CN101952495A - 用于连接电子器件的纺织品 - Google Patents

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Abstract

一种具有多层经线的纺织品(100；300；400)，多层经线包括：包含上排导电经纱线(104a-b；303a-e；406a-b)的上经线层(101)，包含下排导电经纱线(106a-b；306a-e；421a-d)的下经线层(102)，以及布置在上(101)和下(102)经线层之间的中间经线层(103)。纺织品进一步包括：纬线，其中，第一组导电纬纱线(108；302a-f；407a-b)横过上排导电经纱线(104a-b，303a-e；406a-b)，以便在其间实现电接触，并且第二组导电纬纱线(109a-b；305a-f；424，430，440)横过下排导电经纱线(106a-b；306a-e；421a-d)，以便在其间实现电接触。第二组导电纬纱线(109a-b；305a-f；424，430，440)在上(101)和中间(103)经线层中的非导电经纱线周围形成环(110；425，431，441)，每个环(110；425，431，441)提供第一上层连接点(307；408-410)，用于能够在第一上层连接点(307；408-410)和第二上层连接点(308)之间连接电子器件(309；401-403)。

Description

用于连接电子器件的纺织品
技术领域
本发明涉及一种由导电和非导电纱线(yarn)交织而成，能够连接电子器件的纺织品，以及一种包含该纺织品的电子纺织品。
背景技术
目前，电子纺织品领域的研究非常活跃，并且虽然当前不能在市场上找到大量的先进电子纺织品产品，但是预期的是，在不久的将来，许多新产品将提供给消费者。
预期去引起消费者兴趣的产品类别的一个实例是由有源发光纺织品制成的产品。这种纺织品可以用来制成家用纺织品，例如窗帘或者枕套，以及衣服，所述纺织品可以具有与电源连接，且任选地经由设置在织物中的导体图案与LED-控制器连接的光源矩阵(例如，发光二极管(LED)。
在WO 03/095729中，公开了包括多个LED的功能性纱线与导电和非导电纱线交织，以形成在其中LED可以单独寻址的可寻址无源矩阵显示器的实施例。
在无源矩阵类型电子纺织品中，例如以上参考文件中所公开的，对于可用的特定LED，从电源引向某个LED的行和列导体需要是整体的。这是该种类型的电子纺织品的缺点，因为按照惯例，为了能够制造家用纺织品或衣服，纺织品需要剪裁成合适的形状和尺寸。因此，存在对能够剪裁到应有尺寸而不失去其功能性的电子纺织品的需求。
发明目的
考虑到现有技术的上述的和其它的缺点，本发明的基本目标是提供一种用于连接电子器件的改进的纺织品。
本发明的进一步的目标是提供一种能够剪裁到应有尺寸而不失去其功能性的电子纺织品。
发明内容
根据本发明的第一个方面，这些和其它目标通过一种由导电和非导电纱线交织形成、能够连接电子器件的纺织品来实现，所述纺织品包含多层经线(warp)，其包括：包含上排导电经纱线的上经线层；包含下排导电经纱线的下经线层；以及布置在上和下经线层之间的中间经线层；以及包含导电和非导电纬纱线的纬线(weft)。在纺织品中，第一组导电纬纱线横过上排导电经纱线，以便在其间实现电接触，而且第二组导电纬纱线横过下排导电经纱线，以便在其间实现电接触，其中，在选定的环位置，第二组导电纬纱线在上和中间经线层中的非导电经纱线周围形成环，每个环提供第一上层连接点，用于能够在第一上层连接点和第二上层连接点之间连接电子器件，所述第二上层连接点设置在源自上排导电经纱线的导电经纱线和源自第一组导电纬纱线的导电纬纱线中的一根上。
根据本发明的纺织品为连接电子器件的每对连接点提供大量的连接路径。据此，由根据本发明的纺织品形成的电子纺织品可能使得纺织品的剪裁有鲁棒性(robust)。换句话说，即使许多引向某个电子器件的连接路径被破坏，很可能的是，一些连接路径将保留以便电子器件将能够像什么也没有发生过一样工作。这意味着，通过使用根据本发明的纺织品，电子纺织品可以剪裁到应有尺寸，而不影响电子纺织品中电子器件的运行。利用电源的合适配置，或者电源的冗余，在电子纺织品中的电子器件被供电且运行时，甚至也是这样的情况。
在根据本发明的纺织品中，在选定的环位置，第一组导电纬纱线可以在下和中间经线层中的非导电经纱线周围形成环。每个环提供第一下层连接点，用于能够在第一下层连接点和第二下层连接点之间连接电子器件，所述第二下层连接点设置在源自下排导电经纱线的导电经纱线和源自第二组导电纬纱线的导电纬纱线中的一根上。
