用于附着到织物基底上的电子组件、电子纺织品和这种电子纺织品的制造方法

摘要

本发明提供一种用于附着到织物基底(60；82，102)上的电子组件(20；30；40；50)，该织物基底(60；82，102)在其第一侧(63；86；108)上具有导体图案(62a－b；85a－b；107a－c)。该电子组件包括电子装置(23；42；64)和至少一第一夹持构件(21；41；65)。该电子组件还适于将该电子装置(23；42；64)夹持到织物基底(60；82，102)的第一侧(63；86；108)上，以使得该电子装置(23；42；64)电连接到该导体图案(62a－b；85a－b；107a－c)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于附着到织物基底上的电子组件，该织物基底在其第一侧上具有导体图案，该电子组件包括电子装置和至少一第一夹持构件，本发明还涉及一种包括该织物基底和附着到它上面的这种电子组件的电子纺织品。

本发明还涉及这种电子纺织品的制造方法。

背景技术

目前，在电子纺织品领域中的研究是很活跃的，且尽管在目前市场上还不能找到很多先进的电子纺织产品，但预期在不远的将来，许多新产品将会被消费者接受。

先进电子纺织品的开发者所面对的问题在于如何使电子装置经由设于电子纺织品织物基底上的导体彼此互连并与电源互连。而且，电子装置应充分牢固地附着到织物基底上以能够对纺织品进行正常搬运和洗涤。

US 5 440 461公开了一种用于将发光元件附着到织物上并使发光元件电连接到设于织物上的导体图案的固定组件。

参看图1，这个组件1包括两件式封壳，该两件式封壳具有第一部件2和第二部件5，第一部件2带有基座凸缘3和用于接纳发光元件4的中心孔，第二部件5带有凹口，将凹口的尺寸设置成通过与插置于其间的一件织物6进行按压配合而接纳基座凸缘3。

为了将发光元件4附着并连接到织物6的外侧7上，发光元件4首先插入于第一部件2中。第一部件2和发光元件4然后压靠在织物6上使得设于发光元件4上的电极8a-b穿透织物6。这些电极8a-b压在第一部件2的基座凸缘3与第二部件5之间以通过第一部件2与第二部件5的按压配合而弯曲并保持抵靠在设于织物6内侧10上的导体9a-b上。

这种固定组件的缺点在于很难实现(如果可能的话)对多个电子装置中每一个的单独控制和寻址。而且，这种固定组件需要发光元件具有“支腿”形式的电极，其适于穿透织物，可相对容易地弯曲而不会断裂，并且能够与设于织物6内侧10上的导体9a-b做出良好的电接触。

发明内容

鉴于现有技术的上述和其它缺点，本发明总体上的目的在于提供一种用于附着到织物基底上的改进的电子组件，特别便于对附着到织物基底上的多个电子装置中每一个进行单独控制。

而且还需要能附着和连接多种电子装置。

根据本发明的第一方面，通过附着到织物基底上的电子组件来实现这些和其它目的，其中织物基底在其第一侧上具有导体图案，该电子组件包括电子装置和至少一第一夹持构件，其中该电子组件适于将电子装置夹持到织物基底的第一侧上使得该电子装置电连接到第一侧上的导体图案。

在本申请的情形下，“织物基底”应被理解为由纺织纤维所制造的材料或产品。织物基底可(例如)通过编织、编带、针织或毡制而制造。特别地，织物基底可为编织的或非编织的。

可以本项领域中已知的任何方式向织物基底提供导体图案。例如，可以以在织物基底中交织的单丝或复丝导线的形式提供，或者以任何其它方式提供到织物基底上，诸如通过胶合。或者，导电图案可由导电物质形成，该导电物质可通过(例如)印刷、电镀和图案化或者电成形而涂覆到织物基底的表面上。

第一夹持构件可由任何合适的导电或非导电材料制成，且可适于与织物基底或设于织物基底的另一侧上第二夹持构件锁定接合。在后一种情况下，这些第一夹持构件和第二夹持构件中至少一个的一部分可穿透织物基底以与另一个直接机械接触，或者第一夹持构件和第二夹持构件都不穿透织物基底。在后一种情况下，通过织物基底的锁定接合间接地发生，这种间接地发生通过织物基底防止第一夹持构件与第二夹持构件之间直接接触。

