WO2015098572A1 - 電子機器 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an electronic device.
- Patent Document 1 discloses a technique related to such a so-called smartphone terminal.
- so-called tempered glass made of aminosilicate glass, a case member made of a resin material, or the like is used for the exterior body of these portable electronic devices.
- the exterior body of the electronic device having a wireless communication part is hard to break when an impact is applied from the outside, heat dissipation is high and the heat generated from the internal electronic circuit provided in the electronic device is easily released to the outside,
- characteristics such as low loss of electromagnetic waves for wireless communication.
- metal is difficult to break and has high heat dissipation, while shielding electromagnetic waves.
- Resins and the like also have a relatively large electromagnetic wave loss, are relatively easy to break, and have a relatively low heat dissipation.
- an exterior body that satisfies the above-described characteristics used in electronic devices at a high level at the same time has not been obtained.
- the present invention is an electronic apparatus having a plurality of functional units including at least a wireless communication unit, an image display device having an image display surface, and an exterior body that accommodates the plurality of functional units.
- a translucent cover substrate having one main surface facing the image display surface and the other main surface located on the opposite side of the one main surface; on the opposite side of the translucent cover substrate and the image display device
- the translucent cover substrate is made of a single crystal mainly composed of alumina (Al 2 O 3 ), and the case member is mainly composed of alumina (Al 2 O 3 ).
- an electronic device including a single crystal body.
- the present invention in an electronic device, it is difficult to crack when an impact is applied from the outside, heat dissipation is high, and heat generated from an internal electronic circuit provided in the electronic device is easily released to the outside, and for wireless communication.
- the loss of electromagnetic waves can be reduced.
- FIG. 10 is a schematic diagram for explaining another embodiment of the mounting body, where (a) is a plan view and (b) is a cross-sectional view taken along line X-X ′ shown in (a).
- the electronic device 100 is a so-called smartphone terminal, for example.
- the electronic device 100 includes a control unit 500, a wireless communication unit 510, an image display device 52, a touch panel 53, a piezoelectric vibration element 55, a microphone 57, an imaging unit 58, and a battery 59 as functional units.
- the functional units are not limited to the illustrated units, and other plural types of devices may be incorporated.
- the electronic device 100 is an electronic device that includes a plurality of functional units including at least the wireless communication unit 510 and an exterior body 4 that houses the plurality of functional units.
- the exterior body 4 includes a translucent cover substrate 1 having one main surface 1A facing the image display surface of the image display device 52 and the other main surface 1B located on the opposite side of the one main surface 1A, and the image display device 52.
- a translucent cover substrate 1 and a case member 9 disposed on the opposite side are provided.
- the translucent cover substrate 1 is made of a single crystal mainly composed of alumina (Al 2 O 3 ). but it is configured to include a single crystal body mainly composed of alumina (Al 2 O 3).
- the wireless communication unit 510 can receive and transmit electromagnetic waves through a portion made of a single crystal mainly composed of alumina (Al 2 O 3 ).
- a single crystal mainly composed of alumina (Al 2 O 3 ) is also simply referred to as sapphire.
- the case member 9 is configured to have at least two sapphire members joined to each other.
- a case member 9 shown in FIG. 1 includes a back plate 2 and a frame 3, and the back plate 2 and the frame 3 are made of a single crystal containing alumina (Al 2 O 3 ) as a main component.
- the translucent cover substrate 1 and the back plate 2 are substantially rectangular substrates in plan view.
- the translucent cover substrate 1, the back plate 2, and the frame body 3 constitute an exterior body 4 by being combined.
- Sapphire has high mechanical strength, is hardly scratched, and has relatively high thermal conductivity.
- the case member 9 in which the back plate 2 and the frame 3 are both made of sapphire has high mechanical strength, is hardly scratched, and has high thermal conductivity and thus high heat dissipation.
- the back plate 2 and the frame 3 are both made of the same material (sapphire), the case member 9 is unlikely to generate thermal stress or the like when each functional unit constituting the electronic device 100 generates heat.
- a single crystal containing alumina (Al 2 O 3 ) as a main component is generally called sapphire, and is less likely to be scratched and hard to break than tempered glass.
- a single crystal body mainly composed of alumina (Al 2 O 3 ) is also simply referred to as sapphire.
- the Al 2 O 3 purity (content) of sapphire constituting the exterior body is 99% by mass or more from the viewpoint that scratches are less likely to be generated and cracks and chips are more reliably suppressed.
- the two sapphire members are bonded to each other through a bonding layer containing metal as a main component.
- the back plate 2 and the frame 3 constituting the case member 9, and the frame 3 and the translucent cover substrate 1 constituting the case member 9 are mainly made of metal formed by so-called metallization bonding, for example. Bonded via a bonding layer as a component.
- the airtightness of the electronic device can be improved as compared with a case where members made of sapphire are attached to each other with a double-sided tape or an adhesive.
- the electronic device 100 has high waterproof performance, for example.
- a metallized layer is formed on the surface of each joined part of the translucent cover substrate 1 and the frame 3, and a metal plating layer is formed on the surface of the formed metallized layer.
- the brazing material is disposed so that the joining portions of the translucent cover substrate 1 and the frame 3 face each other and sandwiched between the respective plating layers, and the whole is heated to melt the brazing material. It only has to solidify.
- a metallized layer mainly composed of, for example, Mo—Mn, W—Mn, Cu—Ti, Ag—Cu—Ti, or the like is formed on the surface of each joint portion between the translucent cover substrate 1 and the frame 3.
- a nickel (Ni) plating layer is deposited on the surface. More specifically, for example, a metal paste obtained by mixing an organic binder and a solvent with Mo powder, Mn powder, and silicon oxide (SiO 2 ) powder is printed and applied to a thickness of 10 ⁇ m, dried, and then humidified. A metallized layer is formed by firing at a temperature of 1400 ° C. in a forming gas, and a Ni plating layer is deposited on the surface of the metallized layer to a thickness of about 2 ⁇ m by electrolytic plating.
- solder that is melted at a relatively low temperature mainly composed of any one of SnAgCu, SnZnBi, SnCu, SnAgInBi, SnZnAl, SnPb, etc. is disposed so as to be sandwiched between the respective plating layers, and the solder is heated by raising the whole temperature. Then, the temperature is lowered to solidify the solder, and the translucent cover substrate 1 and the frame 3 are joined. The back plate 2 and the frame 3 can be joined in the same manner.
- Direct bonding includes, for example, a method in which the surfaces of the bonding portions are activated and bonding, and a method in which bonding is performed by heat.
- Examples of the method of activating the bonding surface include a method of activating by irradiating an ion beam or a neutron beam in vacuum to etch the surface, a method of activating by etching the surface with a chemical solution, and the like.
- each member can be joined by solid state bonding using atomic force or the like.
- the center line average roughness of each surface of the joining portion is polished to be 500 [ ⁇ ] or less, and the joined surfaces after polishing are brought into contact with each other facing each other at room temperature.
- the degree of vacuum is 1.3 ⁇ 10 ⁇ 3 [Pa] or less (preferably, the degree of vacuum is 1.3 ⁇ 10 ⁇ 4 [Pa] or less), and the temperature is 1000 ° C. or more (preferably 1500). [° C.] or higher) and the bonding may be performed.
- the surfaces of the members (surfaces of the bonding portions) are bonded to each other by physicochemical bonding force.
- the electronic device 100 has high waterproof performance, for example.
- FIG. 6 is another embodiment of the present invention, and only the configuration of the case member is different from the embodiment shown in FIG.
- the case member includes a plurality of members including at least a first member made of a single crystal mainly composed of alumina (Al 2 O 3 ) and a second member mainly composed of a metal. The members are combined and the first member and the second member are joined to each other.
- a metal not only a metal but also a part is made of sapphire, so that a region having a high electromagnetic wave permeability and a low electrical resistance can be arranged in a part of the case member.
- the case member has the ability to block electromagnetic waves on a part of the case member, or the ground terminal part that is grounded when a human body such as an operator's finger touches the case. It can be placed on the member.
- the first member includes the back plate 2 disposed on the opposite side of the translucent cover substrate 1 with respect to the image display device 52. That is, the translucent cover board
- the electronic device 100 includes a light-transmissive cover substrate having one main surface 1A ′ facing the image display surface 52 of the image display device 52 and the other main surface 1B ′ located on the opposite side of the one main surface 1A ′. 1 ′, a back plate 2 ′ (corresponding to the first member), and a frame 3 ′ (corresponding to the second member).
- the translucent cover substrate 1 ′ and the back plate 2 ′ are made of alumina (Al 2 O 3 ) As a main component.
- the frame body 3 ′ has, for example, aluminum (Al) as a main component.
- the translucent cover substrate 1 ′ and the back plate 2 ′ are substantially rectangular substrates in plan view.
- the translucent cover substrate 1 ′, the back plate 2 ′, and the frame body 3 ′ are combined to form an exterior body 4 ′.
- the first member and the second member are bonded through a bonding layer containing metal as a main component.
- each of the translucent cover substrate 1 ′ made of sapphire and the frame 3 ′ made mainly of metal, and the back plate 2 ′ made of frame 3 ′ and sapphire is formed by, for example, a so-called metallized bonding method. Bonded via a metal layer (not shown). A bonding method similar to that in the first embodiment can be used.
- the airtightness of the electronic device can be improved as compared with a case where members made of sapphire are attached to each other with a double-sided tape or an adhesive.
- the electronic device 100 has high waterproof performance, for example.
- a microphone hole 21 is formed on the back surface of the electronic device 100 (on the back plate 2).
- a microphone 57 that converts sound outside the electronic device 100 into an electrical signal is disposed inside the microphone hole 21.
- the back surface of the electronic device 100 is in a state in which the imaging lens 58 a can be visually recognized from the outside via the back plate 2. Since the back plate 2 is made of sapphire and has high transparency, the outside can be photographed in a state where the imaging unit 53 is disposed inside the exterior body 4 without exposing the imaging lens 58a in this way.
- the imaging unit 58 is a camera device, and includes an imaging lens 58 a and an imaging element, and captures still images and moving images based on control by the control unit 500.
- electrode terminals 59 a are formed on the back plate 2 so as to be exposed on the surface of the back plate 2.
- the electrode terminal 59 a is disposed so as to penetrate from the outside to the inside of the back plate 2, and is connected to the battery 59 disposed inside the exterior body 4 to supply current to the battery 59 from the outside of the electronic device 100. It can be (charged).
- the battery 59 is a rechargeable battery such as a lithium ion battery, and can be charged by a current flowing through the electrode terminal 59a.
- an electric current is supplied to each member accommodated in the exterior body 4 via the wiring etc. which are not shown in figure.
- the electrical energy output from the battery 59 is supplied to each electronic component included in the control unit 500 and the wireless communication unit 510 provided in the electronic device 100.
- the wireless communication unit 510 of the electronic device 100 is an electromagnetic wave having an ultra high frequency (UHF) wavelength band of about 10 cm to 1 m or an infrared wavelength band of a wavelength of 0.7 to 2.4 ⁇ m.
- UHF ultra high frequency
- the radio signal consisting of
- Sapphire has a lower dielectric loss for high-frequency radio signals and better electromagnetic wave transmission characteristics than, for example, glass or resin.
- a member made of sapphire for at least a part of the case member 9 and transmitting / receiving a radio signal to / from the outside via the sapphire, electromagnetic waves can be transmitted / received with a small loss over a wide range.
