KR101833892B1 - Piezoelectric-mems high directional loudspeaker and beam steering method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 압전 멤스 기반 초지향성 라우드 스피커 및 이의 빔 조향 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파라메트릭 어레이를 이용한 압전 멤스 기반 초지향성 라우드 스피커 및 이의 빔 조향 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a piezoelectric MEMS-based super-directional loudspeaker and a beam steering method thereof, and more particularly, to a piezoelectric MEMS-based super-directional loudspeaker using a parametric array and a beam steering method thereof.
파라메트릭 어레이(parametric array)란 서로 다른 고주파수의 음향 신호를 강하게 발생시키면, 매질의 비선형 음향 전달 현상에 의해 특정 방향으로만 높은 방향성을 가진 저주파 음향 신호가 만들어지는 것을 의미한다.A parametric array means that when a high frequency acoustic signal is strongly generated, a low-frequency acoustic signal having a high directivity in only a specific direction is produced by the nonlinear acoustic transfer phenomenon of the medium.
일반적으로 음향 신호는 주파수가 높거나(예를 들어 초음파) 음향 신호를 발생시키는 장치(트랜스듀서)의 크기가 커질수록 방향성이 높아지게 되어 특정 방향으로만 소리를 보내는 것이 가능해진다. 가청음(20Hz 내지 20kHz)의 경우 주파수가 낮으므로(방향성이 충분히 높지 않으므로) 트랜스듀서가 매우 크지 않는 한 모든 방향으로 소리가 전달된다.In general, the higher the frequency of a sound signal (for example, an ultrasonic wave) or the larger the size of a device (transducer) for generating an acoustic signal, the higher the directionality. In the case of audible sound (20 Hz to 20 kHz), the sound is transmitted in all directions unless the transducer is very large (because the directionality is not sufficiently high).
그런데 파라메트릭 어레이 현상을 공기 중에서 구현하면, 작은 크기의 트랜스듀서를 이용하여도 특정 방향으로만 가청음을 전달하는 것이 가능해진다. 이를 공기 중 파라메트릭 어레이 현상이라 하며, 공기 중 파라메트릭 어레이를 이용한 라우드 스피커에 대한 연구 개발이 진행되고 있다.However, when the parametric array phenomenon is realized in the air, it becomes possible to transmit the audible sound only in a specific direction by using a small-sized transducer. This is called parametric array phenomenon in air, and research and development on a loudspeaker using a parametric array in air is underway.
본 발명은 각 트랜스듀서의 독립적인 구동이 가능하여 음파 빔의 정밀 조향이 가능한 압전 멤스 기반 초지향성 라우드 스피커 및 이의 빔 조향 방법을 제공하고자 한다.The present invention provides a piezoelectric MEMS-based super-directional loudspeaker capable of independently driving each transducer and capable of precisely steering a sound beam, and a beam steering method thereof.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파를 발생시키는 복수의 트랜스듀서를 포함하는 압전 멤스 기반 초지향성 라우드 스피커의 빔 조향 방법은, 상기 복수의 트랜스듀서 각각의 특성 보상 파라미터를 메모리로부터 독출하는 단계, 상기 특성 보상 파라미터를 기초로, 상기 복수의 트랜스듀서 각각에 대해 구동 신호를 생성하는 단계, 상기 복수의 트랜스듀서 각각에 상기 구동 신호를 인가하는 단계, 및 상기 복수의 트랜스듀서가 상기 구동 신호에 대응하여 초음파를 발생시키는 단계를 포함할 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of steering a piezoelectric MEMS-based supergain loudspeaker including a plurality of transducers for generating ultrasonic waves, Generating a drive signal for each of the plurality of transducers based on the characteristic compensation parameter, applying the drive signal to each of the plurality of transducers, And generating ultrasonic waves corresponding to the driving signals.
상기 특성 보상 파라미터는, 상기 복수의 트랜스듀서에 동일한 기준 전압을 인가한 상태에서 상기 복수의 트랜스듀서 각각의 출력을 측정하여 획득될 수 있다.The characteristic compensation parameter may be obtained by measuring an output of each of the plurality of transducers while applying the same reference voltage to the plurality of transducers.
상기 구동 신호를 생성하는 단계는, 반송파 신호를 이용하여 입력 신호를 상기 복수의 트랜스듀서 각각에 대응하는 상기 구동 신호로 변조하는 단계, 및 상기 복수의 트랜스듀서와 일대 일로 연결되는 복수의 전력 증폭기를 이용하여 상기 복수의 트랜스듀서 각각에 인가되는 상기 구동 신호를 증폭하는 단계를 포함할 수 있다. Wherein the step of generating the drive signal comprises the steps of modulating an input signal with the drive signal corresponding to each of the plurality of transducers using a carrier signal, and modulating a plurality of power amplifiers And amplifying the drive signal applied to each of the plurality of transducers.
상기 구동 신호를 생성하는 단계는, 상기 복수의 트랜스듀서 각각에 대응하는 상기 특성 보상 파라미터를 기초로, 상기 복수의 트랜스듀서 각각에 인가되는 상기 구동 신호의 위상을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다. The step of generating the drive signal may further comprise adjusting a phase of the drive signal applied to each of the plurality of transducers based on the characteristic compensation parameter corresponding to each of the plurality of transducers .
상기 증폭하는 단계는, 상기 복수의 트랜스듀서 각각에 대응하는 상기 특성 보상 파라미터를 기초로, 상기 복수의 전력 증폭기의 증폭 이득을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다. The amplifying may further include adjusting amplification gains of the plurality of power amplifiers based on the characteristic compensation parameters corresponding to each of the plurality of transducers.
상기 상기 복수의 트랜스듀서는 서로 다른 크기를 가지는 두 종류 이상의 트랜스듀서를 포함하며, 상기 변조하는 단계는, 상기 복수의 트랜스듀서 각각의 종류에 따라, 상기 입력 신호를 상기 구동 신호로 변조하는데 사용하는 상기 반송파 신호를 다르게 선택하는 단계를 포함할 수 있다. Wherein the plurality of transducers include two or more kinds of transducers having different sizes, and the modulating step includes a step of modulating the input signal with the drive signal according to the type of each of the plurality of transducers And selecting the carrier signal differently.