用这种方式，能够将电子器件与纺织品双面连接。
此外，可以在上排导电经纱线中的每根导电纱线与第一组导电纬纱线之间实现电接触，以便形成包含多个上网格单元的上导电网格，以及在下排导电经纱线中的每根导电纱线与第二组导电纬纱线之间实现电接触，以便形成包含多个下网格单元的下导电网格，并且可以选定环的位置，以便对于在上和下网格的至少一个中的每个网格单元，环能够在上和下导电网格之间连接电子器件。通过这种布置，在电源和与纺织品连接的电子器件之间保证了非常大数量的连接路径。
根据本发明的一个实施例，至少下经线层包含多个下排导电经纱线，并且导电纬纱线被划分为多个组，其中下排导电经纱线中每根由源自多个组的相应组导电纬纱线横过，以便在其间实现电接触。
通过本发明的这个实施例，可以实现独立电源和/或对若干组已连接电子器件(例如，不同色彩的LED)的控制，同时保持了剪裁到应有尺寸而不影响电子器件运行的能力。
根据本发明的另一个实施例，至少一部分环中的每个可以在中间层而不是在上层中的更大数量的非导电经纱线周围形成。
用这种方式，在编织中更大程度地使用多层织物的中间层，这能够形成具有改进完整性的更高强度的织物。在由第一组导电纬纱线形成环的情况下，这些环当然可以近似地在中间层而不是下层中的更大数量的非导电经纱线周围形成。
例如，环可以通过阶梯式的方式经过(traverse)织物而形成，以便环在从环起点到环转弯部分的渐减数量纱线周围形成。对于有三层织物的最简单的情况，环可能例如在下层中的三根经纱线，中层中的两根经纱线以及上层中的一根经纱线周围形成。
此外，根据本发明的纺织品可以包含在电子纺织品中，所述电子纺织品进一步包含多个电子器件，每个电子器件与纺织品的第一和第二连接点连接。电子器件可以包括与根据本发明的纺织品可连接的任何种类的器件。虽然假想本发明的纺织品最适用于若干完全相同的部件或者多组部件，例如LED或传感器等，但是其它的配置是可能的。
一个或若干电源可以在为了连接目的而设置的连接点处与纺织品连接，并且/或者电源连接器可以设置用于能够在横过(cross)纺织品的一个或者优选的为多个位置处连接外部电源。例如，用于外部电源的这种连接可以在经线和/或纬线方向上以规则的间隔设置。根据电子纺织品的一个实施例，电子器件的每个可以包含发光二极管。
所述电子器件的每个可以进一步地包含：用于对具有不同特性的不同发光二极管进行补偿的稳定器电路。
典型情况是，当不同的LED具有不同的电压-发光度特性时，如果缺少稳定器电路，不同(甚至是非常不同)量的电流将流过不同的LED。这会导致LED-矩阵电子纺织品非均匀的外观，这可能是用户不希望的。
这样的稳定器电路可以有益地包含电阻。
通过添加与每个LED串联的电阻，限制且在一定程度上规范化了流经LED的电流。
稳定器电路可以进一步地包含至少一个晶体管，借此可以实现对LED电流的更有效的规范化(normalization)。
通过为每个LED提供所谓的电流镜可以获得特别好的均匀性。
附图说明
现在，将参考示出了本发明的当前优选实施例的附图，对本发明的这些和其它方面进行更详细地描述，其中：
图1a是根据本发明第一实施例的纺织品的示意性透视截面图；
图1b是图1a中的纺织品在经线方向沿着直线A-A的截面图；
图2是根据本发明第二实施例的纺织品在经线方向的示意性截面图；
图3是图示了利用根据本发明实施例的纺织品的电子纺织品鲁棒性的示意图；
图4a是根据本发明第三实施例、具有与其连接、形式为LED的电子器件的纺织品的示意性顶视图；
图4b是图4a中的纺织品在经线方向沿着直线B-B的截面图；
图4c是图4a中的纺织品在经线方向沿着直线C-C的截面图；
图4d是图4a中的纺织品在经线方向沿着直线D-D的截面图；
图5a-c是示出了根据本发明电子纺织品的可能电子器件配置的三个实例的电路原理图。
具体实施方式
在以下的描述中，参考具有三层经线层和某些简化的织物设计的纺织品来描述本发明。这决不意味着限制本发明的范围，本发明同样可适用于具有更大数量的经线层以及其它种类织物设计的纺织品。
此外，以下所描述的典型电子纺织品包括LED。这显然不应该解释为排除具有其它种类电子器件的电子纺织品。相反地，具有与根据本发明的织品连接的任何种类电子器件(例如，传感器，发光器件，通讯器件，等)的电子纺织品应该认为落入本发明的范围之内。