- all of the translucent cover substrate 1, the back plate 2, and the frame body 3 constituting the exterior body 4 are made of sapphire, but the back of the case member 9 is not made of sapphire. Only at least a part of the face plate 2 and the frame 3 may be made of sapphire, and electromagnetic waves may be received and transmitted through the part made of sapphire.
- antenna wiring may be formed on the back plate 2 so as to be exposed on the surface of the back plate 2, and the wireless communication unit 510 may transmit and receive wireless signals via the antenna wiring.
- the back plate 2 and the back plate 2 ′ are all made of sapphire, but the case member includes a single crystal body mainly composed of alumina (Al 2 O 3 ). It only has to be done. For example, it is only necessary that a part of the back plate 2 or the frame 3 is made of sapphire.
- the control unit 500 includes a CPU 500a, a storage unit 500b, and the like, and comprehensively manages the operation of the electronic device 100 by controlling other components of the electronic device 100.
- the storage unit 500b includes a ROM, a RAM, and the like.
- Various functional blocks are formed in the control unit 500 when the CPU 500a executes various programs in the storage unit 500b.
- the controller 500 receives various and large amounts of information from each component and processes (information processing) these information in a relatively short time.
- the wireless communication unit 510 receives a signal from a mobile phone different from the electronic device 100 or a communication device such as a web server connected to the Internet via the antenna 510a.
- the wireless information processing unit 510b performs amplification processing and down-conversion on the received signal and outputs the result to the control unit 500. Also, the wireless information processing unit 510b performs up-conversion and amplification processing on the transmission signal generated by the control unit 500.
- the signal is transmitted to 510a, and a signal is transmitted to the outside via the antenna 510a.
- a transmission signal from the antenna 510a is received through a base station or the like by a mobile phone different from the electronic device 100 or a communication device connected to the Internet.
- the control unit 500 performs a demodulation process or the like on the input reception signal, and acquires a sound signal indicating voice or music included in the reception signal.
- FIG. 7A and 7B are schematic diagrams for explaining the mounting body 600, where FIG. 7A is a plan view and FIG. 7B is a cross-sectional view.
- the mounting body 600 has a first main surface 620A, a mounting substrate 620 provided with a recess 622 on the first main surface 620A, and a metal body 630 disposed inside the recess 622 and joined to the inner surface of the recess 622.
- the metal body 630 has a surface substantially flush with the first main surface 620A.
- the metal body 630 contains silver (Ag) as a main component.
- the metal body 630 contains copper (Cu) and titanium (Ti).
- the mounting substrate 620 includes a through hole 625 having an opening in the bottom surface of the recess 622 and the second main surface 620B, and includes a via conductor 627 made of metal filled in the through hole 625.
- the wireless communication unit 510 and the control unit 500 are arranged on the mounting substrate 620.
- the control unit 500 includes a CPU 500a, a storage unit 500b, and the like.
- the control unit 500 is configured by mounting the CPU 500a and the storage unit 500b on the second main surface 620B.
- an antenna 510a formed of a metal body 630 and a wireless information processing unit 510b mounted on a mounting board 620 are arranged to configure the wireless communication unit 510.
- the wireless information processing unit 510b, the CPU 500a, and the storage unit 500b are device parts including semiconductor elements.
- the metal body 630 constitutes the antenna 510b, and the CPU 500a, the storage section 500b, the wireless information processing section 510b, and the like are connected to each other using the metal body 630 and the via conductor 627 as electrical wiring.
- the mounting substrate 620 is made of sapphire and has high thermal conductivity, heat generated from the wireless communication unit 510 and the control unit 500 can be efficiently released from the mounting body 600.
- sapphire has a small electric resistance, the dark current flowing on the surface of the mounting substrate 620 is suppressed to a small level. Therefore, the dark current of the CPU 500a, the storage unit 500b, and the wireless information processing unit 510b mounted on the surface of the mounting substrate 620 is reduced. The resulting malfunction is suppressed.
- the wireless information processing unit 510b, the CPU 500a, and the storage unit 500b are not limited to device components including semiconductor elements, but for example, process a compound semiconductor layer formed on a mounting substrate 620 made of sapphire as in an embodiment described later. And may be formed integrally with the mounting substrate 620.
- the wireless communication unit 510 and the control unit 500 generate a relatively large amount of heat during transmission / reception and information processing of these wireless signals. If the heat generated by the wireless communication unit 510 and the control unit 500 stays in the exterior body 4, the temperature in the exterior body 4 rises, and the operation of the CPU 500a may be slowed or malfunctioned. In some cases, malfunction of other components in each part in 4 may also occur.
- the mounting substrate 620, the translucent cover substrate 1, and the back plate 2 and the frame 3 are made of sapphire. Sapphire has a thermal conductivity of about 42 W / (m ⁇ K), and has a higher thermal conductivity than, for example, quartz glass having a thermal conductivity of about 1 W / (m ⁇ K).
- the heat generated from the wireless communication unit 510 and the control unit 500 is efficiently released to the outside of the exterior body 4 through the translucent cover substrate 1, the back plate 2, and the frame body 3. Can do. Further, the translucent cover substrate 1 made of sapphire is very hard and hardly scratches and is difficult to break.
- FIG. 8A and 8B are diagrams illustrating another embodiment of the electronic device mounting body, where FIG. 8A is a plan view and FIG. 8B is a cross-sectional view.
- the electronic device 100 is a device that executes various kinds of software by touch panel operation, for example, as in a so-called smartphone terminal, and performs image shooting and communication with the outside, and in water such as underwater as well as in air. It can also be used as a device capable of transmitting and receiving information.
- the wireless communication unit 510 ′ includes a light emitting unit 622 ′ that emits ultraviolet light, and transmits information to the outside of the exterior body 4 by transmitting ultraviolet light to the outside of the exterior body 4 through the single crystal body of the case member 9. .
- the wireless communication unit 510 ′ includes a light receiving unit 624 ′ that receives ultraviolet light, and receives information from outside the exterior body 4 by receiving ultraviolet light through the single crystal body of the case member 9. That is, in this embodiment, the wireless communication unit 510 ′ transmits, for example, ultraviolet light having a wavelength of 400 nm or less, which is shorter than the wavelength band used in conventional portable electronic devices such as infrared light. To perform wireless communication with the outside of the exterior body 4.
- sapphire Unlike glass and resin, sapphire has relatively high transmission characteristics even for ultraviolet light having a wavelength of 400 nm or less.
- a member made of sapphire is used for at least a part of the exterior body 4, and information can be transmitted / received to / from the outside using the ultraviolet light as a radio signal via the sapphire.
- the electronic device 100 can transmit and receive information with little loss over a wide range, even underwater such as underwater.
- substrate 1, the backplate 2, and the frame 3 which comprise the exterior body 4 consist of sapphire.
- the back plate 2 may not be entirely composed of sapphire, but may be partially composed of sapphire. In this case, ultraviolet light may be received and transmitted through this part.
- bonding with a metal layer and direct bonding can improve the airtightness of the electronic device and realize high waterproof performance. For this reason, the electronic device 100 is highly waterproof, and can also be submerged in the water with the electronic device 100.
- sapphire is excellent in mechanical strength and is not easily cracked. Therefore, even when used in an environment where a high water pressure is applied in relatively deep water, sapphire is not easily cracked. Even in the deep water, the electronic device 100 can communicate with other electronic devices located at relatively distant locations.
- the control unit 500 ′ includes a CPU 500 a ′, a storage unit 500 b ′, and the like, and comprehensively manages the operation of the electronic device 100 by controlling other components of the electronic device 100.
- the storage unit 500b 'includes a ROM, a RAM, and the like.
- Various functional blocks are formed in the control unit 500 ′ when the CPU 500 a ′ executes various programs in the storage unit 500 b ′.
- the control unit 500 'receives various and large amounts of information from each component, and processes (information processing) these information in a relatively short time.
- the wireless communication unit 510 ′ receives (receives) a signal expressed by ultraviolet light from an electronic device different from the electronic device 100 or a communication device such as a web server connected to the Internet.
- the wireless information processing unit 510b ′ performs amplification processing and down-conversion on the received ultraviolet light signal and outputs it to the control unit 500 ′, and up-converts the transmission signal generated by the control unit 500 ′. Then, the signal is amplified and sent to the light emitting unit 622 ′, and transmitted to the outside as a signal of ultraviolet light through the light emitting unit 622 ′.
- a transmission signal from the light emitting unit 622 ' is received (received) by an electronic device different from the electronic device 100' or a communication device connected to the Internet.
- the control unit 500 ′ performs demodulation processing or the like on the input received signal, and acquires information indicating voice, music, images, and the like included in the received signal.
- a semiconductor device 600 ′ Inside the exterior body 4 is disposed a semiconductor device 600 ′ in which a wireless communication unit 510 ′ and a control unit 500 ′ are formed on a mounting substrate 620 ′ made of sapphire.
- the control unit 500 ′ includes a CPU 500a ′, a storage unit 500b ′, and the like, and the CPU 500a ′ and the storage unit 500b ′ are formed on the second main surface 620B ′ of the mounting substrate 620 ′ to configure the control unit 500 ′.
- a light emitting unit 622 ', a light receiving unit 624', and a wireless information processing unit 626 ' are formed on the first main surface 620A' side to constitute a wireless communication unit 510 '.
- a reflective film 668 ' that reflects light from the light emitting portion 622' is formed on the second main surface 620B '.
- the reflective film 668 ' is, for example, a silver (Ag) thin film, and reflects light emitted from the light emitting unit 622' downward in the drawing.
- the semiconductor device 600 ′ the light emitting unit 622 ′ and the light receiving unit 624 ′, and the CPU 500a ′, the storage unit 500b ′, the wireless information processing unit 626 ′, and the like are electrically connected to each other via via via hole wirings (not shown). .
- the light emitting unit 622 ', the light receiving unit 624', and the wireless information processing unit 626 ' are all formed on the compound semiconductor layer 640' formed on the one main surface 620A 'of the mounting substrate 620'.
- Both the CPU 500a 'and the storage unit 500b' are formed on a semiconductor substrate 630 'bonded to the other main surface 620B' of the mounting substrate 620 '.
- the light emitting unit 622 ′ includes a compound semiconductor layer 640 ′ formed on the mounting substrate (base member) 620 ′ and is configured to emit ultraviolet light in response to an input current (electric signal).
- the light receiving portion 624 ′ includes a compound semiconductor layer 640 ′ formed on the mounting substrate (base member) 620 ′, and is a so-called photodiode element that generates a current (electric signal) corresponding to the received ultraviolet light. It has a structure.
- the compound semiconductor layer 640 ′ is mainly composed of a III-V group compound semiconductor. More specifically, the compound semiconductor layer 640 ′ is, for example, Al x Ga 1-xy In y N (0 ⁇ x, y, x + y ⁇ ) epitaxially grown on the first main surface 620A ′ of the mounting substrate 620 ′. It consists of a compound semiconductor layer whose main component is a nitride semiconductor represented by 1).
- III-V group compound semiconductors especially nitride-based semiconductors represented by Al x Ga 1-xy In y N (0 ⁇ x, y, x + y ⁇ 1), have a lattice constant close to that of a sapphire single crystal.
- a compound semiconductor layer 640 ′ with few crystal defects and high crystallinity can be epitaxially grown on the first main surface 620A ′ of the mounting substrate 620 ′.
- the light emitting part 622 ′ and the light receiving part 624 ′ are formed in the compound semiconductor layer 640 ′ having high crystallinity epitaxially grown.
