine Querschnittsveranschaulichung einer Ausführungsform, die einen Leiter mit einer sekundären polymeren Hochtemperatur-Beschichtung umfasst;
24 ist eine Querschnittsveranschaulichung einer Ausführungsform, die einen Leiter mit einer weichen sekundären Beschichtung umfasst;
25A ist eine Querschnittsveranschaulichung einer Ausführungsform, bei welcher der Leiter ein Bindemittel mit einem leitfähigen Füllstoff ist;
25B ist eine Querschnittsveranschaulichung einer Ausführungsform, bei der ein Kupferleiter von einem Bindemittel mit einem leitfähigen Füllstoff umgeben wird;
26 ist eine Gruppe von Querschnittsveranschaulichungen von Ausführungsformen, die unterschiedliche Anzahlen von Leitern aufweisen und die eine Textilbandabdeckung umfassen oder nicht;
27 ist eine Draufsicht einer durchgängigen Mehrfachleiter-verbindenden Baugruppe in einer Ausführungsform;
28A ist eine Draufsicht einer durchgängigen verbindenden Baugruppe in einer Ausführungsform, die Durchkontaktierungen umfasst, die eine Vielzahl von Leitern an einem Ende mit Verbindungs-Pads auf einer gegenüberliegenden Gewebeseite an dem anderen Ende verbinden;
28B ist eine Seitenansicht der durchgängigen verbindenden Baugruppe von 28A; und
29 ist eine Perspektivansicht eines Benutzers, der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung trägt, die imstande ist, gleichzeitig mehrere Aspekte einer audiovisuellen Präsentation in Echtzeit zu steuern.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Gemäß dem ersten allgemeinen Aspekt der vorliegenden Offenbarung werden Verfahren zum Bereitstellen einer Textilregistrierung für verbindende aktive elektronische Vorrichtungen, die in „intelligenten“ Textilfasern eingebettet sind, zum Schneiden von Durchkontaktierungen in die intelligenten Fasern und zum Bilden elektronischer Verbindungen zwischen Textilbahnen offenbart. In Ausführungsformen werden diese Merkmale bereitgestellt, während zur gleichen Zeit ein ästhetisches Gewebeerscheinungsbild aufrechterhalten wird.
Die offenbarten Verfahren benutzen neue Materialien, Beschichtungen und Ätzverfahren. Die offenbarten Herstellungsvorgehensweisen umfassen Verfahren für die Herstellung von intelligenten gleichförmigen Gewebesystemen unter Verwendung eines fortgeschrittenen digitalen Textildruckens und einer Materialabscheidung unter Verwendung von modernen Zeilenabtast-Tintenstrahlverfahren.
Musterausrichtung
Die Steuerung von Mustergenauigkeit, Musterverzerrung und Teileregistrierung ist für alle Aspekte von herkömmlichen elektronischen Verbindungen kritisch und das gleiche gilt für die hier offenbarten Verfahren. Die Beschreibung, die folgt, beschreibt die offenbarten Verfahren mit Bezugnahme auf gewebte Materialien. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Verfahren ohne Weiteres von einem Fachmann zur Anwendung auf gestrickte Strukturen angepasst werden können.
Die Orte und die Ausrichtung von Garnen können auf Webmaschinen sehr eng gesteuert werden. Das Webblatt auf einer typischen Webmaschine ist eine hochgenaue Garnlokalisierungs-Steuervorrichtung, wodurch die Dellen oder Räume in dem Webblatt auf ungefähr +/- 0,005 Zoll Positionsfehler in der Maschinenquerrichtung gesteuert werden. Das Webblatt lokalisiert ebenfalls die Füllgarne in der Maschinenrichtung auf eine ähnliche Toleranz. Außerdem können viele Webmaschinen programmiert werden, um lange komplexe Kleidungsstückgrößen-Muster mit bis zu 8 unterschiedlichen Garnen in der Füllung auszuführen, und für einige Webmaschinen kann die Kette ähnliche komplexe Muster von Garnen aufweisen.
Allerdings wird diese enge Steuerung von Garnpositionen typischerweise nicht aufrechterhalten, nachdem das Weben abgeschlossen ist. Im Allgemeinen weisen lediglich Gewebe sehr hoher Dichte die Vorspannungssteifigkeit auf, um der Verzerrung nach dem Weben zu einem Ausmaß zu widerstehen, das ein Flex-Schaltkreis-Filmsubstrat emulieren würde. Insgesamt verschieben und bewegen sich die Fasern in Webwaren und Textilien durch die Ausgestaltung für den Tragekomfort. Dies ist für die Verbindungsverarbeitung zwischen intelligenten Fasern ernsthaft zu berücksichtigen, die außerhalb des Webstuhls stattfinden muss, und die Optionen zum erneuten Erfassen des gewebten Musters nach nasser Endbearbeitung und für eine weitere Rolle-zu-Rolle-Verarbeitung sind begrenzt. Im Allgemeinen weisen „off-loom“ Webwaren drei Registrierungsprobleme auf:

1) Musterort;
2) Musterskalierung in den x- und y-Richtungen aufgrund von Schrumpfen und Crimpen; und
3) Musterverzerrung aufgrund von Wölbung, Schiefe und Haken.

Die vorliegende Erfindung überwindet diese Probleme durch Erzeugen nicht sichtbarer Bezugsmarkierungen, während die Textilbahn noch auf der Webmaschine ist. In Ausführungsformen wird die Bezugsmarkierung für ein Muster von intelligenten Fasern häufig genug eingestellt, um zu erlauben, dass alle 3 Typen von Registrierungsproblemen korrigiert werden. Ausführungsformen verwenden IR-Leuchtstoffe oder andere Markierungen, um Bezugsmarkierungen in sowohl den Kettenals auch Schussgarnen zu bilden, die in ein Gitter gewebt sind, das einen Kreuzungspunktabstand aufweist, der die Lokalisierung aller internen Merkmale in dem Gitter erlaubt.
In Ausführungsformen umfasst eine Verarbeitung einer Kleidungsstückbahn zur Verbindung eine Abbildung des Rasters mit einem industriellen Bildverarbeitungssystem und dann Umwandeln der Verbindungsmuster, um dem verzerrten Muster in der Textilie zu entsprechen.
Bestimmte Ausführungsformen benutzen eine Laminierung der Textilie auf dem Webstuhl. Gemäß diesen Ausführungsformen wird die Textilie mit einem Substrat, wie beispielsweise einem 6-15 mil dicken PET-Film, typischerweise durch Verwenden eines thermoplastischen Haftmittels verbunden, während das Gewebe noch auf der Sandwalze des Webstuhls ist. Eine derartige Laminierung auf der Webmaschine kann die oben beschriebenen Verzerrungen des Typs 2 und 3 stark verringern, so dass die Textilverarbeitung für die Verbindung lediglich einen Lokalisierungsschritt des Grundmusters erfordert. Ein Schwerpunktthema für diese Laminierungsvorgehensweise besteht darin, ein Nassspülen der Fasern zu erlauben, um eine Adhäsion der Verbindungsschichten zu ermöglichen. Nach der Verbindung der Schichten wird die Textilie von dem Film entfernt und die Endbearbeitung des Gewebes wird abgeschlossen.
Faser-Durchkontaktierungsätzen und gedruckte Verbindungen
Als eine Einleitung zu der Erläuterung von Faser-Durchkontaktierungen und Verbindungs-Druckmustern sei bemerkt, dass sämtliche Registrierungsumwandlungen von dem Ausrichtungsschritt gemäß obiger Beschreibung verwendet werden müssen. Außerdem wird in Ausführungsformen die Strukturierung für Kleidungsstücke mit Größen vorgenommen. Beispielsweise muss in Ausführungsformen jedes Muster für jede Kleidungsstückbahn für mindestens 6 Größen eingestuft werden.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwenden chemisches Ätzen und/oder chemisch verstärktes Laserätzen, um eine Verbindung mit leitenden Filamenten in den intelligenten Fasern selektiv herzustellen. Ausführungsformen benutzen eine Vielzahl von Ätzsystemen, die getrennte Chemien für jeden in dem Muster enthaltenen Leitertyp umfassen. Diese lokalisierte Ätzvorgehensweise ermöglicht, dass Durchkontaktierungen in den Fasern für jeden Leitertyp getrennt erzeugt werden.
Bestimmte Ausführungsformen verwenden selektiv dotierte Segmente in den intelligenten Fasern als ein Abdeckmaterial über jeder Elektrode. Und in einigen dieser Ausführungsformen wird jedes Polymerabdecksegment bezüglich Löslichkeit mit einem Ätzmittel abgeglichen. In ähnlichen Ausführungsformen wird das Abdecksegment ebenfalls mit verschiedenen Laserwellenlängen abgeglichen, um Durchkontaktierungen durch Erhalten hoher Kopplungen bei spezifischer Wellenlänge zu öffnen.
In verschiedenen Ausführungsformen werden die Ätzchemikalien unter Verwendung eines Tintenstrahldruckverfahrens appliziert. In einigen Ausführungsformen, wo Laserenergie erforderlich ist, um das selektive Ätzen zu unterstützen, ist das Ätzverfahren mit dem nachstehend beschriebenen Verbindungsdruckverfahren integriert, um die Registrierung der Textilie und die Durchkontaktierungs-Ätzverfahren zu erreichen.
In anderen Ausführungsformen läuft das Ätzverfahren in ziemlich der gleichen Art und Weise ab, wie es aktuell auf gedruckte Leiterplatten („PCBs“) appliziert wird, wodurch ein entwickelbarer Photolack auf eine gesamte Kleidungsstückbahn appliziert und dann ein Nassätzen auf der Bahn ausgeführt werden. Das Verfahren wird dann mit einem neuen Photolack für jede Leitergruppe wiederholt. Während diese Vorgehensweise einige Vorteile aufweist, kann sie viel mehr Verfahrens-intensiv als das oben beschriebene lokal strukturierte Ätzverfahren sein.
2A veranschaulicht eine „intelligente“ Faser 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei eine aktive Vorrichtung 202 in einem zentralen Bereich der Faser 200 eingebettet und ein Signal- oder Leistung-leitendes Filament 204 nahe einer äußeren Grenze der Faser 200 enthalten ist. Wie in der Figur gezeigt, wird ein Zugang zu dem leitenden Filament 204 durch eine geätzte Durchkontaktierung 206 bereitgestellt, die einen Bereich des leitfähigen Filaments freigelegt, so dass der freigelegte Bereich wie eine Elektrode arbeitet.
Mit Bezugnahme auf 2B sieht in Ausführungsformen ein gedrucktes Muster von leitenden Pfaden 208 leitfähige Verbindungen über intervenierende Garne 210 zwischen Durchkontaktierungen 206 und/oder zwischen Durchkontaktierungen 206 und Verbinder-Pads (Element 300, 3A) auf einer Textilbahn vor. In einigen Ausführungsformen werden diese Verbindungen unter Verwendung eines Tintelstrahldruckens mit leitfähigen Tinten gebildet. In verschiedenen Ausführungsformen wird ein ähnliches Druckverfahren ebenfalls verwendet, um die leitfähigen Pfade mit dielektrischen Beschichtungen zu bedecken und zu beschichten, welche die leitfähigen Pfade schützen und die Waschkompatibilität der Textilie aufrechterhalten.
Um ein ästhetisches Erscheinungsbild aufrechtzuerhalten, wird in Ausführungsformen das Verbindungsdruckverfahren mit dem Drucken eines sichtbaren Musters auf das Kleidungsstück integriert, wodurch die Verbindungen in visuelle Gestaltungen integriert und ein ästhetischer Wert von insgesamt hohem Niveau erzeugt wird.
Verbindung und Kleidungsstücknähte
Während großer Fortschritt mit computergesteuertem Doppelbettstricken für die vollständige Kleidungsstückherstellung erzielt wurde, können nicht alle Kleidungsstücke aus gestricktem Gewebe hergestellt werden und gewebte Materialien erfordern weiterhin genähte Säume. Mit Bezugnahme auf 3A und 3B stellen unter Verwendung der gedruckten Verbindungsstrukturierung gemäß obiger Beschreibung Ausführungsformen Kontakt-Pads 300 in Kleidungsstücksaumzugaben bereit, die als ein Typ von Flex-Verbinder zwischen Bahnen 308 in einem genähten Kleidungsstück verwendet werden. In diesen Ausführungsformen laufen die gedruckten Verbindungen zu der Bahnkante und die größeren Pads weisen keine Abdeckbeschichtung auf. Um eine verbindende Naht 306 zwischen Kleidungsstückbahnen 308 zu bilden, wird ein leitfähiges Haftmittel auf die entsprechenden Pad-Muster 304 zwischen den beiden Bahnen 308 appliziert, die Pads 300 werden ausgerichtet und der Saum bzw. die Naht 306 wird normal genäht. In Ausführungsformen wird diese Technik für weiche Verbindungen außerhalb des Kleidungsstücks mit herkömmlichen Vorrichtungen verwendet.
Gemäß dem zweiten allgemeinen Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellen die 4A bis 4D sukzessiv vergrößerte Ansichten einer Vorform 400 in einer Ausführungsform der Erfindung dar, die einen geordneten Polymermantel 402 umfasst, der eine polymere oder elastomere Matrix mit einem geringen Modul 404 umgibt. Eine Vielzahl von aktiven Elementen 406 wird durch die Matrix 404 in dem Mantel 402 eingekapselt. Die aktiven Elemente 406 umfassen verformbare diskrete Elemente 408, die mit verformbaren kontinuierlichen Elementen 410 gepaart sind. In ähnlichen Ausführungsformen sind die diskreten Elemente nicht notwendigerweise verformbar. Wie in 4D ersichtlich ist, umfasst die veranschaulichte Ausführungsform 3 kontinuierliche leitende Elemente 410, die dem diskreten Element 408 zugeordnet und mit diesem verbunden sind. In verschiedenen Ausführungsformen können die diskreten Elemente Sensoren, piezoelektrische Vorrichtungen und/oder andere halbleitende Elemente umfassen.
