Результат интеллектуальной деятельности: СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ ТЕКСТИЛЬ СО СВЕТОРАССЕИВАЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к светоизлучающему электронному текстилю с текстильным светорассеивающим элементом и к текстильной подложке.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В нашей повседневной жизни используется много типов текстилей. Когда в эти текстили постепенно интегрируется электроника (создаются электронные текстили), возникают новые области применений. Одним таким примером нового применения являются светоизлучающие текстили, а другие примеры включают в себя чувствительные системы на основе текстиля и т.д.

Существующие электронные текстили обычно содержат гибкий носитель компонентов, на котором смонтированы электронные компоненты, а поверх электронных компонентов уложен покрывающий текстильный слой для того, чтобы придать электронному текстилю необходимую на вид и на ощупь структуру ткани. С целью использования для различных применений, таких как светоизлучающие электронные текстили или системы на основе текстиля, чувствительные к давлению и т.д., электронные текстили часто включают в себя дополнительный текстильный слой, расположенный между гибким носителем компонентов и покрывающим текстильным слоем. В зависимости от применения этот дополнительный текстильный слой может обеспечить различную функциональность. В случае светоизлучающего электронного текстиля таким дополнительным текстильным слоем может быть, например, светорассеивающий слой.

Публикация WO 2006/129246 описывает один пример электронного текстиля с таким дополнительным текстильным слоем, расположенным между носителем компонентов и покрывающим текстильным слоем. Публикация WO 2006/129246 раскрывает светоизлучающий электронный текстиль с носителем компонентов в виде гибкой подложки, имеющей множество прикрепленных к ней электронных компонентов. Светоизлучающий электронный текстиль в соответствии с публикацией WO 2006/129246 дополнительно содержит рассеивающий элемент, образованный из двух слоев нетканой материи с разными плотностями, в котором поверх рассеивающего элемента обеспечен слой ткани для придания светоизлучающему электронному текстилю обычного ощущения ткани.

Хотя WO 2006/129246 предлагает электронный текстиль с нужными механическими текстилеподобными свойствами, со скрытыми в нем электронными компонентами и светорассеянием, все же еще есть возможность для усовершенствований, в частности, с точки зрения надежности этого электронного текстиля.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В виду вышеупомянутого и других недостатков существующего уровня техники, общей целью настоящего изобретения является обеспечение улучшенного светоизлучающего электронного текстиля и, в частности, светоизлучающего электронного текстиля, способного обеспечить эффективный выход света при обеспечении повышенной надежности и/или повышенного срока службы этого светоизлучающего электронного текстиля.

В соответствии с первым объектом настоящего изобретения предложен светоизлучающий электронный текстиль, содержащий гибкий носитель компонентов, имеющий множество расположенных на нем источников света, и по меньшей мере один текстильный светорассеивающий элемент, выполненный с возможностью рассеяния света, испущенного этими источниками света, в котором этот текстильный светорассеивающий элемент содержит первый текстильный слой, содержащий волокна; второй текстильный слой, содержащий волокна; и разделительный слой, расположенный между первым текстильным слоем и вторым текстильным слоем, в котором разделительный слой содержит разделительные волокна, которые удерживают на расстоянии друг от друга первый и второй текстильные слои, причем упомянутые разделительные волокна скреплены с волокнами, содержащимися в каждом из упомянутых первом и втором текстильных слоев, тем самым механически соединяя первый текстильный слой и второй текстильный слой друг с другом.

Под "текстилем" в контексте настоящего изобретения следует понимать материал или продукт, который полностью или частично выполнен из волокон. Эти волокна могут быть предоставлены в виде отдельных волокон/нитей или могут быть связаны вместе в многоволоконной конфигурации, такой как нить. Текстиль может быть, например, изготовлен посредством тканья, плетения, связывания, вязания, сшивания, свойлачивания. Текстиль, в частности, может быть тканым или нетканым.

Более того, гибкий носитель компонентов может, например, содержать гибкую печатную плату или текстильную подложку, содержащую электропроводящие нити. Такая текстильная подложка может быть, например, образована с использованием межтканых электропроводящих и неэлектропроводящих нитей.