- the light emitting unit 622 ′ and the light receiving unit 624 ′ are formed by processing the compound semiconductor layer 640 ′ through a known semiconductor element manufacturing process.
- the wireless information processing unit 626 ′ is an electronic device element that is formed in the compound semiconductor layer 640 ′ through a known semiconductor element manufacturing process and has a so-called CMOS element function that can process an electrical signal. It has a structure.
- the wireless information processing unit 626 ′ transmits an electrical signal to the light emitting unit 622 ′ via an electrical wiring (not shown) formed in the compound semiconductor layer 640 ′, and the light emitting unit 622 ′ responds to the transmitted electrical signal. Emits ultraviolet light.
- the light receiving unit 624 ′ receives the ultraviolet light transmitted through the exterior body 4 from the outside and sends an electrical signal corresponding to the received ultraviolet light to the wireless information processing unit 626 ′.
- Group III-V compound semiconductors particularly nitride-based semiconductors represented by Al x Ga 1-xy In y N (0 ⁇ x, y, x + y ⁇ 1), have a wide band gap and a direct transition type band structure. When used as an electronic device element, the high-frequency signal processing capability is high, and an electric signal can be transmitted with high output.
- a III-V group compound semiconductor in particular, a nitride-based semiconductor represented by Al x Ga 1-xy In y N (0 ⁇ x, y, x + y ⁇ 1) has a light emitting element due to the above physical characteristics.
- LED element When used as an (LED element), it has excellent responsiveness to an input electric signal and can emit high-intensity light according to the input electric signal.
- various elements such as Al, Ga, In, and N
- various characteristics such as the band gap size and the emission wavelength can be finely adjusted over a wide range.
- the semiconductor substrate 630 ' is a silicon single crystal substrate having a relatively thin thickness of 0.01 mm to 0.5 mm.
- the semiconductor substrate 630 ′ is configured by bonding a silicon single crystal substrate to the second main surface 620 B ′ of the mounting substrate 620 ′ using a known bonding technique.
- the joining technique include a method of activating and joining the surfaces of the target surfaces to be joined, a method of joining using electrostatic force, and the like.
- the other main surface 620B ′ of the mounting substrate 620 ′ and the target surface to which the semiconductor substrate 630 ′ is bonded are activated by, for example, irradiating an ion beam in a vacuum to etch the surface.
- Examples thereof include a method and a method of activating by etching a surface of a target surface to be joined with a chemical solution.
- the bonding method for activating the surface is so-called solid state bonding using atomic force or the like, and the mounting substrate 620 'and the semiconductor substrate 630' are directly bonded.
- the control unit 500 ′ composed of the CPU 500a ′ and the storage unit 500b ′ is formed on the semiconductor substrate 630 ′ joined to the mounting substrate 620 ′ made of sapphire having high insulation, and has a thickness of, for example, several hundred ⁇ m or more. Compared to an element function part formed by processing the surface part of a silicon single crystal substrate, it has a higher electric signal processing performance. This is because the CPU 500a ′ and the storage unit 500b ′ formed on the relatively thin semiconductor substrate 630 ′ are joined to the mounting substrate 620 ′ that is an insulator, so that the element function unit and other parts are connected to each other. This is because the stray capacitance is small, the leakage of the electric signal to a region other than the functional element portion is small, and the noise signal does not easily enter the element functional portion.
- the wireless information processing unit 626 ′ and the CPU 500a ′ have high electric signal processing performance as described above, and the wireless information processing unit 626 ′ has high-precision electric power corresponding to the ultraviolet light received by the light receiving unit 624 ′.
- a signal is generated and sent to the CPU 500a ′, and the CPU 500a ′ can process the electrical signal at high speed and with high accuracy.
- a wireless information processing unit 626 ′ having high signal processing performance formed in the compound semiconductor layer 640 ′ and a CPU 500a ′ having high signal processing performance formed in the semiconductor substrate 630 ′ are provided. They are integrated and arranged on the front and back (first main surface 620A ′ and second main surface 620B ′) of the same mounting substrate 620 ′, and have high information processing accuracy while being relatively small.
- the light emitting unit 622 ′, the light receiving unit 624 ′, the wireless information processing unit 626 ′, the CPU 500a ′, and the storage unit 500b ′ are semiconductors bonded to the compound semiconductor layer 640 ′ or the mounting substrate 620 ′ formed on the mounting substrate 620 ′. For example, separate electronic components may be mounted on the mounting substrate 620 ′.
- the light emitting unit 622 ′, the light receiving unit 624 ′, the wireless information processing unit 626 ′, the CPU 500a ′, and the storage unit 500b ′ are formed on the surfaces of the translucent cover substrate 1 and the back plate 2 that are also mainly composed of sapphire.
- the details of each functional unit are not particularly limited.
- the electronic device 100 configured as shown in FIG. 8 when the electronic device 100 configured as shown in FIG. 8 is carried and dives underwater, text information is generated by, for example, a touch panel operation for a partner who simultaneously carries the same device and dives underwater. By transmitting wirelessly (ultraviolet light), you can also communicate your current situation to this partner in real time. In addition, it is possible to transmit image and video information in real time on the ground or on the ship while diving. In addition, while being underwater, it is possible to confirm instructions from the ground or on the ship by voice. Further, the present invention can be applied to electronic devices other than portable device applications. For example, the present invention can be applied to a communication device that is attached to a device such as a manned submarine or an unmanned submarine explorer and performs wireless communication with each other in the sea.
- the translucent cover substrate 1 has one main surface 1A facing the image display surface and the other main surface 1B opposite to the one main surface 1A.
- the translucent cover substrate 1 is provided with a display portion 1a on which various information such as characters, symbols and figures are displayed.
- the display portion 1a has, for example, a rectangular shape in plan view.
- the peripheral part 1b surrounding the display part 1a in the translucent cover substrate 1 is black, for example, by applying a film or the like, and is a non-display part where no information is displayed.
- a touch panel 53 which will be described later, is attached to the inner main surface of the translucent cover substrate 1, and the user operates the display portion 1a of the other main surface 1B of the translucent cover substrate 1 with a finger or the like.
- Various instructions can be given to the electronic device 100.
- the electronic device 100 includes the image display device 52 as described above.
- the image display device 52 is controlled by a control unit 500 to be described later, and displays image information representing characters, symbols, graphics, and the like on the image display surface.
- the image display device 52 is a so-called liquid crystal display device, and includes a backlight unit (not shown) and a liquid crystal layer (not shown).
- a backlight unit As the LED lamp of the backlight unit, an LED lamp that emits white light in which a phosphor is combined with a blue LED element is mainly used.
- the image information displayed on the image display surface of the image display device 52 is partially colored by white light emitted from the LED lamp of the backlight unit passing through the liquid crystal layer included in the image display device 52. Is formed. That is, when white light emitted from an LED lamp passes through the liquid crystal layer, the wavelength range of the transmitted light is limited for each part, so that the color of the transmitted light is changed.
- Image information representing characters, symbols, figures, and the like having is formed on the image display surface.
- the light representing the image information formed on the image display surface in this way enters from one main surface 1A of the translucent cover substrate 1 and exits from the other main surface 1B to be an operator (user) of the electronic device 100.
- the operator recognizes characters, symbols, graphics, and the like represented by the image information.
- the image display device 52 displays various information such as characters, symbols, and graphics on the image display surface by being controlled by the control unit 500.
- the information displayed on the image display device 52 is displayed on the display portion 1 a of the translucent cover substrate 1, so that the information can be visually recognized by the user of the electronic device 100.
- the touch panel 53 is, for example, a projected electrostatic capacitance type touch panel, and detects a user operation on the display portion 1 a of the translucent cover substrate 1.
- the touch panel 53 is affixed to the inner main surface of the translucent cover substrate 1 and includes two sheet-like electrode sensors arranged to face each other. The two electrode sensors are bonded together with a transparent adhesive sheet.
- One electrode sensor is formed with a plurality of elongated X electrodes that extend along the X-axis direction (for example, the left-right direction of the electronic device 100) and are arranged in parallel to each other.
- the other electrode sensor is formed with a plurality of elongated Y electrodes that extend along the Y-axis direction (for example, the vertical direction of the electronic device 100) and are arranged in parallel to each other.
- the capacitance change between the X electrode and the Y electrode that occurs in the touch panel 53 is transmitted to the control unit 500, and the control unit 500 applies to the display portion 1a of the translucent cover substrate 1 based on the capacitance change.
- the content of the operation that has been performed is specified, and the corresponding operation is performed.
- the electronic device 100 further includes a piezoelectric vibration element 55 that is arranged on the translucent cover substrate 1 and vibrates according to a drive voltage based on a sound signal.
- the piezoelectric vibration element 55 is for transmitting the received sound to the user of the electronic device 100.
- the piezoelectric vibration element 55 is vibrated by a driving voltage supplied from the control unit 500.
- the controller 500 generates a drive voltage based on the sound signal indicating the received sound, and applies the drive voltage to the piezoelectric vibration element 55.
- the piezoelectric vibration element 55 is vibrated by the control unit 500 based on the sound signal indicating the reception sound, whereby the reception sound is transmitted to the user of the electronic device 100.
- the control unit 500 functions as a driving unit that vibrates the piezoelectric vibration element 55 based on the sound signal.
- the piezoelectric vibration element 55 will be described in detail later.
- the external speaker 56 converts the electrical sound signal from the control unit 500 into sound and outputs the sound. Sound output from the external speaker 56 is output to the outside from the speaker hole 20 provided on the back surface 101 of the electronic device 100.
- the speaker hole 20 is not necessarily provided, and may be configured to transmit vibration according to the sound signal to the outside through at least a part of the exterior body 4. Further, for example, a device that does not require audio output, such as the above-described device used in water, does not require the speaker hole 20 to be provided. By adopting a configuration in which the speaker hole 20 is not provided, liquid intrusion into the housing 4 can be suppressed.
- ⁇ Details of piezoelectric vibration element> 9 and 10 are a top view and a side view showing the structure of the piezoelectric vibration element 55, respectively.
- the piezoelectric vibration element 55 has a long shape in one direction.
- the piezoelectric vibration element 55 has a rectangular elongated plate shape in plan view.
- the piezoelectric vibration element 55 has, for example, a bimorph structure, and includes a first piezoelectric ceramic plate 55a and a second piezoelectric ceramic plate 55b that are bonded to each other via a shim material 55c.
- the piezoelectric vibration element 55 when a positive voltage is applied to the first piezoelectric ceramic plate 55a and a negative voltage is applied to the second piezoelectric ceramic plate 55b, the first piezoelectric ceramic plate 55a extends along the longitudinal direction.
- the second piezoelectric ceramic plate 55b extends and contracts along the longitudinal direction. As a result, as shown in FIG. 11, the piezoelectric vibration element 55 bends in a mountain shape with the first piezoelectric ceramic plate 55a outside.
- the piezoelectric vibration element 55 when a negative voltage is applied to the first piezoelectric ceramic plate 55a and a positive voltage is applied to the second piezoelectric ceramic plate 55b, the first piezoelectric ceramic plate 55a is in the longitudinal direction.
- the second piezoelectric ceramic plate 55b extends along the longitudinal direction. Accordingly, as shown in FIG. 12, the piezoelectric vibration element 55 bends in a mountain shape with the second piezoelectric ceramic plate 55b facing outside.
- the piezoelectric vibration element 55 performs flexural vibration by alternately taking the state of FIG. 11 and the state of FIG.
