KR102135605B1 - 저농도의 내포물을 갖는 사파이어 덮개판을 포함하는 휴대용 전자장치 - Google Patents

Abstract

덮개판을 포함하는 전자장치가 개시되어 있다. 덮개판은 하나 또는 그 이상의 사파이어층들을 포함하는데, 상기 층들 중 적어도 하나는 저농도의 내포물들(inclusions)을 가지며, 상기 전자장치는 디스플레이 표면을 갖는 적어도 하나의 디스플레이 요소를 더 포함하고, 상기 덮개판은 상기 디스플레이 표면의 상부에 제거 가능하게 위치한 보호층이며, 상기 전자장치는 전자 미디어 플레이어, 휴대전화, 개인정보단말기, 또는 전자 노트북이다.

Description

저농도의 내포물을 갖는 사파이어 덮개판을 포함하는 휴대용 전자장치{A MOBILE ELECTRONIC DEVICE COMPRISING A SAPPHIRE COVER PLATE HAVING A LOW LEVEL OF INCLUSIONS}

관련출원의 상호참조

본 출원은 2012년 12월 27일자로 출원된 미국 임시출원 제 61/746,378 호의 우선권을 주장하며, 상기 임시출원은 여기에서는 참고로서 통합된다.

본 발명은 사파이어 덮개판을 포함하는 휴대용 전자장치에 관한 것이다.

적어도 부분적으로 투명한 디스플레이 윈도 어셈블리를 포함하는 현재 유용한 많은 형식의 휴대용 전자장치들이 존재한다. 이들은 예를 들어 미디어 플레이어, 휴대전화, 개인정보단말기(PDAs), 호출기, 태블릿, 랩탑 컴퓨터 및 노트북과 같은 휴대용 전자장치들을 포함한다. 디스플레이 스크린 어셈블리는 예를 들어 액정 디스플레이(LCD)와 같은 영상 디스플레이 층, 사용자 입력을 위한 터치 감응층, 영상 디스플레이를 보호하도록 사용되는 적어도 하나의 외부 덮개와 같은 다중 부품 층들을 포함할 것이다. 이러한 층들의 각각은 통상적으로 적층되거나 또는 함께 결합된다.

현재 사용되고 있는 많은 휴대용 전자장치는 특히 부주의한 취급 및/또는 낙하, 사용자의 포켓이나 주머니에 있는 열쇠와 같은 물품들에 의한 스크린 접촉, 또는 빈번한 터치스크린 사용과 같이 과도한 기계적 및/또는 화학적 손상을 겪고 있다. 예를 들면, 스마트폰과 PDA의 터치스크린 인터페이스가 물리적인 사용자 인터페이스에 스크래치와 피트를 야기하는 긁힘에 의해서 손상될 수 있고, 이러한 결함들은 스크린 및/또는 그 아래 놓인 부품들이 기계적인 충격이나 다른 충격 시에 균열을 야기하는 응력 집중 사이트로서 작용할 수 있다. 또한, 사용자 피부나 다른 파편으로부터 발생하는 기름은 표면을 덮을 수 있어서 장치의 질 저하를 더욱 가속화시킬 것이다. 그러한 마모와 화학적인 작용은 그 아래 놓인 전자 디스플레이 부품의 시각적 선명도를 저하시킬 수 있고, 그러므로 장치의 사용 및 흥미를 잠재적으로 방해하고 그 수명을 제한하게 된다.

휴대용 전자장치의 디스플레이 윈도의 내구성을 증가시키기 위해서 다양한 방법 및 장치들이 사용되어 왔다. 예를 들면, 중합체 피복이나 층들이 질 저하에 대한 장벽을 제공하기 위해서 터치스크린 표면에 적용될 수 있다. 그러나, 그러한 장치들은 터치스크린 감도와의 인터페이스 뿐만 아니라 그 아래 놓인 전자 디스플레이의 시각적 명확성과 인터페이스할 수 있다. 또한, 피복 재료들은 보통은 연질이므로, 이것들은 쉽게 손상을 입을 수 있어서 주기적인 교체가 필요하거나 또는 장치의 수명을 제한하게 된다.