Настоящее изобретение построено на понимании того, что рассеяние света, испущенного источниками света, а также эффективное использование тепла, выделенного этими источниками света (и/или другими электронными компонентами, которые могут содержаться в электронном текстиле), могут быть достигнуты посредством использования так называемой 3-мерной ткани. В 3-мерной ткани первый текстильный слой с волокнами расположен на удалении от второго текстильного слоя с волокнами посредством разделительного слоя, уложенного между первым текстильным слоем и вторым текстильным слоем. Этот разделительный слой содержит разделяющие волокна, которые удерживают первый и второй текстильные слои на удалении один от другого, и эти волокна скреплены с волокнами, содержащимися и в первом, и во втором текстильных слоях, тем самым механически связывая первый и второй текстильные слои друг с другом. С помощью этой структуры формируется светорассеивающая структура, которая допускает протекание определенного потока воздуха, по крайней мере, через разделительный слой. Этот поток воздуха может отводить тепло, формируемое электронными компонентами, например источниками света.

Поскольку тепло, создаваемое в электронном текстиле электронными компонентами, может отводиться более эффективно, чем в том случае, когда используются обычные светорассеивающие элементы (обычно изготовленные из нетканых материалов или из пеноматериала), то при этом надежность и/или срок службы электронных компонентов может быть увеличен, или можно обойтись без охладительных элементов другого типа.

Кроме того, содержащийся в светоизлучающем электронном текстиле текстильный светорассеивающий элемент в соответствии с различными вариантами исполнения настоящего изобретения может защищать источники света и/или другие электронные компоненты от механического износа. Например, структура текстильного светорассеивающего элемента облегчает для разработчика электронного текстиля проектирование механических свойств этого текстильного светорассеивающего элемента. Так, например, реакцией текстильного светорассеивающего элемента на механическое напряжение, действующее на светоизлучающий электронный текстиль, можно управлять посредством выбора свойств и/или плотности разделительных волокон. Реакция текстильного светорассеивающего элемента может, например, включать в себя реакцию текстильного светорассеивающего элемента на плоское напряжение и/или сдвиговое напряжение.

Более того, с использованием относительно тонкого светорассеивающего элемента может быть достигнуто относительно сильное демпфирование напряжения, приложенного к светоизлучающему электронному текстилю, по сравнению со случаем, когда используются обычные текстильные светорассеивающие элементы.

Следует заметить, что светоизлучающий электронный текстиль в соответствии с настоящим изобретением может предпочтительно иметь по существу форму полотна, что означает, что горизонтальные размеры светоизлучающего электронного текстиля (в двух измерениях) существенно больше, чем его толщина. Например, толщина светоизлучающего электронного текстиля может быть менее одной десятой наименьшего размера его стороны (длина/ширина).

Разделительные волокна в разделительном слое могут быть скреплены с волокнами, содержащимися в каждом из первого и второго текстильных слоев, посредством формирования петель вокруг этих волокон.

В соответствии с различными вариантами исполнения гибкий носитель компонентов может содержать первый текстильный слой. Таким образом, в этих вариантах исполнения источники света расположены на первом текстильном слое. Источники света могут быть установлены на любой стороне первого текстильного слоя или могут быть встроены в первый текстильный слой.

Преимущественно, по меньшей мере один из источников света может быть выполнен с возможностью испускания света через разделительный слой и второй текстильный слой.

Кроме того, по меньшей мере один из источников света может быть выполнен с возможностью испускания света через первый текстильный слой, разделительный слой и второй текстильный слой.

В соответствии с одним примерным вариантом исполнения первый текстильный слой может содержать электропроводящую структуру, выполненную с возможностью обеспечения электрического подсоединения к ней упомянутых источников света.

