KR102580307B1

KR102580307B1 - Piezoelectric ultrasonic transducer, biometric apparatus including the same, and display apparatus including the apparatus

Info

Publication number: KR102580307B1
Application number: KR1020180018646A
Authority: KR
Inventors: 한재흥
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2018-02-14
Filing date: 2018-02-14
Publication date: 2023-09-18
Also published as: KR20190098555A

Abstract

실시 예의 생체 정보 측정 장치는 서로 이격된 복수의 압전 부재, 상기 복수의 압전 부재의 상부 또는 하부 중 어느 하나에 제1 방향으로 나란하고 제2 방향으로 이격되어 배치된 복수의 제1 전극, 및 상기 복수의 압전 부재의 상기 상부 또는 상기 하부 중 나머지 하나에 상기 제2 방향으로 나란하고 상기 제1 방향으로 이격되어 배치된 복수의 제2 전극을 포함하는 압전 초음파 변환 장치; 및 상기 복수의 제1 전극 중 적어도 일부에 구동 전압을 인가하고, 상기 복수의 제2 전극 중 적어도 일부를 통해 수신 신호를 획득하는 구동 제어부를 포함하되, 상기 구동 제어부는, 제1 주파수를 갖는 제1 구동 전압 및 상기 제1 주파수와 상이한 제2 주파수를 갖는 제2 구동 전압을 동시에 상기 복수의 제1 전극 중 적어도 일부에 인가할 수 있다.The biometric information measuring device of the embodiment includes a plurality of piezoelectric members spaced apart from each other, a plurality of first electrodes arranged side by side in a first direction and spaced apart in a second direction on either the top or bottom of the plurality of piezoelectric members, and a piezoelectric ultrasonic transducer including a plurality of second electrodes arranged side by side in the second direction and spaced apart in the first direction on the remaining one of the upper or lower portions of the plurality of piezoelectric members; and a drive control unit that applies a driving voltage to at least some of the plurality of first electrodes and obtains a reception signal through at least some of the plurality of second electrodes, wherein the drive control unit has a first frequency. 1 driving voltage and a second driving voltage having a second frequency different from the first frequency may be simultaneously applied to at least some of the plurality of first electrodes.

Description

Piezoelectric ultrasonic transducer, biometric information measurement device including the device, and display device including the device {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.The embodiment relates 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 is used not only in devices such as door locks, which were widely used in the past, but also recently determines whether to turn on/off/sleep or unlock the power of electronic devices. It is also widely used.

지문 인식 센서는 그 동작 원리에 따라 초음파 방식, 광학(적외선) 방식 및 정전용량 방식 등으로 구분할 수 있다.Fingerprint recognition sensors can be classified into ultrasonic, optical (infrared), and capacitive types depending on their operating principles.

그런데, 정전 용량 방식은 지문의 융선에 의해 발생하는 정전용량의 차이를, 광학 방식은 명암 혹은 빛이 되돌아오는 시간 차이로 지문을 구분하였으나, 외부 환경 변화에 민감하여 인식률이 떨어져 보안적인 한계를 가진다. 아울러, 정전 용량 방식이나 광학 방식의 경우 이용하는 에너지 소스의 태생적인 한계로 감지거리가 매우 짧거나, 빛의 투과 거리가 짧은 한계를 가진다. 뿐만 아니라, 신뢰성에 있어서도 정전용량 방식의 경우 표면에 얇은 비전도성 재질을 부착하거나, 보호코팅으로 표면이 형성되므로 표면 손상에 취약하며, 광학식의 경우 광투과 원리를 가지므로 크리스탈이나 글래스 재질 이외에는 적용하기 어려운 문제가 있다.However, the capacitive method distinguishes fingerprints based on the difference in capacitance caused by the ridges of the fingerprint, and the optical method distinguishes fingerprints based on the difference in light and dark or light return time, but it is sensitive to changes in the external environment and has a security limitation as the recognition rate is low. . In addition, in the case of capacitive or optical methods, the detection distance is very short or the light transmission distance is limited due to inherent limitations of the energy source used. In addition, in terms of reliability, the capacitive type is vulnerable to surface damage because a thin non-conductive material is attached to the surface or the surface is formed with a protective coating, and the optical type has a light transmission principle, so it cannot be applied to materials other than crystal or glass. There is a difficult problem.

따라서, 초음파 방식이 고려될 수 있다. 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 모세 혈관을 감지할 수 있는 기능을 갖고 있으므로, 이를 이용하여 위조 지문 여부까지 판단할 수 있는 장점을 가질 수 있다.Therefore, ultrasonic method may be considered. In the ultrasonic method, when ultrasonic waves (signals) of a certain frequency emitted from multiple piezoelectric sensors are reflected from the valleys and ridges of the fingerprint, reflection occurs due to differences in acoustic impedance at each valley and ridge. The fingerprint is detected by measuring the difference in ultrasonic waves using a plurality of piezoelectric sensors, which are the sources of ultrasonic waves. In particular, the advantage of the ultrasonic method goes beyond simple fingerprint recognition and has the ability to detect capillaries inside the finger by generating ultrasonic waves in the form of pulses and detecting the Doppler effect by the echo waves. It can have the advantage of being able to determine whether or not a fingerprint is counterfeit.

이러한 지문 센서는 압전 물질(예컨대, 압전 세라믹: PZT)의 양면에 전극을 배치하여 초음파를 발생한 후 지문에서 반사된 초음파를 이용하여 지문을 인식할 수 있다. 이러한 초음파 지문 센서는 전기 에너지를 음향 에너지(Acoustic Wave)로 변환하는 과정에서 PZT의 특성상 높은 전압(Voltage)을 필요로 한다. 예를 들어, 지문 감지를 위한 초음파 송수신기(Transducer)의 경우 PZT 물질에 따른 차이는 있으나 보통 12V이상의 입력 전압을 필요로 하며, 15~25Mhz 범위의 공진주파수를 이용한다. 여기에 사용되는 입력 전압은 PZT의 히스테리시스(Hysteresis) 특성에 따라 다르지만, 전압이 높을 수록 접촉물체의 투과 거리가 늘어나는 경향이 있다.This fingerprint sensor generates ultrasonic waves by placing electrodes on both sides of a piezoelectric material (e.g., piezoelectric ceramic: PZT) and then recognizes the fingerprint using the ultrasonic waves reflected from the fingerprint. These ultrasonic fingerprint sensors require high voltage due to the characteristics of PZT in the process of converting electrical energy into acoustic energy (Acoustic Wave). For example, in the case of an ultrasonic transducer for fingerprint detection, although there are differences depending on the PZT material, it usually requires an input voltage of 12V or more and uses a resonance frequency in the range of 15~25Mhz. The input voltage used here varies depending on the hysteresis characteristics of PZT, but the higher the voltage, the longer the transmission distance of the contact object tends to increase.

그런데, 특히 모바일이나 웨어러블과 같은 경우, 배터리 등의 한정된 에너지로 운용되기 때문에 높은 전압을 구현하기 어렵고, 이로 인해 승압 장치와 같은 별도의 전압 모듈을 가져야 하기도 한다. 따라서, 보안성 강화를 위하여 지문 인식과 동시에 손가락 내부의 모세혈관 특징을 분석하는 데에는 한계가 있다.However, especially in the case of mobile devices and wearable devices, it is difficult to implement high voltages because they are operated with limited energy such as batteries, and this requires a separate voltage module such as a booster device. Therefore, there are limitations in analyzing the capillary characteristics inside the finger simultaneously with fingerprint recognition to enhance security.

실시 예는 별도의 승압 장치 없이도 비교적 낮은 전압으로 높은 진동 효과를 얻을 수 있는 압전 초음파 변환 장치, 이 장치를 포함하는 생체 정보 측정 장치 및 이 장치를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.The embodiment provides a piezoelectric ultrasonic transducer that can obtain a high vibration effect at a relatively low voltage without a separate boosting device, a biometric information measurement device including the device, and a display device including the device.

예를 들어, 상기 구동 제어부는 상기 제1 구동 전압 및 상기 제2 구동 전압을 상기 복수의 제1 전극 중 적어도 하나에 동시에 인가할 수 있다.For example, the driving control unit may simultaneously apply the first driving voltage and the second driving voltage to at least one of the plurality of first electrodes.

예를 들어, 상기 구동 제어부는 상기 제1 구동 전압은 상기 복수의 제1 전극 중 어느 하나에 인가하고, 상기 제2 구동 전압은 상기 제1 구동 전압이 인가된 제1 전극과 인접한 다른 제1 전극에 인가하여 빔 포밍이 수행되도록 할 수 있다.For example, the drive control unit applies the first driving voltage to one of the plurality of first electrodes, and applies the second driving voltage to the other first electrode adjacent to the first electrode to which the first driving voltage is applied. Beam forming can be performed by applying .

예를 들어, 상기 구동 제어부는, 상기 제1 구동 전압은 상기 복수의 제1 전극 중 인접한 N(여기서 N은 1보다 큰자연수)개의 제1 전극에 인가하고, 상기 제2 구동 전압은 상기 제1 구동 전압이 인가된 N개의 제1 전극과 인접한 다른 N개의 제1 전극에 인가하여 빔 포밍이 수행되도록 할 수 있다.For example, the drive control unit applies the first drive voltage to N adjacent first electrodes among the plurality of first electrodes (where N is a natural number greater than 1), and the second drive voltage is applied to the first electrodes. Beam forming can be performed by applying the driving voltage to the other N first electrodes adjacent to the applied N first electrodes.

예를 들어, 상기 제1 구동 전압과 상기 제2 구동 전압은, 유사한 파형과 동일한 진폭을 가질 수 있다.For example, the first driving voltage and the second driving voltage may have similar waveforms and the same amplitude.