다른 일반적인 해법은 디스플레이 윈도의 외면으로서 고도로 화학적이고 스크래치 저항성 재료를 사용하는 것이다. 예를 들면, 몇몇 휴대용 장치들의 터치 감응 스크린은 화학적으로 보강된 알칼리 규산알루미늄 유리와, 코닝(Corning)사에 의해서 시판중인 "gorilla glass"로서 언급되는 재료와 같이 향상된 경도를 위해 나트륨이온을 칼륨이온으로 이루어진 층을 포함할 것이다. 그러나, 이러한 형식의 유리도 금속 열쇠들, 모래, 자갈을 포함한 많은 경질 물질에 의해서 긁힐 수 있고, 또한 유리인 경우에는 취성 파괴되거나 파쇄되기 쉬운 것으로 판명되었다. 디스플레이 어셈블리의 외부층이나 디스플레이 윈도 위로 적용될 별도의 보호시트를 위한 재료로서 사파이어가 제안되고 사용되어 왔다. 그러나, 사파이어는 비교적 가격이 비싸고, 빛 산란, 반사, 광투과 손실에 대한 사이트로서 작용할 수 있는 결함과 불순물을 통상적으로 함유하며, 이에 의해서 장치의 디스플레이 특성을 방해하고 가시적인 이미지의 질을 저하시킨다.

그러므로, 휴대 전자장치의 디스플레이로 하여금 손상에 대해 저항할 수 있게하는 재료가 적용될 수 있는데, 투과율을 저하시키지 않고 향상된 기계적 인성 및 내 스크래치성을 제공하기 위한 물질 및 방법에 대한 개발 필요성이 해당 산업분야에 존재하고 있다.

본 발명은 적어도 하나의 투명한 디스플레이 영역을 갖는 덮개판을 포함하는 전자장치에 관한 것이다. 덮개판은 0.05mm보다 큰 크기를 갖는 내포물들을 갖지 않는 적어도 하나의 사파이어층들을 포함한다. 바람직하게는, 사파이어층은 2.0mm보다 작은 내포물들간 거리를 갖지 않으며, 또한 2.5㎠ 면적에서 2.0mm보다 작은 내포물의 전체영역을 갖는다. 전자장치는 디스플레이 표면을 갖는 적어도 하나의 디스플레이 요소를 더 포함하며, 상기 덮개판은 디스플레이 표면에 부착되거나 아니면 보호층으로서 디스플레이 표면의 상부에 제거 가능하게 위치할 수 있다.

상기 일반적인 설명과 다음의 상세한 설명은 예시적이고 단지 설명만을 위한 것이며 청구된 바와 같이 본 발명의 추가적인 설명을 제공하기 위해서 의도된 것임을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 덮개판을 포함하는 전자장치에 관한 것이며, 상기 덮개판은 저농도의 내포물들을 갖는 적어도 하나의 사파이어층을 포함한다.

본 발명의 전자장치는 덮개판이 위치한 디스플레이 요소로부터 제공된 이미지가 디스플레이되는 적어도 하나의 투명한 디스플레이 영역을 갖는 덮개판을 포함한다. 투명하지 않은 영역들이 또한 존재할 수 있는데, 특히 디스플레이의 다양한 기능적인 섹션들을 기술하기 위한 요소들 또는 경계들과 같이 장식적인 요소들이 존재할 수 있다. 전자장치는, 하기의 예로서 제한되는 것은 아니지만, mp3 플레이어, 휴대전화, 개인정보단말기(PDAs), 호출기, 랩탑 컴퓨터, 전자 노트북 또는 태블릿과 같이 음악 및/또는 비디오용 전자 미디어플레이어들을 포함한 휴대용 전자장치들과 같은 디스플레이 또는 디스플레이 요소를 포함하는 것으로 해당기술분야에 잘 알려진 것들이 될 수 있다. 상기 장치의 디스플레이 요소는 예를 들어 LCD와 같은 가시적인 디스플레이층 및 터치스크린 응용의 일부로서 터치감응층을 포함한 다중 부품 층들을 포함할 것이다. 상기 덮개판은 상기 장치의 디스플레이 요소의 디스플레이 표면에 부착될 수 있고, 디스플레이 요소의 상부 또는 그 위로 위치할 수 있고 필요에 따라서 추후에 제거할 수 있는 별도의 보호층이 될 수 있다.

