瓦片、具有載體的瓦片組件和製造組件的方法

2023-04-30 09:24:11

專利名稱：瓦片、具有載體的瓦片組件和製造組件的方法
技術領域：
本申請涉及一種瓦片，特別是一種包括電物理換能器的瓦片。本申請還涉及一種具有載體的瓦片組件。本申請還涉及一種製造組件的方法。
背景技術：
本文中，電物理換能器被定義為將電信號轉換為物理現象、或將物理現象轉換為電信號的這樣一種設備。第一類設備的示例是電致發光設備、電聲設備和電鉻設備。第二類設備的示例是光伏設備、聲學傳感器和觸覺傳感器。現有的電光設備是以柔性金屬薄片(flexible foil)的形式來製造的。儘管這允許某種程度的自由度，但是仍然不可能使這種設備變形成任意形狀(例如，球形的形式)。 有可能考慮將這些設備製造成特定的預定形狀，例如通過在具有期望形狀的模子上連續地沉積多個層。但是，最終的產品無法變形成用於其它應用的另一個形狀，更不用說在使用過程中任意變形。需要這樣的電物理換能器，這些電物理換能器可以針對其它目的而變形，這些電物理換能器在使用中甚至可以任意變形。例如，在電子設備需要很容易地安裝到某個三維物體(例如，家具的覆蓋面或汽車內部)的這些應用中，需要可任意變形的換能器。在使用中允許變形的需求出現在例如醫學應用中，例如出現在使用光子輻射來治療人類皮膚的應用中。另一個示例是在具有可變形的機器人中，其中，期望在人造皮膚中具有觸感功能。已經注意到，W02009/134127描述了一種複合麥克風，其包括具有柔性並且可伸展的襯底，這個襯底具有柔性並且可伸展的第一組導體和第二組導體組成的格柵。第一組導體與第二組導體垂直布置。多個聲學傳感器中的每一個與格柵中的一對導體相連接。承載聲學傳感器的襯底可以被安置在任意形狀的表面上，例如在半球形表面上，於是得到了在較大的空間角內都靈敏的麥克風。在具有柔性或可摺疊的載體的瓦片組件中，一方面，期望瓦片可靠地附著在載體上，而在另一方面，瓦片要儘可能少地限制載體的運動。

發明內容
根據本申請的第一方面，提供一種具有襯底和多個瓦片的組件，所述瓦片包括金屬薄片、電物理換能器和連接到所述電物理換能器的電連接器，其中，所述瓦片在其連接部中機械並且電連接到所述載體。在根據本申請的第一方面的組件中，所述瓦片在連接部中附著到所述載體。於是，只有所述連接部會限制所述載體的運動自由。所述連接部的尺寸限定為圍繞所述瓦片到所述載體的每個連接的最小矩形SR。這個尺寸至多佔所述瓦片的主表面的面積的10%。在優選的實施例中，相對於所述瓦片，所述連接部布置在中心。由於從瓦片到中心連接的橫向距離較短，所述連接部的中心布置位置提供了相對可靠的連接。取決於具體應用，載體在一個或多個方向上可以是柔韌的和/或可伸展的。載體可以是金屬薄片，例如，彈性金屬薄片和橡膠金屬薄片，但是作為替代，載體也可以是織物(textile) 0即使單個金屬薄片是堅硬的，但是這種布置作為一個整體是柔韌的和/或可伸展的。例如，美國專利申請US2007115572中所描述的，用於在彈性介質中使用的柔韌和可伸展導體例如可以通過將它們提供成蜿蜒的形狀而實現。或者，可以使用本身就是柔性的、可伸展的且導電的材料，例如W09639707中所描述的導電聚合物和不導電聚合物的混合物。舉例而言，W02010067283和W02009133497中對織物載體的使用進行了描述。根據本申請的第二方面，提供一種用於裝配多個瓦片和襯底的方法，所述瓦片包括金屬薄片、電物理換能器和連接到所述電物理換能器的電連接器，所述方法包括在所述瓦片的中心部處將所述瓦片機械並且電連接到所述載體。 因此，根據第二方面的裝配方法使得組件具有可靠連接的瓦片，而對載體的運動自由沒有太多限制。