Kontinuierliche und diskrete Typen von aktiven Elementen
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nehmen entweder eine oder beide der diskreten und kontinuierlichen aktiven Komponenten in mehrere Komponenten umfassenden, photonischen, elektronischen und/oder Sensorfasern auf. In den meisten Fällen werden diskrete Elemente entweder bevorzugt oder notwendigerweise unter Verwendung von Einschlüssen oder diskreten diskontinuierlichen Teilchen oder Elementen angefertigt, die aus Materialien hergestellt sind, die härter und weniger flexibel als die Materialien sind, die typischerweise in Fasern enthalten sind. Kontinuierliche Elemente werden typischerweise aus kontinuierlichen Nichtfasermaterialien angefertigt, die ebenfalls härter und weniger flexibel als die Materialien sind, die typischerweise in Fasern enthalten sind. Kontinuierliche Elemente funktionieren insbesondere nicht, wenn sie aus diskontinuierlichen Elementen hergestellt sind.
Matrixmaterialien
Es gibt eine breite Palette von Materialien, die als eine einkapselnde Matrix geeignet sind, die diskrete aktive Elemente umgibt. Die Größe und Größenverteilung der diskreten aktiven Elemente, die Größen der Elemente relativ zu der Matrixschichtdicke und die Dichte der diskreten Elemente werden alle das Biegemodul stark beeinflussen. Demgemäß nimmt, wenn die Dichte der diskreten Elemente zunimmt, das Modul der Faser zu, es sei denn, dass die Zunahme durch eine Verringerung in der Steifigkeit des Matrixmaterials kompensiert wird. In Ausführungsformen, in denen die Dichte der diskreten aktiven Elemente nahezu kontinuierlich ist, werden thermoplastische Elastomere als das Matrixmaterial verwendet. Thermoplastische Urethane, Olefine und gemischte Systeme werden alle als Matrixmaterialien in verschiedenen Ausführungsformen dieses Typs verwendet.
Verarbeitung diskontinuierlicher Mischungen
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen verschiedene mechanische Lösungen, um diskrete aktive Elemente in eine Faser einzuarbeiten, die hoch biegbar und kompatible ist, und dadurch zur Einarbeitung in Textilien- und Kleidungsstückstrukturen geeignet ist. Beispiele kombinieren die diskreten Elemente mit einem Faser-kompatiblen Matrixelastomer oder einem ein geringes Modul aufweisenden Polymer durch verschiedene Verfahren, die thermische Verarbeitung, Lösungsverarbeitung, Mischungen mit reaktiven Elastomeren oder Polymeren und Dünnschichtabscheidung auf Schichten von , Matrixmaterialien umfassen.
Quantenpunktbeispiel
Beispielhaft können Quantenpunkte als eine gut dispergierte Mischung in einem geeigneten thermoplastischen Material hergestellt und in einer Vorform zum Faserziehen enthalten sein. Beispielsweise können Bleioxid-basierte Quantenpunkte enthalten sein, die beispielsweise von Interesse sind, weil sie auf Bänder abgestimmt werden können, die für Infrarot-Anwendungen nützlich sind. Aufgrund der diskreten Natur von Quantenpunkten ist das resultierende Garn imstande, sich stückweise zwischen denselben zu biegen, was eine hohe Flexibilität ohne Beschädigung der Quantenpunkte gewährleistet.
In Ausführungsformen wirken die Quantenpunkte mechanisch als ein teilchenförmiger Füllstoff in der Schmelze, was den Quantenpunkten ermöglicht, sich durch die ganze Faser zu erstrecken, während in anderen Ausführungsformen die Quantenpunkte auf eine spezifische Lage unterhalb des Mantels begrenzt sind. In jedem Fall werden die Eigenschaften der Faser durch die Anwesenheit der Quantenpunkte nicht stark über die Effekte hinaus beeinflusst, die sich normalerweise vom Hinzufügen eines teilchenförmigen Füllstoffs ergeben würden.
Diskretes und kontinuierliches Faserziehen eines aktiven Elements
Die Fasern der vorliegenden Erfindung werden aus Vorformen gezogen. Dieses Verfahren bewirkt, dass die Matrixschicht in Dicke und im Durchmesser verringert wird, wenn die Vorform zu einer Faser verlängert wird, während die Länge der gezogenen Faser auf ein sehr großes Vielfaches der Vorformlänge erhöht wird. Diese geometrische Umwandlung tritt in der kontinuierlichen Matrix und ebenfalls bei allen kontinuierlichen aktiven Elementen auf, die in der Ausführungsform enthalten sind. Für diskrete aktive Elemente gibt es andererseits kaum eine oder keine Verformung, es sei denn, dass die diskreten aktiven Elemente thermoplastisch sind.
Allgemeine Konfigurationen der Faser
Im Allgemeinen kann die Faser der vorliegenden Erfindung bis zu vier Regionen umfassen:

• Ein ein geringes Modul aufweisender polymerer oder elastomerer Kern
• Eine aktive Region, die mindestens aus einem der folgenden hergestellt ist: einer photonischen Komponente, einem Halbleiter, einem Leiter und einem piezoelektrischen Material, das in einer ringförmigen, segmentierten Anordnung oder Matrixkonfiguration angeordnet ist
• Eine ein geringes Modul aufweisende Polymer- oder Elastomerbedeckung, welche die aktive Region umgibt und Lücken „infil“ füllt, die zwischen aktiven Elementen in der aktiven Region bereitgestellt werden
• Ein strapazierfähiger, abriebbeständiger, hochfester Polymermantel, der mindestens eine der folgenden zusätzlichen Eigenschaften aufweist: Flammschutz, Abriebbeständigkeit, Textilfarbstoffaffinität, optische Transparenz, gesteuerten Widerstand und hohe Schmelztemperatur relativ zu anderen Regionen.

Beispiel:
5A und 5B veranschaulichen eine Ausführungsform, die eine Faser mit 200 µm Durchmesser (100 µm Radius) 500 ist. In verschiedenen Ausführungsformen, die eine kontinuierliche Glasbandlücke oder ein anderes kontinuierliches photonisches oder elektronisches aktives Element umfassen, das die Mittelachse der Faser 500 umgibt, werden die aktiven Strukturen in zwischen 2 und 12 Segmente 502 getrennt, die durch longitudinale Lücken 504 getrennt sind. In der Ausführungsform der 5A und 5B wird das aktive Element in acht Bogensegmente 502 getrennt, die Glasschichten aufweisen, die zwischen 15 und 20 µm dick und als ein Bandlückenglas-Dielektrikum-Sandwich angeordnet sind.
Durch Aufteilen des aktiven Elements in eine Vielzahl von Segmenten 502 werden die auf das aktive Element während des Biegens der Faser der 5A und 5B ausgeübten Spannungen erheblich verringert. Wie in 5B gezeigt, sind die Segmente 502 während des Biegens imstande, sich hin zu und weg voneinander zu bewegen, so dass die Verformung hauptsächlich durch das Elastomer 404 aufgenommen wird und Spannungen getrennt auf die Elementsegmente 502 und nicht auf das aktive Element als Ganzes ausgeübt werden.
Die Ausführungsform der 5A und 5B umfasst einen harten Mantel mit hohem Modul 402, der ungefähr 20 µm dick ist, was zwischen 10% und 30% des Radius der Faser sind. Die Materialien für diese Mantellage weisen Zähigkeit, hohe Bruchdehnung und ein hohes Modul bei einer Dehnbeanspruchung bis zum Versagen von größer als 3% und eine wirksame Zugfestigkeit von größer als 4 auf. Verschiedene Ausführungsformen umfassen Polysulfon, cyclische Olefin-Copolymere, PEN und/oder PET als Materialien für diese Mantelschicht. Gemäß den Anforderungen bei einer speziellen Ausführungsform werden die optische Klarheit, Flammbeständigkeit und/oder Kompatibilität mit Färbeverfahren als Teil des Auswahlverfahrens für das Mantelmaterial in verschiedenen Textil- und Kleidungsstückanwendungen der resultierenden Faser berücksichtigt.
Die Ausführungsform der 5A und 5B umfasst eine weiche thermoplastische Urethanbedeckung 508 und einen Kern 506, welche die aktiven Glassegmente 502 umgeben und einkapseln. Ausführungsformen umfassen so viel Elastomer wie möglich auf der Außenfläche 508 der Glassegmente 502 innerhalb der Einschränkungen, die durch die Gestaltung des Faserquerschnitts zulässig sind. In dem Beispiel der 5A und 5B weist der Kern 506 einen Durchmesser von 50 µm auf und die TPU-Lage 508 auf der Mantelseite der Glassegmente 502 ist 10 µm dick.
Biegemechanik
Die vorliegende Erfindung verbessert die Faserbiegemechanik von Fasern, die diskrete und/oder kontinuierliche aktive Elemente durch Einkapseln der aktiven Elemente in einer sehr weichen, ein geringes Modul aufweisenden polymeren oder elastomeren Fasermatrix einarbeiten, was zulässt, dass sich die Faser während des Biegens verformt, so dass beispielsweise ein normaler runder Querschnitt, wie in 5A gezeigt, in einen elliptischen Querschnitt verformt wird, wie in 5B gezeigt. Durch Einkapseln der segmentierten brüchigen Glassegmente 502 zwischen der elastomeren Kernschicht 506 und der elastomeren äußeren Schicht 508 zwischen den Glassegmenten 502 und dem Mantel 402 entkoppelt die Ausführungsform der 5A und 5B die auf die Glassegmente 502 ausgeübten Scherspannungen. Wenn sich das Mantelmaterial 402 bezüglich Zug und Kompression während des Biegens auflädt, können die Spannungen, die auf die Glasschichten 502 oder andere photonische, Halbleiter-, Leiter- oder andere aktive Elemente ausgeübt werden, nur durch die intervenierende elastomere Pufferschicht aufgeladen werden. Das niedrige Modul dieses Kernmatrixmaterials 404 von 100-500% Bruchdehnung begrenzt dadurch die auf die aktiven Schichten 502 höheren Moduls ausgeübten Spannungen.
Schmelztemperaturen, Zugorientierung und Faserelastomer-Kern-Eigenschaften
Gemäß den Anforderungen jeder Ausführungsform werden das Glas oder ein anderes aktives Elementmaterial und das ein geringes Modul aufweisende Polymer- oder Elastomer-Matrixmaterial sowohl hinsichtlich ihrer thermischen als auch optischen Eigenschaften ausgewählt. Sobald die Vorform hergestellt wurde, wird die Faser durch Ziehen derselben aus der Vorform mit einem Verhältnis von Faser- zu Vorformdurchmesser von zwischen 200 und 600 gebildet. Die Schmelzkompatibilität der ausgewählten aktiven Element-, Matrix- und Mantelmaterialien ist eine bedeutende Gestaltungseinschränkung. Die Auswahl einer geeigneten Urethanvernetzungsdichte ist eine nützliche Vorgehensweise zum Abgleichen der Schmelzflusstemperaturen mit dem aktiven Elementmaterial (z.B. Chalkogenidglas) und dem Mantelmaterial.
Höhere Schmelzmantelmaterialien sind in einigen Ausführungsformen enthalten, weil sie ermöglichen, dass der Mantel während des Ziehens für ein verbessertes Modul und eine verbesserte Zugfestigkeit orientiert wird. Das Glas (oder ein anderes aktives Elementmaterial) und das Elastomer müssen nicht orientiert sein und können in einem amorphen Zustand nach dem Ziehen verbleiben.
Je niedriger das Durometer des Elastomers ist, desto nachgiebiger wird die Struktur bei einem Biegen sein. Viele TPUs weisen einen Shore A Durometer-Wert von ungefähr 80 auf, was eine nützliche Härte für viele Ausführungsformen ist. Ein Mischen des TPU mit weicheren Komponenten, ein Verringern der Vernetzungsdichte und/oder ein Einstellen des Molekulargewichts des Elastomers sind alles Verfahren, die verwendet werden, um die Härte des Matrixmaterials in verschiedenen Ausführungsformen einzustellen.
Eine sorgfältige Steuerung des Ziehverfahrens ist zum Erreichen der gewünschten kritischen Abmessungen des (der) resultierenden aktiven Elements oder Elemente wichtig. Beispielsweise wird die Lücke zwischen den Dialektik-Glassandwichschichten in Ausführungsformen typischerweise eingestellt, um etwa die Hälfte der in Betracht kommenden Lichtwellenlänge zu sein. Diese kritische Abmessung kann durch eine sehr feine Einstellung des Ziehverhältnisses von Standardvorformdurchmessern gesteuert werden.
Gemäß dem dritten allgemeinen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die vorliegende Erfindung ein e-Fabric-Gewebe und ein Verfahren zur Herstellung desselben, wobei das e-Fabric-Gewebe Verbindungen mit internen Vorrichtungen, Verbindungs-Pads zur Verbindung mit externen Vorrichtungen, und/oder Durchkontaktierungen, die Verbindungen zwischen Leitern bilden, die einander auf und/oder innerhalb des Gewebes kreuzen, sowie auch Verfahren zum Bilden derartiger Verbindungen umfasst.
Leiter
Mit Bezugnahme auf Fig. 6A können verschiedene Vorgehensweisen verwendet werden, um Leiter auf oder in e-Fabric-Gewebe einzuarbeiten. Beispielsweise können leitende Tinten unter Verwendung von entweder 2D- oder 3D-Drucken auf eine oder beide Seiten des Gewebes 602 gedruckt werden. Derartige gedruckte Leiter werden typischerweise durch deckende Überzüge 600 geschützt. In ähnlicher Weise können Leiter mit dem Gewebe unter Verwendung einer Applikation 604 vernäht werden.
