JP6133667B2

JP6133667B2 - 携帯型電子機器用基板、および携帯型電子機器

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Publication number: JP6133667B2
Application number: JP2013083455A
Authority: JP
Inventors: 田中　精一; 精一田中; 幹裕梅原
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2013-04-12
Filing date: 2013-04-12
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2033-04-12
Also published as: JP2014207537A

Description

本発明は、携帯型電子機器の外装の少なくとも一部に配置される携帯型電子機器用基板、および携帯型電子機器に関する。

従来より、いわゆる液晶パネルや有機ＥＬパネル等の画像表示デバイスを内蔵した、デジタルカメラや携帯電話等の携帯型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電子機器が急速に普及し始めている。

これら携帯型電子機器には、携帯型電子機器に内蔵された液晶パネルや有機ＥＬパネル等の画像表示デバイスを保護するための基板が、携帯型電子機器の外装の一部に配置されて用いられている。

この基板のうち特に画像表示デバイスの画像表示面を保護する透明基板には、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が主に用いられているが、強化ガラスからなる透明基板だけでは、比較的強い外力が加わった場合に割れやひび等が生じることがあった。例えば下記特許文献１には、外力が加わった場合の透明基板の割れやひび等を抑制するために、携帯型電子機器用基板としてサファイア単結晶からなる基板を用いることが提案されている。

特開平０９−８６９０号公報

特許文献１には携帯型電子機器として、テキストデータ等を表示するための比較的小さな画像表示デバイスや操作ボタンを備える従来の携帯電話器が例示されている。特許文献１に例示されているような従来の携帯電話器に用いられる携帯型電子機器用基板は、一辺の長さが最大で約５ｃｍ未満であり面積が比較的小さかった。

一方で、近年急速に普及しているスマートフォン端末やタブレット端末は、比較的大きな画像を表示することが求められている一方でなるべく薄いことも求められている。これにあわせ、画像表示デバイスを保護するための透明基板などの携帯型電子機器用基板も、薄くかつ面積が大きいことが求められている。すなわち、近年急速に普及しているスマートフォン端末やタブレット端末等に用いられる携帯型電子機器用基板は、従来に比べて割れ易い形状（面積が大きくかつ薄い形状）となっている。このため、スマートフォン端末やタブレット端末等に用いる携帯型電子機器用基板として単にサファイア単結晶を用いただけでは、割れやひび等の発生を十分に抑制することができなくなっていた。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、割れやひび等が発生し難い携帯型電子機器用基板および携帯型電子機器を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、携帯型電子機器の外装の少なくとも一部に配置される、サファイア単結晶からなる携帯型電子機器用基板であって、一方向に沿って長い第１主面と、該第１主面と反対側に位置する前記一方向に沿って長い第２主面とを有し、前記第１主面および前記第２主面は、サファイア単結晶のａ面に平行であるとともに前記一方向に沿った方向がサファイア単結晶のｃ軸に平行であることを特徴とする携帯型電子機器用基板を提供する。また、該携帯型電子機器用基板と、前記携帯型電子機器用基板を保持するケース部材と、前記携帯型電子機器用基板の前記第１主面に対向する画像表示面を
備える、前記携帯型電子機器用基板に保護された画像表示デバイスとを備えることを特徴とする携帯型電子機器。

また、携帯型電子機器の外装の一部に配置される、サファイア単結晶からなる携帯型電子機器用基板であって、一方向に沿って長い第１主面と、該第１主面と反対側に位置する前記一方向に沿って長い第２主面とを有し、前記第１主面および前記第２主面は、サファイア単結晶のｒ面に平行であるとともに前記一方向に沿った方向がサファイア単結晶のａ軸に直交することを特徴とする携帯型電子機器用基板を提供する。また、該携帯型電子機器用基板と、該携帯型電子機器用基板の前記第１主面に対向する画像表示面を備える、前記携帯型電子機器用基板に保護された画像表示デバイスと、前記携帯型電子機器用基板が配置された、前記携帯型電子機器用基板を保持するためのケース部材とを備えることを特徴とする携帯型電子機器を併せて提供する。

本発明に係る携帯型電子機器用基板の第１の態様では、第１主面および第２主面は一方向に沿って長い形状であり、第１主面および第２主面はサファイア単結晶のａ面に平行であるとともにこの一方向（長辺方向）がサファイア単結晶のｃ軸に平行であるので、この携帯型電子機器用基板に外力が加わった場合に曲がり易い方向に沿った抗折強度が特に強くなっており、携帯型電子機器用基板の割れやひびを十分に抑制することができる。

