KR102481973B1 - Piezoelectric ultrasonic transducer, biometric apparatus including the same, and display apparatus including the apparatus - Google Patents

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KR102481973B1 KR1020180018647A KR20180018647A KR102481973B1 KR 102481973 B1 KR102481973 B1 KR 102481973B1 KR 1020180018647 A KR1020180018647 A KR 1020180018647A KR 20180018647 A KR20180018647 A KR 20180018647A KR 102481973 B1 KR102481973 B1 KR 102481973B1
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Abstract

실시 예의 생체 정보 측정 장치는 대상물에 초음파를 송신하는 송신부; 상기 대상물로부터 반사되는 초음파를 수신하는 수신부; 및 상기 송신부 및 상기 수신부를 제어하는 구동 제어부를 포함하고, 상기 수신부는 제1 압전 부재; 및 복수의 제1 전극을 포함하고, 상기 송신부는 제1 방향으로 이격되어 배치되며, 제2 방향과 나란하되 상기 제2 방향으로의 길이가 상기 제1 방향으로의 폭보다 큰 복수의 압전 바를 포함하는 제2 압전 부재; 및 복수의 제2 전극을 포함하고, 상기 송신부 및 상기 수신부는, 상기 제 1방향 및 상기 제 2 방향으로 정의되는 평면에 대하여 상하로 배치되고, 상기 구동 제어부는 특정 감지 위치에 대한 1회의 빔포밍을 위해 상기 복수의 압전 빔 중 A(여기서, A는 1보다 큰 자연수)개 단위로 그루핑된 B(여기서, B는A의 배수)개의 압전 빔을 제어하되, 다음 감지 위치에 대한 빔포밍시 상기 제1 방향으로 C(여기서, C는 A보다 작은 자연수)개 단위로 쉬프팅하여 상기 복수의 압전 빔 중 B개의 압전 빔을 제어하되, 상기 B개의 압전 빔은 동시에 초음파를 송신할 수 있다.An apparatus for measuring biometric information according to an embodiment includes a transmitter for transmitting ultrasonic waves to an object; a receiving unit for receiving ultrasonic waves reflected from the object; and a drive control unit controlling the transmission unit and the reception unit, wherein the reception unit includes a first piezoelectric member; and a plurality of first electrodes, wherein the transmission unit includes a plurality of piezoelectric bars arranged spaced apart from each other in a first direction and parallel to a second direction, but having a length in the second direction greater than a width in the first direction. a second piezoelectric member to; and a plurality of second electrodes, wherein the transmitting unit and the receiving unit are disposed vertically with respect to a plane defined by the first direction and the second direction, and the driving control unit performs one-time beamforming for a specific sensing position. To control B (here, B is a multiple of A) piezoelectric beams grouped in units of A (here, A is a natural number greater than 1) among the plurality of piezoelectric beams, and during beamforming for the next sensing position, B piezoelectric beams among the plurality of piezoelectric beams may be controlled by shifting in units of C (where C is a natural number smaller than A) in the first direction, and the B piezoelectric beams may simultaneously transmit ultrasonic waves.

Description

압전 초음파 변환 장치, 이 장치를 포함하는 생체 정보 측정 장치 및 이 장치를 포함하는 디스플레이 장치{Piezoelectric ultrasonic transducer, biometric apparatus including the same, and display apparatus including the apparatus}Piezoelectric ultrasonic transducer, biometric apparatus including the same, and display apparatus including the apparatus}

실시 예는 압전 초음파 변환 장치, 이 장치를 포함하는 생체 정보 측정 장치 및 이 장치를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.Embodiments relate to a piezoelectric ultrasonic transducer, a biometric information measurement device including the device, and a display device including the device.

지문 인식 센서는 사람의 지문을 감지하는 센서로서, 기존에 널리 적용되던 도어락 등의 장치는 물론, 최근에는 전자 기기 전원의 온/오프/슬립(sleep) 또는 잠금(lock) 모드의 해제 여부를 결정하는 데에도 널리 이용되고 있다.A fingerprint recognition sensor is a sensor that detects a person's fingerprint, and determines whether to turn on/off/sleep or unlock the power of electronic devices as well as devices such as door locks that have been widely applied in the past. It is also widely used for

지문 인식 센서는 그 동작 원리에 따라 초음파 방식, 적외선 방식 및 정전용량 방식 등으로 구분할 수 있다. 예를 들어, 초음파 방식은 복수의 압전 센서에서 방출되는 일정 주파수의 초음파 (신호)가 지문의 골(VALLEY)과 마루(RIDGE)에서 반사되는 경우 각각의 골과 마루에서의 음향 임피던스(Acoustic Impedance)차이에 의한 반사되는 초음파의 차이를 초음파 발생원인 해당 복수의 압전 센서를 이용해 측정하여 지문을 감지한다. 특히, 초음파 방식의 장점은 단순한 지문 인식의 기능을 넘어서 초음파를 펄스(pulse) 형으로 발생시켜 그 반향파에 의한 도플러 효과를 검출함으로써 손가락 내부의 혈류 흐름을 파악할 수 있는 기능을 갖고 있으므로, 이를 이용하여 위조 지문 여부까지 판단할 수 있는 장점을 가질 수 있다.The fingerprint recognition sensor may be classified into an ultrasonic type, an infrared type, and a capacitive type according to its operation principle. For example, in the ultrasonic method, when ultrasonic waves (signals) of a certain frequency emitted from a plurality of piezoelectric sensors are reflected from valleys and valleys of a fingerprint, acoustic impedance in each valley and valley The fingerprint is sensed by measuring the difference in reflected ultrasonic waves by using a plurality of piezoelectric sensors that are sources of ultrasonic waves. In particular, the advantage of the ultrasound method is that it has a function of grasping the blood flow inside the finger by generating ultrasound in a pulse type and detecting the Doppler effect by the echo wave beyond a simple fingerprint recognition function. Thus, it is possible to have an advantage of determining whether or not a fingerprint is forged.

이러한 지문 센서는 압전 물질의 양면에 전극을 배치하여 초음파를 발생한 후 지문에서 반사된 초음파를 이용하여 지문을 인식할 수 있다. 그러나, 기존의 지문 센서는 동일한 압전 부재에 의해 초음파를 송신하고 수신한다. 일반적으로 압전 부재는 초음파를 수신하는 성능만 우수하거나 초음파를 송신하는 성능만 우수하다. 따라서, 기존의 지문 센서는 송신과 수신 중 한 쪽의 성능만 우수하고 다른 쪽의 열화된 성능을 갖는다.Such a fingerprint sensor may recognize a fingerprint by disposing electrodes on both sides of a piezoelectric material to generate ultrasonic waves and then using ultrasonic waves reflected from a fingerprint. However, conventional fingerprint sensors transmit and receive ultrasonic waves by the same piezoelectric member. In general, a piezoelectric member has excellent only performance for receiving ultrasonic waves or excellent performance for transmitting ultrasonic waves. Therefore, the existing fingerprint sensor has excellent performance in only one of transmission and reception, and deteriorated performance in the other.

또한, 기존의 지문 센서는 초음파를 수신할 것인지 그렇지 않으면 송신할 것인지를 제어하는 스위치 구조를 요구하므로 복잡한 회로 구조를 갖는다.In addition, a conventional fingerprint sensor has a complicated circuit structure because it requires a switch structure to control whether to receive or transmit ultrasonic waves.

실시 예는 초음파 수신력과 송신력이 모두 우수한 압전 초음파 변환 장치, 이 장치를 포함하는 생체 정보 측정 장치 및 이 장치를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.Embodiments provide a piezoelectric ultrasonic transducer having excellent ultrasonic reception and transmission power, a biometric information measurement device including the device, and a display device including the device.

일 실시 예에 의한 생체 정보 측정 장치는 대상물에 초음파를 송신하는 송신부; 상기 대상물로부터 반사되는 초음파를 수신하는 수신부; 및 상기 송신부 및 상기 수신부를 제어하는 구동 제어부를 포함하고, 상기 수신부는 제1 압전 부재; 및 복수의 제1 전극을 포함하고, 상기 송신부는 제1 방향으로 이격되어 배치되며, 제2 방향과 나란하되 상기 제2 방향으로의 길이가 상기 제1 방향으로의 폭보다 큰 복수의 압전 바를 포함하는 제2 압전 부재; 및 복수의 제2 전극을 포함하고, 상기 송신부 및 상기 수신부는, 상기 제 1방향 및 상기 제 2 방향으로 정의되는 평면에 대하여 상하로 배치되고, 상기 구동 제어부는 특정 감지 위치에 대한 1회의 빔포밍을 위해 상기 복수의 압전 빔 중 A(여기서, A는 1보다 큰 자연수)개 단위로 그루핑된 B(여기서, B는A의 배수)개의 압전 빔을 제어하되, 다음 감지 위치에 대한 빔포밍시 상기 제1 방향으로 C(여기서, C는 A보다 작은 자연수)개 단위로 쉬프팅하여 상기 복수의 압전 빔 중 B개의 압전 빔을 제어하되, 상기 B개의 압전 빔은 동시에 초음파를 송신할 수 있다.An apparatus for measuring biometric information according to an embodiment includes a transmitter for transmitting ultrasonic waves to an object; a receiving unit for receiving ultrasonic waves reflected from the object; and a drive control unit controlling the transmission unit and the reception unit, wherein the reception unit includes a first piezoelectric member; and a plurality of first electrodes, wherein the transmission unit includes a plurality of piezoelectric bars arranged spaced apart from each other in a first direction and parallel to a second direction, but having a length in the second direction greater than a width in the first direction. a second piezoelectric member to; and a plurality of second electrodes, wherein the transmitting unit and the receiving unit are disposed vertically with respect to a plane defined by the first direction and the second direction, and the driving control unit performs one-time beamforming for a specific sensing position. To control B (here, B is a multiple of A) piezoelectric beams grouped in units of A (here, A is a natural number greater than 1) among the plurality of piezoelectric beams, and during beamforming for the next sensing position, B piezoelectric beams among the plurality of piezoelectric beams may be controlled by shifting in units of C (where C is a natural number smaller than A) in the first direction, and the B piezoelectric beams may simultaneously transmit ultrasonic waves.

예를 들어, 상기 복수의 제1 전극은, 상기 제1 압전 부재의 상부 또는 하부 중 적어도 한 곳에, 상기 제1 방향으로 나란하고 상기 제2 방향으로 이격되어 배치되고, 상기 제2 전극은, 상기 제2 압전 부재의 상부 또는 하부 중 적어도 한 곳에, 상기 제2 방향과 나란하고 상기 제1 방향으로 이격되어 배치될 수 있다.For example, the plurality of first electrodes are disposed parallel to each other in the first direction and spaced apart from each other in the second direction, on at least one of an upper part or a lower part of the first piezoelectric member, and the second electrode may include the The second piezoelectric member may be disposed parallel to the second direction and spaced apart from the first direction on at least one of an upper part or a lower part of the second piezoelectric member.

예를 들어, 상기 송신부는 상기 제1 방향의 양단 각각에 B/2 개의 압전 빔에 해당하는 영역 이하의 크기를 갖는 비 이미징 영역을 포함할 수 있다.For example, the transmitting unit may include non-imaging areas having a size equal to or smaller than areas corresponding to B/2 piezoelectric beams at both ends of the first direction.

예를 들어, 상기 수신부는 상기 송신부보다 진동에 의한 발생 전압이 더 크고 상기 송신부는 상기 수신부보다 전기장에 의한 변형이 더 큰 구성 또는 재질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.For example, the receiving unit may include at least one of a structure or material in which a voltage generated by vibration is greater than that of the transmitting unit and deformation by an electric field is greater than that of the transmitting unit.

예를 들어, 상기 제1 압전 부재는 제1 압전 물질을 포함하고, 상기 제2 압전 부재는 제2 압전 물질을 포함하고, 상기 제1 압전 물질의 전압 출력 상수는 상기 제2 압전 물질의 전압 출력 상수보다 크고, 상기 제2 압전 물질의 압전 상수는 상기 제1 압전 물질의 압전 상수보다 클 수 있다.For example, the first piezoelectric member includes a first piezoelectric material, the second piezoelectric member includes a second piezoelectric material, and the voltage output constant of the first piezoelectric material is the voltage output of the second piezoelectric material. The piezoelectric constant of the second piezoelectric material may be greater than the piezoelectric constant of the first piezoelectric material.

예를 들어, 상기 수신부는 상기 초음파가 송신되는 경로 상에 배치될 수 있다.For example, the receiver may be disposed on a path through which the ultrasound waves are transmitted.

예를 들어, 상기 제1 압전 부재는 세라믹 계열의 물질을 포함하고, 상기 제2 압전 부재는 폴리머 계열의 물질을 포함할 수 있다.For example, the first piezoelectric member may include a ceramic-based material, and the second piezoelectric member may include a polymer-based material.

예를 들어, 상기 제1 압전 부재의 하부와 상기 제2 압전 부재의 상부 사이에 배치되는 판상형의 제3 전극을 더 포함하고, 상기 복수의 제1 전극은 상기 제1 압전 부재의 상부에 배치되고, 상기 복수의 제2 전극은 상기 제2 압전 부재의 하부에 배치될 수 있다.For example, a plate-shaped third electrode disposed between a lower portion of the first piezoelectric member and an upper portion of the second piezoelectric member, wherein the plurality of first electrodes are disposed on the upper portion of the first piezoelectric member, , The plurality of second electrodes may be disposed under the second piezoelectric member.

예를 들어, 상기 구동 제어부는, 상기 복수의 제1 전극으로부터 인출되며 수신된 초음파에 대응하는 전기적 신호를 받고, 상기 제2 압전 부재가 초음파를 생성하기 위해 필요한 펄스 신호를 제2 전극으로 인가할 수 있다.For example, the drive control unit may receive an electrical signal corresponding to the received ultrasonic waves drawn from the plurality of first electrodes, and apply a pulse signal required for the second piezoelectric member to generate ultrasonic waves to the second electrode. can

예를 들어, 상기 구동 제어부는 상기 송신부와 상기 수신부를 제어하여, 상기 초음파는 시차를 두고 송신 및 수신될 수 있다.For example, the driving controller may control the transmitting unit and the receiving unit to transmit and receive the ultrasonic wave with a time difference.

예를 들어, 상기 구동 제어부는 상기 빔포밍을 수행하기 위하여 상기 복수의 제2 전극 각각에 대한 상기 펄스 신호의 인가 시점을 상기 그루핑된 압전 빔 단위로 달리할 수 있다.For example, the driving control unit may vary an application time of the pulse signal to each of the plurality of second electrodes in units of the grouped piezoelectric beams in order to perform the beamforming.

예를 들어, 상기 압전 초음파 변환 장치는 디스플레이 패널의 하단에서, 화면 영역과 대응되는 위치에 배치될 수 있다.For example, the piezoelectric ultrasonic transducer may be disposed at a position corresponding to the screen area at the bottom of the display panel.

또한, 일 실시예에 의한 디스플레이 장치는 활성 영역을 포함하는 디스플레이 패널; 및 생체 정보 측정 장치를 포함하고, 상기 생체 정보 측정 장치는 대상물에 초음파를 송신하는 송신부; 상기 대상물로부터 반사되는 초음파를 수신하는 수신부; 및 상기 송신부 및 상기 수신부를 제어하는 구동 제어부를 포함하고, 상기 수신부는 제1 압전 부재; 및 복수의 제1 전극을 포함하고, 상기 송신부는 제1 방향으로 이격되어 배치되며, 제2 방향과 나란하되 상기 제2 방향으로의 길이가 상기 제1 방향으로의 폭보다 큰 복수의 압전 바를 포함하는 제2 압전 부재; 및 복수의 제2 전극을 포함하고, 상기 송신부 및 상기 수신부는, 상기 제 1방향 및 상기 제 2 방향으로 정의되는 평면에 대하여 상하로 배치되고, 상기 구동 제어부는 특정 감지 위치에 대한 1회의 빔포밍을 위해 상기 복수의 압전 빔 중 A(여기서, A는 1보다 큰 자연수)개 단위로 그루핑된 B(여기서, B는A의 배수)개의 압전 빔을 제어하되, 다음 감지 위치에 대한 빔포밍시 상기 제1 방향으로 C(여기서, C는 A보다 작은 자연수)개 단위로 쉬프팅하여 상기 복수의 압전 빔 중 B개의 압전 빔을 제어하되, 상기 B개의 압전 빔은 동시에 초음파를 송신할 수 있다. 또한, 상기 송신부 및 상기 수신부는 상기 디스플레이 패널 하단에서, 상기 활성 영역과 대응하는 영역에 배치될 수 있다.Also, a display device according to an embodiment includes a display panel including an active area; and a device for measuring biometric information, wherein the device for measuring biometric information includes: a transmitter configured to transmit ultrasonic waves to an object; a receiving unit for receiving ultrasonic waves reflected from the object; and a drive control unit controlling the transmission unit and the reception unit, wherein the reception unit includes a first piezoelectric member; and a plurality of first electrodes, wherein the transmission unit includes a plurality of piezoelectric bars arranged spaced apart from each other in a first direction and parallel to a second direction, but having a length in the second direction greater than a width in the first direction. a second piezoelectric member to; and a plurality of second electrodes, wherein the transmitting unit and the receiving unit are disposed vertically with respect to a plane defined by the first direction and the second direction, and the driving control unit performs one-time beamforming for a specific sensing position. To control B (here, B is a multiple of A) piezoelectric beams grouped in units of A (here, A is a natural number greater than 1) among the plurality of piezoelectric beams, and during beamforming for the next sensing position, B piezoelectric beams among the plurality of piezoelectric beams may be controlled by shifting in units of C (where C is a natural number smaller than A) in the first direction, and the B piezoelectric beams may simultaneously transmit ultrasonic waves. Also, the transmitting unit and the receiving unit may be disposed in an area corresponding to the active area at the bottom of the display panel.

실시 예에 따른 압전 초음파 변환 장치, 이 장치를 포함하는 생체 정보 측정 장치 및 이 장치를 포함하는 디스플레이 장치는 빔포밍을 통해 우수한 송신력과 우수한 수신력을 모두 가지며, 대상물에 대한 정보를 정밀하게 획득할 수 있고, 회로 구조가 기존보다 복잡하지 않으며, 디스플레이 장치의 디스플레이 화면영역에 지문센서를 배치하여 사용 편의성을 증진할 수 있다.A piezoelectric ultrasonic transducer according to an embodiment, a biometric information measurement device including the device, and a display device including the device have both excellent transmission power and excellent reception power through beamforming, and can accurately obtain information about an object. In addition, the circuit structure is not more complicated than the conventional one, and convenience of use can be improved by arranging the fingerprint sensor in the display screen area of the display device.

도 1a 및 도 1b는 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치의 사시도를 나타낸다.
도 2a는 도 1a에 도시된 수신부를, 도 2b는 도 1a에 도시된 송신부를 각각 예시적으로 나타낸 사시도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예들에 적용될 수 있는 2-2 콤포지트 구성의 송신부 제조 공정의 일례를, 도 3e는 1-3 콤포지트 구성의 제조상 문제점의 일례를 각각 나타낸다.
도 4는 도 2b에 도시된 송신부의 일 실시 예에 의한 단면도를 나타낸다.
도 5a 내지 도 7b는 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치의 전극 배치의 일례를 설명하기 위한 단면도이다.
도 8a 내지 도 8e는 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치의 기판을 고려한 전극 배치의 일례를 설명하기 위한 단면도이다.
도 9는 실시 예에 의한 생체 정보 측정 장치의 일 실시 예에 의한 외관을 나타내는 도면이다.
도 10a 및 도 10b는 일 실시예에 생체 정보 측정 장치에서 빔포밍에 의한 초음파 감지가 수행되는 형태의 일례를 나타낸다.
도 11은 실시예에 따른 송신부 배치 형태의 일례를 나타낸다.
도 12는 일 실시 예에 의한 디스플레이 장치의 단면도를 나타낸다.
도 13은 다른 실시 예에 의한 디스플레이 장치의 단면도를 나타낸다.
도 14는 또 다른 실시 예에 의한 디스플레이 장치의 단면도를 나타낸다.
도 15는 또 다른 실시 예에 의한 디스플레이 장치의 단면도를 나타낸다.
도 16은 또 다른 실시 예에 의한 디스플레이 장치의 단면도를 나타낸다.
도 17은 또 다른 실시 예에 의한 디스플레이 장치의 단면도를 나타낸다.
도 18은 디스플레이 장치의 구동 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 19 (a) 내지 (c)는 도 18의 설명을 돕기 위한 도면이다.
1A and 1B show a perspective view of a piezoelectric ultrasonic transducer according to an embodiment.
FIG. 2A is a perspective view illustrating the receiving unit shown in FIG. 1A and FIG. 2B is a perspective view illustrating the transmitting unit shown in FIG. 1A, respectively.
3A to 3D show an example of a manufacturing process of a transmitter of a 2-2 composite configuration applicable to embodiments of the present invention, and FIG. 3E shows an example of manufacturing problems of a 1-3 composite configuration.
4 is a cross-sectional view of the transmission unit shown in FIG. 2B according to an embodiment.
5A to 7B are cross-sectional views for explaining an example of electrode arrangement of the piezoelectric ultrasonic transducer according to the embodiment.
8A to 8E are cross-sectional views for explaining an example of an electrode arrangement in consideration of a substrate of a piezoelectric ultrasonic transducer according to an embodiment.
9 is a diagram illustrating an appearance of a device for measuring biometric information according to an embodiment.
10A and 10B show an example of a form in which ultrasonic sensing by beamforming is performed in a biometric information measuring device according to an embodiment.
11 shows an example of a transmitter arrangement according to an embodiment.
12 is a cross-sectional view of a display device according to an exemplary embodiment.
13 is a cross-sectional view of a display device according to another embodiment.
14 is a cross-sectional view of a display device according to another embodiment.
15 is a cross-sectional view of a display device according to another embodiment.
16 is a cross-sectional view of a display device according to another embodiment.
17 is a cross-sectional view of a display device according to another embodiment.
18 is a flowchart for explaining a method of driving a display device.
19 (a) to (c) are diagrams to help explain FIG. 18 .

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, examples will be described in order to explain the present invention in detail, and will be described in detail with reference to the accompanying drawings to help understanding of the present invention. However, embodiments according to the present invention can be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.

