WO2015098976A1

WO2015098976A1 - 電子機器および電子機器用の透光性カバー基板

Info

Publication number: WO2015098976A1
Application number: PCT/JP2014/084176
Authority: WO
Inventors: 幹裕梅原; 理坪倉
Original assignee: 京セラ株式会社
Priority date: 2013-12-24
Filing date: 2014-12-24
Publication date: 2015-07-02
Also published as: JP6235613B2; JP6527207B2; EP3089141A4; EP3089141B1; JP2018050313A; US9151473B2; JP2019061280A; JPWO2015098976A1; JP6711896B2; EP3089141A1; CN105830136A; US20150176816A1

Abstract

　外部から衝撃が加わった場合に割れ難く、かつ放熱性を高くする。画像表示面５２ａを有する画像表示デバイス５２と、画像表示面５２ａに対向する一方主面１Ａおよび該一方主面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とを備える電子機器であって、前記透光性カバー基板１はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶体を含み、当該単結晶体は前記他方主面１Ｂを有し、前記他方主面１Ｂの少なくとも一部にステップ－テラス構造６０を有することを特徴とする電子機器を提供する。

Description

電子機器および電子機器用の透光性カバー基板

　電子機器、透光性カバー基板および電子機器用の携帯型電子機器に関する。

　従来より、いわゆる液晶パネルや有機ＥＬパネル等の画像表示デバイスを内蔵した、デジタルカメラや携帯電話等の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始めている。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には、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の画像表示面を保護する透光性カバー基板が、電子機器の外装の一部に配置されて用いられている。この透光性カバー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光性カバー基板には、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。

特開２０１１－６１３１６号公報

　透光性カバー基板には、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等の特性が求められている。しかしながら、これら複数種類の特性を同時に高いレベルで満足する透光性カバー基板は得られていなかった。

　画像表示面を有する画像表示デバイスと、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を備える電子機器であって、前記透光性カバー基板は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶体を含み、当該単結晶体は前記他方主面を有し、前記他方主面の少なくとも一部にステップ－テラス構造を有することを特徴とする電子機器を提供する。

　また、電子機器用の透光性カバー基板であって、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶体を含み、前記単結晶体の主面の少なくとも一部にステップ－テラス構造を有することを特徴とする電子機器用の透光性カバー基板を併せて提供する。

　外部から衝撃が加わった場合に割れ難く、かつ放熱性が高いので電子回路等から発した熱を外部に効率的に放出することができる。

（ａ）電子機器の外観を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示す電子機器が備える透光性カバー基板の斜視図である。電子機器の外観を示す前面図である。電子機器の外観を示す裏面図である。電子機器を示す断面図である。（ａ）は透光性カバー基板を構成する単結晶体からなる他方主面の傾斜方向について説明する概念図であり、（ｂ）は他方主面の一部を拡大して示す概略斜視図であり、（ｃ）は透光性カバー基板の一部を拡大して示す概略断面図である。電子機器の電気的構成を示すブロック図である。透光性カバー基板の表面プロファイルである。圧電振動素子を示す平面図である。圧電振動素子を示す側面図である。圧電振動素子が撓む様子を示す図である。圧電振動素子が撓む様子を示す図である。透光性カバー基板を示す平面図である。気導音及び伝導音を説明するための図である。

　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（ａ）は、電子機器の一実施形態である電子機器１００について説明する概略斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す電子機器が備える透光性カバー基板の一実施形態である透光性カバー基板１の概略斜視図である。また図２は、電子機器１００の前面図であり、図３は電子機器１００の裏面図である。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。また図４は電子機器１００の概略断面図である。

　図１～４に示されるように、電子機器１００は、透光性カバー基板１とケース部分２と画像表示面５２ａを有する画像表示デバイス５２とを備えている。透光性カバー基板１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とケース部分２とは組み合わされることによって機器ケース３を構成している。透光性カバー基板１は、画像表示面５２ａ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、例えば遮光膜としての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。

　本実施形態では透光性カバー基板１の全体がアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶体からなるものについて説明するが、単結晶体と他の透明基板とを貼り合わせたものでもよく、その場合、透光性カバー基板１の他方主面１Ｂが単結晶により構成されるようにしたものを用いることがよい。