在一個實施例中，瓦片提供在主表面處，所述主表面面向載體，所述主表面在所述中心部中的相互不同側邊位置處具有彼此相對的第一磁極和第二磁極，其中，所述瓦片通過所述第一磁極和所述第二磁極分別與所述載體的主表面上的第三磁極和第四磁極之間的磁稱合來與所述載體裝配在一起。通過這種方式，瓦片很容易與載體對準，使得金屬薄片的電接觸件與載體的電接觸件相匹配。為了將瓦片對準，瓦片和載體均具有兩個互相相反的磁極。然而，瓦片和載體可以通過多於一對的合作磁極進行連接。此外，瓦片和載體相互連接的磁極可以作為從載體到瓦片的電連接。在另一實施例中，瓦片是通過至少一個導線來與載體裝配在一起的，其中，所述至少一個導線提供到至少一個電導體的電連接。舉例而言，類似於紐扣被縫到衣服上的方式，瓦片可以通過電導線附著到載體上。通過這種方式，可以實現非常可靠的機械和電導通。在又一實施例中，瓦片至少通過導電粘接劑來與載體裝配在一起。上述方法的各種組合都可以用於改進本申請。例如，瓦片可以通過載體上相互作用的磁極來與襯底磁性地對準，並且隨後，瓦片還可以通過電導線連接而附著到襯底。在組件的一個實施例中，多個瓦片包括在相對於所述載體的第一高度處布置的第一組多個瓦片和在相對於所述載體的第二高度處布置的第二組多個瓦片，其中，所述第二高度不同於所述第一高度，其中，所述第一組多個瓦片和所述第二組多個瓦片彼此之間規則布置，使得所述第一組多個瓦片圍繞著所述第二組多個瓦片，所述第二組多個瓦片圍繞著所述第一組多個瓦片。通過這種方式，第二組多個瓦片中的瓦片可以與第一組多個瓦片中與之相鄰的瓦片重疊，使得即使載體被伸展，載體的主表面也可以完全被瓦片覆蓋。根據本申請的第三方面，提供一種瓦片，瓦片包括金屬薄片、電物理換能器和連接到所述電物理換能器的電連接器，所述瓦片在主表面的中心部處提供有彼此相對的第一磁極和第二磁極。在一個實施例中，彼此相對的所述第一磁極和第二磁極中的至少一個與連接到所述換能器的電連接器相連接。


參考附圖更詳細地描述這些以及其它方面。其中圖I示出了具有載體40的多個瓦片I的組件；圖2A和圖2B示出了根據本申請的第一方面的組件的第一實施例中的一個瓦片，其中，圖2A示出了瓦片的頂視圖，圖2B示出了根據圖2A的B-B線的剖視圖；圖3A和圖3B示出了根據第一方面的組件的第二實施例中的一個瓦片，其中，圖3A示出了頂視圖，圖3B示出了根據圖3A的B-B線的剖視圖；圖4和圖5示出了根據圖3A的視角V的應用電連接的更詳細的示例；
圖6示出了圖5的細節；圖7示出了根據第一方面的組件的第三實施例中的一個瓦片；圖8示出了根據第一方面的組件的變形的示例；圖9示出了根據第一方面的組件的又一示例；圖IOA和圖IOB示意性示出了根據本申請的第一方面的組件的又一實施例，其中，圖IOA示出了頂視圖，圖IOB示出了根據圖IOA的B方向的側視圖；圖IIA和圖IlB示出了圖IOA和圖IOB的組件的伸展狀態，其中，圖IlA示出了頂視圖，圖IlB示出了根據圖IlA的B方向的側視圖；圖12A和圖12B示出了根據第一方面的組件的替代示例，其中，圖12A示出了頂視圖，圖12B示出了根據圖12A的B-B線的剖視圖。
具體實施例方式下文參考附圖來對本申請進行全面描述，其中，這些附圖中示出了本申請的實施例。然而，可以通過多種不同的形式來體現本申請，並且本申請不應當被解釋為限於本文所給出的實施例。而是，提供這些實施例以使得本申請是徹底並且完全公開的，並且向本領域技術人員完整地傳達本申請的範圍。在附圖中，為清楚起見，可能會誇大層和區域的尺寸和相對大小。應當明白的是，雖然本文可能使用了第一、第二、第三等術語來描述各種條目，但是這些條目不應當受限於這些術語。