KR20200057464A - Wave guide and ultrasonic sensor including the same - Google Patents

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KR20200057464A
KR20200057464A KR1020180141929A KR20180141929A KR20200057464A KR 20200057464 A KR20200057464 A KR 20200057464A KR 1020180141929 A KR1020180141929 A KR 1020180141929A KR 20180141929 A KR20180141929 A KR 20180141929A KR 20200057464 A KR20200057464 A KR 20200057464A
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waveguide
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waveguide array
acoustic coupling
piezoelectric
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안범모
박승호
변성현
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(주)포인트엔지니어링
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means

Abstract

According to one aspect of the present invention, a waveguide array is provided with an anodized film and is provided with a waveguide filled with an acoustic coupling material. In the waveguide array, upper and lower portions of a plurality of pores formed during anodization are opened and acoustic coupling material is filled in the plurality of pores to form the waveguide. Therefore, the waveguide array and an ultrasonic sensor including the same can form the waveguide having a large aspect ratio at low costs.

Description

도파관 어레이 및 이를 포함하는 초음파 센서{WAVE GUIDE AND ULTRASONIC SENSOR INCLUDING THE SAME}Waveguide array and ultrasonic sensor including the same {WAVE GUIDE AND ULTRASONIC SENSOR INCLUDING THE SAME}

본 발명은 도파관 어레이 및 이를 포함하는 초음파 센서에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 종횡비가 큰 도파관을 구비하는 도파관 어레이 및 이를 포함하는 초음파 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a waveguide array and an ultrasonic sensor including the same, and more particularly, to a waveguide array including a waveguide having a large aspect ratio and an ultrasonic sensor including the same.

지문 센서는 사람의 지문을 감지하는 센서로서, 기존에 널리 적용되던 도어락 등의 장치는 물론, 최근에는 전자 기기 전원의 온/오프 또는 슬립(sleep) 모드의 해제 여부를 결정하는 데에도 널리 이용되고 있다. The fingerprint sensor is a sensor that detects a human fingerprint, and is widely used to determine whether to turn on / off or sleep mode of electronic devices, as well as devices such as door locks that have been widely applied in the past. have.

지문 센서는 그 동작 원리에 따라 광학 방식, 정전용량 방식, 초음파 방식 등으로 구분할 수 있다. 구체적으로, 광학 방식은 가시광선에 반사된 지문 영상을 획득하는 방식이고, 정전용량 방식은 전기 용량의 차이를 이용하여 지문 영상을 획득하는 방식이다. 이때, 광학 방식 및 정전용량 방식은 지문의 표피층만을 감지하는 것으로서, 손가락의 오염에 의해 생성된 오류에 취약한 단점이 있다. The fingerprint sensor can be classified into an optical method, a capacitive method, and an ultrasonic method according to its operating principle. Specifically, the optical method is a method of acquiring a fingerprint image reflected by visible light, and the capacitive method is a method of acquiring a fingerprint image by using a difference in electric capacity. At this time, the optical method and the capacitive method detect only the epidermal layer of the fingerprint, and are vulnerable to errors generated by contamination of the finger.

최근에는 이러한 광학 방식 및 정전용량 방식의 오류를 방지하기 위하여 초음파 방식이 많이 이용되고 있다. 초음파 방식 센서는 압전물질을 이용한 전자장치로서, 복수의 압전 센서에서 방출되는 일정 주파수의 초음파 신호가 지문의 골(valley)과 마루(ridge)에서 반사되는 경우 각각의 골과 마루에서의 음향 임피던스(Acoustic Impedance) 차이를 초음파 발생원인 해당 복수의 압전 센서를 이용해 측정하여 지문을 감지하는 것이다. 이러한 초음파 방식은 진피층을 감지함으로써, 손가락의 오염에 의해 오류가 생성되는 것을 방지할 수 있다. Recently, an ultrasonic method has been widely used to prevent errors in the optical method and the capacitive method. The ultrasonic sensor is an electronic device using a piezoelectric material, and when ultrasonic signals of a certain frequency emitted from a plurality of piezoelectric sensors are reflected from the valleys and ridges of a fingerprint, the acoustic impedance of each valley and the floor ( Acoustic Impedance) The difference is measured using a plurality of piezoelectric sensors, which are ultrasonic sources, to detect fingerprints. By detecting the dermal layer, such an ultrasonic method can prevent an error from being generated by contamination of a finger.

압전물질을 이용한 전자장치는, 압전물질로 구성되는 압전성 기둥부의 상, 하면에 마련되는 전극에 전압을 인가하여 압전성 기둥부를 상하로 진동시켜 신호를 생성하고, 3차원 물체에 반사되어 되돌아오는 신호에 의해 압전성 기둥부가 변형하면서 발생시키는 전위차를 토대로 3차원 물체의 형상 이미지를 측정하는 장치이다.An electronic device using a piezoelectric material generates a signal by applying a voltage to the electrodes provided on the upper and lower surfaces of a piezoelectric pillar portion made of a piezoelectric material, thereby vibrating the piezoelectric pillar portion up and down to generate a signal, and reflecting the signal back to the 3D object It is a device that measures the shape image of a three-dimensional object based on a potential difference generated by deformation of a piezoelectric pillar part.

압전성 기둥부는 일반적으로 횡방향을 포함하는 모든 방향으로 초음파를 송수신하게 되는데, 압전성 기둥부의 측면에서 발사된 초음파는 인접한 압전성 기둥부에 의해 직접 검출되어 인접한 압전성 기둥부의 노이즈로 작용하게 된다. 이러한 노이즈를 제거하기 위해서는 압전성 기둥부를 감싸는 주변부의 특성이 중요하다. 다시 말해, 압전성 기둥부를 감싸는 주변부는 압전성 기둥부의 측면으로부터 전파되는 음파를 감쇠시킴으로써 노이즈를 효과적으로 제거하여야만 한다. 이에 압전성 기둥부를 감싸는 주변부는 합성수지, 고분자 재료(폴리머), 에폭시 등이 제안되었지만, 이러한 재질들은 압전성 기둥부를 측면에서 지지하는 기능을 하면서 동시에 인접한 압전성 기둥부의 측면으로부터 전파되는 음파(특히, 초음파)를 감쇠시키는 효율을 높이는데에는 한계가 있다.The piezoelectric pillar portion generally transmits and receives ultrasonic waves in all directions including the transverse direction, and the ultrasonic waves emitted from the side of the piezoelectric pillar portion are directly detected by the adjacent piezoelectric pillar portion and act as noise of the adjacent piezoelectric pillar portion. In order to remove such noise, the characteristics of the peripheral portion surrounding the piezoelectric pillar portion are important. In other words, the peripheral portion surrounding the piezoelectric pillar portion must effectively remove noise by attenuating sound waves propagating from the side surfaces of the piezoelectric pillar portion. Accordingly, synthetic resins, polymer materials (polymers), and epoxy have been proposed in the peripheral portion surrounding the piezoelectric pillars, but these materials function to support the piezoelectric pillars on the side while simultaneously transmitting sound waves (especially ultrasonic waves) propagating from the sides of the adjacent piezoelectric pillars. There is a limit to increasing the damping efficiency.