　図５は、単結晶体からなる他方主面１Ｂについて説明する図であり、（ａ）は他方主面１Ｂの傾斜方向について説明する概念図であり、（ｂ）は他方主面１Ｂの一部を拡大して示す概略斜視図であり、（ｂ）は他方主面１Ｂの一部を拡大して示す概略断面図である。図５（ｃ）は、透光性カバー基板１を、サファイアにおけるｃ軸に垂直な面（ｃ面に平行な面）で切断した断面である。図５に示す透光性カバ－基板１は、長方形状の短辺がサファイアにおけるｃ軸に平行となっている。

　透光性カバー基板１は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶体からなり、この単結晶体は他方主面１Ｂを有しており、他方主面１Ｂの少なくとも一部にステップ－テラス構造６０を有する。アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶体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（Ａｌ_２Ｏ_３）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、透光性カバー基板１の単結晶体はＡｌ_２Ｏ_３純度（含有量）は９９質量％以上であることが好ましい。本実施形態では、一方主面１Ａも、他方主面１Ｂのステップ－テラス構造６０と同様のステップ－テラス構造を有している（図示せず）。

　電子機器１００はいわゆるスマートフォン端末とよばれる携帯型の電子機器である。携帯型電子機器では、持ち運びの際の落下時の衝撃によるカバー基板の破損が問題となることが多かった。アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶体からなる透光性カバー基板１は、強化ガラス等と比較して傷がつき難く割れ難いので、このような透光性カバー基板１を備える電子機器１００は落下による傷や割れ等が生じ難い。

　ステップーテラス構造６０は、段差を有していればよく、例えば水平なテラス部分６２と、テラス部分６２に略垂直なステップ部分６３とを有している。テラス部分６２とステップ部分６３との境界には上部リッジ（凸角）６１ａおよび下部リッジ（凹角）６１ｂが形成されている。このようなステップ－テラス構造部６０は、他方主面１Ｂ全体に渡って連続して形成されていることが望ましいが、部分的に形成されていても良い。本実施形態では、ステップ－テラス構造６０のステップ高さＨが約５×１０^－１０(ｍ）であり、ステップ－テラス構造６０のテラス幅Ｗが約２×１０^－７(ｍ）である。

　本実施形態の他方主面１Ｂはサファイアにおけるａ面［すなわちサファイアの（１１－２０）面］から傾斜した面であり、傾斜角θ_ａが約０．５°となっている。より詳しくは、他方主面１Ｂは、他方主面１Ｂに垂直な仮想線Ｖがサファイアにおけるｍ軸に対して傾斜している。なお、本明細書において傾斜角θ_ａの基準となる他方主面１Ｂは、複数の下部リッジ６１ｂを含む仮想平面に対応する。傾斜角θ_ａは、図５（ａ）および（ｃ）に示すように、他方主面１Ｂの断面における、複数の下部リッジ６１ｂを結んだ直線と、サファイアにおけるａ面［すなわちサファイアの（１１－２０）面］とのなす角に対応する。また、仮想線Ｖがサファイアにおけるｍ軸に対して傾斜しているとは、仮想線Ｖとｍ軸とのなす角が鉛直ではなくなる方向に（すなわち、仮想線Ｖとｍ軸とが近づく方向に）傾斜していることをいう。他方主面１Ｂがアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶体におけるａ面から傾斜した面であり、仮想線Ｖがｍ軸に対して傾斜していると、後述する熱処理等によって、高さや幅の大きさが安定したステップ－テラス構造が形成されるので、後述の放熱効果や指紋汚れの付着抑制効果が高い。特に、仮想線Ｖとｃ軸とのなす角に比べて、仮想線Ｖとｍ軸とのなす角がより小さくなるよう、仮想線Ｖがサファイアにおけるｍ軸に対して傾斜していると、ステップ－テラス構造の高さや幅の大きさがより安定する。

　また、他方主面１Ｂがアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶体におけるａ面から傾斜した面であり、仮想線Ｖがｃ軸に対して傾斜している場合、すなわち仮想線Ｖとｃ軸とのなす角が鉛直ではなくなる方向に（すなわち、仮想線Ｖとｃ軸とが近づく方向に）傾斜している場合も、高さや幅の大きさが安定したステップ－テラス構造が形成されるので、放熱効果や指紋汚れの付着抑制効果が高い。