본 실시 예의 설명에 있어서, 각 구성요소(element)의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 구성요소(element)가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 구성요소(element)가 상기 두 구성요소(element) 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.In the description of this embodiment, in the case where it is described as being formed on or under each element, the upper (above) or lower (below) ( on or under) includes both that two elements are directly in contact with each other or that one or more other elements are disposed between the two elements (indirectly).

또한 "상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"로 표현되는 경우 하나의 구성요소(element)를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.In addition, when expressed as "upper (up)" or "lower (under) (on or under)", it may include the meaning of not only an upward direction but also a downward direction based on one element.

또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서 이용될 수도 있다.In addition, relational terms such as "first" and "second", "upper/upper/upper" and "lower/lower/lower" used below refer to any physical or logical relationship or It may be used to distinguish one entity or element from another, without necessarily requiring or implying an order.

이하, 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치(100A 및 100B), 이 장치를 포함하는 생체 정보 측정 장치(200) 및 이 장치(100A, 100B 또는 200)를 포함하는 디스플레이 장치(300A 내지 300F)를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다. 편의상, 데카르트 좌표계(x축, y축, z축)를 이용하여 압전 초음파 변환 장치(100A 및 100B), 이 장치를 포함하는 생체 정보 측정 장치(200) 및 이 장치(100A 내지 100C 또는 200)를 포함하는 디스플레이 장치(300A 내지 300F)를 설명하지만, 다른 좌표계에 의해서도 이를 설명할 수 있음은 물론이다. 데카르트 좌표계에 의하면, x축, y축, z축은 서로 직교하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 다른 실시 예에 의하면, x축, y축, z축은 서로 교차할 수도 있다.Hereinafter, piezoelectric ultrasonic transducers 100A and 100B according to embodiments, a biometric information measuring device 200 including the devices, and display devices 300A to 300F including the devices 100A, 100B, or 200 are attached. With reference to the drawings, it will be described as follows. For convenience, the piezoelectric ultrasonic transducer 100A and 100B, the biometric information measuring device 200 including the device, and the device 100A to 100C or 200 are measured using a Cartesian coordinate system (x-axis, y-axis, z-axis). Although the display devices 300A to 300F are described, it is of course possible to describe them using other coordinate systems. According to the Cartesian coordinate system, the x-axis, y-axis, and z-axis are orthogonal to each other, but the embodiment is not limited thereto. According to another embodiment, the x-axis, y-axis, and z-axis may cross each other.

도 1a 및 도 1b는 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치의 사시도를 나타낸다.실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치(100A, 100B)는 수신부(110) 및 송신부(120) 를 포함할 수 있다.1A and 1B show a perspective view of a piezoelectric ultrasonic transducer according to an embodiment. The piezoelectric ultrasonic transducer 100A and 100B according to an embodiment may include a receiver 110 and a transmitter 120.

수신부(110)는 대상물(미도시)에서 반사된 초음파(USR)를 수신하는 역할을 한다. 이를 위해, 수신부(110)는 제1 압전 부재 및 복수의 제1 전극을 포함할 수 있다. 복수의 제1 전극은 제1 압전 부재의 상면 또는 하면 중 적어도 한 곳에 서로 이격되되, 일 방향(예를 들어, Y축 방향)을 따라 나란히 배치될 수 있다.The receiving unit 110 serves to receive ultrasound (USR) reflected from an object (not shown). To this end, the receiver 110 may include a first piezoelectric member and a plurality of first electrodes. The plurality of first electrodes may be disposed side by side along one direction (eg, the Y-axis direction) while being spaced apart from each other on at least one of the upper and lower surfaces of the first piezoelectric member.

후술되는 바와 같이, 수신부(110)에서 수신된 초음파(USR)에 상응하는 전기적인 신호를 이용하여, 초음파를 반사한 대상물의 이미지를 생성할 수 있다. 이때, 생성되는 이미지의 해상도에 따라 제1 전극의 개수가 달라질 수 있다. 다만, 해상도 자체는 후술할 빔포밍의 수행 여부 및 방식에 따라 반드시 전극의 개수에 종속되지 아니할 수도 있다.As will be described later, an image of an object reflecting the ultrasound may be generated using an electrical signal corresponding to the ultrasound (USR) received by the receiver 110 . In this case, the number of first electrodes may vary according to the resolution of the generated image. However, the resolution itself may not depend on the number of electrodes depending on whether and how beamforming is performed, which will be described later.

송신부(120)는 수신부(120)와 두께방향(예를 들어, z축 방향)으로 적어도 일부가 중첩되도록 배치되며, 초음파(UST)를 송신하는 역할을 한다. 이를 위해, 송신부(120)는 제2 압전 부재 및 복수의 제2 전극을 포함할 수 있다. 제2 전극은 제2 압전 부재의 상면 또는 하면 중 적어도 한 곳에 서로 이격되되, 일 방향(예를 들어, Y축 방향)을 따라 나란히 배치될 수 있다. 이때, 제2 전극이 배치되는 방향은 제1 전극이 배치되는 방향과 상이한, 즉 평면상에서 교차되도록 배치되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제2 전극이 배치되는 방향과 제1 전극이 배치되는 방향은 평면(예컨대, X-Y 평면) 상에서 직교할 수도 있고, 직교하지 않도록 교차할 수도 있다.The transmitting unit 120 is disposed to overlap at least a portion of the receiving unit 120 in a thickness direction (eg, a z-axis direction), and serves to transmit ultrasonic waves UST. To this end, the transmitter 120 may include a second piezoelectric member and a plurality of second electrodes. The second electrodes may be spaced apart from each other on at least one of the upper and lower surfaces of the second piezoelectric member and may be arranged side by side along one direction (eg, the Y-axis direction). At this time, it is preferable that the direction in which the second electrode is disposed is different from the direction in which the first electrode is disposed, that is, disposed to intersect on a plane. For example, the direction in which the second electrode is disposed and the direction in which the first electrode is disposed may be orthogonal on a plane (eg, an X-Y plane) or may cross so as not to be orthogonal.

도 1a에 예시된 바와 같이, 압전 초음파 변환 장치(100A)는 수신부(110) 및 송신부(120)를 포함하되, 수신부(110)는 송신부(120)에서 초음파(UST)가 송신되는 방향에 배치될 수 있다. 이러한 경우 송신부(120)에서 송신되는 초음파(UST)는 수신부(110)를 거쳐 대상물까지 진행한 후 대상물에서 반사되며, 반사된 초음파(USR)가 수신부(110)에서 수신될 수 있다.As illustrated in FIG. 1A , the piezoelectric ultrasonic transducer 100A includes a receiving unit 110 and a transmitting unit 120, but the receiving unit 110 is disposed in a direction in which ultrasonic waves UST are transmitted from the transmitting unit 120. can In this case, the ultrasonic wave UST transmitted from the transmitter 120 passes through the receiver 110 to the object and is reflected from the object, and the reflected ultrasonic wave USR may be received by the receiver 110 .

또는, 도 1b에 예시된 바와 같이, 수신부(110)와 송신부(120)의 위치가 서로 바뀔 수도 있다. 이러한 경우, 송신부(120)에서 송신되는 초음파(UST)는 대상물에서 반사되며, 반사된 초음파는 다시 송신부(120)를 거쳐 수신부(110)에서 수신될 수 있다.Alternatively, as illustrated in FIG. 1B , positions of the receiver 110 and the transmitter 120 may be exchanged. In this case, the ultrasonic waves UST transmitted from the transmitter 120 are reflected from the object, and the reflected ultrasonic waves may be received by the receiver 110 via the transmitter 120 again.

도 1a 및 도 1b에 도시된 실시 예는 이해를 돕기 위함이며, 이에 국한되지 않고 송신부 및 수신부는 다양한 평면 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 송신부 및 수신부는 사각 평면 형상이 아닌 원형 또는 다각형 평면 형상을 가질 수도 있다.The embodiments shown in FIGS. 1A and 1B are for ease of understanding, but are not limited thereto, and the transmitter and receiver may have various planar shapes. For example, the transmitting unit and the receiving unit may have a circular or polygonal flat shape instead of a square flat shape.

도 2a는 도 1a에 도시된 수신부를, 도 2b는 도 1a에 도시된 송신부를 각각 예시적으로 나타낸 사시도이다.FIG. 2A is a perspective view illustrating the receiving unit shown in FIG. 1A and FIG. 2B is a perspective view illustrating the transmitting unit shown in FIG. 1A, respectively.

도 2a를 참조하면, 수신부(110)는 제1 압전 부재(111) 및 복수의 제1 전극(UEA1)을 포함한다. 보다 상세히, 제1 압전 부재(111)는 판상형으로 사각형 단면 형상을 가질 수 있다. 또한, 복수의 제1 전극(UEA1)은 제1 압전 부재(111)의 상면에서 서로 이격되되, 한 방향(예컨대, Y축 방향)을 따라 나란히 배치될 수 있다. 여기서 제1 압전 부재(111)의 수직 방향(예를 들어, Z축 방향) 두께(T1)는 10 내지 100㎛일 수 있으나, 실시예는 이에 국한되지 않는다.Referring to FIG. 2A , the receiver 110 includes a first piezoelectric member 111 and a plurality of first electrodes UEA1 . In more detail, the first piezoelectric member 111 may have a rectangular cross-sectional shape in a plate shape. In addition, the plurality of first electrodes UEA1 may be spaced apart from each other on the upper surface of the first piezoelectric member 111 and arranged side by side along one direction (eg, the Y-axis direction). Here, the vertical direction (eg, Z-axis direction) thickness T1 of the first piezoelectric member 111 may be 10 to 100 μm, but the embodiment is not limited thereto.

또한, 복수의 제1 전극 각각의 x축 방향 폭(W1)은 20 내지 300㎛일 수 있으며, 서로 인접한 제1 전극 간의 이격 거리(W2)는 10 내지 200㎛일 수 있으나, 실시예는 이에 국한되지 않는다.In addition, the width W1 of each of the plurality of first electrodes in the x-axis direction may be 20 to 300 μm, and the separation distance W2 between adjacent first electrodes may be 10 to 200 μm, but the embodiment is limited thereto. It doesn't work.

한편, 도시되지는 않았으나 제1 압전 부재(111)의 하면에는 제3 전극이 배치될 수 있다. 제3 전극은 하나의 공통 전극일 수도 있고, 복수의 제1 전극과 대응되는 숫자로 복수개가 구비될 수도 있다. 복수의 제3 전극이 구비되는 경우, 복수의 제3 전극은 수직 방향으로 복수의 제1 전극과 대면하는 위치에 각각 배치될 수 있다. 구체적인 전극 배치 형태는 보다 상세히 후술하기로 한다.Meanwhile, although not shown, a third electrode may be disposed on the lower surface of the first piezoelectric member 111 . The third electrode may be a single common electrode or may be provided in plural numbers corresponding to the plurality of first electrodes. When a plurality of third electrodes are provided, the plurality of third electrodes may be disposed at positions facing the plurality of first electrodes in a vertical direction. A specific electrode arrangement will be described later in more detail.

다음으로, 도 2b를 참조하면, 송신부(120)는 제2 압전 부재(121) 및 복수의 제2 전극(UEA2)을 포함한다. 보다 상세히, 제2 압전 부재(121)는 평면(즉, X-Y 평면) 상에서 장축(여기서는 X축)과 단축(여기서는 Y축)을 각각 가지며, 장축 방향으로 나란하되 단축 방향으로 서로 이격되어 배치되는 복수의 압전 빔(Beam) 또는 압전 바(bar) 형태일 수 있다. 이하, 편의상 제2 압전 부재(121)는 “복수의 압전 빔(121)” 또는 “복수의 압전 바(121)”란 용어와 혼용하기로 한다.Next, referring to FIG. 2B , the transmitter 120 includes a second piezoelectric member 121 and a plurality of second electrodes UEA2 . In more detail, the second piezoelectric member 121 has a long axis (here, X axis) and a short axis (here, Y axis) on a plane (ie, X-Y plane), respectively, and a plurality of pieces arranged side by side in the direction of the long axis but spaced apart from each other in the direction of the short axis. It may be in the form of a piezoelectric beam or a piezoelectric bar. Hereinafter, for convenience, the term “a plurality of piezoelectric beams 121” or “a plurality of piezoelectric bars 121” will be used interchangeably with the term “second piezoelectric member 121”.

이러한 압전 빔(Beam)은 2-2 콤포지트(composite) 구성을 가질 수 있다. 즉, 빔(Beam) 형태의 압전 부재는 장축 방향으로 가장 큰 길이 성분을 가지나, 전극은 비교적 짧은 수직 방향으로 서로 대면하도록 배치되어 분극은 수직방향으로 발생하게 되는 구조를 가질 수 있다. 2-2 콤포지트 구성에 대해서는 보다 상세히 후술하기로 한다.This piezoelectric beam may have a 2-2 composite configuration. That is, the piezoelectric member in the form of a beam may have the largest length component in the long axis direction, but the electrodes may have a structure that faces each other in a relatively short vertical direction so that polarization occurs in the vertical direction. 2-2 Composite configuration will be described later in detail.

복수의 압전 빔(121) 각각의 사이에는 충진 부재(123)가 충진되어 배치될 수 있다. 충진 부재(123)는 압전 빔(121)을 서로 지지하면서 연결하며 임의의 압전 빔(121)에서 초음파가 방출될 때 진동을 흡수하여 인접한 압전 빔으로 진동이 전파되는 것을 방지하는 역할도 수행할 수 있다. 충진 부재(114)는 폴리머(polymer) 또는 레진(resion) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 한편, 압전 빔(121)의 수직 방향(예를 들어, Z축 방향) 두께(T1)는 50㎛ 내지 300㎛, 바람직하게는 50㎛ 내지 100㎛일 수 있으나, 실시예는 이에 국한되지 않는다. 또한, 압전 빔(121)의 단축 방향(즉, Y축) 길이(W3)는 20㎛ 내지 300㎛, 바람직하게는 20㎛ 내지 50㎛일 수 있으며, 압전 빔(121) 간의 단축 방향으로의 이격 거리, 즉, 충진 부재(121)의 폭(W4)은 10㎛ 내지 200㎛, 바람직하게는 10㎛ 내지 40㎛일 수 있으나, 실시예는 이에 국한되지 않는다.A filling member 123 may be filled and disposed between each of the plurality of piezoelectric beams 121 . The filling member 123 supports and connects the piezoelectric beams 121 to each other, absorbs vibration when ultrasonic waves are emitted from an arbitrary piezoelectric beam 121, and can also play a role of preventing vibration from propagating to adjacent piezoelectric beams. there is. The filling member 114 may include at least one of polymer or resin, but the embodiment is not limited thereto. Meanwhile, the thickness T1 of the piezoelectric beam 121 in the vertical direction (eg, Z-axis direction) may be 50 μm to 300 μm, preferably 50 μm to 100 μm, but the embodiment is not limited thereto. In addition, the length W3 of the piezoelectric beams 121 in the short axis direction (ie, the Y axis) may be 20 μm to 300 μm, preferably 20 μm to 50 μm, and the piezoelectric beams 121 may be spaced apart in the short axis direction. The distance, that is, the width W4 of the filling member 121 may be 10 μm to 200 μm, preferably 10 μm to 40 μm, but the embodiment is not limited thereto.

또한, 복수의 제2 전극(UEA2)은 압전 빔(121)의 평면 형상에 대응되도록 배치될 수 있다. 즉, 복수의 제2 전극(UEA2)는 각 압전 빔(121)의 상면에 배치되며, 서로 이격되되 한 방향(예컨대, X축 방향)을 따라 나란히 배치될 수 있다. 아울러, 압전 빔의 상면에는 제4 전극(LEA2)이 배치될 수 있다. 제4 전극은 도 2b에 도시된 바와 같이 복수의 제2 전극과 대응되는 숫자로 복수개가 구비될 수도 있고, 하나의 공통 전극으로 수신부(120)의 하면에 배치될 수도 있다. 복수의 제4 전극이 구비되는 경우, 복수의 제4 전극은 수직 방향으로 복수의 제2 전극과 대면하는 위치에 각각 배치될 수 있다. 구체적인 전극 배치 형태는 보다 상세히 후술하기로 한다.Also, the plurality of second electrodes UEA2 may be disposed to correspond to the planar shape of the piezoelectric beam 121 . That is, the plurality of second electrodes UEA2 are disposed on the upper surface of each piezoelectric beam 121 and may be spaced apart from each other and arranged side by side along one direction (eg, the X-axis direction). In addition, a fourth electrode LEA2 may be disposed on an upper surface of the piezoelectric beam. As shown in FIG. 2B , a plurality of fourth electrodes may be provided with numbers corresponding to the plurality of second electrodes, or may be disposed on the lower surface of the receiver 120 as one common electrode. When a plurality of fourth electrodes are provided, the plurality of fourth electrodes may be disposed at positions facing the plurality of second electrodes in a vertical direction. A specific electrode arrangement will be described later in more detail.

이하에서는 2-2 콤포지트 구성의 압전 바가 1-3 콤포지트 구성에 비해 갖는 장점을 설명한다. 2-2 콤포지트 구성을 갖는 압전 바는, 특히 제조 과정에서의 가공 효율성 상의 이점을 갖는다.Hereinafter, advantages of the piezoelectric bar of the 2-2 composite structure compared to the 1-3 composite structure will be described. A piezoelectric bar having a 2-2 composite configuration has advantages in terms of processing efficiency, especially during manufacturing.

예를 들어, 압전 바의 제조 과정은 압전 부재로서 압전 세라믹(PZT) 소결체를 형성하고, 소결체를 다이싱(Dicing)한 후, 다이싱으로 발생한 사이 공간에 충진 부재를 채우는 과정을 수행할 수 있다.For example, in the manufacturing process of the piezoelectric bar, a process of forming a piezoelectric ceramic (PZT) sintered body as a piezoelectric member, dicing the sintered body, and then filling the space between the dicing results with a filling member may be performed. .

이 경우 압전바의 높이를 압전바의 폭 보다 크게하여, 압전 물질의 높이 방향으로의 분극을 극대화 할 수 있다. 이 때, 소결체를 가로 및 세로 방향으로 모두 다이싱 하면 1-3 composite 구성이 되고, 소결체를 가로 또는 세로 중 어느 하나의 방향으로 다이싱하면 2-2 composite 구성이 된다.In this case, the polarization of the piezoelectric material in the height direction may be maximized by making the height of the piezoelectric bar larger than the width of the piezoelectric bar. At this time, when the sintered body is diced in both the horizontal and vertical directions, a 1-3 composite configuration is obtained, and when the sintered body is diced in either the horizontal or vertical directions, a 2-2 composite configuration is obtained.

압전 초음파 변환 장치 또는 이를 이용하는 생체 정보 측정 장치 등에서는 높은 해상도를 요구하는 경우가 있다. 이를 구현하기 위해서 복수개의 압전 바 간의 간격 및 압전 바 자체의 폭이 좁아지도록 구성하는 것이 바람직하다. 그런데, 소결체는 비교적 작은 결정립 크기를 가지기 때문에, 1-3 composite 구성으로 제조하는 경우 좁은 압전 바의 폭 및 간격을 유지하면서 가로 및 세로 방향으로 모두 다이싱을 해야 한다. 이러한 경우, 특정 부분의 압전바 형상이 불완전하여 충분한 압전특성 또는 전압출력특성을 가질 수 없게 되거나 또는 각각의 압전바가 소결체에서 분리되어 원하는 형상을 얻을 수 없는 경우가 발생할 수 있다. 따라서, 1-3 콤포지트 구성보다 2-2 콤포지트 구성이 보다 높은 수율을 얻을 수 있는 장점이 있다.A piezoelectric ultrasonic transducer or a biometric information measurement device using the same may require high resolution. In order to realize this, it is preferable to narrow the gap between the plurality of piezoelectric bars and the width of the piezoelectric bar itself. By the way, since the sintered body has a relatively small crystal grain size, when it is manufactured in a 1-3 composite configuration, dicing must be performed in both the horizontal and vertical directions while maintaining the narrow width and spacing of the piezoelectric bar. In this case, the shape of a specific portion of the piezoelectric bar may be incomplete, so that sufficient piezoelectric characteristics or voltage output characteristics may not be obtained, or each piezoelectric bar may be separated from the sintered body and a desired shape may not be obtained. Therefore, there is an advantage in that a higher yield can be obtained in the 2-2 composite configuration than in the 1-3 composite configuration.

이하에서는 도 3a 내지 3e를 참조하여 전술한 콤포지트 구성의 차이점 및 실시예에 따른 송신부의 제조 공정을 설명한다.Hereinafter, the manufacturing process of the transmitting unit according to the embodiment and the difference in the composite configuration described above will be described with reference to FIGS. 3A to 3E.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예들에 적용될 수 있는 2-2 콤포지트 구성의 송신부 제조 공정의 일례를, 도 3e는 1-3 콤포지트 구성의 제조상 문제점의 일례를 각각 나타낸다.3A to 3D show an example of a manufacturing process of a transmitter of a 2-2 composite configuration applicable to embodiments of the present invention, and FIG. 3E shows an example of manufacturing problems of a 1-3 composite configuration.

먼저, 도 3a를 참조하면, 압전 부재로서 압전 세라믹(PZT) 소결체(SC)가 준비된다. 여기서 소결체(SC)는 직육면체 형상을 갖는 것으로 도시되나, 이는 예시적인 것으로 이와 상이한 입체 형상을 가질 수도 있다.First, referring to FIG. 3A , a piezoelectric ceramic (PZT) sintered body SC is prepared as a piezoelectric member. Here, the sintered body SC is shown as having a rectangular parallelepiped shape, but this is exemplary and may have a different three-dimensional shape.