또한, 초음파 방식 센서는 수직한 압전성 기둥부을 구비할수록 초음파가 효과적으로 송수신될 수 있다. 그러나, 종래에 사용된 초음파 방식 센서는 반도체 기판을 이용하여 tool 가공, 또는 레이저 가공을 통해 압전성 기둥부를 형성하는 것으로서, 수직한 압전성 기둥부를 형성하는 것에 어려움을 갖는다. 아울러, 수직 방향으로 긴, 다시 말해, 종횡비가 큰 압전성 기둥부를 형성하기 위해서는 단가가 높아지는 단점을 가지고 있다.In addition, as the ultrasonic sensor has a vertical piezoelectric pillar, ultrasonic waves can be effectively transmitted and received. However, the ultrasonic sensor used in the related art has a difficulty in forming a vertical piezoelectric columnar part by forming a piezoelectric columnar part through tool processing or laser processing using a semiconductor substrate. In addition, in order to form a piezoelectric pillar portion having a long vertical direction, that is, a large aspect ratio, there is a disadvantage in that the unit price is high.

또한, 압전성 기둥부는 모든 방향으로 초음파를 송수신하기 때문에, 압전성 기둥부에서 발생되는 초음파 신호는 수직한 방향 뿐만 아니라 넓은 범위로 퍼지게 된다. 즉, 압전성 기둥부에서 발생되는 초음파 신호는 멀리까지 전달되지 못하는 문제점을 가지고 있다. 이에 따라, 압전성 기둥부에서 발생되는 초음파 신호를 멀리까지 전달하기 위한 구조가 필요한 실정이다.In addition, since the piezoelectric pillar portion transmits and receives ultrasonic waves in all directions, the ultrasonic signal generated in the piezoelectric pillar portion is spread not only in the vertical direction but also in a wide range. That is, the ultrasonic signal generated in the piezoelectric pillar portion has a problem that cannot be transmitted to a distance. Accordingly, there is a need for a structure for transmitting ultrasonic signals generated from the piezoelectric pillars to a distance.

공개번호 제10-2013-0060875호 공개특허공보Publication No. 10-2013-0060875 Publication Patent Publication

이에 본 발명은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로서, 종횡비가 큰 도파관을 낮은 단가로 형성하는 도파관 어레이 및 이를 포함하는 초음파 센서를 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention has been proposed to solve the problems of the prior art, and to provide a waveguide array that forms a waveguide having a large aspect ratio at a low cost and an ultrasonic sensor including the same.

또한, 인접한 압전성 기둥부의 측면에 발생한 초음파는 양극산화막의 기공 내의 공기 기둥들에 의해 효과적으로 감쇠되므로 감도가 향상된 도파관 어레이 및 이를 포함하는 초음파 센서를 제공하는 것이다.In addition, the ultrasonic waves generated on the side surfaces of the adjacent piezoelectric pillars are effectively attenuated by air pillars in the pores of the anodized film, thereby providing a waveguide array with improved sensitivity and an ultrasonic sensor including the same.

또한, 압전성 기둥부에서 발생한 초음파 신호가 먼 곳까지 전달되도록 도파관을 구비하는 도파관 어레이 및 이를 포함하는 초음파 센서를 제공하는 것이다.In addition, to provide a waveguide array having a waveguide so that the ultrasonic signal generated in the piezoelectric pillar portion is transmitted to a far place and an ultrasonic sensor including the same.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 도파관 어레이는, 양극 산화막으로 제공되고, 음향 커플링 물질이 충진된 도파관을 구비하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the object of the present invention, the waveguide array according to the present invention is provided with an anodized film and is characterized by having a waveguide filled with an acoustic coupling material.

또한, 양극 산화 시 형성된 복수개의 기공의 상부 및 하부가 모두 개방되고, 상기 복수개의 기공에 상기 음향 커플링 물질이 충진되어 상기 도파관을 이루는 것을 특징으로 한다.In addition, the upper and lower portions of a plurality of pores formed during anodization are opened, and the acoustic coupling material is filled in the plurality of pores to form the waveguide.

또한, 양극 산화 시 형성된 복수개의 기공과 수직 방향으로 나란히 형성되는 복수개의 관통홀을 포함하고, 상기 관통홀에 상기 음향 커플링 물질이 충진되어 상기 도파관을 이루는 것을 특징으로 한다.In addition, it comprises a plurality of through-holes formed in parallel to the plurality of pores formed during anodization, characterized in that the through-hole is filled with the acoustic coupling material to form the waveguide.

한편, 본 발명에 의한 초음파 센서는, 양극 산화막으로 제공되고, 음향 커플링 물질이 충진된 도파관을 구비하는 도파관 어레이; 초음파를 송, 수신하는 트랜스듀서; 및 상기 도파관 어레이와 상기 트랜스듀서 사이에 구비되는 음향 커플링 물질을 포함하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the ultrasonic sensor according to the present invention is provided as an anode oxide film, the waveguide array having a waveguide filled with an acoustic coupling material; A transducer that transmits and receives ultrasonic waves; And an acoustic coupling material provided between the waveguide array and the transducer.

또한, 상기 도파관 어레이는, 양극 산화 시 형성된 복수개의 기공의 상부 및 하부가 모두 개방되고, 상기 복수개의 기공에 상기 음향 커플링 물질이 충진되어 상기 도파관을 이루는 것을 특징으로 한다.In addition, the waveguide array is characterized in that the upper and lower portions of a plurality of pores formed during anodization are opened, and the acoustic coupling material is filled in the plurality of pores to form the waveguide.

또한, 상기 도파관 어레이는, 양극 산화 시 형성된 복수개의 기공과 수직 방향으로 나란히 형성되는 복수개의 제1 관통홀을 포함하고, 상기 제1 관통홀에 상기 음향 커플링 물질이 충진되어 상기 도파관을 이루는 것을 특징으로 한다.In addition, the waveguide array includes a plurality of first through holes formed in parallel to a plurality of pores formed during anodization, and the first through hole is filled with the acoustic coupling material to form the waveguide It is characterized by.

또한, 상기 트랜스듀서는 복수개의 제2 관통홀을 포함하고, 상기 제2 관통홀은 상기 제1 관통홀과 동일한 크기로 제공되는 것을 특징으로 한다.Further, the transducer includes a plurality of second through holes, and the second through holes are provided in the same size as the first through holes.

또한, 상기 제2 관통홀은 상기 제1 관통홀과 동일한 수직 선상에 위치하는 것을 특징으로 한다.In addition, the second through hole is characterized in that it is located on the same vertical line as the first through hole.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 도파관 어레이 및 이를 포함하는 초음파 센서는, 종횡비가 큰 도파관을 낮은 단가로 형성할 수 있다.As described above, the waveguide array according to the present invention and the ultrasonic sensor including the same can form a waveguide having a large aspect ratio at a low unit price.

또한, 인접한 압전성 기둥부의 측면에 발생한 초음파는 양극산화막의 기공 내의 공기 기둥들에 의해 효과적으로 감쇠되므로 초음파 생체인식 센서로서의 감도가 향상된다.In addition, since ultrasonic waves generated on the side surfaces of adjacent piezoelectric pillar portions are effectively attenuated by air pillars in the pores of the anodized film, sensitivity as an ultrasonic biometric sensor is improved.