- the controller 500 applies an alternating voltage in which a positive voltage and a negative voltage appear alternately between the first piezoelectric ceramic plate 55a and the second piezoelectric ceramic plate 55b, so that the piezoelectric vibration element 55 bends and vibrates.
- 10 to 12 has only one structure including the first piezoelectric ceramic plate 55a and the second piezoelectric ceramic plate 55b bonded with the shim material 55c interposed therebetween. However, a plurality of such structures may be stacked.
- FIG. 13 is a plan view when the translucent cover substrate 1 is viewed from the one main surface 1A side.
- the piezoelectric vibration element 55 is attached to the one main surface 1A of the translucent cover substrate 1 with an adhesive such as a double-sided tape.
- the piezoelectric vibration element 55 is located on one main surface 1A of the translucent cover substrate 1 so as not to overlap the image display device 52 and the touch panel 53 in a plan view when the translucent cover substrate 1 is viewed from the one main surface 1A side. Is arranged.
- the piezoelectric vibration element 55 vibrates the translucent cover substrate 1 so that air conduction sound and conduction sound are transmitted from the translucent cover substrate 1 to the user.
- air conduction sound and conduction sound are transmitted from the translucent cover substrate 1 to the user by transmitting the vibration of the piezoelectric vibration element 55 itself to the translucent cover substrate 1.
- the airway sound is a sound that is recognized by the human brain when sound waves (air vibrations) entering the ear canal hole (so-called “ear hole”) vibrate the eardrum.
- the conduction sound is sound that is recognized by the human brain when the auricle is vibrated and the vibration of the auricle is transmitted to the eardrum and the eardrum vibrates.
- the air conduction sound and the conduction sound will be described in detail.
- FIG. 14 is a diagram for explaining air conduction sound and conduction sound.
- FIG. 14 shows the structure of the user's ear of the electronic device 100.
- a wavy line 400 indicates a conduction path of a sound signal (sound information) when an airway sound is recognized by the brain
- a solid line 410 indicates a conduction path of the sound signal when a conduction sound is recognized by the brain. Is shown.
- the translucent cover substrate 1 vibrates, and the translucent cover substrate Sound waves are output from 1.
- the user holds the electronic device 100 in his hand and brings the translucent cover substrate 1 of the electronic device 100 close to the user's auricle 200, or the translucent cover substrate 1 of the electronic device 100 is When hitting the user's pinna 200, sound waves output from the translucent cover substrate 1 enter the ear canal hole 210. Sound waves from the translucent cover substrate 1 travel through the ear canal hole 210 and vibrate the eardrum 220. The vibration of the eardrum 220 is transmitted to the ossicle 230, and the ossicle 230 vibrates.
- the vibration of the ossicle 230 is transmitted to the cochlea 240 and converted into an electric signal in the cochlea 240.
- This electrical signal is transmitted to the brain through the auditory nerve 250, and the received sound is recognized in the brain. In this way, air conduction sound is transmitted from the translucent cover substrate 1 to the user.
- the auricle 200 is vibrated by the piezoelectric vibration element 55.
- the translucent cover substrate 1 is vibrated.
- the vibration of the auricle 200 is transmitted to the eardrum 220, and the eardrum 220 vibrates.
- the vibration of the eardrum 220 is transmitted to the ossicle 230, and the ossicle 230 vibrates.
- the vibration of the ossicles 230 is transmitted to the cochlea 240 and converted into an electric signal in the cochlea 240.
- This electrical signal is transmitted to the brain through the auditory nerve 250, and the received sound is recognized in the brain. In this way, the conduction sound is transmitted from the translucent cover substrate 1 to the user.
- the auricular cartilage 200a inside the auricle 200 is also shown.
- Bone conduction sound is sound that is recognized by the human brain by vibrating the skull and directly stimulating the inner ear such as the cochlea.
- FIG. 14 for example, when the mandible 300 is vibrated, the sound signal transmission path when the bone conduction sound is recognized by the brain is indicated by a plurality of arcs 420.
- the piezoelectric vibrating element 55 appropriately vibrates the translucent cover substrate 1 on the front surface, so that the user of the electronic device 100 can transmit the translucent cover substrate 1. Air conduction sound and conduction sound can be communicated to it.
- the structure is devised so that air conduction sound and conduction sound can be appropriately transmitted to the user.
- Various merits are generated by configuring the electronic device 100 so that air conduction sound and conduction sound can be transmitted to the user.
- the user can hear a sound when the translucent cover substrate 1 is applied to the ear, the user can make a call without much worrying about the position of the electronic device 100 where the ear is applied.
- the user can make the surrounding noise difficult to hear while increasing the volume of the conduction sound by pressing the ear strongly against the translucent cover substrate 1. Therefore, the user can make a call appropriately even when the ambient noise is high.
- the user can receive a reception sound from the electronic device 100 by placing the translucent cover substrate 1 on his / her ear (more specifically, the auricle). Can be recognized. Further, the user can recognize the received sound from the electronic device 100 by applying the translucent cover substrate 1 to the headphones even when the headphones are attached to the ears.
- an earpiece is provided on the front translucent cover substrate 1 in order to extract sound output from a receiver (receiving speaker) provided inside the electronic device to the outside of the electronic device. May be drilled.