　ステップ－テラス構造６０は、透光性カバー基板１の他方主面１Ｂが、透光性カバー基板１におけるサファイアの結晶面（本実施形態ではａ面）からずれていることに起因して生じた構造であり、透光性カバー基板１の他方主面１Ｂ近傍の原子が、実際の結晶構造に応じて段差状に整列することで形成されている。例えば、機械研磨や化学的機械研磨（いわゆるＣＭＰ）によってサファイアを研磨して、透光性カバー基板１の前駆体を形成した後に、この前駆体を約５００℃～１５００℃程度の温度で熱処理することで、この前駆体の表面の原子を結晶構造に応じて再配列することで、ステップ－テラス構造６０を有する透光性カバー基板１を形成することができる。透光性カバー基板１の製造方法については後に詳述する。

　他方主面１Ｂのサファイアに対する傾斜角の大きさや傾斜方向は、Ｘ線回折法を用いた結晶方位測定装置等を用いて測定することができる。結晶方位測定装置では、他方主面１Ｂが所定位置に所定の角度となるように透光性カバー基板１を設置した上で、この透光性カバー基板１にＸ線を照射して、透光性カバー基板１の単結晶の結晶格子の状態を表すいわゆるＸ線回折強度を測定して、このＸ線回折強度に基いて他方主面１Ｂのサファイアに対する傾斜角の大きさや傾斜方向を測定することができる。この測定には、例えば株式会社リガク製の自動Ｘ線結晶方位測定装置（型式２９９１Ｆ２）等を用いればよい。

　ステップ－テラス構造６０のステップ高さＨやテラス幅Ｗの大きさ等、ステップーテラス構造６０の構造の詳細は、結晶構造に対する他方主面１Ｂの傾斜方向や傾斜角の大きさ、熱処理の条件等に応じて変化する。すなわち、結晶構造に対する他方主面１Ｂの傾斜方向や傾斜角の大きさ、熱処理の条件等を変更することで、テップーテラス構造６０のステップ高さＨやテラス幅Ｗの大きさ等、ステップーテラス構造６０の構造の詳細を調整することができる。

　図６は電子機器１００の電気的構成を示すブロック図である。図６に示されるように、電子機器１００は、制御部５０、無線通信部５１、画像表示デバイス５２、タッチパネル５３、圧電振動素子５５、外部スピーカ５６、マイク５７、撮像部５８及び電池５９を備えており、これらの構成要素は、機器ケース３内に収められている。

　制御部５０は、ＣＰＵ５０ａ（図４にも図示している）及び記憶部５０ｂ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５０ｂは、ＲＯＭ及びＲＡＭ等で構成されている。制御部５０には、ＣＰＵ５０ａが記憶部５０ｂ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５０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。この情報処理の際、ＣＰＵ５０ａは比較的多くの熱を発生する。ＣＰＵ５０ａが発した熱が機器ケース３内にとどまると、機器ケース３内の温度が上昇して、ＣＰＵ５０ａの動作が遅くなったり動作不良が生じる場合があり、また機器ケース３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。

　透光性カバー基板１の単結晶体は、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、ＣＰＵ５０ａから発した熱を、透光性カバー基板１を介して機器ケース３の外に効率的に放出することができる。透光性カバー基板１は、さらに上述のようにステップ－テラス構造６０を有するので、他方主面１Ｂが例えば単純な平面状である場合に比べて、表面積が大きくなっている。すなわち、透光性カバー基板１では、熱の放出面である他方主面１Ｂの表面積が大きいので、他方主面１Ｂが例えば単純な平面状である場合に比べて、透光性カバー基板１から放出される単位時間当たりの熱量がさらに大きい。透光性カバー基板１を備える電子機器１００では、ＣＰＵ５０ａが発した熱は機器ケース３の外部に素早く放出されるので、機器ケース３内の温度上昇が抑制されて、ＣＰＵ５０ａおよびその他の構成要素の動作不良も抑制される。また、透光性カバー基板１の単結晶体は非常に硬度も高く傷がつき難く、また割れ難い。