또한, 도파관을 구비하여 압전성 기둥부에서 발생한 초음파 신호를 먼 곳까지 전달할 수 있다.In addition, by providing a waveguide, it is possible to transmit the ultrasonic signal generated in the piezoelectric pillar portion to a distant place.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초음파 센서의 사시도.
도 2는 도 1의 분해 사시도.
도 3은 도 1의 단면도.
도 4는 도 1의 초음파 센서가 지문을 인식하는 것을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 센서의 사시도.
도 6은 도 5의 분해 사시도.
도 7은 도 5의 단면도.1 is a perspective view of an ultrasonic sensor according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 2 is an exploded perspective view of Figure 1;
3 is a cross-sectional view of FIG. 1.
4 is a diagram illustrating that the ultrasonic sensor of FIG. 1 recognizes a fingerprint.
5 is a perspective view of an ultrasonic sensor according to another embodiment of the present invention.
Figure 6 is an exploded perspective view of Figure 5;
Fig. 7 is a sectional view of Fig. 5;

이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.The following merely illustrates the principles of the invention. Therefore, those skilled in the art can implement various principles included in the concept and scope of the invention and implement the principles of the invention, although not explicitly described or illustrated in the specification. In addition, all the conditional terms and examples listed in this specification are intended to be understood in principle only for the purpose of understanding the concept of the invention, and should be understood as not limited to the examples and states specifically listed in this way. .

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.The above-described objects, features, and advantages will become more apparent through the following detailed description in connection with the accompanying drawings, and accordingly, those skilled in the art to which the invention pertains can easily implement the technical spirit of the invention. .

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초음파 센서의 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해 사시도이며, 도 3은 도 1의 단면도이다.1 is a perspective view of an ultrasonic sensor according to a preferred embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view of FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view of FIG. 1.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 초음파 센서(1)은 음향 커플링 물질이 충진된 도파관을 구비하는 도파관 어레이(10)와, 초음파를 송수신하는 트랜스듀서(20)와, 도파관 어레이(10)와 트랜스듀서(20)의 사이에 구비되는 음향 커플링 물질(30)을 포함한다.1 to 3, the ultrasonic sensor 1 includes a waveguide array 10 having a waveguide filled with an acoustic coupling material, a transducer 20 for transmitting and receiving ultrasonic waves, and a waveguide array 10. And an acoustic coupling material 30 provided between the transducers 20.

도파관 어레이(10)는 양극 산화막으로 제공되는 것으로서, 복수개의 제1 기공(110)을 포함한다. 양극 산화막은 모재인 금속을 양극 산화하여 형성된 막을 의미하며, 양극 산화막은 양극 산화 시 규칙적인 배열을 갖는 구멍인 복수개의 제1 기공(110)을 형성한다.The waveguide array 10 is provided as an anode oxide film and includes a plurality of first pores 110. The anodic oxide film means a film formed by anodizing a base metal, and the anodic oxide film forms a plurality of first pores 110 which are holes having a regular arrangement during anodization.

모재인 금속이 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금인 경우, 모재를 양극 산화하면 모재의 표면에 양극산화알루미늄(Al2O3) 재질의 양극 산화막이 형성된다. 이와 같이 형성된 양극 산화막은 내부에 제1 기공(110)이 형성되지 않은 배리어층과, 내부에 제1 기공(110)이 형성된 다공층으로 구분된다. 배리어층은 모재의 상부에 위치하고, 다공층은 배리어층의 상부에 위치한다.When the base metal is aluminum (Al) or an aluminum alloy, when the base material is anodized, an anodized film made of anodized aluminum (Al2O3) is formed on the surface of the base material. The anodized film thus formed is divided into a barrier layer in which the first pores 110 are not formed and a porous layer in which the first pores 110 are formed. The barrier layer is located on top of the base material, and the porous layer is located on top of the barrier layer.

배리어층과 다공층을 갖는 양극 산화막이 표면에 형성된 모재에서, 모재를 제거하게 되면, 양극산화알루미늄(Al2O3) 재질의 양극 산화막만이 남게 된다. 이 경우 배리어층을 제거하면, 양극산화막은 전체적으로 양극산화알루미늄(Al2O3) 재질이면서 박판 형태를 이루고, 지름이 균일하고 수직한 형태로 상, 하로 관통 형성되면서 규칙적인 배열을 갖는 제1 기공(110)을 갖게 된다. 이와 같이 배리어층까지 제거된 양극산화물을 도파관 어레이(10)로 이용할 수 있다.When the base material is removed from the base material on which the anodized film having the barrier layer and the porous layer is removed, only the anodized film made of anodized aluminum (Al2O3) material remains. In this case, when the barrier layer is removed, the anodized film is made of anodized aluminum (Al2O3) and has a thin plate shape, and the first pores 110 having a regular arrangement as the diameter is uniformly and vertically penetrated upward and downward. Will have The anode oxide thus removed to the barrier layer may be used as the waveguide array 10.

각각의 제1 기공(110)은 도파관 어레이(10) 내에서 서로 독립적으로 존재하게 된다. 다시 말해, 양극산화알루미늄(Al2O3) 재질로 구성되는 도파관 어레이(10)에는 그 내부 폭이 수 nm 내지 수 백 nm의 크기를 갖는 수 많은 제1 기공(110)이 도파관 어레이(10)를 상, 하로 관통하도록 형성된다.Each of the first pores 110 is independent of each other in the waveguide array 10. In other words, in the waveguide array 10 made of anodized aluminum (Al2O3) material, a number of first pores 110 having a size of several nm to hundreds of nanometers inside the waveguide array 10 are imaged. It is formed to penetrate downward.

그러나, 본 발명의 도파관 어레이(10)는 위와 같이 상, 하가 관통된 제1 기공(110)을 포함하는 양극 산화막으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 도파관 어레이(10)는 배리어층을 제거하지 않아 제1 기공(110)의 일단부가 폐쇄된 형태로 구비될 수 있다.However, the waveguide array 10 of the present invention is not limited to the anodized film including the first pores 110 through which the upper and lower portions are penetrated. For example, the waveguide array 10 does not remove the barrier layer, so that one end of the first pore 110 may be provided in a closed form.

도파관 어레이(10)에는 금속 모재를 양극 산화하면서 자연 발생적으로 형성되는 제1 기공(110) 이외에 제1 관통홀(120)이 추가로 형성된다. 제1 관통홀(120)은 도파관 어레이(10)를 상, 하로 관통하는 구성이다.In the waveguide array 10, a first through hole 120 is additionally formed in addition to the first pores 110 that are naturally generated while anodizing the metal base material. The first through hole 120 is configured to penetrate the waveguide array 10 upward and downward.

제1 관통홀(120)은 도파관 어레이(10)를 에칭하여 형성된다. 도파관 어레이(10)를 부분적으로 마스킹하고, 마스킹되지 않은 영역만을 에칭하여 제1 관통홀(120)을 형성한다. 도파관 어레이(10)는 에칭을 통해 제1 기공(110) 보다 큰 내부 폭을 가지는 제1 관통홀(120)을 용이하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 에칭 용액이 도파관 어레이(10)와 반응하면서 제1 관통홀(120)이 도파관 어레이(10)를 상, 하로 수직하게 관통하는 형상을 갖게 된다. 이처럼 제1 기공(110) 및 제1 관통홀(120)은 모두 도파관 어레이(10) 내에서 수직 방향으로 나란히 형성된다. The first through hole 120 is formed by etching the waveguide array 10. The waveguide array 10 is partially masked, and only the unmasked region is etched to form the first through hole 120. The waveguide array 10 can easily form a first through hole 120 having an inner width larger than the first pore 110 through etching, and the etching solution reacts with the waveguide array 10 to remove the first through hole 120. 1 through-hole 120 has a shape that vertically penetrates the waveguide array 10 vertically. As such, the first pore 110 and the first through hole 120 are both formed side by side in the waveguide array 10 in the vertical direction.