본 발명은 사파이어 덮개판을 포함하는 휴대용 전자장치를 제공한다.

본 발명의 전자장치의 덮개판은 하기에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이 저농도의 내포물들을 갖는 사파이어층을 포함한다. 덮개판은 단일의 독립된 변형 사파이어 층이 되거나 또는 추가적인 사파이어 층들을 포함하여 추가적인 층들, 경도나 균열 저항성을 포함하여 개선된 기계적 성질 또는 표면 특성들과 같이 유익한 특성들을 제공할 수 있는 다른 재료들의 층들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 덮개판은 통상적으로 약 0.001미크론 내지 약 1.5미크론 범위의 두께를 갖는 반사방지 및/또는 올레포빅 코팅(oleophobic coating)을 포함한다. 그러므로, 덮개판은 예를 들어 2개~5개 층들 또는 2개~3개 층들과 같이 2개~10개 층들을 포함하는 다층 복합물이 될 수 있으며, 여기에서 적어도 하나의 층은 저농도의 내포물을 갖는 사파이어층이다. 바람직하게는, 특히 비용적인 이유로 인하여, 덮개판은 저농도의 내포물 함유 사파이어의 단일층을 포함한다.

사파이어층의 두께는 예를 들면, 전자장치의 형식과 크기, 비용, 덮개판의 원하는 특성들에 따라서 변할 수 있다. 예를 들면, 비용적인 이유로, 얇은 층들이 바람직한데, 사파이어층의 두께는 약 1mm미만, 약 0.5mm미만, 약 0.1mm미만과 같이 약 2mm미만을 포함하여 약 0.01mm 내지 약 3mm 범위와 같이 약 3mm 미만이 될 수 있다. 또한, 사파이어층은 초박형 사파이어층이 될 수 있는데, 이온주입방법을 사용하여 사파이어 도우너로부터 준비될 수 있으며 예를 들어 30미크론 이하, 25미크론 이하, 20미크론 이하, 심지어 15미크론 이하를 포함하여 50미크론 이하의 두께를 갖는다. 바람직하게도, 사파이어층은 독립형이고, 그러므로 캐리어층과는 독립적으로 취급될 수 있다.

본 발명의 전자장치의 덮개판의 전체두께는 예를 들어 층들의 개수, 전자장치의 원하는 크기와 하중을 포함한 다양한 요소들에 따라서 변할 수 있다. 일반적으로, 덮개판은 약 5mm 미만의 두께를 가지며, 바람직하게는 약 0.3mm 내지 약 3.0mm 범위의 두께를 갖는다. 그러나, 본 발명의 덮개판은 빛 손실 및 디스플레이 화면 타협에 대한 사이트로서 작용할 수 있는 저농도의 내포물들을 갖는 적어도 하나의 사파이어를 포함하며, 본 발명의 덮개판은 유리를 포함하는 덮개판 뿐만아니라 현재 유용한 사파이어를 포함하는 덮개판들보다 얇을 수 있고, 터치스크린 감도, 강성 및 강도와 같은 수준의 원하는 특성들을 달성하면서도 얇아질 수 있다. 그러므로, 예를 들면, 덮개판은 약 0.4mm 내지 약 2.5mm, 바람직하게는 약 0.5mm 내지 약 2.0mm, 더욱 바람직하게는 약 0.5mm 내지 약 1.0mm 범위를 두께를 갖는다.