Eine weitere Vorgehensweise besteht darin, Drähte als Fasern in das Gewebe selbst in entweder der Ketten- oder Schussrichtung oder beiden 606 zu weben.
Wie oben bemerkt, können verschiedene Vorgehensweisen Anwendung finden, um Leiter in eine Vielzahl von Richtungen, die einander überkreuzen, beispielsweise durch Drucken oder Wärmebinden von Leitern auf beiden Seiten eines Gewebes, oder durch Weben von Drähten als Fasern in sowohl den Ketten- als auch den Schussrichtungen zu leiten. Des Weiteren kann ein Gewebe mit mehr als zwei „Stufen“ (d.h. Ebenen) von Leitern bereitgestellt werden, indem eine Vielzahl von Gewebeschichten zu einem Mehrschichtgewebe 608 zusammengenäht wird.
Allgemeine Überlegungen, die typischerweise auf Leiter in e-Fabric-Textilien zutreffen, umfassen:

• Leiter müssen über Textilsäume arbeiten;
• Leiter müssen Verbindungen auf beiden Seiten des Gewebes bereitstellen;
• Leiter müssen Verbindungen mit Vorrichtungen, wie beispielsweise aktiven Knöpfen und Mehrkomponenten-Fasern, herstellen;
• Textilvorspannungsdehnung kann Leiter in Scherung bringen;
• Das Potential für Kupferleiter, kaltgehärtet zu werden, muss gesteuert werden; und
• gedruckte Leiter müssen waschfest und dauerhaft sein.

Ausführungsformen, die gedruckte Leiter 100 umfassen, verwenden leitfähige Tinten, die vollständig waschfest sind. Einige Ausführungsformen umfassen Beschichtungsüberzüge und/oder Bindemittel. In Ausführungsformen, wobei die leitfähige Tinte einen Edelmetallfüllstoff umfasst, können Drucker Druckkopfkonfigurationen mit mikroelektromechanischen Systemen („MEMS“) wegen der großen Größen der Edelmetallteilchen nicht verwenden. Diese umfassen verschiedene Digitaldrucker, Siebdrucker und einige spezialisierte Digitaldrucker.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwenden Graphen-basierte Tinten, von denen die meisten mit Digitaldruck unter Verwendung von MEMS-Druckköpfen kompatibel sind. Einige in Graphen-Tintengestaltungen verwendete Bindemittel verursachen jedoch thermische Herausforderungen (250°C, 480°F).
In verschiedenen Ausführungsformen werden gedruckte Leiter auf geschnittene Bahnen von Geweben appliziert, so dass eine Registrierung auf die Textilie nicht erforderlich ist. Es ist jedoch notwendig, dass Gewebe-Durchkontaktierungen in vielen dieser Ausführungsformen enthalten sind, um Pads oder Kontakte auf gegenüberliegenden Seiten der Textilie bereitzustellen. Außerdem erfordern viele dieser Ausführungsformen Naht-Durchkontaktierungen und Ausführungsformen stellen ebenfalls Verbindungs-Pads und/oder Kontakt-Pads bereit.
Bestimmte Ausführungsformen machen Gebrauch von Tinten, die magnetische leitfähige Teilchen enthalten, die selbstheilend und daher außergewöhnlich robust sein können, wenn sie auf Gewebe appliziert werden. Beispielsweise werden Graphit-Tinten, die mit permanenten magnetischen Nd2Fe14B-Mikroteilchen („NMP“) beladen sind, in einigen Ausführungsformen verwendet, um schnell selbstheilende, kostengünstige gedruckte Leiter bereitzustellen. Die Einarbeitung von NMPs in eine druckbare Tinte kann der gedruckten leitenden Spur eine selbstheilende Fähigkeit mit schneller (ungefähr 50 ms) Wiederherstellung von wiederholten großen (bis zu 3 mm) Schäden an den gleichen oder unterschiedlichen Orten ohne irgendeine Benutzerintervention oder einen externen Auslöser verleihen. Die permanenten und Umgebungsunempfindlichen magnetischen Eigenschaften der NMPs führen somit zu einer langandauernden Fähigkeit, extrem hohe Grade von Beschädigungen unabhängig von den Umgebungsbedingungen zu reparieren.
Diese erstaunliche selbstheilende Fähigkeit von NMP-beladenen Graphittinten bietet deutliche Vorteile in verschiedenen Ausführungsformen gegenüber gemeinsamen Kapsel- und intrinsischen selbstheilenden Systemen. Gedruckte NMP-Systeme sind durch Nutzung von kristallographischen, magnetischen Hysterese-, mikroskopischen Bilderzeugungs-, elektrischen Leitfähigkeits- und elektrochemischen Techniken gekennzeichnet und bieten erhebliche Vorteile bei tragbaren, Gewebe-basierten elektrischen Schaltungen und anderen langlebigen gedruckten elektronischen Vorrichtungen.
Andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwenden runde Kupferleiter, die zum Leiten eines Leiters um Ecken gut geeignet sind. Biegen und Kaltverfestigung an der neutralen Achse des Gewebes ist ebenfalls weniger ein Problem mit Kupfer.
Ausführungsformen, die gewebte Leiter 106 umfassen, erfordern eine extensive Gestaltungswechselwirkung von gewebter Strukturierung zu Kleidungsstück-Strukturierung. Unter den verschiedenen e-Fabric-Gewebeleiter-Vorgehensweisen sind gewebte Leiter im Allgemeinen die am wenigsten sichtbaren. Gewebte Leiter sind jedoch typischerweise mit gestrickten Geweben nicht kompatibel.
Typischerweise werden gewebte Leiter in Gewebe als Rollware eingebracht, wodurch erforderlich ist, dass geschnittene Bahnen zu gewebten Mustern registriert werden, um die gewebten Leiter mit den geschnittenen Mustern auszurichten. Auch ist typischerweise ein zweiter Herstellungsschritt erforderlich, um Durchkontaktierungen zwischen Ketten- und Schussleitern bereitzustellen, die in den Säumen bereitgestellte Durchkontaktierungen umfassen.
Durchkontaktierungen
Natürlich ist es nicht ausreichend, lediglich Leiter auf oder in ein Gewebe einzuarbeiten. Es ist ebenfalls notwendig, Verbindungspunkte oder „Verbindungs-Pads“ bereitzustellen, um Verbindungen zwischen den Leitern und eingebetteten und/oder befestigten Vorrichtungen herzustellen. Und in aufwändigeren Gestaltungen kann es notwendig sein, Durchkontaktierungen bereitzustellen, die Überbrückungsverbindungen zwischen Leitern bilden, die einander überkreuzen.
6B veranschaulicht die Struktur einer typischen Durchkontaktierung, die in einer gedruckten Leiterplatte des Standes der Technik enthalten ist. Ein Loch 610 wird in eine Faserglasplatte 612 gebohrt, die einen inneren Kupferleiter 614 umfasst, und die Innenwände des Lochs werden mit Kupfer 616 plattiert, das sich zu Verbindungs-Pads 618 auf der Ober- und Unterseite der Platte erstreckt, um eine Verbindung zwischen jedem Leiter bereitzustellen, der diesen Ort kreuzt, und um ebenfalls externe Verbindungs-Pads für einen elektrischen Zugang zu den internen Leitern bereitzustellen.
Während eine e-Fabric-Gewebe-Durchkontaktierung eine ähnliche Funktion durchführt, unterscheidet sie sich in erheblicher Weise von der herkömmlichen Durchkontaktierung von 6B. Die Fasern eines e-Fabric-Gewebes können auf eine Art und Weise, die einer plattierten Durchkontaktierung ähnlich ist, und/oder durch Verwenden einer stromlosen Plattier-Grundierung, um die Benetzung der Fasern durch Lote oder ein leitfähiges Haftmittel zu verstärken, grundiert werden. Eine e-Fabric-Gewebe-Durchkontaktierung umfasst jedoch kein gebohrtes Loch, das mit Kupfer plattiert werden kann, und der in dem e-Fabric-Gewebe enthaltene Leiter wird nicht auf das Gewebe plattiert, sondern ist als eine Faser enthalten oder wird gedruckt oder anderweitig mit dem Gewebe verbunden. Im Gegensatz zu einer herkömmlichen Leiterplatten-Durchkontaktierung muss eine e-Fabric-Gewebe-Durchkontaktierung kein Loch in das Gewebe machen oder die Garne des Gewebes anderweitig beschädigen und eine e-Fabric-Gewebe-Durchkontaktierung muss imstande sein, eine zuverlässige Verbindung bereitzustellen, sogar wenn das Gewebe gebogen und gewaschen wird, wohingegen eine herkömmlichen Leiterplatte starr ist und weder irgendeinem Biegen noch Waschen oder einer anderen flüssigen oder chemischen Einwirkung ausgesetzt wird.
Matrixinjektions-Durchkontaktierungen
7A und 7B sind Querschnittsveranschaulichungen eines e-Fabric-Gewebes, die vor bzw. nach Applikation einer Durchkontaktierung in einer Ausführungsform gezeigt sind, wobei die Durchkontaktierung zwischen Ketten- 700 und Schuss- 704 Leitern bereitgestellt wird, die als Fasern zu einem e-Fabric-Gewebe gewebt sind, das ebenfalls nichtleitende Garne 702 enthält. In dieser Ausführungsform wird ein Niedrigtemperaturlot 706 in das Gewebe an einem Ort injiziert, wo das Lot 706 mit sowohl den Ketten- 700 als auch den Schuss- 704 Leitern Kontakt herstellt. Das Lot 706 wird durch Verbindungs-Pads 708 von leitfähigen adhäsiven Urethanen überdeckt. In ähnlichen Ausführungsformen wird ein Peroxid-gehärtetes Silicium mit einem leitfähigen Füllstoff anstatt von Niedertemperaturlot verwendet, um dadurch eine weichere, flexiblere Durchkontaktierung bereitzustellen.
8A - 8C veranschaulichen den Betrieb einer Pressvorrichtung, die in Ausführungsformen verwendet wird, um Durchkontaktierungen zu bilden, wie beispielsweise 7B. Die Region des e-Fabric-Gewebes 800, wo die Durchkontaktierung zu bilden ist, wird zwischen einem Paar von Klemmrohren 802 geklemmt, wobei das untere Klemmrohr einen Stopfen 804 und das obere Klemmrohr einen Stößel 806 enthält. Eine leitfähige Substanz oder ein „Matrix“-Material 808, wie beispielsweise ein Niedrigtemperaturlot oder ein Peroxid-gehärtetes Silicium mit einem leitfähigen Füllstoff 808, wird in das obere Klemmrohr 802 eingesetzt und nach unten geschoben (8B), bis der leitfähige Füllstoff 808 in das e-Fabric-Gewebe 800 gedrückt wird und eine Verbindung zwischen den in dem Gewebe 800 enthaltenen Leitern bildet.
In einigen Ausführungsformen ist die Matrixinjektion ein zweiseitiges Verfahren, wobei sowohl Wärme als auch Druck von beiden Seiten der Textilie appliziert werden. 9 ist eine Querschnittsveranschaulichung einer Matrixinjektions-Pressvorrichtung ähnlich 8A-8C, bei welcher der Stopfen und der Stößel durch Induktionsheizspulen 900 (1 kW, Mittel- bis Hochfrequenz) erwärmt werden, um das Niedrigtemperaturlot oder eine andere leitfähige Substanz 808 während der Injektion des Matrixmaterials zu schmelzen, um die Durchkontaktierung zu bilden. Diese doppelseitige Injektionsvorgehensweise neigt dazu, die Fasern innerhalb der Ebene des Gewebes zu bewegen, anstatt sie in der Z(vertikalen)-Richtung aus der Gewebeebene zu treiben. Dies ist bedeutsam, weil eine Faser-Durchkontaktierung keinen erheblichen Faserschaden verursachen sollte.
In der Ausführungsform von 9 umfassen ein Zoll mal ein Zoll große maschinell bearbeitbare Keramikdruckblöcke 902 1/16 Zoll x 80 Zoll große Schulterkopf-Gewindestifte und 1/32 Zoll große Passstifte 906, welche einen 1/32 Zoll Durchmesser aufweisende harte rostfreie Heiz- und Kontaktstifte 904 in ein e-Fabric-Gewebe treiben, das zwischen sechs Quadratzoll, 1/8 Zoll dicken Stahl-„ground stock“-Basisplatten 908 gehalten wird, wobei die Baugruppe durch Ausrichtstifte 910 ausgerichtet wird.
Eine Vorrichtung, die verwendet wird, um Durchkontaktierungen an genaue Orte auf einem e-Fabric-Gewebe zu applizieren, wird in 10 veranschaulicht. Die veranschaulichte Vorrichtung umfasst eine Induktionseinheit 1000 und ein Durchkontaktierungen bildendes Werkzeug 1002, das über einem Bahntransportsystem 1004 lokalisiert ist, sowie auch ein Mikroskop 1006, das verwendet wird, um die Bahn zu lokalisieren und zu positionieren, und ein Werkzeug für den korrekten Ort der Durchkontaktierung.
In Ausführungsformen gibt es eine Beziehung zwischen der injizierten Viskosität des leitfähigen Matrixmaterials und der Dichte und dem Bedeckungsfaktor des Geflechts, wodurch leitfähige Matrizen niedrigerer Viskosität für Gewebe verwendet werden, die engere Geflechte und/oder höhere Bedeckungsfaktoren aufweisen. Außerdem wird der Klemmdruck der Klemmrohre und die Abdichtung der Klemmrohrenden auf der Textiloberfläche kritischer, wenn der Textilbedeckungsfaktor zunimmt. Die Benetzungsthermodynamik des Matrixmaterials ist für die Matrixeindringung ebenfalls bedeutend. Fasern mit höherer Oberflächenenergie sind mit einer Metallmatrix, einer Graphenmatrix oder einem Haftmittelsilber-Matrixsystem einfacher zu benetzen.
