JP2015037199A - 発音体モジュール及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】薄型で高音圧・高音質な特性を有し、表示部のベゼル幅の低減が可能な表示装置用の発音体モジュールを提供する。【解決手段】スマートフォン１０の液晶表示部２０の背面側には、導音用アタッチメント３２により圧電発音体５０が支持されている。導音用アタッチメント３２は、圧電発音体５０を受ける底面部３４と側面部３６により構成される。底面部３４は、圧電発音体５０と筐体底面１２Ｂの間に第１の空隙部６０を形成している。また、側面部３６は、圧電発音体５０と液晶部２０の側方に形成され、第１の空隙部６０に連通するとともに、液晶表示部２０の表面側で放音孔６４に接続し開口する第２の空隙部６２を有している。第１の空隙部６０と第２の空隙部６２により導音路を構成することで音が伝わる距離が長くなり、高音域の音圧レベルが低減されて、全体としての音質が向上する。【選択図】図１

Description

本発明は、発音体モジュール及び電子機器に関し、更に具体的には、液晶パネルなどの表示部を備えた表示装置用の発音体モジュールとそれを利用した電子機器に関するものである。

現在、スマートフォンやタブレットＰＣなどのモバイル分野において、ハプティック機能を備えた液晶タッチパネルを搭載した製品が市場に出回り始めている。また、ハプティック機能のために利用する圧電発音体を、スピーカ機能の実現にも利用する試みがなされている。例えば、下記特許文献１には、振動板の主面に圧電素子を貼り付けた振動部分の周囲をケースで覆ったスピーカを、クッション材を介して液晶表示パネルの裏面に配置し、液晶パネルの側面壁に沿って放音孔を形成したタッチパネル装置が開示されている。

特開２０１３−２０４６７号公報

上述した圧電発音体を利用した背景技術では、二次共振が発生し、高音領域（１０ｋＨｚ）で耳障りなピーキー音が発生し、スピーカとして良好な音圧・音質が確保できない恐れがあるといった課題がある。しかしながら、機器の薄型化が進む現状においては、圧電発音体の利用が不可欠であり、圧電発音体を使用したスピーカにおいて、高音領域でも良好な音圧・音質を得られるようにする必要がある。また、表示部のベゼル（額縁）幅を小さくすることができれば、機器自体の薄型化を図ることができる。

本発明は、以上のような点に着目したもので、高音圧・高音質な特性を有するとともに、薄型化に好適な発音体モジュールと、それを利用した電子機器を提供することを、その目的とする。

本発明は、筐体に表示部が取り付けられた表示装置用の発音体モジュールであって、前記表示部の背面と、前記筐体との間に配置される圧電発音体と、該圧電発音体を支持する導音用アタッチメントと、を備えており、前記導音用アタッチメントは、前記圧電発音体と前記筐体との間に第１の空隙部が形成されるように前記圧電発音体を支持するとともに、前記筐体の底面に取り付けられる底面部と、前記第１の空隙部に連通し、かつ、前記表示部の表面側で開口する第２の空隙部が、前記表示部及び圧電発音体の側方に形成された側面部と、によって構成され、前記第１の空隙部及び前記第２の空隙部によって、導音路が形成されることを特徴とする。

主要な形態の一つは、前記圧電発音体の周囲を覆うプロテクタを設けるとともに、該プロテクタは、前記圧電発音体の放音側の少なくとも一部が開放していることを特徴とする。他の形態は、前記プロテクタの前記圧電発音体の放音側は、前記第２の空隙部とは反対側が開放していることを特徴とする。

本発明の電子機器は、前記いずれかに記載の発音体モジュールを備えたことを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。

本発明によれば、導音用アタッチメントにより支持された圧電発音体を、筐体と表示部の背面の間に配置する。そして、前記導音用アタッチメントを、圧電発音体と筐体との間に第１の空隙部を形成する底面部と、前記第１の空隙部に連通し、かつ、表示部の表面側で開口する第２の空隙部が前記表示部及び圧電発音体の側方に形成された側面部によって構成する。これにより、前記第１の空隙部及び第２の空隙部によって導音路が形成されるため、薄型でありながら音が伝わる距離が長くなり、低音領域の音圧は減少させることなく、高音領域のみ音圧を減少させて音質の向上を図ることができる。また、表示部のベゼル幅を低減できる。

