JP2015144412A - 電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】電子機器において、外部から衝撃が加わった場合に割れ難く、放熱性が高く電子機器が備える内部の電子回路等から発した熱を外部に放出し易く、かつ無線通信のための電磁波の損失を小さくすることができる。
【解決手段】 少なくとも無線通信部を含む複数の機能部と、画像表示面を有する画像表示デバイスと、前記複数の機能部を収容する外装体とを有する電子機器であって、前記外装体は、前記画像表示面に対向する一方主面および該一方主面の反対側に位置する他方主面を有する透光性カバー基板と、前記透光性カバー基板と前記画像表示デバイスに対して反対側に配置されたケース部材とを備え、前記透光性カバー基板はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶体からなり、前記ケース部材がアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶体を含んで構成されていることを特徴とする電子機器を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は電子機器に関する。

従来、無線通信部や画像表示デバイス等の複数の機能部をケース内に収容した電子機器が用いられている。近年では、比較的大きな画像を表示するとともにタッチパネル等の入力装置を備える、いわゆるスマートフォン端末やタブレット端末といわれる携帯型の電子機器が急速に普及している。例えば特許文献１には、このようないわゆるスマートフォン端末に関する技術が開示されている。これら携帯型の電子機器の外装体には、例えばアミノケイ酸ガラス等からなるいわゆる強化ガラスや、樹脂材料からなるケース部材等が用いられている。

特開２０１１−６１３１６号公報

無線通信部を有する電子機器の外装体には、外部から衝撃が加わった場合に割れ難いこと、放熱性が高く電子機器が備える内部の電子回路等から発した熱を外部に放出し易いこと、無線通信のための電磁波の損失が小さいこと等の特性が求められている。例えば金属は割れ難く放熱性が高い一方で、電磁波を遮蔽してしまう。また樹脂等も電磁波の損失は比較的大きく、かつ比較的割れ易く、放熱性は比較的低い。このように従来は、電子機器に用いられる上記のような特性を、全て高いレベルで満足する外装体は得られていなかった。

本発明は、少なくとも無線通信部を含む複数の機能部と、画像表示面を有する画像表示デバイスと、前記複数の機能部を収容する外装体とを有する電子機器であって、前記外装体は、前記画像表示面に対向する一方主面および該一方主面の反対側に位置する他方主面を有する透光性カバー基板と、前記透光性カバー基板と前記画像表示デバイスに対して反対側に配置されたケース部材とを備え、前記透光性カバー基板はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶体からなり、前記ケース部材がアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶体を含んで構成されていることを特徴とする電子機器を提供する。

本発明によれば、電子機器において、外部から衝撃が加わった場合に割れ難く、放熱性が高く電子機器が備える内部の電子回路等から発した熱を外部に放出し易く、かつ無線通信のための電磁波の損失を小さくすることができる。

本発明の電子機器の一実施形態について説明する斜視図である。 図１に示す電子機器の分解斜視図である。 電子機器の前面図である。 電子機器の裏面図である。 電子機器の電気的構成を示すブロック図である。 電子機器の他の実施形態について説明する斜視図である。 実装体の実施形態の１つについて説明する概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 実装体の他の実施形態について説明する概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 圧電振動素子を示す平面図である。 圧電振動素子を示す側面図である。 圧電振動素子が撓む様子を示す図である。 圧電振動素子が撓む様子を示す図である。 透光性カバー基板を示す平面図である。 気導音及び伝導音を説明するための図である。

以下、図面を参照して本願発明の実施形態について説明する。

＜電子機器の外観＞
図１〜図５に示すように、本実施形態に係る電子機器１００は、例えばスマートフォン端末である。電子機器１００は、機能部として、制御部５００、無線通信部５１０、画像表示デバイス５２、タッチパネル５３、圧電振動素子５５、マイク５７、撮像部５８及び電池５９を備える。なお、機能部としては図示した各部に限定されず、その他の複数種類のデバイスを内蔵していてもよい。

電子機器１００は、少なくとも無線通信部５１０を含む複数の機能部と、複数の機能部を収容する外装体４とを備える電子機器である。外装体４は、画像表示デバイス５２の画像表示面に対向する一方主面１Ａおよび一方主面１Ａの反対側に位置する他方主面１Ｂを有する透光性カバー基板１と、透光性カバー基板１と画像表示デバイス５２に対して反対側に配置されたケース部材９とを備え、透光性カバー基板１はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶体からなり、ケース部材９が、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶体を含んで構成されている。無線通信部５１０はこのアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶からなる部分を通して電磁波を受信および送信することができる。

《ケース部材の第１の実施形態》
ケース部材の第１の実施形態では、ケース部材が互いに接合された少なくとも２つのサファイア部材を有して構成されている。図１に示すケース部材９では、背面板２と枠体３とを備え、背面板２および枠体３はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶体からなる。透光性カバー基板１および背面板２は、平面視において略長方形状の基板である。透光性カバー基板１と背面板２と枠体３とは、組み合わされることによって外装体４を構成している。

アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶は一般的にはサファイアと呼ばれ、強化ガラス等と比較して傷がつき難く、割れ難い。本明細書では、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶体を単にサファイアともいう。本明細書において「主成分」として含む場合は、具体的には少なくとも５０質量％、好ましくは７０質量％含むことをいう。傷がよりつき難く、割れや欠け等をより確実に抑制する点で、外装体を構成するサファイアのＡｌ_２Ｏ_３純度（含有量）は９９質量％以上であることが好ましい。