在夹持构件至少部分地导电的情况下，可通过适当定位夹持构件和/或在相关导体与夹持构件之间提供绝缘材料而避免织物基底上的导体和/或设于电子装置上的连接器的不希望的短路。

与需要通过电极穿透织物以使电子装置电连接的现有技术相比，根据本发明的电子组件提供关于电子装置与织物上的导体图案之间的电接触点的更大的精确度。这种更大的精确度允许电子装置与导体图案之间更多的电接触点，且便于对附着到织物基底上的多个电子装置中每一个进行单独寻址和控制。

而且，根据本发明的电子组件使得电子装置电连接到设于织物基底两侧上的电隔离的导体图案。这进一步便于多点电接触和对附着到织物基底上的电子装置进行单独寻址和控制。

此外，根据本发明的电子组件实际上可包括任何类型的电子装置，且并不限于具有特定形状(例如，圆柱形)或特定电极配置(诸如适合于穿透织物基底的支腿)的电子器件。

为了便于在电子装置与织物基底上的导体图案之间的适当电连接，根据本发明的电子组件还可包括对准标记。这个对准标记可被配置成与适当导体图案或者与设于织物基底上的相应对准标记直接对准。

根据本发明的电子组件还可有利地包括第二夹持构件，第二夹持构件适于通过织物基底与第一夹持构件锁定接合。

通过第一夹持构件和第二夹持构件的锁定接合来夹持该电子装置可足够强，以通过所谓的冷焊接来实现电连接，该冷焊接导致非常好且耐久的电连接。

包括于根据本发明的电子组件中的电子装置可有利地包括接触结构，该接触结构用于压靠在导体图案上从而实现它们之间的电连接。

接触结构可为任何类型的导电构件，其被配置成当压靠在另一导体上时实现与该导体的电接触。为此目的，接触结构可以衬垫或引线的形式提供，为了降低与其所压靠的导体的接触电阻，接触结构可具有尖锐部分，该尖锐部分被布置成使导体表面变形。以此方式，可穿透在导体上的可能的绝缘涂层或氧化层并增加接触结构与导体之间的接触表面。

该电子装置还可包括安装于器件载体上的电子器件，该器件载体具有至少一个接触结构，该接触结构被布置成面对织物基底的第一侧。

器件载体可为任何类型的合适电子子底座(柔性的或刚性的)，诸如常规的印刷电路板(PCB)或柔性印刷电路(FPC)。

通过将该电子装置提供为安装于器件载体上的一或多个电子器件，实现电子器件选择的大自由度。举例而言，合适的器件载体可易于设计成同时容纳电子器件的特定接触区(foot print)和连接器配置以及在织物基底上的特定的给定导体图案。

显然，电子器件可安装于器件载体的任一侧或两侧上。

基底还可被布置成吸收当第一夹持构件和第二夹持构件夹持在一起以将织物基底夹在中间时所施加的夹持力。因此，电子器件可电连接到织物基底上的导体图案而不会在该过程中经受过度机械应力。

根据一实施例，器件载体可被提供为中间构件，其通过第一夹持构件与第二夹持构件之间的夹持作用而被夹持抵靠在织物基底上，包括设于其上的导体图案。为了便于相对于与器件载体相关联的夹持构件来适当定位器件载体，器件载体和夹持构件中的任一个或二者可包括对准标记。

换言之，根据此实施例，器件载体夹持于第一夹持构件与第二夹持构件之间以在适当部位压靠在织物基底上来实现所希望的电连接。

根据另一实施例，该电子装置可与第一夹持构件和第二夹持构件中的任一个整合。

在此实施例中，在第一夹持构件和/或第二夹持构件的侧部上可提供合适形状的接触结构以与织物基底接触。

此外，根据本发明的电子组件还可适于提供与电子装置相关的额外功能。

除了将电子装置附着和电连接到织物基底上之外，这种额外的功能可为与电子装置操作相关的任何功能。这种额外的功能可(例如)包括电子装置的物理防护、散热、电解耦、电磁信号的传输和/或接收或者其任何组合。在电子装置为诸如发光装置或光学传感器这样的光学装置的情况下，额外的功能可(特别地)包括更改所发出的光和/或所接收的光的光学性质。这样的光学性质可(例如)包括所发出的光和/或所接收的光的空间分布、角度分布和/或波长分布。