상기 초음파를 발생시키는 단계는, 상기 복수의 트랜스듀서 각각의 종류에 따라, 서로 다른 주파수의 초음파를 발생시키는 단계를 포함할 수 있다. The generating of the ultrasonic waves may include generating ultrasonic waves of different frequencies according to the types of the plurality of transducers.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 압전 멤스 기반 초지향성 라우드 스피커는, 초음파를 발생시키는 복수의 트랜스듀서, 및 상기 복수의 트랜스듀서에 일대 일로 연결되며, 입력 신호를 변조 및 증폭하여 상기 복수의 트랜스듀서 중 대응하는 트랜스듀서로 출력하는 복수의 집적 회로를 포함하며, 상기 복수의 집적 회로는 각각, 반송파를 이용하여 상기 입력 신호를 상기 복수의 트랜스듀서 중 대응하는 트랜스듀서의 구동 신호로 변조하는 신호 처리기, 및 상기 구동 신호를 증폭하여 상기 복수의 트랜스듀서 중 대응하는 트랜스듀서로 인가하는 전력 증폭기를 포함할 수 있다. In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric MEMS-based supergain loudspeaker comprising: a plurality of transducers for generating ultrasonic waves; and a plurality of transducers connected in parallel to the plurality of transducers for modulating and amplifying input signals, And a plurality of integrated circuits outputting to a corresponding one of the transducers, wherein each of the plurality of integrated circuits modulates the input signal into a driving signal of a corresponding transducer of the plurality of transducers using a carrier wave A signal processor, and a power amplifier for amplifying the driving signal and applying the amplified driving signal to a corresponding transducer of the plurality of transducers.
상기 복수의 집적 회로는 각각, 상기 복수의 트랜스듀서 중 대응하는 트랜스듀서의 특성 보상 파라미터를 저장하는 메모리를 더 포함하고, 상기 복수의 집적 회로는 각각, 상기 특성 보상 파라미터를 기초로 상기 복수의 트랜스듀서 중 대응하는 트랜스듀서로 인가되는 상기 구동 신호의 위상 또는 증폭 이득을 조절할 수 있다. Each of said plurality of integrated circuits further comprising a memory for storing characteristic compensation parameters of a corresponding transducer of said plurality of transducers, each of said plurality of integrated circuits comprising: The phase or amplification gain of the driving signal applied to the corresponding transducer in the ducer can be adjusted.
상기 압전 멤스 기반 초지향성 라우드 스피커는 상기 복수의 트랜스듀서가 위치하는 기판, 상기 복수의 집적 회로가 실장되며, 상기 복수의 트랜스듀서 각각을 수용하는 복수의 오목부를 포함하고, 상기 기판 상에 결합하여 상기 복수의 트랜스듀서를 보호하는 보호 기판, 상기 기판 상에 위치하며, 상기 복수의 트랜스듀서 각각에 연결되는 제1 배선부, 상기 보호 기판에 형성된 복수의 비아 홀을 통해 상기 제1 배선부와 상기 복수의 집적 회로를 연결하는 제2 배선부를 포함할 수 있다. Wherein the piezoelectric MEMS-based supergain loudspeaker comprises a substrate on which the plurality of transducers are located, a plurality of recesses on which the plurality of integrated circuits are mounted and each of the plurality of transducers is received, A first wiring part connected to each of the plurality of transducers and located on the substrate, and a second wiring part connected to each of the plurality of transducers through a plurality of via holes formed in the protective substrate, And a second wiring portion connecting the plurality of integrated circuits.
상기 기판은 제1 실리콘층과 식각 정지막 및 제2 실리콘층의 다층막으로 구성되고, 상기 제1 실리콘층은 상기 복수의 트랜스듀서 각각에 대응하는 복수의 개구부를 포함할 수 있다. The substrate may be composed of a first silicon layer, a multilayer film of an etch stop film and a second silicon layer, and the first silicon layer may include a plurality of openings corresponding to each of the plurality of transducers.
상기 복수의 트랜스듀서 각각은 제1 전극, 압전층 및 제2 전극의 다층막으로 구성되고, 상기 제1 배선부는 상기 복수의 트랜스듀서 각각의 제1 전극에 연결된 복수의 제1 하부 배선과, 상기 복수의 트랜스듀서 각각의 제2 전극에 연결된 복수의 제2 하부 배선을 포함할 수 있다.Wherein each of the plurality of transducers comprises a multilayer film of a first electrode, a piezoelectric layer, and a second electrode, the first wiring portion includes a plurality of first lower wiring connected to the first electrode of each of the plurality of transducers, And a plurality of second lower wirings connected to the second electrode of each of the transducers.
상기 제1 하부 배선은 상기 제1 전극과 접하는 제1 커넥터와, 상기 제1 커넥터로부터 확장된 제1 확장부를 포함하며, 상기 제2 하부 배선은 상기 제2 전극과 접하는 에어 브릿지(air bridge) 형태의 제2 커넥터와, 상기 제2 커넥터로부터 확장된 제2 확장부를 포함할 수 있다. The first lower wiring includes a first connector in contact with the first electrode and a first extension extending from the first connector, and the second lower wiring includes an air bridge type A second connector of the second connector, and a second extension extending from the second connector.
상기 복수의 오목부 각각은 상기 트랜스듀서와 상기 제1 커넥터 및 상기 제2 커넥터를 수용하며, 상기 복수의 비아 홀은 상기 제1 확장부와 중첩되는 제1 비아 홀과, 상기 제2 확장부와 중첩되는 제2 비아 홀을 포함할 수 있다. Each of the plurality of recesses accommodates the transducer, the first connector, and the second connector, wherein the plurality of via holes include a first via hole overlapping the first extension portion, And may include an overlapping second via hole.
상기 제2 배선부는 상기 제1 비아 홀을 통해 상기 제1 하부 배선에 연결되는제1 상부 배선과, 상기 제2 비아 홀을 통해 상기 제2 하부 배선에 연결되는 제2 상부 배선을 포함할 수 있다. The second wiring portion may include a first upper wiring connected to the first lower wiring through the first via hole and a second upper wiring connected to the second lower wiring through the second via hole .
상기 복수의 집적 회로는 상기 제1 상부 배선과 상기 제2 상부 배선 중 어느 하나에 연결될 수 있다. The plurality of integrated circuits may be connected to any one of the first upper wiring and the second upper wiring.
상기 복수의 트랜스듀서는 서로 다른 크기를 가지는 두 종류 이상의 트랜스듀서를 포함하고, 상기 두 종류 이상의 트랜스듀서는 서로 다른 주파수의 초음파를 발생시킬 수 있다. The plurality of transducers may include two or more types of transducers having different sizes, and the two or more types of transducers may generate ultrasonic waves of different frequencies.