本発明の実施例１のスマートフォンを示す図であり、(A)は全体の外観斜視図，(B)は前記(A)を＃Ａ−＃Ａ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図，(C)は圧電素子の積層構造を示す断面図である。 前記実施例１と比較例の音圧レベルの周波数特性を示すグラフである。 本発明の実施例２のステレオ実装モデルを示す図であり、(A)はモデル筐体の平面写真，(B)は前記(A)を＃Ｂ−＃Ｂ線に沿って切断し矢印方向に見た実装部分の断面図である。 前記実施例２のモデル筐体の音圧レベル（ＳＰＬ）の周波数特性を示すグラフである。 前記実施例２のモデル筐体の歪率（ＴＨＤ）の周波数特性を示すグラフである。 本発明の実施例３のステレオ実装モデルを示す図であり、(A)はモデル筐体の平面写真，(B)は前記(A)を＃Ｃ−＃Ｃ線に沿って切断し矢印方向に見た実装部分の断面図である。 前記実施例３のモデル筐体の音圧レベル（ＳＰＬ）の周波数特性を示すグラフである。 前記実施例３のモデル筐体の歪率（ＴＨＤ）の周波数特性を示すグラフである。 本発明の他の実施例を示す図であり、(A)は実施例４の発音体モジュール実装部の断面図，(B)は他の実施例を示す図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。

最初に、図１及び図２を参照しながら、本実施例の基本構造について説明する。本発明は、例えば、携帯電話やスマートフォン，あるいは、カーナビゲーション装置やゲーム機など、表示パネル部（液晶パネル部等）を有する電子機器に対し、高音圧・高音質の音響機能を有するスピーカを搭載する技術に関するものである。本実施例では、前記電子機器として、スマートフォンを例示して説明する。図１(A)は本実施例のスマートフォンの全体を示す外観斜視図，図１(B)は前記(A)を＃Ａ−＃Ａ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図，図１(C)は圧電素子の積層構造を示す断面図である。図２は、本実施例及び比較例の音圧レベルの周波数特性を示す図であり、(A)は本実施例を示し、(B)は比較例を示す。なお、図１及び図２では、２２ｍｍ×１６ｍｍの大きさの圧電素子を１つ用いている。

図１(A)及び(B)に示すように、本実施例のスマートフォン１０は、筐体１２の表面１２Ａ側に、タッチパネル式の液晶表示部２０が設けられている。前記表面１２Ａには、筐体１２に内蔵した発音体モジュール３０の放音孔６４や、操作用スイッチ６６が設けられている。なお、本発明では、液晶表示部２０を視覚的に見る方向を表面側（ないし上側），反対側を背面側（ないし下側）と定義して表現している。前記液晶表示部２０は、図示しないタッチパネルの下に表示装置を設けた構成となっており、前記タッチパネルとしては、静電容量式のほか、抵抗膜方式などの公知の既存の方法を用いることができる。また、前記表示装置についても、液晶を用いた表示装置のほか、有機ＥＬを用いた表示装置等が利用可能である。前記筐体１２の内側の収納部１４には、該筐体１２の長手方向一端側（図１(A)の左端側）に、一つの発音体モジュール３０が内蔵されている。

発音体モジュール３０は、前記液晶表示部２０の背面と、前記筐体１２の底面１２Ｂの間に配置される圧電発音体５０と、該圧電発音体５０を支持するとともに、導音路を形成する導音用アタッチメント３２により構成されている。前記導音用アタッチメント３２は、前記筐体底面１２Ｂに一部が埋め込まれるように取り付けられる底面部３４と、該底面部３４に対して略直交し、前記圧電発音体５０及び液晶表示部２０の側方部に形成された側面部３６により構成されている。前記底面部３４は、前記圧電発音体５０を受ける受部３８を有するとともに、前記圧電発音体５０と筐体底面１２Ｂの間に第１の空隙部６０を形成するもので、例えば、接着層３５により筐体底面１２Ｂに取り付けられる。また、前記側面部３６は、前記第１の空隙部６０に連通し、かつ、前記液晶表示部２０の表面側で放音孔６４に接続する第２の空隙部６２を有している。そして、前記第１の空隙部６０及び第２の空隙部６２により、断面略Ｌ字状の導音路が形成されている。