본 발명에 있어서, 사파이어층들 중 적어도 하나는 저농도의 내포물들을 갖는다. 여기에서 사용된 용어 "내포물(inclusions)"은 사파이어층 내에 포함되고 빛의 산란과 반사를 야기하는 어떤 물질이나 눈에 보이는 불순물을 언급한다. 불순물들의 예는 기포, 기체, 입자들 또는 다른 눈에 보이는 물질들을 포함하며, 이들은 다양한 크기와 형상을 가질 수 있다. 내포물들은 다양한 소오스들로부터 사파이어 물질 내로 통합될 수 있지만, 일반적으로는 사파이어 제조과정에서 발생된다. 통상적으로, 현재 유용한 사파이어는 다양한 결정성장 및 응고과정들중 하나를 사용하여 준비되는데, 이것은 높은 수준의 상대적으로 큰 내포물들을 갖는다. 예를 들면, 예를 들면, 통상적으로 사파이어는 평균적으로 약 0.1mm 크기, 심지어는 평균적으로 약 0,1mm 내지 약 1.0mm 범위로 훨씬 큰 내포물들을 갖는다. 이들은 균등하게, 몇몇의 경우에는 균등하지 않게 물질 내에 분산될 수 있다. 그러므로, 내포물들 사이의 거리(여기에서는 인클루저간 거리로서 언급됨)는 변할 수 있다. 내포물들의 군집은 낮은 인클루저간 거리를 야기하고, 이것은 사파이어의 광학적 특성들에 특히 큰 영향을 갖는다.

비교하면, 본 발명의 전자장치에 사용된 덮개판의 사파이어층은 상당히 저농도의 내포물들을 갖는다. 특히, 본 발명에 따른 덮개판의 사파이어 물질은 내포물들의 전체형상에 따라서 길이나 직경방향으로 측정했을 때 0.05mm보다 큰 크기의 내포물들은 갖지 않는다. 바람직하게는, 사파이어층에 존재하는 어느 내포물들은 0.03mm보다 작거나 또는 0.025mm보다 작은 크기와 같이 0.04mm보다 작다. 또한, 바람직하게는, 사파이어층은 2.0mm보다 가까운 거리에서는 내포물들을 갖지 않으므로, 사파이어층은 2.0mm보다 작은 내포물들간 거리는 갖지 않는다. 보다 바람직하게는, 모든 내포물들간 거리는 3.0mm보다 큰 것 그리고 4.0mm보다 큰 것과 같이 2.0mm보다 크다. 또한, 사파이어층은 바람직하게는 매우 적은 수의 전체 내포물들을 갖는다. 특히, 내포물들의 전체 영역은 매우 작고, 사파이어층의 2,5㎠ 면적에서 1.0㎟ 미만 및 1.5mm보다 작은 것을 포함하여 2.00mm보다 작다. 그러므로, 사파이어층은 적은 내포물들을 가지며, 이들은 비교적 크기가 작고 사파이어층에 걸쳐서 비교적 균등하게 분포한다. 그러한 사파이어층은 현재 유용한 물질에 비해서 상당히 개선된 광학적 특성들을 가질 것으로 기대되고, 다양한 응용분야에서 유용하고, 특히 높은 광학적 능력이 관건인 전자장치용 덮개판에 특히 유용하다.

사파이어층은 바람직하게도 원하는 기계적, 물리적 및/또는 광학적 특성들을 더 갖는다. 예를 들면, 상온에서, 사파이어층은 약 800 내지 1000MPa 범위를 포함하여 적어도 약 700MPA의 굴곡강도, 약 2 내지 5MPa 범위를 포함하여 1MPa 보다 큰 파괴인성(즉, 크랙이나 스크래치를 포함하는 재료의 파괴에 저항하는 능력), 약 17 내지 약 20GPa 범위를 포함하여 약 15GPa 보다 큰 크누우프 경도, 및/또는 약 2000 내지 3000kg/m 범위를 포함하여 약 1000kg/m 보다 큰 비커스 경도를 갖는다. 영률과 같은 계수는 통상적으로 약 300~400GPa인 벌크 사파이어의 계수와 유사하며, 덮개판의 원하는 특성들(예를 들어, 터치감도)에 따라서 변할 수 있다.