ケース部材９を構成する背面板２と枠体３、およびケース部材９を構成する枠体３と透光性カバー基板１とは、例えばいわゆるメタライズ接合によって金属層を介して接合されている。例えば、透光性カバー基板１と枠体３との接合では、透光性カバー基板１と枠体３の接合部分それぞれの表面にメタライズ層を形成し、形成したメタライズ層の表面に金属メッキ層を形成した後に、透光性カバー基板１と枠体３の接合部分同士を対面させてそ
れぞれのメッキ層に挟むようにロウ材を配置し、全体を昇温させてロウ材を溶融させた後に固化すればよい。例えば透光性カバー基板１と枠体３の接合部分それぞれの表面に、例えばＭｏ−Ｍｎ、Ｗ−Ｍｎ、Ｃｕ−Ｔｉ、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ等のいずれかを主成分とするメタライズ層を形成し、その表面にニッケル（Ｎｉ）メッキ層を被着させる。より具体的には、例えば、Ｍｏ粉末とＭｎ粉末と酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）粉末とに有機バインダ、溶剤を混合してなる金属ペーストを１０μｍの厚さとなるように印刷塗布し、乾燥後加湿したフォーミングガス中で１４００℃の温度で焼成してメタライズ層を形成し、このメタライズ層の表面にＮｉメッキ層を電解メッキ法により約２μｍの厚さで被着しておく。次に、それぞれのメッキ層に挟むように、ＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＺｎＢｉ、ＳｎＣｕ、ＳｎＡｇＩｎＢｉ、ＳｎＺｎＡｌ、ＳｎＰｂ等のいずれかを主成分とする比較的低温で溶融する半田を配置し、全体を昇温させて半田を溶融させた後に降温させて半田を固化して、透光性カバー基板１と枠体３とを接合する。背面板２と枠体３とも同様に接合することできる。

なお、透光性カバー基板１と枠体３、および枠体３と背面板２とは、金属等を主成分とした接合層を設けずに、部材同士を直接当接させて接合（直接接合）してもよい。直接接合には、例えば接合部分の表面を活性化して接合する方法や、熱によって接合する方法がある。接合面を活性化する方法としては、例えば真空中でイオンビームや中性子ビームを照射して表面をエッチングして活性化する方法、化学溶液で表面をエッチングして活性化する方法などが挙げられる。この接合では、原子間力などを利用した固相接合（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｂｏｎｄｉｎｇ）によって各部材を接合することができる。例えば熱による接合では、接合部分の各表面の中心線平均粗さを５００［Å］以下となるように研磨し、研磨した後の各接合面を室温において対向させて当接させた状態で、真空度を１．３×１０^−３［Ｐａ］以下（好適には、真空度を１．３×１０^−４［Ｐａ］以下）にして、温度を１０００［℃］以上（好適には、１５００［℃］以上）に昇温させて接合すればよい。この接合では、物理化学的な結合力によって、各部材の表面（接合部分の表面）同士が接合している。外装体４の接合方法および接合部分の形態については特に限定されないが、このような金属層による接合や直接接合では、例えばサファイアからなる部材同士を両面テープあるいは接着剤で互いに取り付けた場合と比較して、電子機器の気密性を高めることができる。電子機器１００は例えば高い防水性能を有している。

《ケース部材の第２の実施形態》
図６は、本発明の他の実施形態であって、ケース部材の構成のみが図１に示す実施形態と異なっている。ケース部材の第２の実施形態では、ケース部材は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶からなる第１部材と、金属を主成分とする第２部材とを少なくとも含む複数の部材が組み合わされて構成されており、第１部材と前記第２部材とが互いに接合されている。図６に示す第２の実施形態では、第１部材は、画像表示デバイス５２に対して透光性カバー基板１の反対側に配置された背面板２を含む。

より詳しくは、電子機器１００は、画像表示デバイス５２の画像表示面５２に対向する一方主面１Ａ’および一方主面１Ａ’の反対側に位置する他方主面１Ｂ’を有する透光性カバー基板１’と、背面板２’（第１部材に対応）と枠体３’（第２部材に対応）とを備え、透光性カバー基板１’および背面板２’はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶体からなる。枠体３’は、例えばアルミニウム（Ａｌ）を主成分とする。透光性カバー基板１’および背面板２’は、平面視において略長方形状の基板である。透光性カバー基板１’と背面板２’と枠体３’とは、組み合わされることによって外装体４’を構成している。

サファイアからなる透光性カバー基板１’と金属を主成分とする枠体３’、および枠体３’とサファイアからなる背面板２’は、それぞれが例えばいわゆるメタライズ接合法によって形成された金属層（図示せず）を介して接合されている。接合方法は第１の実施形
態と同様の方法を用いることができる。

《背面板部分の構成》
図４に示されるように、電子機器１００の裏面には（背面板２には）マイク穴２１があけられている。マイク穴２１の内側部分には電子機器１００の外部の音声を電気信号に変換するマイク５７が配置されている。また図４に示されるように、電子機器１００の裏面は、撮像レンズ５８ａが背面板２を介して外側から視認できる状態となっている。背面板２はサファイアからなり透明性が高いので、このように撮像レンズ５８ａを露出させずに、外装体４の内部に撮像部５３を配置した状態で外部を撮影することができる。撮像部５８はカメラデバイスであって、撮像レンズ５８ａ及び撮像素子などで構成されており、制御部５００による制御に基づいて、静止画像及び動画像を撮像する。

また背面板２には、背面板２の表面に露出するように電極端子５９ａが形成されている。電極端子５９ａは背面板２の外側から内側に貫通するように配置されており、外装体４の内部に配置される電池５９と接続して、電子機器１００の外部から電池５９に電流を供給する（充電する）ことができるようになっている。電池５９は例えばリチウムイオンバッテリー等の充電池であり、電極端子５９ａを介して電流が流入されることで充電することができる。また、図示しない配線等を介して外装体４に収容された各部材に電流を供給する。電池５９から出力された電気エネルギーは、電子機器１００が備える制御部５００や無線通信部５１などに含まれる各電子部品に対して供給される。