도파관 어레이(10)에 수직하게 형성된 제1 관통홀(120)의 내부에는 충진 물질이 제공된다. 충진 물질은 인체 조직의 음향 임피던스와 유사한 음향 임피던스를 갖는 물질 또는 압전성 기둥부(50)의 음향 임피던스와 인체 조직의 음향 인피던스의 사이 값을 갖는 물질로서, 초음파를 전달하는 매질이다. 즉, 충진 물질은 음향 커플링 물질(acoustic coupling material)을 의미한다. 이때, 음향 커플링 물질은 PMMA(Poly Methyl Methacrylate)로 제공될 수 있으나, 음향 커플링 물질의 종류는 이에 한정되지 않는다. 일 예로, 음향 커플링 물질은 PDMS(Poly Dimethyl Siloxane)로 제공될 수 있다. A filling material is provided inside the first through hole 120 formed perpendicular to the waveguide array 10. The filling material is a material having an acoustic impedance similar to the acoustic impedance of human tissue or a material having a value between the acoustic impedance of the piezoelectric pillar portion 50 and the acoustic impedance of human tissue, and is a medium for transmitting ultrasound. That is, the filling material means an acoustic coupling material. At this time, the acoustic coupling material may be provided as PMMA (Poly Methyl Methacrylate), but the type of the acoustic coupling material is not limited thereto. For example, the acoustic coupling material may be provided as PDMS (Poly Dimethyl Siloxane).

도파관 어레이(10)의 하부에는 트랜스듀서(20)가 제공된다. 트랜스듀서(20)는 초음파를 음향 커플링 물질(30) 및 도파관 어레이(10)로 송수신하는 것으로서, 내부에서 초음파 신호가 생성될 수 있다. 구체적으로, 트랜스듀서(20)는 복수개의 제2 기공(210)을 포함할 수 있다. A transducer 20 is provided below the waveguide array 10. The transducer 20 transmits and receives ultrasonic waves to and from the acoustic coupling material 30 and the waveguide array 10, and an ultrasonic signal may be generated therein. Specifically, the transducer 20 may include a plurality of second pores 210.

트랜스듀서(20)는 도파관 어레이(10)와 같이 양극 산화막으로 제공될 수 있다. 이에 따라, 트랜스듀서(20)는 양극 산화 시 형성되는 복수개의 제2 기공(210)을 구비한다. 제2 기공(210)은 제1 기공(110)과 같이 규칙적인 배열을 갖도록 트랜스듀서(20)에 구비되며, 트랜스듀서(20)를 상, 하로 관통하도록 형성되거나, 일단부가 폐쇄된 형태로 구비될 수 있다. The transducer 20 may be provided as an anodized film, such as the waveguide array 10. Accordingly, the transducer 20 includes a plurality of second pores 210 formed during anodization. The second pore 210 is provided in the transducer 20 to have a regular arrangement, such as the first pore 110, is formed to penetrate the transducer 20 up and down, or one end is provided in a closed form Can be.

또한, 트랜스듀서(20)는 복수개의 제2 관통홀(220)을 포함한다. 제2 관통홀(220)은 트랜스듀서(20)를 상, 하로 관통하는 구성으로서, 트랜스듀서(20)를 에칭하여 형성된다. 이때, 제2 관통홀(220)은 제2 기공(210) 보다 큰 내부 폭을 가지도록 형성되고, 제2 기공(210)과 함께 트랜스듀서(20) 내에서 수직 방향으로 나란히 형성된다.In addition, the transducer 20 includes a plurality of second through holes 220. The second through hole 220 is configured to penetrate the transducer 20 up and down, and is formed by etching the transducer 20. At this time, the second through-hole 220 is formed to have a larger internal width than the second pore 210, and is formed side by side in the vertical direction in the transducer 20 with the second pore 210.

제2 관통홀(220)은 제1 관통홀(110)과 동일한 크기로 형성될 수 있다. 구체적으로, 트랜스듀서(20)는 도파관 어레이(10)와 함께 에칭하여 제1 관통홀(110)과 제2 관통홀(210)을 동시에 형성할 수 있다. 즉, 한 번의 에칭을 통해 제1 관통홀(110) 및 제2 관통홀(210)을 모두 형성할 수 있으며, 동일한 크기로 형성된 제1 관통홀(110) 및 제2 관통홀(210)은 동일한 수직 선상에 위치될 수 있다.The second through hole 220 may be formed to have the same size as the first through hole 110. Specifically, the transducer 20 may be etched together with the waveguide array 10 to simultaneously form the first through hole 110 and the second through hole 210. That is, both the first through hole 110 and the second through hole 210 can be formed through one etching, and the first through hole 110 and the second through hole 210 formed in the same size are the same. It can be placed on a vertical line.

제2 관통홀(210)의 내부에는 압전 물질이 충진된다. 압전 물질은 후술할 전극(60, 70)으로부터 전압을 인가받아 초음파 신호를 생성하는 물질이다. 구체적으로, 압전 물질은 기계적인 힘을 전기적인 신호로 변환하거나 또는 전기적인 신호를 기계적인 힘으로 변환하는 역할을 하는 물질로서, 티타늄산납(PbTiO3), 티탄산바륨(BaTiO3) 또는 티탄산 지르콘산 납(PZT)일 수 있다. 이때, 트랜스듀서(20)의 일면에 별도의 진공펌프를 설치하여 제2 관통홀(210) 내부로의 음압을 형성시켜 압전 물질의 유입을 보다 쉽게 이룰 수 있게 된다. 이와 같은 구성을 통해 압전 물질이 제2 관통홀(210) 내부에서 완전히 충진되므로 제2 관통홀(210)들의 균일도가 향상되고 그 내구성 역시 향상되게 된다.A piezoelectric material is filled in the second through hole 210. The piezoelectric material is a material that generates an ultrasonic signal by applying a voltage from electrodes 60 and 70 to be described later. Specifically, the piezoelectric material is a material that serves to convert a mechanical force into an electrical signal or an electrical signal into a mechanical force, such as lead titanate (PbTiO 3 ), barium titanate (BaTiO 3 ), or zirconate titanate. It can be lead (PZT). At this time, by installing a separate vacuum pump on one surface of the transducer 20 to form a negative pressure into the second through-hole 210, it is possible to more easily achieve the inflow of the piezoelectric material. Through this configuration, since the piezoelectric material is completely filled in the second through hole 210, the uniformity of the second through holes 210 is improved and the durability is also improved.

제2 관통홀(210) 내부에 압전 물질이 충전되고 난 다음에는 압전 물질을 급속 열처리하여 압전 물질을 소결함으로써 압전성 기둥부(50)를 형성하게 된다. 압전 물질을 급속 열처리함으로써 제2 관통홀(220) 내부에 충전된 압전 물질이 제2 관통홀(220) 내부에 충전된 형상을 그대로 유지하면서 소결된다. 급속 열처리의 조건은 850℃에서 1000℃ 구간에서 1분 이상 20분 이내의 조건이다.After the piezoelectric material is filled in the second through hole 210, the piezoelectric material is rapidly heat-treated to sinter the piezoelectric material to form the piezoelectric pillar portion 50. By rapidly heat-treating the piezoelectric material, the piezoelectric material filled in the second through hole 220 is sintered while maintaining the shape filled in the second through hole 220. The conditions of the rapid heat treatment are conditions within 1 minute to 20 minutes in a section of 850 ° C to 1000 ° C.

