導電紡織品設備的制造方法
【專利摘要】提供了包括第一和第二導電紡織品部分的設備，其中第一和第二紡織品部分彼此電氣隔離。設備還包括具有電氣連接到第一紡織品部分的第一接觸墊和電氣連接到第二紡織品部分的第二接觸墊的電氣元件，其中第一和第二紡織品部分被適配成為電氣元件供應電功率。由此，提供了能夠為電氣元件供應電功率的改進的紡織品設備。
【專利說明】
導電紡織品設備
技術領域
[0001]本發明一般性地涉及包括導電紡織品的設備的領域，以及用于制造它的方法。
【背景技術】
[0002]提供靜電放電(ESD)防護、包括用于驅動電子組件(諸如發光二極管(LED))的電導體的紡織品以及柔性且可折疊的顯示器是已知的。這樣的紡織品使得能夠開發例如具有集成功能性(諸如光發射、感測和光療)的可穿戴電子器件和產品。
[0003]在例如US-2008/0196783中，公開了一種紡織品，其由交織的導電和非導電紗線形成以提供表面LED可以附連到的紡織品表面上的連接點陣列。經紗和瑋紗二者包括導電和非導電紗線，其中通過導電瑋紗紗線形成回線以與導電經紗紗線的近端部分一起提供電氣連接點。
[0004]盡管不同紡織品設備是已知的，但是存在針對用于為電氣元件提供電功率的新設備和方法的需要。
【發明內容】
[0005]實現改進的紡織品設備將是有利的。特別地，將合期望的是使得包括紡織品的設備能夠為電氣元件提供電功率。
[0006]這通過具有在獨立權利要求中限定的特征的方法和設備來實現。實施例在從屬權利要求中限定。
[0007]因而，根據本發明的第一方面，提供了一種包括第一和第二導電紡織品部分的設備，其中第一和第二紡織品部分彼此電氣隔離。該設備還包括電氣元件，該電氣元件具有電氣連接到第一紡織品部分的第一接觸墊和電氣連接到第二紡織品部分的第二接觸墊。第一和第二紡織品部分被適配成為電氣元件供應電功率。
[0008]根據本發明的第二方面，提供了一種用于制造根據第一方面的設備的方法。該方法包括提供第一導電紡織品部分，以及提供與第一紡織品部分電氣隔離的第二導電紡織品部分。另外，該方法包括以下步驟:提供具有第一接觸墊和第二接觸墊的電氣元件，將第一接觸墊電氣連接到第一紡織品部分，以及將第二接觸墊電氣連接到第二紡織品部分。
[0009]在本發明的上下文中，術語“導電紡織品部分”應當解釋為指的是在幾何上以至少兩個維度限定的紡織品的部分，其作為整體布置成用作能夠導電的單個電極。
[0010]本發明利用以下理解:紡織品部分能夠用于使得電功率能供應到電氣元件，而不使用集成在非傳導紡織品中的傳導經紗和瑋紗紗線的線性網格。利用導電紡織品部分而不是具有交織傳導紗線的紡織品是有利的，因為由于損壞(諸如撕裂和拆散)所致的電氣中斷的風險可以減小。如果紡織品部分的一部分開始撕裂或拆散，則電氣元件由于紡織品部分的導電性而仍舊可以供應有電功率。相比于具有交織的傳導紗線的現有技術紡織品設備而言，傳導紡織品部分的使用導致具有改進的電氣可靠性和冗余性的設備。
[0011]導電紡織品部分允許電流以及因而所生成的熱量分布在紡織品部分上，并且由此減小局部過熱和熱點的風險。這還允許與設備一同使用的較高電流。
[0012]使用紡織品部分向電氣元件分配電功率可以有利地允許設備具有改進的紡織品性質，即可能例如彎曲和折疊，并且具有改進的柔軟性、起毛性和懸垂性。
[0013]本發明還是有利的，因為其可以促進電氣元件的定位。使用導電紡織品部分，電氣元件的可能位置可以不受限于傳導紗線的路徑。這還可以適用于外部電源的連接，其正極和負極可以分別連接到不限于特定傳導紗線的連接點或者第一和第二紡織品部分的單個連接點。外部電源可以在紡織品部分的幾乎任何連接點處連接到紡織品部分，只要正極和負極連接到不同紡織品部分即可。