예를 들어, 상기 구동 제어부는, 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압이 인가될 때, 상기 복수의 제2 전극은 그라운드상태로 제어할 수 있다.For example, the drive control unit may control the plurality of second electrodes to be in a ground state when the first voltage and the second voltage are applied.

예를 들어, 상기 구동 제어부는, 상기 복수의 압전 부재 중 상기 제1 구동 전압 및 상기 제2 구동 전압이 인가된압전 부재로부터 송신된 초음파가 생체 대상물로부터 반사된 반사파에 대응되는 전기적 신호를 상기 복수의 제2 전극 중 적어도 일부를 통해 획득하되, 상기 반사파에 대응되는 전기적 신호를 획득하는 동안 상기 복수의 제1 전극을 그라운드 상태로 제어할 수 있다.For example, the drive control unit generates an electrical signal corresponding to a reflected wave reflected from a biological object by an ultrasonic wave transmitted from a piezoelectric member to which the first driving voltage and the second driving voltage are applied among the plurality of piezoelectric members. It is obtained through at least some of the second electrodes, and the plurality of first electrodes can be controlled to be in a ground state while acquiring the electrical signal corresponding to the reflected wave.

예를 들어, 상기 생체 대상물은 표피와 내부 구성물을 포함하고, 상기 구동 제어부는, 상기 표피와 내부 구성물 중 측정 희망 생체 대상물에 따라 상기 반사파에 대응되는 전기적 신호를 획득하는 시점을 달리할 수 있다.For example, the biological object includes an epidermis and an internal component, and the driving control unit may vary the timing of acquiring an electrical signal corresponding to the reflected wave depending on the biological object to be measured among the epidermis and internal components.

예를 들어, 상기 생체 대상물은 손가락을 포함하고, 상기 표피는 지문을 포함하며, 상기 내부 구성물은 모세 혈관을 포함할 수 있다.For example, the biological object may include a finger, the epidermis may include a fingerprint, and the internal structure may include capillaries.

실시예에 따른 디스플레이 장치는, 활성 영역을 포함하는 디스플레이 패널; 및 생체 정보 측정 장치를 포함하고, 상기 생체 정보 측정 장치는 서로 이격된 복수의 압전 부재, 상기 복수의 압전 부재의 상부 또는 하부 중 어느 하나에 제1 방향으로 나란하고 제2 방향으로 이격되어 배치된 복수의 제1 전극, 및 상기 복수의 압전 부재의 상기 상부 또는 상기 하부 중 나머지 하나에 상기 제2 방향으로 나란하고 상기 제1 방향으로 이격되어 배치된 복수의 제2 전극을 포함하는 압전 초음파 변환 장치; 및 상기 복수의 제1 전극 중 적어도 일부에 구동 전압을 인가하고, 상기 복수의 제2 전극 중 적어도 일부를 통해 수신 신호를 획득하는 구동 제어부를 포함하되, 상기 구동 제어부는 제1 주파수를 갖는 제1 구동 전압 및 상기 제1 주파수와 상이한 제2 주파수를 갖는 제2 구동 전압을 동시에 상기 복수의 제1 전극 중 적어도 일부에 인가하고, 상기 압전 초음파 변환 장치는 상기 디스플레이 패널 하단에서, 상기 활성 영역과 대응하는 영역에 배치될 수 있다.A display device according to an embodiment includes a display panel including an active area; and a biometric information measuring device, wherein the biometric information measuring device includes a plurality of piezoelectric members spaced apart from each other, arranged side by side in a first direction and spaced apart in a second direction at either the top or bottom of the plurality of piezoelectric members. A piezoelectric ultrasonic transducer including a plurality of first electrodes, and a plurality of second electrodes arranged side by side in the second direction and spaced apart in the first direction on the other one of the upper part or the lower part of the plurality of piezoelectric members. ; and a drive control unit that applies a driving voltage to at least some of the plurality of first electrodes and obtains a reception signal through at least some of the plurality of second electrodes, wherein the drive control unit generates a first signal having a first frequency. A driving voltage and a second driving voltage having a second frequency different from the first frequency are simultaneously applied to at least some of the plurality of first electrodes, and the piezoelectric ultrasonic transducer corresponds to the active area at the bottom of the display panel. It can be placed in an area that

실시 예에 따른 압전 초음파 변환 장치, 이 장치를 포함하는 생체 정보 측정 장치 및 이 장치를 포함하는 디스플레이 장치는 간섭파형을 이용하여 전압 승압 없이 고출력을 구현할 수 있으므로 모세혈관과 같이 지문보다 깊이 위치하는 생체 정보를 획득할 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 can implement high output without voltage boosting by using an interference waveform, so that biological information such as capillaries located deeper than a fingerprint can be achieved. Information can be obtained.

도 1은 비트 펄스 현상의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 실시예에 적용될 수 있는 생체 정보 측정 장치 구조의 일례를 나타낸다.
도 3은 도 2에 도시된 생체 정보 측정 장치가 송신부로 동작하는 상태를, 도 4는 도 2에 도시된 생체 정보 측정 장치가 수신부로 동작하는 상태를 각각 나타내는 단면도이다.
도 5는 실시예에 따른 빔 포밍을 통해 비트 펄스 인가 방법의 일례를, 도 6은 실시예에 따른 구동 제어부 단에서 비트 펄스를 생성하는 방법의 일례를 각각 나타낸다.
도 7은 실시예에 따른 비트 펄스를 이용한 송신 초음파와 수신 초음파 형태의 일례를 나타낸다.
도 8은 실시예에 따른 생체 정보 획득 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 9는 일 실시 예에 의한 디스플레이 장치의 단면도를 나타낸다.
도 10은 다른 실시 예에 의한 디스플레이 장치의 단면도를 나타낸다.
도 11은 또 다른 실시 예에 의한 디스플레이 장치의 단면도를 나타낸다.
도 12는 또 다른 실시 예에 의한 디스플레이 장치의 단면도를 나타낸다.
도 13은 또 다른 실시 예에 의한 디스플레이 장치의 단면도를 나타낸다.
도 14는 또 다른 실시 예에 의한 디스플레이 장치의 단면도를 나타낸다.
도 15는 디스플레이 장치의 구동 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 16 (a) 내지 (c)는 도 15의 설명을 돕기 위한 도면이다.Figure 1 is a diagram for explaining the principle of the beat pulse phenomenon.
Figure 2 shows an example of the structure of a biometric information measurement device that can be applied to an embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which the biometric information measurement device shown in FIG. 2 operates as a transmitter, and FIG. 4 shows a state in which the biometric information measurement device shown in FIG. 2 operates as a receiver.
FIG. 5 shows an example of a method of applying a bit pulse through beam forming according to an embodiment, and FIG. 6 shows an example of a method of generating a bit pulse at the driving control unit according to an embodiment.
Figure 7 shows an example of the types of transmitted ultrasonic waves and received ultrasonic waves using beat pulses according to an embodiment.
Figure 8 is a flowchart showing an example of a biometric information acquisition process according to an embodiment.
Figure 9 shows a cross-sectional view of a display device according to an embodiment.
Figure 10 shows a cross-sectional view of a display device according to another embodiment.
Figure 11 shows a cross-sectional view of a display device according to another embodiment.
Figure 12 shows a cross-sectional view of a display device according to another embodiment.
Figure 13 shows a cross-sectional view of a display device according to another embodiment.
Figure 14 shows a cross-sectional view of a display device according to another embodiment.
Figure 15 is a flowchart for explaining a method of driving a display device.
Figures 16 (a) to (c) are diagrams to help explain Figure 15.

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, the present invention will be described with reference to embodiments to specifically explain the present invention, and will be described in detail with reference to the accompanying drawings to aid understanding of the invention. However, the embodiments according to the present invention may be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described in detail below. Embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those with average knowledge 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, it is indicated as being formed "on or under" ( “on or under” includes both elements that are in direct contact with each other or one or more other elements that are formed (indirectly) between the two elements.

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.Additionally, when expressed as “above” or “on or under,” it can include not only the upward direction but also the 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/above” and “lower/lower/bottom” used below refer to any physical or logical relationship or relationship between such entities or elements. It may be used to distinguish one entity or element from another entity or element, without necessarily requiring or implying order.

이하, 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치, 이 장치를 포함하는 생체 정보 측정 장치 및 이 장치를 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, 이 장치를 포함하는 생체 정보 측정 장치 및 이 장치를 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, a piezoelectric ultrasonic transducer according to an embodiment, a biometric information measurement device including the device, and display devices 300A to 300F including the device will be described with reference to the attached drawings. For convenience, the Cartesian coordinate system (x-axis, y-axis, z-axis) is used to describe the piezoelectric ultrasonic transduction device, the biometric information measurement device including this device, and the display device (300A to 300F) including this device, but other coordinate systems Of course, this can also be explained by . 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 to this. According to another embodiment, the x-axis, y-axis, and z-axis may intersect each other.

본 발명의 실시예들에서는 별도의 전압 승압 과정 없이 실질적으로 고출력 초음파의 구현이 가능하도록 하기 위하여, 초음파의 간섭 현상, 특히 비트 펄스 현상을 이용할 것을 제안한다. 따라서, 실시예에 따른 압전 초음파 변환 장치, 생체 정보 측정 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치를 설명하기 앞서, 비트 펄스 현상의 원리를 먼저 설명한다.In embodiments of the present invention, it is proposed to use the interference phenomenon of ultrasonic waves, especially the beat pulse phenomenon, in order to enable the implementation of high-power ultrasonic waves without a separate voltage boosting process. Therefore, before explaining the piezoelectric ultrasonic transducer, biometric information measurement device, and display device using the same according to the embodiment, the principle of the beat pulse phenomenon will first be explained.