이때, 제1 관통홀(110)과 제2 관통홀(220)의 크기가 동일하므로, 도파관(40)과 압전성 기둥부(50) 역시 동일한 크기로 제공된다. 또한, 제1 관통홀(110)과 제2 관통홀(220)이 동일한 수직 선상에 위치하므로, 도파관(40)과 압전성 기둥부(50) 역시 동일한 수직 선상에 위치된다. 즉, 압전성 기둥부(50)에서 생성된 초음파 신호가 동일 수직 선상에 있는 도파관(40)으로 용이하게 전달될 수 있다.At this time, since the sizes of the first through hole 110 and the second through hole 220 are the same, the waveguide 40 and the piezoelectric pillar 50 are also provided in the same size. In addition, since the first through hole 110 and the second through hole 220 are positioned on the same vertical line, the waveguide 40 and the piezoelectric pillar portion 50 are also located on the same vertical line. That is, the ultrasonic signal generated in the piezoelectric pillar portion 50 can be easily transmitted to the waveguide 40 on the same vertical line.

압전성 기둥부(400)의 상부 및 하부에는 제1 전극(60) 및 제2 전극(70)이 구비된다. 압전성 기둥부(400)는 트랜스듀서(20)를 상, 하로 관통하는 제2 관통홀(220) 내에 충전되어 수 많은 제2 기공(210)을 갖는 트랜스듀서(20)에 의해 감싸지는 형태의 구성을 가진다. 양극 산화막으로 제공되는 트랜스듀서(20)는 전기적으로 절연 특성을 가지고 있기 때문에 제1 전극(60) 및 제2 전극(70)을 위한 별도의 절연층이 필요치 않게 된다.The first electrode 60 and the second electrode 70 are provided at upper and lower portions of the piezoelectric pillar part 400. The piezoelectric pillar portion 400 is filled in the second through hole 220 penetrating the transducer 20 up and down, and is configured to be wrapped by the transducer 20 having a large number of second pores 210. Have Since the transducer 20 provided as the anodic oxide layer has electrical insulating properties, separate insulating layers for the first electrode 60 and the second electrode 70 are not required.

제1 전극(60)과 제2 전극(70)은 트랜스듀서(20)의 상, 하부에서 서로 교차하는 형태로 형성된다. 다시 말해 제1 전극(60)이 트랜스듀서(20)의 상면에서 가로 방향으로 형성된다면 제2 전극(70)은 트랜스듀서(20)의 하면에서 세로 방향으로 형성된다. 또한, 제1 전극(60)과 제2 전극(70)의 사이에 압전 물질이 충전된 압전성 기둥부(50)가 위치한다. 제1, 2 전극(60, 70)은 트랜스듀서(20)의 표면에 스퍼터링 공정을 통해 증착되어 형성된다. 제1,2전극(200, 300)은 Pt, W, Co, Ni, Au, Cu 중 하나 또는 적어도 하나를 포함하는 혼합물로 구성될 수 있다.The first electrode 60 and the second electrode 70 are formed to cross each other at the top and bottom of the transducer 20. In other words, if the first electrode 60 is formed in the horizontal direction on the upper surface of the transducer 20, the second electrode 70 is formed in the vertical direction on the lower surface of the transducer 20. In addition, a piezoelectric pillar portion 50 filled with a piezoelectric material is positioned between the first electrode 60 and the second electrode 70. The first and second electrodes 60 and 70 are formed by depositing on the surface of the transducer 20 through a sputtering process. The first and second electrodes 200 and 300 may be formed of a mixture including one or at least one of Pt, W, Co, Ni, Au, and Cu.

제1, 2 전극(60, 70)은 트랜스듀서(20)의 상, 하부에 각각 서로 이격된 형태로 나란하게 복수개 구비된다. 이때, 제1, 2 전극(60, 70)의 이격 거리는 복수개의 압전성 기둥부(50)의 이격 거리에 대응된다. The first and second electrodes 60 and 70 are provided on the upper and lower sides of the transducer 20 in parallel with each other in a spaced apart form. At this time, the separation distances of the first and second electrodes 60 and 70 correspond to the separation distances of the plurality of piezoelectric pillar parts 50.

또한, 제1, 2 전극(60, 70)은 서로 반대되는 극성으로 제공된다. 예를 들어, 제1 전극(60)이 양극으로 제공되면, 제2 전극(70)은 음극으로 제공된다. 또는, 2개의 전극(60, 70) 중 어느 하나를 접지 전극으로 이용할 수 있다.Further, the first and second electrodes 60 and 70 are provided with opposite polarities. For example, when the first electrode 60 is provided as an anode, the second electrode 70 is provided as a cathode. Alternatively, any one of the two electrodes 60 and 70 can be used as a ground electrode.

별도의 전원장치를 통해 제1, 2전극(60, 70)에 전압이 인가되면, 압전성 기둥부(50)는 상하로 진동되면서 초음파 신호를 생성하고, 3차원 물체에 반사되어 되돌아오는 초음파 신호에 의해 압전성 기둥부(50)가 변형하면서 발생시키는 전위차를 토대로 3차원 물체의 형상 이미지를 측정하게 된다.When voltage is applied to the first and second electrodes 60 and 70 through a separate power supply device, the piezoelectric pillar portion 50 vibrates up and down to generate an ultrasonic signal, which is reflected by a 3D object and returns to the ultrasonic signal. Accordingly, the shape image of the 3D object is measured based on the potential difference generated while the piezoelectric pillar portion 50 is deformed.

이때, 압전성 기둥부(50)는 횡방향을 포함하는 모든 방향으로 초음파를 생성하게 되는데, 압전성 기둥부(50)의 측면에서 발사된 초음파는 3차원 형상에 의해 반사되지 않고 인접한 압전성 기둥부(50)에 의해 직접 검출되어 노이즈가 발생하게 된다. 하지만, 압전성 기둥부(50)는 트랜스듀서(20)를 상, 하로 관통하는 제2 관통홀(220) 내에 충전되어 수많은 제2 기공(210)을 갖는 트랜스듀서(20)에 의해 감싸지는 구성에 따르면, 인접한 압전성 기둥부(50)의 측면에 발생한 초음파는 인접하는 수많은 제2 기공(210) 들에 의해 감쇠되므로 인접한 압전성 기둥부(50)에 의한 노이즈를 효과적으로 제거할 수 있게 된다.At this time, the piezoelectric pillar portion 50 generates ultrasonic waves in all directions including the transverse direction, and the ultrasonic waves emitted from the side surfaces of the piezoelectric pillar portion 50 are not reflected by the 3D shape and are adjacent to the piezoelectric pillar portion 50 ), And noise is generated. However, the piezoelectric pillar portion 50 is filled in the second through-hole 220 penetrating the transducer 20 up and down, and is wrapped in the transducer 20 having numerous second pores 210. According to this, the ultrasonic waves generated on the side surfaces of the adjacent piezoelectric pillars 50 are attenuated by a number of adjacent second pores 210, so that noise by the adjacent piezoelectric pillars 50 can be effectively removed.