可通过向电子组件添加额外的功能构件和/或调适第一夹持构件和第二夹持构件以及电子装置中的一或多个来实施这个/这些额外功能。

此外，根据本发明的电子组件可有利地被配置成使电子装置电连接到织物基底第一侧上的导体图案中两个或两个以上的电隔离的导体。

根据本发明的电子组件还可被配置成将电子装置连接于织物基底的第一侧上的第一导体与织物基底的相对的第二侧上的第二导体之间。

对于许多类型的织物基底，且特别是对于通过导电纱线与非导电纱线的交织所形成的织物基底，这在很大程度上便于对安装到织物基底上的电子装置进行单独寻址和控制。

此外，包括于根据本发明的电子组件中的第一夹持构件和第二夹持构件中至少一个可包括用于穿透织物基底并与相对的夹持构件联锁的结构。

这样的结构可(例如)以第一夹持构件和第二夹持构件中一个或二者上的齿形尖头(prong)形式提供。

通过这种穿透结构，电子组件可以非常耐久的方式附着到织物基底上。

而且，在至少部分导电的夹持构件和穿透结构的情况下，穿透结构可用作一或多个电通路，以将电子装置电连接到设于织物基底相对侧上的一或多个导体。

根据又一实施例，根据本发明的电子组件还包括额外的电子装置，其中电子组件被配置成将额外的电子装置夹持到设于织物基底的第二侧上的第二侧导体图案上，以使得额外的电子装置电连接到第二侧导体图案。

从而可实现能够在其两侧发光的电子纺织品。

此外，根据本发明的电子组件可有利地包括于电子纺织品中，该电子纺织品还包括织物基底。

这种电子纺织品可(例如)包括电源、控制电路和多个可独立控制的发光二极管(LED)，其中可实现基于纺织品的显示装置。

根据本发明的第二方面，可通过一种电子纺织品的制造方法来实现上述和其它目的，该方法包括以下步骤：提供织物基底，该织物基底的第一侧上具有导体图案；提供电子组件，电子组件包括电子装置和至少一第一夹持构件；将第一夹持构件和电子装置定位于织物基底的第一侧上；使电子装置与导体图案对准；以及，相对于织物基底锁定第一夹持构件以将电子装置夹持到其第一侧上，从而将该电子装置电连接到导体图案上。

该电子组件还可包括第二夹持构件，其适于通过织物基底与第一夹持构件锁定接合，且该方法还可包括将第二夹持构件定位于织物基底的与第一夹持构件相对的第二侧上的步骤。

此外，锁定步骤还可包括以下步骤，使第一夹持构件和第二夹持构件朝向彼此移动直到它们通过织物基底而锁定接合，从而通过夹持而将电子装置电连接到导体图案上。

第一夹持构件和第二夹持构件可通过逐渐增加的压力或通过突然的冲击(诸如利用锤子工具)而朝向彼此移动。

因此，可以单个操作实现电子装置到织物基底的附着和连接，而无需特殊的工具或机械。

如已在上文所讨论的那样，电子装置可与第一夹持构件和第二夹持构件分开提供，或者可与这些夹持构件中的一个整合。

当单独地提供为(例如)安装到载体或基底上的电子器件时，在将夹持构件按压接合之前，可使电子装置与织物基底上的导体图案对准。

或者，夹持构件可首先被按压在一起以开始接合，在第一夹持构件与导体图案之间留有开放的空间/狭缝/槽，之后使电子装置与导体图案对准，且将夹持构件进一步朝向彼此按压以完成它们之间的锁定接合并夹持电子装置抵靠导体图案从而实现它们之间的电接触。