また、前記導音用アタッチメント３２は、前記圧電発音体５０と前記筐体１２の間に前記第１の空隙部６０が形成されるように前記圧電発音体５０を支持するとともに、前記筐体１２の底面１２Ｂに取り付けられる底面部３２を有する第１のアタッチメント３２Ａ（図１(B)に破線で示す部分）と、前記第１の空隙部６０に連通し、かつ、前記液晶表示部２０の表面側で開口する第２の空隙部６２が、前記液晶表示部２０及び圧電発音体５０の側方に形成された側面部３６を有する第２のアタッチメント３２Ｂ（図１(B)に破線で示す部分）とに分離した構造にすることもできる。このように分離可能な構造とすることにより、筐体１２の厚みが薄く、第２の空隙部６２が短い場合、前記第１のアタッチメント３２Ａを長さ方向に長く形成することにより、第１の空隙部６０の長さを長くして、導音路全体としても長くすることができる。

前記圧電発音体５０は、振動板５１の一方の主面に圧電素子５２が貼り付けられた構造となっており、液晶表示部２０側は表示部側プロテクタ４０により覆われ、筐体底面１２Ｂ側は、筐体側プロテクタ４２により覆われている。前記表示部側プロテクタ４０には、空気を動かすための背面の貫通孔４１が設けられており、筐体側プロテクタ４２には、放音孔４４が形成されている。該放音孔４４は、本実施例では、丸形状であるが、正方形でもよいし、矩形としてもよい。前記圧電発音体５０の縁部は、前記導音用アタッチメント３２の受部３８に、クッション材４６を介して取り付けられる。

本実施例では、前記圧電素子５２として、図１(C)に示すように、素子の中でバイモルフ構造を形成するような積層素子を利用している。前記図１(C)に示す圧電素子５２は、複数の圧電体層５４と電極層５６を交互に積層した構造となっており、本実施例では、厚み方向中心の上側５２Ａと下側５２Ｂで、電界に対する分極方向が逆になるように分極したバイモルフ構造のものを利用した。該圧電素子５２は、実装する電子機器の構造にもよるが、全く積層していない単板構造としてもよいし、積層する場合でも、電界に対して全ての圧電体層が同じ方向に分極されているユニモルフ構造を採用することも可能であるが、入力電圧を低く抑えるという観点からは積層構造とする方が望ましく、また、発生変位や発生力を大きくするという観点からはバイモルフ構造とすることが望ましい。前記圧電体層５４の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛に添加物を加えた圧電材料が用いられるが、一般的に知られている圧電セラミックスであれば、他の材料を用いてもよい。電極層５６の材料としては、例えば、銀や白金など、公知の各種の電極材料が利用可能である。また、振動板５１は、圧電素子５２の屈曲振動を阻害せずに圧電素子５２を支える必要があるため、例えば、ウレタンエラストマーやゴムなどの柔らかい材料の膜を用いる。

また、前記圧電素子５２の周囲を覆う表示部側プロテクタ４０，筐体側プロテクタ４４は、高い剛性が必要となるため、ヤング率１００ＧＰａ以上の金属材料（例えば、ステンレス）などを用い、厚さは０．１ｍｍ以上とすることが好ましい。また、前記導音用アタッチメント３２は、例えば、板厚０．４ｍｍ程度のＳＵＳ材によって形成されている。また、前記クッション材４６は、例えば、ゴム材料が用いられる。