Эта электропроводящая структура может быть образована по меньшей мере одним электропроводящим волокном. Эта электропроводящая структура, например, может быть образована по меньшей мере одной электропроводящей нитью. Альтернативно, электропроводящая структура может быть выполнена печатным или гальваническим способом (электролитическое осаждение или осаждение методом химического восстановления), или же электропроводящая структура может быть образована комбинацией по меньшей мере одного электропроводящего волокна и печатного или электролитически осажденного участка структуры.

Более того, светоизлучающий электронный текстиль в соответствии с различными вариантами исполнения настоящего изобретения может содержать по меньшей мере одно электропроводящее волокно, проходящее из первого текстильного слоя во второй текстильный слой через разделительный слой. Тем самым, выбранные источники света и/или электронные компоненты могут быть взаимно соединены между собой посредством электропроводящего волокна, которое проходит через разделительный слой. Это позволяет выполнять пересечения проводников без потребности в гибком носителе компонентов с многочисленными электропроводящими слоями.

Далее, электропроводящее волокно может предпочтительно проходить назад из второго текстильного слоя в первый текстильный слой через разделительный слой.

Прохождение электропроводящего волокна из первого текстильного слоя во второй текстильный слой (и, при необходимости, назад, в первый текстильный слой) может быть особенно полезным в тех вариантах исполнения, в которых первый текстильный слой содержит по меньшей мере одно электропроводящее волокно. Тогда электропроводящее волокно, проходящее через разделительный слой, может взаимодействовать с электропроводящим волокном в первом текстильном слое для обеспечения электрического доступа к одному или нескольким источникам света второго текстильного слоя.

В соответствии с различными вариантами исполнения настоящего изобретения второй текстильный слой может содержать электропроводящую структуру, выполненную с возможностью обеспечения электрического подсоединения к ней электрических компонентов, тем самым могут производиться более сложные электронные текстили.

Более того, светоизлучающий электронный текстиль в соответствии с настоящим изобретением может дополнительно содержать третий текстильный слой, содержащий волокна, и второй разделительный слой, расположенный между первым текстильным слоем и третьим текстильным слоем, при этом второй разделительный слой содержит разделительные волокна, которые удерживают на расстоянии друг от друга первый текстильный слой и третий текстильный слой, причем разделительные волокна скреплены с волокнами, содержащимися в каждом из упомянутых первом и третьем текстильных слоев, тем самым механически соединяя первый и третий текстильные слои друг с другом.

В соответствии с еще одним вариантом исполнения светоизлучающий электронный текстиль может содержать первый текстильный светорассеивающий элемент, выполненный с возможностью рассеяния света, испущенного первым набором источников света, и второй текстильный светорассеивающий элемент, выполненный с возможностью рассеяния света, испущенного вторым набором источников света, отличающимся от упомянутого первого набора источников света. Эти первый и второй светорассеивающие элементы могут предпочтительно содержать первый текстильный слой, содержащий волокна, второй текстильный слой, содержащий волокна, и разделительный слой, расположенный между первым текстильным слоем и вторым текстильным слоем, где разделительный слой содержит разделительные волокна, которые удерживают на расстоянии друг от друга упомянутые первый и второй текстильные слои, причем разделительные волокна скреплены с волокнами, содержащимися в каждом из первого и второго текстильных слоев, тем самым механически соединяя первый и второй текстильные слои друг с другом.

Источники света, содержащиеся в светоизлучающем электронном текстиле, могут предпочтительно быть светоизлучающими диодами.

В соответствии со вторым объектом настоящего изобретения предложена текстильная подложка для использования в светоизлучающем электронном текстиле, дополнительно содержащая множество источников света, при этом упомянутая текстильная подложка содержит первый текстильный слой, содержащий волокна и электропроводящую структуру, выполненную с возможностью обеспечения электрического подсоединения к ней источников света, второй текстильный слой, содержащий волокна, и разделительный слой, расположенный между упомянутым текстильным слоем и вторым текстильным слоем, где разделительный слой содержит разделительные волокна, которые удерживают на расстоянии друг от друга первый и второй текстильные слои, причем эти разделительные волокна скреплены с волокнами, содержащимися в каждом из первого и второго текстильных слоев, тем самым механически соединяя первый и второй текстильные слои друг с другом.