　また、透光性カバー基板１はステップ－テラス構造６０を有するので、使用者が透光性カバー基板１の他方主面１Ｂを指等で操作した際、使用者の指の皮脂による指紋汚れの付着も抑制されている。より詳述すると、透光性カバー基板１では、ステップ－テラス構造６０のように微細な凹凸を有するので、この凹凸の例えば下部リッジ６１ｂに沿って使用者の皮脂の汚れが分散し易い。このため、使用者が透光性カバー基板１の他方主面１Ｂを指等で操作した場合も、指紋に応じて付着した皮脂は素早く他方主面１Ｂ上で分散する。このように透光性カバー基板１では、部分的に皮脂が残ることで視認できる程度に目立ってしまう、いわゆる指紋汚れを抑制することができる。

　比較的高い放熱性を実現しつつ、かつ指紋汚れ付着をより確実に防止する点で、ステップ－テラス構造のステップ高さに対して、テラス幅が約１０倍～１０００倍程度であることが好ましい。例えばステップ－テラス構造のステップ高さが１×１０^－１０(ｍ）～５×１０^－８(ｍ）であることが好ましい。また、ステップ－テラス構造のテラス幅が１×１０^－９(ｍ）～１×１０^－６(ｍ）であることも、また好ましい。

　透光性カバー基板１は、サファイアの表面を研削および研磨して、サファイアにおけるａ面［すなわちサファイアの（１１－２０）面］から約０．５°傾斜した主面を有する基板部材（透光性カバー基板１の前駆体）を形成した後に、例えば上述のように、この前駆体を熱処理することで形成することができる。

　研磨では、例えば第１の研磨として、研磨パッドとして銅板を用いるとともに、研磨用砥粒として粒径が約１～３μｍのダイヤモンド砥粒を用いた機械的研磨を行った後、例えば研磨用砥粒として粒径が約２０～８０μｍのコロイダルシリカ砥粒を用いた化学機械研磨（いわゆるＣＭＰ）を行えばよい。このような２段階の研磨によって、サファイア結晶のａ面から微小角度傾斜した主面を有し、この主面に垂直な仮想線Ｖがサファイアにおけるｍ軸に対して傾斜している基板部材（透光性カバー基板１の前駆体）を形成すればよい。熱処理では、このような研磨を経て形成した基板部材を、熱処理装置を用いて例えば１０００℃で３時間熱処理すればよい。このような熱処理によって、基板部材（透光性カバー基板１の前駆体）の表面の原子の結晶構造に応じた再配列が進行し、ステップ－テラス構造６０を有する透光性カバー基板１Ａを形成することができる。ステップ高さが１×１０^－１０(ｍ）～１×１０^－８(ｍ）であり、テラス幅が１×１０^－９(ｍ）～１×１０^－７(ｍ）であるステップ－テラス構造６０を、熱処理によって安定して形成するには、ａ面からの傾斜角θ_Ａは１．５°未満であることが好ましい。

　第１の実施形態の他方主面１Ｂはサファイアにおけるａ面［すなわちサファイアの（１１－２０）面］から傾斜した面であり、他方主面１Ｂに垂直な仮想線Ｖがサファイアにおけるｍ軸に対して傾斜しているが、サファイアの主面の傾斜方向については特に限定されない。例えば、他方主面１Ｂはサファイアにおけるａ面から傾斜した面であり、他方主面１Ｂに垂直な仮想線Ｖがサファイアにおけるｃ軸に対して傾斜していてもよいし、傾斜方向は特に限定されない。

　また、上述の２つの実施形態では、他方主面１Ｂはサファイアにおけるａ面［すなわちサファイアの（１１－２０）面］から０．５°傾斜した面であるが、他方主面１Ｂはサファイアにおけるｃ面［すなわちサファイアの（０００１）面］から傾斜した面であってもよく、この傾斜角の大きさも特に限定されない。ただし、熱処理によってステップ－テラス構造を安定して形成できる点で、ｃ面からの傾斜角θ_ｃは１．５°未満であることが好ましい。また、他方主面１Ｂはサファイアにおけるｃ面［すなわちサファイアの（０００１）面］から傾斜した面である場合も、傾斜方向は特に限定されない。例えば、他方主面１Ｂに垂直な仮想線Ｖがサファイアにおけるａ軸に対して傾斜していてもよいし、ｍ軸に対して傾斜していてもよく、特に限定されない。また、他方主面１Ｂはサファイアにおけるｒ面［すなわちサファイアの（０１－１２）面］から傾斜した面であってもよく、この傾斜角の大きさも傾斜の方向も特に限定されない。

