JP6470005B2

JP6470005B2 - 電子機器

Info

Publication number: JP6470005B2
Application number: JP2014198295A
Authority: JP
Inventors: 光広梶原; 幹裕梅原
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2014-09-29
Filing date: 2014-09-29
Publication date: 2019-02-13
Anticipated expiration: 2034-09-29
Also published as: JP2016071032A

Description

本発明は、スマートフォン端末やタブレット端末等の電子機器に関する。

従来から、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アルミナを主成分とする単結晶（いわゆるサファイア）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、単にアルミナを主成分とする単結晶（いわゆるサファイア）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、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶からなる板状部材を少なくとも備えて構成された、一対の主面を有する長方形状の基板部と、長方形凹状の収納部を有し、前記収納部を覆うように前記基板部が取り付けられた本体部とを有する電子機器であって、前記本体部は、前記基板部の前記主面に平行な任意の方向に沿った一方端部と他方端部とを支持して、前記一方端部と前記他方端部の中点に所定の力を加えた場合の曲がり量を表す対力曲量の大きさが異方性を有し、前記基板部の主面は前記単結晶のａ面に平行であり、前記単結晶のｃ軸に平行な方向に沿った前記本体部の前記対力曲量が、前記ｃ軸に直交する方向に沿った前記本体部の前記対力曲量よりも大きく、前記本体部の前記対力曲量が最も大きい前記収納部の長辺方向と、前記単結晶のｃ軸とが平行であることを特徴とする電子機器を提供する。また、本発明は、アルミナ（Ａｌ _２Ｏ _３）を主成分とする単結晶からなる板状部材を少なくとも備えて構成された、一対の主面を有する長方形状の基板部と、長方形凹状の収納部を有し、前記収納部を覆うように前記基板部が取り付けられた本体部と、前記収納部の長辺方向に沿って前記本体部に設けられた補強梁構造部とを有する電子機器であって、前記本体部は、前記基板部の前記主面に平行な任意の方向に沿った一方端部と他方端部とを支持して、前記一方端部と前記他方端部の中点に所定の力を加えた場合の曲がり量を表す対力曲量の大きさが異方性を有し、前記基板部の主面は前記単結晶のａ面に平行であり、前記単結晶のｃ軸に平行な方向に沿った前記本体部の前記対力曲量が、前記ｃ軸に直交する方向に沿った前記本体部の前記対力曲量よりも大きく、前記本体部の前記対力曲量が最も大きい前記収納部の短辺方向と、前記単結晶のｃ軸とが平行であることを特徴とする電子機器を提供する。

本発明に係る電子機器では、基板部に発生する割れやひびが抑制される。

本発明の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１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１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）は長辺方向に沿った側面の図であり、（ｃ）は短辺方向に沿った側面の図である。（ａ）は図１に示すスマートフォン端末の本体部の斜視図であり、（ｂ）および（ｃ）は（ａ）に示す本体部に外力を印加していった際の本体部の変形状態を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示す本体部の長辺方向に沿った側面の図であり、（ｃ）は（ａ）に示す本体部の短辺方向に沿った側面の図である。（ａ）は図４と異なる実施形態の本体部の斜視図であり、（ｂ）および（ｃ）は（ａ）に示す本体部に外力を印加していった際の本体部の変形状態を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示す本体部の長辺方向に沿った側面の図であり、（ｃ）は（ａ）に示す本体部の短辺方向に沿った側面の図である。

本発明の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１（ａ）はスマートフォン端末１の概略斜視図、図１（ｂ）はスマートフォン端末１の概略断面図である。

スマートフォン端末１は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶（以降、単にサファイアともいう）からなる板状部材を少なくとも備えて構成された、主面１１Ａを有する基板部１１と、基板部１１が取り付けられた本体部１２とを有する。本明細書では、アルミナを主成分とする単結晶（サファイア）とは、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。

基板部１１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からなる透明なサファイア基板１０と、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と、補強基板２６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タッチ入力デバイス２４とを備えて構成されている。補強基板２６とサファイア基板１０とは例えば接着剤等を介して接合している。サファイア基板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。