Модификации и преимущества этого второго объекта настоящего изобретения в большей степени аналогичны вариантам исполнения и преимуществам, приведенным ранее в связи с описанием первого объекта настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие объекты настоящего изобретения будут описаны теперь более подробно со ссылками на сопроводительные чертежи, показывающие предпочтительные в данный момент варианты исполнения изобретения и в которых:

фиг.1 представляет собой схематичный вид в перспективе примерного светоизлучающего электронного текстиля;

фиг.2 схематично показывает участок конфигурации светоизлучающего электронного текстиля по фиг.1 в соответствии с первым примерным вариантом исполнения,

фиг.3 схематично показывает участок конфигурации светоизлучающего электронного текстиля по фиг.1 в соответствии со вторым примерным вариантом исполнения,

фиг.4 представляет собой вид в перспективе сечения светоизлучающего электронного текстиля по фиг.3;

фиг.5 представляет собой вид в перспективе сечения другого примерного светоизлучающего электронного текстиля, содержащего электропроводящую нить, проходящую из одного текстильного слоя в другой текстильный слой и обратно;

фиг.6 представляет собой вид в перспективе сечения другого примерного светоизлучающего электронного текстиля, содержащего третий текстильный слой, отделенный от первого текстильного слоя вторым текстильным слоем, и

фиг.7 представляет собой схематичный вид в перспективе примерной конфигурации светоизлучающего электронного текстиля, содержащего светорассеивающие вставки, расположенные под покрывающим текстилем.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ИСПОЛНЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

В нижеследующем описании настоящее изобретение описано со ссылками на светоизлучающий электронный текстиль, в котором гибкий светорассеивающий элемент сформирован посредством так называемой 3D-ткани с первым и вторым вязаными текстильными слоями и разделительным слоем, содержащим нить, образующую петли вокруг нитей в первом и втором текстильных слоях для удержания вместе и на расстоянии друг от друга первого и второго текстильных слоев. В различных проиллюстрированных вариантах исполнения нить в разделительном слое показана так, как будто она толще, чем нити в первом и втором текстильных слоях, и обеспечена некая примерная плотность и конфигурация разделительного слоя.

Следует заметить, что это никоим образом не ограничивает объем изобретения, которое равным образом применимо к другим светоизлучающим электронным текстилям, имеющим другие гибкий светорассеивающие элементы с первым и вторым текстильными слоями, которые удерживаются вместе и разнесены один от другого текстильными волокнами. Например, первый и/или второй текстильный слой может быть соткан, а разделительный слой может быть сформирован текстильными волокнами, которые толще или тоньше, чем какие-либо нити в первом и втором текстильных слоях. Кроме того, плотность текстильных волокон в разделительном слое может быть больше или меньше той, что показана на фигурах, в зависимости, например, от требуемых механических и/или светорассеивающих свойств гибкого светорассеивающего элемента.

Фиг.1 схематично показывает светоизлучающий электронный текстиль 1, содержащий гибкий носитель 2 компонентов, имеющий множество размещенных на нем источников 3 света (в целях ясности изображения ссылочной позицией указан только один из источников света), а также гибкий светорассеивающий элемент, выполненный в виде так называемой 3-мерной ткани 4, сконфигурированной таким образом, чтобы источники 3 света могли испускать свет через этот гибкий светорассеивающий элемент 4, так что испущенный свет до выхода из светоизлучающего электронного текстиля 1 становится рассеянным. Источники 3 света предпочтительно могут быть светоизлучающими диодами.

Светорассеивающий элемент 4 рассеивает свет, испущенный источниками 3 света, чтобы обеспечить распределение света по большой области. В некоторых применениях гибкий светорассеивающий элемент 4 может также действовать как амортизирующий слой, предназначенный для предотвращения повреждений источников 3 света и/или других электронных компонентов, обусловленных внешними силами.

Далее со ссылками на фиг.3-7 будут описаны примеры различных конфигураций светоизлучающего электронного текстиля 1 по фиг.1.