　図７（ａ－１）は、他方主面１Ｂがサファイアにおけるａ面から０．３°だけ、他方主面１Ｂに垂直な仮想線Ｖがサファイアにおけるｃ軸に対して（ｃ軸に近づく方向に）傾斜した基板の表面について、原子間力顕微鏡で計測された表面プロファイルの画像データである。画像の濃淡は表面からの深さを表しており、濃い方が表面から深い位置にある。図７（ａ－２）は、図７（ａ－１）に示すＡ－Ａ線に沿った断面形状を示している。図７（ｂ－１）は、他方主面１Ｂがサファイアにおけるｃ面から０．３°だけ、他方主面１Ｂに垂直な仮想線Ｖがサファイアにおけるａ軸に対して傾斜した基板の表面について、原子間力顕微鏡で計測された表面プロファイルの画像データであり、図７（ｂ－２）は、図７（ｂ－１）に示すＢ－Ｂ線に沿った断面形状を示している。図７（ｃ－１）は、他方主面１Ｂがサファイアにおけるｒ面から０．４°だけ、他方主面１Ｂに垂直な仮想線Ｖがサファイアにおけるｃ軸に対して傾斜した基板の表面について、原子間力顕微鏡で計測された表面プロファイルの画像データであり、図７（ｃ－２）は、図７（ｃ－１）に示すＣ－Ｃ線に沿った断面形状を示している。図７に示すいずれの例でも、部分的にテラス幅Ｗとステップ高さＨが異なっているが、平均してテラス幅Ｗは約５×１０^－８～５×１０^－７(ｍ）程度であり、ステップ高さＨは約３×１０^－１０～３×１０^－９程度となっている。なお、図７に示す各グラフでは、横軸と縦軸の目盛り間隔が異なっており、グラフ上の見た目の凹凸が縦軸方向に極端に（１０００倍程度）誇張されて表現されている。

　ケース部分２は、電子機器１００の前面部分の周縁部分、側面部分及び裏面部分を構成している。本実施形態においては、ケース部分２は、ポリカーボネート樹脂で形成されているが、電子機器を覆う部材であれば特に制限されない。例えば、透光性カバー基板１と同じ材料を用いてもよい。

　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５０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５２ａに表示する。

　画像表示デバイス５２は、いわゆる液晶表示パネルであって、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５２ａ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５２ａに形成される。このように画像表示面５２ａ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。

　図３に示されるように、電子機器１００の裏面１０１、言い換えれば機器ケース３の裏面には、スピーカ穴２０及びマイク穴２１があけられている。また電子機器１００の裏面１０１からは、後述する撮像部５８が有する撮像レンズ５８ａが露出している。

　無線通信部５１は、図６に示すように、電子機器１００とは別のスマートフォン端末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基地局を介してアンテナ５１ａで受信する。無線通信部５１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５０に出力する。制御部５０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。また無線通信部５１は、制御部５０で生成された、音信号等を含む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、処理後の送信信号をアンテナ５１ａから無線送信する。アンテナ５１ａからの送信信号は、基地局を通じて、電子機器１００とは別のスマートフォン端末や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。

　画像表示デバイス５２は、例えば、液晶画像表示デバイスであって、制御部５０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５２ａ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（例えば透光性カバー基板１の短辺方向）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（例えば透光性カバー基板１の長辺方向）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５０に伝達され、制御部５０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。