본 실시 예에 따르면, 각 트랜스듀서의 독립적인 구동이 가능하여 음파 빔의 정밀 조향이 가능한 압전 멤스 기반 초지향성 라우드 스피커 및 이의 빔 조향 방법을 제공할 수 있다. According to the present embodiment, it is possible to provide a piezoelectric MEMS-based super-directional loudspeaker capable of independently driving each transducer and precisely steering an acoustic wave beam, and a beam steering method thereof.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 압전 멤스 기반 초지향성 라우드 스피커의 부분 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 압전 멤스 기반 초지향성 라우드 스피커의 부분 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 압전 멤스 기반 초지향성 라우드 스피커중 트랜스듀서 어레이의 부분 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 압전 멤스 기반 초지향성 라우드 스피커중 트랜스듀서 어레이의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 압전 멤스 기반 초지향성 라우드 스피커의 개략적인 구조도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 압전 멤스 기반 초지향성 라우드 스피커의 집적 회로를 개략적으로 도시한 구조도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 압전 멤스 기반 초지향성 라우드 스피커의 빔 조향 방법을 개략적으로 도시한 것이다. 1 is a partial cross-sectional view of a piezoelectric MEMS-based supergain loudspeaker according to an embodiment of the present invention.
2 is a partial plan view of a piezoelectric MEMS-based supergain loudspeaker according to an embodiment of the present invention.
3 is a partial plan view of a transducer array of a piezoelectric MEMS based supergain loudspeaker in accordance with an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram of a transducer array of a piezoelectric MEMS-based supergain loudspeaker according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic structural view of a piezoelectric MEMS-based supergain loudspeaker according to an embodiment of the present invention.
6 is a schematic view illustrating an integrated circuit of a piezoelectric MEMS-based supergain loudspeaker according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic view illustrating a method of steering a piezoelectric MEMS-based supergain loudspeaker according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
명세서 전체에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때 이는 다른 부분의 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 그리고 "~위에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것을 의미하며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하지 않는다.When an element such as a layer, a film, an area, a plate, or the like is referred to as being "on" another element throughout the specification, it includes not only the element "directly above" another element but also the element having another element in the middle. And "above" means located above or below the object portion, and does not necessarily mean that the object is located on the upper side with respect to the gravitational direction.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 도면에 나타난 각 구성의 크기 및 두께 등은 설명의 편의를 위해 임의로 나타낸 것이므로, 본 발명은 도시한 바로 한정되지 않는다.When an element is referred to as "including" an element throughout the specification, it means that the element may further include other elements unless specifically stated otherwise. The sizes and thicknesses of the respective components shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of explanation, and the present invention is not limited to the illustrated ones.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 파라메트릭 어레이를 이용한 압전 멤스 기반 초지향성 라우드 스피커(이하, '라우드 스피커'라 칭함)의 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 라우드 스피커의 평면도이며, 도 3은 도 1에 도시한 라우드 스피커 중 트랜스듀서 어레이의 평면도이다. FIG. 1 is a cross-sectional view of a piezoelectric MEMS-based supergain loudspeaker (hereinafter referred to as 'loudspeaker') using a parametric array according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of the loudspeaker shown in FIG. 1 And Fig. 3 is a plan view of the transducer array of the loudspeaker shown in Fig.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 실시 예에 따른 라우드 스피커(100)는 기판(10)과, 기판(10) 상에 위치하는 트랜스듀서 어레이(40)와, 트랜스듀서 어레이(40)를 보호하는 보호 기판(50)과, 보호 기판(50)에 실장된 집적 회로(Integrated Circuit, IC)들를 포함할 수 있다.1 to 3, a