電子機器１００の無線通信部５１０は、波長１０ｃｍ〜１ｍ程度の.極超短波（ＵＨＦ
：Ｕｌｔｒａ Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）の波長帯や、波長０．７〜２．４μｍの波長の赤外光の波長帯の電磁波からなる無線信号を送受信する。

サファイアは例えばガラスや樹脂と比較して、高周波無線信号に対する誘電損失が小さく電磁波の透過特性が良い。本実施形態では、ケース部材９の少なくとも一部にサファイアからなる部材を用いて、このサファイアを介して外部と無線信号の送受信をすることで、広範囲にわたって少ない損失で電磁波を送受信することができる。本実施形態では、外装体４を構成する透光性カバー基板１、背面板２および枠体３のいずれもがサファイアからなるが、全てをサファイアで構成せずに、ケース部材９を構成する背面板２および枠体３のうちの少なくとも一部のみをサファイアで構成し、このサファイアで構成された部分を通して電磁波を受信および送信すればよい。なお、背面板２に、背面板２の表面に露出するようにアンテナ配線を形成し、このアンテナ配線を介して無線通信部５０が無線信号を送受信する構成であってもよい。

上述の各実施形態では、背面板２および背面板２’が全てサファイアからなる例を示しているが、ケース部材がアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶体を含んで構成されていればよい。例えば背面板２や枠体３の一部がサファイアで構成されていればよい。

＜電気的構成＞
制御部５００は、ＣＰＵ５００ａ（図４にも図示している）及び記憶部５００ｂ等を備えており、電子機器１００の他の構成要素を制御することによって、電子機器１００の動作を統括的に管理する。記憶部５００ｂは、ＲＯＭ及びＲＡＭ等で構成されている。制御部５００には、ＣＰＵ５００ａが記憶部５００ｂ内の各種プログラムを実行することによって、様々な機能ブロックが形成される。制御部５００は各構成要素から多様かつ大量の情報を受け取り、これら情報を比較的短時間で処理（情報処理）する。

無線通信部５１０は、電子機器１００とは別の携帯電話機あるいはインターネットに接続されたウェブサーバ等の通信装置からの信号をアンテナ５１０ａで受信する。無線情報
処理部５１０ｂは、受信信号に対して増幅処理及びダウンコンバートを行って制御部５００に出力し、また、制御部５００で生成された送信信号に対してアップコンバート及び増幅処理を行ってアンテナ５１０ａに送り、アンテナ５１０ａを介して外部に信号を送信する。アンテナ５１０ａからの送信信号は、基地局等を通じて、電子機器１００とは別の携帯電話機あるいはインターネットに接続された通信装置で受信される。制御部５００では、入力される受信信号に対して復調処理等を行って、当該受信信号に含まれる、音声や音楽などを示す音信号などを取得する。

外装体４の内部には、サファイアからなる実装基板６２０に無線通信部５１０と制御部５００とが実装された実装体６００が配置されている。図６は、実装体６００について説明する概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。実装体６００は、第１主面６２０Ａを有し、第１主面６２０Ａに凹部６２２が設けられた実装基板６２０と、凹部６２２の内部に配置されて凹部６２２の内面と接合した金属体６３０とを有し、金属体６３０は第１主面６２０Ａと略面一な表面を備えている。本実施形態では金属体６３０は銀（Ａｇ）を主成分とする。また、金属体２０は銅（Ｃｕ）さらにはチタン（Ｔｉ）を含んでいる。また、実装基板６２０は、凹部６２２の底面と第２主面６２０Ｂとに開口を有する貫通孔６２５を有するとともに、貫通孔６２５に充填された、金属からなるビア導体６２７を備えている。

実装体６００では、実装基板６２０に無線通信部５１０と制御部５００とが配置されている。制御部５００はＣＰＵ５００ａ及び記憶部５００ｂ等を備えており、これらＣＰＵ５００ａと記憶部５００ｂとが第２主面６２０Ｂに実装されて制御部５００が構成されている。また、第１主面６２０Ａの側に、金属体６３０によって構成されたアンテナ５１０ａと実装基板６２０に実装された無線情報処理部５１０ｂとが配置されて無線通信部５１０が構成されている。無線情報処理部５１０ｂ、ＣＰＵ５００ａ、および記憶部５００ｂは、半導体素子を備えたデバイス部品である。実装体６００では、金属体６３０がアンテナ５１０ｂを構成するとともに、金属体６３０やビア導体６２７を電気配線としてＣＰＵ５００ａや記憶部５００ｂ、無線情報処理部５１０ｂ等が相互に接続されている。

実装基板６２０はサファイアからなり熱伝導性が高いので、無線通信部５１０や制御部５００から発する熱を実装体６００から効率良く逃がすことが可能である。またサファイアは電気抵抗も小さいので、実装基板６２０の表面を流れる暗電流が小さく抑制されるので、実装基板６２０の表面に実装されたＣＰＵ５００ａや記憶部５００ｂや無線情報処理部５１０ｂの、暗電流に起因する動作不良が抑制されている。

無線情報処理部５１０ｂ、ＣＰＵ５００ａ、および記憶部５００ｂは、半導体素子を備えたデバイス部品に限定されず、例えばサファイアからなる実装基板６２０に形成した化合物半導体層を加工することで実装基板６２０に一体的に形成してもよい。

