JP2019186786A - フレキシブルデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】強度の低下が抑制されたカバーガラスを備えたフレキシブルデバイスを提供する。【解決手段】スマートフォン１０は、筐体１２、ディスプレイ１４およびカバーガラス１６を少なくとも備えている。筐体１２は、第１の筐体部３０と、第２の筐体部３２と、第１の筐体部３０および第２の筐体部３２を回転可能に支持するヒンジ部３４とを少なくとも有している。ディスプレイ１４は、筐体１２に装着された可撓性を有するディスプレイである。カバーガラス１６は、フレキシブルディスプレイ１４上に配置されており、第１のガラス部２０、第２のガラス部２２およびフレキシブル接続部２４を備えている。第１のガラス部２０、第２のガラス部２２およびフレキシブル接続部２４は、それぞれ第１の筐体部３０、第２の筐体部３２およびヒンジ部３４に対応する位置に設けられており、フレキシブル接続部２４は、透明性を有している。【選択図】図４

Description

本発明は、筐体を湾曲させることが可能なフレキシブルデバイスに関する。

タッチパネルを利用したスマートフォン等の携帯用電子デバイスは、幅広い分野で利用されている。このような電子デバイスは、タッチパネルだけではなく、画像を表示するためのディスプレイや、タッチパネルとディスプレイを保護するためのカバーガラスを有している。近年では、デザイン面での差別化を図るために、ディスプレイやカバーガラスの形状に特徴のあるデバイスも多く存在する。

その中でも、フレキシブル性を有する電子デバイスが盛んに検討され始めている。フレキシブルデバイスの中には、デバイスの一部に湾曲部を含むものと、折り畳みが可能な程度のフレキシブル性を有するものとに大別することができる。後者は、特にフォルダブルデバイスと呼ばれることもある（例えば、特許文献１参照）。フレキシブルデバイスは、従来のスマートフォンよりも大きな操作領域を有しているため、操作性が向上する。また、持ち運び時には、折り畳むことができるので、携帯性が損なわれることがない。さらに、デバイスの各構成要素も薄型化されているため、デバイス自体も軽量化を図ることが可能となる。

特開２０１４-１６１００９号公報

ところが、このようなフレキシブルデバイスは、各構成要素が湾曲可能な程度に薄型化されている必要があるため、強度が低下するといった問題があった。特に、使用者がタッチ操作を行うカバーガラスは、薄型化による強度の低下の影響を受けやすい。従来のカバーガラスは、板厚が０.５ｍｍ程度あったため、落下等の衝撃からディスプレイを保護することができた。しかし、ガラス基板を湾曲させるためには、およそ０.１ｍｍ以下まで薄型化する必要があるが、ガラス基板の強度は、板厚に大きく依存している。このため、湾曲可能なまでに薄型化されたガラス基板は、強度が極端に低下しており、従来のフレキシブルデバイスでは、カバーガラスが破損するおそれが高かった。

また、０.１ｍｍ程度の板厚のガラス基板では、圧縮応力層を形成することが難しい。圧縮応力層を形成したとしても、圧縮応力層の厚さが制限されるため、カバーガラスに必要な強度を達成することが困難であった。

また、カバーガラスの代わりに樹脂製の透明カバー部材を配置するという構成もあるが、樹脂材料はガラス基板と比較すると、質感が劣るといった課題があるため、積極的に採用されることは少なかった。

本発明の目的は、強度の低下が抑制されたカバーガラスを備えたフレキシブルデバイスを提供することである。

本発明に係るフレキシブルデバイスは、筐体、フレキシブルディスプレイおよびカバーガラスを少なくとも備えている。筐体は、第１の筐体部と、第２の筐体部と、第１の筐体部および第２の筐体部を回転可能に支持するヒンジ部とを少なくとも有している。フレキシブルディスプレイは、筐体に装着された可撓性を有するディスプレイである。カバーガラスは、フレキシブルディスプレイ上に配置されており、第１のガラス部、第２のガラス部および透明性を有するフレキシブル接続部を備えている。第１のガラス部、第２のガラス部およびフレキシブル接続部は、それぞれ第１の筐体部、第２の筐体部およびヒンジ部に対応する位置に設けられている。