소결체(SC)는 도 3b와 같이 일 방향(예를 들어, x축 방향)을 따라 나란히 연장되는 복수의 리세스(R)가 타 방향(예를 들어, y축 방향)으로 서로 이격되어 배치되도록 다이싱될 수 있다. 이때, 다이싱은 다이아몬트 커팅 등의 방식으로 수행될 수 있으나, 일 방향으로 나란한 복수의 리세스(R)가 형성될 수 있다면 실시 예는 어떠한 다이싱 방식에도 적용될 수 있다. 다른 실시 예에 의하면, 다이싱 대신 리세스(R)의 형상을 양각으로 갖는 몰드를 이용하여 압전체를 소결시킴으로써 도 3b와 같은 형태의 소결체(SC)를 제조할 수도 있다.In the sintered body SC, as shown in FIG. 3B, a plurality of recesses R extending side by side in one direction (eg, the x-axis direction) are spaced apart from each other in the other direction (eg, the y-axis direction). can be diced. In this case, the dicing may be performed in a method such as diamond cutting, but the embodiment may be applied to any dicing method as long as a plurality of recesses R parallel to one direction can be formed. According to another embodiment, the sintered body SC having the shape shown in FIG. 3B may be manufactured by sintering the piezoelectric body using a mold having an embossed shape of the recess R instead of dicing.

이후, 도 3c와 같이 소결체(SC)의 리세스(R)에 충진 부재(123)가 채워질 수 있다. 충진 부재(123)가 리세스(R)에 채워진 소결체(SC)의 하면 및/또는 상면은 그라인딩 등의 방식으로 제거될 수 있다. 예를 들어, 적어도 소결체(SC)의 하면은 충진 부재(123)가 하면에 노출될 때까지 그라인딩되는 것이 바람직하다.Thereafter, the filling member 123 may be filled in the recess R of the sintered body SC, as shown in FIG. 3C. The lower and/or upper surfaces of the sintered body SC with the filling member 123 filled in the recess R may be removed by grinding or the like. For example, it is preferable that at least the lower surface of the sintered body SC is ground until the filling member 123 is exposed to the lower surface.

그에 따라, 도 3d와 같이 복수의 압전 빔(121)과 충진 부재(123)가 일 방향을 따라 나란히 연장되되, 타방향을 따라 교번배치되는 형태가 된다. 이러한 상태에서 복수의 압전 빔(121) 각각의 상면과 하면에 전극을 형성시키면 도 2b와 같은 형태의 송신부가 제조될 수 있다. 이때, 전극은 스퍼터 방식, 코팅 방식, 인쇄 방식 등을 통해 형성될 수 있으나, 실시 예는 전극 형성 방법에 제한되지 아니한다.Accordingly, as shown in FIG. 3D, the plurality of piezoelectric beams 121 and the filling member 123 extend side by side along one direction, but are alternately disposed along the other direction. In this state, when electrodes are formed on the upper and lower surfaces of each of the plurality of piezoelectric beams 121, a transmission unit of the form shown in FIG. 2B may be manufactured. In this case, the electrode may be formed through a sputtering method, a coating method, a printing method, and the like, but the embodiment is not limited to the electrode forming method.

한편, 압전 부재가 1-3 콤포지트 구성을 갖도록 할 경우 도 3b와 같은 상황에서 y축 방향으로 추가로 다이싱이 수행될 수 있다. 이러한 경우, 도 3e와 같이 소결체는 상면에 복수의 압전 기둥(PP)을 갖게 된다. 그러나, 서로 다른 방향으로 다이싱되는 과정에서 작은 결정립 크기로 인해 각각의 압전 필라(PP)는 충분한 강성을 확보하기 어려워 일부 압전 필라가 파손됨으로 인해 결손 부위(DP)가 발생하는 등 문제점이 있다. 이와 달리, 2-2 composite 구성을 사용하는 경우, 가로 또는 세로(예를 들어, x축 또는 y축) 중 어느 하나의 방향으로 다이싱이 수행되므로, 압전 빔의 형상을 조절하기 용이하므로 높은 해상도의 장치를 제조하는 데에 이점을 가질 수 있다.Meanwhile, when the piezoelectric member has a 1-3 composite configuration, dicing may be additionally performed in the y-axis direction in the same situation as in FIG. 3B. In this case, as shown in FIG. 3E, the sintered body has a plurality of piezoelectric pillars PP on the upper surface. However, due to the small crystal grain size in the process of dicing in different directions, it is difficult to secure sufficient rigidity for each of the piezoelectric pillars (PP), and some of the piezoelectric pillars are damaged, resulting in defects such as DP. In contrast, when using a 2-2 composite configuration, since dicing is performed in either direction, either horizontally or vertically (eg, x-axis or y-axis), it is easy to adjust the shape of the piezoelectric beam, resulting in high resolution may have an advantage in manufacturing the device of

실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치(100A 및 100B)의 경우, 수신부(110)와 송신부 (120)가 서로 수직방향으로 이격되어 배치되기 때문에, 수신부(110)와 송신부(120)의 구성 또는 재질 중 적어도 하나를 다르게 구현할 수 있다.In the case of the piezoelectric ultrasonic transducer 100A and 100B according to the embodiment, since the receiving unit 110 and the transmitting unit 120 are spaced apart from each other in the vertical direction, the configuration or material of the receiving unit 110 and the transmitting unit 120 At least one can be implemented differently.

이를 토대로, 실시 예의 경우, 수신부(110)는 송신부(120)보다 초음파 수신력이 더 높은 구성 또는 재질 중 적어도 하나를 포함하고, 송신부(120)는 수신부(110)보다 초음파 송신력이 더 높은 구성 또는 재질 중 적어도 하나를 포함하도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 수신부(110)는 송신부(120)보다 진동에 의한 발생 전압이 더 크고, 송신부(120)는 수신부(110)보다 전기장에 의한 변형이 더 큰 구성 또는 재질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Based on this, in the case of the embodiment, the receiver 110 includes at least one of a structure or material having a higher ultrasonic receiving power than the transmitting unit 120, and the transmitting unit 120 has a higher ultrasonic transmitting power than the receiving unit 110, or It may be implemented to include at least one of the materials. For example, the receiver 110 may include at least one of a structure or material in which the voltage generated by vibration is greater than that of the transmitter 120 and the deformation by an electric field is greater than that of the receiver 110. there is.

이와 같이, 수신부(110)의 구성 또는 재질 중 적어도 하나를 초음파 수신력을 높이도록 구현할 경우, 수신부(110)에서 수신된 초음파의 세기가 커질 수 있다. 또한, 송신부(120)의 구성 또는 재질 중 적어도 하나를 초음파 송신력을 높이도록 구현할 경우, 송신부(120)에 인가된 펄스 신호에 충실하게 초음파가 생성될 수 있다. 여기서, 펄스 신호는 진폭과 주파수를 가지는 전기적 신호로서, 전압 신호 또는 전류 신호일 수 있다. 예를 들어, 펄스 신호는 압전 물질에 진동을 부여하기 위한 교류 특성을 가질 수 있다.In this way, when at least one of the configuration or material of the receiving unit 110 is implemented to increase the ultrasonic receiving power, the intensity of the ultrasonic wave received by the receiving unit 110 may increase. In addition, when at least one of the configuration or material of the transmitter 120 is implemented to increase the ultrasonic transmission power, ultrasonic waves may be generated faithfully to the pulse signal applied to the transmitter 120 . Here, the pulse signal is an electrical signal having an amplitude and a frequency, and may be a voltage signal or a current signal. For example, the pulse signal may have alternating current characteristics for imparting vibration to a piezoelectric material.

일 실시 예에 의하면, 수신부(110)가 송신부(120)보다 초음파 수신력이 더 높도록 하고, 송신부(120)는 수신부(110)보다 초음파 송신력이 더 높도록 하기 위해, 수신부(110)와 송신부(120) 각각의 재질을 달리할 수 있다.According to an embodiment, the receiving unit 110 and the transmitting unit are configured to have a higher ultrasound receiving power than the receiving unit 110 and a higher ultrasonic receiving power than the transmitting unit 120, and the transmitting unit 120 to have a higher ultrasonic transmitting power than the receiving unit 110. (120) Each material can be different.

수신부(110)에 포함되는 제1 압전 부재는 제1 압전 물질을 포함하고, 송신부(120)에 포함된 제2 압전 부재는 제2 압전 물질을 포함한다고 하자.It is assumed that the first piezoelectric member included in the receiver 110 includes a first piezoelectric material, and the second piezoelectric member included in the transmitter 120 includes a second piezoelectric material.

이 경우, 수신부(110)가 송신부(120)보다 상대적으로 더 높은 초음파 수신력을 갖도록 하기 위해, 제1 압전 물질의 전압 출력 상수는 제2 압전 물질의 전압 출력 상수보다 클 수 있다. 전압 출력 상수란, 외부 진동에 의한 전압 발생 비율을 의미한다.In this case, the voltage output constant of the first piezoelectric material may be greater than that of the second piezoelectric material so that the receiving unit 110 has a relatively higher ultrasonic receiving power than the transmitting unit 120 . The voltage output constant means a voltage generation rate due to external vibration.

예를 들어, 제1 압전 물질의 전압 출력 상수(g33)는 40 x 10-3 Vm/N 내지 200 x 10-3 Vm/N일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 참고로, g33이란, 제1 압전 부재의 진동 방향이 z축 방향(g33의 아래 첨자 중 첫 번째 숫자 '3'의 의미)이고 정렬 방향이 z축 방향(g33의 아래 첨자 중 두 번째 숫자 '3'의 의미)임을 의미한다.For example, the voltage output constant g33 of the first piezoelectric material may be 40 x 10 -3 Vm/N to 200 x 10 -3 Vm/N, but the embodiment is not limited thereto. For reference, g33 means that the vibration direction of the first piezoelectric member is in the z-axis direction (meaning the first number '3' of the subscript of g33) and the alignment direction is the z-axis direction (the second number '3' of the subscript of g33). meaning of ').

또한, 송신부(120)가 수신부(110)보다 상대적으로 더 높은 초음파 송신력을 갖도록 하기 위해, 제2 압전 물질의 압전 상수는 제1 압전 물질의 압전 상수보다 클 수 있다. 압전 상수란, 외부 전기장에 의한 변형률의 비율을 의미한다.Also, in order for the transmitter 120 to have a relatively higher ultrasonic transmission power than the receiver 110, the piezoelectric constant of the second piezoelectric material may be greater than that of the first piezoelectric material. The piezoelectric constant means a ratio of strain due to an external electric field.

예를 들어, 제2 압전 물질의 압전 상수(d33)는 300 pC/N 내지 3000 pC/N일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 참고로, d33이란, 제2 압전 부재의 진동 방향이 z축 방향(d33의 아래 첨자 중 첫 번째 숫자 '3'의 의미)이고 정렬 방향이 z축 방향(d33의 아래 첨자 중 두 번째 숫자 '3'의 의미)임을 의미한다.For example, the piezoelectric constant d33 of the second piezoelectric material may be 300 pC/N to 3000 pC/N, but the embodiment is not limited thereto. For reference, d33 means that the vibration direction of the second piezoelectric member is in the z-axis direction (meaning the first number '3' of the subscript of d33) and the alignment direction is the z-axis direction (the second number '3' of the subscript of d33). meaning of ').

제1 및 제2 압전 부재 각각의 물질은 단결정 세라믹스, 다결정 세라믹스, 고분자 재료, 박막 재료 또는 다결정재료와 고분자 재료를 복합한 복합 재료 등을 포함할 수 있다.The material of each of the first and second piezoelectric members may include single crystal ceramics, polycrystalline ceramics, a polymer material, a thin film material, or a composite material obtained by combining a polycrystalline material and a polymer material.

예를 들어, 제1 압전 부재는 압전 세라믹(예를 들어, PZT), 압전 단결정(예를 들어, PMN-PT 또는 PMN-PZT), 압전폴리머(예를 들어, PVDF, PVDF-TrFE, PVDF-TrFE-CTFE), 압전복합체(예를 들어, PVDF계열+PZT) 또는 압전후막재료(예를 들어, PZT, AlN) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 특히, 수신부에 적용되는 제1 압전 부재는 수신영역 전체가 일체로 형성되는 압전 물질이 사용될 수 있으므로, 두께가 약 10㎛ 내지 30㎛인 판상 또는 박막 형태의 압전폴리머가 적용될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.For example, the first piezoelectric member may be a piezoelectric ceramic (eg PZT), a piezoelectric single crystal (eg PMN-PT or PMN-PZT), a piezoelectric polymer (eg PVDF, PVDF-TrFE, PVDF- TrFE-CTFE), a piezoelectric composite (eg, PVDF series + PZT), or a piezoelectric thick film material (eg, PZT, AlN). In particular, since the first piezoelectric member applied to the receiving unit may use a piezoelectric material in which the entire receiving area is integrally formed, a piezoelectric polymer in the form of a plate or thin film having a thickness of about 10 μm to 30 μm may be applied. Not limited to this.

또한, 예를 들어, 제2 압전 부재는 압전 세라믹(예를 들어, PZT) 또는 압전단결정(예를 들어, PMN-PT 또는 PMN-PZT) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.Also, for example, the second piezoelectric member may include at least one of a piezoelectric ceramic (eg, PZT) or a piezoelectric single crystal (eg, PMN-PT or PMN-PZT), but embodiments are limited thereto. It doesn't work.

제1 압전 부재에 압전폴리머, 압전복합체 등 상대적으로 압전상수가 우수한 재료를 사용하고, 제2 압전 부재에 압전 세라믹, 압전 단결정 등 상대적으로 전압출력 상수가 높은 재료를 사용하여 송신 및 수신 성능을 향상 시킬 수 있다.Transmitting and receiving performance is improved by using materials with relatively high piezoelectric constants, such as piezoelectric polymers and piezoelectric composites, for the first piezoelectric member and materials with relatively high voltage output constants, such as piezoelectric ceramics and piezoelectric single crystals, for the second piezoelectric member. can make it

또한, 제1 및 제2 전극 각각은 도전성을 갖는 물질로서, 패터닝될 수 있는 물질일 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 전극 각각은 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 몰리브덴(Mo). 금(Au), 티타튬(Ti) 또는 이들의 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.In addition, each of the first and second electrodes is a material having conductivity and may be a material that can be patterned. For example, each of the first and second electrodes may include chromium (Cr), nickel (Ni), copper (Cu), aluminum (Al), silver (Ag), or molybdenum (Mo). It may include at least one of gold (Au), titanium (Ti), or alloys thereof, but embodiments are not limited thereto.

다른 실시 예에 의하면, 수신부(110)가 송신부(120)보다 초음파 수신력이 더 높도록 하고, 송신부(120)가 수신부(110)보다 초음파 송신력이 더 높도록 하기 위해, 수신부(110)와 송신부(120) 각각의 구성을 달리할 수 있다. 이와 같이, 수신부(110)와 송신부(120)의 구성이 다를 때, 제1 및 제2 압전 부재의 물질은 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다.According to another embodiment, in order for the receiver 110 to have higher ultrasonic reception power than the transmitter 120 and for the transmitter 120 to have higher ultrasonic transmission power than the receiver 110, the receiver 110 and the transmitter (120) Each configuration can be different. In this way, when the structures of the receiver 110 and the transmitter 120 are different, the materials of the first and second piezoelectric members may be the same or different.

이하, 전술한 수신부(110) 및 송신부(120)의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.Hereinafter, embodiments of the above-described receiver 110 and transmitter 120 will be described with reference to the accompanying drawings.

도 4는 도 2b에 도시된 송신부의 일 실시 예에 의한 단면도를 나타낸다.4 is a cross-sectional view of the transmission unit shown in FIG. 2B according to an embodiment.

예를 들어, 도 4는 도 2b에 도시된 송신부(120)를 Y-Z 평면을 따라 절개한 단면도에 해당할 수 있다. 이해를 돕기 위해, 도 4에서는 압전 빔, 제3 전극 및 제4 전극의 개수가 각각 8개인 경우를 도시한 례이다. 일 실시 예에 의한 송신부(120’) 는 복수의 압전 빔(121) 및 복수의 제2 전극(UEA2) 및 복수의 제4 전극(LEA2)을 포함할 수 있다.For example, FIG. 4 may correspond to a cross-sectional view of the transmitter 120 shown in FIG. 2B cut along the Y-Z plane. For ease of understanding, FIG. 4 shows an example in which the number of the piezoelectric beam, the third electrode, and the fourth electrode is 8, respectively. The transmitter 120' according to an embodiment may include a plurality of piezoelectric beams 121, a plurality of second electrodes UEA2, and a plurality of fourth electrodes LEA2.

도 4에 예시된 바와 같이, 복수의 제2 전극(UEA2), 압전 빔(121) 및 제4 전극(LEA2)은 수직 방향(예를 들어, z축 방향)으로 적어도 일부가 서로 중첩될 수 있으며, 인접한 제2 전극(UEA2), 압전 빔(121) 및 제4 전극(LEA2)과 서로 이격되어 배치될 수 있다. 또한, 전술된 바와 같이 복수의 압전 빔(121)은 2-2 컴포지트(Composite) 구조로 배치될 수 있으며, 압전 빔(121) 사이에는 충진 부재(123)가 배치될 수 있다.As illustrated in FIG. 4 , at least a portion of the plurality of second electrodes UEA2, the piezoelectric beam 121, and the fourth electrode LEA2 may overlap each other in a vertical direction (eg, a z-axis direction), , may be disposed spaced apart from each other adjacent to the second electrode UEA2, the piezoelectric beam 121, and the fourth electrode LEA2. Also, as described above, the plurality of piezoelectric beams 121 may be disposed in a 2-2 composite structure, and the filling member 123 may be disposed between the piezoelectric beams 121 .

각 압전 빔(121)의 상부면은 제2 전극(UEA2)과 접하고, 하부면은 제4 전극(LEA2)과 접하도록 배치될 수 있다.An upper surface of each piezoelectric beam 121 may contact the second electrode UEA2 , and a lower surface of each piezoelectric beam 121 may contact the fourth electrode LEA2 .

또한, 각 압전 빔 (121)의 높이를 각 압전 빔(121)의 폭보다 크게 구현하여, 각 압전 빔(121)의 높이 방향으로의 진동력을 극대화 할 수 있다.In addition, the vibration force in the height direction of each piezoelectric beam 121 may be maximized by implementing the height of each piezoelectric beam 121 to be greater than the width of each piezoelectric beam 121 .

제2 전극 및 제4 전극(UEA2, LEA2)의 개수, 선폭, 간격 등은 제조 공정 오차나 해상도 등을 고려하여 결정될 수 있다.The number, line width, spacing, etc. of the second and fourth electrodes UEA2 and LEA2 may be determined in consideration of a manufacturing process error or resolution.

예를 들어, 제2 전극 및 제4 전극의 선폭은 압전 빔(121)의 y축 방향 폭(w3)보다 클 수도 있고, 같거나 작을 수도 있다. 즉, 제2 전극 및 제4 전극(UEA2, LEA2)의 선폭은 20㎛ 내지 300㎛, 바람직하게는 20㎛ 내지 50㎛일 수 있다.For example, the line widths of the second electrode and the fourth electrode may be larger than, equal to, or smaller than the width w3 of the piezoelectric beam 121 in the y-axis direction. That is, the line width of the second and fourth electrodes UEA2 and LEA2 may be 20 μm to 300 μm, preferably 20 μm to 50 μm.

다만, 전기장이 형성되는 영역의 크기는 전극의 크기에 영향을 받기 때문에, 전극의 선폭이 압전 빔의 y축 방향 폭(w3)보다 작은 경우 전기장이 형성되는 영향이 작아져 압전 효율이 저하될 수 있다. 따라서, 보다 바람직하게는, 제2 전극 및 제4 전극의 선폭은 압전 빔(121)의 방향 폭(w3)보다 크거나 같을 수 있다.However, since the size of the region in which the electric field is formed is affected by the size of the electrode, when the line width of the electrode is smaller than the width w3 of the piezoelectric beam in the y-axis direction, the effect of the electric field is reduced and the piezoelectric efficiency may decrease. there is. Therefore, more preferably, the line width of the second electrode and the fourth electrode may be greater than or equal to the direction width w3 of the piezoelectric beam 121 .

만일, 제2 전극 및 제4 전극(UEA2, LEA2)의 두께가 약 100㎚ 미만인 경우, 전극 저항이 높아져서 전기적 특성이 저하될 수 있고, 약 1000㎚을 초과하는 경우, 압전 초음파 변환 장치(100A 및 100B)의 전체적인 두께가 두꺼워지고, 공정 효율이 저하될 수 있다. 예를 들어, 제2 전극 및 제4 전극(UEA2, LEA2)의 두께는 약 100 ㎚ 내지 약 1000 ㎚, 바람직하게는 약 150 ㎚ 내지 약 500㎚, 더욱 바람직하게는 약 180㎚ 내지 약 200㎚일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.If the thickness of the second and fourth electrodes UEA2 and LEA2 is less than about 100 nm, electrode resistance may increase and electrical characteristics may deteriorate, and if the thickness exceeds about 1000 nm, the piezoelectric ultrasonic converter (100A and 100B) becomes thick, and process efficiency may decrease. For example, the thickness of the second and fourth electrodes UEA2 and LEA2 is about 100 nm to about 1000 nm, preferably about 150 nm to about 500 nm, more preferably about 180 nm to about 200 nm. However, embodiments are not limited thereto.

또한, 일 실시 예의 의한 송신부(120’)는 충진 부재(또는, 수지층)(114), 상부 전극 보호(passivation)부(UP) 및 하부 전극 보호부(LP)를 포함할 수 있다.In addition, the transmitter 120' according to an embodiment may include a filling member (or resin layer) 114, an upper electrode passivation unit UP, and a lower electrode passivation unit LP.

이하에서는 송신부(110)와 수신부(120)를 함께 고려한 전극 배치 형태를 도 5a 내지 도 7b를 참조하여 설명한다.Hereinafter, electrode arrangement considering both the transmitter 110 and the receiver 120 will be described with reference to FIGS. 5A to 7B.

도 5a 내지 도 7b는 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치의 전극 배치의 일례를 설명하기 위한 단면도이다. 도 5a 내지 도 7b는 도 1a에서와 같이 수신부가 송신부로부터 초음파가 방출되는 방향에 배치된 경우를 가정하나, 도 1b와 같이 송신부와 수신부의 위치가 반대인 경우에도 각 도면에 도시된 전극 배치 구조가 유사하게 적용될 수 있음은 당업자에 자명하다.5A to 7B are cross-sectional views for explaining an example of electrode arrangement of the piezoelectric ultrasonic transducer according to the embodiment. 5A to 7B assume that the receiving unit is disposed in the direction in which ultrasonic waves are emitted from the transmitting unit as in FIG. 1A, but the electrode arrangement structure shown in each figure even when the transmitting unit and the receiving unit are in opposite positions as in FIG. 1B It is apparent to those skilled in the art that can be similarly applied.