Metallische Grundierungen werden in einigen Ausführungsformen verwendet. Die Behandlung der Oberfläche mit Zinnchlorid oder Zinn2 und/oder einer anderen metallischen Grundierung in einem flüssigen Medium verbessert die Benetzung der Faseroberfläche durch die Matrix. Wie nachstehend beschrieben, wird ein stromloses Plattiergrundierungsmittel in einigen Ausführungsformen verwendet, um die Fasern des Gewebes vorzubehandeln. Weil die primäre Benetzung und das Binden der Matrix an den Leitern stattfindet, ist die Befestigung der Matrix an den Faseroberflächen von sekundärer Bedeutung und ist hauptsächlich für die mechanische Befestigung der Durchkontaktierung an der Textilie von Bedeutung. Die leitfähige Bindung zwischen dem Matrixmaterial und dem Leiter ist von primärer Bedeutung.
In einigen Ausführungsformen, wobei gewebte Kupferleiter polymere Beschichtungsmaterialien umfassen, werden die Beschichtungsmaterialien geschmolzen und durch das erwärmte Matrixmaterial abgetragen, wenn es in das Gewebe injiziert wird. Beispielsweise kann ein Leiter, der aus leichtem Kupfer-„Spulen“-Draht gebildet ist, durch ein niedrig schmelzendes Olefinpolymer beschichtet werden, das entfernt wird, wenn das erwärmte Matrixmaterial appliziert wird. Die Faserbedeckung für diesen Typ von Leiter ist ebenfalls ein Faktor.
Einige Ausführungsformen mit verbundenen Leitern verwenden TPU-Mischungen und/oder olfaktive Mischungen, die niedrige Schmelztemperaturen zum Binden der Leiter an die Textilie aufweisen. In einigen dieser Ausführungsformen ätzt die Matrix die dielektrische Beschichtung weg, wenn sie sich mit den leitfähigen Oberflächen verbindet.
In Ausführungsformen mit gedruckten Leitern besteht die leitfähige Bindung mit dem gedruckten Material. In Ausführungsformen, wo Bindemittel mit einem leitfähigen Füllstoff in der Matrix verwendet werden, ist das Durchkontaktierungs-Bindemittel mit dem gedruckten Leiter kompatibel. In einigen Ausführungsformen, wo Graphen ohne ein Bindemittel verwendet wird, ist der Träger ein Benetzungsmittel, das eine saubere leitfähige Bindung mit dem gedruckten Leiter sicherstellt.
Gewebegrundierung unter Verwendung einer stromlosen Plattier-Grundierung
Wenn ein metallisches Matrixmaterial, wie beispielsweise Niedertemperaturlot, verwendet werden soll, um Durchkontaktierungen zu bilden, können die Fasern des Gewebes zur verstärkten Adhäsion an dem Matrixmaterial unter Verwendung eines stromlosen Plattiergrundiermittels und eines Vorbehandlungsverfahren grundiert werden, wie beispielsweise mit dem Grundiermittel und dem Verfahren, die in dem EP-Patent EP 2 698 448 offenbart sind, das hier durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit für alle Zwecke aufgenommen ist.
Stromloses Plattieren wird weit verbreitet auf verschiedenen Gebieten benutzt, die eine dekorative Anwendung einschließen. Anwendungen umfassen, einem aus Harz geformten Artikel, Kraftfahrzeugteilen, einer elektromagnetischen Abschirmung und einer Verdrahtungstechnologie für gedruckte Leiterplatten und hochintegrierten Schaltungen ein luxuriöses und ästhetisches Erscheinungsbild zu verleihen. Der Grund ist, dass ein stromloses Plattieren einen Film mit einer gleichförmigen Dicke ungeachtet der Art und der Gestalt des Substrats durch einfaches Eintauchen des Substrats in eine Plattierlösung erzeugen kann, auch weil ein stromloses Plattieren metallische Plattierfilme auf Nichtleitern, wie beispielsweise Kunststoff, Keramik und Glas, erzeugen kann.
Im Allgemeinen wird, wenn ein metallischer Plattierfilm auf einem nicht metallischen Substrat (einem zu plattierenden Objekt) durch stromloses Plattieren gebildet wird, eine Vorbehandlung oder „Grundierung“ für stromloses Plattieren durchgeführt, um die Adhäsion zwischen dem darunter liegenden Substrat und dem metallischen Plattierfilm zu erhöhen. Im Einzelnen wird die zu behandelnde Oberfläche durch verschiedene Ätzmittel aufgeraut und/oder hydrophiliert, gefolgt von einer Sensibilisierung, wobei eine adsorbierende Substanz, welche die Adsorption eines Plattierkatalysators fördert, auf der zu behandelnden Oberfläche bereitgestellt wird, und einer Aktivierung, wobei der Plattierkatalysator auf der zu behandelnden Oberfläche adsorbieren gelassen wird.
Typischerweise beinhaltet die Sensibilisierung ein Eintauchen des zu behandelnden Objekts in eine saure Lösung aus Zinn(II)chlorid, um die Abscheidung des Metalls (Sn²⁺) zu fördern, das imstande ist, als ein Reduktionsmittel auf der zu behandelnden Oberfläche zu wirken. Die sensibilisierte, zu behandelnde Oberfläche wird dann in eine saure Lösung aus Palladiumchlorid für die Aktivierung eingetaucht. In diesem Schritt wird das Palladiumion in der Lösung durch das Metall reduziert, das als ein Reduktionsmittel (Zinnion: Sn²⁺) wirkt, und auf der zu behandelnden Oberfläche als ein aktiver Palladiumkatalysatorkern abgeschieden. Nach dieser Vorbehandlung ist das Substrat bereit, plattiert zu werden.
In Ausführungsformen wird eine Vorbehandlung oder ein „Grundierungs“-Schritt verwendet, der zu der Vorbehandlung zum stromlosen Plattieren ähnlich oder identisch ist, um die Fasern der Gewebe zum verstärkten Verbinden mit einem metallischen Matrixmaterial, wie beispielsweise einem Niedertemperaturlot, vorzubereiten.
Typen von Durchkontaktierungen
Es wird für einen Fachmann auf dem Fachgebiet klar sein, dass die oben offenbarte Durchkontaktierungs-Technologie auf ein e-Fabric-Gewebe auf verschiedene Weise angewandt werden kann. Beispielsweise veranschaulicht 11 eine Durchkontaktierung, die als eine Über-Naht-Verbindung zwischen zwei Gewebebahnen ausgebildet ist, die darin gewebte Leiter in sowohl den Ketten- als auch Schussrichtungen aufweisen. 12 veranschaulicht eine Durchkontaktierung ähnlich zu 11, wobei jedoch eine Verbindungs-Pad-zu-Leiterverbindung 1200 für die Verbindung mit externen Vorrichtungen enthalten ist.
13A - 13E veranschaulichen weitere Beispiele von Durchkontaktierung-zu-Leiter-Verbindungskonfigurationen. Die veranschaulichten Konfigurationen sind wie folgt:

13A gedruckter Leiter zu gedrucktem Leiter mit Gewebe-Durchkontaktierung;
13B gedruckter Leiter zu Verbindungs-Pad mit Gewebe-Durchkontaktierung;
13C gedruckter Leiter zu gewebtem Leiter mit Gewebe-Durchkontaktierung;
13D gedruckter Leiter zu Leiter über Naht mit Gewebe-Durchkontaktierung;
13E gedruckter Leiter zu Applikationsleiter mit Gewebe-Durchkontaktierung; und

Die 14A und 14B sind Vorder- bzw. Rückansichten eines Kleidungsstücks (eines „Hoodie“ bzw. Kapuzenpullovers, d.h. einer Strickjacke mit integrierter Kapuze), das unter Verwendung von e-Fabric-Gewebe in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde. Das Kleidungsstück umfasst 12 Paar von diskreten Steuerpunkten 1400, 4 Paar von Lautsprecherbuchsen-Verbindungspunkten 1402, 2 Paar von Verbindungen mit LED-Controller-Knöpfen 1404, 1 Paar von USB-Telefonverbindungen 1406 und 2 Paar von Verbindungen für Batterie-Dockingeinheiten 1408. Das Kleidungsstück umfasst dadurch 21 Paare oder 42 Kontakte. Jeder Kontakt umfasst Verbindungen mit sowohl den Ketten- als auch den Schussleitern, was insgesamt 82 Leiterverbindungen ergibt. Bereitgestellt werden 60 Verbindungen auf Säumen (etwa 1,5 pro Kontakt) und 164 Pad-Verbindungen. Ein Beutel 1410 wird ebenfalls zum Halten des Telefons bereitgestellt, während es mit den Telefonverbindungen 1406 des e-Fabric-Gewebes verbunden ist.
Gemäß dem vierten allgemeinen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die vorliegende Erfindung ein flexibles System zum Bilden einer Vielzahl von elektrischen Verbindungen zwischen einer externen elektronischen Vorrichtung und den Leitern eines darunter liegenden e-Fabric-Gewebes. Der in 14A und 14B gezeigte Kapuzenpullover ist ein Beispiel.
Mit Bezugnahme auf 15 umfasst ein allgemeiner Aspekt der vorliegenden Erfindung ein flexibles und komprimierbares Mehrkontakt-Verbindungs-Pad 1500 von geringer Dichte, das hier als ein „weicher Verbinder“ 1500 bezeichnet wird, der angrenzende Regionen eines leitenden 1502 und dielektrischen 1504 Elastomers umfasst, die in alternierenden Streifen oder in einigen anderen alternierenden Mustern angeordnet sind. In Ausführungsformen ist der weiche Verbinder 1500 an einer Trägerlage 1506 befestigt, die ihrerseits an dem e-Fabric-Gewebe 1508 auf eine Art und Weise befestigt ist, welche die weichen Verbinder 1500 gegen eine Vielzahl von Verbindungs-Pads 1510 komprimiert, die in einem kompatiblen Muster auf der darunter liegenden Region des e-Fabric-Gewebe 1508 angeordnet sind. Diese Anordnung bildet eine Vielzahl von elektrischen Verbindungen, die über eine Kontaktregion des verbindenden Systems verteilt sind, das aufgrund der biegbaren elastomeren Natur des weichen Verbinders 1500 flexibel ist.
In einem zweiten allgemeinen Aspekt der Erfindung ist das weiche Pad flexibel, jedoch nicht notwendigerweise komprimierbar und wird gegen die Verbindungs-Pads des e-Fabric-Gewebes durch eine aufblasbare Blase gedrückt, die zwischen dem weichen Verbinder und der Trägerlage enthalten ist.
In der Ausführungsform von 15 ist der weiche Verbinder 1500 an externen Verbindungspunkten 1512 befestigt, die auf einer äußeren Oberfläche der Trägerlage 1506 bereitgestellt sind, und die externen Kontaktpunkte 1512 sind durch Durchkontaktierungen (1708 in 17, nachstehend erläutert) mit Befestigungsorten 1514 auf einer inneren Oberfläche der Trägerlage 1506 verbunden. In anderen Ausführungsformen wird mindestens ein „Fenster“ in der Trägerlage bereitgestellt, so dass eine elektronische Vorrichtung durch das Fenster direkt mit der hinteren Oberfläche des weichen Verbinders verbunden werden kann.
In der Ausführungsform von 15 ist die Trägerlage 1506 Teil eines laminierten Beutels 1516, der eine elektronische Vorrichtung (1700 in 17, nachstehend erläutert) umgibt und enthält. 16 stellt eine Unteransicht des Beutels 1516 dar. Wie in der Figur gezeigt, umfasst der Beutel 1516 ein Paar von Reißverschlüssen 1600, die den Beutel an dem e-Fabric-Gewebe 1508 befestigen und ebenfalls den weichen Verbinder 1500 gegen die Verbindungs-Pads 1510 drücken, die auf dem e-Fabric-Gewebe unterhalb der Trägerlage 1506 bereitgestellt sind. In ähnlichen Ausführungsformen ist die Trägerlage 1506 an dem e-Fabric-Gewebe 1508 durch Schnappverschlüsse, Schnüren, Knöpfe oder ein anderes, auf dem einschlägigen Fachgebiet bekanntes Befestigungsmittel befestigt.
17 ist eine vereinfachte Querschnittsseitenansicht der Ausführungsform der 15 und 16, welche die elektronische Vorrichtung 1700 in einer vereinfachten Form zeigt, die auf einer herkömmlichen, starren oder halbstarren mehrschichtigen gedruckten Leiterplatte 1704 angebracht und mit Verbindungs-Pads 1708 auf dem Boden der Platte durch Leiter 1702 verbunden ist, die auf den Schichten der Platte 1704 gedruckt und durch Durchkontaktierungen 1710 miteinander verbunden sind, welche die Leiterplatte 1704 durchdringen. In verschiedenen Ausführungsformen sind die Verbindungs-Pads 1706 mit den Befestigungsorten 1514 der Trägerlage 1506 durch Niedrigtemperaturlot oder durch leitfähiges Haftmittel (nicht gezeigt) verbunden.
In Ausführungsformen wird die physikalische Befestigung der Trägerlage 1506 an der Leiterbahn aus thermoplastischen Polyurethan („TPU“) 1704 oder anderen Strukturelementen der enthaltenen elektronischen Vorrichtung 1700 durch ein nichtleitfähiges Haftmittel weiter verstärkt, das die Kontakte umgibt. In einigen Ausführungsformen sind die Durchkontaktierungen 1708, welche die Signale und die Leistung von den inneren Kontaktpunkten 1514 durch die Trägerlage 1506 zu dem weichen Verbinder 1500 leiten, Gewebe-Durchkontaktierungen 1708. Wie oben bemerkt, wird in anderen Ausführungsformen ein einzelnes Fenster oder ein Muster von Fenstern in der Trägerlage 1506 des Beutels 1516 bereitgestellt, um den Innenraum des Beutels 1516 direkt zu den Kontakten auf dem weichen Verbinder 1500 freizulegen. In einigen dieser Ausführungsformen ist die elektronische Vorrichtung 1700 mit der Trägerlage 1506 um diese Fenster haftend verbunden, um eine hermetische Abdichtung zu bilden.