도파관 어레이(10)와 트랜스듀서(20) 사이에는 음향 커플링 물질(30)이 제공된다. 음향 커플링 물질(30)은 인체 조직의 음향 임피던스와 유사한 음향 임피던스로 제공되는 물질 또는 압전성 기둥부(50)의 음향 임피던스와 인체 조직의 음향 인피던스의 사이 값을 갖는 물질로서, 트랜스듀서(20)로부터 초음파 신호를 전달 받은 후 도파관 어레이(10)에 전달한다. 음향 커플링 물질(30)은 제1 관통홀(110)에 충진되는 음향 커플링 물질과 동일한 물질일 수 있으나, 음향 커플링 물질(30)의 종류는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 관통홀(110)에 PMMA가 충진될 때, 도파관 어레이(10)와 트랜스듀서(20) 사이의 음향 커플링 물질(30)은 PDMS로 제공될 수 있다. An acoustic coupling material 30 is provided between the waveguide array 10 and the transducer 20. The acoustic coupling material 30 is a material provided with an acoustic impedance similar to the acoustic impedance of human tissue or a material having a value between the acoustic impedance of the piezoelectric pillar portion 50 and the acoustic impedance of human tissue, and the transducer 20 After receiving the ultrasonic signal from, it is transmitted to the waveguide array 10. The acoustic coupling material 30 may be the same material as the acoustic coupling material filled in the first through hole 110, but the type of the acoustic coupling material 30 is not limited thereto. For example, when the PMMA is filled in the first through hole 110, the acoustic coupling material 30 between the waveguide array 10 and the transducer 20 may be provided as PDMS.

도 4는 도 1의 초음파 센서가 지문을 인식하는 것을 도시한 도면이다.4 is a diagram illustrating that the ultrasonic sensor of FIG. 1 recognizes a fingerprint.

도 4를 참조하면, 도파관 어레이(10)의 상부에 손가락 등의 물체가 접촉된다. 육안으로는 확인이 어려우나, 손가락의 지문은 수많은 골(V)과 마루(R)가 반복되는 패턴을 갖는다. 이때, 골(V)과 마루(R)는 높이차를 가지므로, 지문의 골(V)은 도파관 어레이(10)의 상부와 직접 접촉되지 않고, 지문의 마루(R)는 도파관 어레이(10)의 하부와 직접 접촉된다. 즉, 지문의 골(V)과 도파관 어레이(10)의 사이에는 공기층이 형성된다.Referring to FIG. 4, an object such as a finger is in contact with the upper portion of the waveguide array 10. It is difficult to check with the naked eye, but the fingerprint of the finger has a pattern in which numerous valleys (V) and floors (R) are repeated. At this time, since the bone (V) and the floor (R) has a height difference, the bone (V) of the fingerprint is not in direct contact with the top of the waveguide array 10, the floor (R) of the fingerprint is the waveguide array (10) It is in direct contact with the lower part of the. That is, an air layer is formed between the bone V of the fingerprint and the waveguide array 10.

압전성 기둥부(50)에서 생성된 초음파 신호는 음향 커플링 물질(30)을 거쳐 도파관(40)으로 전달된다(화살표 a 참조). 이때, 도파관(40)은 생체 음향 임피던스와 유사한 음향 임피던스 또는 압전성 기둥부(50)의 음향 임피던스와 인체 조직의 음향 인피던스의 사이 값을 가지므로, 도파관(40) 내부에 전달된 초음파 신호는 손가락에 전달될 수 있다. 구체적으로, 도파관(40)과 접촉되는 지문의 마루(R)는 도파관(40)에서 방출되는 초음파 신호를 대부분 전달받고(화살표 b 참조), 지문의 골(V)은 도파관(40)과의 사이에 형성되는 공기층을 초음파 신호가 대부분 통과하지 못하므로 극히 일부의 초음파 신호만 전달받는다(화살표 c 참조). 이에 따라, 지문의 마루(R) 측으로 초음파 신호를 전달하는 도파관(40)은 극히 일부의 초음파 신호만 반사되고(화살표 d 참조), 지문의 골(V) 측으로 초음파 신호를 전달하는 도파관(40)은 대부분의 초음파 신호가 반사된다(화살표 e 참조). 즉, 초음파 센서(1)는 도파관(40)에 반사되어 돌아오는 초음파 신호의 크기에 따라 지문을 인식할 수 있다.The ultrasonic signal generated by the piezoelectric pillar portion 50 is transmitted to the waveguide 40 through the acoustic coupling material 30 (see arrow a). At this time, the waveguide 40 has a value between the acoustic impedance similar to the bio-acoustic impedance or the acoustic impedance of the piezoelectric pillar 50 and the acoustic impedance of the human body tissue, so the ultrasonic signal transmitted inside the waveguide 40 is transmitted to the finger. Can be delivered. Specifically, the floor (R) of the fingerprint in contact with the waveguide 40 receives most of the ultrasonic signal emitted from the waveguide 40 (see arrow b), and the bone V of the fingerprint is between the waveguide 40 Since most of the ultrasonic signals do not pass through the air layer formed on the surface, only a small portion of the ultrasonic signals are transmitted (see arrow c). Accordingly, the waveguide 40 for transmitting the ultrasonic signal to the floor (R) side of the fingerprint is only a portion of the ultrasonic signal is reflected (see arrow d), the waveguide 40 for transmitting the ultrasonic signal to the bone (V) side of the fingerprint Is reflected by most ultrasonic signals (see arrow e). That is, the ultrasonic sensor 1 may recognize the fingerprint according to the size of the ultrasonic signal reflected and returned by the waveguide 40.

이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초음파 센서(1)의 작용 및 효과에 대해 설명하겠다.Hereinafter, the operation and effects of the ultrasonic sensor 1 according to a preferred embodiment of the present invention having the above configuration will be described.

우선, 초음파 센서(1)는 상부에 도파관 어레이(10)가 제공되고, 하부에 트랜스듀서(20)가 제공되며, 도파관 어레이(10)와 트랜스듀서(20)의 사이에 음향 커플링 물질(30)이 제공된다. 이때, 초음파 센서(1)의 상부는 손가락의 일부가 접촉되는 측을 의미한다.First, the ultrasonic sensor 1 is provided with a waveguide array 10 at the top, a transducer 20 is provided at the bottom, an acoustic coupling material 30 between the waveguide array 10 and the transducer 20 ) Is provided. At this time, the upper portion of the ultrasonic sensor 1 means a side where a part of the finger is in contact.

도파관 어레이(10) 및 트랜스듀서(20)는 양극 산화막으로 제공되며, 양극 산화 시 형성되는 복수개의 기공(110, 210)이 구비된다. 또한, 도파관 어레이(10) 및 트랜스듀서(20)는 에칭을 통해 관통홀(120, 220)을 형성한다. 관통홀(120, 220)은 기공(110, 210)과 수직 방향으로 나란하게 형성되며, 내부에 각각 음향 커플링 물질 및 압전 물질이 충진된다.The waveguide array 10 and the transducer 20 are provided as an anodized film, and are provided with a plurality of pores 110 and 210 formed during anodizing. In addition, the waveguide array 10 and the transducer 20 form through holes 120 and 220 through etching. The through-holes 120 and 220 are formed parallel to the pores 110 and 210 in the vertical direction, and an acoustic coupling material and a piezoelectric material are respectively filled therein.

구체적으로, 도파관 어레이(10)의 제1 관통홀(120)에는 음향 커플링 물질이 충진되며, 트랜스듀서(20)의 제2 관통홀(220)에는 압전 물질이 충진된다. Specifically, an acoustic coupling material is filled in the first through hole 120 of the waveguide array 10, and a piezoelectric material is filled in the second through hole 220 of the transducer 20.