기판(10)은 실리콘 웨이퍼일 수 있으며, 산화막이 내장된 에스오아이(SOI, silicon-on-insulator) 웨이퍼일 수 있다. 후자의 경우, 기판(10)은 제1 실리콘층(11)과, 제1 실리콘층(11) 상에 위치하는 산화막(12)과, 산화막(12) 상에 위치하는 제2 실리콘층(13)을 포함할 수 있다. 산화막(12)은 식각 정지막으로 기능하며, 제1 실리콘층(11)은 제2 실리콘층(13)보다 큰 두께를 가진다.The
제1 실리콘층(11)에는 복수의 트랜스듀서(20) 각각에 대응하는 복수의 개구부(14)가 위치한다. 복수의 개구부(14)로 인해 기판(10) 중 복수의 트랜스듀서(20) 각각에 대응하는 부분이 박막 구조를 이룰 수 있다.In the
트랜스듀서 어레이(40)는 제2 실리콘층(13) 상에 위치하며, 서로간 거리를 두고 이격된 복수의 트랜스듀서(20)와, 복수의 트랜스듀서(20)와 전기적으로 연결된 제1 배선부(30)를 포함한다. The
트랜스듀서(20)는 멤스(MEMS, 미세 전자기계 시스템)으로 제작되는 압전 박막형 초음파 트랜스듀서로 이루어진다. 구체적으로, 트랜스듀서(20)는 제1 전극(21)과, 제1 전극(21) 상에 위치하는 압전층(22)과, 압전층(22) 상에 위치하는 제2 전극(23)을 포함한다. The
압전층(22)은 타이타늄산 지르콘산 연(lead zirconate titanate, PZT)을 포함하거나, PZT의 일부를 란타늄(La)으로 대체한 PLZT를 포함할 수 있다. 트랜스듀서(20)와 제1 실리콘층(11)의 개구부(14)는 원형으로 형성될 수 있으며, 개구부(14)의 폭(직경)이 트랜스듀서(20)의 폭(직경)보다 클 수 있다.The
제1 배선부(30)는 제1 전극(21)에 전기적으로 연결된 제1 하부 배선(31)과, 제2 전극(23)에 전기적으로 연결된 제2 하부 배선(35)을 포함한다. 제1 하부 배선(31)은 제1 전극(21)과 접하는 제1 커넥터(32)와, 트랜스듀서(20)의 일측에서 아크 모양으로 형성된 제1 확장부(33)를 포함할 수 있다. 제2 하부 배선(35)은 제2 전극(23)과 접하는 제2 커넥터(36)와, 트랜스듀서(20)의 타측에서 아크 모양으로 형성된 제2 확장부(37)를 포함할 수 있다.The
이때 제2 커넥터(36)는 제1 전극(21)과 통전되지 않도록 기판(10) 상에서 떠 있는 에어 브릿지(air bridge) 형태로 존재할 수 있다. 에어 브릿지 형태의 제2 커넥터(36)는 포토레지스트를 이용하여 형성될 수 있다. 제1 전극(21)과 제1 커넥터(32)는 같은 물질로 동시에 형성될 수 있다.At this time, the
보호 기판(50)은 실리콘 웨이퍼일 수 있으며, 트랜스듀서 어레이(40)를 보호하기 위해 기판(10) 상에 고정된다. 기판(10)을 향한 보호 기판(50)의 일면에는 복수의 트랜스듀서(20) 각각에 대응하는 복수의 오목부(55)가 위치한다. 오목부(55)는 원형일 수 있으며, 트랜스듀서(20)와 제1 커넥터(32) 및 제2 커넥터(36)를 수용하는 크기로 형성될 수 있다. 오목부(55)의 폭(직경)은 개구부(14)의 폭(직경)보다 클 수 있다.The
보호 기판(50)에는 복수의 비아 홀(51, 52)이 위치한다. 복수의 비아 홀(51,52)은 제1 하부 배선(31)의 제1 확장부(33)와 중첩되는 제1 비아 홀(51)과, 제2 하부 배선(35)의 제2 확장부(37)와 중첩되는 제2 비아 홀(52)로 구분될 수 있다. 제2 배선부(60)는 보호 기판(50)에 위치하며, 보호 기판(50)에 형성된 복수의 비아 홀(51, 52)을 통해 제1 배선부(30)와 전기적으로 연결된다.A plurality of via holes (51, 52) are located on the protection substrate (50). The plurality of
구체적으로, 제2 배선부(60)는 제1 비아 홀(51)을 통해 제1 하부 배선(31)과 전기적으로 연결되는 제1 상부 배선(61)과, 제2 비아 홀(52)을 통해 제2 하부 배선(35)과 전기적으로 연결되는 제2 상부 배선(62)을 포함한다.Specifically, the
보호 기판(50) 상에 신호 처리를 위한 집적 회로(IC)(70)들이 위치한다. 집적 회로(70)는 씨모스(CMOS) 주문형 반도체(ASIC, Application Specific IC)일 수 있다. 집적 회로(70)는 제1 상부 배선(61)과 제2 상부 배선(62) 중 어느 하나와 전기적으로 연결된다. 도면에서는 집적 회로(70)가 제1 상부 배선(61)과 연결되는 경우를 도시하였으나, 그 반대의 경우도 가능하다.Integrated circuits (IC) 70 for signal processing are located on the
집적 회로(70)가 제1 상부 배선(61)과 연결되는 경우, 집적 회로(70)에서 처리된 신호는 제1 상부 배선(61)과 제1 하부 배선(31)을 통해 트랜스듀서(20)의 제1 전극(21)으로 인가되며, 제1 전극(21)이 신호 전극으로 기능한다. 그리고 트랜스듀서(20)의 제2 전극(23)은 제2 하부 배선(35)과 제2 상부 배선(62)을 통해 접지되어 접지 전극으로 기능한다.When the
집적 회로(70)가 제2 상부 배선(62)과 연결되는 경우, 집적 회로(70)에서 처리된 신호는 제2 상부 배선(62)과 제2 하부 배선(35)을 통해 트랜스듀서(20)의 제2 전극(23)으로 인가되고, 제2 전극(23)이 신호 전극으로 기능한다. 그리고 트랜스듀서(20)의 제1 전극(21)은 제1 하부 배선(31)과 제1 상부 배선(61)을 통해 접지되어 접지 전극으로 기능한다.When the
트랜스듀서(20)에 전기 신호가 인가되면 트랜스듀서(20)는 초음파를 발생시키며, 발생된 초음파는 매질(예를 들어, 공기)을 이동하면서 매질 내 파라메트릭 어레이 현상에 의해 특정 방향으로 진행하는(방향성이 매우 높은) 가청음으로 변환된다. 하나의 기판(10)(예를 들어 6인치 반도체 웨이퍼)에 100개 이상의 트랜스듀서(20)가 배치될 수 있고, 복수의 기판(10)이 조합되어 라우드 스피커(100)를 구성할 수 있다. When an electric signal is applied to the
복수의 트랜스듀서(20)는 서로 다른 크기를 가지는 두 종류 이상의 트랜스듀서를 포함할 수 있다. 크기가 다른 두 개의 트랜스듀서(20)는 서로 다른 주파수의 초음파를 발생시킨다. 도 2와 도 3에서는 두 종류의 트랜스듀서(20)를 도시하였으나, 세 종류 또는 그 이상의 트랜스듀서도 사용 가능하다.The plurality of
도 4는 도 1에 도시한 라우드 스피커 중 복수의 트랜스듀서 어레이를 나타낸 구성도이다.Fig. 4 is a configuration diagram showing a plurality of transducer arrays among the loudspeakers shown in Fig. 1. Fig.