フレキシブルデバイスに配置されたカバーガラスはヒンジ部の回転に応じて、フレキシブル接続部が変形することによって湾曲する。フレキシブル接続部は、例えば、透明樹脂剤等で構成されており、デバイスの変形に応じて弾性変形する。また、透明材料で構成されているので、ディスプレイの視認性に影響を及ぼすこともない。この際、第１のガラス部および第２のガラス部は、非湾曲領域であるため、従来のカバーガラスの板厚と同程度の板厚を維持することが可能になり、カバーガラスの強度を低下させることなく、デバイスのフレキシブル性を確保することが可能になる。

また、ヒンジ部の代わりに、第１の筐体部および第２の筐体部の間に可撓性部材を配置することも可能である。可撓性部材は、フレキシブルデバイスの変形に追従して変形するので、ヒンジ機構と同様にフレキシブルデバイスを湾曲させることが可能となる。可撓性部材の一例としては、ジャバラ機構が挙げられる。この場合も、可撓性部材の変形に応じてフレキシブル接続部が弾性変形する。

また、フレキシブル接続部に接する第１のガラス部と第２のガラス部の端面は、リブ部を有することが好ましい。リブ部が形成されることによって、アンカー効果でガラス部とフレキシブル接続部の密着強度が高まり、フレキシブル接続部が変形しても、ガラス部とフレキシブル接続部が分離するおそれが軽減される。

本発明によれば、強度の低下が抑制されたカバーガラスを備えたフレキシブルデバイスを提供することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るスマートフォンを示す図である。 スマートフォンの構成を示す図である。 カバーガラスの構成を示す図である。 スマートフォンの湾曲時の構成を示す図である。 スマートフォンの他の実施形態を示す図である。 カバーガラスの製造方法を示す図である。

ここから、図面を用いて本発明の一実施形態について説明する。図１および図２は、本発明の一実施形態に係るスマートフォン１０を示す図である。スマートフォン１０は、筐体１２、ディスプレイ１４およびカバーガラス１６を少なくとも備えている。

筐体１２は、スマートフォン１０の構成部品を収容するように構成された箱状部材である。筐体１２は、第１の筐体部３０、第２の筐体部３２およびヒンジ部３４を有している。第１の筐体部３０および第２の筐体部３２は、剛性を有する樹脂材や金属部材で構成される。第１の筐体部３０および第２の筐体部３２は、それぞれ凹状の収容部１８を有しており、収容部１８の内部にはバッテリ、プリント基板、通信モジュール、カメラユニット等の電子部材が配置されている。

ヒンジ部３４は、第１の筐体部３０および第２の筐体部３２の間に配置されており、第１の筐体部３０および第２の筐体部３２を接続するように構成される。ヒンジ部３４は、ヒンジシャフト４０を有している。ヒンジシャフト４０は、第１の筐体部３０および第２の筐体部３２をそれぞれ係止し、かつ、回転可能に支持するように構成される。

ディスプレイ１４は、筐体１２の上面部に固定されており、ヒンジ部３４に対応する領域を含むスマートフォン１０の一方の主面全域において画像を表示するように構成される。ディスプレイ１４は、可撓性を有していれば、特に制限はない。ディスプレイ１４の具体例としては、有機ＥＬディスプレイを挙げることができる。有機ＥＬディスプレイは、ポリイミド等の透明樹脂基板を使用しているため、フレキシブル性を有している。また、液晶ディスプレイを使用する場合は、あらかじめ０.１ｍｍ程度まで板厚が薄型化されたもの使用すれば良い。液晶ディスプレイの薄型化は、ウェットエッチング等の薄型化によって行われる。また、ディスプレイ１４は、使用者からのタッチ操作を検出するためのタッチパネル機能も有しており、使用者からのタッチ操作を検知することができる。なお、タッチパネルとディスプレイを一体化する構成以外にも別途タッチパネルを配置しても良い。