在以下的描述中，重复地提到经纱线和纬纱线。在编织中，在编织方向具有通常延伸的纱线通常称作经纱线，而在基本垂直于编织方向(并且垂直于经纱线方向)上延伸的纱线称为纬纱线。虽然经纱线和纬纱线典型地互相垂直，但是这不是必需的情况，并且本发明不应该看作局限于具有互相垂直的经纱线和纬纱线。
在图1a中，示意性地示出了根据本发明第一实施例的三层编织纺织品100具有由中间经线层103分隔的上101和下102经线层。上经线层101包含由非导电经纱线105a-e分隔的一排导电经纱线104a-b，并且在当前所图示的实例中，下经线层102具有同样的、但是被平移的导电106a-b和非导电107a-e经纱线配置。在这里，中间经线层103全部由非导电经纱线组成。然而，这不是必需的情况。
在纬线方向，在图1a中可以看见源自第一组导电纬纱线的一根导电纬纱线108和源自第二组导电纬纱线的两根导电纬纱线109a-b。非导电纬纱线可以存在在图1a中所示的导电纬纱线之间，但是在这里出于清晰性的原因已经被省略了。
再次参考图1a，可以看见导电纬纱线109a上下交替地通过在下经线层102中的非导电经纱线并在其下，直到横过非导电经纱线107d，在这之后，导电纬纱线109a在下经线层102中的一根非导电经纱线107e、中间层103中的一根非导电经纱线111以及上经线层101中的一根非导电经纱线105b周围形成环110。继续跟踪同一导电纬纱线109a，它随后横过下经线层102中的导电经纱线106b，以便在其间实现电接触。通过在第二组导电纬纱线中的导电纬纱线109a-b和在下经线层102中的导电经纱线106之间的这种交叉，在纺织品100的下经线层侧面112上形成下导电网格。如以上所解释的，第二组中的每根导电纬纱线109a-b形成多个环(loop)，所述环全部与下导电网格电连接。
相似地，第一组导电纬纱线中的导电纬纱线108与上经线层101中的导电经纱线104一起形成上导电网格。第一组中的导电纬纱线108可以简单地辅助形成上导电网格，或者如图1b中所图示，第一组中的导电纬纱线108可以以如上所述的、用于从纺织品100下侧面112伸出的环110的相同方式形成到纺织品100下侧面112的环113。
参考图1b，示出了图1a中的纺织品100沿直线A-A的示意性截面图，第一组导电纬纱线中的导电纬纱线108在上层中的非导电经纱线105a，中间经线层103中的非导电经纱线114以及下经线层102中的非导电经纱线107d周围形成环113之前，横过且电接触上经线层101中的导电经纱线104a。
在示意性地图示出根据本发明纺织品的第二实施例的图2中，示出了由在上经线层101中的非导电纱线202a-e、中间经线层103中的非导电纱线203a-c以及下经线层102中的非导电纱线204周围的第一组导电纬纱线中的导电纬纱线108所形成的环201。根据这个实施例，导电纬纱线108与中间经线层103中的经纱线更大程度的相互配合，这导致对导电纬纱线108的更好固定。图3是图示了利用根据本发明实施例的纺织品的电子纺织品鲁棒性的示意图。
在图3中，示意地示出了一部分电子纺织品300的导体图案，其中，上层导电网格301由行302a-f和列303a-e中的实网格线表示，并且下层导电网格304由行305a-f和列306a-e中的点网格线表示。
在导电纬线中形成源自下层导电网格302的环，所述环在每个上网格单元中产生所表示的连接点307(仅一个环连接点由附图标记表示，以避免使图混乱)。在这些连接点中的每个和上导电网格中相应连接点308之间连接有LED 309(再次，这些LED中仅仅一个由附图标记所表示)。
为了给LED供电，电源(这里简单地表示为电压源310)连接在上和下导电网格301，304之间。为了表明基于根据本发明纺织品的电子纺织品的鲁棒性，现在将说明与剪裁到应有尺寸的电子纺织品相对应、同时LED309由电源310经由上和下导电网格301，304供电的情况。
通过继续参考图3，对LED309a若干侧面上的电子纺织品300进行剪裁，更具体地，分别在所示位置通过网格线302e和305e，302d和305d，303d和306d，以及303e和306e形成剪裁311a-f。如果电子纺织品是传统的行列可寻址LED-矩阵，那么部分隔离的LED309a在这时将不会发光。另一方面，当使用根据本发明实施例的纺织品时，在图示的情况中，LED309a仍然将利用若干剩余的电流路径来供电，如图3中箭头和字母i所示。
参考图4a-d，下面将描述根据本发明第三实施例的纺织品400，对于纺织品400中的每个上网格单元404，该纺织品能够连接三个独立电子器件401，402和403(这里是以LED的形式)。