また、これら無線信号の送受信や情報処理の際、無線通信部５１０や制御部５００は比較的多くの熱を発生する。無線通信部５１０と制御部５００が発した熱が外装体４内にとどまると、外装体４内の温度が上昇して、ＣＰＵ５００ａの動作が遅くなったり動作不良が生じる場合があり、また外装体４内の各部のその他の構成要素の動作不良も発生する場合がある。電子機器１００では、実装基板６２０、透光性カバー基板１、背面板２枠体３がサファイアからなる。サファイアは熱伝導率が約４２Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、例えば熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である石英ガラス等と比べて熱伝導率が大きい。このため電子機器１００では、無線通信部５１０や制御部５００から発した熱を、透光性カバー基板１、背面板２および枠体３を介して外装体４の外に効率的に放出することができる。
また、サファイアからなる透光性カバー基板１は非常に硬度も高く傷がつき難く、また割れ難い。

《電子機器の内部の構成の他の実施形態》
図８は、電子機器の実装体の他の実施形態について説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。この実施形態では、電子機器１００は、例えばいわゆるスマートフォン端末と同様にタッチパネル操作によって各種ソフトウェアを実行させて、画像撮影や外部との通信を行うデバイスであり、海中などの水中でも空気中と同様に情報の送受信を行うことができる機器として用いることもできる。

この実施形態では、無線通信部５１０’は、例えば赤外光等の従来の携帯型の電子機器で使用されてきた波長帯域よりも波長が短い、４００ｎｍ以下の波長を有する紫外光を無線信号として用いて外装体４の外部と無線通信を行う。ガラスや樹脂等と異なりサファイアは４００ｎｍ以下の波長を有する紫外光に対しても比較的高い透過特性を有している。本実施形態では、外装体４の少なくとも一部にサファイアからなる部材を用いて、このサファイアを介して紫外光を無線信号として用いて外部と情報の送受信を行うことができる。このため電子機器１００は、たとえ海中などの水中であっても、広範囲にわたって少ない損失で情報の送受信を行うことができる。本実施形態では、外装体４を構成する部材のうち主に背面板２を透過させて、外装体４の外部と紫外光の送受信を行うことができる。本実施形態では、外装体４を構成する透光性カバー基板１、背面板２、および枠体３がサファイアからなる。背面板２は、全てをサファイアで構成せずに、一部のみをサファイアで構成してもよく、この場合、この一部を通して紫外光を受信および送信すればよい。金属層による接合や直接接合は、例えばサファイアからなる部材同士を両面テープあるいは接着剤で互いに取り付けた場合と比較して、電子機器の気密性を高めることができ、高い防水性能が実現できる。このため、電子機器１００は高い防水性を有し、電子機器１００を持って水中に潜ることもできる。またサファイアは機械的強度にも優れており割れ難いので、比較的深い水中で高い水圧がかかる環境下で使用しても割れなどが生じ難い。電子機器１００は深い水中であっても、比較的遠い位置にある他の電子機器と通信することができる。

制御部５００’は、ＣＰＵ５００ａ’及び記憶部５００ｂ’等を備えており、電子機器１００の他の構成要素を制御することによって、電子機器１００の動作を統括的に管理する。記憶部５００ｂ’は、ＲＯＭ及びＲＡＭ等で構成されている。制御部５００’には、ＣＰＵ５００ａ’が記憶部５００ｂ’内の各種プログラムを実行することによって、様々な機能ブロックが形成される。制御部５００’は各構成要素から多様かつ大量の情報を受け取り、これら情報を比較的短時間で処理（情報処理）する。

無線通信部５１０’は、電子機器１００とは別の電子機器あるいはインターネットに接続されたウェブサーバ等の通信装置からの紫外光で表された信号を受光部６２４’で受光（受信）する。無線情報処理部５１０ｂ’は、受信した紫外光の信号に対して増幅処理及びダウンコンバートを行って制御部５００’に出力し、また、制御部５００’で生成された送信信号に対してアップコンバート及び増幅処理を行って発光部６２２’に送り、発光部６２２’を介して紫外光の信号として外部に送信する。発光部６２２’からの送信信号は、電子機器１００’とは別の電子機器あるいはインターネットに接続された通信装置で受光（受信）される。制御部５００’では、入力される受信信号に対して復調処理等を行って、当該受信信号に含まれる、音声や音楽や画像などを示す情報を取得する。

外装体４の内部には、サファイアからなるベース部材（以降、実装基板ともいう）６２０’に無線通信部５１０’と制御部５００’とが形成された半導体装置６００’が配置されている。制御部５００’はＣＰＵ５００ａ’及び記憶部５００ｂ’等を備えており、これらＣＰＵ５００ａ’と記憶部５００ｂ’とが実装基板６２０’の第２主面６２０Ｂ’に形成されて制御部５００’が構成されている。また、第１主面６２０Ａ’の側に、発光部
６２２’と受光部６２４’と無線情報処理部６２６’とが形成されて無線通信部５１０’が構成されている。また、第２主面６２０’には、発光部６２２’からの光を反射する反射膜６６８’が形成されている。反射膜６６８’は例えば銀（Ａｇ）薄膜であり、発光部６２２’が発した光を図中の下向きに反射する。半導体装置６００’では、発光部６２２’と受光部６２４’、およびＣＰＵ５００ａ’や記憶部５００ｂ’や無線情報処理部６２６’等が図示しないビアホール配線等を介して相互に電気的に接続されている。

発光部６２２’と受光部６２４’および無線情報処理部６２６’はいずれも、実装基板６２０’の一方主面６２０Ａ’に形成された化合物半導体層６４０’に形成されている。また、ＣＰＵ５００ａ’および記憶部５００ｂ’はいずれも、実装基板６２０’の他方主面６２０Ｂ’に接合された半導体基板６３０’に形成されている。