カバーガラス１６は、ディスプレイ１４の上部に配置されており、ディスプレイ１４を衝撃等から保護するように構成される。カバーガラス１６は、第１のガラス部２０、第２のガラス部２２およびフレキシブル接続部２４を備えている。第１のガラス部２０、第２のガラス部２２およびフレキシブル接続部２４は、それぞれ、第１の筐体部３０、第２の筐体部３２およびヒンジ部３４に対応する位置に設けられる。

第１のガラス部２０および第２のガラス部２２は、ガラス部材で構成されている。第１のガラス部２０および第２のガラス部２２に使用されるガラス部材としてはアルミノシリケートガラスが好ましいが、特に限定はされず、ソーダガラスや無アルカリガラスを使用しても良い。カバーガラス１６の板厚は、０.３〜１.０ｍｍ程度であることが好ましい。また、必要に応じて、圧縮応力層が形成されても良く、圧縮応力層は公知のイオン交換法によって形成することができ、形成される圧縮応力層の厚みは５〜１００μｍの範囲で調整される。

フレキシブル接続部２４は、透明材料で構成されており、第１のガラス部２０および第２のガラス部２２を接続するように構成される。フレキシブル接続部２４は、第１のガラス部２０および第２のガラス部２２と同じ光学特性を有する材料を選択することで、ディスプレイ１４の視認性に影響を及ぼすおそれを軽減できる。フレキシブル接続部２４としては、アクリル系樹脂剤やポリオレフィン系樹脂剤を使用することが可能である。

フレキシブル接続部２４と接続する第１のガラス部２０および第２のガラス部２２の端面は、図３（Ｂ）に示すように、ヒンジシャフト４０の軸方向に沿って形成されるリブ部２６を有している。リブ部２６が形成されることによって、フレキシブル接続部２４と第１のガラス部２０または第２のガラス部２２の密着力が高まり、フレキシブル接続部２４の変形時にも第１のガラス部２０または第２のガラス部２２と分離するおそれが軽減される。

ここから、スマートフォン１０の変形機構について図４（Ａ）〜図４（Ｃ）を用いて説明する。図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、スマートフォン１０の概略断面図である。スマートフォン１０は、何も外力が加わっていない通常の状態であれば、図４（Ａ）に示すように、フラットな形状を呈している。スマートフォン１０は、第１の筐体部３０に対して、図４（Ｂ）にて示す矢印方向に外部から力を加えることで、ヒンジ部３４を起点に第１の筐体部３０を第２の筐体部３２の方向に折り曲げることができる。この際、第１の筐体部３０および第２の筐体部３２は、剛性部材で構成されているため、湾曲することはないが、ディスプレイ１４は、可撓性を有しているため、ヒンジシャフト４０が回転することより湾曲する。

カバーガラス１６は、湾曲領域に対応するフレキシブル接続部２４がヒンジシャフト４０の回転に合わせてディスプレイ１４と同様に弾性変形する。フレキシブル接続部２４は、可撓性材料で構成されるため、第１のガラス部２０と第２のガラス部２２の主面同士が接触するまでスマートフォン１０を湾曲したとしても破損するおそれはない。なお、第１の筐体部３０に加えられた力が取り除かれると、スマートフォン１０は、図４（Ａ）に示すような平面形状となる。

フレキシブル接続部２４を有することにより、スマートフォン１０の湾曲に対応して、カバーガラス１６も変形することが可能になる。また、第１のガラス部２０と第２のガラス部２２は、非湾曲領域であるため、ディスプレイ１４等を保護するために充分な板厚を保つことができる。さらに、少なくとも０.３ｍｍ程度の板厚があれば、化学強化層を形成することも可能であるため、カバーガラス１６の強度をさらに向上させることができる。このため、カバーガラス１６に衝撃が加わった際にも破損するおそれが低く、好適にスマートフォン１０を保護することができる。なお、本実施形態では、カバーガラス１６が重なり合う方向にスマートフォン１０を湾曲させているが、ヒンジ部３４の構造によっては、反対方向に湾曲させることも可能である。