도파관 어레이(10) 및 트랜스듀서(20)가 양극 산화막으로 제공됨에 따라, 종횡비가 큰 관통홀(120, 220)의 형성이 용이해진다. 즉, 종횡비가 큰 도파관(40)을 용이하게 형성할 수 있고, 이에 따라, 초음파 센서(1)의 단가 역시 낮아지는 효과를 가진다.As the waveguide array 10 and the transducer 20 are provided as an anode oxide film, it is easy to form through holes 120 and 220 having a large aspect ratio. That is, the waveguide 40 having a large aspect ratio can be easily formed, and accordingly, the unit price of the ultrasonic sensor 1 is also lowered.

제1 관통홀(120) 및 제2 관통홀(220)은 동시에 형성될 수 있다. 구체적으로, 도파관 어레이(10)와 트랜스듀서(20)는 겹쳐진 상태에서 한 번에 에칭하여 제1 관통홀(120) 및 제2 관통홀(222)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 도파관(40) 및 압전성 기둥부(50)의 크기가 동일하게 형성될 수 있으며, 동일한 수직 선상에 도파관(40) 및 압전성 기둥부(50)가 위치되어 초음파 신호의 전달이 용이할 수 있다. The first through hole 120 and the second through hole 220 may be formed at the same time. Specifically, the waveguide array 10 and the transducer 20 may be etched at one time in an overlapped state to form the first through hole 120 and the second through hole 222. Accordingly, the size of the waveguide 40 and the piezoelectric pillar portion 50 may be the same, and the waveguide 40 and the piezoelectric pillar portion 50 may be positioned on the same vertical line to facilitate transmission of the ultrasonic signal. have.

압전성 기둥부(50)의 상부 및 하부에는 각각 제1 전극(60) 및 제2 전극(70)이 구비된다. 제1 전극(60)과 제2 전극(70)은 서로 교차하는 방향으로 제공되고, 서로 반대되는 극성으로 제공된다. The first electrode 60 and the second electrode 70 are provided on upper and lower portions of the piezoelectric pillar portion 50, respectively. The first electrode 60 and the second electrode 70 are provided in directions intersecting each other, and are provided with opposite polarities.

전극(60, 70)에 전압이 인가되면, 전극(60, 70)과 연결된 압전성 기둥부(50)는 상하로 진동하면서 초음파 신호를 생성한다. 압전성 기둥부(50)에서 생성된 초음파 신호는 음향 커플링 물질(30)을 거쳐 도파관(40)에 전달된다. 이때, 도파관 어레이(10)는 제1 관통홀(120)에만 도파관(40)이 구비되므로, 도파관(40) 이외의 제1 기공(110)으로는 초음파 신호를 전달하지 못한다.When a voltage is applied to the electrodes 60 and 70, the piezoelectric pillar parts 50 connected to the electrodes 60 and 70 generate ultrasonic signals while vibrating up and down. The ultrasonic signal generated by the piezoelectric pillar portion 50 is transmitted to the waveguide 40 through the acoustic coupling material 30. At this time, since the waveguide array 10 is provided with the waveguide 40 only in the first through hole 120, the ultrasonic wave signal cannot be transmitted to the first pores 110 other than the waveguide 40.

또한, 압전성 기둥부(50)는 수많은 제2 기공(210)을 갖는 트랜스듀서(20)에 의해 감싸지므로, 압전성 기둥부(50)의 측면에서 발생한 초음파는 제2 기공(210)들에 의해 감쇠되어 인접한 압전성 기둥부(50)에 의한 노이즈를 효과적으로 제거할 수 있게 된다. 즉, 초음파 센서(1)의 신호 감도가 향상되는 효과를 가진다.In addition, since the piezoelectric pillar portion 50 is wrapped by the transducer 20 having a large number of second pores 210, ultrasonic waves generated on the side surfaces of the piezoelectric pillar portion 50 are attenuated by the second pores 210. As a result, noise caused by adjacent piezoelectric pillars 50 can be effectively removed. That is, it has an effect of improving the signal sensitivity of the ultrasonic sensor 1.

도파관(40)으로 전달된 초음파 신호는 도파관(40)과의 접촉 여부에 따라 손가락으로 전달된다. 구체적으로, 도파관(40)과 직접적으로 접촉되는 지문의 마루(R)에는 도파관(40)에서 방출되는 초음파 신호 중 대부분이 전달되고, 초음파 신호의 일부가 도파관(40)으로 반사된다. 또한, 도파관(40)과 직접적으로 접촉되지 않고 사이에 공기층이 형성되는 지문의 골(V)에는 도파관(40)에서 방출되는 초음파 신호 중 대부분이 도파관(40)으로 다시 반사되고, 극히 일부의 초음파 신호만이 지문의 골(V)로 전달된다. 이에 따라, 지문의 형상에 따라 도파관(40)에 다시 반사되는 초음파 신호의 강도가 달라지므로, 초음파 센서(1)는 반사되는 초음파 신호의 강도를 통해 초음파 센서(1)에 접촉되는 지문의 형상을 인식할 수 있다.The ultrasonic signal transmitted to the waveguide 40 is transmitted to the finger according to whether it is in contact with the waveguide 40. Specifically, most of the ultrasonic signals emitted from the waveguide 40 are transmitted to the floor R of the fingerprint that is in direct contact with the waveguide 40, and a portion of the ultrasonic signals is reflected to the waveguide 40. In addition, most of the ultrasonic signals emitted from the waveguide 40 are reflected back to the waveguide 40 in the bone V of the fingerprint in which the air layer is formed without directly contacting the waveguide 40, and very few ultrasonic waves Only the signal is transmitted to the bone V of the fingerprint. Accordingly, since the intensity of the ultrasonic signal reflected back to the waveguide 40 varies according to the shape of the fingerprint, the ultrasonic sensor 1 determines the shape of the fingerprint contacting the ultrasonic sensor 1 through the intensity of the reflected ultrasonic signal. Can be recognized.

이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 센서에 대하여 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명한다. 다만, 다른 실시예는 바람직한 실시예와 비교하여 제1 관통홀이 제공되지 않는 점에서 차이가 있으므로, 차이점을 위주로 설명하며 동일한 부분에 대하여는 바람직한 실시예의 설명과 도면 부호를 원용한다.Hereinafter, an ultrasonic sensor according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 to 7. However, in the other embodiments, there is a difference in that the first through-hole is not provided in comparison with the preferred embodiment, and thus the differences are mainly described, and the same parts are described with reference to the preferred embodiment and reference numerals.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 센서의 사시도이고, 도 6은 도 5의 분해 사시도이며, 도 7은 도 5의 단면도이다.5 is a perspective view of an ultrasonic sensor according to another embodiment of the present invention, FIG. 6 is an exploded perspective view of FIG. 5, and FIG. 7 is a cross-sectional view of FIG. 5.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 센서(1')는 도파관 어레이(10')의 제1 기공(110')에 음향 커플링 물질이 충진된다. 구체적으로, 제1 기공(110')은 도파관 어레이(10')를 상, 하로 관통하여 상부 및 하부가 모두 개방된 형태로 제공되며, 내부에 음향 커플링 물질이 제공된다. 5 to 7, the ultrasonic sensor 1 ′ according to another embodiment of the present invention is filled with an acoustic coupling material in the first pore 110 ′ of the waveguide array 10 ′. Specifically, the first pores 110 ′ penetrate the waveguide array 10 ′ up and down, and both upper and lower portions are provided in an open form, and an acoustic coupling material is provided therein.