구체적으로, 도 5a 및 도 5b는 송신부와 수신부 사이에 하나의 공통전극이 배치되는 경우를 단면 방향을 달리하여 도시한 것이다.Specifically, FIGS. 5A and 5B show a case in which one common electrode is disposed between the transmitter and the receiver with different cross-sectional directions.

도 5a 및 도 5b에 도시된 압전 초음파 변환 장치에서 제1 압전 부재(111)의 상부 전극으로 제1 방향(여기서는 y축 방향)을 따라 나란히 복수의 제1 전극(UEA1)이 이격되어 배치되며, 제2 방향(여기서는 x축 방향)을 따라 나란히 이격되어 배치되는 복수의 압전 빔(121) 각각의 하면에는 하부 전극으로 복수의 제4 전극(LEA2)이 각각 배치된다. 또한, 제1 압전 부재(111)와 복수의 압전 빔(121) 사이에는 판상형의 공통 전극(CE)이 배치된다. 공통전극(CE)은 제1 압전 부재(111)의 하부 전극과 복수의 압전 빔(121)의 상부 전극, 즉, 제3 전극과 제2 전극의 역할을 함께 수행할 수 있다.In the piezoelectric ultrasonic transducer shown in FIGS. 5A and 5B, a plurality of first electrodes UEA1 are spaced apart from each other along the first direction (here, the y-axis direction) as the upper electrode of the first piezoelectric member 111, A plurality of fourth electrodes LEA2 as lower electrodes are respectively disposed on the lower surface of each of the plurality of piezoelectric beams 121 spaced side by side along the second direction (here, the x-axis direction). In addition, a plate-shaped common electrode CE is disposed between the first piezoelectric member 111 and the plurality of piezoelectric beams 121 . The common electrode CE may serve as a lower electrode of the first piezoelectric member 111 and an upper electrode of the plurality of piezoelectric beams 121, that is, a third electrode and a second electrode.

다음으로, 도 6a 및 도 6b는 송신부와 수신부 각각이 복수의 상부 전극과 복수의 하부 전극을 갖되, 송신부와 수신부 사이에 절연층(IL)이 배치된 경우를 단면 방향을 달리하여 도시한 것이다.Next, FIGS. 6A and 6B show a case in which the transmitting unit and the receiving unit each have a plurality of upper electrodes and a plurality of lower electrodes, and the insulating layer IL is disposed between the transmitting unit and the receiving unit in a different cross-sectional direction.

도 6a 및 도 6b에 도시된 압전 초음파 변환 장치에서 제1 압전 부재(111)의 상부 전극으로 제1 방향(여기서는 y축 방향)을 따라 나란히 복수의 제1 전극(UEA1)이 이격되어 배치되며, 하부 전극으로 제1 방향을 따라 나란히 복수의 제3 전극(LEA1)이 이격되어 배치된다. 또한, 제2 방향(여기서는 x축 방향)을 따라 나란히 이격되어 배치되는 복수의 압전 빔(121) 각각의 상면과 하면에는 복수의 제2 전극(UEA2)과 복수의 제4 전극(LEA2)이 수직 방향을 따라 서로 중첩되도록 배치된다. 송신부와 수신부 사이에는 제3 전극(LEA1)과 제2 전극(UEA2)을 서로 절연시키는 절연층(IL)이 배치될 수 있다. 또한, 절연층(IL)은 절연 기능 외에, 수신부(110)와 송신부(120)를 서로 접착시키는 역할을 수행할 수도 있다. 아울러, 절연층(IL)은 송신부 및 수신부와 동일한 평면형상을 가질 수 있으며, 실시예에 따라 절연층(IL)은 TFT 구조체일 수도 있고 일반적인 기판일 수도 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.In the piezoelectric ultrasonic transducer shown in FIGS. 6A and 6B, a plurality of first electrodes UEA1 are spaced apart from each other along a first direction (here, the y-axis direction) as the upper electrode of the first piezoelectric member 111, A plurality of third electrodes LEA1 are spaced apart from each other along the first direction as lower electrodes. In addition, the plurality of second electrodes UEA2 and the plurality of fourth electrodes LEA2 are perpendicular to the upper and lower surfaces of each of the plurality of piezoelectric beams 121 disposed side by side and spaced apart along the second direction (here, the x-axis direction). They are arranged so as to overlap each other along the direction. An insulating layer IL may be disposed between the transmitter and the receiver to insulate the third electrode LEA1 and the second electrode UEA2 from each other. In addition, the insulating layer IL may serve to adhere the receiving unit 110 and the transmitting unit 120 to each other in addition to the insulating function. In addition, the insulating layer IL may have the same planar shape as the transmitting unit and the receiving unit, and depending on embodiments, the insulating layer IL may be a TFT structure or a general substrate, but is not necessarily limited thereto.

다음으로, 도 7a 및 도 7b는 송신부와 수신부 각각이 하나의 공통 전극을 갖되, 송신부와 수신부 사이에 절연층(IL)이 배치된 경우를 단면 방향을 달리하여 도시한 것이다.Next, FIGS. 7A and 7B show a case in which the transmission unit and the reception unit each have one common electrode, and the insulating layer IL is disposed between the transmission unit and the reception unit in different cross-sectional directions.

도 7a 및 도 7b에 도시된 압전 초음파 변환 장치에서 제1 압전 부재(111)의 상부 전극인 제1 전극으로 하나의 판상형 공통 전극(UEB1)이 배치되며, 하부 전극으로 제1 방향(여기서는 y축 방향)을 따라 나란히 복수의 제3 전극(LEA1)이 이격되어 배치된다. 또한, 제2 방향(여기서는 x축 방향)을 따라 나란히 이격되어 배치되는 복수의 압전 빔(121) 각각의 상면에는 복수의 제2 전극(UEA2)이 배치되며, 하부 전극인 제4 전극으로 하나의 공통 전극(LEB1)이 배치된다. 절연층(IL)에 대한 설명은 도 6a 및 도 6b와 관련하여 상술한 바와 같으므로 중복되는 기재는 생략하기로 한다.In the piezoelectric ultrasonic transducer shown in FIGS. 7A and 7B, one plate-shaped common electrode UEB1 is disposed as the first electrode, which is the upper electrode of the first piezoelectric member 111, and the lower electrode is disposed in the first direction (here, the y-axis direction), the plurality of third electrodes LEA1 are spaced apart from each other. In addition, a plurality of second electrodes UEA2 are disposed on the upper surface of each of the plurality of piezoelectric beams 121 disposed side by side and spaced apart along the second direction (here, the x-axis direction), and a fourth electrode serving as a lower electrode is formed. A common electrode LEB1 is disposed. Since the description of the insulating layer IL is the same as that described above with respect to FIGS. 6A and 6B , overlapping descriptions will be omitted.

도 5a 내지 도 7b를 참조하여 전술한 전극 구조는 그 일부가 서로 조합되는 방식으로 변형될 수도 있음은 당업자에 자명하다. 예컨대, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같은 구조에서 제1 내지 제4 전극 중 적어도 하나의 전극이 공통 전극으로 대체될 수 있으며, 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같은 구조에서 송신부 및 수신부 중 적어도 하나에서 상부 전극과 하부 전극의 구성이 반대로 변경될 수도 있다.It is apparent to those skilled in the art that the electrode structure described above with reference to FIGS. 5A to 7B may be modified in such a way that parts thereof are combined with each other. For example, in the structure shown in FIGS. 6A and 6B, at least one of the first to fourth electrodes may be replaced with a common electrode, and among the transmitter and receiver in the structure shown in FIGS. 7A and 7B. At least one configuration of the upper electrode and the lower electrode may be reversed.

지금까지 송신부(110)와 수신부(120)를 함께 고려한 전극 배치 형태를 참조하며, 이하에서는 전극들과 기판의 연결 방법을 함께 고려한 전극 배치 형태를 도 8a 내지 도 8e를 참조하여 설명한다.So far, referring to the electrode arrangement considering the transmitter 110 and the receiver 120 together, hereinafter, the electrode arrangement considering the connection method between the electrodes and the substrate will be described with reference to FIGS. 8A to 8E.

도 8a 및 도 8e는 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치의 기판을 고려한 전극 배치의 일례를 설명하기 위한 단면도이다.8A and 8E are cross-sectional views for explaining an example of an electrode arrangement in consideration of a substrate of a piezoelectric ultrasonic transducer according to an embodiment.

먼저, 도 8a에서 기본적인 송신부와 수신부의 배치 구조는 도 5b와 같으며, 제4 전극(LEA2) 아래에 기판(SUB1)이 배치된다. 이러한 구조에서 제4 전극(LEA2)은 바로 기판(SUB1)과 접하므로 직접 연결될 수 있다. 공통 전극(CE)의 경우, 제2 압전부재(121)를 수직 방향(예를 들어, z축 방향)으로 관통하는 관통홀(TH1)을 통해 기판(SUB1)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 전극(UEA1)은 연결부(CP)를 통해 기판(SUB1)과 연결될 수 있다. 여기서, 연결부(CP)는 기판(SUB1)이 플렉서블한 소재일 경우 기판(SUB1) 일단부를 절곡 또는 만곡시킨 것일 수 있으며, 그렇지 않은 경우 도전성 와이어 등의 연결 부재가 될 수 있겠으나 실시예는 이에 한정되지 아니한다.First, in FIG. 8A, the basic arrangement structure of the transmitter and receiver is the same as that of FIG. 5B, and the substrate SUB1 is disposed under the fourth electrode LEA2. In this structure, since the fourth electrode LEA2 directly contacts the substrate SUB1, it can be directly connected. In the case of the common electrode CE, it may be electrically connected to the substrate SUB1 through a through hole TH1 penetrating the second piezoelectric member 121 in a vertical direction (eg, a z-axis direction). The first electrode UEA1 may be connected to the substrate SUB1 through the connection part CP. Here, the connecting portion CP may be a bent or curved one end of the substrate SUB1 if the substrate SUB1 is a flexible material, otherwise it may be a connecting member such as a conductive wire, but the embodiment is limited to this It doesn't.

다음으로, 도 8b에서 기본적인 송신부와 수신부의 배치 구조는 도 6b와 같으며, 절연층(IL) 대신 기판(SUB2)이 배치된다는 차이점이 있다. 이러한 구조에서 제3 전극(LEA1)과 제2 전극(UEA2)은 바로 기판(SUB1)과 접하므로 직접 연결될 수 있다. 제1 전극(UEA1)은 제1 압전 부재(111)를 수직 방향(예를 들어, z축 방향)으로 관통하는 관통홀(TH2)을 통해, 제4 전극(LEA2)은 제2 압전 부재(121)를 수직 방향으로 관통하는 관통홀(TH3)을 통해 각각 기판(SUB2)과 전기적으로 연결될 수 있다.Next, in FIG. 8B, the basic arrangement structure of the transmitter and receiver is the same as that of FIG. 6B, with the difference that the substrate SUB2 is disposed instead of the insulating layer IL. In this structure, the third electrode LEA1 and the second electrode UEA2 directly come into contact with the substrate SUB1, so they can be directly connected. The first electrode UEA1 passes through the through hole TH2 penetrating the first piezoelectric member 111 in a vertical direction (eg, the z-axis direction), and the fourth electrode LEA2 passes through the second piezoelectric member 121 . ) may be electrically connected to the substrate SUB2 through through-holes TH3 penetrating in the vertical direction.

도 8c에서 기본적인 송신부와 수신부의 배치 구조는 도 6b와 같으나, 제3 전극이 공통 전극으로 구성되며 송신부 아래에 기판(SUB3)이 배치된다는 차이점이 있다. 이러한 구조에서 제4 전극(LEA2) 은 바로 기판(SUB3)과 접하므로 직접 연결될 수 있다. 제1 전극(UEA1)은 제1 압전 부재(111), 절연층(IL) 및 제2 압전 부재(121)를 수직 방향(예를 들어, z축 방향)으로 관통하는 관통홀(TH4)을 통해, 제3 전극(LEB1)은 절연층(IL) 및 제2 압전 부재(121)를 수직 방향으로 관통하는 관통홀(TH5)을 통해, 제2 전극은 제2 압전 부재(121)를 수직 방향으로 관통하는 관통홀(TH6)을 통해 각각 기판(SUB3)과 전기적으로 연결될 수 있다.In FIG. 8C, the basic arrangement structure of the transmission unit and the reception unit is the same as that of FIG. 6B, but there is a difference that the third electrode is composed of a common electrode and the substrate SUB3 is disposed below the transmission unit. In this structure, since the fourth electrode LEA2 directly contacts the substrate SUB3, it can be directly connected. The first electrode UEA1 is formed through a through hole TH4 penetrating the first piezoelectric member 111, the insulating layer IL, and the second piezoelectric member 121 in a vertical direction (eg, the z-axis direction). , The third electrode LEB1 passes through the through hole TH5 penetrating the insulating layer IL and the second piezoelectric member 121 in the vertical direction, and the second electrode extends the second piezoelectric member 121 in the vertical direction. Each of them may be electrically connected to the substrate SUB3 through the through hole TH6 passing therethrough.

다음으로, 도 8d에서 기본적인 송신부와 수신부의 배치 구조는 도 6b와 같으며, 송신부 아래에 기판(SUB3)이 배치된다는 차이점이 있다. 도 8c의 경우와 비교할 때 제2 전극의 구성만 공통 전극에서 복수의 전극으로 변경된 것으로, 전극 연결 구조는 실질적으로 도 8c의 경우와 유사하므로 중복되는 기재는 생략하기로 한다.Next, in FIG. 8D, the basic arrangement structure of the transmitter and receiver is the same as that of FIG. 6B, with the difference that the substrate SUB3 is disposed under the transmitter. Compared to the case of FIG. 8C, only the configuration of the second electrode is changed from a common electrode to a plurality of electrodes, and since the electrode connection structure is substantially similar to that of FIG. 8C, overlapping descriptions will be omitted.

도 8e의 경우 송신부와 수신부의 배치 구조는 도 7b와 같으나 절연층(IL) 대신 기판(SUB2)이 배치된다는 차이점이 있다. 이러한 구조에서 제3 전극(LEA1)과 제2 전극(UEA2)은 바로 기판(SUB1)과 접하므로 직접 연결될 수 있다. 다만, 제1 전극(UEA1)은 제1 압전 부재(111)의 일단부 외곽을 따라, 제4 전극(LEB1)은 제2 압전 부재(121)의 일단부 외곽을 따라 각각 절곡되어 관통홀을 거치지 않고 기판(SUB2)과 전기적으로 연결될 수 있다.In the case of FIG. 8E, the arrangement structure of the transmission unit and the reception unit is the same as that of FIG. 7B, but there is a difference that the substrate SUB2 is disposed instead of the insulating layer IL. In this structure, the third electrode LEA1 and the second electrode UEA2 directly come into contact with the substrate SUB1, so they can be directly connected. However, the first electrode UEA1 is bent along the outer edge of one end of the first piezoelectric member 111 and the fourth electrode LEB1 is bent along the outer edge of one end of the second piezoelectric member 121, respectively, so that they do not pass through the through hole. and may be electrically connected to the substrate SUB2.

도 8a 내지 도 8e를 참조하여 전술한 전극과 기판의 연결 구조 또한 그 일부가 서로 조합되는 방식으로 변형될 수도 있음은 당업자에 자명하다. 또한, 상술한 전극과 기판의 연결 구조에서 제1 전극 내지 제4 전극 중 공통 전극이 아닌 전극이 관통하는 관통홀은 각 전극의 개수만큼 구비될 수 있다. 예컨대, 도 8b의 경우 단면 상에서 제4 전극(LEA2)이 통과하는 관통홀(TH3)은 하나만 도시되었으나, 제2 압전 부재(121)의 하면에 도 6a에 도시된 바와 같이 10개의 제4 전극(LEA2)이 배치된다면 관통홀(TH3) 또한 10개일 수 있다. 다른 예로, 도 8e에서 제1 전극(UEA1)과 제4 전극(LEB1)은 압전 부재(111, 121)의 외곽을 따라 절곡되어 기판(SUB2)에 연결되는 대신, 압전 부재(111, 121)에 형성된 관통홀을 따라 기판(SUB)에 연결될 수도 있다.It is apparent to those skilled in the art that the connection structure of the electrode and the substrate described above with reference to FIGS. 8A to 8E may also be modified in a way in which parts thereof are combined with each other. In addition, in the above-described electrode-substrate connection structure, the number of through-holes through which electrodes other than the common electrode among the first to fourth electrodes pass may be provided as many as the number of electrodes. For example, in the case of FIG. 8B , only one through hole TH3 through which the fourth electrode LEA2 passes is shown on the cross section, but as shown in FIG. 6A on the lower surface of the second piezoelectric member 121, ten fourth electrodes ( If LEA2) is disposed, the number of through holes TH3 may also be 10. As another example, in FIG. 8E , the first electrode UEA1 and the fourth electrode LEB1 are bent along the periphery of the piezoelectric members 111 and 121 to be connected to the substrate SUB2, but rather to the piezoelectric members 111 and 121. It may be connected to the substrate SUB along the formed through hole.

전술한 제1 내지 제4 전극들은 구동 제어부(미도시)와 연결될 수 있으며, 구동 제어부는 각 전극들에 구동 전력을 인가하거나 신호를 수신할 수 있다.The aforementioned first to fourth electrodes may be connected to a driving control unit (not shown), and the driving control unit may apply driving power to each electrode or receive a signal.

전술한 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치(100A 및 100B)의 경우, 초음파가 송신된 후 초음파를 수신할 수 있다. 즉, 초음파가 송신되는 시점과 초음파가 수신되는 시점에 차이가 있다. 이와 같이, 초음파가 시차를 두고 송신 및 수신되도록, 구동 제어부는 송신부(120)와 수신부(110)를 제어할 수 있다.In the case of the piezoelectric ultrasonic converters 100A and 100B according to the above-described embodiment, the ultrasonic wave may be received after the ultrasonic wave is transmitted. That is, there is a difference between a time point at which ultrasonic waves are transmitted and a time point at which ultrasonic waves are received. In this way, the driving control unit may control the transmitter 120 and the receiver 110 so that ultrasonic waves are transmitted and received with a time difference.

한편, 전술한 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치(100A 및 100B)는 초음파를 이용하는 다양한 장치 또는 시스템 등에 이용될 수 있다. 예를 들어, 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치(100A 및 100B)는 모바일 전화, 멀티미디어 인터넷 휴대 전화, 이동용 텔레비젼 수상기, 무선 장치, 스마트 폰, 블루투스 장치, 휴대 정보 단말기(PDA), 무선 전자 메일 수신기, 휴대용 컴퓨터, 넷북(netbook), 노트북, 스마트북, 테블릿(tablets), 핸드라이팅 계수기(handwriting digitizers), 지문 검사기, 프린터, 복사기, 스캐너, 팩시밀리 장치, GPS 수신기, GPS 네비게이터, 카메라, 디지털 미디어 플레이어(예를 들어, MP3), 캠코더, 게임 콘솔, 손목 시계, 벽시계, 계산기, 텔레비젼 모니터, 평판형 디스플레이, 전자 판독기(예를 들어, e-readers), 휴대용 건강 (모니터링) 장치, 컴퓨터 모니터, 자동차용 디스플레이 장치(주행계 및 속도계 포함), 조종석 제어 장치나 디스플레이 장치, 카메라 뷰 디스플레이(camera view display)(예를 들어, 자동차용 블랙 박스), 전자 사진기, 전자 광고판, 프로젝터, 전자 레인지(microwave), 냉장고, 스테레오 시스템, 카셋트 리코더나 플레이어, DVD 플레이어, CD 플레이어, VCR, 라디오, 휴대용 메모리 칩, 세탁기, 드라이, 주차 미터, 패키징(packaging)(EMS, MEMS 등), 심미적 구조 장치(예를 들어, 보석 가게나 옷가게 등에서 사용되는 영상 표시 장치) 등의 전자 기기에 포함될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.On the other hand, the piezoelectric ultrasonic converters 100A and 100B according to the above-described embodiment may be used in various devices or systems using ultrasonic waves. For example, the piezoelectric ultrasonic transducers 100A and 100B according to the embodiment are mobile phones, multimedia Internet cell phones, mobile TV receivers, wireless devices, smart phones, Bluetooth devices, personal digital assistants (PDAs), and wireless e-mail receivers. , portable computers, netbooks, notebooks, smartbooks, tablets, handwriting digitizers, fingerprint scanners, printers, copiers, scanners, facsimile devices, GPS receivers, GPS navigators, cameras, digital media Players (eg MP3), camcorders, game consoles, wrist watches, wall clocks, calculators, television monitors, flat panel displays, electronic readers (eg e-readers), portable health (monitoring) devices, computer monitors, Automotive display devices (including odometers and speedometers), cockpit controls or display devices, camera view displays (e.g. automotive black boxes), electronic cameras, electronic billboards, projectors, microwave ovens ), refrigerators, stereo systems, cassette recorders or players, DVD players, CD players, VCRs, radios, portable memory chips, washing machines, dryers, parking meters, packaging (EMS, MEMS, etc.), aesthetic structural devices (eg For example, it may be included in an electronic device such as an image display device used in a jewelry store or a clothing store), but the embodiment is not limited thereto.

구체적으로, 전술한 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치(100A 및 100B)는 생체 감지, 영상, 터치 및 제스쳐 인식용 전기적 센서 어레이 또는 쌍방향 디스플레이 등에 적용될 수 있다.Specifically, the piezoelectric ultrasonic transducers 100A and 100B according to the above-described embodiment may be applied to an electric sensor array for biological sensing, image, touch and gesture recognition, or an interactive display.