発光部６２２’は、実装基板（ベース部材）６２０’に形成された化合物半導体層６４０’を含んで構成された、入力された電流（電気信号）に応じて紫外光を発光するいわゆるＬＥＤ素子構造を有する。また受光部６２４’は、実装基板（ベース部材）６２０’に形成された化合物半導体層６４０’を含んで構成された、受光した紫外光に応じた電流（電気信号）を発生するいわゆるフォトダイオード素子構造を有する。

本実施形態の半導体装置６００’では、化合物半導体層６４０’は、III−Ｖ族化合物
半導体を主成分としている。より具体的には、化合物半導体層６４０’は例えば、実装基板６２０’の第１主面６２０Ａ’にエピタキシャル成長された、Ａｌ_ｘＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｉｎ_ｙＮ（０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物系半導体を主成分とする化合物半導体層からなる。III−Ｖ族化合物半導体、その中でも特にＡｌ_ｘＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｉｎ_ｙＮ
（０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物系半導体等は、サファイア単結晶と近い格子定数を有しており、実装基板６２０’の第１主面６２０Ａ’には、結晶欠陥等が少なく結晶性が高い化合物半導体層６４０’をエピタキシャル成長させることができる。発光部６２２’と受光部６２４’は、エピタキシャル成長された結晶性が高い化合物半導体層６４０’に形成されている。すなわち発光部６２２’および受光部６２４’は、公知の半導体素子製造プロセスを経て化合物半導体層６４０’が加工されて形成されている。また、無線情報処理部６２６’は、公知の半導体素子製造プロセスを経て化合物半導体層６４０’に形成された、電気信号を処理可能な、いわゆるＣＭＯＳ素子機能等を有して構成された電子デバイス素子構造を有している。無線情報処理部６２６’は、化合物半導体層６４０’に形成されている図示しない電気配線を介して発光部６２２’に電気信号を送信し、発光部６２２’が、送信された電気信号に応じた紫外光を発光する。また、受光部６２４’は、外部から外装体４を透過して届く紫外光を受光して受光した紫外光に応じた電気信号を無線情報処理部６２６’に送る。

III−Ｖ族化合物半導体、特にＡｌ_ｘＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｉｎ_ｙＮ（０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦
１）で表される窒化物系半導体は、広いバンドギャップと直接遷移型のバンド構造を有しており、電子デバイス素子として用いた場合、高周波信号の処理能力が高く、また高い出力で電気信号を送信することができる。また、III−Ｖ族化合物半導体、特にＡｌ_ｘＧａ
_{１−ｘ−ｙ}Ｉｎ_ｙＮ（０≦ｘ，ｙ，ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物系半導体は、上記物理的特徴から、発光素子（ＬＥＤ素子）として用いた場合、入力された電気信号に対する応答性に優れ、入力された電気信号に応じた高強度の光を発光することができる。また、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｎ、等の各種元素の含有割合を調整することで、バンドギャップの大きさや発光波長などの種々の特性を、広い範囲にわたって細かく調整することができる。

半導体基板６３０’は、厚さが０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍと比較的薄い、シリコン単結晶基板である。半導体基板６３０’は例えば、実装基板６２０’の第２主面６２０Ｂ’に、シリコン単結晶基板が公知の接合技術を用いて接合されて構成されている。接合技術と
しては、接合する対象面の表面を活性化して接合する方法、および静電気力を利用して接合する方法等が挙げられる。表面を活性化する方法としては、実装基板６２０’の他方主面６２０Ｂ’と、半導体基板６３０’の接合する対象面を、例えば真空中でイオンビームを照射して表面をエッチングして活性化する方法や、化学溶液で接合する対象面の表面をエッチングして活性化する方法などが挙げられる。表面を活性化させる接合方法は、原子間力などを利用したいわゆる固相接合（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｂｏｎｄｉｎｇ）であり、実装基板６２０’と半導体基板６３０’とが直接的に接合される。

ＣＰＵ５００ａ’と記憶部５００ｂ’とからなる制御部５００’は、絶縁性の高いサファイアからなる実装基板６２０’に接合された半導体基板６３０’に形成されており、例えば厚さが数百μｍ以上のシリコン単結晶基板の表面部分を加工して形成した素子機能部に比べて、高い電気信号処理性能を有している。これは、比較的厚さの薄い半導体基板６３０’に形成されたＣＰＵ５００ａ’と記憶部５００ｂ’は、絶縁体である実装基板６２０’に接合されているので、素子機能部とそのほかの部分との浮遊容量が小さく、電気信号の機能素子部以外の領域への漏洩も小さく、また、素子機能部へのノイズ信号の侵入も少ない等の理由からである。

無線情報処理部６２６’およびＣＰＵ５００ａ’は、上述のように高い電気信号処理性能を有しており、無線情報処理部６２６’が、受光部６２４’が受光した紫外光に対応する高精度の電気信号を生成してＣＰＵ５００ａ’へ送り、ＣＰＵ５００ａ’は、この電気信号を高速かつ高精度に信号処理することができる。

半導体装置６００’では、化合物半導体層６４０’に形成された、高い信号処理性能を有する無線情報処理部６２６’と、半導体基板６３０’に形成された、高い信号処理性能を有するＣＰＵ５００ａ’とを、同一の実装基板６２０’の表裏（第１主面６２０Ａ’および第２主面６２０Ｂ’）に集積させて配置しており、比較的小型でありながら、高い情報処理精度を有している。なお、発光部６２２’、受光部６２４’、無線情報処理部６２６’、ＣＰＵ５００ａ’や記憶部５００ｂ’は、実装基板６２０’に成膜した化合物半導体層６４０’や実装基板６２０’に接合した半導体基板６３０’に形成することに限定されず、例えばそれぞれ別個の電子部品を実装基板６２０’に実装してもよい。