- the translucent cover substrate 1 is a single crystal body mainly composed of alumina (Al 2 O 3 ), and is extremely hard as compared with tempered glass or the like. Furthermore, the resistance to various chemicals is very high.
- an expensive manufacturing apparatus such as a laser processing apparatus is required. Or the time required for processing becomes long, and the manufacturing cost may be relatively high.
- the translucent cover substrate 1 of this embodiment does not have a hole for the earpiece, the cost for the hole processing does not occur, and the manufacturing cost of the electronic device 100 is low. Moreover, since the translucent cover substrate 1 does not have a hole for the earpiece, the translucent cover substrate 1 is maintained at a relatively high strength. Further, in the present embodiment, since there is no earpiece hole on the surface of electronic device 100, there is no problem of water or dust entering from the earpiece hole. Therefore, the electronic device 100 does not require a waterproof structure or a dust-proof structure for this problem, and the cost of the electronic device 100 can be further reduced.
- the present invention is applied to a mobile phone as an example.
- the present invention can also be applied to an electronic device other than a mobile phone.
- the present invention can be applied to game machines, notebook personal computers, portable navigation systems, and the like.
- the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various improvements and modifications may be made without departing from the scope of the present invention.
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Abstract
少なくとも無線通信部を含む複数の機能部と、画像表示面を有する画像表示デバイスと、前記複数の機能部を収容する外装体とを有する電子機器であって、前記外装体は、前記画像表示面に対向する一方主面および該一方主面の反対側に位置する他方主面を有する透光性カバー基板と、前記透光性カバー基板と前記画像表示デバイスに対して反対側に配置されたケース部材とを備え、前記透光性カバー基板はアルミナ(Al2O3)を主成分とする単結晶体からなり、前記ケース部材がアルミナ(Al2O3)を主成分とする単結晶体を含んで構成されていることを特徴とする電子機器を提供する。
Description
本発明は電子機器に関する。
従来、無線通信部や画像表示デバイス等の複数の機能部をケース内に収容した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の電子機器が急速に普及している。例えば特許文献1には、このようないわゆるスマートフォン端末に関する技術が開示されている。これら携帯型の電子機器の外装体には、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や、樹脂材料からなるケース部材等が用いられている。
無線通信部を有する電子機器の外装体には、外部から衝撃が加わった場合に割れ難いこと、放熱性が高く電子機器が備える内部の電子回路等から発した熱を外部に放出し易いこと、無線通信のための電磁波の損失が小さいこと等の特性が求められている。例えば金属は割れ難く放熱性が高い一方で、電磁波を遮蔽してしまう。また樹脂等も電磁波の損失は比較的大きく、かつ比較的割れ易く、放熱性は比較的低い。このように従来は、電子機器に用いられる上記のような特性を、高いレベルで同時に満足する外装体は得られていなかった。
本発明は、少なくとも無線通信部を含む複数の機能部と、画像表示面を有する画像表示デバイスと、前記複数の機能部を収容する外装体とを有する電子機器であって、前記外装体は、前記画像表示面に対向する一方主面および該一方主面の反対側に位置する他方主面を有する透光性カバー基板と、前記透光性カバー基板と前記画像表示デバイスに対して反対側に配置されたケース部材とを備え、前記透光性カバー基板はアルミナ(Al2O3)を主成分とする単結晶体からなり、前記ケース部材がアルミナ(Al2O3)を主成分とする単結晶体を含んで構成されていることを特徴とする電子機器を提供する。
本発明によれば、電子機器において、外部から衝撃が加わった場合に割れ難く、放熱性が高く電子機器が備える内部の電子回路等から発した熱を外部に放出し易く、かつ無線通信のための電磁波の損失を小さくすることができる。
以下、図面を参照して本願発明の実施形態について説明する。
<電子機器の外観>
図1~図5に示すように、本実施形態に係る電子機器100は、例えばいわゆるスマートフォン端末である。電子機器100は、機能部として、制御部500、無線通信部510、画像表示デバイス52、タッチパネル53、圧電振動素子55、マイク57、撮像部58及び電池59を備える。なお、機能部としては図示した各部に限定されず、その他の複数種類のデバイスを内蔵していてもよい。
図1~図5に示すように、本実施形態に係る電子機器100は、例えばいわゆるスマートフォン端末である。電子機器100は、機能部として、制御部500、無線通信部510、画像表示デバイス52、タッチパネル53、圧電振動素子55、マイク57、撮像部58及び電池59を備える。なお、機能部としては図示した各部に限定されず、その他の複数種類のデバイスを内蔵していてもよい。
電子機器100は、少なくとも無線通信部510を含む複数の機能部と、複数の機能部を収容する外装体4とを備える電子機器である。外装体4は、画像表示デバイス52の画像表示面に対向する一方主面1Aおよび一方主面1Aの反対側に位置する他方主面1Bを有する透光性カバー基板1と、画像表示デバイス52に対して透光性カバー基板1と反対側に配置されたケース部材9とを備え、透光性カバー基板1はアルミナ(Al2O3)を主成分とする単結晶体からなり、ケース部材9が、アルミナ(Al2O3)を主成分とする単結晶体を含んで構成されている。無線通信部510はこのアルミナ(Al2O3)を主成分とする単結晶からなる部分を通して電磁波を受信および送信することができる。以降、アルミナ(Al2O3)を主成分とする単結晶について、単にサファイアともいう。
《ケース部材の第1の実施形態》
ケース部材の第1の実施形態では、互いに接合された少なくとも2つのサファイア部材を有してケース部材9が構成されている。図1に示すケース部材9では、背面板2と枠体3とを備え、背面板2および枠体3はアルミナ(Al2O3)を主成分とする単結晶体からなる。透光性カバー基板1および背面板2は、平面視において略長方形状の基板である。透光性カバー基板1と背面板2と枠体3とは、組み合わされることによって外装体4を構成している。サファイアは機械強度が高く、傷が付き難く、熱伝導性も比較的高い。背面板2と枠体3とがどちらもサファイアで構成されているケース部材9は、機械的強度が高く、傷が付き難く、かつ熱伝導性ひいては放熱性が高い。またケース部材9は、背面板2と枠体3とがいずれも同じ材質(サファイア)で構成されているので、電子機器100を構成する各機能部が発熱した場合の熱応力等が生じ難い。
ケース部材の第1の実施形態では、互いに接合された少なくとも2つのサファイア部材を有してケース部材9が構成されている。図1に示すケース部材9では、背面板2と枠体3とを備え、背面板2および枠体3はアルミナ(Al2O3)を主成分とする単結晶体からなる。透光性カバー基板1および背面板2は、平面視において略長方形状の基板である。透光性カバー基板1と背面板2と枠体3とは、組み合わされることによって外装体4を構成している。サファイアは機械強度が高く、傷が付き難く、熱伝導性も比較的高い。背面板2と枠体3とがどちらもサファイアで構成されているケース部材9は、機械的強度が高く、傷が付き難く、かつ熱伝導性ひいては放熱性が高い。またケース部材9は、背面板2と枠体3とがいずれも同じ材質(サファイア)で構成されているので、電子機器100を構成する各機能部が発熱した場合の熱応力等が生じ難い。
アルミナ(Al2O3)を主成分とする単結晶は一般的にはサファイアと呼ばれ、強化ガラス等と比較して傷がつき難く、割れ難い。本明細書では、アルミナ(Al2O3)を主成分とする単結晶体を単にサファイアともいう。本明細書において「主成分」として含む場合は、具体的には少なくとも50質量%、好ましくは70質量%含むことをいう。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、外装体を構成するサファイアのAl2O3純度(含有量)は99質量%以上であることが好ましい。
2つのサファイア部材は、金属を主成分とする接合層を介して互いに接合されている。本実施形態では、ケース部材9を構成する背面板2と枠体3、およびケース部材9を構成する枠体3と透光性カバー基板1とが、例えばいわゆるメタライズ接合によって形成された金属を主成分とする接合層を介して接合されている。このような金属を主成分とする接合層を介した接合では、例えばサファイアからなる部材同士を両面テープあるいは接着剤で互いに取り付けた場合と比較して、電子機器の気密性を高めることができる。電子機器100は例えば高い防水性能を有している。
例えば、透光性カバー基板1と枠体3との接合では、透光性カバー基板1と枠体3の接合部分それぞれの表面にメタライズ層を形成し、形成したメタライズ層の表面に金属メッキ層を形成した後に、透光性カバー基板1と枠体3の接合部分同士を対面させてそれぞれのメッキ層に挟むようにロウ材を配置し、全体を昇温させてロウ材を溶融させた後に固化すればよい。例えば透光性カバー基板1と枠体3の接合部分それぞれの表面に、例えばMo-Mn、W-Mn、Cu-Ti、Ag-Cu-Ti等のいずれかを主成分とするメタライズ層を形成し、その表面にニッケル(Ni)メッキ層を被着させる。より具体的には、例えば、Mo粉末とMn粉末と酸化ケイ素(SiO2)粉末とに有機バインダ、溶剤を混合してなる金属ペーストを10μmの厚さとなるように印刷塗布し、乾燥後加湿したフォーミングガス中で1400℃の温度で焼成してメタライズ層を形成し、このメタライズ層の表面にNiメッキ層を電解メッキ法により約2μmの厚さで被着しておく。次に、それぞれのメッキ層に挟むように、SnAgCu、SnZnBi、SnCu、SnAgInBi、SnZnAl、SnPb等のいずれかを主成分とする比較的低温で溶融する半田を配置し、全体を昇温させて半田を溶融させた後に降温させて半田を固化して、透光性カバー基板1と枠体3とを接合する。背面板2と枠体3とも同様に接合することできる。
なお、透光性カバー基板1と枠体3、および枠体3と背面板2とは、金属等を主成分とした接合層を設けずに、部材同士を直接当接させて接合(直接接合)してもよい。直接接合には、例えば接合部分の表面を活性化して接合する方法や、熱によって接合する方法がある。接合面を活性化する方法としては、例えば真空中でイオンビームや中性子ビームを照射して表面をエッチングして活性化する方法、化学溶液で表面をエッチングして活性化する方法などが挙げられる。この接合では、原子間力などを利用した固相接合(Solid State Bonding)によって各部材を接合することができる。例えば熱による接合では、接合部分の各表面の中心線平均粗さを500[Å]以下となるように研磨し、研磨した後の各接合面を室温において対向させて当接させた状態で、真空度を1.3×10-3[Pa]以下(好適には、真空度を1.3×10-4[Pa]以下)にして、温度を1000[℃]以上(好適には、1500[℃]以上)に昇温させて接合すればよい。この接合では、物理化学的な結合力によって、各部材の表面(接合部分の表面)同士が接合している。外装体4の接合方法および接合部分の形態については特に限定されないが、このような直接接合でも、例えばサファイアからなる部材同士を両面テープあるいは接着剤で互いに取り付けた場合と比較して、電子機器の気密性を高めることができる。電子機器100は例えば高い防水性能を有している。
《ケース部材の第2の実施形態》
図6は、本発明の他の実施形態であって、ケース部材の構成のみが図1に示す実施形態と異なっている。ケース部材の第2の実施形態では、ケース部材は、アルミナ(Al2O3)を主成分とする単結晶からなる第1部材と、金属を主成分とする第2部材とを少なくとも含む複数の部材が組み合わされて構成されており、第1部材と前記第2部材とが互いに接合されている。第2の実施形態のケース部材は、単に金属だけでなく一部をサファイアで構成することで、電磁波の透過性が高くかつ電気抵抗が低い領域をケース部材の一部に配置することができる。逆に、ケース部材の一部に金属を配置することで、ケース部材の一部に電磁波を遮断する性能をもたせたり、操作者の指などの人体が触れることで接地される接地端子部をケース部材に配置することができる。