In verschiedenen Ausführungsformen ist der Beutel hermetisch versiegelt, um den Inhalt vor Wasser oder Regen zu schützen. In verschiedenen Ausführungsformen ist der Beutel von dem e-Fabric-Gewebe entfernbar, um Biegeschaden an Kupferbahnen der herkömmlichen Film- und geätzten Kupferschaltungen und anderen Elemente zu vermeiden, welche die elektronische Vorrichtung enthalten, die beim Wasch- und Trockenzyklus des e-Fabric-Gewebes oder e-Fabric-Kleidungsstücks beschädigt werden kann, sogar wenn der Beutel hermetisch versiegelt ist.
Wie oben erläutert, ist in der Ausführungsform der 15 bis 17 die Trägerlage Teil einer Tasche oder eines Beutels 1516, die/der konfiguriert ist, um eine elektronische Vorrichtung 1700 zu enthalten. In einigen Ausführungsformen ist der Beutel 1516 ein hermetischer heißversiegelter Beutel 1516, der aus flexiblem beschichtetem Laminatgewebe hergestellt ist.
In Ausführungsformen umfasst der Beutel 1516 eine wasserfeste und wasserdampfbeständige Barriereschicht, die auf einer laminierten Aluminiumfolie oder metallisierten oder nichtmetallisierten PET-Filmen basiert. Des Weiteren sind in einigen Ausführungsformen die Innen- und Außenflächen des Laminatbeutels Schichten aus pigmentiertem thermoplastischem Polyurethan, das für hochfeste hermetische Verbindungen heißversiegelt werden kann, um den Zusammenbau des Beutels zu erlauben.
Diese Verwendung von metallischen Schichten, beispielsweise aus Silber oder Aluminium, in verschiedenen Ausführungsformen zur Wasserpermeationssteuerung ist ebenfalls für die Abschirmung von aktiven digitalen Schaltungen hoher Geschwindigkeit gegen EMI (Interferenzen elektromagnetischer Wellen) wirksam, die in dem Beutel enthalten sind. Für Beutel, die drahtlose Vorrichtungen enthalten, können Antennen auf der äußeren Beuteloberfläche außerhalb der EMI-Abschirmung lokalisiert sein. Eine Masseebene kann ebenfalls in dem Beutel als Teil der Antennenkonfiguration enthalten sein.
Das Folgende sind Beispiele der Schichten, die in dem Beutellaminat in verschiedenen Ausführungsformen enthalten sind:

Beispiel #1:
- • Pigmentiertes Polyether-TPU, 3 mil
- • Metall-zu-TPU Grundierung
- • CVD-metallisierter PET-Film, 1 mil
- • Metall-zu-TPU Grundierung
- • Polyether TPU, 2 mil
- • 220 Denier 50x50 hochfestes PET (Polyethylenterephthalat), gewebt
- • Polyether-TPU, 2 mil
Beispiel #2
- • Pigmentiertes Polyether-TPU, 3 mil
- • Antennenspuren
- • Metall-zu-TPU Grundierung
- • Aluminiumfolie, 2 mil
- • Metall-zu-TPU Grundierung
- • Polyether TPU, 2 mil
- • 1000 Denier 31x31 Para-Aramid, gewebt
- • Polyether-TPU, 2 mil
Beispiel #3
- • Kontakt-Pads für Verbinder
- • Pigmentiertes Polyether-TPU, 3 mil
- • Metall-zu-TPU Grundierung
- • CVD-metallisierter PET-Film, 1 mil
- • Metall-zu-TPU Grundierung
- • Polyether TPU, 2 mil
- • 220 Denier 50x50 hochfestes PET, gewebt
- • Polyether-TPU, 2 mil
- • Kupferkontaktspuren zur Verbindung mit innerer Schaltung

Gemäß dem fünften allgemeinen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die vorliegende Erfindung ein e-Fabric-Gewebe und ein Verfahren zur Herstellung desselben, wobei Leiter mit einem darunter liegenden Gewebe oder Kleidungsstück durch einen Streifen aus thermoplastischem Polyurethan heißversiegelt sind.
Die offenbarten e-Fabric-Gewebe umfassen Leiter, die auf dem Gewebe heißversiegelt sind. Mit Bezugnahme auf 18 sind in einigen Ausführungsformen die Leiter entweder blankes Kupfer oder durch eine dünne Polymerbeschichtung isoliert und können entweder rund 1800 oder flach 1802 sein. In anderen Ausführungsformen sind die Leiter faserumwickelt 1804. Ausführungsformen mit runden Leitern 1800, 1804 werden in einigen Fällen zum Leiten um Ecken verwendet. Einige Dehn- bzw. Stretch-gewebe-Ausführungsformen umfassen gecrimpte und/oder zickzackig strukturierte Kupferleiter (siehe 21C und 21D, nachstehend ausführlicher beschrieben), die mit der Gewebeschicht durch ein TPU-Band hoher Dehnung versiegelt sind.
Mit Bezugnahme auf die 19A und 19B umfassen offenbarte Verfahren zum Heißversiegeln von Leitern 1800, 1804 mit einem e-Fabric-Gewebe 1902 die Applikation von heißer Luft auf einen Streifen aus thermischem Polyurethan („TPU“) 1900. „Plotterschneider“-Geräte können für Massenherstellungsanwendungen verwendet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Leiter auf Gewebe appliziert, nachdem das Gewebe hergestellt ist, und in Ausführungsformen werden die Leiter auf ein Kleidungsstück appliziert, nachdem das Kleidungsstück hergestellt ist. Das Ergebnis ist ein einfaches und flexibles Verfahren zum Erzeugen von e-Fabric-Gewebe-Kleidungsstücken, das einen rationalen und linearen Herstellungsablauf vorsieht. In Ausführungsformen werden die Kleidungsstücke mit spezifizierten Geweben und Nahtverbindungen in einer einzelnen Arbeitszelle erzeugt, während herkömmliche Schaltungen hoher Dichte in einer zweiten Arbeitszelle erzeugt werden. Die Integration des Kleidungsstücks mit den Schaltungen hoher Dichte wird dann in einer dritten Arbeitszelle durch Implementierung der vorliegenden Erfindung abgeschlossen, wie es durch die neuartigen Leiter und Anwendungsverfahren der Erfindung möglich gemacht wird.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung müssen Leiter, die Leistung und Signale von Kleidungsstück-Controllern an Sensoren, Aktuatoren und andere Vorrichtungen transportieren, die in dem e-Fabric-Kleidungsstück enthalten sind, Bahnen und Säume des Kleidungsstücks durchqueren. Die Gestaltung der verbundenen Leiter der vorliegenden Erfindung erlaubt die Applikation der Leiter auf das fertiggestellte Kleidungsstück auf eine Art und Weise, die ein glattes fertiges Kleidungsstück-Erscheinungsbild präsentiert. Mit Bezugnahme auf die Figuren 20A und 20B können in einigen Ausführungsformen (20B), bei denen das Kleidungsstück nicht ausgekleidet ist, Textilabdeckbänder 2000 in Kombination mit einem verbindenden Haftmittel 1900 verwendet werden, so dass die Leiter 1804 unterhalb der Textilbänder 2000 lokalisiert sind. In anderen Ausführungsformen (20A) ist kein Abdeckband 2000 enthalten.
Dehnbare verbundene Leiter
Mit Bezugnahme auf die 21A und 21B sind in Ausführungsformen, in denen das Gewebe nicht dehnbar ist, die Leiter 1800 typischerweise gerade, sofern sie nicht um Ecken biegen, usw. Andererseits werden mit Bezugnahme auf die 21C und 21D in verschiedenen Ausführungsformen, in denen ein dehnbares e-Fabric-Gewebe erforderlich ist, Leiter mit einem gecrimpten oder Zickzack-Muster 2100 appliziert und mit dem Gewebe durch dehnbare Haftmittel, wie beispielsweise thermoplastisches Urethan oder Polyurethan (TPUs) 1900, verbunden. Wenn ein Textildeckband 2000 enthalten ist, wird eine dehnbare Textilie verwendet. Das dehnbare Deckband 2000 kann ein gerades oder schräg geschnittenes dehnbares Gewebe oder Strickware sein, und kann aus einem beliebigen Gewebegarntyp hergestellt und gefärbt werden, um mit einem Gewebe oder einer Kleidungsstückbahn zusammenzupassen. In Ausführungsformen umfasst das dehnbare Deckband 2000 Baumwolle, Lyocell, PET und/oder Nylonfasern. Die Dehnfähigkeit des Deckbands 2000 kann auf intrinsische Eigenschaften von gecrimpten Fasern zurückgeführt werden, die Urethan-Fasermischungen sein können.
Dehngewebe und Kleidungsstücke sind ausgestaltet, um einen spezifizierten maximalen Dehn-Prozentanteil zu berücksichtigen, der typischerweise weniger als 50% ist. Die Dehnfähigkeit der Leiter 2100, die in Ausführungsformen auf derartige Gewebe und Kleidungsstücke appliziert werden, wird dem Dehnbereich des darunter liegenden Gewebes 1902 angepasst, so dass sie die Dehnfähigkeit des Gewebes 1902 erfüllen, jedoch diese nicht erheblich überschreiten. Da die offenbarten verbundenen Leiter laminierte Strukturen sind, gibt es einen Anstieg des Kleidungsstückmoduls in dem Bereich jedes verbundenen Leiters. Dieses Modul wird erhöht, wenn die maximale Dehnung des Leiters, d.h. das Ausmaß von Crimpen oder Zickzacken, erhöht wird. In Ausführungsformen ist es wünschenswert, diesen Anstieg im Modul zu minimieren und folglich lediglich ausreichendes Crimpen oder Zickzacken des Leiters bereitzustellen, um die Dehnung des Gewebes aufzunehmen.
Wenn ein Kupferleiter in einem Zickzack-Muster 2100 mit einem Abdeckband 2000 appliziert wird, tritt „Necking“ bzw. Einschnürung auf, wenn das Abdeckband 2000 gezwungen wird, die Verengung der Breite des Leitermusters 2100 aufzunehmen, wenn es gedehnt wird. Andernfalls kann das Abdeckband 2000 die maximale Dehnung einschränken und dadurch nimmt das Dehnungsmodul zu. Ausführungsformen verwenden elastomere Leiter ohne Textilbedeckungen, um diese Einschnürungsbegrenzung zu vermeiden, um dadurch die maximale Verlängerung der Leiter zu erhöhen.
Mit Bezugnahme auf die 22A und 22B umfassen andere Ausführungsformen Leiter, die als spiralförmig gewickelte Spulen 2200 oder gecrimpte Leiter 2202 ausgebildet sind. In einigen dieser Ausführungsformen sind die spiralförmigen Leiter 2200 mit dem TPU-Streifen 1900 nur über einen Teil jeder Windung der Spule verbunden. In verschiedenen dieser Ausführungsformen wird die spiralförmige Konfiguration der Leiter 2200 innerhalb einer dünnen dielektrischen Bedeckung bereitgestellt, die den Leiter vollständig bedeckt, sogar wo der Leiter 2200 durch das verbindende Haftmittel 1900 oder ein Textilband 2000 nicht vollständig bedeckt ist.
Konfigurationen von verbundenen Leitern
Konfigurationen der verbundenen Leiter, die für Kleidungsstücke oder andere Textilkonfigurationen in verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden, umfassen:

• einfache Leiter in thermoplastischen Streifen (20A);
• einfache Leiter in thermoplastischen Streifen, die durch Textildeckbänder bedeckt sind (20B)
• Konfigurationen, wie beispielsweise die oben genannten, die gecrimpte, zickzackige (21D, Element 2100) oder spiralförmige Leiter (22A, Element 2200) aufweisen, die mit Dehngeweben kompatibel sind;
• Leiter mit sekundären polymeren Hochtemperatur-Beschichtungen (23, Element 2300) für eine verbesserte dielektrische Präsentation;
• Leiter mit weicheren sekundären Beschichtungen (24, Element 2400), um eine Kaltverfestigung aufgrund von Biegen zu steuern;
• Leiter, die aus Polymeren, gefüllt mit leitfähigen Füllstoffen (25A, Element 2500), hergestellt sind, so dass eine Kaltverfestigung in hochbiegsamen Anwendungen vermieden wird;
• metallische Leiter 1800, die in leitfähigen polymeren Beschichtungen 2500 eingebettet sind, die das Auftreten von offenen Schaltkreisen aus kaltverfestigten Leitern in Anwendungen verringern, in denen sowohl hoher Stromfluss als auch hohe Biegsamkeit benötigt werden; und
• Wie in 26 gezeigt, Leiterbaugruppen mit entweder einem oder einer Vielzahl von Leitern, die durch einen einzelnen TPU-Streifen befestigt sind, die mit oder ohne bedeckendes Gewebeband appliziert werden.

Leiterherstellung
Die Herstellung von Leitern in Ausführungsformen kann mit der Herstellung von Kabeln verglichen werden. Die Leiter werden nach Bedarf mit Mantelbeschichtungen hergestellt. Dann wird das Leitermuster in Führungen eingefädelt. Für einige Ausführungsformen, wo die Leiter einfach sind und kein Deckband erfordern, ist jeder Leiter zwischen zwei Schichten aus thermoplastischem Haftmittelfilm angeordnet. In verschiedenen Ausführungsformen ist der Haftmittelfilm ein Polyester- oder Polyether-geblasenes thermoplastisches Urethan. Die Filmdicke bezieht sich auf die Leiterabmessungen. Beispielsweise ist in Ausführungsformen ein 38 Gauge runder Leiter von 0,004 Zoll Durchmesser zwischen TPU-Filmen angeordnet, die eine Dicke von mindestens 0,0045 Zoll, jedoch nicht mehr als 50% des Leiterradius aufweisen. Dieses Verhältnis von Leiterdicke zu Haftmitteldicke liefert eine gute Einkapselung der Leiter. In einigen Ausführungsformen, die ein Textilabdeckband umfassen, wird die oberste Schicht des Haftmittelfilms auf die Textilie appliziert, und dann werden die Leiter befestigt, gefolgt von der Bodenschicht des Haftmittelfilms. Ähnliche Konfigurationen können ebenfalls durch direkte Extrusion der Leiter in einer bandförmigen Extrusionsdüse erreicht werden.