도 1은 비트 펄스 현상의 원리를 설명하기 위한 도면이다.Figure 1 is a diagram for explaining the principle of the beat pulse phenomenon.

도 1에서는 (a) 부터 (c)까지 총 3개의 그래프가 도시된다. 각 그래프에서 공통적으로 가로축은 시간을, 세로축은 진폭을 각각 나타낸다.In Figure 1, a total of three graphs are shown from (a) to (c). In each graph, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents amplitude.

먼저, 도 1의 (a)에서는 진폭 1에 10Hz의 주파수를 갖는 사인파형이 도시되고, 도 1의 (b)에서는 도 1의 (a)와 진폭은 동일하되, 11Hz의 주파수를 갖는 사인파형이 도시된다. 주파수가 서로 다른 두 파형이 동일 시간 상에서 중첩될 때, 도 1의 (c)와 같이 1Hz의 사인파가 곱해진 것과 유사한 파형이 발생한다.First, in Figure 1(a), a sine waveform with an amplitude of 1 and a frequency of 10Hz is shown, and in Figure 1(b), a sine waveform with the same amplitude as Figure 1(a) but with a frequency of 11Hz is shown. It is shown. When two waveforms with different frequencies overlap in the same time, a waveform similar to a 1Hz sine wave multiplied as shown in (c) of FIG. 1 is generated.

이를 이하 수식으로 설명한다. 먼저, 도 1의 (c)에 해당하는 비트 펄스를 x(t)라 할 때, 이를 수식으로 나타내면 아래 수학식 1과 같다.This is explained with the formula below. First, when the bit pulse corresponding to (c) in FIG. 1 is called x(t), this can be expressed as a formula as shown in Equation 1 below.

수학식 1을 수학식 2에 나타난 삼각함수의 합의 공식으로 다시 표현하면 아래 수학식 3과 같다.If Equation 1 is re-expressed as the formula for the sum of the trigonometric functions shown in Equation 2, it becomes Equation 3 below.

수학식 1 및 3에서, ω1은 2 x π x 10Hz 이고, ω2는 2 x π x 11Hz와 같다.In Equations 1 and 3, ω1 is equal to 2 x π x 10Hz, and ω2 is equal to 2 x π x 11Hz.

결국, 서로 다른 주파수의 1/2 공배수를 만족하는 시점에서는 두 파형의 페이즈가 반대(즉, out of phase)이므로 진폭은 0되나, 공배수를 만족하는 시점에서는 두 파형의 페이즈가 일치(즉, in phase)하므로 2배의 진폭이 발생한다.Ultimately, at the point where the 1/2 common multiple of different frequencies is satisfied, the phases of the two waveforms are opposite (i.e., out of phase), so the amplitude is 0, but at the point where the common multiple is satisfied, the phases of the two waveforms are the same (i.e., in phase). phase), so twice the amplitude occurs.

다시 말해, 두 개의 사인파가 초음파의 파형이라고 할 때, 서로 유사한 파형을 갖는 두 음파가 교차할 때 간섭으로 인해 이론적으로 2배의 진폭을 갖는 비트 펄스(Beat Pulse) 현상이 발생한다. 따라서, 비트 펄스를 이용하면 동일 전압으로 초음파(Acoustic Wave)의 발진 성능을 향상시킬 수 있다.In other words, when two sine waves are the waveforms of ultrasonic waves, when two sound waves with similar waveforms intersect, a beat pulse phenomenon that theoretically has twice the amplitude occurs due to interference. Therefore, by using beat pulses, the oscillation performance of ultrasonic waves (Acoustic Waves) can be improved at the same voltage.

유사한 파형을 갖되 주파수가 서로 다른 초음파를 발생시키기 위해서는 서로 다른 발신체(예컨대, PZT) 각각에 서로 다른 주파수를 갖는 펄스를 인가하여 주파수가 서로 다른 초음파가 각각의 발신체에서 발신된 후, 외부에서 중첩되도록 할 수 있다. 이와 달리, 동일한 발신체에 서로 다른 주파수를 갖는 펄스를 함께 인가하거나 미리 서로 다른 주파수가 중첩된 형태의 펄스를 인가하여 발신체 자체에서 비트 펄스를 포함하는 초음파가 발신되도록 할 수도 있다. 이를 위한 압전 초음파 변환 장치 및 생체 정보 측정 장치의 구조를 이하 설명한다.In order to generate ultrasonic waves with similar waveforms but different frequencies, pulses with different frequencies are applied to each of the different transmitters (e.g., PZT), and then ultrasonic waves with different frequencies are transmitted from each transmitter, and then They can be overlapped. Alternatively, pulses having different frequencies may be applied together to the same transmitter, or pulses with different frequencies overlapped in advance may be applied so that ultrasonic waves including beat pulses are transmitted from the transmitter itself. The structures of the piezoelectric ultrasonic transducer and biometric information measurement device for this purpose will be described below.

도 2는 실시예에 적용될 수 있는 생체 정보 측정 장치 구조의 일례를 나타낸다.Figure 2 shows an example of the structure of a biometric information measurement device that can be applied to an embodiment.

도 2를 참조하면, 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치(200)는 압전 초음파 변환 장치(100), 구동 제어부(210) 및 생체 정보 분석부(220)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the biometric information measuring device 200 according to an embodiment may include a piezoelectric ultrasonic transducer 100, a drive control unit 210, and a biometric information analysis unit 220.

이하, 각 구성 요소를 상세히 설명한다.Hereinafter, each component will be described in detail.

압전 초음파 변환 장치(100)는 구동 제어부(210)의 제어에 따라 생체 대상물(미도시)로 초음파를 송신하거나 생체 대상물에서 반사된 초음파를 수신하는 역할을 수행한다. 이를 위해, 압전 초음파 변환 장치(100)는 복수의 압전 부재(110), 복수의 상부 전극(UE) 및 복수의 하부 전극(LE)을 포함할 수 있다.The piezoelectric ultrasonic transducer 100 transmits ultrasonic waves to a biological object (not shown) or receives ultrasonic waves reflected from the biological object under the control of the drive control unit 210. To this end, the piezoelectric ultrasonic transducer 100 may include a plurality of piezoelectric members 110, a plurality of upper electrodes (UE), and a plurality of lower electrodes (LE).

복수의 압전 부재(110) 각각은 사각형 평면 형상을 가질 수 있으며, 각 압전 부재(110)는 평면 상의 가로 및 세로 길이보다 두께 방향(예를 들어, z축 방향)으로의 높이가 큰 사각 기둥 형상을 가질 수 있다. 이러한 압전 부재(110)는 1-3 콤포지트(composite) 구성을 가질 수 있다. 또한, 복수의 압전 부재(110)는 평면 상에서 서로 이격되어 어레이(array) 형태로 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 2에서는 압전 부재(110) 8x8 어레이 형태로 도시되었으나, 이는 예시적인 것으로 실시예에 따른 압전 부재(110)의 배치 형태는 이에 한정되지 아니한다.Each of the plurality of piezoelectric members 110 may have a rectangular planar shape, and each piezoelectric member 110 has a square pillar shape whose height in the thickness direction (for example, z-axis direction) is greater than the horizontal and vertical lengths on the plane. You can have This piezoelectric member 110 may have a 1-3 composite configuration. Additionally, the plurality of piezoelectric members 110 may be arranged in an array form and spaced apart from each other on a plane. For example, in FIG. 2, the piezoelectric members 110 are shown in the form of an 8x8 array, but this is an example and the arrangement of the piezoelectric members 110 according to the embodiment is not limited thereto.

예를 들어, 압전 부재(110)는 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.For example, the piezoelectric member 110 may be a piezoelectric ceramic (e.g., PZT), a piezoelectric single crystal (e.g., PMN-PT or PMN-PZT), or a piezoelectric polymer (e.g., PVDF, PVDF-TrFE, PVDF). -TrFE-CTFE), a piezoelectric composite (e.g., PVDF series + PZT), or a piezoelectric thick film material (e.g., PZT, AlN).

복수의 상부 전극(UE)은 압전 부재(110)의 상부에서 제1 방향(예컨대, y축 방향)으로 나란히 연장되며, 제2 방향(예컨대, x축 방향)으로 서로 이격될 수 있다. 또한, 복수의 하부 전극(LE)은 압전 부재(110)의 하부에서 제2 방향(예컨대, x축 방향)으로 나란히 연장되며, 제1 방향(예컨대, y축 방향)으로 서로 이격될 수 있다.The plurality of upper electrodes UE may extend side by side from the top of the piezoelectric member 110 in a first direction (eg, y-axis direction) and may be spaced apart from each other in a second direction (eg, x-axis direction). Additionally, the plurality of lower electrodes LE may extend side by side in the second direction (eg, x-axis direction) from the bottom of the piezoelectric member 110 and be spaced apart from each other in the first direction (eg, y-axis direction).

복수의 하부 전극(LE)은 제1 멀티플렉서(M1)를 통해 구동 제어부(210)로부터 구동 신호(Tx)를 수신할 수 있으며, 복수의 상부 전극(UE)은 제2 멀티플렉서(M2)를 통해 구동 제어부(210)로 수신 신호(Rx)를 전달할 수 있다.A plurality of lower electrodes (LE) may receive a driving signal (Tx) from the driving control unit 210 through a first multiplexer (M1), and a plurality of upper electrodes (UE) may be driven through a second multiplexer (M2). The received signal (Rx) may be transmitted to the control unit 210.