また、本発明に係る携帯型電子機器用基板の第２の態様では、第１主面および第２主面は一方向に沿って長い形状であり、第１主面および第２主面はサファイア単結晶のｒ面に平行であるとともに一方向（長辺方向）に沿った方向がサファイア単結晶のａ軸に直交するので、この携帯型電子機器用基板に外力が加わった場合に曲がり易い方向に沿った抗折強度が特に強くなっており、携帯型電子機器用基板の割れやひびを十分に抑制することができる。

本発明の携帯型電子機器用基板の第１の実施態様の概略斜視図である。図１に示す携帯型電子機器用基板を備える、本発明の携帯型電子機器の実施形態の１つであるスマートフォン端末について説明する図であり、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は概略断面図である。図２に示すスマートフォン端末の操作状態を示す図である。図２に示すスマートフォン端末に外力が加わった場合の、スマートフォン端末および携帯型電子機器用基板の変形の様子の一例を示した図であり、（ａ）はスマートフォン端末の概略斜視図であり、（ｂ）は携帯型電子機器用基板の長辺方向に沿った断面図であり、（ｃ）は携帯型電子機器用基板の短辺方向に沿った断面図である。（ａ）は、携帯型電子機器用基板のモデルの斜視図であり、（ｂ）および（ｃ）は（ａ）に示す状態の携帯型電子機器用基板に外力を印加していった際の携帯型電子機器用基板の変形状態を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示す携帯型電子機器用基板の長辺方向に沿った断面図であり、（ｃ）は（ａ）に示す携帯型電子機器用基板の短辺方向に沿った断面図である。本発明の携帯型電子機器用基板の第２の実施態様の概略斜視図である。図６に示す携帯型電子機器用基板を備える、本発明の携帯型電子機器の実施形態の１つであるタブレット端末について説明する図であり、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は概略断面図である。図７に示すタブレット端末に外力が加わった場合の、タブレット端末および携帯型電子機器用基板の変形の様子の一例を示した図であり、（ａ）はタブレット端末の概略斜視図であり、（ｂ）は携帯型電子機器用基板の長辺方向に沿った断面図であり、（ｃ）は携帯型電子機器用基板の短辺方向に沿った断面図である。（ａ）は、携帯型電子機器用基板のモデルの斜視図であり、（ｂ）および（ｃ）は（ａ）に示す状態の携帯型電子機器用基板に外力を印加していった際の携帯型電子機器用基板の変形状態を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示す透明基板の長辺方向に沿った断面図であり、（ｃ）は（ａ）に示す透明基板の短辺方向に沿った断面図である。本発明の携帯型電子機器の他の実施形態のスマートフォン端末について説明する図であり、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は概略断面図である。

本発明の携帯型電子機器用基板、および携帯型電子機器について図面を参照して説明する。図１は、本発明の携帯型電子機器用基板の第１の実施態様の１つである携帯型電子機器用基板１０（以降、単に透明基板１０ともいう）の概略斜視図である。また、図２は図１に示す透明基板１０を備える、本発明の携帯型電子機器の実施形態の１つであるスマートフォン端末１について説明する図であり、図２（ａ）はスマートフォン端末１の概略斜視図、図２（ｂ）はスマートフォン端末１の概略断面図である。

透明基板１０は、スマートフォン端末１の外装の一部に配置されるサファイア単結晶からなる透明な基板であって、一方向（図１に示す矢印Ｌに沿った方向。以降、長辺方向ともいう）に沿って長い第１主面１０Ａと、第１主面１０Ａと反対側に位置するこの長辺方向に沿って長い第２主面１０Ｂとを有し、第１主面１０Ａおよび第２主面１０Bは、サフ
ァイア単結晶のａ面に平行であるとともに長辺方向がサファイア単結晶のｃ軸に平行とされている。図１に示すように透明基板１０の四つのコーナー部は丸みを帯びている。サファイア単結晶とはアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）の単結晶のことをいい、本明細書では、Ａｌ_２Ｏ_３純度が約９０％以上の単結晶のことをいう。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、Ａｌ_２Ｏ_３純度は９９％以上であることが好ましい。

スマートフォン端末１は、透明基板１０を保持するケース部材２１と、透明基板１０の第１主面１０Ａに対向する画像表示面２２Ａを備える、透明基板１０に保護された画像表示デバイス２２とを備える。スマートフォン端末１はまた、透明基板１０の第１主面１０Ａに接合された、例えばアミノケイ酸ガラス等からなる強化ガラスを主成分とする透明な補強基板２６を備え、第１主面１０Ａが補強基板２６を介して画像表示面２２Ａに対向している。補強基板２６は一方の主面が透明基板１０の第１主面１０Ａと例えば接着剤等を介して接合している。補強基板２６は、第１主面１０Ａと接合している側面と反対の側の主面の周縁部の一部が、エポキシ樹脂を主成分とする接合層２７を介してケース部材２１と接合されて、ケース体２１が補強基板２６を保持している。透明基板１０の厚さは例えば約０．１〜１ｍｍ程度であり、補強基板２６の厚さは例えば約０．３〜１．５ｍｍ程度である。