[0014]在本說明書中，術語“紡織品”可以包括交錯纖維的材料，諸如通過例如編織、針織、制氈、印刷或壓制制成的織物、薄紗或布料。另外，術語“電氣元件”可以包括傳感器、致動器、驅動器集成電路、電池、諸如LED之類的發光元件，等等。
[0015]根據實施例，第一和第二紡織品部分各自可以包括導電的表面部分。換言之，第一紡織品部分和第二紡織品部分各自可以布置成至少在其相應的表面中傳導電流，該表面可以在幾何上以兩個維度限定。電氣元件的接觸墊然后可以通過例如將接觸墊直接附連到導電表面部分而電氣連接到紡織品部分。
[0016]根據實施例，第一和第二紡織品部分各自可以包括交錯纖維。纖維可以例如包括針織或編織在一起以便形成紡織品的紗線或紡線。交錯纖維使得紡織品部分能夠可伸展和/或是彈性的，其可以例如使用在具有改進舒適度的衣服和可穿戴紡織品設備中。可伸展和/或彈性的紡織品部分允許面積或大小可以被調節的設備。
[0017]交錯纖維也是有利的，因為它們可以提供能夠吸收和分配機械力、并且因而減小由撕裂和拆散引起的損壞的風險以及可能例如在清洗期間發生的損壞的風險的紡織品部分。由此，提供了更為可靠和耐磨的設備，其具有改進的柔性、可伸展性和耐洗性。
[0018]根據實施例，纖維可以由導電材料形成(或者可以包括導電材料)，諸如包括銀、不銹鋼、銅和鎳的金屬，或者導電聚合物或碳。然后可以采用諸如編織、針織或制氈之類的傳統紡織品制造方法來實現導電紡織品。在這樣的紡織品中，纖維是交錯的并且可以在若干點處電氣連接到彼此，這有利地增加導電性的冗余性。換言之，通過使導電纖維交錯，即使一個或若干纖維破損或損壞，紡織品部分可以繼續導電。這樣的紡織品部分還允許為電氣元件供應電功率，而不管接觸墊附連到紡織品部分的位置如何。
[0019]根據實施例，第一和第二紡織品部分中的至少一個可以至少部分地涂敷有導電材料。換言之，非傳導紡織品部分可以被提供并涂敷有導電材料以便實現導電紡織品部分。紡織品部分可以例如由涂敷有導電材料的非傳導纖維形成。纖維可以例如在形成紡織品部分之前或之后被涂敷。涂敷可以例如包括電鍍傳導材料。
[0020]根據實施例，第一和第二接觸墊可以分別電氣連接到第一和第二紡織品部分的多個纖維，這是有利的，因為其在紡織品所提供的導電性方面改進設備的可靠性。
[0021]根據實施例，第一和第二紡織品部分在公共平面中延伸。換言之，電氣元件可以布置在紡織品部分之間并且因而機械連接紡織品部分的邊緣。
[0022]根據其它實施例，第一和第二紡織品部分可以在分離的平面中延伸。作為示例，紡織品部分可以關于彼此堆疊并且通過隔離層電氣分離。隔離層可以例如包括非傳導紡織品，其在物理上分離導電紡織品部分。由此，可以提供包括導電頂層、隔離中間層和導電底層的設備。頂層和中間層可以具有由移除的材料限定的圖案，以便使得電氣元件能夠電氣連接到頂層和底層二者。在這樣的情況下，第一接觸墊可以附連到頂層，例如在接近限定圖案的邊緣的位置處，并且所連接的第二接觸墊可以連接到底層，例如在由圖案暴露的位置處。
[0023]本實施例是有利的，因為其允許關于電氣元件的定位的增加的自由度，這是因為接觸墊的可能連接點不限于接近紡織品部分的邊緣的位置，而是限定紡織品部分的圖案的邊緣。