구체적으로, 초음파 센서(1')는 별도의 진공펌프를 설치하여 제1 기공(110') 내부로의 음압을 형성시켜 음향 커플링 물질의 유입을 보다 쉽게 이룰 수 있게 된다. Specifically, the ultrasonic sensor 1 'may install a separate vacuum pump to form a negative pressure inside the first pore 110', thereby making it easier to achieve the influx of the acoustic coupling material.

제1 기공(110')은 나노 크기로 제공됨에 따라, 도파관(40')은 에칭으로 형성된 압전성 기둥부(50') 보다 작은 크기로 형성된다. 이에 따라, 하나의 압전성 기둥부(50')의 상측에 복수개의 도파관(40')이 위치한다. 즉, 압전성 기둥부(50')에서 전달되는 초음파 신호가 복수개의 도파관(40')으로 용이하게 전달될 수 있다.As the first pores 110 'are provided in a nano size, the waveguide 40' is formed in a smaller size than the piezoelectric pillar portion 50 'formed by etching. Accordingly, a plurality of waveguides 40 'are positioned above the one piezoelectric pillar portion 50'. That is, the ultrasonic signal transmitted from the piezoelectric pillar portion 50 'can be easily transmitted to the plurality of waveguides 40'.

또한, 손가락의 지문 형상에 따라 하나의 골(V) 또는 하나의 마루(R)에 복수개의 도파관(40')이 위치하게 된다. 구체적으로, 손가락이 초음파 센서(1')의 상부에 접촉될 경우, 지문의 골(V) 및 마루(R)에 각각 복수개의 도파관(40')이 대응되게 위치되고, 각각의 도파관(40')에서 손가락으로 초음파 신호가 방출된다. 또한, 지문의 형상에 따라 각각의 지문의 골(V) 및 마루(R)에서 복수개의 도파관(40')으로 초음파 신호가 반사된다. 이에 따라, 초음파 센서(1')는 반사되는 초음파 신호의 강도를 인식하여 지문을 인식할 수 있다.In addition, a plurality of waveguides 40 'are positioned in one valley V or one floor R depending on the shape of the finger. Specifically, when a finger is in contact with the upper portion of the ultrasonic sensor 1 ', a plurality of waveguides 40' are respectively positioned in the bones V and the floor R of the fingerprint, respectively, and each waveguide 40 ' ), The ultrasonic signal is emitted from the finger. Also, according to the shape of the fingerprint, the ultrasonic signal is reflected from the valley (V) and the floor (R) of each fingerprint to the plurality of waveguides 40 '. Accordingly, the ultrasound sensor 1 'may recognize the fingerprint by recognizing the intensity of the reflected ultrasound signal.

이상 본 발명의 실시예에 따른 도파관 어레이 및 이를 포함하는 초음파 센서를 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합, 치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.The waveguide array according to the embodiment of the present invention and the ultrasonic sensor including the same have been described above as a specific embodiment, but this is only an example, and the present invention is not limited thereto, and the widest range according to the basic idea disclosed herein It should be interpreted as having. Those skilled in the art may combine and replace the disclosed embodiments to implement patterns in a shape that is not timely, but this is also within the scope of the present invention. In addition, those skilled in the art can easily change or modify the disclosed embodiments based on the present specification, and it is obvious that such changes or modifications fall within the scope of the present invention.

1, 1': 초음파 센서
10, 10': 도파관 어레이 20, 20': 트랜스듀서
30, 30': 음향 커플링 물질 40, 40': 도파관
50, 50': 압전성 기둥부 60, 60': 제1 전극
70, 70': 제2 전극1, 1 ': ultrasonic sensor
10, 10 ': waveguide array 20, 20': transducer
30, 30 ': acoustic coupling material 40, 40': waveguide
50, 50 ': Piezoelectric pillar portion 60, 60': First electrode
70, 70 ': second electrode

Claims (8)

양극 산화막으로 제공되고, 음향 커플링 물질이 충진된 도파관을 구비하는 도파관 어레이.A waveguide array provided as an anode oxide film and having a waveguide filled with an acoustic coupling material. 제1 항에 있어서,
양극 산화 시 형성된 복수개의 기공의 상부 및 하부가 모두 개방되고, 상기 복수개의 기공에 상기 음향 커플링 물질이 충진되어 상기 도파관을 이루는 도파관 어레이.According to claim 1,
The upper and lower portions of a plurality of pores formed at the time of anodization are opened, and the acoustic coupling material is filled in the plurality of pores to form the waveguide. 제1 항에 있어서,
양극 산화 시 형성된 복수개의 기공과 수직 방향으로 나란히 형성되는 복수개의 관통홀을 포함하고,
상기 관통홀에 상기 음향 커플링 물질이 충진되어 상기 도파관을 이루는 도파관 어레이.According to claim 1,
It includes a plurality of through holes formed in a vertical direction with a plurality of pores formed during anodization,
The waveguide array is formed by filling the through hole with the acoustic coupling material to form the waveguide. 양극 산화막으로 제공되고, 음향 커플링 물질이 충진된 도파관을 구비하는 도파관 어레이;
초음파를 송수신하는 트랜스듀서; 및
상기 도파관 어레이와 상기 트랜스듀서 사이에 구비되는 음향 커플링 물질을 포함하는 초음파 센서.A waveguide array provided as an anode oxide and having a waveguide filled with an acoustic coupling material;
A transducer that transmits and receives ultrasonic waves; And
An ultrasonic sensor including an acoustic coupling material provided between the waveguide array and the transducer. 제4 항에 있어서,
상기 도파관 어레이는,
양극 산화 시 형성된 복수개의 기공의 상부 및 하부가 모두 개방되고, 상기 복수개의 기공에 상기 음향 커플링 물질이 충진되어 상기 도파관을 이루는 초음파 센서.According to claim 4,
The waveguide array,
The upper and lower portions of a plurality of pores formed during anodization are opened, and the acoustic coupling material is filled in the plurality of pores to form the waveguide. 제4 항에 있어서,
상기 도파관 어레이는,
양극 산화 시 형성된 복수개의 기공과 수직 방향으로 나란히 형성되는 복수개의 제1 관통홀을 포함하고,
상기 제1 관통홀에 상기 음향 커플링 물질이 충진되어 상기 도파관을 이루는 초음파 센서.According to claim 4,
The waveguide array,
It includes a plurality of first through-holes formed in parallel with a plurality of pores formed during anodization,
The ultrasonic sensor forming the waveguide by filling the acoustic coupling material in the first through hole. 제6 항에 있어서,
상기 트랜스듀서는 복수개의 제2 관통홀을 포함하고,
상기 제2 관통홀은 상기 제1 관통홀과 동일한 크기로 제공되는 초음파 센서.The method of claim 6,
The transducer includes a plurality of second through holes,
The second through hole is an ultrasonic sensor provided in the same size as the first through hole. 제7 항에 있어서,
상기 제2 관통홀은 상기 제1 관통홀과 동일한 수직 선상에 위치하는 초음파 센서.The method of claim 7,
The second through hole is an ultrasonic sensor positioned on the same vertical line as the first through hole.
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