ケース部材２１は例えば繊維強化プラスチックからなり、このケース部材２１と透明基板１０と補強基板２６とで外装体２０が構成されている。画像表示デバイス２２は、図示しない液晶表示パネルや光源装置を備えた画像表示デバイスであり、外装体７０の内部すなわち外装体２０によって囲まれた内部空間に配置されている。またスマートフォン端末１は、タッチ入力デバイス２４と、画像表示デバイス２２およびタッチ入力デバイス２４と接続された制御部２８とを併せて備えている。

タッチ入力デバイス２４は、補強基板２６の主面（第１主面１０Ａと接合している側面
と反対の側の主面）に形成された透明電極２９や図示しない透明絶縁層等を備えて構成された、例えばいわゆる静電容量型タッチ入力デバイスであって、透明基板１０の第２主面１０Ｂを入力面とし、この第２主面１０Ｂに触れた操作者の指の位置を検出することができる。透明基板１０の第２主面１０Ｂはサファイア単結晶の表面（詳しくはサファイア単結晶のａ面に平行な面）であり、アミノケイ酸ガラス等からなる強化ガラスに比べても傷がつき難い。スマートフォン端末１ではまた、透明基板１０に補強基板２６が接合されているので、例えばスマートフォン端末１を落下させて透明基板１０に大きな衝撃が加わった場合にも、透明基板１０のみで画像表示デバイス２２を保護している場合に比べて、透明基板１０に割れや欠け等が発生し難い。

制御部２８は図示しない半導体素子や電気回路を備えて構成されており、画像表示デバイス２２やタッチ入力デバイス２４と接続されている。制御部２８は、タッチ入力デバイス２４からの信号（操作者の指の位置を表す情報等）を受け取るとともに、受け取った情報に応じて画像表示デバイス２２の画像表示面２２Ａに表示する画像を制御する。

なお、スマートフォン端末１の外装体２０の内部には、例えばアンテナを備える図示しない送受信機、スマートフォン端末１の操作者の声を電気信号に変換する図示しないマイクロフォンデバイス、送受信機が受信した無線信号に応じた音声をリアルタイムで再生して出力するための図示しないスピーカーデバイスなど、図示しない複数のデバイスが配置されている。制御部２８はこれら図示しないデバイスとも接続しており、制御部２８がこれら図示しないデバイスの動作を制御している。

図３は、図２に示すスマートフォン端末１の操作状態を示す図である。スマートフォン端末１は、図３に示すように操作者が一方の手３１で把持して、他方の手３２の指で透明基板１０の第２主面１０Ｂに触れて操作する。スマートフォン端末１は、１つの手３１の手のひらで把持し易いように、長辺方向に垂直な短辺方向（図３に示す矢印Ｓに沿った方向）の長さが約６ｃｍと比較的短くされている。一方で、透明基板１０を介して操作者が視認できるように画像表示デバイス２２の画像表示面２２Ａに表示する画像がある程度大きくなるように、また通話時に操作者が耳にあてた場合も操作者の口から出る声を十分に受話できるように、スマートフォン端末１の長辺方向（図３に示す矢印Ｌに沿った方向）に沿った長さは約１２ｃｍとある程度長く設定されている。このようにスマートフォン端末１では、上記短辺方向に沿った長さに対する長辺方向に沿った長さの比（以降、端末の縦横比ともいう）が約２．０の長方形状となっている。透明基板１０も、例えば長辺方向に沿った長さをｌ_１、長辺方向に直交する短辺方向の長さをｓ_１とした場合、短辺方向の長さｓ_１に対する長辺方向の長さｌ_１の比（以降、透明基板の縦横比ともいう）、すなわちｌ_１／ｓ_１の値は、約１．７〜２．５、好ましくは約２．０となっている。なお、２０１２年９月から２０１３年３月までに日本国内で発売された、または発売予定であった５０種類のスマートフォン端末について調査したところ、端末の縦横比は平均で２．００、最小で１．８６、最大で２．１３であり、一般的に普及しているスマートフォン端末の透明基板の縦横比は約２．０程度である。

図４は、スマートフォン端末１に外力が加わった場合の、スマートフォン端末１および透明基板１０の変形の様子の一例を示した図であり、図４（ａ）はスマートフォン端末１の概略斜視図であり、図４（ｂ）は透明基板１０の長辺方向に沿った断面図であり、図４（ｃ）は透明基板１０の短辺方向に沿った断面図である。上述のように、スマートフォン端末１の外装体２０は、サファイア単結晶からなる透明基板１０と補強基板２６およびケース体２１とを有して構成されている。透明基板１０は、ケース体２１および補強基板２６に比べて硬くて曲がり難いので、スマートフォン端末１に外力が加わった場合は透明基板１０が最も曲がり難く、透明基板１０の変形に追随するようにケース体２１が変形していく。