タッチ入力デバイス２４は、いわゆる静電容量型タッチ入力デバイスであって、基板部１１の主面１１Ａ（すなわちサファイア基板１０の主面）を入力面とし、この主面１１Ａに触れた操作者の指の位置を検出することができる。基板部１１の主面１１Ａはサファイアの表面（詳しくはサファイアの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等に比べても傷がつき難く、また割れや欠け等が発生し難い。基板部１１は
また、サファイア基板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を落下させて基板部１１に比較的大きな衝撃が加わった場合にも、割れや欠け等が発生し難い。

本体部１２は、基板部１１と接合されて基板部１１を保持するケース部材２１と、画像表示面２２Ａを備える、図示しない液晶表示パネルや光源装置を備えて構成された画像表示デバイス２２と、画像表示デバイス２２やタッチ入力デバイス２４と接続された制御部２８とを備えている。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の本体部１２には、蓄電池（バッテリー）や、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。

本実施形態のケース部材２１は、例えば繊維強化プラスチックからなる。スマートフォン端末１では、基板部１１と本体部１２とが、エポキシ樹脂を主成分とする接合層２３を介して接合されている。電子機器の各材料については特に限定されない。

図２は、図１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２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の指でサファイア基板１０の表面（主面１１Ａ）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２に示す矢印Ｓに沿った方向）の長さが比較的短くされている。一方で、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２に示す矢印Ｌに沿った方向）に沿った長さは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程度の長方形状となっている。

基板部１１ひいてはサファイア基板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程度となっている。また、本体部１２のケース部材２１も、例えば長辺方向に沿った長さを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（以降、ケース部材の縦横比ともいう）、すなわちｌ_２／ｓ_２の値は、約１．７〜２．５、好ましくは約２．０程度となっている。本実施形態のスマートフォン端末１は、基板部１１の主面１１Ａがサファイアのａ面に平行であり、サファイアのｃ軸が長辺方向と平行となっている。

図３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の変形の様子の一例を示した図であり、図３（ａ）はスマートフォン端末１の概略斜視図であり、図３（ｂ）はサファイア基板１０の長辺方向に沿った側面の図であり、図３（ｃ）はサファイア基板１０の短辺方向に沿った側面の図である。スマートフォン端末１は、基板部１１と本体部１２とを備えて構成されており、スマートフォン端末１に外力が加わった場合は、本体部１２が曲がり、サファイア基板１０も追随するように変形していく。

本実施形態では、本体部１２が、基板部１１の主面１１Ａに平行な任意の方向に沿った
一方端部と他方端部とを支持して、一方端部と他方端部の中点に所定の力を加えた場合の曲がり量を表す対力曲量の大きさが異方性を有し、基板部１１の主面１１Ａは、サファイアのａ面に平行であり、サファイアのｃ軸に平行な方向に沿った本体部１２の対力曲量が、ｃ軸に直交する方向に沿った本体部１２の対力曲量よりも大きい特徴を有している。

対力曲量とは、外力が加わった場合の実際の曲がり易さを表している。例えば図４（ａ）の斜視図および図４（ｂ）の側面の図は、本体部１２の長辺方向に沿った対力曲量Ｄ_Ｌの測定方法を示している。なお、図４では、簡略化のため、本体部１２のうちケース部材２１のみを示している。図４（ａ）に示すように、本体部１２の一方端部１３αと他方端部１３βそれぞれの下に支持部材４０を配置して本体部１２を支持した状態で、この一方端部１３αと他方端部１３βとの中点Ｃに対して上方から下向きに例えば所定（例えば７００（Ｎ））の力を加えた場合の、初期状態からの沈み深さＤ_Ｌを、長辺方向の対力曲量Ｄ_Ｌとすることができる。図４（ｃ）は、本体部１２の短辺方向に沿った対力曲量Ｄ_Ｓの測定方法を示す側面図である。長辺方向の対力曲量Ｄ_Ｌと同様、本体部１２の一方端部１４αと他方端部１４βそれぞれの下に支持部材４０を配置して本体部１２を支持した状態で、この一方端部１４αと他方端部１４βとの中点Ｃ（本実施形態では、長辺方向の場合と同じ位置）に対して上方から下向きに例えば所定（例えば７００（Ｎ））の力を加えた場合の、初期状態からの沈み深さＤ_sを、長辺方向の対力曲量Ｄ_sとすることができる。一方端部１３α、他方端部１３β、一方端部１４α、および他方端部１４βそれぞれの位置は、各端面から中央部に向かって１ｃｍ程度離れた位置に設定すればよい。端面部から１ｃｍの位置で支持できない場合などは、任意の所定の距離を設定すればよい。