Ausrichtung von Leitern mit thermoplastischem Band
27 veranschaulicht ein durchgängiges verbindendes System in einer Ausführungsform der Erfindung. An jedem Ende der Verbindung wird eine flexible verbindende Region 2700 des Gewebes mit einer Vielzahl von Befestigungs-Pads 2702 bereitgestellt, die mit dem Gewebe 2700 durch Lot oder durch ein leitendes Haftmittel 2704 verbunden und durch ein verbundenes Abdeckpflaster geschützt sind. Die Pads 2702 sind durch Durchkontaktierungen (nicht gezeigt) mit der Vielzahl von Leitern 1800 verbunden, die als eine Gruppe durch das Haftmittel 1900 und das Abdeckband 2000 mit dem darunter liegenden Gewebe verbunden sind.
In verschiedenen Ausführungsformen, wie beispielsweise in 27, die ein Abdeckband 2000 umfassen, müssen das Haftmittel 1900 und das Abdeckband 2000 an jedem Ende 2700 für die Terminierung der Leiter 1800 und ihrer Verbindung mit Schaltungen hoher Dichte, Verbindungs-Pads 2702 und anderen Vorrichtungen entfernt werden. In einigen dieser Ausführungsformen, wie beispielsweise der Ausführungsform von 27, erleichtert eine genaue Ausrichtung der Leiter 1800 mit dem Band 2000 die Anwendung der erforderlichen mechanischen und thermischen Schneide- und Beschneidungswerkzeuge.
Leiter-Durchkontaktierungen
Mit Bezugnahme auf die 28A und 28B werden Durchkontaktierungen 2800 in verschiedenen Ausführungsformen bereitgestellt, welche die Textilie 1902 durchdringen und elektrische Kontakte zwischen Leitern 1800, die auf den gegenüberliegenden Seiten der Textilie 1902 appliziert sind, und/oder zwischen Leitern 1800 und Verbindungs-Pads 2702, Schaltungen hoher Dichte, Sensoren, Schaltern und/oder anderen Vorrichtungen bilden. Ausführungsformen umfassen Durchkontaktierungen 2800, die gemäß der oben dargelegten Offenbarung ausgebildet sind. Die Verwendung dieser neuartigen Leiterdurchkontaktierungen 2800 beseitigt sekundäre Verbindungen, die andernfalls Gewebe-Durchkontaktierungen zugeordnet sind.
28A ist eine Ansicht von oben eines durchgängigen flexiblen verbindenden Systems ähnlich zu 27 mit der Ausnahme, dass die Terminierungs-Pads 2702 auf der linken Seite unterhalb des Gewebes 1902 sind und durch genähte Verbinder-Durchkontaktierungen 2800 mit den Leitern 1800 verbunden sind. 28B ist eine Ansicht von der Seite des durchgängigen verbindenden Systems von 28A.
Gemäß dem sechsten allgemeinen Aspekt ist mit Bezugnahme auf 29 die vorliegende Erfindung ein Kleidungsstück 2900, in das mindestens einer von Positions-, Orientierungs-, Biegungs- und Beschleunigungssensoren eingearbeitet ist. Gemäß der Ausführungsform sind verschiedene Sensoren in das Kleidungsstück 2900 an Orten bei den Extremitäten, wie beispielsweise nahe den Handgelenken 2902, an Gelenken, wie beispielsweise dem Ellbogen 2904, und/oder an den Schultern 2906 oder dem Kopf 2908 eingearbeitet. In Ausführungsformen umfassen die Sensoren piezoelektrische Dünnfilmlaminat-Sensoren und in verschiedenen Ausführungsformen sind Piezofaserdehnungsmessungen an Gelenken des Kleidungsstücks vorgesehen.
In verschiedenen Ausführungsformen sind die Sensoren imstande, beispielsweise eine Rate, mit der ein Arm oder Bein des Kleidungsstücks verlängert, gedreht oder auf andere Weise bewegt wird, und/oder eine Position und/oder eine Richtung, in welche die Kapuze bewegt oder orientiert wird, sowie auch Positionen und Bewegungen der Kleidungsstückschultern und anderen Teilen des Kleidungsstücks zu bestimmen. Physischer Kontakt zwischen den Sensoren und dem Körper des Benutzers ist nicht erforderlich, weil die Sensoren Positionen, Orientierungen und Bewegungen von verschiedenen Teilen des Kleidungsstücks erfassen, anstatt den Körper des Benutzers direkt abzutasten.
In Ausführungsformen ist ein Benutzer dadurch imstande, mehrere Aspekte einer audiovisuellen Präsentation spontan in Echtzeit zu steuern, indem große und/oder kleine Gestenbewegungen durchgeführt werden. Ausführungsformen umfassen ferner Finger-betätigte Steuerungen, wie beispielsweise Knöpfe und oder Schiebersteuerungen, die beispielsweise auf einer Bahn auf einem Ärmel oder auf einem Brustbereich des Kleidungsstücks (nicht gezeigt) bereitgestellt werden. Ausführungsformen des Kleidungsstücks stellen dadurch sowohl eine manuelle als auch eine „Gesten“-Steuerung über verschiedenen audiovisuelle Effekte bereit, um dadurch die Fähigkeit des Benutzers weiter zu erweitern, eine große Anzahl von audiovisuellen Effekten spontan in Echtzeit zu steuern.
In der Ausführungsform von 29 ist das Kleidungsstück 2900 ein sogenannter „Kapuzenpullover“, der eine Strickjacke ist, die eine integrierte Kapuze umfasst. In der Ausführungsform von 29 umfasst das Kleidungsstück 2900 ferner Lautsprecher oder andere Ton-erzeugende Vorrichtungen in der Kapuze 2910 zum Gebrauch, wenn relativ privater Genuss von Musik gewünscht wird und/oder um eine direkte und steuerbare Rückkopplung hinsichtlich aller oder möglicherweise nur bestimmter Aspekte dargebotener Musik bereitzustellen, während man sich in einer geräuschvollen Umgebung befindet. Die Ausführungsform von 29 umfasst ferner Lautsprecher 2912 oder andere Ton-erzeugende Vorrichtungen, die eine musikalische Ausgabe in der unmittelbaren Nachbarschaft des Kleidungsstücks 2900 bereitstellen können, um beispielsweise eine musikalische Präsentation in der unmittelbaren Nachbarschaft des Benutzers ohne Bedarf von irgendwelchen externen Vorrichtungen bereitzustellen. Verschiedene Ausführungsformen umfassen piezoelektrische Flachlautsprecher und/oder konusartige Lautsprecher niedrigen Profils als Ton-emittierende Vorrichtungen. Ausführungsformen umfassen ferner Bluetooth oder eine andere drahtlose Kommunikation, die dem Kleidungsstück ermöglicht, Ton, Licht, Pyrotechnik und eine andere audiovisuelle Ausgabe zu steuern, die von externen Lautsprechern und/oder anderen externen Vorrichtungen ausgegeben wird.
Ausführungsformen umfassen ferner eine Batterie, die beispielsweise in einer Brust- oder rückseitigen Bahn des Kleidungsstücks eingearbeitet ist, die primäre und/oder zusätzliche Leistung an Sensoren, Lautsprecher, drahtlose Vorrichtungen und/oder andere in das Kleidungsstück eingearbeitete Vorrichtungen bereitstellt.
Eine Steuerung über eine audiovisuelle Präsentation kann in verschiedenen Ausführungsformen durch große expansive Gesten und/oder durch kleinere Arm- , Hals- und Schultergesten verwirklicht werden. Ausführungsformen umfassen einen sogenannten „DJ“-Modus, wodurch das Kleidungsstück imstande ist, mindestens zwei Spuren digital aufgezeichneter Musik zu steuern, um Effekte, wie beispielsweise Mischen, Mashups und Fadings, zu erzeugen. In Ausführungsformen können die Lautstärke und die Spuren für alle Lautsprecher in dem System, sowie auch Suchlaufspuren, „loop and add“-Effekte und Überblendungs-Tendenzen links nach rechts gesteuert werden. Beispielsweise können akustische Lautstärken und andere Effekte, die durch Lautsprecher und andere Vorrichtungen präsentiert werden, die zur Rechten des Benutzers lokalisiert sind, durch Bewegungen der rechten Seite des Körpers des Benutzers, z.B. des rechten Arms und Beins des Benutzers gesteuert werden, und auf ähnliche Weise können Vorrichtungen auf der linken Seite des Benutzers durch die linke Seite des Körpers des Benutzers gesteuert werden.
In verschiedenen Ausführungsformen stellt das offenbarte Kleidungsstücksystem eine Plattform für die Entwicklung von Anwendungen und Effekten durch Hardware- und Softwareentwickler und Musiker bereit. Ausführungsformen unterstützen MIDI und weitere gut etablierte Standards für die Erzeugung und Steuerung digitaler Musik, und einige Ausführungsformen stellen Plug-ins für existierende DJ- und digitale Musikkompositionen und Präsentationsplattformen bereit.
Ausführungsformen umfassen ferner optische Anzeigemerkmale, die in das Kleidungsstück integriert sind, beispielsweise unter Verwendung eingewebter Lichtleiter von gruppierten Längen und/oder pixilierter Steuerung von Faseroptiken, die in das Kleidungsstück eingearbeitet sind. Diese optischen Merkmale können beispielsweise verwendet werden, um eine Taktspur oder andere optische Effekte anzuzeigen, welche der . dargebotenen Musik entsprechen oder diese komplementieren.
Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung wurde für die Zwecke der Veranschaulichung und Beschreibung dargelegt. Jede Seite dieser Einreichung und sämtlicher Inhalt darin, wie auch immer charakterisiert, gekennzeichnet oder nummeriert, wird als ein substantieller Teil dieser Anmeldung für alle Zwecke ungeachtet der Form oder Platzierung innerhalb der Anmeldung angesehen.
Diese Beschreibung ist nicht dazu bestimmt, erschöpfend zu sein. Obwohl die vorliegende Anmeldung in einer begrenzten Anzahl von Formen gezeigt ist, ist der Umfang der Erfindung nicht auf gerade diese Formen beschränkt, sondern ist für verschiedene Änderungen und Modifikationen zugänglich, ohne vom dem Wesen derselben abzuweichen. Ein Fachmann auf dem Gebiet sollte nach Lernen der Lehre erkennen, die den in der vorhergehenden Beschreibung enthaltenen beanspruchten Gegenstand betrifft, dass viele Modifikationen und Abwandlungen im Lichte dieser Offenbarung möglich sind. Demgemäß umfasst der beanspruchte Gegenstand jede Kombination der oben beschriebenen Elemente in allen möglichen Abwandlungen davon, es sei denn, dass hier anderes angegeben oder ansonsten deutlich durch den Zusammenhang widersprochen wird. Insbesondere können die Einschränkungen, die in den nachstehenden abhängigen Ansprüchen dargelegt werden, mit ihren entsprechenden unabhängigen Ansprüchen in beliebiger Anzahl und in beliebiger Reihenfolge kombiniert werden, ohne von dem Umfang dieser Offenbarung abzuweichen, es sei denn, dass die abhängigen Ansprüche logisch miteinander inkompatibel sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62335773 [0001]
US 62/374061 [0001]
US 62/400857 [0001]
US 62/424624 [0001]
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US 62/425163 [0001]
US 7311962 [0009, 0010, 0011]
US 3991563 [0024]
US 6563424 [0024]
US 7462035 [0024]
EP 2698448 [0128]

Claims

Verfahren zum Bilden von Verbindungen zwischen in Textilfasern eingebetteten elektronischen Vorrichtungen, wobei das Verfahren umfasst: Verwenden einer Webmaschine zum Weben einer Textilbahn aus Textilfasern, wobei mindestens eine der Fasern eine intelligente Faser ist, die eine in einem zentralen Bereich hiervon eingebettete elektronische Vorrichtung und mindestens einen zu einer äußeren Grenze hiervon proximalen elektrisch leitenden Faden aufweist; wobei, während die Textilbahn in der Webmaschine ist, eine Vielzahl von nicht sichtbaren Bezugsmarkierungen in den Textilfasern der Textilbahn erzeugt wird, wobei die Bezugsmarkierungen in ihrer Position mit der mindestens einen intelligenten Faser korreliert sind; Verwenden einer Bildverarbeitung nach dem Entfernen der Textilbahn aus der Webmaschine, um die Bezugsmarkierungen zu lokalisieren und dadurch Verzerrungen des Musters der leitenden Fasern zu kartieren; Umwandeln eines Verbindungsmusters, so dass das Verbindungsmuster zu dem verzerrten Muster der leitenden Fasern im Gewebe passt; und Anwenden des umgewandelten Verbindungsmusters auf die Textilbahn, um eine elektrische Verbindung mit der mindestens einen elektronischen Vorrichtung zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bezugsmarkierungen Infrarot-Leuchtstoffe enthalten.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Bezugsmarkierungen in ein Rasterquadrat mit einem Kreuzungspunktabstand eingewoben werden, der die Anordnung aller internen Merkmale in dem Rasterquadrat ermöglicht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren weiter umfasst: Bonden der Textilbahn an ein Substrat, während die Textilbahn sich auf einer Sandwalze der Webmaschine befindet; Durchführen eines Nassspülens der Textilfasern in der Textilbahn; Bilden der elektrischen Verbindung mit der mindestens einen elektronischen Komponente; und Entfernen des Substrats von der Textilbahn.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Substrat ein Polyethylenterephthalat-(PET)-Film ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der PET-Film eine Dicke von zwischen 6 mil und 15 mil hat.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend das Bilden von mindestens einer Durchkontaktierung in der intelligenten Faser, wobei die Durchkontaktierung einen elektrischen Zugang zu dem leitenden Faden bereitstellt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Durchkontaktierung durch Anwendung eines Ätzverfahrens gebildet wird, um ein Maskiermaterial auf der intelligenten Faser zu entfernen, um den leitfähigen Faden freizulegen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Ätzverfahren ein chemisch induziertes Laser-Ätzverfahren ist.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Textilbahn eine Vielzahl von intelligenten Fasern umfasst, wobei Elektroden durch eine Vielzahl von ausgewählten Maskiermaterialien maskiert sind, die jeweils zu einer Vielzahl von Ätzverfahren passt, sodass diese Elektroden durch die Anwendung einer entsprechenden Auswahl aus diesen Ätzverfahren selektiv freigelegt werden können.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei mindestens eines der Ätzverfahren ein chemisches Ätzverfahren ist, das zu einer Löslichkeit des entsprechenden Maskiermaterials passt.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei mindestens eines der Ätzverfahren ein Laser-verstärktes chemisches Ätzverfahren ist, das bezüglich der Wellenlänge zu einer Wellenlängenkopplung des entsprechenden Maskiermaterials passt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8-12, wobei das Maskiermaterial unter Verwendung eines Tintenstrahldruckverfahrens auf die intelligente Faser appliziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8-13, wobei ein Photolack auf die Textilbahn appliziert wird, worauf ein Nassätzen bei der Textilbahn angewandt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Schritte des Applizierens eines Fotolacks und eines Nassätzens wiederholt werden, um eine Vielzahl von Leitergruppen auf die Textilbahn zu applizieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Textilbahn eine Vielzahl von freigelegte Durchkontaktierungen aufweisenden intelligenten Fasern umfasst und wobei das Applizieren des Verbindungsmusters ein Bilden von mindestens einer elektrischen Verbindung zwischen zwei der intelligenten Fasern durch Verwendung eines Tintenstrahldruckens mit einer leitfähigen Tinte umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Tintenstrahldruckverfahren verwendet wird, um mindestens einen Bereich des Verbindungsmusters mit einer Schutzbeschichtung zu bedecken, um eine Waschkompatibilität der Textilbahn aufrechtzuerhalten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei der Textilbahnen Verbindungsmuster umfassen, die Verbindungspfade aufweisen, die sich zu freiliegenden Verbindungs-Pads erstrecken, die auf jeweiligen Kanten der Textilbahnen angeordnet sind, und wobei das Verfahren ferner die Verwendung der Ausrichtung der Verbindungs-Pads der Bahnkanten und das Zusammennähen der Kanten umfasst, um eine Naht zwischen den Textilbahnen zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Verfahren ferner das Zusammenheften der jeweiligen Kanten der Textilbahnen unter Verwendung eines elektrisch leitenden Haftmittels umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungsmuster Verbindungspfade umfasst, die sich zu freiliegenden Verbindungs-Pads erstrecken, zu denen elektrische Verbindungen von in Bezug auf die Textilbahn externen Vorrichtungen gebildet werden können.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungsmuster mit einem auf die Textilbahn applizierten sichtbaren Muster integriert ist.