スマートフォン端末１は、例えばズボンのポケットに入れて持ち運ばれるなど、操作者の身に付けて持ち運ばれることが多い。このようなスマートフォン端末１を持ち運んでいる際、例えばスマートフォン端末１をズボンのポケットに入れた状態で椅子に座ってしまう場合も多い。このような場合は、主に透明基板１０の中央部に圧力が加わって、透明基板１０が長辺方向に沿って折れ曲がるように変形し易い。

例えば図５（ａ）に示すような、第１主面１０Ａの４つの隅部に対応する領域に配置した支持部材４０で透明基板１０を支持する単純なモデルを考えてみる。図５（ａ）に示すモデルは、透明基板１０の第１主面１０Ａの側に支持部材４０が配置されたモデルである。図５（ｂ）および（ｃ）は、図５（ａ）に示す状態で透明基板１０に外力を印加した際の透明基板１０の変形状態を示す図であり、図５（ｂ）は透明基板１０の長辺方向（図５（ａ）に示す矢印Ｌに沿った方向）に沿った断面図であり、図５（ｃ）は透明基板１０の短辺方向（図５（ｃ）に示す矢印Ｓに沿った方向）に沿った断面図である。

図５（ａ）に示す状態で、第２主面１０Ｂの、透明基板１０の中心位置に対応する位置Ｐに対して図５（ｂ）および（ｃ）に示す矢印のように集中荷重をかけていった場合、図５（ｂ）に示すように長辺方向に沿って折れ曲がるように変形し易い。いったん長辺方向に沿って折れ曲がるように変形が始まると、短辺方向に沿った曲げ変形に対する断面２次モーメントは大きくなっていく。いいかえると、長辺方向に沿った変形が進むほど短辺方向に沿った折れ曲がりは生じ難くなってくる。すなわち図５（ａ）に示すモデルでは、位置Ｐに荷重をかけていった場合、短辺方向に沿っては殆ど折れ曲がらずに、長辺方向に沿って集中的に折れ曲がるように変形していく。図５では、スマートフォン端末１における透明基板１０の変形の状態の一例のみを示したが、スマートフォン端末１に用いられるような、主面の縦横比が約１．７５〜２．５と比較的大きい透明基板１０は、図５に示す例のように長辺方向Ｌに沿って折れ曲がり易い。

本実施形態では、透明基板１０の第１主面１０Ａおよび第２主面１０Ｂがサファイア単結晶のａ面に平行であるとともに、長辺方向がサファイア単結晶のｃ軸に平行である。サファイア単結晶は結晶構造に異方性をもっており、ａ面に平行な主面を有するサファイア単結晶の場合は、サファイア単結晶のｃ軸に平行な方向に沿った抗折強度が、このｃ軸に直交するｍ軸に平行な方向に沿った抗折強度よりも大きい。

抗折強度とは具体的には、ＪＩＳＲ１６０１に準拠した測定方法で測定した３点曲げ強さの値のことをいう。本願発明者がＪＩＳＲ１６０１に準拠した測定方法で測定したところ、サファイア単結晶のｃ軸に平行な方向に沿って折り曲げるような力を加えた場合のサファイア単結晶の抗折強度は約９６０ＭＰａであり、サファイア単結晶のｍ軸に平行な方向に沿って折り曲げるような力を加えた場合のサファイア単結晶の抗折強度は約４５０ＭＰａであった。すなわちスマートフォン端末１では、外力が加わった場合に折れ曲がり易い方向に沿って抗折強度がより高くなるよう、具体的には、長辺方向をサファイア単結晶のｃ軸に平行として透明基板１０を配置している。このため本実施形態では、スマートフォン端末１に外力が加わった場合でも、透明基板１０に割れやひび等が発生し難い。

スマートフォン端末１の透明基板として単にサファイア単結晶からなる透明基板１０を用い、透明基板１０の長辺方向および短辺方向と透明基板１０の結晶方位との関係を特に設定しなかった場合、透明基板１０の長辺方向および短辺方向に対して、透明基板１０におけるサファイア単結晶の結晶方位がばらばらとなってしまう。上述のように、スマートフォン端末１は端末の縦横比が約１．７５〜２．５程度と比較的大きいので、外力が加わった場合には透明基板の長辺方向に沿って折れ曲がるような力がかかり易いが、透明基板１０の長辺方向および短辺方向と透明基板１０の結晶方位との関係を特に設定しなかった場合は、この曲がり易い方向に対する結晶方位が各基板毎にばらばらとなるため、割れやひびの生じ易さが各基板毎にばらついてしまい、小さな圧力がかかった場合でも容易に割れやひびが生じてしまう場合もある。これに対して本実施形態の透明基板１０およびスマートフォン端末１では、この透明基板１０に外力が加わった場合に折れ曲がりやすい方向に沿った抗折強度が特に強くなっており、透明基板１０の割れやひび等が十分に抑制される。