더욱 구체적으로, 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치(100A 및 100B)는 초음파 지문 센서와 같은 생체 감지 장치, 제스쳐 검사 장치, 마이크로폰, 스피커, 초음파 영상 장치, 초음파 화학적 센서, 초음파 터치 패드 등에 적용될 수 있다. 예를 들어, 생체 감지 장치로서, 초음파 지문 센서뿐만 아니라, 초음파 표피나 진피 센서, 피부의 팽팽한 정도나 피부의 손상 정도를 인식하는 초음파 피부 상태 센서 등이 있다.More specifically, the piezoelectric ultrasonic transducers 100A and 100B according to the embodiment may be applied to a biological sensing device such as an ultrasonic fingerprint sensor, a gesture inspection device, a microphone, a speaker, an ultrasonic imaging device, an ultrasonic chemical sensor, an ultrasonic touch pad, and the like. . For example, as a biometric sensing device, there are not only an ultrasonic fingerprint sensor, but also an ultrasonic epidermal or dermal sensor, an ultrasonic skin condition sensor for recognizing the degree of skin tightness or damage to the skin, and the like.

정전 용량 방식으로 지문을 인식할 때보다 정전기적 간섭이 적으며, 투과도가 높아 압전 초음파 변환 장치(100A 및 100B)에 의해 초음파 방식으로 지문을 인식할 경우 지문이 더 정확하게 인식될 수 있다.Compared to recognizing a fingerprint by a capacitive method, electrostatic interference is less, and the fingerprint is recognized more accurately when the fingerprint is recognized by the ultrasonic method by the piezoelectric ultrasonic converters 100A and 100B due to high transmittance.

이하, 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치(100A 및 100B)를 포함하는 생체 정보 측정 장치(200)를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 살펴본다.Hereinafter, the biometric information measuring device 200 including the piezoelectric ultrasonic transducers 100A and 100B according to an embodiment will be described as follows with reference to the accompanying drawings.

도 9는 실시 예에 의한 생체 정보 측정 장치(200)의 일 실시 예에 의한 외관을 나타내는 도면이다.9 is a diagram illustrating an appearance of an apparatus 200 for measuring biometric information according to an embodiment.

도 9를 참조하면, 일 실시 예에 의한 생체 정보 측정 장치(200)는 압전 초음파 변환 장치, 임피던스 정합 부재(202) 및 생체 정보 분석부(210)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 9 , a biometric information measuring device 200 according to an embodiment may include a piezoelectric ultrasonic transducer, an impedance matching member 202 and a biometric information analyzer 210 .

임피던스 정합 부재(202)는 생체 대상물(OB)과 송신부(120A) 사이 및 생체 대상물(OB)와 수신부(110) 사이의 임피던스 부정합을 개선시키는 역할을 한다. 압전 초음파 변환 장치는 수신부(110), 송신부(120) 및 구동 제어부(130)를 포함할 수 있다. 여기서, 수신부(110)는 도 2a에 도시된 수신부(110)에 해당하고, 송신부(120) 는 도 2b에 도시된 송신부(120)에 각각 해당하므로, 동일한 참조부호를 사용하였으며, 중복되는 설명을 생략한다. 도 9에 도시된 압전 초음파 변환 장치에 포함되는 송신부(120) 및 수신부(110)는 도 5a 내지 도 8e에 도시된 전극 배치 구조 중 어느 하나를 가질 수 있다. 먼저, 송신부(120)에서 생성된 초음파는 수신부(110)를 거쳐 생체 대상물(OB)로 송신된다. 생체 대상물(OB)은 예를 들어, 산(R:Ridge)과 골(V:Valley)을 갖는 지문일 수 있다.The impedance matching member 202 serves to improve impedance mismatch between the biological object OB and the transmitter 120A and between the biological object OB and the receiver 110 . The piezoelectric ultrasonic transducer may include a receiving unit 110 , a transmitting unit 120 and a driving control unit 130 . Here, the receiving unit 110 corresponds to the receiving unit 110 shown in FIG. 2A, and the transmitting unit 120 corresponds to the transmitting unit 120 shown in FIG. 2B, respectively. omit The transmitting unit 120 and the receiving unit 110 included in the piezoelectric ultrasonic transducer shown in FIG. 9 may have any one of the electrode arrangement structures shown in FIGS. 5A to 8E. First, ultrasonic waves generated by the transmitter 120 are transmitted to the biological object OB via the receiver 110 . The biological object OB may be, for example, a fingerprint having a mountain (R: Ridge) and a valley (V: Valley).

구동 제어부(130)는 초음파를 생성하여 송신하도록 복수의 송신부(120)를 제어하고, 수신부(110)에서 수신된 초음파에 상응하는 전기적 신호를 받아서 생체 정보 분석부(210)로 출력한다. 이에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.The drive control unit 130 controls the plurality of transmitters 120 to generate and transmit ultrasonic waves, receives an electrical signal corresponding to the ultrasonic wave received by the receiver 110, and outputs it to the biometric information analyzer 210. Looking at this in detail, it is as follows.

구동 제어부(130)가 송신부(120)의 상부 전극(예를 들어, 제2 전극) 및 하부 전극(예를 들어, 제4 전극)으로 초음파 대역의 공진 주파수를 가지는 펄스 신호를 인가하여, 제2 압전 부재(121)에서 초음파가 송신될 수 있다. 송신부(120)에서 송신된 초음파는, 임피던스 정합 부재(202)의 상부면(202) 중에서 생체 대상물(OB)의 산(R)과 접하는 부분에서는 생체 대상물(OB)로 진입하는 반면, 임피던스 정합 부재(202)의 상부면(202T) 중에서 공기와 접한 부분에서는 압전 초음파 변환 장치의 내부 쪽으로 반사될 수 있다. 이와 같이, 초음파는 손가락(OB) 등이 접촉 또는 접근하지 않는 경우에는, 초음파가 방출되고자 하는 임피던스 정합 부재(202)와 공기 사이의 음향 임피던스 차이로 인해, 초음파의 대부분이 임피던스 정합 부재(202)와 공기의 계면을 통과하지 못한다. 반면에, 손가락(OB)이 접촉 또는 접근한 지점의 경우 송신되는 초음파의 일부가 손가락(OB)의 피부와 임피던스 정합 부재(202)의 경계면을 뚫고 손가락(OB) 내부로 진행하게 된다. 이 경우, 반사되어 수신부(110)에 수신되는 초음파의 강도가 낮아져 이로부터 지문 패턴을 감지할 수 있다.The driving controller 130 applies a pulse signal having a resonant frequency in the ultrasonic band to the upper electrode (eg, the second electrode) and the lower electrode (eg, the fourth electrode) of the transmitter 120, Ultrasonic waves may be transmitted from the piezoelectric member 121 . Ultrasonic waves transmitted from the transmitter 120 enter the biological object OB at a portion of the upper surface 202 of the impedance matching member 202 in contact with the mountain R of the biological object OB, while the impedance matching member 202 enters the biological object OB. At a portion of the upper surface 202T of the 202 in contact with air, it may be reflected toward the inside of the piezoelectric ultrasonic transducer. As described above, when the finger OB or the like does not touch or approach the ultrasonic wave, most of the ultrasonic wave is transmitted through the impedance matching member 202 due to the acoustic impedance difference between the air and the impedance matching member 202 from which the ultrasonic wave is to be emitted. and cannot pass through the air interface. On the other hand, when the finger OB touches or approaches, a part of the transmitted ultrasonic waves penetrates the interface between the skin of the finger OB and the impedance matching member 202 and proceeds to the inside of the finger OB. In this case, the intensity of the reflected ultrasonic wave received by the receiving unit 110 is lowered, and the fingerprint pattern can be detected therefrom.

생체 대상물(OB)에서 반사된 초음파는 수신부(110)에서 수신된다. 구동 제어부(130)는 비록 도시되지는 않았지만, 수신부(110)의 상부 전극(예를 들어, 제1 전극) 및 하부 전극(예를 들어, 제3 전극)과 연결되어, 수신부(110)에서 수신된 초음파에 대응하는 전기적 신호를 받아서 생체 정보 분석부(210)로 출력한다.Ultrasound reflected from the biological object OB is received by the receiver 110 . Although not shown, the drive control unit 130 is connected to the upper electrode (eg, first electrode) and the lower electrode (eg, third electrode) of the receiver 110, and the receiver 110 receives the signal. An electrical signal corresponding to the ultrasonic wave is received and output to the biometric information analysis unit 210 .

생체 정보 분석부(210)는 구동 제어부(130)를 통해 받은 전기적 신호를 이용하여 생체 대상물(OB)의 생체 정보를 분석할 수 있다. 예를 들어, 생체 대상물(OB)이 지문일 경우, 생체 정보 분석부(210)는 전기적 신호를 이용하여 지문(OB)의 골(V)과 마루(R)에 따른 음향 임피던스 차이로부터 발생하는 초음파가 수신되는 반사 신호의 세기 또는 반사 계수를 측정함으로써 손가락의 지문 패턴을 감지할 수 있다. 이하에서는 도 10a 및 도 10b를 참조하여 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치의 센싱 메커니즘의 하나로 빔포밍 방식을 설명한다.The biometric information analysis unit 210 may analyze the biometric information of the biological object OB by using the electrical signal received through the driving control unit 130 . For example, when the biological object OB is a fingerprint, the biometric information analysis unit 210 uses an electrical signal to generate ultrasonic waves generated from a difference in acoustic impedance according to the valley V and the crest R of the fingerprint OB. A fingerprint pattern of a finger may be detected by measuring an intensity or a reflection coefficient of a received reflection signal. Hereinafter, a beamforming method will be described as one of the sensing mechanisms of the piezoelectric ultrasonic transducer according to the embodiment with reference to FIGS. 10A and 10B.

도 10a 및 도 10b는 일 실시예에 생체 정보 측정 장치에서 빔포밍에 의한 초음파 감지가 수행되는 형태의 일례를 나타낸다. 도 10a 및 도 10b에서는 도 1a에 도시된 압전 초음파 변환 장치(100A)가 적용되는 것으로 가정한다.10A and 10B show an example of a form in which ultrasonic sensing by beamforming is performed in a biometric information measuring device according to an embodiment. In FIGS. 10A and 10B , it is assumed that the piezoelectric ultrasonic transducer 100A shown in FIG. 1A is applied.

설명의 편의를 위해, 도 10a 및 도 10b에서는 송신부(120)와 수신부(110)의 전극 도시를 생략하여, 송신부(120)는 그 일부로서 4개의 압전 빔(121-1, 121-2, 121-3, 121-4)만 도시하였다. 또한, 수신부(110)는 그 일부로서 제1 압전 부재(111)를 4개의 빔형 세그먼트(111-1, 111-2, 111-3, 111-4)로 도시하였다. 각 빔형 세그먼트(111-1, 111-2, 111-3, 111-4)는 제1 전극 및 제3 전극 중 공통 전극이 아닌 전극이 평면상에서 배치된 위치에 대응될 수 있으며, 이는 제1 압전 부재가 판상형이라도 전극이 배치되어 초음파를 감지함에 따른 신호를 실제로 송신하는 부분에 해당하는 것으로 볼 수 있다.For convenience of explanation, in FIGS. 10A and 10B , electrodes of the transmitter 120 and the receiver 110 are omitted, and the transmitter 120 includes four piezoelectric beams 121-1, 121-2, and 121 as a part thereof. -3, 121-4) only. Also, as a part of the receiving unit 110, the first piezoelectric member 111 is illustrated as four beam-shaped segments 111-1, 111-2, 111-3, and 111-4. Each of the beam-shaped segments 111-1, 111-2, 111-3, and 111-4 may correspond to a position where an electrode other than the common electrode among the first electrode and the third electrode is disposed on a plane, which is the first piezoelectric element. Even if the member is plate-shaped, it can be regarded as corresponding to a part where electrodes are disposed to actually transmit signals according to sensing ultrasonic waves.

실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치의 센싱 메커니즘은 감지 대상(OB’)이 위치하는 감지 영역에 압전 빔(121)의 평면 형상에 따른 빔 형태의 초음파를 송신하며, 감지 대상(OB’)에서 반사된 초음파를 압전 빔(121)과 평면 상에서 교차하는 방향으로 배치된(예를 들어, 직교하는) 빔형 세그먼트(111-1 내지 111-4)를 통해 수신하도록 한다. 따라서, 압전 빔(121)과 빔형 세그먼트가 교차하는 구조를 통해 평면 상에서 감지 좌표가 특정될 수 있다. 이러한 감지 좌표의 특정은 빔포밍 기법을 통해 보다 정교하게 수행될 수 있다.The sensing mechanism of the piezoelectric ultrasonic transducer according to the embodiment transmits ultrasound in the form of a beam according to the planar shape of the piezoelectric beam 121 to a sensing area where the sensing object OB' is located, and is reflected from the sensing object OB'. The received ultrasonic waves are received through beam-type segments 111-1 to 111-4 disposed in a direction crossing (eg, orthogonal to) the piezoelectric beam 121 on a plane. Accordingly, sensing coordinates may be specified on a plane through a structure in which the piezoelectric beam 121 and the beam-shaped segment intersect. The specification of such sensing coordinates may be performed more elaborately through a beamforming technique.

예컨대, 도 10a에 도시된 바와 같은 상황에서는 감지 대상(OB’)과 각 압전 빔(121-1 내지 121-4)의 단면상 거리가 상이하다. 이러한 상황에서 상대적으로 거리가 먼 압전 빔(121-1 및 121-4)에서 먼저 초음파를 송신하고, 이후 상태적으로 거리가 가까운 압전 빔(121-2 및 121-3)에서 초음파를 송신하여, 서로 다른 시점에 송신된 초음파가 감지 대상(OB’)에 동시에 도달하도록 할 수 있다. 이러한 압전 빔 별로 초음파 송신 시점을 조절한다면, 감지 대상(OB’)과 각 압전 빔의 위치 관계에 한정되지 않게 수평 방향(예를 들어, y축 방향)의 초음파 도달 좌표를 조절할 수 있게 된다.For example, in the situation shown in FIG. 10A , the cross-sectional distance between the sensing object OB′ and each of the piezoelectric beams 121-1 to 121-4 is different. In this situation, ultrasonic waves are first transmitted from the piezoelectric beams 121-1 and 121-4 that are relatively far apart, and then ultrasonic waves are transmitted from the piezoelectric beams 121-2 and 121-3 that are relatively close in distance, Ultrasonic waves transmitted at different times may simultaneously arrive at the sensing target OB'. If the ultrasonic transmission time point is adjusted for each piezoelectric beam, the arrival coordinate of the ultrasonic wave in the horizontal direction (eg, the y-axis direction) can be adjusted without being limited to the positional relationship between the object to be detected (OB′) and each piezoelectric beam.

수신시에는 이를 역으로 이용할 수 있다. 즉, 도 10b에 도시된 바와 같이 수신부(110)의 각 빔형 세그먼트(111-1, 111-2, 111-3, 111-4)와 감지 대상(OB’)간의 거리가 서로 다르게 된다. 따라서, 동시에 감지 대상(OB’)에 도달한 후 반사된 초음파도 각 빔형 세그먼트(111-1, 111-2, 111-3, 111-4)별로 감지되는 시점이 달라진다. 따라서, 각 빔형 세그먼트(111-1, 111-2, 111-3, 111-4)별로 도달 시간을 역산한다면 감지 대상(OB’)에서 반사된 초음파만 감지할 수 있게 된다.When receiving, it can be used in reverse. That is, as shown in FIG. 10B , the distances between the beam type segments 111-1, 111-2, 111-3, and 111-4 of the receiver 110 and the object OB′ are different. Accordingly, the time point at which the reflected ultrasonic wave after reaching the detection object OB′ at the same time is detected for each beam type segment 111-1, 111-2, 111-3, and 111-4 is different. Accordingly, if the arrival time is inversely calculated for each of the beam type segments 111-1, 111-2, 111-3, and 111-4, only the ultrasonic waves reflected from the detection target OB' can be detected.

이를 위해, 구동 제어부(130)는 송신부(120)의 제2 전극과 제4 전극 중 적어도 하나에 대하여 대응되는 압전 빔에 따라 서로 다른 시점에 펄스 신호를 인가할 수 있으며, 수신부(110)의 제1 전극과 제3 전극 중 적어도 하나를 통해 수신되는 신호의 수신 시점에 대응되는 빔형 세그먼트별로 오프셋을 둘 수도 있다.To this end, the drive control unit 130 may apply a pulse signal at different time points according to a corresponding piezoelectric beam to at least one of the second electrode and the fourth electrode of the transmitter 120, and An offset may be set for each beam type segment corresponding to a reception time point of a signal received through at least one of the first electrode and the third electrode.

따라서, 전술한 빔포밍 기술을 이용한다면 실제로 압전 빔(121)과 빔형 세그먼트(111-1, 111-2, 111-3, 111-4)의 수평 방향으로의 물리적 이격 거리에 의한 해상도보다 더 높은 해상도를 얻을 수도 있다.Therefore, if the above-described beamforming technology is used, the resolution is actually higher than the physical separation distance in the horizontal direction of the piezoelectric beam 121 and the beam-shaped segments 111-1, 111-2, 111-3, and 111-4. resolution can be obtained.

다만, 상술한 압전 초음파 변환 장치를 통해 빔포밍을 구현하기 위해서는 다음과 같은 점들이 고려될 필요가 있다.However, in order to implement beamforming through the above-described piezoelectric ultrasonic transducer, the following points need to be considered.

먼저, 압전 초음파 변환 장치가 이동 단말기와 같이 디스플레이를 구비하는 기기에서 디스플레이의 하부에 배치될 경우, 디스플레이(OLED 등)나 강화유리(Glass)를 통과하여 초음파가 생체 대상물로 진행한다. 그런데, 디스플레이와 강화유리는 비교적 초음파의 전파 속도가 빠른 매질이며, 최근 기기에 구비되는 디스플레이는 두께가 얇아지는 추세이므로 송신부(120)에서 초음파가 방출된 후 수신부(110)로 돌아오는 시간이 대단히 짧아지게 된다.First, when a piezoelectric ultrasonic transducer is disposed below a display in a device having a display such as a mobile terminal, ultrasonic waves pass through a display (eg, OLED) or tempered glass to a living object. By the way, the display and the tempered glass are mediums in which the propagation speed of the ultrasonic wave is relatively fast, and since the thickness of the display provided in the recent device has tended to be thin, the time for the ultrasonic wave to return to the receiver 110 after being emitted from the transmitter 120 is very long. it gets shorter

일례로, 초음파 변환 장치와 생체 대상물 사이에 0.55mm의 두께를 갖는 매질이 있다고 가정할 경우 매질의 구성 별 초음파의 전파 속도와 왕복 시간은 아래 표 1과 같다.As an example, assuming that there is a medium having a thickness of 0.55 mm between the ultrasonic transducer and the biological object, the propagation speed and round-trip time of ultrasonic waves for each configuration of the medium are shown in Table 1 below.

재질material 종파(m/s)Longitudinal wave (m/s) 두께(mm)Thickness (mm) 두께(mm)*2Thickness (mm)*2 TX_RX time(S)TX_RX time(S) time (us)time (us) GlassGlass 56505650 0.550.55 1.11.1 1.95E-071.95E-07 0.19470.1947 waterwater 15001500 0.550.55 1.11.1 7.33E-077.33E-07 0.73330.7333 OLEDOLED 30003000 0.550.55 1.11.1 3.67E-073.67E-07 0.36670.3667 35003500 0.550.55 1.11.1 3.14E-073.14E-07 0.31430.3143 40004000 0.550.55 1.11.1 2.75E-072.75E-07 0.2750.275 45004500 0.550.55 1.11.1 2.44E-072.44E-07 0.24440.2444 50005000 0.550.55 1.11.1 2.20E-072.20E-07 0.220.22 AirAir 340340 0.550.55 1.11.1 3.24E-063.24E-06 3.23533.2353

표 1을 참조하면, OLED의 구성에 따라 다소의 차이는 있으나 강화유리나 OLED와 같은 디스플레이는 물에 비해 2 내지 3배의 초음파 전파 속도를 가지며, 공기에 비해서는 약 10배 이상의 초음파 전파 속도를 가진다.Referring to Table 1, although there are some differences depending on the composition of the OLED, displays such as tempered glass or OLED have an ultrasonic propagation speed of 2 to 3 times that of water and about 10 times or more of that of air. .

가정과 같이 초음파 변환 장치와 생체 대상물 사이에 0.55mm의 두께를 갖는 매질이 있는 경우, 초음파가 해당 매질에서 왕복으로 인해 총 통과할 매질의 수직 거리는 1.1mm가 된다. 따라서, 디스플레이 하부에 초음파 변환 장치가 배치될 경우 디스플레이 등의 매질에서 초음파의 총 왕복 시간은 약 0.3us로 볼 수 있다. 초음파의 총 왕복 시간은 빔 포밍을 위한 컨트롤 타임(예컨대, 빔 포밍에 참여하는 압전 빔(121)과 빔형 세그먼트(111)의 제어 시간)과 관련된다. 이를 아래 표 2 및 표 3을 참조하여 설명한다.In the case where there is a medium having a thickness of 0.55 mm between the ultrasonic transducer and the biological object as in the home, the total vertical distance of the medium to pass through is 1.1 mm due to reciprocation of ultrasonic waves in the corresponding medium. Accordingly, when the ultrasonic transducer is disposed under the display, the total round-trip time of ultrasonic waves in a medium such as the display can be seen as about 0.3us. The total round-trip time of the ultrasound is related to the control time for beamforming (eg, the control time of the piezoelectric beam 121 and the beam-shaped segment 111 participating in beamforming). This will be described with reference to Tables 2 and 3 below.