次に、本実施例の作用を説明すると、圧電素子５２の振動により発生した音は、図１(B)に矢印で示すように、筐体側プロテクタ４２の放音孔４４から背面側の第１の空隙部６０に放音され、第２の空隙部６２を通って、液晶表示部２０の表面側に設けられた放音孔６４から外部に放音される。このように、スマートフォン１０の背面側に放音し、これが第１の空隙部６０及び第２の空隙部６２を通過することで、スマートフォン１０の表面側に音を導くことで、薄型でありながら音が伝わる距離が長くなる。このため、低音領域の音圧は減少することなく伝達されるのに対し、高音領域の音圧は減少するようになり、全体として音質が向上するようになる。また、ダイナミックスピーカを使用する場合と比較して、発音体モジュール３０は薄く構成することができるので、液晶表示部２０のベゼル幅（筐体表面１２Ａの幅部分）を低減できる。なお、図１の態様では、液晶表示部２０と発音体モジュール３０とが、筐体１２の内部において離間しているため、発音体モジュール３０からの振動が液晶表示部２０に伝わらず、液晶表示部２０での画像の乱れ等を発生しにくくさせることができる。

図２は、実施例１の音圧レベルの周波数特性を比較例と対比して示しており、図２(A)は本実施例，(B)が背景技術と同様の構造の比較例である。同図の縦軸は音圧レベル（ＳＰＬ），横軸は周波数である。図２(B)に示すように、比較例では二次共振が発生し、高音領域（１００００Ｈｚ）でピーキー音が発生する。これに対し、本実施例では、導音路が長くなり、音が伝わる距離が長くなるため、図２(A)に示すように、低音領域の音圧を減少させることなく、高音領域（１００００Ｈｚ）のみ音圧が減少し、スピーカとしての音響機能が向上しているのが分かる。

このように、実施例１によれば、導音用アタッチメント３２に支持された圧電発音体５０を、筐体底面１２Ｂと液晶表示部２０の背面の間に配置するとともに、スマートフォン１０の背面側に放出された音が、前記導音用アタッチメント３２に形成された略Ｌ字状の導音路（空隙部６０，６２）を通って、スマートフォン１０の表面側に放出されるようにしたので、次のような効果がある。
(1)前記第１の空隙部６０と第２の空隙部６２により導音路が形成されるため、薄型でありながら音が伝わる距離が長くなり、低音領域の音圧は減少させることなく、高音領域のみ音圧を減少させ、音質の向上を図ることができる。また、液晶表示部２０のベゼル幅を低減（例えば１ｍｍ以下）できる。
(2)前記導音用アタッチメント３２の底面部３４を、筐体底面１２Ｂに埋め込むように取り付けているので、スマートフォン１０の厚み自体は変えずに、導音路を長くして、更に音質の向上を図ることができる。
(3)液晶表示部２０と発音体モジュール３０とが、筐体１２の内部において離間しているため、発音体モジュール３０からの振動が液晶表示部２０に伝わらず、液晶表示部２０での画像の乱れ等を発生しにくくさせることができる。

次に、図３〜図５を参照しながらステレオ実装の実施例２を説明する。本実施例２では、前記実施例１と同じ２２ｍｍ×１６ｍｍの大きさの圧電素子を筐体の両端に配置し、ステレオ実装としている。すなわち、圧電素子を２つ使用した場合である。図３は、本実施例のステレオ実装モデルを示す図であり、(A)はモデル筐体の平面写真，(B)は前記(A)を＃Ｂ−＃Ｂ線に沿って切断し矢印方向に見た実装部分の断面図である。図４は、本実施例のモデル筐体の音圧レベル（ＳＰＬ）の周波数特性を示すグラフであり、図５は、本実施例のモデル筐体の歪率（ＴＨＤ）の周波数特性を示すグラフである。なお、上述した実施例１と同一ないし対応する構成要素には同一の符号を用いることとする（他の実施例についても同様）。

図３(A)に示すように、モデル筐体７０の略中央部には、筐体内部に配置される基板の疑似体７４を配置した。疑似体７４としては、ＳＵＳ板を用いた。そして、前記疑似体７４の左右に、発音体モジュール７２Ａ，７２Ｂが実装されている。前記発音体モジュール７２Ａ，７２Ｂの基本的な構造は、前記図１(B)に示した発音体モジュール３０と同様であるが、本実験例では、筐体側プロテクタ４２が省略されており、放音側が全開となっている。また、スマートフォン１０の厚みＴは７．４ｍｍ，放音孔６４の幅Ｗｈは１８ｍｍ，ベゼル幅は１ｍｍ，圧電発音体５０の実装高さＨａは２．２ｍｍ，第１の空隙部６０の高さＨｂは０．７ｍｍ，幅（図３(A)の上下方向）は１８ｍｍ（幅Ｗｈに相当）である。