図６は、本発明の携帯型電子機器用基板の第２の実施態様の１つである携帯型電子機器用基板６０（以降、単に透明基板６０ともいう）の概略斜視図である。また、図７は図６に示す透明基板６０を備える、本発明の携帯型電子機器の実施形態の１つであるタブレット端末２について説明する図であり、図７（ａ）は概略斜視図、図７（ｂ）は概略断面図である。

透明基板６０は、タブレット端末２の外装の一部に配置される、サファイア単結晶からなる透明基板であって、一方向（図６に示す矢印Ｌ´で示す方向。以降、長辺方向という）に沿って長い第１主面６０Ａと、第１主面６０Ａと反対側に位置するこの長辺方向に沿って長い第２主面６０Ｂとを有し、第１主面６０Ａおよび第２主面６０Bは、サファイア単結晶のｒ面に平行であるとともに長辺方向がサファイア単結晶のａ軸に直交している。図６に示すように透明基板６０の四つのコーナー部は丸みを帯びている。

タブレット端末２は、透明基板６０を保持するケース部材７１と、透明基板６０の第１主面６０Ａに対向する画像表示面７２Ａを備える、透明基板６０に保護された画像表示デバイス７２とを備える。タブレット端末２はまた、透明基板６０の第１主面６０Ａに接合された、例えばアミノケイ酸ガラス等からなる強化ガラスを主成分とする透明な補強基板７６を備え、第１主面６０Ａが補強基板７６を介して画像表示面７２Ａに対向している。補強基板７６は、一方の主面が透明基板６０の第１主面６０Ａと例えば接着剤等を介して接合しており、補強基板７６の、第１主面６０Ａと接合している側と反対の側の主面の周縁部の一部が、例えばエポキシ樹脂を主成分とする接合層７７を介してケース部材７１と接合している。ケース部材７１は例えば繊維強化プラスチックからなり、このケース部材７１と透明基板６０と補強基板７６とで外装体７０が構成されている。透明基板６０の厚さは約０．１〜１ｍｍ程度であり、補強基板７６の厚さは約０．３〜１．５ｍｍ程度となっている。

画像表示デバイス７２は、図示しない液晶表示パネルや光源装置を備えた公知の画像表示デバイスであり、外装体７０の内部すなわち透明基板６０と補強基板７６およびケース体７１によって囲まれた内部空間に配置されている。またタブレット端末２は、タッチ入力デバイス７４と、画像表示デバイス７２およびタッチ入力デバイス７４と接続された制御部７８とを併せて備えている。

タッチ入力デバイス７４は、補強基板７６の主面（第１主面６０Ａと接合している側と反対の側の主面）に形成された透明電極７９や図示しない透明絶縁層等を備えて構成された、いわゆる公知の静電容量型タッチ入力デバイスである。タッチ入力デバイス７４は、透明基板６０の第２主面６０Ｂを入力面とし、この第２主面６０Ｂに触れた操作者の指の位置を検出することができる。透明基板６０の第２主面６０Ｂはサファイア単結晶の表面（詳しくはサファイア単結晶のｒ面に平行な面）であり、アミノケイ酸ガラス等からなる強化ガラスに比べても傷がつき難い。また、タブレット端末２では、透明基板６０に補強基板７６が接合されているので、例えばタブレット端末２を落下させて透明基板６０に大きな衝撃が加わった場合にも、透明基板６０のみで画像表示デバイス７２を保護している場合に比べて、透明基板６０に割れや欠け等が発生し難い。

制御部７８は図示しない半導体素子や電気回路を備えて構成されており、画像表示デバイス７２やタッチ入力デバイス７４と接続されている。制御部７８は、タッチ入力デバイス７４からの信号（操作者の指の位置を表す情報等）を受け取るとともに、受け取った情報に応じて画像表示デバイス７２の動作を制御する。

なお、タブレット端末２の外装体７０の内部には、例えばアンテナを備える図示しない送受信機、タブレット端末２の操作者の声を電気信号に変換する図示しないマイクロフォンデバイス、送受信機が受信した無線信号に応じた音声をリアルタイムで再生して出力するための図示しないスピーカーデバイスなど、図示しない複数のデバイスが配置されている。制御部７８はこれら図示しないデバイスとも接続しており、制御部７８がこれら図示しないデバイスの動作を制御している。