재질material 컨트롤 타임(ns)Control time (ns) 압전 빔piezoelectric beam 종파(m/s)Longitudinal wave (m/s) Delta 거리(nm)Delta distance (nm) GlassGlass 00 1One 56505650 59,48159,481 0.2210.221 22 56505650 44,03144,031 0.8830.883 33 56505650 30,77630,776 1.981.98 44 56505650 19,80419,804 3.5053.505 55 56505650 11,18711,187 5.4475.447 66 56505650 4,9884,988 7.7937.793 77 56505650 1,2491,249 10.52810.528 88 56505650 -- 10.52810.528 99 56505650 -- 7.7937.793 1010 56505650 1,2491,249 5.4475.447 1111 56505650 4,9884,988 3.5053.505 1212 56505650 11,18711,187 1.981.98 1313 56505650 19,80419,804 0.8830.883 1414 56505650 30,77630,776 0.2210.221 1515 56505650 44,03144,031 00 1616 56505650 59,48159,481

재질material 컨트롤 타임(ns)Control time (ns) 압전 빔piezoelectric beam 종파(m/s)Longitudinal wave (m/s) Delta 거리(nm)Delta distance (nm) OLEDOLED 00 1One 40004000 59,48159,481 0.3120.312 22 40004000 44,03144,031 1.2471.247 33 40004000 30,77630,776 2.7972.797 44 40004000 19,80419,804 4.9514.951 55 40004000 11,18711,187 7.6947.694 66 40004000 4,9884,988 11.00811.008 77 40004000 1,2491,249 14.8714.87 88 40004000 - - 14.8714.87 99 40004000 - - 11.00811.008 1010 40004000 1,2491,249 7.6947.694 1111 40004000 4,9884,988 4.9514.951 1212 40004000 11,18711,187 2.7972.797 1313 40004000 19,80419,804 1.2471.247 1414 40004000 30,77630,776 0.3120.312 1515 40004000 44,03144,031 00 1616 40004000 59,48159,481

표 2 및 표 3은 압전 초음파 변환 장치와 생체 대상물 사이에 1mm 두께의 매질이 유리인 경우와 OLED 디스플레이일 경우 각각에서 이격 간격(도 2b의 W4)이 50㎛일 때 16개의 압전 빔을 통해 빔포밍을 수행할 경우 컨트롤 타임을 나타낸다.Tables 2 and 3 show that the 1mm-thick medium between the piezoelectric ultrasonic transducer and the living object is glass and the OLED display, respectively, when the separation interval (W4 in FIG. 2b) is 50 μm through 16 piezoelectric beams In case of forming, it indicates the control time.

여기서 컨트롤 타임은 압전 빔의 초음파 발신 시점을 의미할 수 있다. 예컨대, 표2에서 빔포밍에 참여하는 압전 빔(121) 중 가장 외측(1번 및 16번)에 있는 압전 빔의 초음파 발신 시점을 기준으로 0이라 할 때, 중앙의 압전 빔(8번 및 9번)은 가장 외측의 압전 빔이 초음파를 발신한 후 약 10ns 후 초음파를 발신하여야 중앙의 압전 빔 위치에 대응되는 유리 상부에서 초음파가 동시에 도달하여 중첩됨을 의미한다. 결국, 표 2와 같은 경우 약 0.2ns 내지 최대 약 3ns 마다, 표 3과 같은 경우 최소 약 0.3ns 내지 최대 약 3.5ns 마다 서로 다른 압전 빔이 초음파를 송신하도록 구동 제어부(130)가 송신부(120)를 제어해야 함을 의미한다.Here, the control time may mean a time point at which ultrasonic waves of the piezoelectric beam are transmitted. For example, in Table 2, when the ultrasonic transmission time of the outermost piezoelectric beams (numbers 1 and 16) among the piezoelectric beams 121 participating in beamforming is 0, the center piezoelectric beams (numbers 8 and 9) ) means that the ultrasonic wave simultaneously arrives at the top of the glass corresponding to the position of the central piezoelectric beam and overlaps when the ultrasonic wave is transmitted about 10 ns after the outermost piezoelectric beam transmits the ultrasonic wave. As a result, the drive control unit 130 transmits the transmitter 120 so that different piezoelectric beams transmit ultrasonic waves every about 0.2 ns to about 3 ns at the maximum in the case of Table 2 and every about 0.3 ns to about 3.5 ns at the maximum in the case of Table 3. means to control

다시 말해, 초음파 변환 장치와 생체 대상물 사이에 초음파 전파 속도가 빠르되 박형화된 매질이 있을 경우 빔포밍을 위한 컨트롤 시간이 매우 짧아지게 되는데, 이는 곧 구동 제어부(130)와 생체 정보 분석부(210)의 사양이 높아야 함을 의미한다. 또한, 복수의 압전 빔(121)이나 빔형 세그먼트(111)가 하나의 단위로 빔 포밍에 참여할 경우 참여 단위에 따라 해상도가 낮아질 수도 있다.In other words, when the ultrasound propagation speed is fast between the ultrasound conversion device and the biological object, but there is a thinned medium, the control time for beamforming becomes very short, which means that the driving control unit 130 and the biometric information analysis unit 210 means that the specification of should be high. Also, when a plurality of piezoelectric beams 121 or beam type segments 111 participate in beamforming as a unit, resolution may be lowered according to the participating units.

따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 빔 포밍을 수행함에 있어서 송신부(120)에서 1회의 초음파 송신에 참여하는 복수의 압전 빔(121)을 A(A>1인 자연수)개 단위로 그루핑(grouping)하고, 빔 포밍시 그룹 단위로 동일 시간에 초음파를 방출되도록 할 것을 제안한다. 1회의 초음파 송신에 참여하는 복수의 압전 빔(121)의 개수를 B개라고 할 경우, B은 A의 배수일 수 있다. 이러한 경우, A개의 압전 빔(121)이 동일 시점에 초음파를 방출하므로 실질적인 송신 파워는 2배가 된다. 또한, 복수의 압전 빔(121)이 한 그룹을 이루어 동시에 초음파를 방출하므로, 인접한 그룹이 다음 초음파를 방출하기 전까지 컨트롤 타임에 여유가 확보될 수 있다. 예를 들어, 표 2와 같은 상황에서는 1번 내지 4번 압전 빔을 제어함에 있어 3ns 안에 4개의 압전 빔을 개별적으로 제어해야 하나, 그루핑 단위(A)가 2인 경우 같은 시간 내에 2번의 제어만으로 족하다. 따라서 압전 빔을 개별 제어하는 경우 대비 컨트롤 타임이 길어지므로 비교적 낮은 성능의 구동 제어부(130)로도 빔포밍 구현이 가능하다.Therefore, in one embodiment of the present invention, in performing beamforming, the transmitter 120 groups the plurality of piezoelectric beams 121 participating in one ultrasonic transmission in units of A (a natural number where A>1) And, it is proposed to emit ultrasonic waves at the same time in groups during beamforming. If the number of the plurality of piezoelectric beams 121 participating in one ultrasonic transmission is B, B may be a multiple of A. In this case, since the A number of piezoelectric beams 121 emit ultrasonic waves at the same time, the actual transmission power is doubled. In addition, since the plurality of piezoelectric beams 121 form a group and simultaneously emit ultrasonic waves, a margin of control time can be secured until an adjacent group emits the next ultrasonic wave. For example, in the situation shown in Table 2, in controlling the piezoelectric beams 1 to 4, four piezoelectric beams must be individually controlled within 3 ns, but when the grouping unit (A) is 2, only two controls within the same time enough Therefore, since the control time is longer compared to the case of individually controlling the piezoelectric beams, beamforming can be implemented even with the drive control unit 130 having relatively low performance.

그런데, B개의 압전 빔(121)을 통해 초음파가 송신된 후 다음 초음파 송신을 위해 다시 B개의 압전 빔(121)을 선택함에 있어서 압전 빔(121)이 서로 이격되는 방향으로 A개 만큼 이동(즉, 쉬프트)할 경우 해상도가 저하될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 해상도 저하를 방지하기 위해, 쉬프트가 A개 단위가 아닌, A보다 작은 자연수인 C개 단위(즉, 쉬프팅 단위)로 수행되도록 할 것을 제안한다. 이를 도 11을 참조하여 설명한다.By the way, in selecting the B piezoelectric beams 121 again for the next ultrasound transmission after ultrasonic waves are transmitted through the B piezoelectric beams 121, the piezoelectric beams 121 move by A number in directions spaced apart from each other (that is, , shift), the resolution may be lowered. Therefore, in this embodiment, in order to prevent resolution deterioration, it is proposed that the shift is performed in C units (ie, shifting units), which are natural numbers smaller than A, rather than in units of A units. This will be described with reference to FIG. 11 .

도 11은 실시예에 따른 송신부 배치 형태의 일례를 나타낸다.11 shows an example of an arrangement form of a transmitter according to an embodiment.

설명의 편의를 위해, 도 11에서는 송신부(120)가 1번부터 32번까지 총 32개의 압전 빔(121)을 구비하는 것으로 가정한다. 또한, 동일 시점에 초음파를 방출하는 압전 빔(121) 그루핑 단위(A)가 2이고, 1회의 빔포밍에 참여하는 총 압전 빔(121)의 수(B)가 14이며, 쉬프팅 단위(C)는 1인 경우를 가정한다.For convenience of description, it is assumed in FIG. 11 that the transmitter 120 includes a total of 32 piezoelectric beams 121 numbered 1 through 32. In addition, the number of grouping units (A) of the piezoelectric beams 121 emitting ultrasonic waves at the same time is 2, the total number of piezoelectric beams 121 (B) participating in one beamforming is 14, and the shifting unit (C) is assumed to be 1.

이러한 경우, 각 압전 빔별 동작 상태를 빔포밍 회차별로 나타내면 아래 표 4와 같다.In this case, operation states of each piezoelectric beam are shown in Table 4 below by beamforming times.

압전 빔 번호Piezo Beam Number T2T2 T3T3 T4T4 T5T5 T6T6 1One 1One 22 1One 1One 33 22 1One 1One 44 22 22 1One 1One 55 33 22 22 1One 1One 66 33 33 22 22 1One 77 44 33 33 22 22 88 44 44 33 33 22 99 33 44 44 33 33 1010 33 33 44 44 33 1111 22 33 33 44 44 1212 22 22 33 33 44 1313 1One 22 22 33 33 1414 1One 1One 22 22 33 1515 1One 1One 22 22 1616 1One 1One 22 1717 1One 1One 1818 1One

표 4에서 각 빔포밍 회차(T1 내지 T5)에서 압전 빔 번호별로 부여되는 숫자는 동일 회차 내에서 송신 순서를 의미하여, 동일한 숫자는 동일한 송신 시점을 의미한다. 즉, 1회의 빔포밍에 참여하는 압전 빔들 중 가장 중앙에 위치한 압전 빔들의 상부에서 초음파가 동일 시점에 도달하여 중첩되도록 하기 위해, 가장 자리에 있는 압전 빔들은 상대적으로 중앙에 위치한 압전 빔들보다 먼저 초음파를 송신하게 된다.In Table 4, numbers assigned to each piezoelectric beam number in each beamforming round (T1 to T5) mean a transmission order within the same round, and the same number means the same transmission time point. That is, in order for the ultrasonic waves to arrive at the same time point and overlap on top of the piezoelectric beams located at the most center among the piezoelectric beams participating in one beamforming, the piezoelectric beams at the edge precede the piezoelectric beams located at the relatively center. will send

구체적으로, 최초 빔포밍시(T1), 압전 빔(121)들 중 1번부터 14번까지 참여하되, 1번과 2번 압전 빔, 3번과 4번 압전 빔, 5번과 6번 압전 빔 등 두 개의 압전 빔 단위로 그루핑되어 동일한 시점에 초음파를 송신하게 된다. 이러한 경우, 각 압전 빔(121)에서 송신된 초음파는 송신부(120)의 상부에서 7번과 8번 압전 빔의 중간 위치에 해당하는 지점에 동일한 시점에 도달할 수 있다.Specifically, at the time of initial beamforming (T1), piezoelectric beams 121 are involved in 1st to 14th, but 1st and 2nd piezoelectric beams, 3rd and 4th piezoelectric beams, 5th and 6th piezoelectric beams etc. are grouped in units of two piezoelectric beams to transmit ultrasonic waves at the same time point. In this case, the ultrasonic waves transmitted from each piezoelectric beam 121 may arrive at a point corresponding to an intermediate position between the 7th and 8th piezoelectric beams at the top of the transmitter 120 at the same time point.

다음 빔포밍시(T2)에는 다시 14개의 압전 빔이 선택되되, 그루핑 단위(A=2)보다 적은 쉬프팅 단위(C)를 가지므로, 쉬프팅 단위(C)는 1이 된다. 따라서, 2번부터 15번 압전 빔이 선택되며, 각 압전 빔(121)에서 송신된 초음파는 송신부(120)의 상부에서 8번과 9번 압전 빔의 중간 위치에 해당하는 지점에 동일한 시점에 도달할 수 있다.In the next beamforming (T2), 14 piezoelectric beams are selected again, but since the number of shifting units (C) is less than the grouping unit (A=2), the shifting unit (C) becomes 1. Therefore, piezoelectric beams numbered 2 to 15 are selected, and the ultrasonic waves transmitted from each piezoelectric beam 121 arrive at the same point at the midpoint of the 8th and 9th piezoelectric beams at the top of the transmitter 120. can do.

세 번째 빔포밍(T3)부터 다섯 번째 빔포밍(T5)은 쉬프팅에 의해 참여하는 압전 빔이 변경됨을 제외하면 전술한 첫 번째 및 두 번째 빔포밍과 같은 방식으로 수행되는 바, 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 유사한 과정을 통해, 도 11과 같은 송신부(120) 구성 하에서는 세로 방향으로 총 19 라인(즉, T19에서 19번 내지 32번이 참여)의 해상도를 가질 수 있다.The third beamforming (T3) to the fifth beamforming (T5) are performed in the same manner as the first and second beamformings except that the participating piezoelectric beams are changed by shifting, and duplicate descriptions are omitted. I'm going to do it. Through a similar process, under the configuration of the transmission unit 120 as shown in FIG. 11, it is possible to have a resolution of 19 lines in the vertical direction (ie, numbers 19 to 32 participate in T19).

한편, 본 실시예의 다른 양상에 의하면, 보다 신속한 생체 정보 획득을 위해 한 번에 두 라인에 대한 빔포밍이 수행되도록 할 수도 있다. 이를 아래 표 5를 참조하여 설명한다.Meanwhile, according to another aspect of the present embodiment, beamforming may be performed on two lines at once to acquire biometric information more quickly. This will be described with reference to Table 5 below.

압전 빔 번호Piezo Beam Number T1T1 T2T2 T3T3 T4T4 T5T5 T6T6 1One 1-11-1           22 1-11-1 1-11-1         33 2-12-1 1-11-1 1-11-1       44 2-12-1 2-12-1 1-11-1 1-11-1     55 3-13-1 2-12-1 2-12-1 1-11-1 1-11-1   66 3-13-1 3-13-1 2-12-1 2-12-1 1-11-1 1-11-1 77 4-14-1 3-13-1 3-13-1 2-12-1 2-12-1 1-11-1 88 4-14-1 4-14-1 3-13-1 3-13-1 2-12-1 2-12-1 99 3-13-1 4-14-1 4-14-1 3-13-1 3-13-1 2-12-1 1010 3-13-1 3-13-1 4-14-1 4-14-1 3-13-1 3-13-1 1111 2-12-1 3-13-1 3-13-1 4-14-1 4-14-1 3-13-1 1212 2-12-1 2-12-1 3-13-1 3-13-1 4-14-1 4-14-1 1313 1-11-1 2-12-1 2-12-1 3-13-1 3-13-1 4-14-1 1414 1-11-1 1-11-1 2-12-1 2-12-1 3-13-1 3-13-1 1515 1-21-2 1-11-1 1-11-1 2-12-1 2-12-1 3-13-1 1616 1-21-2 1-21-2 1-11-1 1-11-1 2-12-1 2-12-1 1717 2-22-2 1-21-2 1-21-2 1-11-1 1-11-1 2-12-1 1818 2-22-2 2-22-2 1-21-2 1-21-2 1-11-1 1-11-1 1919 3-23-2 2-22-2 2-22-2 1-21-2 1-21-2 1-11-1 2020 3-23-2 3-23-2 2-22-2 2-22-2 1-21-2   2121 4-24-2 3-23-2 3-23-2 2-22-2 2-22-2   2222 4-24-2 4-24-2 3-23-2 3-23-2 2-22-2   2323 3-23-2 4-24-2 4-24-2 3-23-2 3-23-2   2424 3-23-2 3-23-2 4-24-2 4-24-2 3-23-2   2525 2-22-2 3-23-2 3-23-2 4-24-2 4-24-2   2626 2-22-2 2-22-2 3-23-2 3-23-2 4-24-2   2727 1-21-2 2-22-2 2-22-2 3-23-2 3-23-2   2828 1-21-2 1-21-2 2-22-2 2-22-2 3-23-2   2929   1-21-2 1-21-2 2-22-2 2-22-2   3030     1-21-2 1-21-2 2-22-2   3131       1-21-2 1-21-2   3232         1-21-2  

표 5를 참조하면, T1에서 표 4와 유사하게 1번 내지 14번 압전 빔이 하나의 라인에 대응되는 빔포밍에 참여하도록 하되, 동시에 15 내지 28번 압전 빔도 다른 라인에 대응되는 빔포밍에 참여하도록 할 수 있다. 예를 들어, 표 5에서 1-1과 1-2에 해당하는 압전 빔은 동시에 초음파를 송신하도록 제어된다.Referring to Table 5, in T1, similar to Table 4, piezoelectric beams No. 1 to 14 participate in beamforming corresponding to one line, but at the same time, piezoelectric beams No. 15 to 28 also participate in beamforming corresponding to other lines. can get you involved. For example, piezoelectric beams corresponding to 1-1 and 1-2 in Table 5 are controlled to simultaneously transmit ultrasonic waves.

다만, T5에서 32번 압전빔까지 빔포밍에 참여한 후에는 빔포밍 단위인 14개의 압전빔이 확보될 수 없으므로 T6부터는 회차당 하나의 라인만 스캔되도록 할 수 있다.However, since 14 piezoelectric beams, which are beamforming units, cannot be secured after participating in beamforming from T5 to the 32nd piezoelectric beam, only one line can be scanned per round from T6.

이러한 경우, T14에서 19 라인에 대한 스캔이 완료될 수 있으므로, 표 4와 같은 방식의 스캔에 비하여 5회차에 해당하는 시간이 감소할 수 있다.In this case, since the scan of 19 lines can be completed at T14, the time corresponding to the fifth round can be reduced compared to the scan of the method shown in Table 4.

상술한 방식으로 빔포밍이 수행되는 경우, 비록 2개의 압전 빔 단위로 그루핑이 된다하여도, 쉬프팅은 1개 단위로 수행되므로 해상도 손실이 없다. 다만, T1에서 7번과 8번 압전 빔(121) 사이의 상부 공간에서 처음 초음파가 중첩되므로, 1번 내지 7번 압전 빔(121)들의 상부 공간(NI1)에서는 빔 포밍이 이루어지지 않으며, T19에서 25번과 26번 압전 빔(121) 사이의 상부 공간(NI2)에서 마지막으로 초음파가 중첩되므로 26번 내지 32번 압전 빔(121)들의 상부 공간에서도 빔 포밍이 이루어지지 않는다. 따라서, 압전 빔들이 이격되는 방향으로 양단부에 각각 B/2 이하에 해당하는 영역(NI1, NI2)에 해당하는 생체 정보는 수집되지 않는다. 따라서, 생체 정보가 수집되지 않는 영역(NI1, NI2)에 해당하는 생체 정보 이미지(예컨대, 지문 이미지)가 최종적으로 생성될 수 없는 바, 이러한 영역(NI1, NI2)을 “비 이미징 영역”이라 칭할 수 있다.When beamforming is performed in the above-described manner, even if grouping is performed in units of two piezoelectric beams, there is no resolution loss because shifting is performed in units of one. However, since the first ultrasonic waves are overlapped in the upper space between the 7th and 8th piezoelectric beams 121 in T1, beamforming is not performed in the upper space NI1 of the 1st to 7th piezoelectric beams 121, and T19 Since ultrasonic waves are finally overlapped in the upper space NI2 between the 25th and 26th piezoelectric beams 121 in , beamforming is not performed even in the upper space of the 26th to 32nd piezoelectric beams 121 . Accordingly, biometric information corresponding to regions NI1 and NI2 corresponding to B/2 or less at both ends in the direction in which the piezoelectric beams are spaced apart is not collected. Therefore, biometric information images (eg, fingerprint images) corresponding to areas (NI1, NI2) in which biometric information is not collected cannot be finally generated, and these areas (NI1, NI2) will be referred to as “non-imaging areas”. can

지금까지 설명에서 송신부(120)에 구비되는 압전 빔(121)의 개수, 그루핑 단위(A), 한 번의 빔포밍에 참여하는 압전 빔(121)의 개수(B) 및 쉬프팅 단위(C)는 모두 예시적인 것으로, 실시예는 이에 한정되지 아니하고 다양한 단위 수에도 적용될 수 있음은 당업자에 자명하다.In the description so far, the number of piezoelectric beams 121 provided in the transmitter 120, the grouping unit (A), the number of piezoelectric beams 121 participating in one beamforming (B), and the shifting unit (C) are all As an example, it is apparent to those skilled in the art that the embodiment is not limited thereto and can be applied to various unit numbers.

이하, 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치와 기존의 압전 초음파 변환 장치를 비교하여 설명한다.Hereinafter, a piezoelectric ultrasonic transducer according to an embodiment and a conventional piezoelectric ultrasonic transducer will be compared and described.

지금까지 설명한 실시예에 의한 압전 초음파 변환 장치(100A, 100B)를 이용한 빔포밍 방식은 비교례, 예컨대, 도 3e에 도시된 압전 기둥(PP) 형태의 1-3 콤포지트 구성을 갖는 압전 부재를 이용한 압전 초음파 변환 장치에도 적용될 수 있다. 다만, 압전 기둥(PP) 형태의 압전 부재가 사용되는 경우 송신부와 수신부가 물리적으로 분리되지 않고 스위칭 제어를 통해 시분할로 동일 압전 부재가 송신부로의 동작과 수신부로의 동작을 반복하게 된다. 즉, 압전 기둥 형태의 압전 부재는 제1 시간 동안은 송신부로 동작하며, 스위칭 타임에 해당하는 제2 시간 이후 제3 시간 동안 수신부로 동작하게 된다. 따라서, 실시예에 따른 압전 초음파 변환 장치(100A, 100B)의 경우 빔포밍 간(예컨대, T1과 T2 사이)에 스위칭 타임이나 수신부(110)의 수신 동작 여부를 고려할 필요가 없다.The beamforming method using the piezoelectric ultrasonic converters 100A and 100B according to the embodiment described above is a comparative example, for example, using a piezoelectric member having a 1-3 composite configuration in the form of a piezoelectric column (PP) shown in FIG. 3E. It can also be applied to a piezoelectric ultrasonic transducer. However, when a piezoelectric member in the form of a piezoelectric column (PP) is used, the transmission unit and the reception unit are not physically separated and the same piezoelectric member repeats the operation as the transmitter and the receiver in time division through switching control. That is, the piezoelectric member in the form of a piezoelectric column operates as a transmitter for a first time, and operates as a receiver for a third time after a second time corresponding to the switching time. Therefore, in the case of the piezoelectric ultrasonic converters 100A and 100B according to the embodiment, there is no need to consider the switching time or whether the receiving unit 110 is operating during beamforming (eg, between T1 and T2).