[0024]根據實施例，第一和第二接觸墊可以分別借助于導電粘合劑或膠合劑而連接到第一和第二紡織品部分。傳導膠合劑可以例如通過分發或印刷而施加到紡織品部分上的連接點，并且電氣元件然后可以通過拾取和放置技術來放置或者通過手工安裝。傳導膠合劑是有利的，因為其可以沉入到紡織品中并且由此能夠實現電氣元件與紡織品部分之間的改進的機械和電氣連接。傳導膠合劑還是有利的，因為相比于使用例如焊接劑的其它安裝技術而言，它可以以相對低的溫度固化。這樣的膠合劑的使用是有利的，因為其允許使用熱敏材料和組件來形成設備。與焊接的接頭相比，由傳導膠合劑形成的接頭也可以更具彈性，這可以減小斷裂和松散接頭的風險。
[0025]可替換地或者此外，第一和第二接觸墊可以分別機械地夾緊到第一和第二紡織品部分，例如借助于卡釘。
[0026]還將領會到的是，非傳導材料，諸如例如非傳導膠合劑，可以分別添加到第一和第二接觸墊與第一和第二紡織品部分之間的接頭，以便減輕接頭上的機械負載并且因而改進機械和/或電氣連接的可靠性。非傳導材料可以布置成沉入到紡織品部分中并且部分地或者完全地覆蓋接頭和/或電氣元件。
[0027]根據實施例，第一和第二紡織品部分可以附連到非傳導襯底。襯底可以例如是彈性和/或可伸展的，并且可以具有與第一和第二紡織品部分對應的機械性質以便減小紡織品部分與襯底之間的可能機械應力。襯底也可以具有與第一和/或第二紡織品部分的性質不同的機械性質。作為示例，襯底可以具有與第一和第二紡織品部分的膨脹系數不同的膨脹系數。在這樣的情況下，可以有利地使用彈性或可伸展的第一和/或第二紡織品部分。
[0028]第一和第二紡織品部分可以通過例如層壓或膠合而附連到襯底。作為示例，襯底可以包括非傳導紡織品，并且可以例如形成一件衣物、一件家具或壁紙的部分。
[0029]襯底可以有利地在設備的制造期間和設備的操作或使用期間為第一和第二紡織品部分提供支撐。電氣元件的安裝被促進，因為紡織品部分可以在安裝期間保持在固定位置處，并且使用期間的短路風險可以通過幫助保持第一和第二紡織品部分分開的隔離襯底而減小。
[0030]根據實施例，電氣元件可以是半導體設備、發光元件和傳感器設備中的一個。術語“發光元件”可以指的是在例如通過跨其施加電勢差或者使電流通過其而被激活時能夠在電磁頻譜的各區(例如可見區、紅外區和/或紫外區)中的任何區或者組合中發射輻射的任何設備或元件。發光元件因此可以具有單色、準單色、多色或寬帶頻譜發射特性。每個發光元件具有至少一個光源。光源的示例包括半導體、有機、或者聚合物/聚合發光二極管(LED)、藍LED、光學栗浦的磷光體涂敷LED、光學栗浦的納米晶體LED或者任何其它類似的設備。此外，術語發光元件可以用于限定發射輻射的特定光源與該特定光源或多個光源被放置在其內的外殼或封裝的組合。例如，術語發光元件可以包括布置在外殼中的裸露LED管芯，其可以被稱為LED封裝。可替換地或者此外，發光元件可以包括能夠與外部數據源通信的LED。由此，可以控制操作，諸如LED的光強度。通信可以例如借助于電氣或無線數據鏈路而實現。
[0031]根據實施例，用于制造設備的方法還可以包括將第一和第二紡織品部分附連到非傳導襯底，其由此可以在設備的制造和使用二者期間為第一和第二紡織品部分提供支撐。
[0032]根據實施例，制造方法包括將電源連接到每個紡織品部分的連接點以便為電氣元件供應電功率，以及調節電氣元件與連接點之間的距離以便控制供應到電氣元件的電功率。通過減小外部電源的連接點與電氣元件之間的距離，供應到電氣元件的電功率可以增加。因此，增加從電源的連接點到電氣元件的距離，可以為后者供應較少的電功率。由此，通過改變連接點與電氣元件之間的距離，可以改變供應給電氣元件的電功率，而不改變輸入或饋送到設備的電功率。作為示例，在電氣元件是LED的情況下，所發射的光的量或強度可以通過改變外部電源的連接點的位置而改變。另外，在多個LED布置在設備的不同位置處的情況下，所發射的光的量可以分別取決于其到連接點的距離而在不同LED之間變化。