　図５に示す透光性カバ－基板１は、長方形状の短辺方向がサファイアにおけるｃ軸に平行となっており、透光性カバー基板１の単結晶体では、上部リッジ６１ａや下部リッジ６１ｂがこの短片方向に沿って延びるようにステップ－テラス構造６０が形成されている。透光性カバー基板１の短辺方向と、この短辺方向に直交する長辺方向は、上述の例えば液晶表示パネル等からなる画像表示デバイス５２の画素や、タッチパネル５３の各電極の配列方向の基準となっている。ステップ－テラス構造６０は透明性カバー基板１における部分的な光の回折や、透明性カバー基板１の部分的な静電容量ひいてはタッチパネルの検出感度等にも影響を与える。上部リッジ６１ａや下部リッジ６１ｂがこの短片方向や長辺方向に沿って延びるようにステップ－テラス構造６０を形成しておくと、画像表示デバイス５２の表示条件やタッチパネル５３の検出条件とのマッチングが取り易く、これら条件の変更によって、透光性カバー基板１の他方主面１Ｂが単なる平坦面である場合に比べて例えばタッチパネル５３の検出感度を向上させたり、画像表示デバイス５２によって表示される画像の視認性を向上させることもが比較的容易にできる。

　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５０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５０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５０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５０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５０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。

　マイク５７は、電子機器１００の外部から入力される音を電気的な音信号に変換して制御部５０に出力する。電子機器１００の外部からの音は、当該電子機器１００の裏面１０１に設けられたマイク穴２１から当該電子機器１００の内部に取り込まれて、マイク５７に入力される。

　撮像部５８は、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５０による制御に基づいて、静止画像及び動画像を撮像する。

　電池５９は、電子機器１００の電源を出力する。電池５９から出力された電源は、電子機器１００が備える制御部５０や無線通信部５１などに含まれる各電子部品に対して供給される。

　＜圧電振動素子の詳細＞
　図８および９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８、９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。一方向に長い形状とすることで、後述する変形の程度を比較的大きくすることができる。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１０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１１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を外側にして谷状に撓むようになる。

　圧電振動素子５５は、図１０の状態と図１１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５０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９～１１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１２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。

　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１３は気導音及び伝導音を説明するための図である。図１３には、電子機器１００の使用者の耳の構造が示されている。図１３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１３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１３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＞
　スマトーフォン端末や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、本願発明をいわゆるスマートフォン端末に適用する場合を例にあげて説明したが、本願発明はスマートフォン端末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、タブレット端末や携帯電話機、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
　５０　制御部
　５２　画像表示デバイス
　５２ａ　画像表示面
　５３　タッチパネル
　５５　圧電振動素子
　１００　電子機器

Claims

　画像表示面を有する画像表示デバイスと、
　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を備える電子機器であって、
　前記透光性カバー基板は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶体を含み、当該単結晶体は前記他方主面を有し、前記他方主面の少なくとも一部にステップ－テラス構造を有することを特徴とする電子機器。
　前記他方主面は、前記単結晶体におけるａ面から傾斜した面であり、前記ａ面からの傾斜角が１．５°未満であることを特徴とする請求項１記載の電子機器。
　前記他方主面は、前記他方主面に垂直な仮想線が前記単結晶体におけるｍ軸に近づく方向に傾斜していることを特徴とする請求項２記載の電子機器。
　前記他方主面は、前記他方主面に垂直な仮想線が前記単結晶体におけるｃ軸に近づく方向に傾斜していることを特徴とする請求項２記載の電子機器。
　前記ステップ－テラス構造のステップ高さが１×１０^－１０(ｍ）～５×１０^－８(ｍ）であることを特徴とする請求項１～４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、圧電振動素子をさらに備えることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の電子機器。
　前記圧電振動素子は、音信号に基づいた駆動電圧が印加されて振動することを特徴とする請求項６に記載の電子機器。
　前記圧電振動素子は、平面視で長方形の細長い板状であることを特徴とする請求項６または７に記載の電子機器。
　前記圧電振動素子は、画像表示デバイスとは重ならない位置に配置されていることを特徴とする請求項６～８記載の電子機器。
　電子機器用の透光性カバー基板であって、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする単結晶体を含み、当該単結晶体の主面の少なくとも一部にステップ－テラス構造を有することを特徴とする電子機器用の透光性カバー基板。
　前記主面は、前記単結晶体におけるｍ軸に近づく方向に傾斜していることを特徴とする請求項１０記載の電子機器用の透光性カバー基板。
　前記主面は、前記主面に垂直な仮想線が前記単結晶体におけるｃ軸に近づく方向に傾斜していることを特徴とする請求項１０記載の電子機器用の透光性カバー基板。