Aktive, flexible Mehrkomponenten-Faser, umfassend: einen thermoplastischen Polymermantel; eine von dem Mantel umgebene thermoplastische Matrix; und eine in der Matrix eingekapselte elektromagnetisch aktive Struktur; wobei die Faser einen Faltbiegungsradius von weniger als 5 mm mit einem Zugverlust von nicht mehr als 20 % aufweist.
Faser nach Anspruch 22, wobei die Faser aus einer Vorform mit einem Durchmesserverhältnis von >100:1 gezogen wurde.
Faser nach Anspruch 22, wobei die aktive Struktur mindestens ein kontinuierliches Element umfasst.
Faser nach Anspruch 23, wobei das kontinuierliche aktive Element in Längsrichtung segmentiert ist, um Längssegmente zu umfassen.
Faser nach Anspruch 24, wobei die Längssegmente in einer umgebenden Beziehung um eine Längsachse der Faser herum angeordnet sind.
Faser nach Anspruch 22, wobei die aktive Struktur mindestens ein diskretes Element umfasst.
Faser nach Anspruch 22, wobei die aktive Struktur optisch aktiv ist.
Faser nach Anspruch 28, wobei die aktive Struktur ein segmentiertes optisches Bandlücken-Element umfasst.
Faser nach Anspruch 22, wobei die Matrix ein geringes Modul aufweisendes Polymer mit einer Shore-A-Härte von weniger als 150 ist.
Faser nach Anspruch 22, wobei die Matrix ein Elastomer mit einer Shore-A-Härte von weniger als 100 ist.
Faser nach Anspruch 22, wobei die aktive Struktur ein thermoplastisch verformbares Element umfasst.
Faser nach Anspruch 22, wobei die aktive Struktur eine Vielzahl von Typen aktiver Elemente umfasst.
Faser nach Anspruch 33, wobei mindestens ein erster der Typen aktiver Elemente thermoplastisch verformbar und ein zweiter der Typen aktiver Elemente nicht thermoplastisch verformbar ist.
Faser nach Anspruch 33, wobei mindestens ein erster der Typen aktiver Elemente diskret und ein zweiter der Typen aktiver Elemente kontinuierlich ist.
Faser nach Anspruch 22, wobei die aktive Struktur Quantenpunkte umfasst.
Verfahren zum Bilden einer aktiven, flexiblen Mehrkomponenten-Faser, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer Vorform, aufweisend: einen thermoplastischen Polymermantel; eine von dem Mantel umgebene thermoplastische Matrix; und eine in der Matrix eingekapselte elektromagnetisch aktive Struktur; und Ziehen der Vorform bei erhöhter Temperatur, um eine flexible Faser zu bilden, die einen Faltbiegungsradius von weniger als 5 mm mit einem Zugverlust von nicht mehr als 20 % aufweist.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei das Verfahren aus einer Vorform erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei die aktive Struktur mindestens ein kontinuierliches Element umfasst.
Verfahren nach Anspruch 39, wobei die kontinuierliche aktive Struktur in Längsrichtung segmentiert ist, um Längssegmente zu umfassen.
Verfahren nach Anspruch 40, wobei die Längssegmente in einer umgebenden Beziehung mit einer Längsachse des Verfahrens angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei die aktive Struktur mindestens ein diskretes Element umfasst.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei die aktive Struktur optisch aktiv ist.
Verfahren nach Anspruch 43, wobei die aktive Struktur ein segmentiertes optisches Bandlücken-Element umfasst.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei die Matrix ein ein geringes Modul aufweisendes Polymer ist.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei die Matrix ein Elastomer ist.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei die aktive Struktur ein thermoplastisch verformbares Element umfasst.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei die aktive Struktur eine Vielzahl von Typen aktiver Elemente umfasst.
Verfahren nach Anspruch 48, wobei mindestens ein erster der Typen aktiver Elemente thermoplastisch verformbar und ein zweiter der Typen aktiver Elemente nicht thermoplastisch verformbar ist.
Verfahren nach Anspruch 48, wobei mindestens ein erster der Typen aktiver Elemente diskret und ein zweiter der Typen aktiver Elemente kontinuierlich ist.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei die aktive Struktur Quantenpunkte umfasst.
Leitfähige Durchkontaktierung, die eine Verbindung zwischen zwei auf oder in einem Gewebe eingeschlossenen Leitern bildet, wobei die Durchkontaktierung durch ein Volumen eines leitenden Matrixmaterials gebildet wird, das in dem Gewebe eingeschlossen ist und sich zwischen den beiden Leitern erstreckt.
Leitfähige Durchkontaktierung, die eine Verbindung zwischen einem auf oder in einem Gewebe eingeschlossenen Leiter und einem Verbindungs-Pad auf einer Oberfläche des Gewebes bildet, wobei die verbindende Durchkontaktierung durch ein Volumen eines leitenden Matrixmaterials gebildet wird, das in dem Gewebe eingeschlossen ist und sich zwischen dem Leiter und dem Verbindungs-Pad erstreckt.
Verfahren zum Bilden der leitfähigen Durchkontaktierung nach Anspruch 52 oder 53, wobei das Verfahren das Injizieren eines Volumens eines leitenden Matrixmaterials in einer derartigen Weise in das Gewebe umfasst, dass sich das Matrixmaterial zwischen den beiden Leitern oder zwischen dem Leiter und dem Verbindungs-Pad erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 54, wobei das Injizieren des Matrixmaterials die Beaufschlagung des Matrixmaterials mit Wärme und Druck umfasst.
Durchkontaktierung oder Verfahren nach einem der Ansprüche 52-55, wobei die Durchkontaktierung einen Strompfad zwischen einer Seite des Gewebes und mindestens einer anderen Ebene in dem Gewebe bildet.
Durchkontaktierung oder Verfahren nach einem der Ansprüche 52-56, wobei das Matrixmaterial Indium enthält.
Durchkontaktierung oder Verfahren nach einem der Ansprüche 52-57, wobei das Matrixmaterial Indium enthält.
Durchkontaktierung oder Verfahren nach einem der Ansprüche 52-58, wobei das Matrixmaterial Silbermetall enthält.
Durchkontaktierung oder Verfahren nach einem der Ansprüche 52-59, wobei das Matrixmaterial eine Viskosität und eine Benetzungskombination aufweist, die das Eindringen des Matrixmaterials in und durch das Gewebe hindurch ermöglichen, wenn eine Temperatur des Matrixmaterials auf eine Fließtemperatur erhöht wird.
Durchkontaktierung oder Verfahren nach Anspruch 60, wobei die Fließtemperatur geringer ist als 450 Grad Fahrenheit.
Durchkontaktierung oder Verfahren nach Anspruch 60 oder 61, wobei die Benetzungskombination einen metallischen Primer in einem flüssigen Medium umfasst.
Durchkontaktierung oder Verfahren nach Anspruch 62, wobei der metallische Primer mindestens eines von Zinnchlorid und Tin2 umfasst.
Durchkontaktierung oder Verfahren nach Anspruch 60-63, wobei die Benetzungskombination einen stromlosen Plattier-Primer umfasst.
Durchkontaktierung oder Verfahren nach einem der Ansprüche 52-64, wobei die Durchkontaktierung einen leitenden Pfad zwischen mindestens 2 Ebenen in dem Gewebe bildet und keine Diskontinuität in einer Fasergeometrie des Gewebes erzeugt.
Durchkontaktierung oder Verfahren nach einem der Ansprüche 52-65, wobei mindestens einer der Leiter durch mindestens eines der Verfahren Applikation, Steppen, Kleben, Drucken und Weben am Gewebe angebracht ist.
Durchkontaktierung oder Verfahren nach einem der Ansprüche 52-66, wobei mindestens einer der Leiter mit einer dielektrischen Beschichtung beschichtet ist, die während der Bildung der Durchkontaktierung in einer derartigen Weise entfernt wird, um einen direkten Kontakt zwischen dem Matrixmaterial und dem Leiter zu ermöglichen.
Vorrichtung zum Bilden einer Durchkontaktierung, die zwei auf oder in einem Gewebe enthaltene Leiter verbindet und/oder ein Verbindungs-Pad auf einer Oberfläche des Gewebes mit einem in oder auf dem Gewebe enthaltenen Leiter verknüpft, wobei die Durchkontaktierung durch ein Volumen eines leitfähigen Matrixmaterials gebildet wird, das in dem Gewebe enthalten ist und sich zwischen den beiden Leitern erstreckt, wobei die Vorrichtung umfasst: ein oberes Spannrohr und ein unteres Spannrohr, wobei die Spannrohre eingerichtet sind, um das dazwischenliegende Gewebe zu spannen; einen in dem unteren Spannrohr unmittelbar unter dem Gewebe positionierten Stopfen; einen im oberen Spannrohr gleitend positionierten Stößel; und einen Matrixeinlass, der so eingerichtet ist, um den Eingang des Matrixmaterials in das obere Spannrohr unterhalb des Stößels zu ermöglichen, wenn der Stößel oberhalb des Matrixeinlasses angehoben wird, wobei die Vorrichtung die Durchkontaktierung in dem Gewebe bilden kann, indem das Matrixmaterial durch den Matrixeinlass in das obere Spannrohr unterhalb des Stößels injiziert und der Stößel anschließend so abgesenkt wird, um das Matrixmaterial in das Gewebe zu pressen.
Vorrichtung nach Anspruch 68, ferner umfassend mindestens ein Heizelement, das so eingerichtet ist, um mindestens eines der Elemente Stößel und Stopfen zu erwärmen.
Vorrichtung nach Anspruch 68 oder 69, ferner umfassend ein Mikroskop, das so eingerichtet ist, um das Gewebe zwischen den Spannrohren so zu positionieren, dass eine gewünschte Durchkontaktierungsposition zwischen den Spannrohren angeordnet wird.
System zum Bilden einer Vielzahl elektrischer Verbindungen zwischen einer externen Vorrichtung und in einem Gewebe enthaltenen Leitern, wobei das System umfasst: ein flexibles und komprimierbares Verbindungs-Pad, umfassend eine alternierende Anordnung von Elastomerregionen, umfassend mindestens eine leitende Elastomerregion sich und mindestens eine isolierende Elastomerregion, wobei die Elastomerregionen sich zu einer unteren Oberfläche des Verbindungs-Pads erstrecken; ein Gewebe, das eine Vielzahl von damit verbundenen und integral dazu befindlichen Leitern aufweist, wobei die Leiter in elektrischer Kommunikation mit einer Vielzahl von Verbindungspunkten sind, die auf einer Oberfläche des Gewebes angeordnet sind, wobei die Verbindungspunkte in einem Muster angeordnet sind, das zur alternierenden Anordnung der leitenden und isolierenden Elastomerregionen des Verbindungs-Pads komplementär ist; und eine Trägerlage, die am Gewebe anbringbar ist, um das Verbindungs-Pad zwischen dem Gewebe und der Trägerlage zu komprimieren, wodurch elektrische Verbindungen zwischen den leitenden Elastomerregionen des Verbindungs-Pads und den Verbindungspunkten des Gewebes gebildet werden.