図6は、本発明の他の実施形態であって、ケース部材の構成のみが図1に示す実施形態と異なっている。ケース部材の第2の実施形態では、ケース部材は、アルミナ(Al2O3)を主成分とする単結晶からなる第1部材と、金属を主成分とする第2部材とを少なくとも含む複数の部材が組み合わされて構成されており、第1部材と前記第2部材とが互いに接合されている。第2の実施形態のケース部材は、単に金属だけでなく一部をサファイアで構成することで、電磁波の透過性が高くかつ電気抵抗が低い領域をケース部材の一部に配置することができる。逆に、ケース部材の一部に金属を配置することで、ケース部材の一部に電磁波を遮断する性能をもたせたり、操作者の指などの人体が触れることで接地される接地端子部をケース部材に配置することができる。
図6に示す第2の実施形態では、第1部材は、画像表示デバイス52に対して透光性カバー基板1の反対側に配置された背面板2を含む。すなわち、枠体3を挟むように、それぞれサファイアを主成分とする透光性カバー基板1とサファイアを主成分とする背面板2とが配置されている。枠体3を挟んで配置された透光性カバー基板1と背面板2とがいずれも同じ材質(サファイア)からなるので、枠体3と透光性カバー基板1、背面板2との熱膨脹差による熱応力を抑制できる。
より詳しくは、電子機器100は、画像表示デバイス52の画像表示面52に対向する一方主面1A’および一方主面1A’の反対側に位置する他方主面1B’を有する透光性カバー基板1’と、背面板2’(第1部材に対応)と枠体3’(第2部材に対応)とを備え、透光性カバー基板1’および背面板2’はアルミナ(Al2O3)を主成分とする単結晶体からなる。枠体3’は、例えばアルミニウム(Al)を主成分とする。透光性カバー基板1’および背面板2’は、平面視において略長方形状の基板である。透光性カバー基板1’と背面板2’と枠体3’とは、組み合わされることによって外装体4’を構成している。
本実施形態でも、第1部材と前記第2部材とが、金属を主成分とする接合層を介して接合されている。より詳しくは、サファイアからなる透光性カバー基板1’と金属を主成分とする枠体3’、および枠体3’とサファイアからなる背面板2’は、それぞれが例えばいわゆるメタライズ接合法によって形成された金属層(図示せず)を介して接合されている。接合方法は第1の実施形態と同様の方法を用いることができる。このような金属を主成分とする接合層を介した接合では、例えばサファイアからなる部材同士を両面テープあるいは接着剤で互いに取り付けた場合と比較して、電子機器の気密性を高めることができる。電子機器100は例えば高い防水性能を有している。
《背面板部分の構成》
図4に示されるように、電子機器100の裏面には(背面板2には)マイク穴21があけられている。マイク穴21の内側部分には電子機器100の外部の音声を電気信号に変換するマイク57が配置されている。また図4に示されるように、電子機器100の裏面は、撮像レンズ58aが背面板2を介して外側から視認できる状態となっている。背面板2はサファイアからなり透明性が高いので、このように撮像レンズ58aを露出させずに、外装体4の内部に撮像部53を配置した状態で外部を撮影することができる。撮像部58はカメラデバイスであって、撮像レンズ58a及び撮像素子などで構成されており、制御部500による制御に基づいて、静止画像及び動画像を撮像する。
図4に示されるように、電子機器100の裏面には(背面板2には)マイク穴21があけられている。マイク穴21の内側部分には電子機器100の外部の音声を電気信号に変換するマイク57が配置されている。また図4に示されるように、電子機器100の裏面は、撮像レンズ58aが背面板2を介して外側から視認できる状態となっている。背面板2はサファイアからなり透明性が高いので、このように撮像レンズ58aを露出させずに、外装体4の内部に撮像部53を配置した状態で外部を撮影することができる。撮像部58はカメラデバイスであって、撮像レンズ58a及び撮像素子などで構成されており、制御部500による制御に基づいて、静止画像及び動画像を撮像する。
また背面板2には、背面板2の表面に露出するように電極端子59aが形成されている。電極端子59aは背面板2の外側から内側に貫通するように配置されており、外装体4の内部に配置される電池59と接続して、電子機器100の外部から電池59に電流を供給する(充電する)ことができるようになっている。電池59は例えばリチウムイオンバッテリー等の充電池であり、電極端子59aを介して電流が流入されることで充電することができる。また、図示しない配線等を介して外装体4に収容された各部材に電流を供給する。電池59から出力された電気エネルギーは、電子機器100が備える制御部500や無線通信部510などに含まれる各電子部品に対して供給される。
電子機器100の無線通信部510は、波長10cm~1m程度の.極超短波(UHF:Ultra High Frequency)の波長帯や、波長0.7~2.4μmの波長の赤外光の波長帯の電磁波からなる無線信号を送受信する。
サファイアは例えばガラスや樹脂と比較して、高周波無線信号に対する誘電損失が小さく電磁波の透過特性が良い。本実施形態では、ケース部材9の少なくとも一部にサファイアからなる部材を用いて、このサファイアを介して外部と無線信号の送受信をすることで、広範囲にわたって少ない損失で電磁波を送受信することができる。本実施形態では、外装体4を構成する透光性カバー基板1、背面板2および枠体3のいずれもがサファイアからなるが、全てをサファイアで構成せずに、ケース部材9を構成する背面板2および枠体3のうちの少なくとも一部のみをサファイアで構成し、このサファイアで構成された部分を通して電磁波を受信および送信してもよい。なお、背面板2に、背面板2の表面に露出するようにアンテナ配線を形成し、このアンテナ配線を介して無線通信部510が無線信号を送受信する構成であってもよい。
なお上述の各実施形態では、背面板2および背面板2’が全てサファイアからなる例を示しているが、ケース部材がアルミナ(Al2O3)を主成分とする単結晶体を含んで構成されていればよい。例えば背面板2や枠体3の一部がサファイアで構成されていればよい。
<電気的構成>
制御部500は、CPU500a及び記憶部500b等を備えており、電子機器100の他の構成要素を制御することによって、電子機器100の動作を統括的に管理する。記憶部500bは、ROM及びRAM等で構成されている。制御部500には、CPU500aが記憶部500b内の各種プログラムを実行することによって、様々な機能ブロックが形成される。制御部500は各構成要素から多様かつ大量の情報を受け取り、これら情報を比較的短時間で処理(情報処理)する。
制御部500は、CPU500a及び記憶部500b等を備えており、電子機器100の他の構成要素を制御することによって、電子機器100の動作を統括的に管理する。記憶部500bは、ROM及びRAM等で構成されている。制御部500には、CPU500aが記憶部500b内の各種プログラムを実行することによって、様々な機能ブロックが形成される。制御部500は各構成要素から多様かつ大量の情報を受け取り、これら情報を比較的短時間で処理(情報処理)する。
無線通信部510は、電子機器100とは別の携帯電話機あるいはインターネットに接続されたウェブサーバ等の通信装置からの信号をアンテナ510aで受信する。無線情報処理部510bは、受信信号に対して増幅処理及びダウンコンバートを行って制御部500に出力し、また、制御部500で生成された送信信号に対してアップコンバート及び増幅処理を行ってアンテナ510aに送り、アンテナ510aを介して外部に信号を送信する。アンテナ510aからの送信信号は、基地局等を通じて、電子機器100とは別の携帯電話機あるいはインターネットに接続された通信装置で受信される。制御部500では、入力される受信信号に対して復調処理等を行って、当該受信信号に含まれる、音声や音楽などを示す音信号などを取得する。
外装体4の内部には、サファイアからなる実装基板620に無線通信部510と制御部500とが実装された実装体600が配置されている。図7は、実装体600について説明する概略図であり、(a)は平面図、(b)は断面図である。実装体600は、第1主面620Aを有し、第1主面620Aに凹部622が設けられた実装基板620と、凹部622の内部に配置されて凹部622の内面と接合した金属体630とを有し、金属体630は第1主面620Aと略面一な表面を備えている。本実施形態では金属体630は銀(Ag)を主成分とする。また、金属体630は銅(Cu)さらにはチタン(Ti)を含んでいる。また、実装基板620は、凹部622の底面と第2主面620Bとに開口を有する貫通孔625を有するとともに、貫通孔625に充填された、金属からなるビア導体627を備えている。
実装体600では、実装基板620に無線通信部510と制御部500とが配置されている。制御部500はCPU500a及び記憶部500b等を備えており、これらCPU500aと記憶部500bとが第2主面620Bに実装されて制御部500が構成されている。また、第1主面620Aの側に、金属体630によって構成されたアンテナ510aと実装基板620に実装された無線情報処理部510bとが配置されて無線通信部510が構成されている。無線情報処理部510b、CPU500a、および記憶部500bは、半導体素子を備えたデバイス部品である。実装体600では、金属体630がアンテナ510bを構成するとともに、金属体630やビア導体627を電気配線としてCPU500aや記憶部500b、無線情報処理部510b等が相互に接続されている。
実装基板620はサファイアからなり熱伝導性が高いので、無線通信部510や制御部500から発する熱を実装体600から効率良く逃がすことが可能である。またサファイアは電気抵抗も小さいので、実装基板620の表面を流れる暗電流が小さく抑制されるので、実装基板620の表面に実装されたCPU500aや記憶部500bや無線情報処理部510bの、暗電流に起因する動作不良が抑制されている。
無線情報処理部510b、CPU500a、および記憶部500bは、半導体素子を備えたデバイス部品に限定されず、例えば後述する実施形態のようにサファイアからなる実装基板620に形成した化合物半導体層を加工することで実装基板620に一体的に形成してもよい。
また、これら無線信号の送受信や情報処理の際、無線通信部510や制御部500は比較的多くの熱を発生する。無線通信部510と制御部500が発した熱が外装体4内にとどまると、外装体4内の温度が上昇して、CPU500aの動作が遅くなったり動作不良が生じる場合があり、また外装体4内の各部のその他の構成要素の動作不良も発生する場合がある。電子機器100では、実装基板620、透光性カバー基板1、背面板2枠体3がサファイアからなる。サファイアは熱伝導率が約42W/(m・K)であり、例えば熱伝導率が1W/(m・K)程度である石英ガラス等と比べて熱伝導率が大きい。このため電子機器100では、無線通信部510や制御部500から発した熱を、透光性カバー基板1、背面板2および枠体3を介して外装体4の外に効率的に放出することができる。
また、サファイアからなる透光性カバー基板1は非常に硬度も高く傷がつき難く、また割れ難い。
また、サファイアからなる透光性カバー基板1は非常に硬度も高く傷がつき難く、また割れ難い。
《電子機器の内部の構成の他の実施形態》
図8は、電子機器の実装体の他の実施形態について説明する図であり、(a)は平面図、(b)は断面図である。この実施形態では、電子機器100は、例えばいわゆるスマートフォン端末と同様にタッチパネル操作によって各種ソフトウェアを実行させて、画像撮影や外部との通信を行うデバイスであり、海中などの水中でも空気中と同様に情報の送受信を行うことができる機器として用いることもできる。
図8は、電子機器の実装体の他の実施形態について説明する図であり、(a)は平面図、(b)は断面図である。この実施形態では、電子機器100は、例えばいわゆるスマートフォン端末と同様にタッチパネル操作によって各種ソフトウェアを実行させて、画像撮影や外部との通信を行うデバイスであり、海中などの水中でも空気中と同様に情報の送受信を行うことができる機器として用いることもできる。
無線通信部510’は、紫外光を発光する発光部622’を備え、ケース部材9の単結晶体を通して紫外光を外装体4の外部に送ることで、外装体4の外部に情報を送信する。また無線通信部510’は紫外光を受光する受光部624’を備え、ケース部材9の単結晶体を通して紫外光を受光することで、外装体4の外部から情報を受信する。すなわちこの実施形態では、無線通信部510’は、例えば赤外光等の従来の携帯型の電子機器で使用されてきた波長帯域よりも波長が短い、400nm以下の波長を有する紫外光を無線信号として用いて外装体4の外部と無線通信を行う。ガラスや樹脂等と異なりサファイアは400nm以下の波長を有する紫外光に対しても比較的高い透過特性を有している。本実施形態では、外装体4の少なくとも一部にサファイアからなる部材を用いて、このサファイアを介して紫外光を無線信号として用いて外部と情報の送受信を行うことができる。このため電子機器100は、たとえ海中などの水中であっても、広範囲にわたって少ない損失で情報の送受信を行うことができる。本実施形態では、外装体4を構成する部材のうち主に背面板2を透過させて、外装体4の外部と紫外光の送受信を行うことができる。本実施形態では、外装体4を構成する透光性カバー基板1、背面板2、および枠体3がサファイアからなる。背面板2は、全てをサファイアで構成せずに、一部のみをサファイアで構成してもよく、この場合、この一部を通して紫外光を受信および送信すればよい。金属層による接合や直接接合は、例えばサファイアからなる部材同士を両面テープあるいは接着剤で互いに取り付けた場合と比較して、電子機器の気密性を高めることができ、高い防水性能が実現できる。このため、電子機器100は高い防水性を有し、電子機器100を持って水中に潜ることもできる。またサファイアは機械的強度にも優れており割れ難いので、比較的深い水中で高い水圧がかかる環境下で使用しても割れなどが生じ難い。電子機器100は深い水中であっても、比較的遠い位置にある他の電子機器と通信することができる。