這些條目被理解為表示這些組件或元件的特徵或者組件或元件的方面，例如，元件的表面或元件的高度。這些術語僅用於將一個條目與另一個條目區分開來。因此，在不脫離本申請教示的情況下，第一條目也可以被稱為第二條目。本申請的實施例是參考剖面圖來描述的，其中，剖面圖示意性地示出本申請的理想化實施例(和中間結構)。這樣，例如由於製造技術和/或公差而導致的示意圖的各種變形是可以預期的。因此，本申請的實施例不應被解釋為限於本文所示出的區域的特定形狀，而是應當理解為包括形狀的各種變化(例如，由製造所引起的)。除非另有限定，否則本文所使用的全部術語(包括技術術語和科學術語)的含義與本申請所屬技術領域的普通技術人員通常理解的含義相同。進一步，應當理解的是，諸如在常用字典中所限定的那些術語應當被解釋為具有與它們在相關技術的上下文中的含義相一致的含義，而不應當被解釋為理想化的或過於正式的含義，除非本文中明確做了限定。本文所提到的所有出版物、專利申請、專利和其它參考文獻都以全文引用的方式併入本文。在有衝突的情況下，以本說明書(包括各種定義)為準。此外，材料、方法和示例僅是示意性的，而並非旨在作為限制性的。圖I示出了具有載體40和多個瓦片(tile)l的組件。在所示出的實施例中，載體是可伸展的。圖I的a部分示出了載體的鬆弛狀態。b部分示出了載體在水平方向上伸展的狀態。c部分示出了載體在垂直方向上伸展的狀態，d部分示出了載體在兩個方向上伸展的狀態。通常而言，瓦片為方形，邊長是l-15cm，但是更小的尺寸也是可能的，例如，50um以上。同樣，其它形狀也是可能的，例如，可以使用圓形瓦片。圖2A和圖2B更為詳細地示出了瓦片I的其中一個。圖2A是頂視圖，而圖2B是沿圖2A的B-B線的剖視圖。如圖所示，瓦片I包括金屬薄片(foil) 20、電物理換能器10和連接到該換能器的電連接器24。瓦片I具有連接部Ic和剩餘部lp。在所示出的實施例中，連接部被布置在瓦片的中心區域，剩餘部被布置在外圍區域。在其連接部中，瓦片I機 械並且電連接到載體40。在所示出的實施例中，機械和電連接是通過與載體40的磁極52和54的相互作用瓦片I的磁極51和53來提供的。在所示出的實施例中，圍繞由相互作用的磁極51、52、53和54所形成的連接的最小矩形SR的面積具有(I. 4x3. 0 = )4. 2個單位的面積。金屬薄片20的第一主表面22的面積具有(10. 4x10. 4 = ) 108個單位的面積。因此，最小矩形的面積大約是金屬薄片20的主表面的面積的3. 8%。金屬薄片20和載體40之間的機械接觸所佔據的不超過10%的較小面積進一步增強了載體40的移動性。在所示出的實施例中，電物理換能器10是電致發光設備。特別地，該電致發光設備是0LED。在所示出的實施例中，OLED包括陰極12、發光聚合物14和陽極16。OLED進一步包括封裝18。然而，諸如無機LED等之類的其它電致發光設備也是可以預期的。作為替代或者額外地，瓦片I可以提供有諸如光伏設備、電聲設備、觸摸感應設備等之類的其它電物理換能器。在一個實施例中，載體包括具有各種瓦片，這些瓦片具有相互不同類型的電物理換能器。舉例而言，布置在載體上的某些瓦片可以包括光伏設備，而其它瓦片可以包括電致發光設備。在一個實施例中，瓦片可以提供有換能器的組合。舉例而言，瓦片可以包括觸摸感應設備和電致發光設備的組合，電致發光設備可以指示觸摸感應設備是否已經檢測到瓦片被觸摸。在圖2A和圖2B所示出的組件的實施例中，瓦片I和載體40的磁極51和磁極52形成的連接提供到至少一個電連接器24的電連接。同樣地，瓦片I和載體40的磁極53和磁極54形成的另一連接提供到另一電連接器28的電連接。圖3A和圖3B示出了第二實施例。