또한, 상부 전극(UE) 및 하부 전극(LE) 각각은 도전성을 갖는 물질로서, 패터닝될 수 있는 물질일 수 있다. 예를 들어, 각 전극(UE, LE)은 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.Additionally, each of the upper electrode UE and the lower electrode LE may be a conductive material that can be patterned. For example, each electrode (UE, LE) is made of chromium (Cr), nickel (Ni), copper (Cu), aluminum (Al), silver (Ag), and molybdenum (Mo). It may include at least one of gold (Au), titanium (Ti), or an alloy thereof, but the embodiment is not limited thereto.

복수의 압전 부재(110) 각각의 사이에는 충진 부재(120)가 충진되어 배치될 수 있다. 충진 부재(120)는 압전 부재(110)를 서로 지지하면서 연결하며 임의의 압전 부재(110)에서 초음파가 방출될 때 진동을 흡수하여 인접한 압전 부재로 진동이 전파되는 것을 방지하는 역할도 수행할 수 있다. 충진 부재(120)는 폴리머(polymer) 또는 레진(resion) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.A filling member 120 may be filled and disposed between each of the plurality of piezoelectric members 110 . The filling member 120 connects the piezoelectric members 110 while supporting each other, and can also serve to absorb vibration when ultrasonic waves are emitted from any piezoelectric member 110 and prevent the vibration from propagating to adjacent piezoelectric members. there is. The filling member 120 may include at least one of polymer or resin, but the embodiment is not limited thereto.

전술한 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치(100)는 초음파를 이용하는 다양한 장치 또는 시스템 등에 이용될 수 있다. 예를 들어, 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치(100)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.The piezoelectric ultrasonic transducer 100 according to the above-described embodiment can be used in various devices or systems that use ultrasonic waves. For example, the piezoelectric ultrasonic transducer 100 according to the embodiment may be used in mobile phones, multimedia Internet mobile phones, mobile television receivers, wireless devices, smart phones, Bluetooth devices, personal digital assistants (PDAs), wireless e-mail receivers, portable devices, etc. Computers, netbooks, laptops, smartbooks, tablets, handwriting digitizers, fingerprint scanners, printers, copiers, scanners, facsimile devices, GPS receivers, GPS navigators, cameras, digital media players ( (e.g. MP3), camcorders, game consoles, wristwatches, wall clocks, calculators, television monitors, flat panel displays, electronic readers (e.g. e-readers), portable health (monitoring) devices, computer monitors, automobiles Display devices (including odometers and speedometers), cockpit controls or display devices, camera view displays (e.g. automotive black boxes), electronic cameras, electronic billboards, projectors, microwaves, 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 (e.g. It may be included in electronic devices such as video display devices used in jewelry stores or clothing stores, but the embodiment is not limited to this.

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

더욱 구체적으로, 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치(100)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 transducer 100 according to the embodiment may be applied to a biometric detection 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, etc. For example, biometric sensing devices include not only ultrasonic fingerprint sensors, but also ultrasonic epidermal or dermal sensors, and ultrasonic skin condition sensors that recognize the degree of skin tightness or damage to the skin.

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

구동 제어부(210)는 압전 초음파 변환 장치(100)가 먼저 송신부로 동작하여 초음파를 송신하도록 할 수 있다. 이후 구동 제어부(210)는 송신된 초음파가 생체 대상물에서 반사되어 다시 압전 초음파 변환 장치(100)로 돌아오기 전에 압전 초음파 변환 장치(100)를 수신부로 동작하도록 스위칭하여 반사되는 초음파를 수신할 수 있도록 한다. 예컨대, 구동 제어부(210)는 압전 초음파 변환 장치(100)를 송신부로 동작시키기 위해 하부 전극(LE)에 구동 전압을 인가하고, 상부 전극(UE)은 그라운드 상태로 제어할 수 있다. 반대로, 구동 제어부(210)는 압전 초음파 변환 장치(100)를 수신부로 동작(즉, 스위칭)시키기 하부 전극(LE)을 그라운드 상태로 제어하고, 상부 전극(UE)으로 수신된 초음파에 대응되는 신호가 수신될 수 있도록 수신 전극으로 제어할 수 있다. 또한, 즉, 구동 제어부(210)는 수신부로 동작하는 압전 초음파 변환 장치(100)에서 수신된 초음파에 상응하는 전기적 신호를 받아서 생체 정보 분석부(220)로 출력할 수 있다.The drive control unit 210 may cause the piezoelectric ultrasonic transducer 100 to first operate as a transmitter and transmit ultrasonic waves. Thereafter, the drive control unit 210 switches the piezoelectric ultrasonic transducer 100 to operate as a receiver before the transmitted ultrasonic waves are reflected from the biological object and return to the piezoelectric ultrasonic transducer 100 so that the reflected ultrasonic waves can be received. do. For example, the drive control unit 210 may apply a driving voltage to the lower electrode LE to operate the piezoelectric ultrasonic transducer 100 as a transmitter, and control the upper electrode UE to be in a ground state. Conversely, the drive control unit 210 controls the lower electrode LE to the ground state to operate (i.e., switch) the piezoelectric ultrasonic transducer 100 as a receiver, and controls the lower electrode LE to be in a ground state and signals corresponding to the ultrasonic waves received through the upper electrode UE. It can be controlled by the receiving electrode so that it can be received. In addition, the drive control unit 210 may receive an electrical signal corresponding to the ultrasonic waves received from the piezoelectric ultrasonic transducer 100 operating as a receiver and output it to the biometric information analysis unit 220.

이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여 도 2에 도시된 생체 정보 측정 장치(200)를 이용한 생체 정보 획득 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of acquiring biometric information using the biometric information measuring device 200 shown in FIG. 2 will be described with reference to FIGS. 3 and 4 .

도 3은 도 2에 도시된 생체 정보 측정 장치가 송신부로 동작하는 상태를, 도 4는 도 2에 도시된 생체 정보 측정 장치가 수신부로 동작하는 상태를 각각 나타내는 단면도이다.FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which the biometric information measurement device shown in FIG. 2 operates as a transmitter, and FIG. 4 shows a state in which the biometric information measurement device shown in FIG. 2 operates as a receiver.

먼저 도 3을 참조하면, 생체 대상물(OB)과 압전 초음파 변환 장치(100) 사이에 임피던스 정합 부재(202)가 배치된다. 임피던스 정합 부재(202)는 생체 대상물(OB)과 압전 초음파 변환 장치(100) 사이의 임피던스 부정합을 개선시키는 역할을 한다. 또한, 생체 대상물(OB)은 예를 들어, 산(R:Ridge)과 골(V:Valley)을 갖는 지문과, 내부에 모세혈관(C)을 포함하는 손가락일 수 있다.First, referring to FIG. 3, an impedance matching member 202 is disposed between a biological object (OB) and the piezoelectric ultrasonic transducer 100. The impedance matching member 202 serves to improve the impedance mismatch between the biological object (OB) and the piezoelectric ultrasonic transducer 100. Additionally, the biological object (OB) may be, for example, a fingerprint having a ridge (R) and a valley (V: valley) and a finger containing capillaries (C) therein.

먼저, 송신시에는 전술된 바와 같이 상부 전극(UE)은 그라운드로 제어되고, 하부 전극(LE)은 송신 전극으로 동작하여, 구동 제어부(210)가 하부 전극(LE)과 상부 전극(UE) 사이에 초음파 대역의 공진 주파수를 가지는 펄스 신호(wa1)를 인가하여, 각 압전 부재(110)가 초음파를 송신할 수 있다. 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 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 압전 부재(110)로 수신되는 초음파의 강도가 낮아져 이로부터 지문 패턴을 감지할 수 있다.First, during transmission, as described above, the upper electrode (UE) is controlled to the ground, and the lower electrode (LE) operates as a transmitting electrode, so that the drive control unit 210 operates between the lower electrode (LE) and the upper electrode (UE). By applying a pulse signal wa1 having a resonance frequency in the ultrasonic band, each piezoelectric member 110 can transmit ultrasonic waves. The transmitted ultrasonic waves enter the biological object OB at a portion of the upper surface 202 of the impedance matching member 202 that is in contact with the acid R of the biological object OB, while the upper surface 202 of the impedance matching member 202 enters the biological object OB. The part of the surface that is in contact with air may be reflected toward the inside of the piezoelectric ultrasonic transducer. In this way, when the finger (OB) or the like does not contact or approach the ultrasonic waves, due to the difference in acoustic impedance between the impedance matching member 202 through which the ultrasonic waves are to be emitted and the air, most of the ultrasonic waves are transmitted through the impedance matching member 202. It does not pass through the interface between air and air. On the other hand, in the case of a point where the finger OB touches or approaches, a portion of the transmitted ultrasonic waves penetrates the interface between the skin of the finger OB and the impedance matching member 202 and travels inside the finger OB. In this case, the intensity of the ultrasonic waves that are reflected and received by the piezoelectric member 110 is lowered, thereby allowing the fingerprint pattern to be detected.

한편, 수신시에는 도 4에 도시된 바와 같이 하부 전극(LE)은 그라운드로 제어되고, 상부 전극(UE)은 수신 전극으로 동작한다. 구동 제어부(210)는 비록 도시되지는 않았지만, 각 압전 부재(110)에서 수신된 초음파에 대응하는 전기적 신호를 받아서 생체 정보 분석부(210)로 출력한다.Meanwhile, during reception, as shown in FIG. 4, the lower electrode LE is controlled to the ground, and the upper electrode UE operates as a receiving electrode. Although not shown, the drive control unit 210 receives electrical signals corresponding to ultrasonic waves received from each piezoelectric member 110 and outputs them to the biometric information analysis unit 210.

