JP6509294B2

JP6509294B2 - フレキシブルデバイス

Info

Publication number: JP6509294B2
Application number: JP2017187519A
Authority: JP
Inventors: 伍郎新美
Original assignee: NSC Co Ltd
Current assignee: NSC Co Ltd
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2019-05-08
Anticipated expiration: 2037-09-28
Also published as: JP2019061194A

Description

本発明は、筐体を屈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。）。フォルダブルデバイスは、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、フォルダブルデバイスは、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。さらに、０.１ｍｍ程度の板厚のガラス基板には、化学強化ガラスに必要な圧縮応力層の形成も困難になるという問題点があった。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もあるため、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、ヒンジ部に対応する領域に、第１の筐体部および第２の筐体部にそれぞれ対応する領域よりも厚みが薄い薄肉部を備えている。

本発明におけるカバーガラスは、フレキシブルデバイスの可動領域であるヒンジ部に相当する領域のみが薄型化されている。ヒンジ部に相当する領域以外のカバーガラスの大部分の領域は、従来のカバーガラスの板厚と同程度の板厚なので、カバーガラスの強度の低下を抑制することができる。また、ヒンジ部以外の領域は、湾曲することはないので、カバーガラスがフレキシブルデバイスの変形を阻害することはない。この構成により、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維持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接続部を配置することも可能である。可撓性接続部は、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。可撓性接続部の一例としては、ジャバラ機構が挙げられる。

また、薄肉部に透明弾性部材を充填することが好ましい。透明弾性部材を充填することにより、薄肉部の強度を向上させることができるので、薄肉部を起点にしたカバーガラスの破損を防止することができる。さらに、フレキシブルデバイスを湾曲させる際にも、透明弾性部材が変形するので、フレキシブル性を損なうことはない。また、透明弾性部材にカバーガラスと同程度の屈折率を有する樹脂を使用することでディスプレイに表示される画像の視認性を低下させることもない。

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３０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に使用されるガラス基板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。

カバーガラス１６は、使用者に露出する第１の主面２０と、第１の主面２０に対向する第２の主面２２を有している。第２の主面２２には、ヒンジ部３４に対応する領域に薄肉部３６が形成されている。薄肉部３６は、第１の筐体部３０および第２の筐体部３２に対応する領域よりも板厚が薄い溝状の領域である。薄肉部３６の板厚は、０.０５〜０.１ｍｍであることが好ましい。この薄肉部３６は、後述するエッチング処理によって形成されている。薄肉部３６の側面と第２の主面２２との接続部は、湾曲領域を含むように形成されている。接続部に湾曲領域が含まれることによって、スマートフォン１０を湾曲させた際に、接続部に応力が集中することが抑制されるので、カバーガラス１６の破損を防止することが可能になる。

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、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。また、カバーガラス１６は、湾曲領域に対応する薄肉部３６を有しているため、ヒンジシャフト４０の回転に合わせてディスプレイ１４と同様に湾曲する。薄肉部３６は、板厚が０.１ｍｍ以下のため、十分に湾曲することが可能であり、第１の筐体部３０が第２の筐体部３２に接触するまで湾曲したとしても破損するおそれは低い。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。

カバーガラス１６は、薄肉部３６が形成されることにより、スマートフォン１０の湾曲に対応しているが、薄肉部３６以外の非湾曲領域に対応する領域は、薄肉部３６よりも板厚が厚い。このため、ディスプレイ１４を好適に保護することが可能になり、落下等の衝撃が加わった際にも破損するおそれが低い。さらに、カバーガラス１６において、薄肉部３６以外の領域は、化学強化層を形成するために充分な板厚を有しているため、化学強化層の形成も容易に行うことができる。また、本発明では、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）〜図５（Ｃ）を用いて説明する。図５（Ａ）に記載のスマートフォン１００は、筐体１２１、ディスプレイ１４１およびカバーガラス１６１を備えている。なお、その他の構成は、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。

ディスプレイ１４１は、上記実施形態と同様に可撓性を有する有機ＥＬディスプレイである。カバーガラス１６１は、ジャバラ部４４に対応する領域において、第２の主面２２に薄肉部３６が形成されている。薄肉部３６の構成は、上記の実施形態と同一であるため、詳細な説明を省略する。本実施形態では、図５（Ｃ）に示すように、薄肉部３６の内部に透明弾性体３８が配置されている。透明弾性体３８は、弾性変形可能な樹脂であり、かつ、ディスプレイ１４１に表示される画像の視認性に影響を及ぼさない程度の透明性を有する。このため、透明弾性体３８は、カバーガラス１６１と同程度の屈折率を有することが好ましく、例えば、アクリル系樹脂材やポリオレフィン系樹脂材を使用することができる。

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１４１およびカバーガラス１６１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１６１は、薄肉部３６が形成されている領域のみが湾曲する。カバーガラス１６１は、透明弾性体３８が薄肉部３６に充填されているため、薄肉部３６の強度が向上し、湾曲時にカバーガラス１６１が破損しにくくなっている。なお、湾曲時には透明弾性体３８も弾性変形するので、カバーガラス１６１の変形が阻害されることはない。

なお、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、カバーガラスには、湾曲部に対応する領域に薄肉部を形成すれば良い。

なお、本発明に係るカバーガラスに形成される薄肉部は、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（Ｄ）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剥離工程を含んでいる。保護工程は、カバーガラスとなるガラス母材５０の主表面に耐エッチング性を有する保護材５２を被覆する工程である（図６（Ａ）参照。）。保護材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を使用することができる。パターニング工程は、薄肉部に対応する領域に被覆された保護材５２を除去する工程である（図６（Ｂ）参照。）。保護材５２の除去は、例えばレーザ装置を用いて行うことができる。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い、薄肉部３６を形成する工程である（図６（Ｃ）参照。）。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。剥離工程は、ガラス母材５０から保護材５２を除去する工程である（図６（Ｄ）参照。）。保護材５２の除去は、例えば、物理的な力を保護材５２に加えることで行うことができる。なお、薄肉部３６に透明弾性体３８を充填する際は、剥離工程の後に、シリンジ等を利用して薄肉部３６内に樹脂剤を充填すれば良い。

薄肉部３６をエッチング処理で形成することにより、機械加工で形成した場合と比較して、薄肉部３６に細かな傷が発生することはなく、薄肉部３６の強度が向上する。また、薄肉部３６とガラス母材５０の主面との接続部に、湾曲面が形成される。エッチング処理によって湾曲面を形成することにより、カバーガラスの湾曲時に接続部を起点としたカバーガラスの破損を防止することができる。なお、カバーガラスの製造効率を上げるために、複数のカバーガラスが面取された大型のガラス母材を使用しても良い。

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の主面
２２‐第２の主面
３０‐第１の筐体部
３２‐第２の筐体部
３４‐ヒンジ部
３６‐薄肉部
３８‐透明弾性体
４０‐ヒンジシャフト
４４‐ジャバラ部

Claims

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、前記ヒンジ部に対応する領域のみに、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領域よりも厚みが薄い１つの薄肉部を備えており、
前記薄肉部と前記カバーガラスの主面との接続部が湾曲していることを特徴とするフレキシブルデバイス。
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可撓性接続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、前記可撓性接続部に対応する領域のみに、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領域よりも厚みが薄い１つの薄肉部を備えており、
前記薄肉部と前記カバーガラスの主面との接続部が湾曲していることを特徴とするフレキシブルデバイス。
前記薄肉部に、透明弾性部材が充填されていることを特徴とする請求項１または２に記載のフレキシブルデバイス。