また、支持部材４０の配置の面に応じて対力曲量の大きさが異なる場合など、小さい方を対力曲量として採用すればよい。例えば図４（ａ）および（ｂ）に示す図は、基体部１１が取り付けられていた側を上側にして上（基体１１の側）から外力を加えた場合の対力曲量の大きさを測定している図だが、例えば基体部１１が取り付けられていた側を下側にして上（基体１１と反対の側）から外力を加えた場合の対力曲量の大きさも測定し、測定した双方の対力曲量の大きさのうち、より大きい方（より曲がりやすい方）の対力曲量の大きさを、各方向に沿った対力曲量の大きさとして採用すればよい。

一方端部と他方端部の中点に所定の力を加えた場合の曲がり量を表す対力曲量の大きさが異方性を有するとは、基板部１１の主面１１Ａに平行な複数の任意の方向に沿った、それぞれの対力曲量の大きさが異なっていることをいう。例えば本実施形態では、長辺方向に沿った対力曲量Ｄ_Ｌと短辺方向に沿った対力曲量Ｄ_Ｓとが異なり、長辺方向に沿った対力曲量Ｄ_Ｌの方が短辺方向に沿った対力曲量Ｄ_Ｓより大きい。すなわち本実施形態では、本体部１２は、外力が加わった場合、長辺方向に沿ってより曲がり易い。

上述のとおり、本実施形態のスマートフォン端末１は、基板部１１の主面１１Ａがサファイアのａ面に平行であり、サファイアのｃ軸が長辺方向と平行となっている。すなわち、基板部１１の主面１１Ａは、サファイアのａ面に平行であり、サファイアのｃ軸に平行な方向に沿った本体部１２の対力曲量が、ｃ軸に直交する方向に沿った本体部１２の対力曲量よりも大きい。

本実施形態では、基板部１１の主面１１Ａ（サファイア基板１０の主面）がサファイアのａ面に平行であるとともに、長辺方向がサファイアのｃ軸に平行である。サファイア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の場合は、サファイアの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の抗折強度は約９６０ＭＰａであり、サファイアの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のｃ軸に平行としてサファイア基板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、基板部１１に割れやひび等が発生し難い。また、スマートフォン端末１１全体を曲がり難くしている。

スマートフォン端末１の基板部１１にサファイアからなるサファイア板１０を用い、サファイア基板１０の長辺方向および短辺方向とサファイア基板１０の結晶方位との関係を特に設定しなかった場合、本体部１２の対力曲量に対して、サファイア基板１０におけるサファイア単結晶の結晶方位が制御されずにランダムに配置された状態となってしまう。本実施形態のスマートフォン端末１では、外力が加わった場合に本体部１２が折れ曲がりやすい方向に沿って、サファイア基板１０の抗折強度が特に強くなっており、基板部１１の割れやひび等が十分に抑制される。

さらにいえば本実施形態では、この長辺方向に沿った方向は、基板部１１の主面１１Ａに平行な任意の方向のうち、本体部１２の対力曲量が最も大きい方向となっている。すなわち本実施形態では、本体部１２の対力曲量が最も大きい方向と、サファイアのｃ軸とが平行であり、基板部１１の割れやひび等が十分に抑制されている。

本体部１２の対力曲量や異方性の状態は、本体部１２の材質や断面形状や構造や、その他部材の構成等に応じて変わる。サファイアのｃ軸に平行な方向に沿った本体部１２の対力曲量が、ｃ軸に直交する方向に沿った本体部１２の対力曲量よりも大きくなるように基板部と本体部を組み合わせることで、基板部１１の割れやひび等の発生を抑制することができ、またスマートフォン端末１を曲がり難くしている。