예를 들어, 압전 기둥 형태의 압전 부재가 적용될 경우 압전 부재가 송신부로 동작하여 최초 빔포밍(예컨대, T1) 송신 후 압전 부재는 스위칭 타임 후 수신부로 동작하여야 하며, 수신부로 동작하는 동안 최초 빔포밍의 반사 신호를 수신한 후에야 다시 스위칭 타임을 거쳐 송신부로 동작할 준비가 된 후 2회차 빔포밍(예컨대, T2)을 수행하여야만 하는 문제점이 있다. 이와 달리, 실시예에 따른 압전 초음파 변환 장치(100A, 100B)의 경우 송신부(120)는 상시 송신부로 동작하고 수신부(110)는 상시 수신부로 동작하므로 스위칭 타임 자체가 불필요하고, T1에서 송신부(120)를 통해 송신된 초음파가 수신부(110)에 도달하기 전 또는 후에 무관하게 다시 송신부(120)에서는 T2에 해당하는 빔포밍 전송이 가능하다.For example, when a piezoelectric member in the form of a piezoelectric column is applied, the piezoelectric member operates as a transmitter and performs initial beamforming (eg, T1) transmission, then the piezoelectric member operates as a receiver after a switching time, and performs initial beamforming while operating as a receiver. There is a problem in that the second round of beamforming (eg, T2) must be performed only after receiving the reflected signal of , after going through a switching time and being ready to operate as a transmitter. In contrast, in the case of the piezoelectric ultrasonic converters 100A and 100B according to the embodiment, since the transmitter 120 always operates as a transmitter and the receiver 110 always operates as a receiver, the switching time itself is unnecessary, and the transmitter 120 in T1 Beamforming transmission corresponding to T2 is possible again in the transmitter 120 regardless of before or after the ultrasonic wave transmitted through ) reaches the receiver 110.

또한, 복수의 압전 빔(121)에 대한 그루핑을 통해 빔 포밍을 구현하므로, 압전 빔(121) 간의 컨트롤 타임 간격을 그루핑 단위(A)에 비례하여 길게 가져갈 수 있으며, 이는 비교적 낮은 성능의 하드웨어로도 빔포밍을 구현할 수 있음을 의미하고, 이는 다시 압전 초음파 변환 장치의 가격 경쟁률이 높음을 의미할 수 있다. 아울러, 그루핑 단위(A)에 비례하여 송신 파워가 상승하는 효과가 있으며, 그루핑 단위(A)보다 쉬프팅 단위(C)가 작음으로 인해 해상도 측면에서 이점이 있다.In addition, since beamforming is implemented through grouping of a plurality of piezoelectric beams 121, the control time interval between the piezoelectric beams 121 can be lengthened in proportion to the grouping unit A, which is relatively low performance hardware. This also means that beamforming can be implemented, which in turn can mean that the price competition rate of the piezoelectric ultrasonic transducer is high. In addition, there is an effect of increasing transmission power in proportion to the grouping unit (A), and there is an advantage in terms of resolution due to the shifting unit (C) being smaller than the grouping unit (A).

뿐만 아니라, 비교 례에 의한 압전 초음파 변환 장치는 동일한 압전 부재에 의해 초음파를 송신하고 수신한다. 일반적으로 압전 부재는 초음파를 수신하는 성능이 우수하지만 초음파를 송신하는 능력이 낮거나, 초음파를 송신하는 성능이 우수하지만 초음파를 수신하는 능력이 낮을 수 있다. 즉, 일반적인 압전 부재는 송신과 수신 중 한 쪽의 성능만 우수하며 송신과 수신 성능 모두 우수할 수 없다. 이를 고려할 때, 기존의 압전 초음파 변환 장치의 초음파 송신과 초음파 수신 중 어느 한 쪽의 성능이 열화될 수 밖에 없다.In addition, the piezoelectric ultrasonic transducer according to the comparative example transmits and receives ultrasonic waves by the same piezoelectric member. In general, a piezoelectric member may have an excellent ability to receive ultrasonic waves but a low ability to transmit ultrasonic waves, or may have a high ultrasonic transmitting ability but a low ability to receive ultrasonic waves. That is, a general piezoelectric member is excellent in only one of transmission and reception performance, and cannot be excellent in both transmission and reception performance. Considering this, the performance of either one of ultrasonic transmission and ultrasonic reception of the existing piezoelectric ultrasonic transducer is inevitably deteriorated.

반면에, 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치는 초음파를 송신하는 송신부와 초음파를 수신하는 수신부가 서로 이격되고, 수신부(110)의 구성 또는 재질 중 적어도 하나를 초음파 수신력을 높이도록 구현하고, 송신부(120)의 구성 또는 재질 중 적어도 하나를 초음파 송신력을 높이도록 구현한다. 따라서, 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치는 초음파 송신력과 수신력이 모두 우수한 효과를 갖는다.On the other hand, in the piezoelectric ultrasonic transducer according to the embodiment, the transmitter for transmitting ultrasonic waves and the receiver for receiving ultrasonic waves are spaced apart from each other, and at least one of the configuration or material of the receiver 110 is implemented to increase ultrasonic receiving power, and the transmitter ( At least one of the configuration or material of 120) is implemented to increase the ultrasonic transmission power. Therefore, the piezoelectric ultrasonic transducer according to the embodiment has an excellent effect in both ultrasonic transmission power and reception power.

송신부(120)에서 초음파의 송신력이 높아지고 수신부(110)에서 수신된 초음파의 세기가 커질 경우, 대상물에 대한 정보를 정확하게 인식할 수 있도록 한다. 이를 고려할 때, 기존의 압전 초음파 변환 장치와 달리, 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치는 송신부의 초음파 송신력이 우수하고 수신부의 초음파 수신력이 우수하므로, 대상물에서 반사된 초음파의 세기가 커서 우수한 감지 능력을 갖는다. 예를 들어, 도 15에 도시된 생체 정보 측정 장치(200)에서, 송신된 초음파를 반사시키는 대상물(OB)이 손가락의 지문일 경우, 표피를 통과하여 진피에서 반사된 후 수신된 초음파의 수신되는 세기가 커질 수 있다. 이로 인해, 실시 예에 의한 생체 정보 측정 장치(200)가 지문뿐만 아니라 표피 및 진피를 인식하는 성능이 개선될 수 있다.When the transmission power of ultrasonic waves in the transmitter 120 increases and the intensity of the ultrasonic waves received in the receiver 110 increases, information on an object can be accurately recognized. Considering this, unlike the conventional piezoelectric ultrasonic transducer, the piezoelectric ultrasonic transducer according to the embodiment has excellent ultrasonic transmission power of the transmitter and excellent ultrasonic reception power of the receiver, so the intensity of the ultrasonic wave reflected from the object is large and has excellent sensing ability. have For example, in the biometric information measuring apparatus 200 shown in FIG. 15, when the object OB reflecting the transmitted ultrasound is a fingerprint of a finger, the ultrasound passed through the epidermis and reflected from the dermis is received. age may increase. As a result, the performance of the biometric information measuring device 200 according to the embodiment of recognizing not only a fingerprint but also epidermis and dermis can be improved.

또한, 기존의 압전 초음파 변환 장치는 동일한 압전 부재에 의해 초음파를 송신하고 수신하므로, 초음파를 송신할것인지 그렇지 않으면 송신할 것인지를 제어하는 스위치 구조를 요구한다. 따라서, 기존의 압전 초음파 변환 장치의 회로가 복잡해진다.In addition, since the existing piezoelectric ultrasonic transducer transmits and receives ultrasonic waves by the same piezoelectric member, a switch structure for controlling whether to transmit ultrasonic waves or not is required. Therefore, the circuit of the existing piezoelectric ultrasonic transducer becomes complicated.

반면에, 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치는 송신부와 수신부가 분리되어 있고, 분리된 송신부와 수신부로의 전원 공급을 구동 제어부(130)에서 제어하기만 하면 되므로, 별도의 스위치 구조를 요구하지 않는다. 따라서, 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치는 기존의 압전 초음파 변환 장치보다 회로 구조가 복잡하지 않다.On the other hand, the piezoelectric ultrasonic transducer according to the embodiment does not require a separate switch structure because the transmission unit and the reception unit are separated, and the driving control unit 130 only needs to control the power supply to the separated transmission unit and the reception unit. . Therefore, the circuit structure of the piezoelectric ultrasonic transducer according to the embodiment is less complicated than that of the conventional piezoelectric ultrasonic transducer.

또한, 송신부가 대상물과 수직 방향으로 중첩되지 않는다고 하더라도, 빔 포밍 기술을 이용하여 초음파를 대상물에 집속하여 도달시킬 수 있어, 수신된 초음파의 세기가 증가함으로써, 대상물의 이미지의 해상도를 개선시킬 수 있다.In addition, even if the transmitting unit does not overlap with the object in the vertical direction, it is possible to focus and reach the ultrasonic wave to the object using beamforming technology, so that the intensity of the received ultrasonic wave increases, thereby improving the resolution of the image of the object. .

만일, 전술한 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치(100A 및 100B)가 디스플레이 장치에 적용될 경우, 압전 초음파 변환 장치(100A 및 100B)는 디스플레이 장치의 디스플레이의 화면 영역의 하단에 배치될 수 있다.If the piezoelectric ultrasonic converters 100A and 100B according to the above-described embodiment are applied to a display device, the piezoelectric ultrasonic converters 100A and 100B may be disposed at the bottom of the screen area of the display of the display device.

전술한 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치(100A 내지 100C)는 디스플레이 장치에서 지문 센서로서 적용될 수 있다. 디스플레이 장치는 디스플레이 패널 및 커버 기판 등을 포함하므로, 두께가 약 1mm 정도 될 수 있다. 이러한 디스플레이 장치에서 정전용량 방식의 지문 센서를 이용할 경우 투과도 및 디스플레이 내부 회로에 의한 간섭에 의해서 지문을 인식하는 정확도가 떨어질 수 있다. 반면에, 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치(100A 및 100B)를 디스플레이 장치에서 초음파 지문센서로 채택할 경우, 지문을 인식하는 정확도가 증가할 수 있으며, 압전 초음파 변환 장치(100A 및 100B)를 디스플레이 하단에 배치하더라도 지문 인식이 가능할 수 있다.The piezoelectric ultrasonic converters 100A to 100C according to the above-described embodiment may be applied as a fingerprint sensor in a display device. Since the display device includes a display panel and a cover substrate, the thickness may be about 1 mm. When a capacitive fingerprint sensor is used in such a display device, the accuracy of fingerprint recognition may be deteriorated due to transmittance and interference by an internal circuit of the display. On the other hand, when the piezoelectric ultrasonic transducer 100A and 100B according to the embodiment is adopted as an ultrasonic fingerprint sensor in the display device, the accuracy of recognizing a fingerprint may be increased, and the piezoelectric ultrasonic transducer 100A and 100B may be used as a display Even if placed at the bottom, fingerprint recognition may be possible.

이하, 전술한 압전 초음파 변환 장치(100A 및 100B)를 포함하는 실시 예에 의한 디스플레이 장치(300A 내지 300F)를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 살펴본다.Hereinafter, display devices 300A to 300F according to embodiments including the above-described piezoelectric ultrasonic converters 100A and 100B will be described as follows with reference to the accompanying drawings.

도 12는 일 실시 예에 의한 디스플레이 장치(300A)의 단면도를 나타낸다.12 is a cross-sectional view of a display device 300A according to an exemplary embodiment.

일 실시 예에 의한 디스플레이 장치(300A)는 커버 부재(310A), 접착층(320A), 디스플레이 패널(330A) 및 압전 초음파 변환 장치(340A)를 포함할 수 있다. 경우에 따라, 커버 부재(310A)와 접착층(320A)은 생략될 수 있다.The display device 300A according to an embodiment may include a cover member 310A, an adhesive layer 320A, a display panel 330A, and a piezoelectric ultrasonic transducer 340A. In some cases, the cover member 310A and the adhesive layer 320A may be omitted.

커버 부재(310A)는 리지드(rigid)하거나 또는 플렉서블(flexible)할 수 있다. 바람직하게는, 커버 부재(310A)는 휘어지거나(bending) 접힐 수 있도록(foldable) 플렉서블할 수 있다.The cover member 310A may be rigid or flexible. Preferably, the cover member 310A may be flexible such as to be bendable or foldable.

예를 들어, 커버 부재(310A)는 플라스틱이나 글래스(glass)를 포함할 수 있다. 자세하게, 커버 부재(310A)는 폴리이미드(Polyimide, PI), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 프로필렌 글리콜(propylene glycol, PPG), 폴리 카보네이트(PC) 등의 강화 혹은 연성 플라스틱을 포함하거나 사파이어를 포함할 수 있다.For example, the cover member 310A may include plastic or glass. In detail, the cover member 310A includes a reinforced or soft plastic such as polyimide (PI), polyethylene terephthalate (PET), propylene glycol (PPG), polycarbonate (PC), or sapphire can include

또한, 커버 부재(310A)는 광등방성 필름을 포함할 수 있다. 일례로, 커버 부재(310)는 COC(Cyclic Olefin Copolymer), COP(Cyclic Olefin Polymer), 광등방 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 또는 광등방 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등을 포함할 수 있다.In addition, the cover member 310A may include an optical isotropic film. For example, the cover member 310 may include Cyclic Olefin Copolymer (COC), Cyclic Olefin Polymer (COP), polycarbonate (PC), or polymethyl methacrylate (PMMA).

디스플레이 패널(330A)은 커버 부재(310A)의 하부에 배치될 수 있다. 디스플레이 패널(330A)과 커버 기재(310A)는 광학용 투명 접착제 등의 접착층(320A)을 통해 서로 접착될 수 있다.The display panel 330A may be disposed under the cover member 310A. The display panel 330A and the cover substrate 310A may be adhered to each other through an adhesive layer 320A such as an optically transparent adhesive.

디스플레이 패널(330A)은 제1 기판(332) 및 제2 기판(334)을 포함할 수 있다.The display panel 330A may include a first substrate 332 and a second substrate 334 .

디스플레이 패널(330A)이 액정표시패널인 경우, 디스플레이 패널(330A)은 박막트랜지스터(Thin Film Transistor,TFT)와 화소전극을 포함하는 제1 기판(332)과 컬러필터층들을 포함하는 제2 기판(334)이 액정층을 사이에 두고 합착된 구조로 형성될 수 있다.When the display panel 330A is a liquid crystal display panel, the display panel 330A includes a first substrate 332 including a thin film transistor (TFT) and a pixel electrode and a second substrate 334 including color filter layers. ) may be formed in a structure in which a liquid crystal layer is interposed therebetween.

또한, 디스플레이 패널(330A)은 박막트랜지스터, 칼라필터 및 블랙매트릭스가 제1 기판(332)에 형성되고, 제2 기판(334)이 액정층을 사이에 두고 제1 기판(332)과 합착되는 COT(color filter on transistor)구조의 액정표시패널일 수도 있다. 즉, 제1 기판(332) 상에 박막 트랜지스터를 형성하고, 박막 트랜지스터 상에 보호막을 형성하고, 보호막 상에 컬러필터층을 형성할 수 있다.In addition, in the display panel 330A, a thin film transistor, a color filter, and a black matrix are formed on a first substrate 332, and a second substrate 334 is bonded to the first substrate 332 with a liquid crystal layer therebetween. (color filter on transistor) structure may be a liquid crystal display panel. That is, a thin film transistor may be formed on the first substrate 332 , a protective film may be formed on the thin film transistor, and a color filter layer may be formed on the protective film.

또한, 제1 기판(332)에는 박막 트랜지스터와 접촉하는 화소전극을 형성한다. 이때, 개구율을 향상하고 마스크 공정을 단순화하기 위해 블랙매트릭스를 생략하고, 공통 전극이 블랙매트릭스의 역할을 겸하도록 형성할 수도 있다.In addition, a pixel electrode contacting the thin film transistor is formed on the first substrate 332 . At this time, in order to improve the aperture ratio and simplify the mask process, the black matrix may be omitted and the common electrode may be formed to serve as the black matrix.

또한, 디스플레이 패널(330A)이 액정표시패널인 경우, 디스플레이 장치(300A)는 디스플레이 패널(330A) 배면에서 광을 제공하는 백라이트 유닛(미도시)을 더 포함할 수 있다.Also, when the display panel 330A is a liquid crystal display panel, the display device 300A may further include a backlight unit (not shown) providing light from the rear surface of the display panel 330A.

예를 들어, 디스플레이 패널(330A)은 활성 영역을 포함할 수 있다. 여기서, 활성 영역은 실제로 화면이 출사되는 영역일 수 있다. 이 경우, 압전 초음파 변환 장치(340A)는 디스플레이 패널(330A)의 하단, 즉, 디스플레이 패널(330A) 또는 백라이트 유닛(미도시)의 광이 출사하는 방향의 반대 방향에서, 활성 영역과 대응하는 영역에 배치될 수 있다. 구체적으로 압전 초음파 변환 장치는 활성 영역의 지문 영역 상에 배치될 수 있으며, 특히 수신부가 지문 영역에 대응되도록 배치될 수 있다.For example, the display panel 330A may include an active area. Here, the active area may be an area where a screen is actually projected. In this case, the piezoelectric ultrasonic transducer (340A) is the bottom of the display panel (330A), that is, in a direction opposite to the direction in which light is emitted from the display panel (330A) or a backlight unit (not shown), an area corresponding to the active area. can be placed in Specifically, the piezoelectric ultrasonic transducer may be disposed on the fingerprint area of the active area, and in particular, the receiver may be disposed to correspond to the fingerprint area.

특히, 모바일 디스플레이 장치에서, 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치를 생체 인식 장치로 사용하는 경우, 기존에 사용하던 지문 센서 버튼을 제거할 수 있어, 모바일 디스플레이 장치의 활성 영역을 넓힐 수 있는 장점이 있다.In particular, in a mobile display device, when the piezoelectric ultrasonic transducer according to the embodiment is used as a biometric device, the previously used fingerprint sensor button can be removed, which has the advantage of widening the active area of the mobile display device. .

도 13은 다른 실시 예에 의한 디스플레이 장치(300B)의 단면도를 나타낸다.13 is a cross-sectional view of a display device 300B according to another embodiment.

도 13에 도시된 디스플레이 장치(300B)는 커버 글래스(310B), 플라스틱 OLED(POLED)(330B) 및 압전 초음파 변환 장치(340B)를 포함할 수 있다.The display device 300B shown in FIG. 13 may include a cover glass 310B, a plastic OLED (POLED) 330B, and a piezoelectric ultrasonic transducer 340B.

커버 글래스(310B)는 도 12에 도시된 커버 부재(310A)가 글래스로 구현된 경우이며, 커버 부재(310A)와 동일한 역할을 수행한다.The cover glass 310B is a case where the cover member 310A shown in FIG. 12 is made of glass, and performs the same role as the cover member 310A.

POLED(330B)는 도 12에 도시된 디스플레이 패널(330A)의 다른 례이다.POLED 330B is another example of the display panel 330A shown in FIG. 12 .

도 14는 또 다른 실시 예에 의한 디스플레이 장치(300C)의 단면도를 나타낸다.14 is a cross-sectional view of a display device 300C according to another embodiment.

도 14에 도시된 디스플레이 장치(300C)는 디스플레이 패널(330C), 접착층(320B) 및 압전 초음파 변환 장치(340C)를 포함할 수 있다.The display device 300C shown in FIG. 14 may include a display panel 330C, an adhesive layer 320B, and a piezoelectric ultrasonic transducer 340C.

디스플레이 패널(330C), 접착층(320B) 및 압전 초음파 변환 장치(340C)는 도 12에 도시된 디스플레이 패널(330A), 접착층(320A) 및 압전 초음파 변환 장치(340A) 각각에 해당하며, 동일한 역할을 수행할 수 있으므로 여기서는 중복되는 설명을 생략한다.The display panel 330C, the adhesive layer 320B, and the piezoelectric ultrasonic converter 340C correspond to the display panel 330A, the adhesive layer 320A, and the piezoelectric ultrasonic converter 340A shown in FIG. 12, respectively, and play the same role. Since it can be performed, redundant descriptions are omitted here.

도 15는 또 다른 실시 예에 의한 디스플레이 장치(300D)의 단면도를 나타낸다.15 is a cross-sectional view of a display device 300D according to another embodiment.

도 15에 도시된 디스플레이 장치(300D)는 디스플레이 TFT(330D), 접착층(320C) 및 압전 초음파 변환 장치(340D)를 포함할 수 있다.The display device 300D shown in FIG. 15 may include a display TFT 330D, an adhesive layer 320C, and a piezoelectric ultrasonic transducer 340D.

디스플레이 TFT(330D)는 도 12에 도시된 디스플레이 패널(330A)이 박막 트랜지스터로 구현된 경우이다. 접착층(320C) 및 압전 초음파 변환 장치(340D)는 도 16에 도시된 접착층(320A) 및 압전 초음파 변환 장치(340A) 각각에 해당하며, 동일한 역할을 수행할 수 있으므로 여기서는 중복되는 설명을 생략한다.The display TFT 330D is a case where the display panel 330A shown in FIG. 12 is implemented with thin film transistors. Since the adhesive layer 320C and the piezoelectric ultrasonic transducer 340D correspond to the adhesive layer 320A and the piezoelectric ultrasonic transducer 340A shown in FIG.

도 16은 또 다른 실시 예에 의한 디스플레이 장치(300E)의 단면도를 나타낸다.16 is a cross-sectional view of a display device 300E according to another embodiment.