図４及び図５から、前記実施例１と同様に、導音路が長くなり、音が伝わる距離が長くなるため、低音領域の音圧を減少させることなく、高音領域（１００００Ｈｚ）のみ音圧が減少し、スピーカとしての音響機能が向上しているのが分かる。

次に、図６〜図８を参照しながら本発明の実施例３を説明する。本実施例では、前記実施例１とは異なる大きさ（３３ｍｍ×１８ｍｍ）の圧電素子を筐体の両端に配置し、ステレオ実装としている。つまり、圧電素子を２つ使用した場合である。図６は、実施例３のステレオ実装モデルを示す図であり、(A)はモデル筐体の平面写真，(B)は前記(A)を＃Ｃ−＃Ｃ線に沿って切断し矢印方向に見た実装部分の断面図である。図７は、実施例３のモデル筐体の音圧レベル（ＳＰＬ）の周波数特性を示すグラフであり、図８は、実施例３のモデル筐体の歪率（ＴＨＤ）の周波数特性を示すグラフである。図６(A)に示すように、モデル筐体８０の略中央部には前記実施例２と同様の疑似体７４が設けられており、その左右に、発音体モジュール８２Ａ，８２Ｂがステレオ実装されている。前記発音体モジュール８２Ａ，８２Ｂの基本的構造は、前記図１(B)に示した例と同様であるが、本実施例では、表示部側プロテクタ４０及び筐体側プロテクタ４２ともに省略されており、全開となっている。スマートフォン１０の厚みＴは７．４ｍｍ，放音孔６４の幅Ｗｈは１８ｍｍ，ベゼル幅は１ｍｍ，圧電発音体５０の実装高さＨａは２．０ｍｍ，第１の空隙部６０の高さＨｂは０．７ｍｍ，その幅は１８ｍｍ（幅Ｗｈに対応）である。

図７及び図８から、前記実施例１と同様に、導音路が長くなり、音が伝わる距離が長くなるため、低音領域の音圧を減少させることなく、高音領域（１００００Ｈｚ）のみ音圧が減少し、スピーカとしての音響機能が向上しているのが分かる。

次に、図９(A)を参照しながら、本発明の実施例４を説明する。図９(A)に示す例では、発音体モジュール９０の導音用アタッチメント３０において、筐体側プロテクタ４２（プロテクタの圧電発音体の放音側）は、前記第２の空隙部６２とは反対側が開放している。すなわち、第１の空隙部６０の一部分が、圧電発音体側６０Ａ（筐体側プロテクタ４２と圧電素子５２の間の空間）と筐体側６０Ｂ（筐体側プロテクタ４２と筐体底面１２Ｂの間の空間）に仕切られている。圧電素子５２より発生した音は、第１の空隙部６０の圧電発音体側６０Ａから筐体側６０Ｂを通って、第２の空隙部６２に進むことになるので、実施例１の形態と比べて、導音路の全長を更に長くすることができる。このため、高音域の音圧を更に抑制して音質が向上する。他の基本的な作用・効果については、前記実施例１と同様である。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)前記実施例で示した形状，寸法などは一例であり、必要に応じて適宜変更してよい。例えば、前記実施例では、圧電発音体５０の形状を長方形とし、その寸法の具体例を実験例で示したが、これも一例であり、圧電発音体５０の長さ，幅，厚みは、同様の効果を奏する範囲内で適宜増減してよい。
(2)前記実施例１で示した圧電発音体５０はユニモルフ構造としたが、これも一例であり、バイモルフ構造としてもよい。
(3)圧電発音体５０は、積層構造であってもよいし、単層構造であってもよい。積層構造とする場合も必要に応じて適宜積層数を増減してよい。