圖3A示出了頂視圖，圖3B示出了沿著圖3A的B-B線的剖視圖。圖3A和圖3B中與圖2A和圖2B的部件對應的部件具有相同的附圖標記。在該實施例中，圖3A示出了頂視圖，圖3B示出了沿圖3A的B-B線的剖視圖。瓦片I通過至少一個導電元件(以一個導線26的形式)與載體40裝配在一起，導線26提供到至少一個電連接器24的電連接。在這種情況中，另一導線31提供到另一電連接器28的電連接。更為特別地，穿透金屬薄片20的第一切口 25a和第二切口 25b在電物理換能器10的電連接器24旁邊延伸。第一切口 25a和第二切口 25b相對於電連接器24來說彼此相對地布置，從而界定出金屬薄片20的帶狀部27，帶狀部27具有第一表面22，第一表面22支撐電連接器24的一部分。電連接器24在這一部分中通過導電元件26電連接到載體40的電導體，導電兀件26以如下方式延伸穿過第一切口 25a至第一表面22,貼靠電連接器24的這一部分並穿過第二切口 25b離開第一表面22。導電兀件26可以是獨立的導電兀件,或者可以與載體中的電導體集成。在所不出的實施例中，在導體28的相對側,第一切口 25a和第二切口 25b進一步在第二電連接器28的一部分旁邊延伸。於是，金屬薄片20的帶狀部27的第一表面22也支撐電連接器28的一部分。電連接器28通過導電元件31類似地電連接到載體40的電導體，導電元件31以如下方式延伸穿過第一切口 25a至第一表面22、貼靠電連接器28的一部分並且穿過第二切口 25b離開第一表面22。切口 25a，25b以圓形拓寬端子的形式結束於切口延長阻塞物25s。在這個實施例中，圍繞由導電元件26和31形成的連接的最小矩形SR具有(I. 3x1. 3 = ) I. 7個單位的面積。金屬薄片20的第一主表面22具有(10. 4x10. 4 = ) 108個單位的面積。因此，最小矩形的面積大約是金屬薄片20的主表面的面積的I. 5%。 圖4和圖5示出了根據圖3A中的視角V、對導電元件26應用電連接的詳細示例。圖4中的第一示圖⑴示出了金屬薄片20。附圖標記23指示了面向載體40的金屬薄片20的主面。第二示圖(2)示出了帶狀部27，帶狀部27彎曲到金屬薄片20的剩餘部的平面之外。於是，形成了開口 25c。例如通過工具向下按壓帶狀部27，使得帶狀部27向下彎曲。作為替代，帶狀部27可以具有磁性元件，磁性元件通過磁力工具而被向下拉。第三示圖(3)示出了導電元件26如何饋通緊靠著帶狀部27上承載的至少第一導電跡線的開口。第四示圖(4)示出了其結果。第五示圖示出了帶狀部被釋放並且彎回來之後的金屬薄片20。圖5示出了替代示例，其中，訂書釘形狀的針體(pitch)26a用於將導電跡線連接到載體的電導體42。在這種情況中，一對電導體42 (參見圖6)包括具有電接觸件423的第一電導體421和具有電接觸件424的第二電導體422。第二示圖(2)示出了訂書釘形狀的針體26a被向下按壓。在這個示圖中，訂書釘形狀的針體26a包圍了載體的電導體421，422，使得這兩個導體形成機械連接。然而，僅在導電體421的電接觸件423處形成與導電體421的電連接。類似地，第二訂書釘形狀的針體31a僅在導電體422的電接觸件424處形成與導電體422的電連接。如在圖7中以舉例的方式所示出的，可以對各種連接件進行組合。在圖7的示例中，如參考圖2A和圖2B所詳細描述的，瓦片I被磁性地耦合到載體40。此外，如參考圖3A-3B和圖4-6所詳細描述的，瓦片I進一步被耦合到載體40。此外，瓦片I和載體可以通過粘接劑33彼此粘接，例如，諸如聚氨酯或環氧基粘接劑之類的熱熔粘接劑。在進一步的實施例中，粘接劑可以用於將瓦片和載體的相互協作的磁極彼此粘接。