도 16에 도시된 디스플레이 장치(300E)는 디스플레이 하부 기판(TFT)(330E), 접착층(320D), 압전 초음파 변환 장치(340E), 폼 테이프(form tape)(350) 및 백 플레이트(back plate)(360)를 포함할 수 있다.The display device 300E shown in FIG. 16 includes a display lower substrate (TFT) 330E, an adhesive layer 320D, a piezoelectric ultrasonic transducer 340E, a form tape 350, and a back plate. (360).

디스플레이 하부 기판(TFT)(330E)은 도 15에 도시된 디스플레이 TFT(330D)와 동일한 역할을 한다. 폼 테이프(350)는 디스플레이 하부 기판(330E)과 백 플레이트(360) 사이에 배치될 수 있다. 접착층(320D) 및 압전 초음파 변환 장치(340E)는 도 16에 도시된 접착층(320A) 및 압전 초음파 변환 장치(340A) 각각에 해당하며, 동일한 역할을 수행할 수 있으므로 여기서는 중복되는 설명을 생략한다.The display lower substrate (TFT) 330E plays the same role as the display TFT 330D shown in FIG. 15 . The foam tape 350 may be disposed between the display lower substrate 330E and the back plate 360 . The adhesive layer 320D and the piezoelectric ultrasonic transducer 340E correspond to the adhesive layer 320A and the piezoelectric ultrasonic transducer 340A respectively shown in FIG.

도 17은 또 다른 실시 예에 의한 디스플레이 장치(300F)의 단면도를 나타낸다.17 is a cross-sectional view of a display device 300F according to another embodiment.

도 17에 도시된 디스플레이 장치(300F)는 커버 기판(310C), 디스플레이 패널(330F), 폼 테이프(350), 백 플레이트(360), 접착층(320E) 및 압전 초음파 변환 장치(340F)를 포함할 수 있다.The display device 300F shown in FIG. 17 may include a cover substrate 310C, a display panel 330F, a foam tape 350, a back plate 360, an adhesive layer 320E, and a piezoelectric ultrasonic transducer 340F. can

커버 기판(310C)은 도 12에 도시된 커버 부재(310C)에 해당하며, 동일한 역할을 수행할 수 있다.The cover substrate 310C corresponds to the cover member 310C shown in FIG. 12 and may perform the same role.

디스플레이 패널(330F)이 유기전계발광표시(OLED) 패널인 경우, 디스플레이 패널(330F)은 별도의 광원이 필요하지 않은 자발광 소자를 포함한다. 디스플레이 패널(330F)은 편광판(335), 봉지재(encapsulation)(336), 컬러 필터 어레이(337) 및 OLED TFT(338)를 포함할 수 있다.When the display panel 330F is an organic light emitting display (OLED) panel, the display panel 330F includes a self-luminous element that does not require a separate light source. The display panel 330F may include a polarizer 335, an encapsulation 336, a color filter array 337, and an OLED TFT 338.

편광판(335)은 커버 기판(310C)과 봉지재(336) 사이에 배치된다. 봉지재(336)는 편광판(335)과 필터 어레이(337) 사이에 배치될 수 있으며, 인캡슐레이션을 위한 봉지 기판 역할을 한다.The polarizer 335 is disposed between the cover substrate 310C and the encapsulant 336 . The encapsulant 336 may be disposed between the polarizer 335 and the filter array 337 and serves as an encapsulation substrate for encapsulation.

픽셀 어레이(337)는 적색 화소(R), 녹색 화소(G) 및 청색 화소(B)로 구현될 수 있다.The pixel array 337 may be implemented with a red pixel (R), a green pixel (G), and a blue pixel (B).

OLED TFT(338)는 픽셀 어레이(337)와 폼 테이프(350) 사이에 배치될 수 있다. OLED TFT(338)는 박막 트랜지스터(TFT) 및 박막 트랜지스터(TFT)와 접촉하는 유기 발광 소자(OLED)를 포함할 수 있다. 유기 발광 소자(OLED)는 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 형성된 유기발광층을 포함할 수 있다.The OLED TFT 338 may be disposed between the pixel array 337 and the foam tape 350 . The OLED TFT 338 may include a thin film transistor (TFT) and an organic light emitting diode (OLED) in contact with the thin film transistor (TFT). The organic light emitting diode (OLED) may include an anode, a cathode, and an organic light emitting layer formed between the anode and the cathode.

폼 테이프(350), 백 플레이트(360), 접착층(320E) 및 압전 초음파 변환 장치(340F)는 도 20에 도시된 폼 테이프(350), 백 플레이트(360), 접착층(320D) 및 압전 초음파 변환 장치(340E) 각각에 해당하며, 동일한 역할을 수행할 수 있으므로 여기서는 중복되는 설명을 생략한다.The foam tape 350, the back plate 360, the adhesive layer 320E, and the piezoelectric ultrasonic converter 340F are the foam tape 350, the back plate 360, the adhesive layer 320D, and the piezoelectric ultrasonic converter 340F shown in FIG. Corresponds to each of the devices 340E and can perform the same role, so redundant descriptions are omitted here.

도 12 내지 도 17에 도시된 압전 초음파 변환 장치(340A 내지 340F)는 도 1a 내지 도 8e에 도시된 압전 초음파 변환 장치에 해당하며 지문 센서일 수 있다. 또한, 도 13에 예시된 바와 같이 압전 초음파 변환 장치(340B)는 유효 영역(AA)에 배치될 수 있다.The piezoelectric ultrasonic converters 340A to 340F shown in FIGS. 12 to 17 correspond to the ultrasonic piezoelectric converters shown in FIGS. 1A to 8E and may be fingerprint sensors. Also, as illustrated in FIG. 13 , the piezoelectric ultrasonic converter 340B may be disposed in the effective area AA.

도 12 내지 도 17에 따른 디스플레이 장치의 압전 초음파 변환 장치(340A 내지 340F)는 사용자 인증 시에 사용될 수 있다. 예를 들어, 압전 초음파 변환 장치(340A 내지 340F)가 배치된 지문 영역에 사용자가 터치하여, 인증한 후 디스플레이 장치의 잠금 화면의 해제할 수 있다.The piezoelectric ultrasonic converters 340A to 340F of the display device according to FIGS. 12 to 17 may be used for user authentication. For example, the user may touch and authenticate a fingerprint area where the piezoelectric ultrasonic transducers 340A to 340F are disposed, and then unlock the lock screen of the display device.

도 18은 디스플레이 장치의 구동 방법(400)을 설명하기 위한 플로우차트이다.18 is a flowchart for explaining a method 400 of driving a display device.

도 19 (a) 내지 (c)는 도 18의 설명을 돕기 위한 도면이다.19 (a) to (c) are diagrams to help explain FIG. 18 .

도 18을 참조하면, 디스플레이 장치에서 화면이 터치되었는가를 판단한다(제410 단계). 만일, 화면이 터치되었다고 인식되지 않으면, 도 19 (a)에 도시된 바와 같이 화면이 턴 오프된 대기 상태를 유지한다. 제410 단계에서의 터치는 디스플레이 장치에서 화면 이외의 다른 부분의 터치일 수도 있다. 화면이 터치되었는가를 판단하는 기준은 일정 시간 간격을 둔 소정의 횟수 이상의 터치, 일정 압력 이상을 가하는 터치, 소정의 시간 이상을 유지하고 있는 터치일 수 있으며, 특별히 제한하지 않는다.Referring to FIG. 18 , the display device determines whether the screen is touched (step 410). If it is not recognized that the screen has been touched, the screen is turned off and maintained in a standby state as shown in FIG. 19 (a). The touch in step 410 may be a touch on a part other than the screen of the display device. The criterion for determining whether the screen has been touched may be a touch more than a predetermined number of times at a predetermined time interval, a touch applying more than a predetermined pressure, or a touch maintained for more than a predetermined time, and is not particularly limited.

그러나, 디스플레이 장치에서 화면이 터치되었다고 인식되면, 화면을 턴 온시켜 지문 영역을 표시하고, 지문 센서를 활성화시킨다(제420 단계). 여기서, 화면의 턴 온이란, 도 19 (b)에 예시된 바와 같이 화면이 사용자에게 디스플레이된 상태를 의미한다. 제420 단계에서, 디스플레이 장치의 잠금 상태는 유지된다.However, if the display device recognizes that the screen has been touched, the screen is turned on to display the fingerprint area and activates the fingerprint sensor (operation 420). Here, turning on the screen means a state in which the screen is displayed to the user as illustrated in FIG. 19 (b). In step 420, the locked state of the display device is maintained.

제420 단계 후에, 디스플레이 장치의 화면이 추가로 터치되었는가를 판단한다(제430 단계). 만일, 디스플레이 장치의 화면이 추가로 터치되지 않았다고 판단되면 화면을 다시 턴 오프한다. 추가로 화면이 터치되었는가를 판단하는 기준은 제410 단계에서의 터치 이후 별도의 터치 입력일 수 있고, 또는, 제410 단계에서 터치를 유지하고 있는 터치 입력일 수 있으며, 활성화된 지문 센서로 인식이 가능한 상태인지 판단할 수 있는 입력이면 족하며 이에 제한하지 않는다.After step 420, it is determined whether the screen of the display device is additionally touched (step 430). If it is determined that the screen of the display device is not additionally touched, the screen is turned off again. In addition, the criterion for determining whether the screen has been touched may be a separate touch input after the touch in step 410, or a touch input in which the touch is maintained in step 410, and can be recognized by an activated fingerprint sensor. Any input capable of determining whether or not it is recognized is sufficient, and is not limited thereto.

그러나, 디스플레이 장치의 화면이 추가로 터치되었다고 판단되면, 디스플레이 장치의 지문 영역이 터치되었는가를 판단한다(제440 단계). 여기서, 지문 영역이란, 지문 센서가 지문을 감지할 수 있는 영역을 의미하며, 디스플레이 장치의 화면에 위치하며, 사용자의 지문이 지문 영역을 터치할 때만, 지문 센서가 지문을 센싱할 수 있다.However, if it is determined that the screen of the display device is additionally touched, it is determined whether the fingerprint area of the display device is touched (operation 440). Here, the fingerprint area means an area where a fingerprint sensor can detect a fingerprint, is located on the screen of a display device, and can sense a fingerprint only when a user's fingerprint touches the fingerprint area.

만일, 디스플레이 장치의 지문 영역이 터치되지 않았다고 판단되면, 지문 영역을 터치하라는 메시지를 사용자에게 보낸 후, 제420 단계로 진행한다(제450 단계). 지문 영역의 일 례가 도 19 (b)에 도시되어 있다.If it is determined that the fingerprint area of the display device is not touched, a message prompting the user to touch the fingerprint area is sent, and then operation 420 is performed (operation 450). An example of a fingerprint area is shown in FIG. 19 (b).

그러나, 지문 영역이 터치되었다고 판단되면, 터치된 지문이 디스플레이 장치의 사용이 허가된 지문인가를 판단한다(제460 단계). 이를 위해, 디스플레이 장치의 사용이 허가된 지문은 사전에 저장되고, 제460 단계에서 터치된 지문이 사전에 저장된 지문과 동일한가를 판단한다.However, if it is determined that the fingerprint area is touched, it is determined whether the touched fingerprint is a fingerprint permitted to use the display device (operation 460). To this end, the fingerprint permitted to use the display device is stored in advance, and in step 460, it is determined whether the touched fingerprint is the same as the previously stored fingerprint.

만일, 터치된 지문이 디스플레이 장치의 사용이 허가된 지문이 아니라고 판단되면, 지문 재인식을 요구하는 메시지를 사용자에게 보낸 후, 제420 단계로 진행한다(제470 단계).If it is determined that the touched fingerprint is not a fingerprint approved for use of the display device, a message requesting fingerprint re-recognition is sent to the user, and then the process proceeds to step 420 (step 470).

그러나, 터치된 지문이 디스플레이 장치의 사용이 허가된 지문이라고 판단되면, 디스플레이 장치의 잠금을 해제하여 사용자로 하여금 디스플레이 장치를 사용하도록 허가한다(제480 단계). 도 19 (c)는 잠금 해제된 일 례를 보인다.However, if it is determined that the touched fingerprint is a fingerprint authorized to use the display device, the user is allowed to use the display device by unlocking the display device (operation 480). 19 (c) shows an unlocked example.

이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Although the above has been described with reference to the embodiments, these are only examples and do not limit the present invention, and those skilled in the art to which the present invention belongs will not deviate from the essential characteristics of the present embodiment. It will be appreciated that various variations and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiment can be modified and implemented. And differences related to these modifications and applications should be construed as being included in the scope of the present invention as defined in the appended claims.

100A, 100B, 340A 내지 340F: 압전 초음파 변환 장치
110, 110’,: 수신부 111: 제1 압전 부재
114: 충진 부재 SUB1 내지 SUB3: 기판
120, 120’: 송신부
121: 제2 압전 부재
130: 구동 제어부 200: 생체 정보 측정 장치
202: 임피던스 정합 부재 210: 생체 정보 분석부
300A 내지 300F: 디스플레이 장치 310A: 커버 부재
310B: 커버 글래스 320A 내지 320E: 접착층
330A: 디스플레이 패널
100A, 100B, 340A to 340F: piezoelectric ultrasonic transducer
110, 110',: receiver 111: first piezoelectric member
114: filling member SUB1 to SUB3: substrate
120, 120': transmission unit
121: second piezoelectric member
130: driving control unit 200: biometric information measurement device
202: impedance matching member 210: biometric information analysis unit
300A to 300F: display device 310A: cover member
310B: cover glass 320A to 320E: adhesive layer
330A: display panel

Claims (14)

대상물에 초음파를 송신하는 송신부;
상기 대상물로부터 반사되는 초음파를 수신하는 수신부; 및
상기 송신부 및 상기 수신부를 제어하는 구동 제어부를 포함하고,
상기 수신부는 제1 압전 부재; 및 복수의 제1 전극을 포함하고,
상기 송신부는 제1 방향으로 이격되어 배치되며, 제2 방향과 나란하되 상기 제2 방향으로의 길이가 상기 제1 방향으로의 폭보다 큰 복수의 압전 바를 포함하는 제2 압전 부재; 및 복수의 제2 전극을 포함하고,
상기 송신부 및 상기 수신부는, 상기 제 1방향 및 상기 제 2 방향으로 정의되는 평면에 대하여 상하로 배치되고,
상기 구동 제어부는,
특정 감지 위치에 대한 1회의 빔포밍을 위해 상기 복수의 압전 빔 중 A(여기서, A는 1보다 큰 자연수)개 단위로 그루핑된 B(여기서, B는A의 배수)개의 압전 빔을 제어하되, 다음 감지 위치에 대한 빔포밍시 상기 제1 방향으로 C(여기서, C는 A보다 작은 자연수)개 단위로 쉬프팅하여 상기 복수의 압전 빔 중 B개의 압전 빔을 제어하되,
상기 B개의 압전 빔은 동시에 초음파를 송신하는, 생체 정보 측정 장치.
a transmitter for transmitting ultrasonic waves to an object;
a receiving unit for receiving ultrasonic waves reflected from the object; and
A driving control unit controlling the transmission unit and the reception unit;
The receiver may include a first piezoelectric member; and a plurality of first electrodes;
a second piezoelectric member including a plurality of piezoelectric bars spaced apart from each other in a first direction and parallel to a second direction, but having a length in the second direction greater than a width in the first direction; and a plurality of second electrodes;
The transmitting unit and the receiving unit are disposed vertically with respect to a plane defined by the first direction and the second direction,
The drive control unit,
Control B (here, B is a multiple of A) piezoelectric beams grouped in units of A (where A is a natural number greater than 1) among the plurality of piezoelectric beams for one-time beamforming for a specific sensing position, Controlling B piezoelectric beams among the plurality of piezoelectric beams by shifting them in units of C (where C is a natural number smaller than A) in the first direction during beamforming for the next detection position,
The B piezoelectric beams simultaneously transmit ultrasonic waves.
제1 항에 있어서,
상기 복수의 제1 전극은,
상기 제1 압전 부재의 상부 또는 하부 중 적어도 한 곳에, 상기 제1 방향으로 나란하고 상기 제2 방향으로 이격되어 배치되고,
상기 제2 전극은,
상기 제2 압전 부재의 상부 또는 하부 중 적어도 한 곳에, 상기 제2 방향과 나란하고 상기 제1 방향으로 이격되어 배치된, 생체 정보 측정 장치.
According to claim 1,
The plurality of first electrodes,
disposed parallel to the first direction and spaced apart from each other in the second direction, at least one of an upper part or a lower part of the first piezoelectric member;
The second electrode is
The biometric information measuring device is disposed on at least one of an upper part or a lower part of the second piezoelectric member, parallel to the second direction and spaced apart from each other in the first direction.
제1 항에 있어서,
상기 송신부는,
상기 제1 방향의 양단 각각에 B/2 개의 압전 빔에 해당하는 영역 이하의 크기를 갖는 비 이미징 영역을 포함하는, 생체 정보 측정 장치.
According to claim 1,
The sending unit,
and a non-imaging area having a size equal to or less than that of areas corresponding to B/2 piezoelectric beams at both ends of the first direction.
삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 제1 압전 부재는 제1 압전 물질을 포함하고, 상기 제2 압전 부재는 제2 압전 물질을 포함하고,
상기 제1 압전 물질의 전압 출력 상수는 상기 제2 압전 물질의 전압 출력 상수보다 크고,
상기 제2 압전 물질의 압전 상수는 상기 제1 압전 물질의 압전 상수보다 큰 생체 정보 측정 장치.
According to claim 1,
The first piezoelectric member includes a first piezoelectric material, the second piezoelectric member includes a second piezoelectric material,
The voltage output constant of the first piezoelectric material is greater than the voltage output constant of the second piezoelectric material;
The piezoelectric constant of the second piezoelectric material is greater than the piezoelectric constant of the first piezoelectric material.
삭제delete 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 제1 압전 부재의 하부와 상기 제2 압전 부재의 상부 사이에 배치되는 판상형의 제3 전극을 더 포함하고,
상기 복수의 제1 전극은 상기 제1 압전 부재의 상부에 배치되고, 상기 복수의 제2 전극은 상기 제2 압전 부재의 하부에 배치되는 생체 정보 측정 장치.
According to claim 1,
Further comprising a plate-shaped third electrode disposed between the lower portion of the first piezoelectric member and the upper portion of the second piezoelectric member;
The plurality of first electrodes are disposed above the first piezoelectric member, and the plurality of second electrodes are disposed below the second piezoelectric member.
제1 항에 있어서,
상기 구동 제어부는,
상기 복수의 제1 전극으로부터 인출되며 수신된 초음파에 대응하는 전기적 신호를 받고, 상기 제2 압전 부재가 초음파를 생성하기 위해 필요한 펄스 신호를 제2 전극으로 인가하는 생체 정보 측정 장치.
According to claim 1,
The drive control unit,
The apparatus for measuring biometric information for receiving electrical signals corresponding to the received ultrasonic waves drawn from the plurality of first electrodes, and applying a pulse signal necessary for the second piezoelectric member to generate ultrasonic waves to the second electrode.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 활성 영역을 포함하는 디스플레이 패널; 및
생체 정보 측정 장치를 포함하고,
상기 생체 정보 측정 장치는,
대상물에 초음파를 송신하는 송신부;
상기 대상물로부터 반사되는 초음파를 수신하는 수신부; 및
상기 송신부 및 상기 수신부를 제어하는 구동 제어부를 포함하고,
상기 수신부는 제1 압전 부재; 및 복수의 제1 전극을 포함하고,
상기 송신부는 제1 방향으로 이격되어 배치되며, 제2 방향과 나란하되 상기 제2 방향으로의 길이가 상기 제1 방향으로의 폭보다 큰 복수의 압전 바를 포함하는 제2 압전 부재; 및 복수의 제2 전극을 포함하고,
상기 송신부 및 상기 수신부는, 상기 제 1방향 및 상기 제 2 방향으로 정의되는 평면에 대하여 상하로 배치되고,
상기 구동 제어부는,
특정 감지 위치에 대한 1회의 빔포밍을 위해 상기 복수의 압전 빔 중 A(여기서, A는 1보다 큰 자연수)개 단위로 그루핑된 B(여기서, B는A의 배수)개의 압전 빔을 제어하되, 다음 감지 위치에 대한 빔포밍시 상기 제1 방향으로 C(여기서, C는 A보다 작은 자연수)개 단위로 쉬프팅하여 상기 복수의 압전 빔 중 B개의 압전 빔을 제어하되,
상기 B개의 압전 빔은 동시에 초음파를 송신하며,
상기 송신부 및 상기 수신부는 상기 디스플레이 패널 하단에서, 상기 활성 영역과 대응하는 영역에 배치되는 디스플레이 장치.
a display panel including an active area; and
Including a biometric information measuring device,
The biometric information measurement device,
a transmitter for transmitting ultrasonic waves to an object;
a receiving unit for receiving ultrasonic waves reflected from the object; and
A driving control unit controlling the transmission unit and the reception unit;
The receiver may include a first piezoelectric member; and a plurality of first electrodes;
a second piezoelectric member including a plurality of piezoelectric bars spaced apart from each other in a first direction and parallel to a second direction, but having a length in the second direction greater than a width in the first direction; and a plurality of second electrodes;
The transmitting unit and the receiving unit are disposed vertically with respect to a plane defined by the first direction and the second direction,
The drive control unit,
Control B (here, B is a multiple of A) piezoelectric beams grouped in units of A (where A is a natural number greater than 1) among the plurality of piezoelectric beams for one-time beamforming for a specific sensing position, Controlling B piezoelectric beams among the plurality of piezoelectric beams by shifting them in units of C (where C is a natural number smaller than A) in the first direction during beamforming for the next sensing position,
The B piezoelectric beams simultaneously transmit ultrasonic waves,
The display device of claim 1 , wherein the transmitting unit and the receiving unit are disposed in an area corresponding to the active area at the bottom of the display panel.
제9 항에 있어서,
상기 구동 제어부는,
상기 빔포밍을 수행하기 위하여 상기 복수의 제2 전극 각각에 대한 상기 펄스 신호의 인가 시점을 상기 그루핑된 압전 빔 단위로 달리하는 생체 정보 측정 장치.
According to claim 9,
The drive control unit,
In order to perform the beamforming, the application time of the pulse signal to each of the plurality of second electrodes is changed in units of the grouped piezoelectric beam.
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