[0033]注意，本發明的實施例涉及權利要求中記載的特征的所有可能組合。另外，將領會到的是，針對設備所描述的各種實施例與針對如依照第二方面所限定的方法而描述的實施例是全部可組合的。
【附圖說明】
[0034]現在將參照示出實施例的附圖來更詳細地描述這些和其它方面，其中:
圖1示出根據實施例的包括第一和第二導電紡織品部分及電氣元件的設備的平面俯視圖；
圖2示出根據實施例的設備的橫截面部分；
圖3a示出根據實施例的包括堆疊的第一和第二紡織品部分的設備的分解透視圖；
圖3b是圖3a中的設備的平面俯視圖；以及圖4是根據實施例的方法的概況。
[0035]所有的圖都是示意性的，不一定按照比例繪制，并且一般僅示出為了闡明實施例所必要的部分，其中其它部分可以省略或者僅僅被暗示。貫穿描述，相同的附圖標記指的是相同的元件。
【具體實施方式】
[0036]現在將在下文中參照隨圖更加全面地描述本方面，附圖中示出了當前優選的實施例。然而，本發明可以以許多不同的形式體現并且不應當解釋為限于本文闡述的實施例;相反，這些實施例是出于透徹性和完整性而提供的，并且向專業人員全面地傳達本方面的范圍。
[0037]將參照圖1描述根據實施例的設備。設備100包括彼此電氣隔離的第一和第二導電紡織品部分1I，102。設備100還包括兩個電氣元件110 (例如LED )，每個包括電氣連接到設備的第一和第二接觸墊(在圖1中未示出)。第一接觸墊可以連接到第一紡織品部分101并且第二接觸墊可以連接到第二紡織品部分102以便為LED 100供應電功率。另外，導電紡織品部分101，102附連到非傳導襯底130。
[0038]第一紡織品部分101和第二紡織品部分102通過交錯(例如，通過制氈、針織或編織)并且由此電氣連接到彼此的導電纖維120形成。非傳導襯底130也可以包括由例如交錯的纖維形成的紡織品。然而，這些纖維以及因而襯底130的表面可以是非導電的，以便減小附連在其上的紡織品部分101，102短路的風險。
[0039]在該示例中，LED可以借助于可以通過分配器而添加到紡織品部分的導電膠合劑而附連到第一紡織品部分101和第二紡織品部分1021ED可以通過例如拾取和放置儀器而定位在紡織品部分上，以便允許膠合劑將第一接觸墊和第二接觸墊固定到導電紡織品纖維120。
[0040]紡織品部分101，102和襯底130可以被選取成使得它們允許設備例如被折疊、彎曲或懸垂。由于交錯纖維的緣故，紡織品部分101，102也可以伸展以便使得能夠修改設備的形狀。
[0041]第一導電紡織品部分101和第二導電紡織品部分102可以連接到外部電源(在圖1中未示出)。因為第一和第二紡織品部分101，102可以分別連接到電源的第一電極和第二電極，所以電流可以經由LED 110而從第一紡織品部分101流到第二紡織品部分102，LED由此可以供應有電功率。由于第一和第二紡織品部分101，102包括導電且電氣連接的交錯纖維120，所以外部電源可以在幾乎任何位置處連接到紡織品部分101，102。因此，LED 130可以在任何位置處連接到傳導的紡織品部分101，102，從而允許第一接觸墊連接到第一紡織品部分101并且第二接觸墊連接到第二紡織品部分102。換言之，LED 130可以在任何位置處連接到紡織品部分1I，102，從而允許LED 130跨裝在彼此電氣隔離的兩個紡織品部分1I，102之間。