System zum Bilden einer Vielzahl elektrischer Verbindungen zwischen einer externen Vorrichtung und in einem Gewebe enthaltenen Leitern, wobei das System umfasst: ein flexibles Verbindungs-Pad, umfassend eine alternierende Anordnung von Elastomerregionen, umfassend mindestens eine leitende Elastomerregion und mindestens eine isolierende Elastomerregion, wobei sich die Elastomerregionen zu einer unteren Oberfläche des Verbindungs-Pads erstrecken; ein Gewebe, das eine Mehrzahl von damit verbundenen und integral dazu befindlichen Leitern aufweist, wobei die Leiter in elektrischer Kommunikation mit einer Vielzahl von Verbindungspunkten sind, die auf einer Oberfläche des Gewebes angeordnet sind, wobei die Verbindungspunkte in einem Muster angeordnet sind, das zur alternierenden Anordnung der leitenden und isolierenden Elastomerregionen des Verbindungs-Pads komplementär ist; eine Trägerlage, die am Gewebe anbringbar ist, um das Verbindungs-Pad zwischen dem Gewebe und der Trägerlage anzuordnen; und eine aufblasbare Blase, die zwischen der Trägerlage und dem Verbindungs-Pad angeordnet und so eingerichtet ist, um im aufgeblasenen Zustand das Verbindungs-Pad gegen das Gewebe zu drücken, wodurch elektrische Verbindungen zwischen den leitenden Elastomerregionen des Verbindungs-Pads und den Verbindungspunkten des Gewebes gebildet werden.
System nach Anspruch 71 oder 72, wobei das Verbindungs-Pad eine Shore-A-Härte gemäß ASTM D2240 von weniger als 80 aufweist.
System nach einem der Ansprüche 71-73, wobei die Trägerlage beschichtet ist.
System nach einem der Ansprüche 71-, wobei die Anbringung der Trägerlage am Gewebe erfolgen kann über mindestens eines der Verfahren: Schnappverschlüsse; Knöpfe; Schnüre; und mindestens einen Reißverschluss.
System nach einem der Ansprüche 71-75, wobei die Trägerlage am Gewebe mittels eines Zwei-Stufen-Verfahrens anbringbar ist, das die leitende Elastomerregionen des Verbindungs-Pads mit den Verbindungspunkten des Gewebes ausrichtet und anschließend das Verbindungs-Pad gegen das Gewebe komprimiert.
System nach einem der Ansprüche 71-76, ferner umfassend mindestens eine Durchkontaktierung, die so eingerichtet ist, um Elektrizität von einer der leitenden Elastomerregionen des Verbindungs-Pads durch die Trägerlage zu leiten.
System nach einem der Ansprüche 71-77, wobei die Trägerlage mindestens eine Fensteröffnung umfasst, die einen Zugang durch die Trägerlage zu mindestens einer der leitenden Elastomerregionen des Verbindungs-Pads liefert.
System nach Anspruch 78, wobei mindestens eines der Verbindungs-Pads und einer elektronischen Vorrichtung um das mindestens eine Fenster herum haftend mit der Trägerlage verbunden ist, um eine hermetische Abdichtung um das Fenster herum zu bilden.
System nach einem der Ansprüche 71-79, wobei die Trägerlage Teil einer Umhüllung ist, die so eingerichtet ist, um eine elektronische Vorrichtung zu enthalten.
System nach Anspruch 80, wobei die Umhüllung durch eine Heißversiegelung gebildet ist.
System nach Anspruch 80 oder 81, wobei die Umhüllung mindestens eines der folgenden Merkmale bereitstellt: Hermitezität; EMI-Abschirmung; und Verbindung mit einer umhüllten elektronischen Vorrichtung.
System nach einem der Ansprüche 80-82, ferner umfassend eine Leiterkarte, eine Leiterplatte oder ein Leiter-Flex-Panel, die in der Umhüllung enthalten sind.
e-Fabric-Gewebe, umfassend eine Gewebeschicht, die eine damit verbundene leitende Baugruppe aufweist, wobei die leitende Baugruppe einen mittels eines Kleberstreifens mit dem Gewebe verbundenen Leiter umfasst.
e-Fabric-Gewebe nach Anspruch 84, wobei das e-Fabric-Gewebe eine Vielzahl von Leitern umfasst, die mittels des Kleberstreifens mit dem Gewebe verbunden sind.
e-Fabric-Gewebe nach Anspruch 85, wobei die Vielzahl von Leitern mindestens vier Leiter umfasst.
e-Fabric-Gewebe nach einem der Ansprüche 84-86, wobei die Gewebeschicht in einem Kleidungsstück enthalten ist und der Leiter eine Naht des Kleidungsstücks durchquert.
e-Fabric-Gewebe nach einem der Ansprüche 84-87, wobei die leitende Baugruppe ferner ein Textil-Abdeckband umfasst, das über dem Kleberstreifen appliziert ist.
e-Fabric-Gewebe nach einem der Ansprüche 84-88, wobei der Kleberstreifen ein thermoplastisches Urethan umfasst.
e-Fabric-Gewebe nach einem der Ansprüche 84-89, wobei der Leiter im Kleberstreifen eingekapselt ist.
e-Fabric-Gewebe nach einem der Ansprüche 84-90, wobei der Kleberstreifen ein Olefin umfasst.
e-Fabric-Gewebe nach einem der Ansprüche 84-91, wobei der Leiter in einem gekräuselten Pfad eingerichtet ist, der sich bei Dehnung des Gewebes verlängern lässt.
e-Fabric-Gewebe nach einem der Ansprüche 84-91, wobei der Leiter in einem Zickzackpfad eingerichtet ist, der sich bei Dehnung des Gewebes verlängern lässt.
e-Fabric-Gewebe nach einem der Ansprüche 84-91, wobei der Leiter in einem spiralförmigen Pfad eingerichtet ist, der sich bei Dehnung des Gewebes verlängern lässt.
e-Fabric-Gewebe nach einem der Ansprüche 84-94, wobei der Leiter über mindestens 5 % seiner Länge elastisch gedehnt werden kann.
e-Fabric-Gewebe nach einem der Ansprüche 84-95, wobei der Leiter weniger als 100 gf/25 mm Breite benötigt, um eine 5 %ige Verlängerung zu liefern.
e-Fabric-Gewebe nach einem der Ansprüche 84-96, wobei der Leiter innerhalb einer Toleranz von +/- 1 mm mit dem Kleberstreifen ausgerichtet ist.
e-Fabric-Gewebe nach einem der Ansprüche 84-97, wobei der Leiter in einem Kurvenbahn mit dem Gewebe verbunden ist.
e-Fabric-Gewebe nach einem der Ansprüche 84-98, wobei der Kleberstreifen thermoplastisch ist.
e-Fabric-Gewebe nach einem der Ansprüche 84-99, wobei der Kleberstreifen eine drucksensible Klebrigkeit aufweist.
e-Fabric-Gewebe nach einem der Ansprüche 84-100, wobei der Leiter von einem Polymer umgeben ist, das eine Zusammensetzung aufweist, die sich von einer Zusammensetzung des Kleberstreifens unterscheidet.
e-Fabric-Gewebe nach einem der Ansprüche 84-101, wobei der Leiter von einem Polymer umgeben ist, das einen Shore-A-Durometer-Wert von weniger als 50 aufweist.
e-Fabric-Gewebe nach einem der Ansprüche 84-102, wobei der Leiter von einem Polymer umgeben ist, das mit einem leitenden Füllstoff gefüllt ist.
e-Fabric-Gewebe nach einem der Ansprüche 84-102, wobei der Leiter ein Polymer ist, das mit einem leitenden Füllstoff gefüllt ist.
e-Fabric-Gewebe nach einem der Ansprüche 84-104, wobei eine obere Oberfläche der leitenden Baugruppe durch ihre Farbe von ihrer benachbarten Umgebung unterscheidbar ist.
Verfahren zum Bereitstellen eines e-Fabric-Gewebes, das eine damit verbundene leitende Baugruppe aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer Schicht aus Gewebe; Bilden einer leitenden Baugruppe durch Anbringen eines Leiters an einem Kleberstreifen; und Verbinden der leitenden Baugruppe mit der Gewebeschicht.
Verfahren nach Anspruch 106, ferner umfassend: Entfernen des Kleberstreifens und Freilegen des Leiters an jedem Ende der leitenden Baugruppe; und Anbringen jedes Endes des Leiters an einem Verbindungs-Pad, das mit der Gewebeschicht verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 106 oder 107, wobei das Bilden der leitenden Baugruppe ferner das Applizieren eines Textil-Abdeckbands über dem Kleberstreifen und dem Leiter umfasst.
Verfahren nach Anspruch 108, ferner umfassend: Entfernen des Kleberstreifens und des Textilbands und Freilegen des Leiters an jedem Ende der leitenden Baugruppe; und Anbringen jedes Endes des Leiters an einem Verbindungs-Pad, das mit der Gewebeschicht verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 108, ferner umfassend: Entfernen des Kleberstreifens, aber nicht des Textilbands an jedem Ende des Leiters; und Anbringen jedes Endes des Leiters an einem Verbindungs-Pad, das mit der Gewebeschicht verbunden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 106-27, wobei das Verbinden der leitenden Baugruppe mit der Gewebeschicht ein Verbinden der leitenden Baugruppe durch Heißwalzen-Verbinden umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 106-111, wobei das Verbinden der leitenden Baugruppe mit der Gewebeschicht ein Verbinden der leitenden Baugruppe durch Heißwalzen-Verbinden umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 106-112, wobei der Kleberstreifen ein drucksensibles Haftmittel ist und das Verbinden der leitenden Baugruppe mit der Gewebeschicht das Applizieren des Kleberstreifens mit Druck umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 106-113, ferner umfassend das Bilden einer Durchkontaktierung in der Gewebeschicht, die eine elektrische Verbindung zwischen dem Leiter und einem Element in der Gewebeschicht oder auf einer gegenüberliegenden Seite der Gewebeschicht bereitstellt.
e-Fabric-Gewebe nach einem der Ansprüche 84-105, ferner umfassend eine Durchkontaktierung, die eine elektrische Verbindung zwischen dem Leiter und einem Element bildet, das sich in der Gewebeschicht oder auf einer gegenüberliegenden Seite der Gewebeschicht befindet.
System zum Steuern einer Vielzahl von Aspekten einer audiovisuellen Präsentation, wobei das System umfasst: ein Kleidungsstück; eine Vielzahl von im Kleidungsstück integrierten Sensoren, wobei die Sensoren so eingerichtet sind, um Bewegungen des Benutzers zu erkennen; einen Regler, der so eingerichtet ist, um Eingaben von den Sensoren zu empfangen; und mindestens eine Ausgabevorrichtung, die so eingerichtet ist, um mindestens eine einer akustischen und einer visuellen Ausgabe zu liefern, wobei die Ausgabevorrichtung zumindest teilweise durch den Regler entsprechend einer Eingabe von mindestens einem der Sensoren gesteuert wird.
System nach Anspruch 116, wobei die Sensoren mindestens eines der Merkmale Position, Ausrichtung, Biegung und Beschleunigung umfassen.
System nach Anspruch 116 oder 117, wobei die Sensoren mindestens einen der piezoelektrischen Dünnfilmlaminat-Sensoren und piezoelektrischen Faserdehnungssensoren umfassen.
System nach einem der Ansprüche 116-, ferner umfassend mindestens einen an dem Kleidungsstück angebrachten Regler, der für die Betätigung durch einen Finger eines Benutzers eingerichtet ist.
System nach Anspruch 119, wobei der Regler einer aus einer Taste oder einem Schieber ist.
System nach Anspruch 119 oder 120, wobei der Regler auf einem am Kleidungsstück angebrachten Bedienfeld angeordnet ist.
System nach einem der Ansprüche 116-121, ferner umfassend eine drahtlose Schnittstelle, die zum Steuern von Vorrichtungen eingerichtet ist, die in Bezug auf das Kleidungsstück extern sind.
System nach Anspruch 122, wobei die drahtlose Kommunikationsschnittstelle eine Bluetooth-Schnittstelle ist.
System nach einem der Ansprüche 116-123, wobei das Kleidungsstück ferner eine Batterie umfasst, die so eingerichtet ist, um mindestens eine in dem Kleidungsstück enthaltene Vorrichtung mit Strom zu versorgen.
System nach einem der Ansprüche 116-124, wobei das Kleidungsstück ferner eine Geräusche ausgebende Vorrichtung umfasst.
System nach Anspruch 125, wobei die Geräusche ausgebende Vorrichtung eine aus einem Konus-Lautsprecher oder einem piezoelektrischen Flachlautsprecher ist.
System nach Anspruch 125 oder 126, wobei der Lautsprecher in einer in dem Kleidungsstück enthaltenen Kapuze angeordnet ist.
System nach einem der Ansprüche 116-127, wobei das Kleidungsstück ferner eine visuelle Anzeigevorrichtung umfasst.
System nach Anspruch 128, wobei die visuelle Anzeigevorrichtung eine aus in das Kleidungsstück eingearbeiteten, eingewebten Lichtleitern gruppierter Längen oder Faseroptiken ist.
System nach einem der Ansprüche 116-129, wobei das Kleidungsstück eine Strickjacke ist, die eine integrierte Kapuze umfasst.