如上文结合本发明的第一方面所讨论，电子装置可包括用于压靠在导体图案上的接触结构。在此情况下，使电子装置与导体图案对准的步骤可包括使接触结构与导体图案对准的步骤。

可通过在电子组件和/或织物基底上提供对准标记来便于这个对准。

此外，根据本发明的方法还可包括使第一夹持构件与接触结构对准的步骤。

通过这种对准，确保了夹持力以有效方式将接触结构压靠在导体图案上。

当第一夹持构件和电子装置被提供为单独部件时，可通过使用适于使第一夹持构件与电子装置彼此对准的夹持工具而有利地实现这种对准。

本发明的这个第二方面的另外的特点和优点类似于在上文中关于第一方面所述的特点和优点。

附图说明

现将参看附图更详细地描述本发明的这些和其它方面，附图示出本发明的目前优选的实施例，其中：

图1示出了根据现有技术用于将发光元件附着到织物上的固定组件；

图2a-b示意性地示出了根据本发明的电子组件的两个示范性实施例，其中电子装置与夹持构件分开提供。

图3a至图3b示意性地示出根据本发明的电子组件的两个示范性实施例，其中电子装置整合在夹持构件中；

图4是示意性地示出根据本发明实施例的电子纺织品的制造方法的流程图；

图5a-d示意性地示出根据图3的方法所制造的电子纺织品在相应的方法步骤后的状态；

图6是附着到织物基底上的第一示范性电子组件的分解透视剖视图；以及

图7是附着到织物基底上的第二示范性电子组件的分解透视图。

具体实施方式

在下文的描述中，主要参考附着到织物基底上包括一或多个发光二极管(LED)的电子组件描述了本发明。

应当指出的是这绝不限制本发明的范畴，其同样适用于包括任何其它合适电子装置(诸如传感器、处理电路、存储器模块、无线电发射器/接收器等)的这样的电子组件。

图2a至图2b示意性地示出根据本发明的电子组件的两个示范性实施例，其中电子装置与夹持构件分开提供。

在图2a中，示出了电子组件20，其具有第一夹持构件21、第二夹持构件22和电子装置23，电子装置23以电子器件24的形式安装于电路板载体25上。电子器件的端子(未图示)电连接到设于电路板载体25的与电子器件24(如由图2a中的虚线矩形所示)相对的侧部上的接触衬垫29a-b。织物基底相对于第一夹持构件21、第二夹持构件22以及电子装置23的预期位置由电子装置23与第二夹持构件22之间的虚线表示。

在目前示出的实例中，第一夹持构件包括环形主体26，环形主体26具有五个齿形尖头27a-e，且第二夹持构件22具有环形凹口28，当第一夹持构件21和第二夹持构件22压在一起时，该环形凹口28被配置成接纳并锁定第一夹持构件21的尖头27a-e，这将在下文中结合图4进一步讨论。

图2a所示的电子组件20还被配置成将电子装置23附着和连接到织物基底的一侧上(与第一夹持构件21相同侧上)。

在图2b中，示意性地示出了电子组件30的另一实例。这个电子组件30与上文结合图2a所述的电子组件20的不同之处在于其包括要附着到织物基底的相对侧上的额外电子装置31。织物基底的预期位置同样由图2b中的虚线表示。额外的电子装置31包括安装到电路板载体33上的电子器件32且电子器件32的端子(未图示)电连接到接触衬垫34a-b。

额外的电子装置31可以是不同于先前所述的类型或者具有与先前所述相同类型的相对定位的装置23。举例而言，图2b所示的示范性实施例可用于实现在其两侧发光的电子纺织品。

图3a-b示意性地示出根据本发明的电子组件的第二实施例的两个实例。

在图3a中，图示了电子组件40，其包括第一夹持构件41和第二夹持构件22，在第一夹持构件41中整合了电子装置42，第二夹持构件22类似于上文关于图2a至2b所述的夹持构件。

如在图3a中示意性地图示，第一夹持构件41包括电子器件43和器件载体44。电子器件的端子(未图示)电连接到设于器件载体44的相对侧上的接触衬垫45a-b，如由图3a中的虚线矩形所示。

在图3b中，示意性地示出了另一示范性电子组件50，其与图3a的电子组件40的不同在于在第二夹持构件50中整合了额外的电子装置51。如图3b所图示，这个额外的电子装置51包括安装到器件载体53上的电子器件52且电子器件52的端子(未图示)电连接到接触衬垫54a-b。

在上文的图2b和图3b中，示意性地示出了将电子装置双侧附着到织物基底的两种示范性结构。显然，这些配置可彼此组合使得一个电子装置如图3a-3b所示整合于夹持构件中，而另一电子装置如图2a-2b所示分开地提供。

现将参看图4d流程图来描述根据本发明实施例的电子纺织品的制造方法且在图5a-5d中提供处于不同制造阶段的电子纺织品的示意图示。

首先参看图4和图5a，在第一步骤401中提供织物基底60，织物基底60在其第一侧63上具有导体图案61，导体图案61包括两个电隔离的引线62a-62b。

在随后的步骤402中，参看图5b，电子装置64和第一夹持构件65对准到导体图案61上。在目前示出的对应于先前关于图2a所述的示范性电子组件中，电子装置64包括电子器件66，电子器件66安装于器件载体67上，器件载体67具有接触衬垫68a-b，接触衬垫68a-b电连接到(未图示)电子器件66的端子。更具体而言，在本步骤402中，电子装置64被定位成使接触衬垫68a-b与织物基底60中的相对应引线62a-b对准，且第一夹持构件65被定位成其一部分对应于电子装置64上的接触衬垫68a-b和织物基底60中的引线62a-b。而且，第一夹持构件65被定位成使得齿形尖头69a-c将不会在随后穿透织物基底60时无意间切断导体图案61中的引线62a-b中的任一个。