図５は、図１〜４に示す本体部１２とは異なる実施形態の本体部１２について説明する斜視図である。図５に示す実施形態では、ケース部１２の形状が図１〜４に示す実施形態とは異なっている。図５に示す実施形態では、ケース部１２が長辺方向に沿った補強梁構造部３１を有しており、短辺方向に沿った対力曲量Ｄ_Ｓの方が長辺方向に沿った対力曲量Ｄ_Ｌより大きい。すなわち図５に示す実施形態では、本体部１２は、外力が加わった場合、短辺方向に沿ってより曲がり易い。例えば図５に示す実施形態の本体部１２に組み合わせる基板部１１としては、短辺方向をサファイアのｃ軸に平行として配置されたサファイア基板１０を有しているものを用いればよい。このように基板部１１と本体部１２とを組み合わせることで、図５に示す実施形態の本体部１２を用いたスマートフォン端末１でも、基板部１１に割れやひび等が発生し難く、スマートフォン端末１を曲がり難くしている。

上述の実施形態では、基板部１１が、サファイア基板１０と、補強基板２６と、タッチ入力デバイス２４とを備えて構成されているが、基板部１１の構成については特に限定されない。例えが、サファイア基板１０の主面に透明電極２９を形成して、サファイア基板１０の表面に直接タッチ入力デバイスを構成してもよい。また、タッチ入力デバイスとサファイア基板１０とが完全に分離できる構成とし、サファイア基板１０のみで基板部１１を構成してもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の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
１０サファイア基板
１１基板部
１１Ａ主面
１２本体部
１３α、１４α 一方端
１３β、１４β 他方端
２１ケース部材
２２画像表示デバイス２２
２４タッチ入力デバイス
２６補強基板
２８制御部

Claims

アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶からなる板状部材を少なくとも備えて構成された、一対の主面を有する長方形状の基板部と、
長方形凹状の収納部を有し、前記収納部を覆うように前記基板部が取り付けられた本体部とを有する電子機器であって、
前記本体部は、前記基板部の前記主面に平行な任意の方向に沿った一方端部と他方端部とを支持して、前記一方端部と前記他方端部の中点に所定の力を加えた場合の曲がり量を表す対力曲量の大きさが異方性を有し、
前記基板部の主面は前記単結晶のａ面に平行であり、
前記単結晶のｃ軸に平行な方向に沿った前記本体部の前記対力曲量が、前記ｃ軸に直交する方向に沿った前記本体部の前記対力曲量よりも大きく、
前記本体部の前記対力曲量が最も大きい前記収納部の長辺方向と、前記単結晶のｃ軸とが平行であることを特徴とする電子機器。
アルミナ（Ａｌ _２Ｏ _３）を主成分とする単結晶からなる板状部材を少なくとも備えて構成された、一対の主面を有する長方形状の基板部と、
長方形凹状の収納部を有し、前記収納部を覆うように前記基板部が取り付けられた本体部と、
前記収納部の長辺方向に沿って前記本体部に設けられた補強梁構造部とを有する電子機器であって、
前記本体部は、前記基板部の前記主面に平行な任意の方向に沿った一方端部と他方端部とを支持して、前記一方端部と前記他方端部の中点に所定の力を加えた場合の曲がり量を表す対力曲量の大きさが異方性を有し、
前記基板部の主面は前記単結晶のａ面に平行であり、
前記単結晶のｃ軸に平行な方向に沿った前記本体部の前記対力曲量が、前記ｃ軸に直交する方向に沿った前記本体部の前記対力曲量よりも大きく、
前記本体部の前記対力曲量が最も大きい前記収納部の短辺方向と、前記単結晶のｃ軸とが平行であることを特徴とする電子機器。
前記基板部は、前記単結晶からなる前記板状部材と、ガラス基板とを備えて構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の電子機器。
前記基板部は、前記単結晶からなる前記板状部材のみで構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の電子機器。