タブレット端末２は使用者がカバン等に入れて持ち運ぶことも多く、全体の形状はいわゆるＡ４サイズ用紙やＢ５サイズ用紙と呼ばれる、ＩＳＯ２１６で規格される一般的な紙の形状に近い。具体的にはタブレット端末２では、長辺方向に垂直な短辺方向（図６および図７に示す矢印Ｓ´に沿った方向）に沿った長さに対する、長辺方向（図６および図７に示す矢印Ｌ´に沿った方向）に沿った長さの比（端末の縦横比ともいう）が約１．５程度の長方形状となっている。例えば、透明基板６０も長辺方向の長さをｌ_２、長辺方向に直交する短辺方向の長さをｓ_２とした場合、短辺方向の長さｓ_２に対する長辺方向の長さｌ_２の比（透明基板の縦横比）すなわちｌ_２／ｓ_２の値が１．０〜１．７程度であり、好ましくは約１．５程度である。より詳しくは本実施形態のタブレット端末２では、短辺方向の長さｓ_２が約１６ｃｍであり、長辺方向の長さｌ_２が約２４ｃｍであり、透明基板の縦横比ｌ_２／ｓ_２が約１．５となっている。なお、２０１３年１月から２０１３年３月までに日本国内で発売される予定の２０種類のタブレット端末について調査したところ、端末の縦横比は平均で１．５２、最小で１．３２、最大で１．６０であり、一般的に普及しているタブレット端末の透明基板の縦横比は約１．５程度であることがわかっている。

図８は、タブレット端末２に外力が加わった場合の、タブレット端末２および透明基板６０の変形の様子の一例を示した図であり、図８（ａ）はタブレット端末２の概略斜視図であり、図８（ｂ）は透明基板６０の長辺方向に沿った断面図であり、図８（ｃ）は透明基板６０の短辺方向に沿った断面図である。上述のように、タブレット端末２の外装体７０は、サファイアからなる透明基板６０と補強基板７６およびケース体７１とを有して構成されている。ケース体７１および補強基板７６に比べて透明基板６０の方が硬くて曲がり難いので、タブレット端末２に外力が加わった場合は透明基板６０が最も曲がり難く、透明基板６０の変形に追随するようにケース体７１が変形していく。

タブレット端末２は上述のようにカバン等に入れて持ち運ばれる。例えばカバンにタブレット端末２が入っている状態で、このカバンが外部から圧迫された場合など、透明基板６０の第２主面６０Ｂに荷重がかかる。

例えば図９（ａ）に示すような、第１主面６０Ａの４つの隅部に対応する領域にそれぞれ配置した支持部材９０で透明基板６０を支持する単純なモデルを考えてみる。図９（ａ）に示すモデルは、透明基板６０の第１主面６０Ａの側に支持部材９０が配置されたモデルである。図９（ｂ）および（ｃ）は、図９（ａ）に示す状態で透明基板６０に外力を印加していった際の透明基板６０の変形状態を示す図であり、図９（ｂ）は透明基板６０の長辺方向（図９（ａ）に示す矢印Ｌ´に沿った方向）に沿った断面図であり、図９（ｃ）は透明基板６０の短辺方向（図９（ｃ）に示す矢印Ｓ´に沿った方向）に沿った断面図である。

図９（ａ）に示す状態で、第２主面６０Ｂの、透明基板６０の中心位置に対応する位置
Ｑに図９（ｂ）および（ｃ）に矢印で示すように荷重をかけていった場合、長辺方向に沿った支持部材９０と位置Ｑとの距離が、短辺方向に沿った支持部材６０と位置Ｑとの距離に比べて長いので、図９（ｂ）に示すように長辺方向に沿って折れ曲がるように変形し易い。いったん長辺方向に沿って折れ曲がるような変形が始まると、短辺方向に沿った曲げ変形に対する断面２次モーメントは大きくなっていく。いいかえると、長辺方向に沿って変形すると短辺方向に沿っては比較的曲がり難い形状となる。

しかしながらタブレット端末２では、透明基板６０の縦横比が１．５程度とそれほど大きくなく、また短辺ｓ_２の長さでさえも１６ｃｍと、例えば上述のタブレット端末２における透明基板６０の長辺方向に沿った長さｌ_２（１２ｃｍ）よりも大きい。すなわちタブレット端末２では、長辺方向Ｌに沿った方向に折れ曲がり易いことに加えて、タブレット端末２の場合などに比べると、短辺方向Ｓに沿った方向にも比較的折れ曲がり易くなっている。

本実施形態では、透明基板６０の第１主面６０Ａおよび第２主面６０Ｂがサファイア単結晶のｒ面に平行であるとともに、長辺方向がサファイア単結晶のａ軸に直交する。サファイア単結晶は結晶構造に異方性をもっており、ｒ面に平行な主面を有するサファイア単結晶の場合は、サファイア単結晶のａ軸に直交する方向に沿った抗折強度が、ａ軸に平行な方向に沿った抗折強度よりも強い。具体的には、ｒ面に平行な主面を有するサファイア単結晶の場合、サファイア単結晶のａ軸に垂直な方向に沿って折り曲げるような力を加えた場合のサファイア単結晶の抗折強度は５８０ＭＰａであり、サファイア単結晶のａ軸に平行な方向に沿って折り曲げるような力を加えた場合のサファイア単結晶の抗折強度は４８０ＭＰａである。タブレット端末２では、外力が加わった場合に折れ曲がり易い方向に沿って、抗折強度がより高い結晶方位を配置している。本実施形態でもタブレット端末２に外力が加わった場合でも、透明基板１０に割れやひび等が発生し難い。