생체 정보 분석부(210)는 구동 제어부(210)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.The biometric information analysis unit 210 can analyze the biometric information of the biological object (OB) using the electrical signal received through the drive control unit 210. 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 the difference in acoustic impedance between the valleys (V) and ridges (R) of the fingerprint (OB). The fingerprint pattern of a finger can be detected by measuring the intensity or reflection coefficient of the received reflected signal.

그런데, 도 3에 도시된 바와 같이 별도의 전압 승압 수단이 구비되지 않은 모바일 기기 환경에서는 구동 제어부(210)가 각 압전 부재(110)에 인가할 수 있는 전압이 한정적(예컨대, 24V 이하)이기 때문에 PZT 구성의 압전 부재(110)에서 송신되는 초음파는 손가락 내부로 투과되어 모세혈관(C)까지 진행한 후 모세혈관(C)에서 반사되기가 어렵다. 즉, 일반적인 단일 구동 펄스(예컨대, wa1)의 인가로는 생체 정보 측정 장치가 생체 대상물(OB)의 모세 혈관에 대한 정보를 얻기 어렵다.However, as shown in FIG. 3, in a mobile device environment where a separate voltage boosting means is not provided, the voltage that the drive control unit 210 can apply to each piezoelectric member 110 is limited (e.g., 24V or less). Ultrasound transmitted from the piezoelectric member 110 of the PZT structure is transmitted through the inside of the finger and travels to the capillaries (C), and then is difficult to reflect from the capillaries (C). That is, it is difficult for a biometric information measuring device to obtain information about the capillaries of a biological object (OB) by applying a general single drive pulse (eg, wa1).

이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 비트 펄스를 이용한 송신 및 수신 방법이 적용될 수 있다.To solve this problem, a transmission and reception method using bit pulses according to an embodiment of the present invention can be applied.

먼저, 실시예에 따른 비트 펄스를 이용한 초음파 송신 방법을 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다. 도 5는 실시예에 따른 빔 포밍을 통해 비트 펄스 인가 방법의 일례를, 도 6은 실시예에 따른 구동 제어부 단에서 비트 펄스를 생성하는 방법의 일례를 각각 나타낸다.First, an ultrasonic transmission method using a beat pulse according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6. FIG. 5 shows an example of a method of applying a bit pulse through beam forming according to an embodiment, and FIG. 6 shows an example of a method of generating a bit pulse at the driving control unit according to an embodiment, respectively.

먼저, 도 5를 참조하면, 기본적인 생체 정보 측정 장치(200)의 구성은 도 2와 동일하다. 다만, 빔포밍을 위해 복수의 상부 전극에 연결된 압전 부재(110)가 1회의 빔포밍에 참여한다. 예를 들어, 도 4a에서는 제1 하부 전극(LE1)과 제2 하부 전극(LE2) 각각에 연결된 복수의 압전 부재(110)가 1회의 빔포밍을 위한 제1 전송 단위(TU1)로 동작한다. 이때, 제1 하부 전극(LE1)에는 제1 주파수를 갖는 제1 구동 전압(wa1)이 인가되고, 제2 하부 전극(LE2)에는 제1 구동 전압(wa1)과 동일 진폭에 유사한 파형을 가지되, 제1 주파수와 상이한 주파수를 갖는 제2 구동 전압(wa2)이 인가될 수 있다.First, referring to FIG. 5, the basic configuration of the biometric information measuring device 200 is the same as that of FIG. 2. However, for beamforming, the piezoelectric member 110 connected to a plurality of upper electrodes participates in one beamforming. For example, in FIG. 4A, a plurality of piezoelectric members 110 connected to each of the first lower electrode LE1 and the second lower electrode LE2 operate as a first transmission unit TU1 for one beamforming. At this time, a first driving voltage wa1 having a first frequency is applied to the first lower electrode LE1, and a waveform having the same amplitude and similar to the first driving voltage wa1 is applied to the second lower electrode LE2. , a second driving voltage wa2 having a frequency different from the first frequency may be applied.

그에 따라, 제1 하부 전극(LE1)에 연결된 압전 부재들과 제2 하부 전극(LE2)에 연결된 압전 부재들은 서로 다른 주파수의 초음파를 송신하게 된다. 결국, 제1 전송 단위(TU1)의 상부(즉, Z축 방향으로 상부) 영역에서는 서로 다른 주파수의 초음파가 중첩되면서 간섭 현상으로 인해 도 1의 (c)에 도시된 바와 유사하게 특정 시간대에 비트 펄스 현상으로 2배의 진폭을 갖는 초음파가 발생한다.Accordingly, the piezoelectric members connected to the first lower electrode LE1 and the piezoelectric members connected to the second lower electrode LE2 transmit ultrasonic waves of different frequencies. As a result, in the upper area of the first transmission unit (TU1) (i.e., upper in the Z-axis direction), ultrasonic waves of different frequencies overlap and the beat occurs at a specific time due to the interference phenomenon, similar to (c) of FIG. 1. The pulse phenomenon generates ultrasonic waves with twice the amplitude.

한편, 제1 전송 단위(TU1)에 해당하는 영역이 스캔된 후 구동 제어부(210)는 다음 영역을 스캔하기 위해 전송 단위를 변경할 수 있다. 이를 쉬프팅(shifting)이라 칭할 수 있는데, 2개의 인접한 하부 전극 단위로 전송 단위가 결정되는 경우, 다음 전송 단위는 제3 하부 전극(LE3)과 제4 하부 전극(LE4)을 포함하는 제3 전송 단위(TU3)일 수 있다. 그러나, 제3 전송 단위(TU3)가 제1 전송 단위(TU1)의 다음 스캔 영역이 되는 경우 해상도가 저하되는 문제가 있다. 따라서, 전송 단위를 구성하는 하부 전극과 동일 개수만큼 쉬프팅하지 않고, 그보다 적은 하부 전극 단위로 쉬프팅이 수행될 수 있다. 예컨대, 제1 전송 단위(TU1)이후의 스캔 영역은 제2 하부 전극(LE2)과 제3 하부 전극(LE3)을 포함하는 제2 전송 단위(TU2)가 될 수 있으며, 제2 전송 단위(TU2)에 해당하는 두 번째 스캔이 완료되면 제3 전송 단위(TU3)가 세 번째 스캔 영역이 될 수 있다. 이러한 방식을 통해 해상도는 일반적인 하부 전극 하나 단위와 동일하게 유지될 수 있다.Meanwhile, after the area corresponding to the first transmission unit (TU1) is scanned, the drive control unit 210 can change the transmission unit to scan the next area. This can be called shifting. When the transmission unit is determined by two adjacent lower electrode units, the next transmission unit is the third transmission unit including the third lower electrode (LE3) and the fourth lower electrode (LE4). It may be (TU3). However, when the third transmission unit (TU3) becomes the next scan area of the first transmission unit (TU1), there is a problem that resolution is degraded. Accordingly, rather than shifting the same number of lower electrodes constituting the transmission unit, shifting may be performed in units of fewer lower electrodes. For example, the scan area after the first transmission unit (TU1) may be the second transmission unit (TU2) including the second lower electrode (LE2) and the third lower electrode (LE3). ), when the second scan corresponding to ) is completed, the third transmission unit (TU3) may become the third scan area. In this way, the resolution can be maintained the same as that of one typical lower electrode unit.

본 실시예의 다른 양상에 의하면, 1회의 빔 포밍을 위해 둘 이상의 전송 단위가 함께 참여할 수도 있다. 예컨대, 제1 전송 단위(TU1)에 해당하는 압전 부재에 제1 주파수의 구동 전압(wa1)이 인가되고, 제3 전송 단위(TU3)에 해당하는 압전 부재에 제2 주파수의 구동 전압(wa2)이 인가될 수 있다. 이러한 경우, 상술한 도 5의 경우 대비 2배의 전송 파워가 향상되는 효과가 기대될 수 있다.According to another aspect of this embodiment, two or more transmission units may participate together for one beam forming. For example, a driving voltage (wa1) of a first frequency is applied to the piezoelectric member corresponding to the first transmission unit (TU1), and a driving voltage (wa2) of the second frequency is applied to the piezoelectric member corresponding to the third transmission unit (TU3). This can be approved. In this case, the effect of improving the transmission power by twice that of the case of FIG. 5 described above can be expected.

본 실시예의 또 다른 양상에 의하면, 제1 전송 단위(TU1)와 제3 전송 단위(TU3)에 해당하는 압전 부재에 제1 시점에서 제1 주파수의 구동 전압(wa1)이 인가되고, 제2 전송 단위(TU2)에 해당하는 압전 부재에 제2 시점에서 제2 주파수의 구동 전압(wa2)이 인가될 수 있다. 이때, 제1 시점과 제2 시점의 차이는, 제1 시점에 제1 전송 단위(TU1)와 제3 전송 단위(TU3)에 해당하는 압전 부재에서 송신된 초음파가 제2 시점에 제2 전송 단위(TU2)에 해당하는 압전 부재에서 송신된 초음파가 제2 전송 단위(TU2)에 해당하는 영역 상부에서 동시에 생체 대상물에 도달하도록 하는 시차일 수 있다. 이러한 경우, 단일 하부 전극(LE)을 이용해 전송하는 초음파 대비 이론상 6배의 전송 파워 효과가 기대될 수 있다.According to another aspect of the present embodiment, a driving voltage (wa1) of a first frequency is applied to the piezoelectric members corresponding to the first transmission unit (TU1) and the third transmission unit (TU3) at a first time, and the second transmission unit (TU3) is applied to the piezoelectric members corresponding to the first transmission unit (TU1) and the third transmission unit (TU3). A driving voltage wa2 of a second frequency may be applied to the piezoelectric member corresponding to the unit TU2 at a second time point. At this time, the difference between the first time point and the second time point is that the ultrasonic waves transmitted from the piezoelectric members corresponding to the first transmission unit (TU1) and the third transmission unit (TU3) at the first time point are transmitted from the second transmission unit at the second time point. This may be a time difference such that the ultrasonic waves transmitted from the piezoelectric member corresponding to (TU2) simultaneously reach the biological object at the top of the area corresponding to the second transmission unit (TU2). In this case, a theoretical transmission power effect of 6 times that of ultrasound transmitted using a single lower electrode (LE) can be expected.