また、発光部６２２’、受光部６２４’、無線情報処理部６２６’、ＣＰＵ５００ａ’や記憶部５００ｂ’を、同じくサファイアを主成分とする透光性カバー基板１や背面板２の表面に形成してもよく、それぞれの機能部の詳細については特に限定されない。

図８に示す実施形態のような構成の電子機器１００を携帯して水中に潜った場合など、同時に同様の機器を携帯して水中に潜った相手に対して、例えばタッチパネル操作でテキスト情報を生成して無線（紫外光）で送信することで、この相手に自分の現在状況をリアルタイムで伝達することもできる。また、潜水しながら、地上または船上にリアルタイムで画像や動画情報を送信することもできる。また、水中でありながら、地上や船上からの指示を音声で確認することができる。また、携帯用のデバイス用途以外の電子機器にも適用することができる。例えば、有人潜水艦や無人海底探査機等の装置に装着されて、海中で相互に無線通信を行う通信装置などに適用することもできる。

《タッチパネル部分の構成》
透光性カバー基板１は、画像表示面に対向する一方主面１Ａ、および一方主面１Ａと反対の側の他方主面１Ｂを有する。透光性カバー基板１には、文字、記号、図形等の各種情報が表示される表示部分１ａが設けられている。表示部分１ａは例えば平面視で長方形を成している。透光性カバー基板１における、表示部分１ａを取り囲む周縁部分１ｂは、例えばフィルム等が貼られることによって黒色となっており、情報が表示されない非表示部
分となっている。透光性カバー基板１の内側主面には後述するタッチパネル５３が貼り付けられており、使用者は、透光性カバー基板１の他方主面１Ｂの表示部分１ａを指等で操作することによって、電子機器１００に対して各種指示を与えることができる。

電子機器１００は、上述のように、画像表示デバイス５２を内部に備えている。画像表示デバイス５２は後述する制御部５００によって制御されて、文字、記号、図形などを表す画像情報を画像表示面に表示する。

画像表示デバイス５２は、いわゆる液晶表示デバイスであって、図示しないバックライトユニットと図示しない液晶層とを有している。このバックライトユニットのＬＥＤランプとしては、主に青色ＬＥＤ素子に蛍光体が組み合わされた、白色光を発するＬＥＤランプが用いられている。画像表示デバイス５２の画像表示面に表示される画像情報は、バックライトユニットのＬＥＤランプから発せられた白色光が画像表示デバイス５２が備える液晶層を透過することで部分的に着色されることで形成されている。すなわち、ＬＥＤランプから発せられた白色光が液晶層を通過する際に、透過する光の波長範囲が部分毎に制限されることで透過光の色が変更されることで、様々な色や形をもつ文字、記号、図形などを表す画像情報が画像表示面に形成される。このように画像表示面に形成された画像情報を表す光は、透光性カバー基板１の一方主面１Ａから入射して他方主面１Ｂから出射して電子機器１００の操作者（使用者）の眼に入り、この操作者は画像情報が表す文字、記号、図形等を認識する。画像表示デバイス５２は、制御部５００によって制御されることによって、文字、記号、図形などの各種情報を画像表示面に表示する。画像表示デバイス５２に表示される情報は、透光性カバー基板１の表示部分１ａに表示されることによって、当該情報は電子機器１００の使用者に視認可能となる。

タッチパネル５３は、例えば、投影型静電量容量方式のタッチパネルであって、透光性カバー基板１の表示部分１ａに対する使用者の操作を検出する。タッチパネル５３は、透光性カバー基板１の内側主面に貼り付けられており、互いに対向配置されたシート状の２つの電極センサーを備えている。２つの電極センサーは透明粘着性シートによって貼り合わされている。

一方の電極センサーには、それぞれがＸ軸方向（例えば電子機器１００の左右方向）に沿って延在し、かつ互いに平行に配置された複数の細長いＸ電極が形成されている。他方の電極センサーには、それぞれがＹ軸方向（例えば電子機器１００の上下方向）に沿って延在し、かつ互いに平行に配置された複数の細長いＹ電極が形成されている。透光性カバー基板１の表示部分１ａに対して使用者の指が接触すると、その接触箇所の下にあるＸ電極及びＹ電極の間の静電容量が変化することによって、タッチパネル５３において透光性カバー基板１の表示部分１ａに対する操作が検出される。タッチパネル５３において生じる、Ｘ電極及びＹ電極の間の静電容量変化は制御部５００に伝達され、制御部５００は当該静電容量変化に基づいて透光性カバー基板１の表示部分１ａに対して行われた操作の内容を特定し、それに応じた動作を行う。

圧電振動素子５５は、受話音を電子機器１００の使用者に伝えるためのものである。圧電振動素子５５は、制御部５００から与えられる駆動電圧によって振動させられる。制御部５００は、受話音を示す音信号に基づいて駆動電圧を生成し、当該駆動電圧を圧電振動素子５５に印加する。圧電振動素子５５が、制御部５００によって受話音を示す音信号に基づいて振動させられることによって、電子機器１００の使用者には受話音が伝達される。このように、制御部５００は、音信号に基づいて圧電振動素子５５を振動させる駆動部として機能する。圧電振動素子５５については後で詳細に説明する。

外部スピーカ５６は、制御部５００からの電気的な音信号を音に変換して出力する。外
部スピーカ５６から出力される音は、電子機器１００の裏面１０１に設けられたスピーカ穴２０から外部に出力される。