(4)前記圧電素子５２や振動板５１、あるいは、プロテクタ４０，４２を形成する材料についても公知の各種の材料が利用可能である。また、導音用アタッチメント３２を形成する材料についても同様に、前記実施例では、ＳＵＳを用いたが、これも一例であり、同様の効果を奏する範囲内で公知の各種の材料を使用してよい。
(5)発音体モジュールの実装数も一例であり、前記実施例２及び実施例３では、筐体の長手方向両端に２つの発音体モジュールを実装してステレオタイプとしたが、タッチパネル装置やそれを設ける電子機器（スマートフォン１０など）の構成次第では、実施例１に示すように、発音体モジュールの実装数は１つとしてもよい。また、３つ以上としてもよい。また、ステレオタイプにする場合も、前記実施例２及び実施例３では、筐体の長手方向両端に一組の発音体モジュールを配置したが、図９(B)に示す例のように、機器の短手方向の両端に一組の発音体モジュール３０Ａ，３０Ｂを配置するようにしてもよい。

(6)前記実施例４で示した筐体側プロテクタ４２も一例であり、同様の効果を奏する範囲内で、開放部分の位置や形状を変更可能である。
(7)前記実施例では、スマートフォンを例に挙げて説明したが、これは一例であり、例えば、携帯電話，カーナビゲーション装置，ゲーム機など、各種の電子機器に適用可能である。また、スピーカの他にレシーバとしても使用することができ、更に、モノラル・ステレオのいずれとするかも、必要に応じて変更してよい。
(8)前記実施例は、圧電発音体をスピーカの音源として使用する場合を主としたものであるが、タッチパネルにおけるハプティック機能を兼用することを妨げるものではない。

本発明によれば、導音用アタッチメントに支持された圧電発音体を、筐体底面と液晶表示部の背面の間に配置するとともに、スマートフォンの背面側に放出された音が、前記導音用アタッチメントに形成された空隙部を通って、スマートフォンの表面側に放出されるようにしたので、薄型でありながら音が伝わる距離が長くなり、低音領域の音圧は減少させることなく、高音領域のみ音圧を減少させて音質の向上を図ることができる。このため、特に、モバイル機器用の発音体モジュールとして好適である。

１０：スマートフォン
１２：筐体
１２Ａ：表面
１２Ｂ：底面
１２Ｃ，１２Ｄ：側面
１４：収納部
２０：液晶表示部
３０，３０Ａ，３０Ｂ：発音体モジュール
３２：導音用アタッチメント
３２Ａ：第１のアタッチメント
３２Ｂ：第２のアタッチメント
３４：底面部
３５：接着層
３６：側面部
３８：受部
４０：表示部側プロテクタ
４１：背面の貫通孔
４２：筐体側プロテクタ（放音側プロテクタ）
４４：放音孔
４６：クッション材
５０：圧電発音体
５１：振動板
５２：圧電素子
５２Ａ：上側
５２Ｂ：下側
５４：圧電体層
５６：電極層
６０：第１の空隙部
６０Ａ：圧電発音体側
６０Ｂ：筐体側
６２：第２の空隙部
６４：放音孔
６６：操作用スイッチ
７０，８０：モデル筐体
７２Ａ，７２Ｂ，８２Ａ，８２Ｂ，９０：発音体モジュール
７４：疑似体

Claims (4)

1. 筐体に表示部が取り付けられた表示装置用の発音体モジュールであって、
   前記表示部の背面と、前記筐体との間に配置される圧電発音体と、
   該圧電発音体を支持する導音用アタッチメントと、
   を備えており、
   前記導音用アタッチメントは、
   前記圧電発音体と前記筐体との間に第１の空隙部が形成されるように前記圧電発音体を支持するとともに、前記筐体の底面に取り付けられる底面部と、
   前記第１の空隙部に連通し、かつ、前記表示部の表面側で開口する第２の空隙部が、前記表示部及び圧電発音体の側方に形成された側面部と、
   によって構成され、
   前記第１の空隙部及び前記第２の空隙部によって、導音路が形成されることを特徴とする発音体モジュール。
2. 前記圧電発音体の周囲を覆うプロテクタを設けるとともに、
   該プロテクタは、前記圧電発音体の放音側の少なくとも一部が開放していることを特徴とする請求項１記載の発音体モジュール。
3. 前記プロテクタの前記圧電発音体の放音側は、前記第２の空隙部とは反対側が開放していることを特徴とする請求項２記載の発音体モジュール。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の発音体モジュールを備えたことを特徴とする電子機器。