タブレット端末２では、上述のように端末の縦横比が約１．５程度とそれほど大きくないので、スマートフォン端末１の場合などに比べると短辺方向に沿った折れ曲がりも生じ易い。このため、タブレット端末２の透明基板６０としては、短辺方向に沿って折り曲げるような力を加えた場合の抗折強度の絶対値は、例えばスマートフォン端末１の場合に比べると大きい方が好ましい。本実施形態では、タブレット端末２の透明基板６０として、第１主面６０Ａおよび第２主面６０Ｂがサファイア単結晶のｒ面に平行であるとともに長方形状の長辺に沿った方向がサファイア単結晶のａ軸に垂直な基板を用いることで、長辺方向Ｌに沿って折り曲げるような力を加えた場合の抗折強度の絶対値は５８０ＭＰａと比較的小さいながらも、短辺方向Ｓに沿って折り曲げるような力を加えた場合の抗折強度の絶対値を４８０ＭＰａと比較的大きくしている。なお端末の縦横比が１．５程度のタブレット端末２の場合、透明基板６０にかかる荷重が、長辺方向に折れ曲がるような方向に集中してしまうのではなく、短辺方向に折れ曲がるような方向にも分散されるので、長辺方向に沿って折り曲げるような力を加えた場合の抗折強度の絶対値は、約５８０ＭＰａ程度と例えばスマートフォン端末１の場合に比べて小さくてもよい。

一方で、上述のスマートフォン端末１の場合は、長辺方向に沿った方向に折れ曲がるように力が集中し易いので、長辺方向に沿って折り曲げるような力を加えた場合の抗折強度の絶対値が約９６００ＭＰａと十分に大きい、第１主面１０Ａおよび第２主面１０Ｂがサファイア単結晶のａ面に平行であるとともに長辺方向がサファイア単結晶のｃ軸に平行な透明基板１０を用いている。

例えば操作者が片手で把持して操作するいわゆるスマートフォン端末に用いる透明基板など、長方形状の短辺に沿った方向の長さに対する、長方形状の長辺に沿った方向の長さの比が１．７以上〜２．５未満である透明基板には、第１の実施態様の透明基板、すなわ
ちサファイア単結晶からなる透明基板であって、第１主面および第２主面がサファイア単結晶のａ面に平行であるとともに、長辺方向がサファイア単結晶のｃ軸に平行である透明基板を用いることが好ましい。

また、例えばいわゆるタブレット端末などに用いる透明基板など、長方形状の短辺に沿った方向の長さに対する、長方形状の長辺に沿った方向の長さの比が１．０より大きくかつ１．７未満である透明基板には、第２の実施態様の透明基板、すなわちサファイア単結晶からなる透明基板であって、第１主面および第２主面がサファイア単結晶のｒ面に平行であるとともに、長辺方向がサファイア単結晶のａ軸に直交する透明基板を用いることが好ましい。

本願発明は、このように携帯型電子機器が有する形状の共通点や違いに本願発明者が着目するとともに、携帯型電子機器の形状とサファイア結晶の結晶構造との最適な関係について本願発明者が鋭意検討することでなされたものである。

図１０は、本発明の携帯型電子機器の実施形態の１つであるスマートフォン端末１００について説明する図であり、図１０（ａ）は概略斜視図、図１０（ｂ）は概略断面図である。スマートフォン端末１００は、外装の一部に配置されるサファイア単結晶からなる透明な基板として、画像表示デバイス１２２を保護する透明基板１１１のみでなく、サファイア単結晶からなる透明基板１１２〜１２６をさらに備える点で、図１に示す実施形態のスマートフォン端末１とは異なっている。スマートフォン端末１００は、画像表示デバイス２２と、タッチ入力デバイス１２４と、画像表示デバイス１２２およびタッチ入力デバイス１２４と接続された制御部１２８とを併せて備えている。