瓦片和載體的磁極之間的磁力可以用於將瓦片和載體對準，並且隨後，根據圖3A、圖3B和圖4-圖6，瓦片可以通過粘接劑和/或有線連接被永久固定在經過對準的位置上。如果磁極還用作導電介質，那麼粘接劑可以是布置在瓦片和載體之間的導電粘接劑(例如，填充有銀的環氧基粘接劑)。在這個實施例中，圍繞由導電元件26和31和磁極51、52、53和54形成的連接的最小矩形SR具有(1.6x4. 5 = ) 7. 2個單位的面積。金屬薄片20的第一主表面22具有(10. 4x10. 4 = ) 108個單位的面積。因此，最小矩形的面積大約是金屬薄片20的主表面的面積的6. 7%。其上布置瓦片I的載體40可以是可伸展的織物或金屬薄片。圖8示出了載體40能實現的各種變形。由於只有瓦片I的中心部分附著到載體40(a)上，因此載體可以彎曲(b)、伸展(C)和/或以任意方式變形(d)。圖9示出了具有瓦片I的載體40被伸展成球形的示例。圖IOA和圖IOB示意性示出了根據本申請的第一方面的又一組件。圖IOA示出了頂視圖，並且圖IOB示出了沿著圖IOA中的B方向的側視圖。在圖IOA所示出的實施例中，多個瓦片I包括第一組多個瓦片Ia (其在相對於載體40第一高度Hl處進行布置)和第二組多個瓦片Ib (其在相對於載體40第二高度H2處進行布置)，其中，第二高度不同於第一高度。取決於瓦片的厚度，第一高度Hl例如是在從200um到Imm的範圍內，第二高度H2例如是在從250um到I. 2mm的範圍內，只要它們符合H2 > Hl。第一組多個瓦片Ia和第二組多個瓦片Ib彼此之間規則布置。特別地，第一組多個瓦片Ia圍繞著第二組多個瓦片lb，第二組多個瓦片Ib圍繞著第一組多個瓦片la。圖IOA和圖IOB示出了其中載體40處於鬆弛的未伸展狀態的情形。在其中，布置在相對較高位置的第二組多個瓦片Ib與第一組多個瓦片Ia重疊。圖IlA和圖IlB示出了第二種情形，其中，圖IlA示出了頂視圖，圖IlB示出了 沿著圖IlA的B方向的側視圖。在第二種情形下，載體40被伸展。第二組多個瓦片Ib不再與第一組多個瓦片Ia重疊，但是多個瓦片仍然覆蓋了整個載體40。舉例而言，在期望均勻輻射輪廓的情況下，如果瓦片提供有發光元件以用於照明目的，那麼這是有優勢的。替代的實施例是可能的，其中，瓦片的連接部是非中心布置的。圖12A和圖12B示出了其一個不例。圖12A在頂視圖中示意性地示出了魚鱗狀布置的瓦片1，其中，每個瓦片I由其最右側相鄰瓦片部分地支持。同樣地，每行瓦片由布置在下一行的瓦支持。圖12B示出了沿圖12A中的B-B線的剖視圖。在權利要求中，術語「包括」不排除其它元件或步驟，並且不定冠詞「一」或「一個」不排除複數的情況。單個組件或其它單元可以完成權利要求中所記載的數個項目的功能。事實上，在相互不同的權利要求中記載某些手段，並不意味著這些手段的組合不能用於改進本申請。權利要求中的任何附圖標記不應當被解釋為是權利要求範圍的限制。
權利要求
1.一種具有載體(40)和多個瓦片(I)的組件，所述瓦片(I)包括金屬薄片(20)、電物理換能器(10)和連接到所述電物理換能器(10)的電連接器(24，28)，其中，所述瓦片在其連接部(Ic)中機械並且電連接到所述載體，所述連接部具有由圍繞所述瓦片的每個連接的最小矩形SR所限定的尺寸，所述尺寸至多佔所述瓦片的主表面的面積的10%。
2.根據權利要求I所述的組件，其中，所述瓦片(I)提供有彼此相對的第一主表面和第二主表面，所述第二主表面面向所述載體，並且在所述連接部(Ic)的相互不同側邊位置處具有彼此相對的第一磁極和第二磁極(51，53)，其中，所述瓦片通過所述第一磁極和所述第二磁極(51，53)分別與所述載體的主表面上的第三磁極和第四磁極(52，54)之間的磁耦合來與所述載體(40)裝配在一起。