덮개판의 사파이어층은 해당기술분야에 알려진 방법을 사용하여 준비될 수 있다. 예를 들면, 사파이어층은 약 2000℃ 보다 높은 온도를 포함하여 약 1000℃보다 높은 온도하의 도가니에서 알루미나와 같은 고체 공급원료를 가열 및 용융시킬 수 있는 고온 로인 결정성장장치에서 준비되는 큰 벌크 사파이어 결정으로부터 절단될 수 있고, 그 후에는 사파이어 보울(boule)과 같은 결정물질을 형성하기 위해서 용융된 공급원료 물질의 재응고를 진행한다. 바람직하게는 사파이어 본체는 열교환기법 결정성장로에서 준비되는데, 알루미나 공급원료와 적어도 하나의 단결정 사파이어 시드를 포함하는 도가니가 시드의 실질적인 용융없이 공급원료를 용융시키도록 그것의 융점 이상으로 가열되고, 도가니의 바닥과 열적으로 소통하도록 제공되고 시드 아래에 위치한 헬륨-냉각 열교환기와 같은 열교환기를 사용하여 도가니로부터 열이 제거된다. 이 방법은 때때로 보울로서 언급되는 크고 높은 품질의 사파이어 본체들을 제조하기 위해서 제공된 것이며, 그것으로부터 사파이어층들이 제거될 수 있다. 내포물들에 대한 조절은 공급원료의 순도 및/또는 공정 제어조건들을 포함하여 다양한 기술들로부터 이루어질 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 예들의 상기한 설명은 설명을 목적으로 제공된 것이다. 이것은 여기에서 설명한 정확한 형태로 본 발명을 한정하도록 의도된 것이 아니다. 변경 및 수정은 상기한 설명을 통해서 가능하거나 또는 본 발명의 실행으로부터 얻어질 수 있다. 해당 기술분야의 숙련된 당업자가 다양한 실시 예들에서 본 발명을 이용할 수 있게 하도록 본 발명의 원리들 및 그 실제적인 응용을 설명하기 위해서 상기 실시 예들이 선택되고 설명되었고, 다양한 변경들이 특정 용도에 적합하게 이루어질 수 있다. 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위 및 그 등가물들에 의해서 한정된다.

Claims (14)

1. 디스플레이 표면을 갖는 적어도 하나의 디스플레이 요소; 및
   적어도 하나의 투명한 디스플레이 영역을 갖는 상기 적어도 하나의 디스플레이 요소에 대한 덮개판을 포함하는 전자장치에 있어서,
   상기 덮개판은 0.05 mm 보다 큰 크기의 내포물들(inclusions)을 갖지 않는 적어도 하나의 사파이어층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자장치.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 사파이어층은 0.05mm보다 큰 길이의 내포물들을 갖지 않는 것을 특징으로 하는 전자장치.
   
3. 제 1 항에 있어서, 상기 사파이어층은 0.05mm보다 큰 직경의 내포물들을 갖지 않는 것을 특징으로 하는 전자장치.
   
4. 제 1 항에 있어서, 상기 사파이어층은 2.0mm보다 작은 내포물들간 거리를 갖지 않는 것을 특징으로 하는 전자장치.
   
5. 제 1 항에 있어서, 상기 사파이어층은 2.5㎠ 영역에서 2.0㎟ 보다 작은 내포물들의 전체영역을 갖는 것을 특징으로 하는 전자장치.
   
6. 제 1 항에 있어서, 상기 덮개판은 상기 디스플레이 표면에 부착된 것을 특징으로 하는 전자장치.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 덮개판은 상기 디스플레이 표면의 상부에 제거 가능하게 위치한 보호층인 것을 특징으로 하는 전자장치.
   
8. 제 1 항에 있어서, 상기 사파이어층은 결정성장로에서 응고된 사파이어를 함유하는 것을 특징으로 하는 전자장치.
   
9. 제 8 항에 있어서, 상기 결정성장로는 열교환기법 로인 것을 특징으로 하는 전자장치.
   
10. 제 1 항에 있어서, 상기 덮개판은 0.3 mm 내지 3.0 mm 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전자장치.
    
11. 제 1 항에 있어서, 상기 덮개판은 0.4 mm 내지 2.5 mm 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전자장치.
    
12. 제 1 항에 있어서, 상기 덮개판은 0.5 mm 내지 1.0 mm 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전자장치.
    
13. 제 1 항에 있어서, 상기 덮개판은 외부 반사방지층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자장치.
    
14. 제 1 항에 있어서, 상기 전자장치는 전자 미디어 플레이어, 휴대전화, 개인정보단말기, 호출기, 태블릿, 랩탑 컴퓨터 또는 전자 노트북인 것을 특징으로 하는 전자장치.