다음으로, 도 6을 참조하면 구동 제어부(210)는 제1 주파수를 갖는 제1 구동 전압(wa1)과, 제1 구동 전압(wa1)과 동일 진폭에 유사한 파형을 가지되 제1 주파수와 상이한 주파수를 갖는 제2 구동 전압(wa2)을 동시에 제1 멀티플렉서(M1)로 인가할 수 있다. 이를 위해, 구동 제어부(210)는 둘 이상의 신호 생성기(signal generator)를 포함할 수도 있다. 그에 따라, 서로 다른 주파수를 갖는 두 구동 전압은 제1 멀티플렉서(M1)에서, 또는, 그 제1 멀티플렉서(M1)로 입력되기 전에) 중첩된 상태로 어느 하나의 하부 전극(LE)에 인가될 수 있다. 따라서, 구동 전압이 인가된 하부 전극(LE)에서는 특정 시간대에 비트 펄스 현상으로 2배의 진폭을 갖는 초음파가 발생할 수 있다.Next, referring to FIG. 6, the drive control unit 210 has a first driving voltage wa1 having a first frequency, a waveform similar to the same amplitude as the first driving voltage wa1, but a frequency different from the first frequency. The second driving voltage wa2 having can be simultaneously applied to the first multiplexer M1. To this end, the drive control unit 210 may include two or more signal generators. Accordingly, two driving voltages having different frequencies can be applied to one of the lower electrodes LE in an overlapped state (at the first multiplexer M1 or before being input to the first multiplexer M1). there is. Accordingly, ultrasonic waves having twice the amplitude may be generated at the lower electrode LE to which the driving voltage is applied due to a beat pulse phenomenon at a specific time period.

이하에서는 도 7을 참조하여 비트 펄스를 이용한 모세혈관 정보를 획득하는 원리를 설명한다. 도 7은 실시예에 따른 비트 펄스를 이용한 송신 초음파와 수신 초음파 형태의 일례를 나타낸다.Hereinafter, the principle of obtaining capillary information using beat pulses will be described with reference to FIG. 7. Figure 7 shows an example of the types of transmitted ultrasonic waves and received ultrasonic waves using beat pulses according to an embodiment.

도 7에 도시된 그래프에서 가로축은 시간을, 세로축은 진폭을 각각 나타낸다.In the graph shown in FIG. 7, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents amplitude.

도 7을 참조하면, t0에서 도 5 또는 도 6을 참조하여 설명된 바와 같이 비트 펄스를 이용한 초음파 송신을 위한 구동 전압(wa1+wa2)이 해당하는 압전 부재에 인가될 수 있다. 이후, t1에 해당하는 시점에서 생체 대상물의 외표면(예컨대, 지문)에서 반사된 초음파(즉, 지문 반사파)가 수신부로 동작하는 압전 초음파 변환 장치에 도달하며, 이후 t2에 해당하는 시점에서 생체 대상물의 내부 구성물(예컨대, 모세혈관)에서 반사된 초음파(즉, 모세혈관 반사파)가 압전 초음파 변환 장치에 도달할 수 있다. 여기서, t0와 t1 사이의 시간은 임피던스 정합 부재(202)의 재질에 따른 어쿠스틱 임피던스와 임피던스 정합 부재(202)의 두께에 따라 상이할 수 있다. 또한, t1과 t2의 차이는 피부 내에서 모세혈관이 얼마나 깊이 위치하는지 여부에 따라도 상이할 수 있다.Referring to FIG. 7, at t0, as described with reference to FIG. 5 or 6, a driving voltage (wa1+wa2) for ultrasonic transmission using a beat pulse may be applied to the corresponding piezoelectric member. Thereafter, at a time corresponding to t1, the ultrasonic waves (i.e., fingerprint reflected waves) reflected from the external surface of the biological object (e.g., a fingerprint) reach the piezoelectric ultrasonic transducer operating as a receiver, and thereafter, at a time corresponding to t2, the biological object is Ultrasonic waves (i.e., capillary reflected waves) reflected from internal components (e.g., capillaries) may reach the piezoelectric ultrasonic transducer. Here, the time between t0 and t1 may vary depending on the acoustic impedance depending on the material of the impedance matching member 202 and the thickness of the impedance matching member 202. Additionally, the difference between t1 and t2 may also vary depending on how deep the capillaries are located within the skin.

만일, 생체 정보 분석부(220)가 지문에 대한 정보를 감지하고자 하는 경우, 구동 제어부(210)는 t1에서 t2 사이에 해당하는 신호만을 선택(또는 마스킹)하여 생체 정보 분석부(220)에 전달할 수 있다. 보다 바람직하게는, 지문 반사파가 비트 펄스에 의해 피크 진폭을 나타내는 시점(t1’)을 전후로 일정 시간 범위에 해당하는 신호만 생체 정보 분석부(220)에 전달될 수도 있다.If the biometric information analysis unit 220 wants to detect information about a fingerprint, the driving control unit 210 selects (or masks) only signals corresponding to t1 to t2 and transmits them to the biometric information analysis unit 220. You can. More preferably, only signals corresponding to a certain time range around the point in time (t1') when the fingerprint reflected wave shows the peak amplitude by the beat pulse may be transmitted to the biometric information analysis unit 220.

유사하게, 생체 정보 분석부(220)가 모세 혈관에 대한 정보를 감지하고자 하는 경우, 구동 제어부(210)는 t2 이후에 해당하는 신호만을 선택(또는 마스킹)하여 생체 정보 분석부(220)에 전달할 수 있다. 보다 바람직하게는, 지문 반사파가 비트 펄스에 의해 피크 진폭을 나타내는 시점(t2’)을 전후로 일정 시간 범위에 해당하는 신호만 생체 정보 분석부(220)에 전달될 수도 있다.Similarly, when the biometric information analysis unit 220 wants to detect information about capillaries, the drive control unit 210 selects (or masks) only the corresponding signals after t2 and transmits them to the biometric information analysis unit 220. You can. More preferably, only signals corresponding to a certain time range before and after the point in time (t2') when the fingerprint reflected wave shows the peak amplitude by the beat pulse may be transmitted to the biometric information analysis unit 220.

여기서 t1, t1’, t2, t2’는 각각 임피던스 정합 부재(202)와 압전 부재(110)의 공진 주파수 및 인가되는 구동 전압 특성에 따라 실험을 통해 결정된 후, 미리 구동 제어부(210)나 생체 정보 분석부(220)에 획득되어 있는 값일 수 있다.Here, t1, t1', t2, and t2' are determined through experiment according to the resonance frequency and applied driving voltage characteristics of the impedance matching member 202 and the piezoelectric member 110, respectively, and are then determined in advance by the drive control unit 210 or biometric information. It may be a value obtained in the analysis unit 220.

물론, 1회의 초음파 송신을 통해 지문 반사파와 모세혈관 반사파가 모두 압전 초음파 변환 장치에 도달하게 되므로, 각 반사파의 도달 시차를 고려하여 지문에 대한 정보와 모세혈관에 대한 정보가 함께 획득될 수도 있다. 이와 달리, 보다 효율적인 측정을 위해 측정 모드가 구분될 수도 있다. 예컨대, 지문 측정 모드와 모세혈관 측정 모드를 구분하고, 각 모드가 별도로 수행되도록 할 수 있다. 구체적으로, 지문 측정 모드에서는 비트 펄스가 아닌 일반적인 구동 전압 인가 방법(즉, 한 번의 스캔을 위해 하나의 하부 전극 단위로 구동 전압을 인가하는 방법)을 통해 지문 정보가 획득될 수 있다. 물론, 이러한 경우 비트 펄스에 의한 진폭 증대가 없기 때문에 t2 시점에서도 모세혈관 반사파는 실질적으로 감지되지 않을 수 있다. 또한, 모세혈관 측정 모드에서는 비트 펄스를 이용한 구동 전압 인가 방법을 통해 t2 또는 t2’ 시점 전후로 모세혈관 반사파만 분석될 수도 있다.Of course, since both the fingerprint reflected wave and the capillary reflected wave reach the piezoelectric ultrasonic transducer through one ultrasonic transmission, information about the fingerprint and information about the capillaries may be obtained together by considering the arrival time of each reflected wave. Alternatively, measurement modes may be distinguished for more efficient measurement. For example, the fingerprint measurement mode and the capillary blood measurement mode can be distinguished, and each mode can be performed separately. Specifically, in the fingerprint measurement mode, fingerprint information can be obtained through a general driving voltage application method (that is, a method of applying a driving voltage on a single lower electrode basis for one scan) rather than a bit pulse. Of course, in this case, since there is no increase in amplitude due to the beat pulse, the capillary reflected wave may not be substantially detected even at time t2. Additionally, in the capillary measurement mode, only the capillary reflection waves before and after t2 or t2' can be analyzed by applying a driving voltage using a beat pulse.

상술한 과정을 순서도로 나타내면 도 8과 같다.The above-described process is shown in a flowchart as shown in Figure 8.

도 8은 실시예에 따른 생체 정보 획득 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.Figure 8 is a flowchart showing an example of a biometric information acquisition process according to an embodiment.