3.根據權利要求I所述的組件，其中，所述瓦片(I)和所述載體(40)的一對耦合磁極(51，52)提供到所述電連接器中的至少一個(24)的電連接。
4.根據權利要求1、2或3所述的組件，其中，所述瓦片(I)通過至少一個導線(26，31)來與所述載體(40)裝配在一起，所述至少一個導線(26，31)提供到所述電連接器(24，28)中的至少一個的電連接。
5.根據權利要求4所述的組件，其中，穿過所述金屬薄片(20)的第一切口和第二切口(25a, 25b)在所述電物理換能器(10)的電連接器(24)的旁邊延伸，所述第一切口和第二切口(25a，25b)相對於所述電連接器來說彼此相對地布置，從而界定出所述金屬薄片的帶狀部(27)，所述帶狀部(27)具有第一主表面，所述第一主表面背向所述載體並且支撐所述電連接器(24)的一部分，並且其中，所述電連接器在所述部分中通過導電元件(26)電連接到所述載體的電導體，所述導電元件(26)以如下方式延伸穿過所述第一切口(25a)至所述第一主表面、貼靠所述電連接器(24)的所述部分並且穿過所述第二切口(25b)離開所述第一主表面。
6.根據前述任一權利要求所述的組件，其中，所述瓦片(I)至少是通過粘接劑(33)來與所述載體(40)組裝在一起的。
7.根據權利要求6所述的組件，其中，所述粘接劑是導電粘接劑(33)。
8.根據前述任一權利要求所述的組件，其中，所述多個瓦片包括在相對於所述載體(40)的第一高度(Hl)處布置的第一組多個瓦片(Ia)和在相對於所述載體的第二高度(H2)處布置的第二組多個瓦片(Ib)，其中，所述第二高度不同於所述第一高度，其中，所述第一組多個瓦片和所述第二組多個瓦片彼此之間規則布置，使得所述第一組多個瓦片圍繞著所述第二組多個瓦片，並且所述第二組多個瓦片圍繞著所述第一組多個瓦片。
9.根據權利要求I所述的組件，其中，所述載體(40)是織物。
10.根據權利要求I所述的組件，其中，所述載體(40)是金屬薄片。
11.根據權利要求11或12所述的組件，其中，所述載體(40)是可伸展的。
12.根據前述任一權利要求所述的組件，其中，所述第一導電跡線具有形成用於所述電物理換能器的中心布置連接的又一部分，並且其中，所述第二導電跡線具有形成用於所述電物理換能器的外圍布置連接的又一部分。
13.—種瓦片(I)，包括金屬薄片(20)、電物理換能器(10)和連接到所述電物理換能器的電連接器(24，28)，所述瓦片(I)在主表面的連接部(Ic)處提供有彼此相對的第一磁極和第二磁極(51，53)。
14.根據權利要求13所述的瓦片(I)，其中，彼此相對的所述第一磁極和所述第二磁極(51，53)中的至少一個與連接到所述換能器(10)的電連接器(24，28)相連接。
15.一種用於裝配襯底(40)和多個瓦片(I)的方法，所述瓦片包括金屬薄片(20)、電物理換能器(10)和連接到所述電物理換能器的電連接器(24，28)，所述方法包括在所述瓦片的連接部(Ic)處，將所述瓦片機械並且電連 接到所述載體。
全文摘要
一種具有載體(40)和多個瓦片(1)的組件。所述瓦片(1)包括金屬薄片(20)、電物理換能器(10)和連接到所述換能器的電連接器(24，28)。所述瓦片在其連接部(1c)中機械並且電連接到所述載體。
文檔編號H01R13/62GK102742369SQ201180007691
公開日2012年10月17日 申請日期2011年1月31日 優先權日2010年1月29日
發明者J·范登布蘭德, M·M·德科克, 何拉爾德斯·堤特斯·范赫克 申請人:荷蘭應用自然科學研究組織Tno