ここから、本発明の他の実施形態について図５（Ａ）および図５（Ｂ）を用いて説明する。図５（Ａ）に示すスマートフォン１００は、筐体１２１、ディスプレイ１４およびカバーガラス１６を備えている。ディスプレイ１４およびカバーガラス１６の構成は、上記の実施形態と実質的に同一であるため、詳細な説明は省略する。

筐体１２１は、第１の筐体部３０、第２の筐体部３２およびジャバラ部４４を備えている。第１の筐体部３０および第２の筐体部３２は、上記実施形態と同一の構成である。ジャバラ部４４は、第１の筐体部３０および第２の筐体部３２に配置される。ジャバラ部４４は、可撓性を有するジャバラ部材であり、第１の筐体部３０および第２の筐体部３２を接続するように構成される。ジャバラ部４４は、スマートフォン１００を折り曲げた際に屈曲するように構成される。ジャバラ部４４は、可撓性を有するジャバラ部材であれば特に制限はないが、スマートフォン１００のデザイン性を考慮すると、第１の筐体部３０および第２の筐体部３２と同一の素材で構成されることが好ましい。

スマートフォン１００は、第１の筐体部３０または第２の筐体部３２に外部から力を加えることによってジャバラ部４４が変形し、図５（Ｂ）に示すように屈曲することが可能となる。この際、ディスプレイ１４およびカバーガラス１６もジャバラ部４４と同様に湾曲するように構成される。カバーガラス１６は、ジャバラ部４４に対応する位置にフレキシブル接続部２４を備えているため、ジャバラ部４４の変形に応じて、カバーガラス１６も変形する。

本実施形態では、ジャバラ部４４を用いて第１の筐体部３０および第２の筐体部３２を接続していたが、可撓性を有する部材であれば特に制限はない。例えば、シリコーンや弾性発泡体等で第１の筐体部３０および第２の筐体部３２を接続すれば、ジャバラ部４４と同等にスマートフォン１００を屈曲させることが可能となる。また、フレキシブルデバイスにおける湾曲部は、１つには限定されず、複数設けても良い。その場合、筐体１２には、湾曲部に対応する領域にヒンジ機構や可撓性部材を配置し、カバーガラス１６には、湾曲部に対応する領域にフレキシブル接続部２４を形成すれば良い。

なお、本発明に係るカバーガラスは、エッチング処理によって製造することが好ましい。ここから、図６（Ａ）〜図６（Ｅ）を用いてカバーガラスの製造方法の一例を説明する。カバーガラスの製造方法は、少なくとも保護工程、パターニング工程、エッチング工程および樹脂充填工程を含んでいる。

保護工程は、カバーガラス１６となるガラス母材５０の主表面に耐エッチング性を有する保護フィルム５２を貼り付ける工程である。保護フィルム５２としては、エッチング液に使用されるフッ酸に耐性を有するフィルムであれば、特に制限はない。

パターニング工程は、フレキシブル接続部２４を形成する領域に被覆された保護フィルム５２を除去し、開口部を形成する工程である（図６（Ａ）参照）。保護フィルム５２の除去は、例えばレーザ装置を用いることができる。本実施形態では、ガラス母材５０に過度なダメージを与えないように、ピコ秒のパルスレーザを使用した。

エッチング工程は、少なくともフッ酸を含むエッチング液をガラス母材５０に接触させることで、エッチング処理を行う。エッチング処理は、例えば、エッチング液にガラス母材５０を浸漬する方式やガラス母材５０にエッチング液を噴射する方式を採用することができる。エッチング処理により、開口部においてガラス母材５０の両主面から板厚方向の中央部に向かって凹部が形成される。