制御部500’は、CPU500a’及び記憶部500b’等を備えており、電子機器100の他の構成要素を制御することによって、電子機器100の動作を統括的に管理する。記憶部500b’は、ROM及びRAM等で構成されている。制御部500’には、CPU500a’が記憶部500b’内の各種プログラムを実行することによって、様々な機能ブロックが形成される。制御部500’は各構成要素から多様かつ大量の情報を受け取り、これら情報を比較的短時間で処理(情報処理)する。
無線通信部510’は、電子機器100とは別の電子機器あるいはインターネットに接続されたウェブサーバ等の通信装置からの紫外光で表された信号を受光部624’で受光(受信)する。無線情報処理部510b’は、受信した紫外光の信号に対して増幅処理及びダウンコンバートを行って制御部500’に出力し、また、制御部500’で生成された送信信号に対してアップコンバート及び増幅処理を行って発光部622’に送り、発光部622’を介して紫外光の信号として外部に送信する。発光部622’からの送信信号は、電子機器100’とは別の電子機器あるいはインターネットに接続された通信装置で受光(受信)される。制御部500’では、入力される受信信号に対して復調処理等を行って、当該受信信号に含まれる、音声や音楽や画像などを示す情報を取得する。
外装体4の内部には、サファイアからなる実装基板620’に無線通信部510’と制御部500’とが形成された半導体装置600’が配置されている。制御部500’はCPU500a’及び記憶部500b’等を備えており、これらCPU500a’と記憶部500b’とが実装基板620’の第2主面620B’に形成されて制御部500’が構成されている。また、第1主面620A’の側に、発光部622’と受光部624’と無線情報処理部626’とが形成されて無線通信部510’が構成されている。また、第2主面620B’には、発光部622’からの光を反射する反射膜668’が形成されている。反射膜668’は例えば銀(Ag)薄膜であり、発光部622’が発した光を図中の下向きに反射する。半導体装置600’では、発光部622’と受光部624’、およびCPU500a’や記憶部500b’や無線情報処理部626’等が図示しないビアホール配線等を介して相互に電気的に接続されている。
発光部622’と受光部624’および無線情報処理部626’はいずれも、実装基板620’の一方主面620A’に形成された化合物半導体層640’に形成されている。また、CPU500a’および記憶部500b’はいずれも、実装基板620’の他方主面620B’に接合された半導体基板630’に形成されている。
発光部622’は、実装基板(ベース部材)620’に形成された化合物半導体層640’を含んで構成された、入力された電流(電気信号)に応じて紫外光を発光するいわゆるLED素子構造を有する。また受光部624’は、実装基板(ベース部材)620’に形成された化合物半導体層640’を含んで構成された、受光した紫外光に応じた電流(電気信号)を発生するいわゆるフォトダイオード素子構造を有する。
本実施形態の半導体装置600’では、化合物半導体層640’は、III-V族化合物半導体を主成分としている。より具体的には、化合物半導体層640’は例えば、実装基板620’の第1主面620A’にエピタキシャル成長された、AlxGa1-x-yInyN(0≦x,y,x+y≦1)で表される窒化物系半導体を主成分とする化合物半導体層からなる。III-V族化合物半導体、その中でも特にAlxGa1-x-yInyN(0≦x,y,x+y≦1)で表される窒化物系半導体等は、サファイア単結晶と近い格子定数を有しており、実装基板620’の第1主面620A’には、結晶欠陥等が少なく結晶性が高い化合物半導体層640’をエピタキシャル成長させることができる。発光部622’と受光部624’は、エピタキシャル成長された結晶性が高い化合物半導体層640’に形成されている。すなわち発光部622’および受光部624’は、公知の半導体素子製造プロセスを経て化合物半導体層640’が加工されて形成されている。また、無線情報処理部626’は、公知の半導体素子製造プロセスを経て化合物半導体層640’に形成された、電気信号を処理可能な、いわゆるCMOS素子機能等を有して構成された電子デバイス素子構造を有している。無線情報処理部626’は、化合物半導体層640’に形成されている図示しない電気配線を介して発光部622’に電気信号を送信し、発光部622’が、送信された電気信号に応じた紫外光を発光する。また、受光部624’は、外部から外装体4を透過して届く紫外光を受光して受光した紫外光に応じた電気信号を無線情報処理部626’に送る。
III-V族化合物半導体、特にAlxGa1-x-yInyN(0≦x,y,x+y≦1)で表される窒化物系半導体は、広いバンドギャップと直接遷移型のバンド構造を有しており、電子デバイス素子として用いた場合、高周波信号の処理能力が高く、また高い出力で電気信号を送信することができる。また、III-V族化合物半導体、特にAlxGa1-x-yInyN(0≦x,y,x+y≦1)で表される窒化物系半導体は、上記物理的特徴から、発光素子(LED素子)として用いた場合、入力された電気信号に対する応答性に優れ、入力された電気信号に応じた高強度の光を発光することができる。また、Al、Ga、In、N、等の各種元素の含有割合を調整することで、バンドギャップの大きさや発光波長などの種々の特性を、広い範囲にわたって細かく調整することができる。
半導体基板630’は、厚さが0.01mm~0.5mmと比較的薄い、シリコン単結晶基板である。半導体基板630’は例えば、実装基板620’の第2主面620B’に、シリコン単結晶基板が公知の接合技術を用いて接合されて構成されている。接合技術としては、接合する対象面の表面を活性化して接合する方法、および静電気力を利用して接合する方法等が挙げられる。表面を活性化する方法としては、実装基板620’の他方主面620B’と、半導体基板630’の接合する対象面を、例えば真空中でイオンビームを照射して表面をエッチングして活性化する方法や、化学溶液で接合する対象面の表面をエッチングして活性化する方法などが挙げられる。表面を活性化させる接合方法は、原子間力などを利用したいわゆる固相接合(Solid State Bonding)であり、実装基板620’と半導体基板630’とが直接的に接合される。
CPU500a’と記憶部500b’とからなる制御部500’は、絶縁性の高いサファイアからなる実装基板620’に接合された半導体基板630’に形成されており、例えば厚さが数百μm以上のシリコン単結晶基板の表面部分を加工して形成した素子機能部に比べて、高い電気信号処理性能を有している。これは、比較的厚さの薄い半導体基板630’に形成されたCPU500a’と記憶部500b’は、絶縁体である実装基板620’に接合されているので、素子機能部とそのほかの部分との浮遊容量が小さく、電気信号の機能素子部以外の領域への漏洩も小さく、また、素子機能部へのノイズ信号の侵入も少ない等の理由からである。
無線情報処理部626’およびCPU500a’は、上述のように高い電気信号処理性能を有しており、無線情報処理部626’が、受光部624’が受光した紫外光に対応する高精度の電気信号を生成してCPU500a’へ送り、CPU500a’は、この電気信号を高速かつ高精度に信号処理することができる。
半導体装置600’では、化合物半導体層640’に形成された、高い信号処理性能を有する無線情報処理部626’と、半導体基板630’に形成された、高い信号処理性能を有するCPU500a’とを、同一の実装基板620’の表裏(第1主面620A’および第2主面620B’)に集積させて配置しており、比較的小型でありながら、高い情報処理精度を有している。なお、発光部622’、受光部624’、無線情報処理部626’、CPU500a’や記憶部500b’は、実装基板620’に成膜した化合物半導体層640’や実装基板620’に接合した半導体基板630’に形成することに限定されず、例えばそれぞれ別個の電子部品を実装基板620’に実装してもよい。
また、発光部622’、受光部624’、無線情報処理部626’、CPU500a’や記憶部500b’を、同じくサファイアを主成分とする透光性カバー基板1や背面板2の表面に形成してもよく、それぞれの機能部の詳細については特に限定されない。
図8に示す実施形態のような構成の電子機器100を携帯して水中に潜った場合など、同時に同様の機器を携帯して水中に潜った相手に対して、例えばタッチパネル操作でテキスト情報を生成して無線(紫外光)で送信することで、この相手に自分の現在状況をリアルタイムで伝達することもできる。また、潜水しながら、地上または船上にリアルタイムで画像や動画情報を送信することもできる。また、水中でありながら、地上や船上からの指示を音声で確認することができる。また、携帯用のデバイス用途以外の電子機器にも適用することができる。例えば、有人潜水艦や無人海底探査機等の装置に装着されて、海中で相互に無線通信を行う通信装置などに適用することもできる。
《タッチパネル部分の構成》
透光性カバー基板1は、画像表示面に対向する一方主面1A、および一方主面1Aと反対の側の他方主面1Bを有する。透光性カバー基板1には、文字、記号、図形等の各種情報が表示される表示部分1aが設けられている。表示部分1aは例えば平面視で長方形を成している。透光性カバー基板1における、表示部分1aを取り囲む周縁部分1bは、例えばフィルム等が貼られることによって黒色となっており、情報が表示されない非表示部分となっている。透光性カバー基板1の内側主面には後述するタッチパネル53が貼り付けられており、使用者は、透光性カバー基板1の他方主面1Bの表示部分1aを指等で操作することによって、電子機器100に対して各種指示を与えることができる。
透光性カバー基板1は、画像表示面に対向する一方主面1A、および一方主面1Aと反対の側の他方主面1Bを有する。透光性カバー基板1には、文字、記号、図形等の各種情報が表示される表示部分1aが設けられている。表示部分1aは例えば平面視で長方形を成している。透光性カバー基板1における、表示部分1aを取り囲む周縁部分1bは、例えばフィルム等が貼られることによって黒色となっており、情報が表示されない非表示部分となっている。透光性カバー基板1の内側主面には後述するタッチパネル53が貼り付けられており、使用者は、透光性カバー基板1の他方主面1Bの表示部分1aを指等で操作することによって、電子機器100に対して各種指示を与えることができる。
電子機器100は、上述のように、画像表示デバイス52を内部に備えている。画像表示デバイス52は後述する制御部500によって制御されて、文字、記号、図形などを表す画像情報を画像表示面に表示する。
画像表示デバイス52は、いわゆる液晶表示デバイスであって、図示しないバックライトユニットと図示しない液晶層とを有している。このバックライトユニットのLEDランプとしては、主に青色LED素子に蛍光体が組み合わされた、白色光を発するLEDランプが用いられている。画像表示デバイス52の画像表示面に表示される画像情報は、バックライトユニットのLEDランプから発せられた白色光が画像表示デバイス52が備える液晶層を透過することで部分的に着色されることで形成されている。すなわち、LEDランプから発せられた白色光が液晶層を通過する際に、透過する光の波長範囲が部分毎に制限されることで透過光の色が変更されることで、様々な色や形をもつ文字、記号、図形などを表す画像情報が画像表示面に形成される。このように画像表示面に形成された画像情報を表す光は、透光性カバー基板1の一方主面1Aから入射して他方主面1Bから出射して電子機器100の操作者(使用者)の眼に入り、この操作者は画像情報が表す文字、記号、図形等を認識する。画像表示デバイス52は、制御部500によって制御されることによって、文字、記号、図形などの各種情報を画像表示面に表示する。画像表示デバイス52に表示される情報は、透光性カバー基板1の表示部分1aに表示されることによって、当該情報は電子機器100の使用者に視認可能となる。
タッチパネル53は、例えば、投影型静電量容量方式のタッチパネルであって、透光性カバー基板1の表示部分1aに対する使用者の操作を検出する。タッチパネル53は、透光性カバー基板1の内側主面に貼り付けられており、互いに対向配置されたシート状の2つの電極センサーを備えている。2つの電極センサーは透明粘着性シートによって貼り合わされている。
一方の電極センサーには、それぞれがX軸方向(例えば電子機器100の左右方向)に沿って延在し、かつ互いに平行に配置された複数の細長いX電極が形成されている。他方の電極センサーには、それぞれがY軸方向(例えば電子機器100の上下方向)に沿って延在し、かつ互いに平行に配置された複数の細長いY電極が形成されている。透光性カバー基板1の表示部分1aに対して使用者の指が接触すると、その接触箇所の下にあるX電極及びY電極の間の静電容量が変化することによって、タッチパネル53において透光性カバー基板1の表示部分1aに対する操作が検出される。タッチパネル53において生じる、X電極及びY電極の間の静電容量変化は制御部500に伝達され、制御部500は当該静電容量変化に基づいて透光性カバー基板1の表示部分1aに対して行われた操作の内容を特定し、それに応じた動作を行う。
電子機器100は、透光性カバー基板1に配置された、音信号に基づいた駆動電圧に応じて振動する圧電振動素子55をさらに備える。圧電振動素子55は、受話音を電子機器100の使用者に伝えるためのものである。圧電振動素子55は、制御部500から与えられる駆動電圧によって振動させられる。制御部500は、受話音を示す音信号に基づいて駆動電圧を生成し、当該駆動電圧を圧電振動素子55に印加する。圧電振動素子55が、制御部500によって受話音を示す音信号に基づいて振動させられることによって、電子機器100の使用者には受話音が伝達される。このように、制御部500は、音信号に基づいて圧電振動素子55を振動させる駆動部として機能する。圧電振動素子55については後で詳細に説明する。