Сначала со ссылками на фиг.2 будет описан участок светоизлучающего электронного текстиля по фиг.1, в котором на отдельном гибком носителе 2 компонентов расположены источники 3 света и/или другие электронные компоненты, а поверх источников 3 света, как схематично показано на фиг.2, расположен гибкий светорассеивающий элемент 4.

Гибкий светорассеивающий элемент 4 показан в виде так называемой 3-мерной ткани, содержащей первый текстильный слой 10 и второй текстильный слой 11, которые удалены друг от друга и удерживаются вместе посредством разделительного слоя 12. В примерном варианте исполнения, который схематично показан на фиг.2, первый текстильный слой 10 представляет собой первый вязаный слой, выполненный из нитей 14, а второй текстильный слой 11 представляет собой второй вязаный слой, выполненный из нитей 15. Разделительный слой сформирован разделяющими нитями 16, которые образуют петли вокруг нитей 14, 15, соответственно, в первом 10 и во втором 11 текстильных слоях. Посредством такой конфигурации разделительного слоя 12 образуется пружинистая и в то же время относительно открытая структура, которая позволяет воздуху протекать сквозь разделительный слой 12 по меньшей мере вдоль этого разделительного слоя 12. Это обеспечивает улучшенное охлаждение источников 3 света по сравнению с тем, когда используются обычные светорассеивающие материалы. Улучшенное охлаждение обеспечивает повышенную надежность и/или более длительный срок службы источников 3 света. В зависимости от конфигурации первого текстильного слоя 10 и/или второго текстильного слоя 11 воздух имеет возможность относительно свободно протекать также через весь светорассеивающий элемент 4.

Затем со ссылками на фиг.3 будет описан участок светоизлучающего электронного текстиля по фиг.1, в котором гибкий носитель 2 компонентов содержит первый текстильный слой 10. В конкретном примерном варианте исполнения, который схематично показан на фиг.3, первый текстильный слой 10 содержит электропроводящие нити 18а, 18b, к которым электрически подсоединены источники 3 света. На фиг.3 источники 3 света показаны расположенными на той стороне первого текстильного слоя 10, которая обращена к разделительному слою 12. Чтобы поместить источник 3 света внутрь 3-мерной ткани 4, как схематично показано на фиг.3, этот источник 3 света может быть, например, вставлен через отверстие, образованное в первом текстильном слое 10. Источник 3 света может быть электрически соединен с электропроводящими нитями 18а, 18b с той стороны первого текстильного слоя 10, которая обращена к разделительному слою 12, как схематично показано на фиг.3. Однако, альтернативно, источник 3 света может быть электрически соединен с электропроводящими нитями 18а, 18b с той стороны первого текстильного слоя 10, которая обращена в сторону от разделительного слоя 12. Это может быть достигнуто, например, посредством гибкого разъема, проходящего через отверстие в первом текстильном слое 10.

Как будет легко понятно специалистам в данной области техники, источник 3 света, альтернативно, может быть расположен с той стороны первого текстильного слоя 10, которая направлена в сторону от разделительного слоя 12, и может быть ориентирован таким образом, чтобы свет, испущенный этим источником 3 света, проходил через весь светорассеивающий элемент 4, то есть через первый текстильный слой 10, разделительный слой 12 и второй текстильный слой 11.

Следует заметить, что светорассеивающий элемент 4, который схематично показан на фиг.3, может функционировать как текстильная подложка, которая могла бы быть использована для некоторых других применений электронного текстиля, не обязательно содержащих источники света. Следует понимать, что нижеследующее описание, относящееся к фиг.4-6, применимо к различным вариантам исполнения такой текстильной подложки как с прикрепленными к ней электронными компонентами, так и без них.

Фиг.4 представляет собой вид в перспективе сечения электронного текстиля по фиг.3, выполненного по линии I-I. Фиг.4 не является видом «чистого» сечения, а имеет некоторую глубину изображения, чтобы лучше показать примерную конфигурацию разделяющих нитей 16 в разделительном слое 12.