도 4를 참고하면, 트랜스듀서 어레이(40)는 제1 직경(D1)을 가지는 제1 트랜스듀서 어레이(41)와, 제1 직경(D1)보다 작은 제2 직경(D2)을 가지는 제2 트랜스듀서 어레이(42)를 포함할 수 있다. 제1 트랜스듀서 어레이(41)는 홀수 행을 이룰 수 있고, 제2 트랜스듀서 어레이(42)는 짝수 행을 이룰 수 있다.4, the
제1 트랜스듀서 어레이(41)는 예를 들어 100kHz 주파수(f1)의 초음파를 강하게 발생시킬 수 있고, 제2 트랜스듀서 어레이(42)는 예를 들어 110kHz 주파수(f2)의 초음파를 강하게 발생시킬 수 있다. 이 경우, 매질의 비선형 음향 전달 현상에 의해 제1 및 제2 트랜스듀서 어레이(41, 42)에 의해 직접 발생된 f1 및 f2 신호 이외에도 f1의 2배인 200kHz, f2의 2배인 220kHz, f1과 f2의 합인 210kHz, f1과 f2의 차(fd)인 10kHz 등의 주파수를 가지는 음파가 발생한다. 이때 차주파수(fd)가 f1 및 f2보다 충분히 작을 경우, 상대적으로 높은 주파수 신호인 f1, f2, 2f1, 2f2, f2+f1의 주파수 신호는 높은 감쇠효과에 의해서 빨리 사라지는 반면, 상대적으로 낮은 차주파수(fd)의 음파만 멀리까지 전달된다. 이때 fd(10kHz)의 음향 신호는 트랜스듀서 어레이(40)에서 발생시킨 100kHz 및 110kHz 초음파의 높은 방향성을 유지하고 있으므로, 비록 저주파지만 높은 방향성을 갖게 된다. 이것이 파라메트릭 어레이 현상이다. 파라메트릭 어레이 현상을 이용한 트랜스듀서(20)의 경우 낮은 주파수에서 높은 지향성의 음파를 발생시킬 수 있는 장점이 있다.The
다시 도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 실시 예의 라우드 스피커(100)는 보호 기판(50)을 이용하여 트랜스듀서 어레이(40)를 기계적으로 보호한다. 박막으로 구성된 트랜스듀서(20) 및 에어 브릿지 형태의 제2 커넥터(36)는 기계적으로 매우 연약한데, 보호 기판(50)이 이들을 둘러싸 외부로부터 차단시킨다. 따라서 라우드 스피커(100)는 외부 충격에 의한 트랜스듀서(20) 및 제2 커넥터(36)의 손상을 효과적으로 방지할 수 있다.Referring again to Figures 1 to 3, the
또한, 본 실시 예의 라우드 스피커(100)는 공간적인 제약을 극복할 수 있다. 보호 기판(50)이 없는 경우를 가정하면, 기판(10) 상에 트랜스듀서(20)와 집적 회로(70) 및 배선부를 모두 배치해야 하므로 트랜스듀서(20)의 집적도가 낮아진다. 그러나 본 실시 예의 라우드 스피커(100)는 3차원 연결 구조에 의해 트랜스듀서(20)의 집적도를 높일 수 있으며, 그 결과 음향 성능을 향상시킬 수 있다.Also, the
또한, 본 실시 예의 라우드 스피커(100)는 3차원 연결 구조에 의해 트랜스듀서(20)들과 집적 회로(70)들을 일대 일로 대응시켜 배치할 수 있다. 이에 따라, 각 트랜스듀서(20)의 독립적인 구동이 가능하여, 음파 빔의 조향 정밀도를 향상시킬 수 있다. In addition, the
또한, 본 실시 예의 라우드 스피커(100)는 배선 길이의 단축으로 인해 배선 저항을 낮출 수 있다. 따라서 소모 전력을 줄여 에너지 효율을 높이고, 최대 음량 구현을 위한 한계 전류량을 높일 수 있다. 또한, 본 실시 예의 라우드 스피커(100)는 트랜스듀서(20)와 집적 회로(70)를 일체화한 원-칩형 스피커로서, 스마트폰 및 랩-탑 컴퓨터와 같은 모바일(mobile) 기기와, 스마트 워치 등의 웨어러블(wearable) 기기에 쉽게 적용될 수 있다.In addition, the
도 5는 도 1의 라우드 스피커의 개략적인 구조도(block diagram)을 도시한 것이다. Figure 5 shows a schematic block diagram of the loudspeaker of Figure 1;
도 5를 참조하면, 실시 예에 따른 라우드 스피커(100)는, 복수의 집적 회로(70) 및 복수의 트랜스듀서(20)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 5, a
복수의 집적 회로(70)는 복수의 트랜스듀서(20)와 일대 일로 연결될 수 있다. 즉, 복수의 집적 회로(70)는 각각 서로 다른 트랜스듀서(20)에 연결될 수 있다. The plurality of
각 집적 회로(70)는 초음파 발생을 위한 구동 신호를 생성하여 대응하는 트랜스듀서(20)로 출력한다. Each
각 트랜스듀서(20)는 대응하는 집적 회로(70)로부터 구동 신호(전기 신호)가 입력되면, 이를 기계적인 진동으로 변환하여 초음파를 발생시킬 수 있다. 트랜스듀서(20)는 박형의 기판 위에 형성된 다층막 구조로서, 구동 신호 인가 시 위/아래 방향으로 진동하여 초음파를 발생시킬 수 있다.Each of the
복수의 트랜스듀서(20)는 제1 및 제2 트랜스듀서 어레이(41, 42)로 구분될 수 있다. 파라메트릭 어레이 현상을 통해 낮은 주파수에서 높은 지향성 음파를 발생시키기 위해, 제1 및 제2 트랜스듀서 어레이(41, 42)는 서로 다른 주파수의 초음파를 발생시킬 수 있다. The plurality of
제1 및 제2 트랜스듀서 어레이(41, 42)가 서로 다른 주파수의 초음파를 발생시키기 위해서는, 제1 및 제2 트랜스듀서 어레이(41, 42)를 구동하기 위한 구동 신호가 서로 다른 주파수 성분을 가져야 한다. In order for the first and
따라서, 각 집적 회로(70)는 자신이 어느 트랜스듀서 어레이에 연결되는지에 따라서 서로 다른 주파수 성분을 가지는 구동 신호를 생성할 수 있다. 즉, 제1 트랜스듀서 어레이(41)에 연결되는 집적 회로(70)들과, 제2 트랜스듀서 어레이(42)에 연결되는 집적 회로(70)들은 서로 다른 주파수 성분을 가지는 구동 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제1 트랜스듀서 어레이(41)에 연결되는 집적 회로(70)들은 100kHz의 주파수 성분을 가지는 구동 신호를 생성하고, 제2 트랜스듀서 어레이(42)에 연결되는 집적 회로(70)들은 110kHz의 주파수 성분을 가지는 구동 신호를 생성할 수 있다. Thus, each
도 6은 도 5의 집적 회로를 개략적으로 도시한 구조도이다.Fig. 6 is a schematic view showing the integrated circuit of Fig. 5; Fig.