＜圧電振動素子の詳細＞
図９および１０は、それぞれ、圧電振動素子５５の構造を示す上面図及び側面図である。図９および１０に示されるように、圧電振動素子５５は一方向に長い形状を成している。具体的には、圧電振動素子５５は、平面視で長方形の細長い板状を成している。圧電振動素子５５は、例えばバイモルフ構造を有しており、シム材５５ｃを介して互いに貼り合わされた第１圧電セラミック板５５ａ及び第２圧電セラミック板５５ｂを備えている。

圧電振動素子５５では、第１圧電セラミック板５５ａに対して正の電圧を印加し、第２圧電セラミック板５５ｂに対して負の電圧を印加すると、第１圧電セラミック板５５ａは長手方向に沿って伸び、第２圧電セラミック板５５ｂは長手方向に沿って縮むようになる。これにより、図１１に示されるように、圧電振動素子５５は、第１圧電セラミック板５５ａを外側にして山状に撓むようになる。

一方で、圧電振動素子５５では、第１圧電セラミック板５５ａに対して負の電圧を印加し、第２圧電セラミック板５５ｂに対して正の電圧を印加すると、第１圧電セラミック板５５ａは長手方向に沿って縮み、第２圧電セラミック板５５ｂは長手方向に沿って伸びるようになる。これにより、図１２に示されるように、圧電振動素子５５は、第２圧電セラミック板５５ｂを外側にして山状に撓むようになる。

圧電振動素子５５は、図１１の状態と図１２の状態とを交互にとることによって、撓み振動を行う。制御部５００は、第１圧電セラミック板５５ａと第２圧電セラミック板５５ｂとの間に、正の電圧と負の電圧とが交互に現れる交流電圧を印加することによって、圧電振動素子５５を撓み振動させる。

なお、図１０〜１２に示される圧電振動素子５５では、シム材５５ｃを間に挟んで貼り合わされた第１圧電セラミック板５５ａ及び第２圧電セラミック板５５ｂから成る構造が一つだけ設けられていたが、複数の当該構造を積層させても良い。

＜圧電振動素子の配置位置＞
図１３は、透光性カバー基板１を一方主面１Ａ側から見た際の平面図である。圧電振動素子５５は、両面テープ等の接着剤によって、透光性カバー基板１の一方主面１Ａに貼り付けられている。圧電振動素子５５は、透光性カバー基板１の一方主面１Ａにおいて、この透光性カバー基板１を一方主面１Ａ側から見た平面視で画像表示デバイス５２及びタッチパネル５３とは重ならない位置に配置されている。

＜圧電振動素子の振動による受話音の発生について＞
本実施形態では、圧電振動素子５５が透光性カバー基板１を振動させることによって、当該透光性カバー基板１から気導音及び伝導音が使用者に伝達されるようになっている。言い換えれば、圧電振動素子５５自身の振動が透光性カバー基板１に伝わることにより、当該透光性カバー基板１から気導音及び伝導音が使用者に伝達されるようになっている。

ここで、気道音とは、外耳道孔（いわゆる「耳の穴」）に入った音波（空気振動）が鼓膜を振動させることによって、人の脳で認識される音である。一方で、伝導音とは、耳介が振動させられ、その耳介の振動が鼓膜に伝わって当該鼓膜が振動することによって、人の脳で認識される音である。以下に、気導音及び伝導音について詳細に説明する。

図１４は気導音及び伝導音を説明するための図である。図１４には、電子機器１００の
使用者の耳の構造が示されている。図１４においては、波線４００は気道音が脳で認識される際の音信号（音情報）の伝導経路を示しており、実線４１０が伝導音が脳で認識される際の音信号の伝導経路を示している。

透光性カバー基板１に取り付けられた圧電振動素子５５が、受話音を示す電気的な音信号に基づいて振動させられると、透光性カバー基板１が振動して、当該透光性カバー基板１から音波が出力される。使用者が、電子機器１００を手に持って、当該電子機器１００の透光性カバー基板１を当該使用者の耳介２００に近づけると、あるいは当該電子機器１００の透光性カバー基板１を当該使用者の耳介２００に当てると、当該透光性カバー基板１から出力される音波が外耳道孔２１０に入る。透光性カバー基板１からの音波は、外耳道孔２１０内を進み、鼓膜２２０を振動させる。鼓膜２２０の振動は耳小骨２３０に伝わり、耳小骨２３０が振動する。そして、耳小骨２３０の振動は蝸牛２４０に伝わって、蝸牛２４０において電気信号に変換される。この電気信号は、聴神経２５０を通って脳に伝達され、脳において受話音が認識される。このようにして、透光性カバー基板１から使用者に対して気導音が伝達される。

また、使用者が、電子機器１００を手に持って、当該電子機器１００の透光性カバー基板１を当該使用者の耳介２００に当てると、耳介２００が、圧電振動素子５５によって振動させられている透光性カバー基板１によって振動させられる。耳介２００の振動は鼓膜２２０に伝わり、鼓膜２２０が振動する。鼓膜２２０の振動は耳小骨２３０に伝わり、耳小骨２３０が振動する。そして、耳小骨２３０の振動は蝸牛２４０に伝伝わり、蝸牛２４０において電気信号に変換される。この電気信号は、聴神経２５０を通って脳に伝達され、脳において受話音が認識される。このようにして、透光性カバー基板１から使用者に対して伝導音が伝達される。図１４では、耳介２００内部の耳介軟骨２００ａも示されている。