ここで、開口部において、貫通領域が形成される前にエッチング処理を中断し、一方の主面に被覆された保護フィルム５２を剥離し、新たな保護フィルム５２を貼り付ける（図６（Ｂ）参照）。その後、再び、図６（Ｃ）に示すように、ガラス母材５０をエッチングし、開口部においてガラス母材５０が板厚方向に完全に貫通するまでエッチングされる。

エッチング処理は、板厚方向に進行すると同時に、板厚方向と垂直方向にも進行するため、エッチング処理された端面の板厚方向の中央部において、リブ部２６が形成される。リブ部２６は、貫通領域の長さ方向に沿って形成されており、フレキシブル接続部を構成する樹脂剤とガラス基板の密着力を向上させることを可能にしている。

また、エッチング処理により、第１のガラス部２０および第２のガラス部２２の主面と端面の接続部が丸みを帯びた形状にすることができる。このような形状に形成されることにより、フレキシブル接続部の密着性をさらに向上させることができる。

樹脂充填工程は、エッチング処理で形成された貫通領域に樹脂剤５６を充填し、フレキシブル接続部を設ける工程である。樹脂剤５６は、貫通領域の一方の開口部が保護フィルム５２によって塞がれているので、容易に充填することが可能である。また、ガラス母材５０の主面と樹脂剤５６の主面を同一面に揃えることも容易になる。充填剤５６は、シリンジ等を用いて充填すれば良い。

ガラス母材５０と樹脂剤５６は、透明光学接着剤を使用して接着することが可能である。樹脂剤５６を塗布する前に、ガラス母材５０の端面に接着剤を塗布することにより、好適に接合することが可能である。透明光学接着剤の一例としては、アクリル系接着剤やシリコン系接着剤が挙げられる。

その後、ガラス母材５０から保護フィルム５２を剥離したり、ガラス母材５０を所望の形状に切断したりすることによって、カバーガラス１６を得ることができる。ガラス母材５０の切断は、スクライブブレークやレーザ装置によって行うことができる。なお、カバーガラス１６の製造方法は、これには限定されないが、リブ部２６を形成するためには、エッチング処理を用いることが好ましい。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０‐スマートフォン
１２‐筐体
１４‐ディスプレイ
１６‐カバーガラス
１８‐収容部
２０‐第１のガラス部
２２‐第２のガラス部
２４‐フレキシブル接続部
３０‐第１の筐体部
３２‐第２の筐体部
３４‐ヒンジ部
４０‐ヒンジシャフト
４４‐ジャバラ部

Claims (3)

1. 第１の筐体部と、第２の筐体部と、前記第１の筐体部および前記第２の筐体部を回転可能に支持するヒンジ部とを少なくとも有する筐体と、
   前記筐体に装着されたフレキシブルディスプレイと、
   前記フレキシブルディスプレイ上に配置されたカバーガラスと、
   を少なくとも備えたフレキシブルデバイスであって、
   前記カバーガラスは、前記第１の筐体部および前記第２の筐体部にそれぞれ対応する第１のガラス部および第２のガラス部と、
   前記ヒンジ部に対応し、前記第１のガラス部と前記第２のガラス部を接続する透明性を有するフレキシブル接続部と、
   を備えることを特徴とするフレキシブルデバイス。
2. 第１の筐体部と、第２の筐体部と、前記第１の筐体部および前記第２の筐体部の間に配置されたフレキシブル部材とを少なくとも有する筐体と、
   前記筐体に装着されたフレキシブルディスプレイと、
   前記フレキシブルディスプレイ上に配置されたカバーガラスと、
   を少なくとも備えたフレキシブルデバイスであって、
   前記カバーガラスは、前記第１の筐体部および前記第２の筐体部にそれぞれ対応する第１のガラス部および第２のガラス部と、
   前記フレキシブル部材に対応し、前記第１のガラス部と前記第２のガラス部を接続する透明性を有するフレキシブル接続部と、
   を備えることを特徴とするフレキシブルデバイス。
3. 前記フレキシブル接続部に接する前記第１のガラス部と前記第２のガラス部の端面は、リブ部を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフレキシブルデバイス。

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