透明基板１１１は、一方向（長辺方向）に沿って長い第１主面１１１Ａと、第１主面１１１Ａの反対側に位置する、長辺方向に沿って長い第２主面１１１Ｂを有し、第１主面１１１Ａおよび第２主面１１１Bが、サファイア単結晶のａ面に平行であるとともにこの長辺方向がサファイア単結晶のｃ軸に平行とされている。透明基板１１２も、一方向（長辺方向）に沿って長い第１主面１１２Ａと、第１主面１１２Ａの反対側に位置する、長辺方向に沿って長い第２主面１１２Ｂを有し、第１主面１１２Ａおよび第２主面１１２Ｂが、サファイア単結晶のａ面に平行であるとともにこの長辺方向がサファイア単結晶のｃ軸に平行とされている。透明基板１１３〜透明基板１１６も透明基板１１２と同様、一方向（長辺方向）に沿って長い第１主面と、第１主面の反対側に位置する、長辺方向に沿って長い第２主面を有し、第１主面および第２主面が、サファイア単結晶のａ面に平行であるとともにこの長辺方向がサファイア単結晶のｃ軸に平行とされている。

透明基板１１１〜１１６のうち、画像表示デバイス１２２の側を向いた第１主面１１１Ａ〜１１６Ａそれぞれ（第１主面１１５Ａおよび第１主面１１６Ａは図示せず）には、アミノケイ酸ガラス等からなる強化ガラスである補強基板１３１〜１３６がそれぞれ接合されている（補強基板１３５および１３６は図示せず）。

透明基板１１１は、第１主面１１１Ａが補強基板１３１を介して画像表示面１２２Ａと対向している。また、補強基板１３１〜１３６のうち、補強基板１３１を除いた補強基板１３２〜１３６の内側主面（画像表示デバイス１２２の側を向いた主面）には、それぞれ着色層１４２〜１４６が被着されている（着色層１４５および１４６は図示せず）。スマートフォン端末１００を見た場合、透明基板１１１の第２主面１１１Ｂからは画像表示デバイス１２２の画像表示面１２２Ａが視認されるが、透明基板１１２〜１１６の第２主面１１２Ｂ〜１１６Ｂ（第２主面１１５Ｂおよび第２主面１１６Ｂは図示せず）それぞれからは、着色層１４２〜１４６が視認される。

補強基板１３１〜１３６は、一方の主面が透明基板１１１〜１１６の第２主面と例えば接着剤等を介して接合しており、補強基板１３１〜１３６の、第２主面と接合している側と反対の側の主面の周縁部の一部が、エポキシ樹脂を主成分とする接合層１２７を介してケース部材１２１と接合している。ケース部材１２１は例えば繊維強化プラスチックからなり、このケース部材１２１と透明基板１１１〜１１６と補強基板１３１〜１３６と着色層１４２〜１４６とで外装体が構成されている。

スマートフォン端末１００では、画像表示デバイス１２２を保護するための透明基板１１１のみでなく、画像表示デバイス１２２に対応する面以外の面に対応する部分に配置される透明基板１１２〜１２６も併せて備えているので、画像表示デバイス１２２に対応する１つの面のみでなく、画像表示デバイス１２２全体が傷がつき難く、かつ割れや欠け等が発生し難い。本実施形態では、スマートフォン端末１００の外装の一部に６枚のサファイア単結晶からなる透明基板１１１〜１１６を配置したが、サファイア単結晶からなる透明基板の数は特に限定されない。

本発明の携帯型電子機器用基板および携帯型電子機器は、上記の各実施形態に限定されるものでなく、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なってもよいのはもちろんである。

１スマートフォン端末
２タブレット端末
１０、６０携帯型電子機器用基板（透明基板）
１０Ａ、６０Ａ第１主面
１０Ｂ、６０Ｂ第２主面
２０、７０ケース部材
２２、７２画像表示デバイス
２２Ａ、７２Ａ画像表示面
２４、７４タッチ入力デバイス
２６、７６補強基板
２７、７７接合層
２８、７８制御部
４０、９０支持部材

Claims

携帯型電子機器の外装の少なくとも一部に配置される、サファイア単結晶からなる携帯型電子機器用基板であって、
一方向に沿って長い第１主面と、該第１主面と反対側に位置する前記一方向に沿って長い第２主面とを有し、
前記第１主面および前記第２主面は、サファイア単結晶のｒ面に平行であるとともに前記一方向に沿った方向がサファイア単結晶のａ軸に直交することを特徴とする携帯型電子機器用基板。
前記一方向に直交する他方向に沿った方向の長さの比が１．０より大きくかつ１．７未満であることを特徴とする請求項１記載の携帯型電子機器用基板。
請求項１または２に記載の携帯型電子機器用基板と、
該携帯型電子機器用基板を保持するケース部材と、
前記携帯型電子機器用基板の前記第１主面に対向する画像表示面を備える前記携帯型電子機器用基板に保護された画像表示デバイスとを備えることを特徴とする携帯型電子機器。
前記携帯型電子機器用基板の前記第１主面に接合された、ガラスを主成分とする透明な補強基板を備え、前記第１主面が前記補強基板を介して前記画像表示面に対向していることを特徴とする請求項３記載の携帯型電子機器。