なお、ここでの伝導音は、骨導音（「骨伝導音」とも呼ばれる）とは異なるものである。骨導音は、頭蓋骨を振動させて、頭蓋骨の振動が直接蝸牛などの内耳を刺激することによって、人の脳で認識される音である。図１４においては、例えば下顎骨３００を振動させた場合において、骨伝導音が脳で認識される際の音信号の伝達経路を複数の円弧４２０で示している。

このように、本実施の形態に係る電子機器１００では、圧電振動素子５５が前面の透光性カバー基板１を適切に振動させることによって、透光性カバー基板１から電子機器１００の使用者に対して気導音及び伝導音を伝えることができる。本実施の形態に係る圧電振動素子５５では、使用者に対して適切に気導音及び伝導音を伝達できるように、その構造が工夫されている。使用者に対して気導音及び伝導音を伝えることができるように電子機器１００を構成することによって様々メリットが発生する。

例えば、使用者は、透光性カバー基板１を耳に当てれば音が聞こえることから、電子機器１００において耳を当てる位置をそれほど気にすることなく通話を行うことができる。

また、使用者は、周囲の騒音が大きい場合には、耳を透光性カバー基板１に強く押し当てることによって、伝導音の音量を大きくしつつ、周囲の騒音を聞こえにくくすることができる。よって、使用者は、周囲の騒音が大きい場合であっても、適切に通話を行うことができる。

また、使用者は、耳栓やイヤホンを耳に取り付けた状態であっても、透光性カバー基板１を耳（より詳細には耳介）に当てることによって、電子機器１００からの受話音を認識することができる。また、使用者は、耳にヘッドホンを取り付けた状態であっても、当該
ヘッドホンに透光性カバー基板１を当てることによって、電子機器１００からの受話音を認識することができる。

＜受話口の穴（レシーバ用の穴）について＞
携帯電話機などの電子機器では、当該電子機器の内部に設けられたレシーバ（受話用スピーカ）から出力される音を当該電子機器の外部に取り出すために、前面の透光性カバー基板１に受話口の穴があけられることがある。

本実施の形態に係る電子機器１００では、透光性カバー基板１が振動することによって受話音が発生することから、電子機器１００に受話口の穴が無くても、受話音を適切に使用者に伝えることができる。透光性カバー基板１はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶体であって、強化ガラス等とも比べて非常に硬い。さらに、各種薬品に対する耐性も非常に高い。このようなアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶体を加工して、例えが受話口の穴をあける加工を行う場合は、例えばレーザー加工装置等の高額な製造装置が必要となったり、加工に要する時間が長くなってしまい、製造コストが比較的大きくなる場合がある。本実施形態の透光性カバー基板１は受話口の穴を有さないので、この穴加工にかかるコストが生じず、電子機器１００の製造コストが小さい。また、透光性カバー基板１に受話口の穴を有さないので、透光性カバー基板１の強度が比較的高く維持されている。また、本実施の形態では、電子機器１００の表面に受話口の穴がないことから、受話口の穴から水やほこり等が入るといった問題が発生しない。よって、電子機器１００では、この問題に対する防水構造や防塵構造が不要となり、電子機器１００のさらなるコストダウンを図ることができる。

なお、上述の例では、本願発明を携帯電話機に適用する場合を例にあげて説明したが、本願発明は携帯電話機以外の電子機器にも適用することができる。例えば、本願発明は、ゲーム機、ノートパソコン、ポータブルナビゲーションシステムなどに適用することができる。また、本発明は上記各実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。

１ 透光性カバー基板
１Ａ 一方主面
１Ｂ 他方主面
５００ 制御部
５２ 画像表示デバイス
５３ タッチパネル
５５ 圧電振動素子
１００ 電子機器

Claims (10)

1. 少なくとも無線通信部を含む複数の機能部と、画像表示面を有する画像表示デバイスと、前記複数の機能部を収容する外装体とを有する電子機器であって、前記外装体は、前記画像表示面に対向する一方主面および該一方主面の反対側に位置する他方主面を有する透光性カバー基板と、前記透光性カバー基板と前記画像表示デバイスに対して反対側に配置されたケース部材とを備え、
   前記透光性カバー基板はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶体からなり、前記ケース部材がアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶体を含んで構成されていることを特徴とする電子機器。
2. 前記ケース部材は、互いに接合された少なくとも２つのサファイア部材を有して構成されていることを特徴とする請求項１記載の電子機器。
3. 前記２つのサファイア部材は、金属を主成分とする接合層を介して互いに接合されていることを特徴とする請求項２記載の電子機器。
4. 前記２つのサファイア部材は、互いに直接当接して接合していることを特徴とする請求項２記載の電子機器。
5. 前記ケース部材は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶からなる第１部材と、金属を主成分とする第２部材とを少なくとも含む複数の部材が組み合わされて構成されており、
   前記第１部材と前記第２部材とが互いに接合されていることを特徴とする請求項１記載の電子機器。
6. 前記第１部材は、前記画像表示デバイスに対して前記透光性カバー基板の反対側に配置された背面板を含むことを特徴とする請求項５記載の電子機器。
7. 前記第１部材と前記第２部材とが、金属を主成分とする接合層を介して接合されていることを特徴とする請求項５または６に記載の電子機器。
8. 前記第１部材と前記第２部材とが、直接接合されていることを特徴とする請求項５または６に記載の電子機器。
9. 前記無線通信部は、紫外光を発光する発光部を備え、前記ケース部材の前記単結晶体を通して紫外光を外装体の外部に送ることで、前記外装体の外部に情報を送信することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の電子機器。
10. 前記無線通信部は紫外光を受光する受光部を備え、前記ケース部材の前記単結晶体を通して紫外光を受光することで、前記外装体の外部から情報を受信することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の電子機器。