[0042]將參照圖2描述根據另一實施例的設備100，圖2圖示了可以與參照圖1所述的設備類似地配置的設備的橫截面部分。第一和第二導電紡織品部分101，102可以由包括導電材料(例如鎳)的編織纖維120形成。然而，纖維120可以包括涂敷有導電涂層(例如電鍍金)的非傳導材料。將領會到的是，涂層可以在它們被形成為紡織品之前施加到纖維120上，或者在它一旦形成時就施加到紡織品上。
[0043]設備100還可以包括具有第一接觸墊112和第二接觸墊114的LED110，第一接觸墊112和第二接觸墊114可以借助于導電粘合劑而分別電氣(和機械)連接到第一和第二紡織品部分101，102。粘合劑可以沉入到紡織品部分101，102中以使得能夠實現可靠且堅固的接頭116。在操作期間，電流可以經由交錯纖維120和傳導接頭116而在第一和第二紡織品部分1I，102之間流動，由此為LED 110供應電功率。
[0044]圖3是根據另一實施例的設備的分解透視圖。設備可以與之前參照圖1和2所述的設備類似地配置。
[0045]圖3a示出包括由電氣隔離層140電氣分離的第一導電紡織品部分101和第二導電紡織品部分102的設備。應當注意，沒有在圖3a中示出電氣設備。第一和第二紡織品部分101，102及隔離層140可以堆疊，即布置成彼此重疊。第一紡織品部分101可以具有其中部分紡織品被移除(例如通過激光切割)的圖案。在該示例中，第一紡織品部分101的圖案103符合隨后布置成行的三個矩形(或開口)的形狀。隔離層140具備對應的圖案，其中差異在于形成在隔離層140中的矩形(開口)稍微小于第一紡織品部分101的圖案的矩形(開口)。因為第一紡織品部分101和隔離層140布置或堆疊在第二紡織品部分102(其可以不具有這樣的圖案)上，所以圖案可以被對準使得第一紡織品部分101的矩形(或開口)大致與隔離層140的矩形(開口)同心。電氣元件110然后可以布置成使得第一接觸墊112電氣連接到第一紡織品部分101，優選地接近限定圖案103的結構的邊緣，并且第二接觸墊電氣連接到第二紡織品部分102。因為隔離層的圖案104的(開口)矩形可以稍微小于第一紡織品部分的對應矩形(開口)，所以隔離層的一部分可以布置在電氣元件110的第一和第二接觸墊112，114之間。第一紡織品部分101和第二紡織品部分102之間短路的風險由此可以減小。然而，將認識到的是，可以使用各種各樣的圖案和結構，并且第一紡織品部分101的圖案可以不對應于或等于隔離層140的圖案，只要電氣元件可以布置成使得其第一接觸墊及其第二接觸墊可以分別電氣連接到第一和第二紡織品部分101，102即可。
[0046]圖3b是在圖3a中示出的設備的平面俯視圖，其圖示了電氣連接到第一紡織品部分和第二紡織品部分的四個LED 110。第一紡織品部分101的矩形圖案103稍微不同于隔離層140的圖案104，使得LED的接觸墊(在圖3b中未示出)可以通過隔離層140的一部分而分離。另外，外部電源150可以連接到設備，使得經由每個紡織品部分1I，1 2的連接點15 2，154而將第一紡織品部分101電氣連接到電源150的正極并且將第二紡織品部分102電氣連接到電源150的負極。
[0047]在圖4中概繪出根據實施例的用于制造設備100的方法400。設備可以與參照圖1-3所述的設備類似地配置。方法400包括提供410第一導電紡織品部分101、提供420第二導電紡織品部分102、以及將第一紡織品部分101和第二紡織品部分102附連430到非傳導襯底130。另外，提供440電氣元件110，其中電氣元件110的第一接觸墊112連接450到第一紡織品部分101并且第二接觸墊114連接460到第二紡織品部分102。通過將電源連接470到每個紡織品部分的連接點15 2，154，可以為電氣元件110供應電功率。如之前所述，紡織品部分1I，102的導電性允許通過調節電氣元件110與連接點152，154之間的距離來調節供應給電氣元件110的電功率。