Как схематично показано на фиг.4, источник 3 света электрически соединен с электропроводящими нитями 18а, 18b в первом текстильном слое 10. Источник 3 света мог бы быть электрически соединен с электропроводящими нитями 18а, 18b и прикреплен к первому текстильному слою 10 различными способами, известными специалистам в данной области техники, включая, например, сварку, зажим, приклейку, пайку и т.д., поэтому на фиг.4 не показано никаких деталей, таких как монтажные лепестки для припайки и т.п.

Обратимся теперь к фиг.5, на которой показан другой примерный светоизлучающий электронный текстиль 20, который отличается от того, который показан на фиг.3 и 4, тем, что на фиг.5 этот светоизлучающий электронный текстиль 20 дополнительно содержит дополнительную электропроводящую нить 21, которая проходит из второго текстильного слоя 11 в первый текстильный слой 10, а затем обратно во второй текстильный слой 11. В то же время в первом текстильном слое 10 эта электропроводящая нить 21 электрически соединена с одной (18а) из электропроводящих нитей первого текстильного слоя 10. Тем самым, посредством использования, например, электропроводящей нити второго текстильного слоя 11 (на фиг.5 не показана) работой источника 3 света можно управлять. Альтернативно или в комбинации конфигурация, показанная схематично на фиг.5, может быть использована для получения пересекающихся проводников или чувствительного к давлению переключателя. В случае с чувствительным к давлению переключателем дополнительная электропроводящая нить 21 может быть введена для пересечения проводника, встроенного в первый текстильный слой 10, таким образом, чтобы при сжатии 3-мерной ткани 4 между этим проводником и электропроводящей нитью 21 возникал электрический контакт.

Как схематично показано на фиг.6, светорассеивающий элемент/текстильная подложка в соответствии с различными объектами настоящего изобретения не сводится к случаю с единственным разделительным слоем 12, введенным между первым текстильным слоем 10 и вторым текстильным слоем 11. Напротив, светорассеивающий элемент/текстильная подложка 4 могут быть многослойной 3-мерной тканью. В примерном варианте исполнения такой многослойной 3-мерной ткани, который схематично показан на фиг. 6, вторым разделительным слоем 26 от первого текстильного слоя 10 отделен третий текстильный слой 25. Как и первый текстильный слой 10, третий текстильный слой 25 содержит непроводящие нити 28 и электропроводящие нити 29а, 29b, а второй разделительный слой содержит нить 30, которая образует петли вокруг нитей 14 в первом текстильном слое 10 и вокруг нитей 28 в третьем текстильном слое 25. В конфигурации по фиг.6 разные источники света расположены на разных "уровнях", которые обеспечивают разную степень светорассеяния для разных источников света. Альтернативно или в комбинации, разные источники света могут быть расположены по противоположным сторонам первого текстильного слоя 10, тем самым образуя светоизлучающий электронный текстиль с двусторонним испусканием рассеянного света.

Наконец, фиг.7 схематично показывает примерную конфигурацию 35 светоизлучающего электронного текстиля, содержащего светорассеивающие вставки 36, расположенные под покрывающим текстилем 37. Эти светорассеивающие вставки 36 образованы 3-мерной тканью, которая, например, может иметь конфигурацию, описанную ранее со ссылкой на фиг.6. Выполнением светорассеивающих элементов в виде вставок 36 из 3-мерной ткани может быть достигнуто разное светорассеяние для разных источников 3 света.

Дополнительно, из изучения чертежей, описания и приложенных пунктов формулы изобретения специалистам в данной области техники могут быть понятны и при реализации заявленного изобретения введены в него изменения в описанные варианты исполнения.

В пунктах формулы изобретения слово "содержащий" не исключает других элементов или этапов, а признаки единственного числа не исключают множественности. Один процессор или другой блок может выполнять функции нескольких элементов, указанных в пунктах формулы изобретения. Тот простой факт, что некоторые меры приводятся во взаимозависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что для получения положительного эффекта не может быть использована их комбинация.