도 8을 참조하면, 먼저 스캔 대상 영역과 측정 모드에 따라 전송 단위별 구동 전압이 인가될 수 있다(S810). 여기서 측정 모드는 전술한 지문 측정 모드와 모세혈관 측정 모드를 의미할 수 있으나, 측정 모드가 별도로 설정되지 않을 수도 있다. 일반적인 지문 측정이 이루어질 경우나 도 6에 도시된 비트 펄스 방식이 적용될 경우 전송 단위는 하나의 하부 전극(LE)에 연결된 압전 부재일 수 있고, 도 5에 도시된 비트 펄스 빔포밍 방식이 적용될 경우 전송 단위는 도 5의 제1 전송 단위(TU1) 내지 제3 전송 단위(TU3) 중 적어도 하나일 수 있다.Referring to FIG. 8, first, a driving voltage for each transmission unit may be applied according to the scan target area and measurement mode (S810). Here, the measurement mode may refer to the above-described fingerprint measurement mode and capillary blood measurement mode, but the measurement mode may not be set separately. When a general fingerprint measurement is made or the bit pulse method shown in FIG. 6 is applied, the transmission unit may be a piezoelectric member connected to one lower electrode (LE), and when the bit pulse beamforming method shown in FIG. 5 is applied, the transmission unit The unit may be at least one of the first transmission unit (TU1) to the third transmission unit (TU3) in FIG. 5.

구동 전압 인가에 따른 초음파 송신이 수행된 후, 구동 제어부(210)는 압전 초음파 변환 장치를 수신부 동작으로 스위칭하고, 측정 희망 생체 대상물에 대응되는 반사파가 압전 초음파 변환 장치를 통해 수신되면, 그에 대응되는 신호를 획득할 수 있다(S820). 여기서, 측정 희망 생체 대상물은 지문일 수도 있고 모세혈관일 수도 있다. 따라서, 구동 제어부(210)는 도 7을 참조하여 전술한 바와 같이 시간대를 구분하여 측정 희망 생체 대상물에 대응되는 신호를 획득할 수 있다.After ultrasonic transmission according to the application of the driving voltage is performed, the drive control unit 210 switches the piezoelectric ultrasonic transducer to the operation of the receiver, and when the reflected wave corresponding to the biological object to be measured is received through the piezoelectric ultrasonic transducer, the corresponding A signal can be acquired (S820). Here, the biological object to be measured may be a fingerprint or a capillary blood vessel. Accordingly, the drive control unit 210 can obtain a signal corresponding to the biological object for which measurement is desired by distinguishing time zones as described above with reference to FIG. 7 .

획득된 신호는 생체 정보 분석부(220)로 전달되어 생체 정보 분석부(220)에서 픽셀 정보로 변환되어(S840) 생체 정보 이미지의 일부를 구성하도록 데이터 처리될 수 있다(S850).The acquired signal may be transmitted to the biometric information analysis unit 220, converted into pixel information in the biometric information analysis unit 220 (S840), and processed to form part of the biometric information image (S850).

이후 스캔이 완료될 때까지(S850), 전송 단위 쉬프트를 통해(S860) 전술한 S810 단계 내지 S840 단계가 반복될 수 있다.Thereafter, the steps S810 to S840 described above may be repeated through a transmission unit shift (S860) until the scan is completed (S850).

이하, 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치와 기존의 압전 초음파 변환 장치를 비교하여 설명한다.Hereinafter, a comparison will be made between the piezoelectric ultrasonic transducer according to the embodiment and the existing piezoelectric ultrasonic transducer.

지금까지 설명한 실시예에 의한 압전 초음파 변환 장치(100)를 이용한 빔포밍 방식은 비트 펄스를 통해 별도의 승압 장치 없이도 실질적으로 인가 전압의 2배에 해당하는 진폭을 얻을 수 있다. 따라서, 일반적인 방식은 모바일 기기 환경에서 출력 부족으로 생체 대상물 내부의 구성물(예컨대, 모세혈관)에 송신된 초음파가 도달하기 어려우나, 실시예에 따르면 모세혈관까지 초음파가 도달할 수 있다.The beamforming method using the piezoelectric ultrasonic transducer 100 according to the embodiment described so far can obtain an amplitude that is substantially twice the applied voltage without a separate boosting device through a beat pulse. Therefore, in the general method, it is difficult for the transmitted ultrasound to reach the internal components (eg, capillaries) of the biological object due to insufficient output in the mobile device environment, but according to the embodiment, the ultrasound can reach the capillaries.

또한, 복수의 하부 전극(LE)에 연결된 복수의 압전 부재를 하나의 전송 단위로 하더라도 쉬프팅은 전송 단위를 구성하는 하부 전극(LE)의 개수보다 적은 수의 하부 전극만큼 수행되므로 해상도 손실이 없다.In addition, even if a plurality of piezoelectric members connected to a plurality of lower electrodes LE are used as one transmission unit, there is no loss of resolution because shifting is performed for a lower number of lower electrodes than the number of lower electrodes LE constituting the transmission unit.

아울러, 반사파의 도달 시간대를 선택함으로써 생체 대상물의 표면과 내부 구성물 중 희망하는 부위의 정보만을 선택적으로 획득할 수도 있다.In addition, by selecting the arrival time of the reflected wave, it is possible to selectively obtain information on only the desired area among the surface and internal components of the biological object.

전술한 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치(100)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(100)를 디스플레이 장치에서 초음파 지문센서로 채택할 경우, 지문을 인식하는 정확도가 증가할 수 있으며, 압전 초음파 변환 장치(100)를 디스플레이 하단에 배치하더라도 지문 인식이 가능할 수 있다.The piezoelectric ultrasonic transducer 100 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 approximately 1 mm. When a capacitive fingerprint sensor is used in such a display device, the accuracy of fingerprint recognition may be reduced due to interference from transmittance and internal circuitry of the display. On the other hand, when the piezoelectric ultrasonic transducer 100 according to the embodiment is adopted as an ultrasonic fingerprint sensor in the display device, the accuracy of recognizing fingerprints can be increased, even if the piezoelectric ultrasonic transducer 100 is placed at the bottom of the display. Fingerprint recognition may be possible.

이하, 전술한 압전 초음파 변환 장치(100) 및 생체 정보 측정 장치(200)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 an embodiment including the piezoelectric ultrasonic transducer 100 and the biometric information measurement device 200 described above will be examined as follows with reference to the attached drawings.

도 9는 일 실시 예에 의한 디스플레이 장치(300A)의 단면도를 나타낸다.Figure 9 shows a cross-sectional view of a display device 300A according to an 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 one 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.Cover member 310A may be rigid or flexible. Preferably, the cover member 310A may be flexible such that it can be bent or folded.

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 reinforced or soft plastic such as polyimide (PI), polyethylene terephthalate (PET), propylene glycol (PPG), polycarbonate (PC), or sapphire. may 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.Additionally, the cover member 310A may include an optically isotropic film. For example, the cover member 310 may include Cyclic Olefin Copolymer (COC), Cyclic Olefin Polymer (COP), wide isotropic polycarbonate (PC), or wide isotropic 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 below the cover member 310A. The display panel 330A and the cover substrate 310A may be bonded to each other through an adhesive layer 320A such as an optically clear 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. ) can be formed into a structure in which the liquid crystal layer is joined together.

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, the display panel 330A is a COT in which 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 interposed therebetween. It may be a liquid crystal display panel with a (color filter on transistor) structure. That is, a thin film transistor can be formed on the first substrate 332, a protective film can be formed on the thin film transistor, and a color filter layer can 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.Additionally, a pixel electrode in contact with 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 also serve as a 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.Additionally, when the display panel 330A is a liquid crystal display panel, the display device 300A may further include a backlight unit (not shown) that provides light from the rear 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, display panel 330A may include an active area. Here, the active area may be an area where the screen is actually displayed. In this case, the piezoelectric ultrasonic transducer 340A is located at the bottom of the display panel 330A, that is, in the area corresponding to the active area in the direction opposite to the direction in which light from the display panel 330A or the backlight unit (not shown) is emitted. can be placed in Specifically, the piezoelectric ultrasonic transducer may be placed on the fingerprint area of the active area, and in particular, the receiver may be placed so as 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 recognition device, the previously used fingerprint sensor button can be removed, which has the advantage of expanding the active area of the mobile display device. .

도 10은 다른 실시 예에 의한 디스플레이 장치(300B)의 단면도를 나타낸다.Figure 10 shows a cross-sectional view of a display device 300B according to another embodiment.

도 10에 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. 10 may include a cover glass 310B, a plastic OLED (POLED) 330B, and a piezoelectric ultrasonic transducer 340B.

커버 글래스(310B)는 도 9에 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. 9 is implemented with glass, and performs the same role as the cover member 310A.

POLED(330B)는 도 9에 도시된 디스플레이 패널(330A)의 다른 례이다.POLED (330B) is another example of the display panel (330A) shown in FIG. 9.

도 11은 또 다른 실시 예에 의한 디스플레이 장치(300C)의 단면도를 나타낸다.Figure 11 shows a cross-sectional view of a display device 300C according to another embodiment.

도 11에 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. 11 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 9에 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 transducer 340C correspond to the display panel 330A, the adhesive layer 320A, and the piezoelectric ultrasonic transducer 340A shown in FIG. 9, respectively, and play the same role. Since it can be performed, redundant explanations are omitted here.

도 12는 또 다른 실시 예에 의한 디스플레이 장치(300D)의 단면도를 나타낸다.Figure 12 shows a cross-sectional view of a display device 300D according to another embodiment.