如前连同图1a-b所描述的，在这里上导电网格405由导电经纱线406a-b和导电纬纱线407a-b形成。在每个上网格单元404中，三个上层连接点408，409，410由源自三个各自独立的下导电网格的纬纱线环形成，正如连同图4b-d将描述的。
通过图4a-d中所图示的配置，三组电子器件(例如，不同色彩的LED)可以彼此独立控制，以便可以跨过由所用LED所限定的色域调节例如由电子纺织品所发射的光的色彩。
在图4b中，可以看出图4a中的纺织品400从经线方向看、沿着直线B-B的截面图。如在前所述的实施例，纺织品400由经纱线和纬纱线组成，经纱线布置在上、下和中间经线层101、102、103中，上101和下102层具有(选定的)导电406a-b、421a-d和非导电422a-m、423a-m经纱线，并且中间层103具有都是非导电经纱线。导电纬纱线423与三层经线层101、102、103中的经纱线交织，以横过(crossing)包含在下经线层中第一排导电经纱线中的导电经纱线421b，从而在导电纬纱线424和导电经纱线421b之间实现电接触。在横过导电经纱线421b之后，导电纬纱线424在下经线层102中的非导电经纱线423f，中间层103中的非导电经纱线426以及上经线层101中的非导电经纱线422d周围形成环425，以能够连接由线环425形成的连接点和在第一经线层101中的导电经纱线406a之间的电子器件(此处以LED 403为形式)。在完成环425之后，导电纬纱线424避免与包含在另外两个下导电网格中的导电经纱线421c和421d接触。
图4c-d分别是图4a中沿着直线C-C和D-D的截面图，并且仅在导电纬纱线的布置上与图4b不同。在图4c中，导电纬纱线430横过导电经纱线421c，以实现在其间的电接触并且随后形成环431，这能够在由环431所形成的连接点和导电经纱线406a之间连接LED 402。在图4d中，导电纬纱线440横过导电经纱线421d，以实现在其间的电接触并且随后形成环441，这能够在由环441所形成的连接点和导电经纱线406a之间连接LED 401。作为如上结合图4a-d所描述的、将三种不同颜色的LED与纺织品400的每个网格单元404连接的可替代实施例，其它种类的电子器件可以在上导电网格405和下导电网格之间连接。例如，一个LED，一个太阳能电池和一个电池可以分别经由上层连接点408，409和410连接在上导电网格405和下导电网格中对应的一个之间。通过这种配置，驱动LED所需的外部电源量可以显著减少。
图5a-c是示出了根据本发明电子纺织品的可能电子器件配置的三个实例的电路原理图。图5a示出了示出与相同电源502和地503平面连接的一系列LED 501a-d的基本电路图。这幅图显示了这个设计最基本的实现。如果所有LED具有相同的电压-发光特性，这个电学设计足以用于实现剪裁到应有尺寸的矩阵。
如果LED不具有相同的电压-发光特性，流经图5a中所图示矩阵中LED501a-d中每个的电流之间可能存在很大差异。
参考图5b，电阻504a-d可以放置在每个LED501a-d之前。这个电阻将用作电流源且将用作一阶稳定电路，以为每个LED提供更窄的电流范围，并且由此在具有不相同电压-发光特性的LED的情况下获得更均匀的光发射。
现在参考图5c，对于矩阵中的每个LED501，LED电流的进一步稳定可以通过用电阻504，两个晶体管505，506，以及LED501形成电流镜系统来实现。这个电流镜将用作系统的二阶稳定，这为系统中不同的LED提供几乎不变的电流。
本领域的技术人员认识到本发明决不局限于优选的实施例。例如，若干根导电经纱线和/或纬纱线可以互相邻近设置，以与上述描述和图示为单根导电经纱线和/或纬纱线的附图中的内容相对应地工作。这种“集束”可以增加导电纱线(纱线束)的电导和/或耐久性。此外，下和上经线层中的导电经纱线可以在纬线方向平移或重叠。另外，虽然以上描述的电子器件配置包括LED，电阻和晶体管，但是本领域的技术人员容易认识到这些部件可以由若干其它类型的部件和器件替换或者补充。例如，LED可以被传感器，通讯器件，其它发光器件等替换或者补充，并且包含在上述电流稳定电路中的电阻和晶体管可以由其它部件(例如另外的晶体管，二极管，等)替换或者补充。

Claims (10)

1.一种由导电和非导电纱线交织而成、能够连接电子器件的纺织品(100；300；400)，其包含：