外部スピーカ56は、制御部500からの電気的な音信号を音に変換して出力する。外部スピーカ56から出力される音は、電子機器100の裏面101に設けられたスピーカ穴20から外部に出力される。なお、スピーカ穴20を必ずしも設ける必要はなく、外装体4の少なくとも一部を通じて音信号に応じた振動を外部に伝える構成であってもよい。また、例えば上述の水中で用いるデバイスなど、音声の出力を必要としないデバイスなどでもスピーカ穴20を設ける必要はない。スピーカ穴20を設けない構成とすることで筐体4内への液体の侵入が抑制できる。
<圧電振動素子の詳細>
図9および10は、それぞれ、圧電振動素子55の構造を示す上面図及び側面図である。図9および10に示されるように、圧電振動素子55は一方向に長い形状を成している。具体的には、圧電振動素子55は、平面視で長方形の細長い板状を成している。圧電振動素子55は、例えばバイモルフ構造を有しており、シム材55cを介して互いに貼り合わされた第1圧電セラミック板55a及び第2圧電セラミック板55bを備えている。シム材55cがなく、圧電セラミック板と電極とが交互に積層され、厚み方向の上側の圧電セラミク板と下側のセラミック板とで分極方向を異ならせた積層型圧電振動素子でもよい。
図9および10は、それぞれ、圧電振動素子55の構造を示す上面図及び側面図である。図9および10に示されるように、圧電振動素子55は一方向に長い形状を成している。具体的には、圧電振動素子55は、平面視で長方形の細長い板状を成している。圧電振動素子55は、例えばバイモルフ構造を有しており、シム材55cを介して互いに貼り合わされた第1圧電セラミック板55a及び第2圧電セラミック板55bを備えている。シム材55cがなく、圧電セラミック板と電極とが交互に積層され、厚み方向の上側の圧電セラミク板と下側のセラミック板とで分極方向を異ならせた積層型圧電振動素子でもよい。
圧電振動素子55では、第1圧電セラミック板55aに対して正の電圧を印加し、第2圧電セラミック板55bに対して負の電圧を印加すると、第1圧電セラミック板55aは長手方向に沿って伸び、第2圧電セラミック板55bは長手方向に沿って縮むようになる。これにより、図11に示されるように、圧電振動素子55は、第1圧電セラミック板55aを外側にして山状に撓むようになる。
一方で、圧電振動素子55では、第1圧電セラミック板55aに対して負の電圧を印加し、第2圧電セラミック板55bに対して正の電圧を印加すると、第1圧電セラミック板55aは長手方向に沿って縮み、第2圧電セラミック板55bは長手方向に沿って伸びるようになる。これにより、図12に示されるように、圧電振動素子55は、第2圧電セラミック板55bを外側にして山状に撓むようになる。
圧電振動素子55は、図11の状態と図12の状態とを交互にとることによって、撓み振動を行う。制御部500は、第1圧電セラミック板55aと第2圧電セラミック板55bとの間に、正の電圧と負の電圧とが交互に現れる交流電圧を印加することによって、圧電振動素子55を撓み振動させる。
なお、図10~12に示される圧電振動素子55では、シム材55cを間に挟んで貼り合わされた第1圧電セラミック板55a及び第2圧電セラミック板55bから成る構造が一つだけ設けられていたが、複数の当該構造を積層させても良い。
<圧電振動素子の配置位置>
図13は、透光性カバー基板1を一方主面1A側から見た際の平面図である。圧電振動素子55は、両面テープ等の接着剤によって、透光性カバー基板1の一方主面1Aに貼り付けられている。圧電振動素子55は、透光性カバー基板1の一方主面1Aにおいて、この透光性カバー基板1を一方主面1A側から見た平面視で画像表示デバイス52及びタッチパネル53とは重ならない位置に配置されている。
図13は、透光性カバー基板1を一方主面1A側から見た際の平面図である。圧電振動素子55は、両面テープ等の接着剤によって、透光性カバー基板1の一方主面1Aに貼り付けられている。圧電振動素子55は、透光性カバー基板1の一方主面1Aにおいて、この透光性カバー基板1を一方主面1A側から見た平面視で画像表示デバイス52及びタッチパネル53とは重ならない位置に配置されている。
<圧電振動素子の振動による受話音の発生について>
本実施形態では、圧電振動素子55が透光性カバー基板1を振動させることによって、当該透光性カバー基板1から気導音及び伝導音が使用者に伝達されるようになっている。言い換えれば、圧電振動素子55自身の振動が透光性カバー基板1に伝わることにより、当該透光性カバー基板1から気導音及び伝導音が使用者に伝達されるようになっている。
本実施形態では、圧電振動素子55が透光性カバー基板1を振動させることによって、当該透光性カバー基板1から気導音及び伝導音が使用者に伝達されるようになっている。言い換えれば、圧電振動素子55自身の振動が透光性カバー基板1に伝わることにより、当該透光性カバー基板1から気導音及び伝導音が使用者に伝達されるようになっている。
ここで、気道音とは、外耳道孔(いわゆる「耳の穴」)に入った音波(空気振動)が鼓膜を振動させることによって、人の脳で認識される音である。一方で、伝導音とは、耳介が振動させられ、その耳介の振動が鼓膜に伝わって当該鼓膜が振動することによって、人の脳で認識される音である。以下に、気導音及び伝導音について詳細に説明する。
図14は気導音及び伝導音を説明するための図である。図14には、電子機器100の使用者の耳の構造が示されている。図14においては、波線400は気道音が脳で認識される際の音信号(音情報)の伝導経路を示しており、実線410が伝導音が脳で認識される際の音信号の伝導経路を示している。
透光性カバー基板1に取り付けられた圧電振動素子55が、受話音を示す電気的な音信号に基づいて振動させられると、透光性カバー基板1が振動して、当該透光性カバー基板1から音波が出力される。使用者が、電子機器100を手に持って、当該電子機器100の透光性カバー基板1を当該使用者の耳介200に近づけると、あるいは当該電子機器100の透光性カバー基板1を当該使用者の耳介200に当てると、当該透光性カバー基板1から出力される音波が外耳道孔210に入る。透光性カバー基板1からの音波は、外耳道孔210内を進み、鼓膜220を振動させる。鼓膜220の振動は耳小骨230に伝わり、耳小骨230が振動する。そして、耳小骨230の振動は蝸牛240に伝わって、蝸牛240において電気信号に変換される。この電気信号は、聴神経250を通って脳に伝達され、脳において受話音が認識される。このようにして、透光性カバー基板1から使用者に対して気導音が伝達される。
また、使用者が、電子機器100を手に持って、当該電子機器100の透光性カバー基板1を当該使用者の耳介200に当てると、耳介200が、圧電振動素子55によって振動させられている透光性カバー基板1によって振動させられる。耳介200の振動は鼓膜220に伝わり、鼓膜220が振動する。鼓膜220の振動は耳小骨230に伝わり、耳小骨230が振動する。そして、耳小骨230の振動は蝸牛240に伝伝わり、蝸牛240において電気信号に変換される。この電気信号は、聴神経250を通って脳に伝達され、脳において受話音が認識される。このようにして、透光性カバー基板1から使用者に対して伝導音が伝達される。図14では、耳介200内部の耳介軟骨200aも示されている。
なお、ここでの伝導音は、骨導音(「骨伝導音」とも呼ばれる)とは異なるものである。骨導音は、頭蓋骨を振動させて、頭蓋骨の振動が直接蝸牛などの内耳を刺激することによって、人の脳で認識される音である。図14においては、例えば下顎骨300を振動させた場合において、骨伝導音が脳で認識される際の音信号の伝達経路を複数の円弧420で示している。
このように、本実施の形態に係る電子機器100では、圧電振動素子55が前面の透光性カバー基板1を適切に振動させることによって、透光性カバー基板1から電子機器100の使用者に対して気導音及び伝導音を伝えることができる。本実施の形態に係る圧電振動素子55では、使用者に対して適切に気導音及び伝導音を伝達できるように、その構造が工夫されている。使用者に対して気導音及び伝導音を伝えることができるように電子機器100を構成することによって様々メリットが発生する。
例えば、使用者は、透光性カバー基板1を耳に当てれば音が聞こえることから、電子機器100において耳を当てる位置をそれほど気にすることなく通話を行うことができる。
また、使用者は、周囲の騒音が大きい場合には、耳を透光性カバー基板1に強く押し当てることによって、伝導音の音量を大きくしつつ、周囲の騒音を聞こえにくくすることができる。よって、使用者は、周囲の騒音が大きい場合であっても、適切に通話を行うことができる。
また、使用者は、耳栓やイヤホンを耳に取り付けた状態であっても、透光性カバー基板1を耳(より詳細には耳介)に当てることによって、電子機器100からの受話音を認識することができる。また、使用者は、耳にヘッドホンを取り付けた状態であっても、当該ヘッドホンに透光性カバー基板1を当てることによって、電子機器100からの受話音を認識することができる。
<受話口の穴(レシーバ用の穴)について>
携帯電話機などの電子機器では、当該電子機器の内部に設けられたレシーバ(受話用スピーカ)から出力される音を当該電子機器の外部に取り出すために、前面の透光性カバー基板1に受話口の穴があけられることがある。
携帯電話機などの電子機器では、当該電子機器の内部に設けられたレシーバ(受話用スピーカ)から出力される音を当該電子機器の外部に取り出すために、前面の透光性カバー基板1に受話口の穴があけられることがある。
本実施の形態に係る電子機器100では、透光性カバー基板1が振動することによって受話音が発生することから、電子機器100に受話口の穴が無くても、受話音を適切に使用者に伝えることができる。透光性カバー基板1はアルミナ(Al2O3)を主成分とする単結晶体であって、強化ガラス等とも比べて非常に硬い。さらに、各種薬品に対する耐性も非常に高い。このようなアルミナ(Al2O3)を主成分とする単結晶体を加工して、例えが受話口の穴をあける加工を行う場合は、例えばレーザー加工装置等の高額な製造装置が必要となったり、加工に要する時間が長くなってしまい、製造コストが比較的大きくなる場合がある。本実施形態の透光性カバー基板1は受話口の穴を有さないので、この穴加工にかかるコストが生じず、電子機器100の製造コストが小さい。また、透光性カバー基板1に受話口の穴を有さないので、透光性カバー基板1の強度が比較的高く維持されている。また、本実施の形態では、電子機器100の表面に受話口の穴がないことから、受話口の穴から水やほこり等が入るといった問題が発生しない。よって、電子機器100では、この問題に対する防水構造や防塵構造が不要となり、電子機器100のさらなるコストダウンを図ることができる。
なお、上述の例では、本願発明を携帯電話機に適用する場合を例にあげて説明したが、本願発明は携帯電話機以外の電子機器にも適用することができる。例えば、本願発明は、ゲーム機、ノートパソコン、ポータブルナビゲーションシステムなどに適用することができる。また、本発明は上記各実施形態に限定されず、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ってもよいのはもちろんである。
1 透光性カバー基板
1A 一方主面
1B 他方主面
500 制御部
52 画像表示デバイス
53 タッチパネル
55 圧電振動素子
100 電子機器
1A 一方主面
1B 他方主面
500 制御部
52 画像表示デバイス
53 タッチパネル
55 圧電振動素子
100 電子機器
Claims (11)
- 少なくとも無線通信部を含む複数の機能部と、画像表示面を有する画像表示デバイスと、前記複数の機能部を収容する外装体とを有する電子機器であって、前記外装体は、前記画像表示面に対向する一方主面および該一方主面の反対側に位置する他方主面を有する透光性カバー基板と、前記透光性カバー基板と前記画像表示デバイスに対して反対側に配置されたケース部材とを備え、
前記透光性カバー基板はアルミナ(Al2O3)を主成分とする単結晶体からなり、前記ケース部材がアルミナ(Al2O3)を主成分とする単結晶体を含んで構成されていることを特徴とする電子機器。 - 前記ケース部材は、互いに接合された少なくとも2つのサファイア部材を有して構成されていることを特徴とする請求項1記載の電子機器。
- 前記2つのサファイア部材は、金属を主成分とする接合層を介して互いに接合されていることを特徴とする請求項2記載の電子機器。
- 前記2つのサファイア部材は、互いに直接当接して接合していることを特徴とする請求項2記載の電子機器。
- 前記ケース部材は、アルミナ(Al2O3)を主成分とする単結晶からなる第1部材と、金属を主成分とする第2部材とを少なくとも含む複数の部材が組み合わされて構成されており、
前記第1部材と前記第2部材とが互いに接合されていることを特徴とする請求項1記載の電子機器。 - 前記第1部材は、前記画像表示デバイスに対して前記透光性カバー基板の反対側に配置された背面板を含むことを特徴とする請求項5記載の電子機器。
- 前記第1部材と前記第2部材とが、金属を主成分とする接合層を介して接合されていることを特徴とする請求項5または6に記載の電子機器。
- 前記第1部材と前記第2部材とが、直接接合されていることを特徴とする請求項5または6に記載の電子機器。
- 前記無線通信部は、紫外光を発光する発光部を備え、前記ケース部材の前記単結晶体を通して紫外光を外装体の外部に送ることで、前記外装体の外部に情報を送信することを特徴とする請求項1~8のいずれかに記載の電子機器。
- 前記無線通信部は紫外光を受光する受光部を備え、前記ケース部材の前記単結晶体を通して紫外光を受光することで、前記外装体の外部から情報を受信することを特徴とする請求項1~8のいずれかに記載の電子機器。
- 前記透光性カバー基板に配置された、音信号に基づいた駆動電圧に応じて振動する圧電振動素子をさらに備えることを特徴とする請求項1~10のいずれかに記載の電子機器。
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