现参看图4和图5c，在下一步骤403中，将第二夹持构件70定位于织物基底60的相对侧72上，第二夹持构件70具有凹口71，凹口71被配置成接纳第一夹持构件65的尖头69a-c并与之联锁。

第二夹持构件70被定位成使得其部分与第一夹持构件65的相对应部分、电子装置64的接触衬垫68a-b和设于织物基底60的第一侧63上的引线62a-b对准。

在最后的步骤404中，第一夹持构件65和第二夹持构件70在织物基底60的相对侧63、72上压靠到彼此。在这个过程中，第一夹持构件65的尖头69a-c穿透织物基底并与第二夹持构件70的凹口71接合。在这个接合期间，尖头69a-c变形并与凹口联锁以在第一夹持构件65与第二夹持构件70之间形成耐久的联锁结合，将电子装置的接触衬垫68a-b压靠在织物基底60的引线62a-b上，从而将电子组件附着到织物基底60上，同时将电子装置64电连接到织物基底60的第一侧63上的导体图案61上。

现已描述了根据本发明实施例的包括电子组件的电子纺织品的示范性制造方法，现将参看图6和图7来描述这种电子纺织品的两个实例。

首先，将参看图6来描述上面附着并连接单色LED 81的电子纺织品80，示出了织物基底82、安装到器件载体83上的单色LED 81和第一环形夹持构件84。织物基底82具有导体图案，其包括在其第一侧86上的两个电隔离的引线85a-b。器件载体83具有两个接触衬垫87a-b，接触衬垫87a-b分别电连接到单色LED 81的阳极88a和阴极88b。

通过使设于第一夹持构件84上的尖头89a-b与设于织物基底82的相对第二侧92上第二夹持构件91的相对应凹口90成锁定接合来将这些接触衬垫87a-b压靠在引线85a-b上。

现转至图7，将描述电子纺织品100，其具有附着到织物基底102上的多色LED模块101。

与上文结合图6所述的电子纺织品80相比，图7中的电子纺织品100利用设于织物基底102的两侧上的接触图案。

图7示出多色LED模块101，其具有三个阴极端子102a-c和一阳极端子103，一个阴极端子对应于红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)中的一种颜色，三种颜色R、G、B共用阳极端子103。多色LED模块101安装于器件载体104上，器件载体104在其面对织物基底102的侧部上具有三个接触衬垫105a-c，其中的每一个接触衬垫105a-c电连接到阴极端子102a-c中相对应的一个。器件载体104还具有顶侧接触衬垫106，顶侧接触衬垫106电连接到多色LED模块101的阳极端子103。织物基底在其前侧108上具有三个电隔离的引线107a-c，和在其背侧110上的另一引线109。

如图7所说明，在织物基底102的前侧108上的引线107a-c压靠在接触衬垫105a-c上，且在织物基底的背侧110上的引线109压靠在第二夹持构件91上。因此，这个背侧引线109经由第二夹持构件91、第一夹持构件的尖头89a-d和顶侧接触衬垫106与多色LED模块101的阳极端子103电连接。

在附图所示的实施例中，第一夹持构件84和第二夹持构件91的至少部分需要是导电的以通过织物基底102将多色LED 101连接到背侧引线109。

本领域技术人员应认识到本发明决不限于上文所述的优选实施例。举例而言，夹持构件无需为圆形，而是可具有任何其它形状，诸如正方形、细长形等。而且，在夹持构件之间的锁定接合无需穿透织物基底，而是可在不穿透的情况下发生，或者可使用单个夹持构件来抵靠织物夹持电子装置。此外，在夹持构件中的一个或两个具有用于穿透织物基底的结构的情况下，这些结构可以各种配置提供，只要它们能使夹持构件之间成锁定接合。此外，电子装置与织物基底上的导体图案之间的电接触还可通过使用诸如导电胶或焊料这样的导电增强物质而改进。