多层经线，其包括：
上经线层(101)，其包含上排导电经纱线(104a-b；303a-e；406a-b)；
下经线层(102)，其包含下排导电经纱线(106a-b；306a-e；421a-d)；以及
中间经线层(103)，其布置在所述上(101)和下(102)经线层之间；以及
纬线，其包含导电和非导电纬纱线，
第一组导电纬纱线(108；302a-f；407a-b)，横过所述上排导电经纱线(104a-b，303a-e；406a-b)，以便在其间实现电接触；以及
第二组导电纬纱线(109a-b；305a-f；424，430，440)，横过所述下排导电经纱线(106a-b；306a-e；421a-d)，以便在其间实现电接触，
其中，在选定的环位置，所述第二组导电纬纱线(109a-b；305a-f；424，430，440)在所述上(101)和中间(103)经线层中的非导电经纱线周围形成环(110；425，431，441)，
所述环(110；425，431，441)中的每个提供第一上层连接点(307；408-410)，用于能够在所述第一上层连接点(307；408-410)和第二上层连接点(308)之间连接电子器件，所述第二上层连接点设置在源自所述上排导电经纱线(104a-b；330a-e；406a-b)的导电经纱线和源自所述第一组导电纬纱线(108；302a-f；407a-b)的导电纬纱线中的一根上。
2.根据权利要求1的纺织品(100；300；400)，其中，在选定的环位置，所述第一组导电纬纱线(108；302a-f；407a-b)在所述下(102)和中间(103)经线层中的非导电经纱线周围形成环(113；201)，
所述环(113；201)中的每个提供第一下层连接点，用于能够在所述第一下层连接点和第二下层连接点之间连接电子器件，所述第二下层连接点设置在源自所述下排导电经纱线(106a-b；306a-e；421a-d)的导电经纱线和源自所述第二组导电纬纱线(109a-b；305a-f；424，430，440)的导电纬纱线中的一根上。
3.根据权利要求1或2的纺织品(100；300；400)，其中：
在所述上排导电经纱线(104a-b；303a-e；406a-b)中的所述导电纱线中每根与所述第一组导电纬纱线(108；302a-f；407a-b)之间实现电接触，以便形成包含多个上网格单元的上导电网格(301)；
在所述下排导电经纱线(106a-b；306a-e；421a-d)中的所述导电纱线中每根与所述第二组导电纬纱线(109a-b；305a-f；424，430，440)之间实现电接触，以便形成包含多个下网格单元的下导电网格(304)；以及
选定所述环位置，以便对于在所述上和下网格中至少一个中的每个网格单元，能够在所述上(301)和下(304)导电网格之间连接电子器件(309；401-403)。
4.根据前述权利要求中任何一个的纺织品(100；300；400)，其中：
至少所述下经线层(102)包含多个下排导电经纱线(421a-d)；
所述导电纬纱线被划分为多个组(425，431，441)，其中
所述下排导电经纱线(421a-d)中每排由源自所述多个组的相应组导电纬纱线(425，431，441)横过，以便在其间实现电接触。
5.根据权利要求1的纺织品，其中至少一部分所述环(201)中的每个都在所述中间层(103)而不是在所述上层(101)中的更大数量的非导电经纱线周围形成。
6.一种电子纺织品(300；400)，其包含：
根据前述权利要求中任何一个的纺织品(100；300；400)；以及
多个电子器件(309；401-403)，每个电子器件与所述第一(307；408-410)和第二(308)连接点连接。
7.根据权利要求6的电子纺织品(300；400)，其中所述电子器件(309；401-403)中的每个包含发光二极管。
8.根据权利要求7的电子纺织品(300；400)，其中所述电子器件(309；401-403)中的每个进一步地包含：用于对具有不同特性的不同发光二极管(501a-d)进行补偿的稳定器电路(504a-d；505a-d；506a-d)。
9.根据权利要求8的电子纺织品(300；400)，其中所述稳定器电路包含电阻(504a-d)。
10.根据权利要求8或9的电子纺织品(300；400)，其中所述稳定器电路包含至少一个晶体管(505a-d；506a-d)。
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