도 6을 참조하면, 복수의 집적 회로(70) 각각은 신호 처리기(71), 전력 증폭기(72) 및 메모리(73)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 6, each of the plurality of
신호 처리기(71)는 입력 신호가 입력 되면, 대응하는 반송파 신호를 이용하여 이를 구동 신호로 변조하여 출력할 수 있다. 각 집적 회로(70)에 의해 생성되는 구동 신호의 주파수 성분은, 변조에 사용되는 반송파 신호의 주파수에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 집적 회로(70)에 의해 생성되는 구동 신호가 100kHz의 주파수 성분을 가지기 위해서는 100kHz의 반송파 신호가 신호 변조에 사용되고, 집적 회로(70)에 의해 생성되는 구동 신호가 110kHz의 주파수 성분을 가지기 위해서는 110kHz의 반송파 신호가 신호 변조에 사용될 수 있다. When the input signal is input, the
전력 증폭기(72)는 신호 처리기(71)에 의해 변조된 구동 신호를 증폭하고, 증폭된 구동 신호를 대응하는 트랜스듀서(20)로 인가할 수 있다.The
메모리(73)는 대응하는 트랜스듀서(20)의 특성 보상 파라미터를 저장할 수 있다. The
멤스 제조 공법의 특성 상, 모든 트랜스듀서(20)의 전기적 특성이 서로 동일할 수 없다. 예를 들어, 동일한 구동 신호를 인가하더라도, 트랜스듀서(20)에 따라서 출력되는 음향 신호의 세기(또는 데시벨), 진동 속도 등이 서로 다를 수 있다. 트랜스듀서(20)들 간의 전기적인 특성 편차는, 트랜스듀서(20)들 간의 출력 편차를 발생시켜 빔 조향 정밀도를 감소시키는 원인으로 작용할 수 있다.The electrical characteristics of all the
따라서, 본 실시 예의 라우드 스피커(100)는 각 트랜스듀서(20)의 전기적인 특성 편차를 보상하기 위한 특성 보상 파라미터들을 메모리(73)에 저장하고, 신호 처리기(71) 및 전력 증폭기(72)는 구동 신호 생성 시 메모리(73)에 저장된 특성 보상 파라미터를 토대로 구동 신호에 대한 편차 보상을 수행할 수 있다. 또한, 예를 들어, 신호 처리기(71)는 메모리(73)에 저장된 특성 보상 파라미터를 토대로 대응하는 트랜스듀서(20)의 구동 신호의 위상을 조절할 수 있다. 또한, 예를 들어, 전력 증폭기(72)는 메모리(73)에 저장된 특성 보상 파라미터를 토대로 대응하는 트랜스듀서(20)의 구동 신호의 증폭 이득을 조절할 수 있다.The
각 트랜스듀서(20)의 특성 보상 파라미터는, 모든 트랜스듀서(20)에 동일한 기준 전압을 인가한 상태에서, 측정 장비(미도시)를 통해 각 트랜스듀서(20)에 의해 출력되는 음파(또는 음향 신호)의 세기 및 진동 속도를 측정하여 획득될 수 있다. The characteristic compensation parameters of each
한편, 도 6에서는 각 집적 회로(70)가 신호 처리기(71), 전력 증폭기(72) 및 메모리(73)를 포함하는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 본 발명이 이로 한정되는 것은 아니어서, 다른 실시 예에 따르면 집적 회로(70)는 그보다 더 많거나 더 적은 구성 요소를 포함하도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 다른 실시 예의 집적 회로는 디지털-아날로그 변환기(Digital to Analog Converter, DAC)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 각 집적 회로로 입력되는 입력 신호는 디지털 신호이며, DAC는 입력 신호를 아날로그 신호로 변환하여 신호 처리기로 출력할 수 있다. 또한, 또 다른 실시 예의 집적 회로는 메모리를 포함하지 않을 수도 있다. 이 경우, 각 트랜스듀서(20)의 특성 보상 파라미터는 집적 회로 외부의 메모리에 저장될 수 있다. 6 shows an example in which each
도 7은 도 5의 라우드 스피커의 빔 조향 방법을 개략적으로 도시한 것이다. Fig. 7 schematically shows a method of beam steering of the loudspeaker of Fig. 5;
도 7을 참조하면, 캘리브레이션 과정을 통해 본 실시 예의 라우드 스피커(100)를 구성하는 복수의 트랜스듀서(20) 각각에 대한 특성 보상 파리미터가 획득된다(S100). 이와 같이, 캘리브레이션 과정을 통해 획득된 각 트랜스듀서(20)의 특성 보상 파라미터는, 대응하는 집적 회로(70) 내 메모리(73)에 저장된다(S110). Referring to FIG. 7, a characteristic compensation parameter for each of the plurality of
상기 S100 단계에서, 측정 장비(미도시)는 라우드 스피커(100)를 구성하는 모든 트랜스듀서(20)에 대해 동일한 기준 전압을 인가하고, 기준 전압이 인가된 상태에서의 각 트랜스듀서(20)의 출력을 측정한다. 예를 들어, 측정 장비는 각 트랜스듀서(20)에 기준 전압을 인가한 상태에서, 각 트랜스듀서(20)에 의해 발생되는 음파(또는 음향 신호)의 세기 및 진동 속도를 측정할 수 있다. 측정 장비는 기준 전압이 인가된 상태에서의 각 트랜스듀서(20)의 출력을 측정하면, 이를 토대로 트랜스듀서(20)들의 전기적인 특성 편차를 보상하기 위한 특성 보상 파라미터를 생성할 수 있다. In step S100, the measuring instrument (not shown) applies the same reference voltage to all the
음파 발생을 위한 입력 신호가 입력됨에 따라(S120), 각 집적 회로(70)는 메모리(73)로부터 특성 보상 파라미터를 독출하고(S130), 이를 기초로 대응하는 트랜스듀서(20)로 인가할 구동 신호를 생성한다(S140). The
상기 S140 단계에서, 각 집적 회로(70)는 신호 처리기(71)를 통해 입력 신호를 구동 신호로 변조할 수 있다. 이 과정에서, 각 집적 회로(70)에서 신호 변조에 사용되는 반송파 신호의 주파수는 대응하는 트랜스듀서(20)의 종류에 따라서 달라질 수 있다. 즉, 대응하는 트랜스듀서(20)를 통해 출력하고자 하는 초음파의 주파수에 따라서, 신호 변조에 사용되는 반송파 신호의 주파수가 달라질 수 있다. In step S140, each
예를 들어, 100kHz 주파수(f1)의 초음파를 발생시키는 제1 트랜스듀서 어레이(41)에 연결되는 집적 회로(70)는, 입력 신호의 변조에 100kHz 주파수(f1)의 반송파 신호를 사용할 수 있다. 또한, 예를 들어, 110kHz 주파수(f2)의 초음파를 발생시키는 제2 트랜스듀서 어레이(42)에 연결되는 집적 회로(70)는, 입력 신호의 변조에 110kHz 주파수(f2)의 반송파 신호를 사용할 수 있다.For example, the
상기 S140 단계에서, 신호 처리기(71)에 의해 변조된 구동 신호는 전력 증폭기(72)에 의해 증폭될 수 있다. In operation S 140, the driving signal modulated by the
상기 S140 단계에서, 각 집적 회로(70)는 구동 신호를 생성하는 과정에서, 메모리(73)에 저장된 특성 보상 파라미터를 기초로 구동 신호의 증폭 이득, 위상 등을 조절함으로써, 대응하는 트랜스듀서(20)의 특성 편차를 보상할 수 있다. In step S140, each
각 집적 회로(70)는 구동 신호가 생성되면, 이를 대응하는 트랜스듀서(20)로 인가하며(S150), 이를 수신한 각 트랜스듀서(20)는 위/아래 방향으로 진동하여 구동 신호에 대응하는 초음파를 발생시킨다(S160). Each of the
종래 기술에 따르면, 파라메트릭 어레이를 이용한 지향성 빔 조향 시스템은, 트랜스듀서의 제1 및 제2 배선에 구동 신호를 인가하는 배선들이 동일층에 형성되는 2차원 배열 구조로 구현되었다. 이러한 2차원 배열 구조에서는 트랜스듀서 어레이의 배열 구조를 방해하지 않으면서 구동 신호를 인가하기 위한 배선들을 형성하는 것이 매우 어렵다. 이에 따라, 2차원 배열 구조에서는 복수의 트랜스듀서를 하나의 채널로 그룹핑하고, 구동 신호를 각 채널 별로 인가하는 방법이 사용되었다. According to the prior art, a directional beam steering system using a parametric array is implemented in a two-dimensional array structure in which wires for applying driving signals to the first and second wires of the transducer are formed on the same layer. In such a two-dimensional array structure, it is very difficult to form wirings for applying a driving signal without interfering with the arrangement structure of the transducer array. Accordingly, in the two-dimensional array structure, a method of grouping a plurality of transducers into one channel and applying a driving signal to each channel has been used.