도 12에 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. 12 may include a display TFT 330D, an adhesive layer 320C, and a piezoelectric ultrasonic transducer 340D.

디스플레이 TFT(330D)는 도 9에 도시된 디스플레이 패널(330A)이 박막 트랜지스터로 구현된 경우이다. 접착층(320C) 및 압전 초음파 변환 장치(340D)는 도 13에 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. 9 is implemented with a thin film transistor. 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. 13, respectively, and can perform the same role, so overlapping descriptions are omitted here.

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

도 13에 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. 13 includes a display lower substrate (TFT) 330E, an adhesive layer 320D, a piezoelectric ultrasonic transducer 340E, a form tape 350, and a back plate. It may include (360).

디스플레이 하부 기판(TFT)(330E)은 도 12에 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 13에 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. 12. 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 shown in FIG. 13, respectively, and can perform the same role, so overlapping descriptions are omitted here.

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

도 14에 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. 14 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. You can.

커버 기판(310C)은 도 9에 도시된 커버 부재(310C)에 해당하며, 동일한 역할을 수행할 수 있다.The cover substrate 310C corresponds to the cover member 310C shown in FIG. 9 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 polarizing plate 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 red pixels (R), green pixels (G), and blue pixels (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.OLED TFT 338 may be disposed between pixel array 337 and foam tape 350. The OLED TFT 338 may include a thin film transistor (TFT) and an organic light emitting device (OLED) in contact with the thin film transistor (TFT). An organic light emitting device (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, back plate 360, adhesive layer 320E, and piezoelectric ultrasonic transducer 340F are the foam tape 350, back plate 360, adhesive layer 320D, and piezoelectric ultrasonic transducer shown in FIG. 20. Since they correspond to each device 340E and can perform the same role, redundant descriptions are omitted here.

도 9 내지 도 14에 도시된 압전 초음파 변환 장치(340A 내지 340F)는 도 2 내지 도 7에 도시된 압전 초음파 변환 장치에 해당하며 지문 센서일 수 있다. 또한, 도 10에 예시된 바와 같이 압전 초음파 변환 장치(340B)는 유효 영역(AA)에 배치될 수 있다.The piezoelectric ultrasonic transducer devices 340A to 340F shown in FIGS. 9 to 14 correspond to the piezoelectric ultrasonic transducer devices 340A to 340F shown in FIGS. 2 to 7 and may be fingerprint sensors. Additionally, as illustrated in FIG. 10, the piezoelectric ultrasonic transducer 340B may be disposed in the effective area AA.

도 9 내지 도 14에 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 transducer devices 340A to 340F of the display device according to FIGS. 9 to 14 may be used for user authentication. For example, the user can touch the fingerprint area where the piezoelectric ultrasonic transducers 340A to 340F are placed, authenticate, and then unlock the lock screen of the display device.

도 15는 디스플레이 장치의 구동 방법(400)을 설명하기 위한 플로우차트이다.FIG. 15 is a flowchart for explaining a method 400 of driving a display device.

도 16 (a) 내지 (c)는 도 15의 설명을 돕기 위한 도면이다.Figures 16 (a) to (c) are diagrams to help explain Figure 15.

도 15을 참조하면, 디스플레이 장치에서 화면이 터치되었는가를 판단한다(제410 단계). 만일, 화면이 터치되었다고 인식되지 않으면, 도 16 (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. 15, the display device determines whether the screen has been touched (step 410). If the screen is not recognized as being touched, the screen remains in a turned-off standby state as shown in FIG. 16 (a). The touch in step 410 may be a touch on a part of the display device other than the screen. The standard for determining whether the screen has been touched may be a touch exceeding a predetermined number of times at a certain time interval, a touch applying more than a certain 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 16 (b)에 예시된 바와 같이 화면이 사용자에게 디스플레이된 상태를 의미한다. 제420 단계에서, 디스플레이 장치의 잠금 상태는 유지된다.However, when the display device recognizes that the screen has been touched, the screen is turned on to display the fingerprint area and the fingerprint sensor is activated (step 420). Here, turning on the screen means a state in which the screen is displayed to the user, as illustrated in FIG. 16 (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 has been additionally touched (step 430). If it is determined that the screen of the display device has not been additionally touched, the screen is turned off again. Additionally, 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 that maintains the touch in step 410, and can be recognized with an activated fingerprint sensor. Any input that can be judged 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 has been additionally touched, it is determined whether the fingerprint area of the display device has been touched (step 440). Here, the fingerprint area refers to an area where the fingerprint sensor can detect a fingerprint. It is located on the screen of the display device, and the fingerprint sensor can sense the fingerprint only when the 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 16 (b)에 도시되어 있다.If it is determined that the fingerprint area of the display device has not been touched, a message to touch the fingerprint area is sent to the user, and then the process proceeds to step 420 (step 450). An example of a fingerprint area is shown in Figure 16(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 has been touched, it is determined whether the touched fingerprint is a fingerprint permitted to use the display device (step 460). To this end, fingerprints permitted to use the display device are 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 permitted to use 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 16 (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 display device is unlocked and the user is permitted to use the display device (step 480). Figure 16 (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 description focuses on examples, this is only an example and does not limit the present invention, and those skilled in the art will understand that the examples are as follows without departing from the essential characteristics of the present example. You will see that various variations and applications are possible. For example, each component specifically shown in the examples can be modified and implemented. And these variations and differences in application should be construed as being included in the scope of the present invention as defined in the appended claims.

100, 340A 내지 340F: 압전 초음파 변환 장치
110: 압전 부재 120: 충진 부재
200: 생체 정보 측정 장치 202: 임피던스 정합 부재
210: 구동 제어부 220: 생체 정보 분석부
300A 내지 300F: 디스플레이 장치 310A: 커버 부재
310B: 커버 글래스 320A 내지 320E: 접착층
330A: 디스플레이 패널100, 340A to 340F: Piezoelectric ultrasonic transducer
110: Piezoelectric member 120: Filling member
200: Biometric information measuring device 202: Impedance matching member
210: Drive control unit 220: Biometric information analysis unit
300A to 300F: Display device 310A: Cover member
310B: Cover glass 320A to 320E: Adhesive layer
330A: Display panel

Claims

A plurality of piezoelectric members spaced apart from each other, a plurality of first electrodes arranged side by side in a first direction and spaced apart in a second direction on either the top or bottom of the plurality of piezoelectric members, and the upper portion of the plurality of piezoelectric members or a piezoelectric ultrasonic transducer including a plurality of second electrodes arranged side by side in the second direction and spaced apart in the first direction on the remaining one of the lower portions; and
A driving control unit that applies a driving voltage to at least some of the plurality of first electrodes and obtains a reception signal through at least some of the plurality of second electrodes,
The driving control unit,
A first driving voltage having a first frequency and a second driving voltage having a second frequency different from the first frequency are simultaneously applied to at least some of the plurality of first electrodes to cause interference,
The first driving voltage and the second driving voltage each have a sine wave form.

According to claim 1,
The driving control unit,
A biometric information measuring device that simultaneously applies the first driving voltage and the second driving voltage to any one of the plurality of first electrodes.

According to claim 1,
The driving control unit,
The first driving voltage is applied to one of the plurality of first electrodes, and the second driving voltage is applied to the other first electrode adjacent to the first electrode to which the first driving voltage is applied so that beam forming is performed. A biometric information measuring device.

According to claim 1,
The driving control unit,
The first driving voltage is applied to N adjacent first electrodes (where N is a natural number greater than 1) among the plurality of first electrodes, and the second driving voltage is applied to the N first electrodes to which the first driving voltage is applied. A biometric information measuring device that performs beam forming by applying it to the other N first electrodes adjacent to the electrode.

According to claim 1,
The first driving voltage and the second driving voltage are,
A biometric information measuring device having a similar waveform and the same amplitude.

According to claim 1,
The driving control unit,
When the first driving voltage and the second driving voltage are applied, the plurality of second electrodes are controlled to be in a ground state.

According to claim 1,
The driving control unit,
Ultrasound transmitted from a piezoelectric member to which the first driving voltage and the second driving voltage are applied among the plurality of piezoelectric members generates an electrical signal corresponding to a reflected wave reflected from a biological object through at least a portion of the plurality of second electrodes. A biometric information measuring device that controls the plurality of first electrodes to be in a ground state while acquiring an electrical signal corresponding to the reflected wave.

According to clause 7,
The biological object is
Contains the epidermis and internal components,
The driving control unit,
A biometric information measuring device that varies the timing of acquiring an electrical signal corresponding to the reflected wave depending on the biological object to be measured among the epidermis and internal components.

According to clause 8,
The biological object includes a finger,
The epidermis contains fingerprints,
A biometric information measuring device, wherein the internal structure includes capillaries.

A display panel including an active area; and
Includes a biometric information measurement device,
The biometric information measuring device,
A plurality of piezoelectric members spaced apart from each other, a plurality of first electrodes arranged side by side in a first direction and spaced apart in a second direction on either the top or bottom of the plurality of piezoelectric members, and the upper portion of the plurality of piezoelectric members or a piezoelectric ultrasonic transducer including a plurality of second electrodes arranged side by side in the second direction and spaced apart in the first direction on the remaining one of the lower portions; and
A driving control unit that applies a driving voltage to at least some of the plurality of first electrodes and obtains a reception signal through at least some of the plurality of second electrodes,
The driving control unit,
A first driving voltage having a first frequency and a second driving voltage having a second frequency different from the first frequency are simultaneously applied to at least some of the plurality of first electrodes to cause interference,
Each of the first driving voltage and the second driving voltage has a sine wave form,
The piezoelectric ultrasonic transducer is a display device disposed at a bottom of the display panel in an area corresponding to the active area.