[0048]根據以上實施例的設備100可以例如形成包括導電紡織品部分101，102的發光設備。
[0049]本領域技術人員認識到，本發明絕不限于以上描述的優選實施例。相反地，在隨附權利要求的范圍內，許多修改和變型是可能的。例如，設備可以包括多個電氣紡織品部分，這樣的電氣紡織品部分可以包括各種材料、纖維種類，并且可由各種紡織品形成技術而形成。
[0050]此外，本領域技術人員在實踐所要求保護的發明時，通過研究附圖、公開內容和隨附權利要求，可以理解和實現所公開的實施例的變型。在權利要求中，詞語“包括”不排除其它元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個”不排除多個。在相互不同的從屬權利要求中記載某些措施這一純粹事實不指示這些措施的組合不能用于獲利。權利要求中的任何附圖標記不應當解釋為限制范圍。
【主權項】
1.一種設備，包括: -第一導電紡織品部分； -第二導電紡織品部分，第一和第二紡織品部分彼此電氣隔離；以及-具有電氣連接到第一紡織品部分的第一接觸墊和電氣連接到第二紡織品部分的第二接觸墊的電氣元件； 其中第一和第二紡織品部分被適配成為電氣元件供應電功率。2.根據權利要求1的設備，其中第一和第二紡織品部分各自包括導電的表面部分。3.根據權利要求1或2的設備，其中第一和第二紡織品部分各自包括交錯纖維。4.根據權利要求3的設備，其中交錯纖維包括導電材料。5.根據權利要求1的設備，其中第一和第二紡織品部分中的至少一個至少部分地涂敷有導電材料。6.根據權利要求1的設備，其中第一和第二接觸墊分別電氣連接到第一和第二紡織品部分的多個纖維。7.根據權利要求1的設備，其中第一和第二紡織品部分在公共平面中延伸。8.根據權利要求1的設備，其中第一和第二紡織品部分在分離的平面中延伸。9.根據權利要求1的設備，其中第一和第二紡織品部分關于彼此堆疊并且通過隔離層電氣分離。10.根據權利要求1的設備，其中第一和第二紡織品部分由編織、針織、鉤織和/或打結的纖維形成。11.根據權利要求1的設備，其中第一和第二接觸墊借助于導電粘合劑分別連接到第一和第二紡織品部分。12.根據權利要求1的設備，其中第一和第二紡織品部分附連到非傳導襯底。13.根據權利要求1的設備，其中電氣元件是半導體設備、發光元件和傳感器設備中的一個。14.一種用于制造設備的方法，包括以下步驟: -提供第一導電紡織品部分； -提供與第一紡織品部分電氣隔離的第二導電紡織品部分； -提供具有第一和第二接觸墊的電氣元件； -將第一接觸墊電氣連接到第一紡織品部分；以及 -將第二接觸墊電氣連接到第二紡織品部分。15.根據權利要求14的方法，還包括以下步驟: -將電源連接到每個紡織品部分的連接點以便為電氣元件供應電功率，以及 -調節電氣元件與連接點之間的距離以便控制供應給電氣元件的電功率。
【文檔編號】H05K1/03GK105830541SQ201480060703
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2014年11月5日
【發明人】K.H.徹雷納克, J.P.J.范奧斯, R.M.舒爾比爾斯
【申請人】飛利浦燈具控股公司