채널 별로 구동 신호를 인가하는 경우, 각 트랜스듀서의 독립적인 구동이 불가능하여 빔 조향 정밀도를 떨어뜨리는 요인으로 작용할 수 있다. 통상적으로, 멤스 제조 공법의 특성 상, 모든 트랜스듀서의 전기적 특성이 서로 동일할 수 없다. 또한, 하나의 증폭기를 이용하여 복수의 트랜스듀서에 구동 신호를 공급하는 경우, 트랜스듀서의 위치에 따라 증폭기 사이의 배선 길이가 서로 달라지고, 이로 인해 각 트랜스듀서와 증폭기 사이의 배선 저항 편차가 발생한다. 이러한 배선 저항 편차는, 증폭기에서 동일한 구동 신호를 출력하더라도 각 트랜스듀서에서 수신하는 구동 신호 간에 차이를 발생시킬 수 있으며, 배선 저항 편차는 증폭기와 트랜스듀서들 간의 연결 배선 길이가 길어질수록 더욱 증가한다. When a driving signal is applied to each channel, it is impossible to independently drive each transducer, which may act as a factor to lower the beam steering precision. Normally, the electrical characteristics of all the transducers can not be equal to each other due to the characteristics of the MEMS manufacturing method. Further, when a driving signal is supplied to a plurality of transducers by using one amplifier, the wiring lengths between the amplifiers are different from each other depending on the position of the transducers, thereby causing a variation in wiring resistance between each transducer and the amplifier do. This wiring resistance variation can cause a difference between driving signals received by each transducer even if the amplifier outputs the same driving signal, and the wiring resistance variation further increases as the connection wiring length between the amplifier and the transducers becomes longer.
따라서, 채널 별로 구동 신호를 인가하는 경우에는, 하나의 채널을 구성하는 트랜스듀서들 간의 전기적 특성 차이 및 배선 저항 차이로 인해 원하는 출력 발생이 어려울 수 있으며, 이로 인해 빔 조향 정밀도가 떨어지게 된다. Therefore, when a driving signal is applied to each channel, it is difficult to generate a desired output due to a difference in electrical characteristics and wiring resistance between transducers constituting one channel. As a result, the beam steering accuracy is lowered.
전술한 바에 따르면, 본 실시 예의 라우드 스피커(100)는 트랜스듀서(20)를 3차원 연결 구조로 구현함으로써, 트랜스듀서(20)들과 집적 회로(70)들을 일대 일로 대응시켜 연결할 수 있다. 이에 따라, 각 트랜스듀서(20)의 독립적인 구동이 가능하여, 각 트랜스듀서(20)의 전기적 특성에 맞춰 구동 신호의 위상(phase), 증폭 이득(또는 가중 계수(weighting factor)) 등을 정밀 제어함으로써, 트랜스듀서(20)들 간의 특성 편차를 보상하여 빔 조향 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 전력 증폭기(72)와 각 트랜스듀서(20) 사이의 배선 길이 편차를 최소화하고, 배선 길이 또한 줄임으로써, 구동 신호의 정밀성을 보장할 수 있다.The
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Of course.
100: 라우드 스피커 10: 기판
11: 제1 실리콘층 12: 산화막
13: 제2 실리콘층 20: 트랜스듀서
21: 제1 전극 22: 압전층
23: 제2 전극 30: 제1 배선부
31: 제1 하부 배선 35: 제2 하부 배선
40: 트랜스듀서 어레이 41: 제1 트랜스듀서 어레이
42: 제2 트랜스듀서 어레이 50: 보호 기판
51: 제1 비아 홀 52: 제2 비아 홀
55: 오목부 60: 제2 배선부
61: 제1 상부 배선 62: 제2 상부 배선
70: 집적 회로 71: 신호 처리기
72: 전력 증폭기 73: 메모리100: loudspeaker 10: substrate
11: first silicon layer 12: oxide film
13: second silicon layer 20: transducer
21: first electrode 22: piezoelectric layer
23: second electrode 30: first wiring portion
31: first lower wiring 35: second lower wiring
40: transducer array 41: first transducer array
42: second transducer array 50: protective substrate
51: first via hole 52: second via hole
55: concave portion 60: second wiring portion
61: first upper wiring 62: second upper wiring
70: integrated circuit 71: signal processor
72: power amplifier 73: memory
Claims (17)
상기 복수의 트랜스듀서에 일대 일로 연결되며, 입력 신호를 변조 및 증폭하여 상기 복수의 트랜스듀서 중 대응하는 트랜스듀서로 출력하는 복수의 집적 회로를 포함하며,
상기 복수의 집적 회로는 각각,
상기 복수의 트랜스듀서 중 대응하는 트랜스듀서의 특성 보상 파라미터를 저장하는 메모리,
반송파를 이용하여 상기 입력 신호를 상기 복수의 트랜스듀서 중 대응하는 트랜스듀서의 구동 신호로 변조하는 신호 처리기, 및
상기 구동 신호를 증폭하여 상기 복수의 트랜스듀서 중 대응하는 트랜스듀서로 인가하는 전력 증폭기를 포함하며,
상기 복수의 집적 회로는 각각, 상기 복수의 트랜스듀서 중 대응하는 트랜스듀서의 상기 특성 보상 파라미터에 기초하여, 상기 복수의 트랜스듀서 중 대응하는 트랜스듀서로 출력되는 상기 구동 신호에 대한 편차 보상을 수행하는 압전 멤스 기반 초지향성 라우드 스피커.A plurality of transducers for generating ultrasonic waves, and
A plurality of integrated circuits connected in one-to-one relation to the plurality of transducers, for modulating and amplifying input signals and outputting the amplified signals to a corresponding transducer of the plurality of transducers,
Each of the plurality of integrated circuits includes:
A memory for storing characteristic compensation parameters of a corresponding transducer among the plurality of transducers,
A signal processor for modulating the input signal with a driving signal of a corresponding transducer of the plurality of transducers using a carrier wave,
And a power amplifier amplifying the driving signal and applying the amplified driving signal to a corresponding transducer of the plurality of transducers,
Each of the plurality of integrated circuits performs deviation compensation for the drive signal output to the corresponding transducer among the plurality of transducers based on the characteristic compensation parameter of the corresponding one of the plurality of transducers Piezoelectric MEMS based super directional loudspeaker.
상기 신호 처리기는, 상기 특성 보상 파라미터를 기초로 상기 구동 신호의 위상을 조절하고,
상기 전력 증폭기는, 상기 특성 보상 파라미터를 기초로 상기 구동 신호의 증폭 이득을 조절하는 압전 멤스 기반 초지향성 라우드 스피커.9. The method of claim 8,
Wherein the signal processor adjusts the phase of the drive signal based on the characteristic compensation parameter,
Wherein the power amplifier adjusts amplification gain of the drive signal based on the characteristic compensation parameter.
상기 복수의 트랜스듀서가 위치하는 기판,
상기 복수의 집적 회로가 실장되며, 상기 복수의 트랜스듀서 각각을 수용하는 복수의 오목부를 포함하고, 상기 기판 상에 결합하여 상기 복수의 트랜스듀서를 보호하는 보호 기판,
상기 기판 상에 위치하며, 상기 복수의 트랜스듀서 각각에 연결되는 제1 배선부,
상기 보호 기판에 형성된 복수의 비아 홀을 통해 상기 제1 배선부와 상기 복수의 집적 회로를 연결하는 제2 배선부
를 포함하는 압전 멤스 기반 초지향성 라우드 스피커.9. The method of claim 8,
A substrate on which the plurality of transducers are located,
A protective substrate mounted on the plurality of integrated circuits and including a plurality of recesses for receiving the plurality of transducers, the protective substrate coupled to the substrate to protect the plurality of transducers,
A first wiring part located on the substrate and connected to each of the plurality of transducers,
And a second wiring portion connecting the first wiring portion and the plurality of integrated circuits through a plurality of via holes formed in the protection substrate,
A piezoelectric MEMS-based super-directional loudspeaker.
상기 기판은 제1 실리콘층과 식각 정지막 및 제2 실리콘층의 다층막으로 구성되고,
상기 제1 실리콘층은 상기 복수의 트랜스듀서 각각에 대응하는 복수의 개구부를 포함하는 압전 멤스 기반 초지향성 라우드 스피커.11. The method of claim 10,
Wherein the substrate is composed of a first silicon layer, a multilayer film of an etch stop film and a second silicon layer,
Wherein the first silicon layer comprises a plurality of openings corresponding to each of the plurality of transducers.
상기 복수의 트랜스듀서 각각은 제1 전극, 압전층 및 제2 전극의 다층막으로 구성되고,
상기 제1 배선부는 상기 복수의 트랜스듀서 각각의 제1 전극에 연결된 복수의 제1 하부 배선과, 상기 복수의 트랜스듀서 각각의 제2 전극에 연결된 복수의 제2 하부 배선을 포함하는 압전 멤스 기반 초지향성 라우드 스피커.11. The method of claim 10,
Wherein each of the plurality of transducers comprises a multilayer film of a first electrode, a piezoelectric layer and a second electrode,
Wherein the first wiring portion comprises a plurality of first lower wiring connected to the first electrode of each of the plurality of transducers and a plurality of second lower wiring connected to the second electrode of each of the plurality of transducers, Directional loudspeaker.
상기 제1 하부 배선은 상기 제1 전극과 접하는 제1 커넥터와, 상기 제1 커넥터로부터 확장된 제1 확장부를 포함하며,
상기 제2 하부 배선은 상기 제2 전극과 접하는 에어 브릿지(air bridge) 형태의 제2 커넥터와, 상기 제2 커넥터로부터 확장된 제2 확장부를 포함하는 압전 멤스 기반 초지향성 라우드 스피커.13. The method of claim 12,
The first lower wiring includes a first connector in contact with the first electrode and a first extension extending from the first connector,
Wherein the second lower wiring comprises a second connector in the form of an air bridge in contact with the second electrode and a second extension extending from the second connector.
상기 복수의 오목부 각각은 상기 트랜스듀서와 상기 제1 커넥터 및 상기 제2 커넥터를 수용하며,
상기 복수의 비아 홀은 상기 제1 확장부와 중첩되는 제1 비아 홀과, 상기 제2 확장부와 중첩되는 제2 비아 홀을 포함하는 압전 멤스 기반 초지향성 라우드 스피커.14. The method of claim 13,
Each of the plurality of recesses receiving the transducer, the first connector, and the second connector,
Wherein the plurality of via holes include a first via hole overlapping with the first extending portion and a second via hole overlapping with the second extending portion.
상기 제2 배선부는 상기 제1 비아 홀을 통해 상기 제1 하부 배선에 연결되는제1 상부 배선과, 상기 제2 비아 홀을 통해 상기 제2 하부 배선에 연결되는 제2 상부 배선을 포함하는 압전 멤스 기반 초지향성 라우드 스피커.15. The method of claim 14,
The second wiring portion includes a first upper wiring connected to the first lower wiring through the first via hole and a second upper wiring connected to the second lower wiring through the second via hole, Based super directional loudspeaker.
상기 복수의 집적 회로는 상기 제1 상부 배선과 상기 제2 상부 배선 중 어느 하나에 연결되는 압전 멤스 기반 초지향성 라우드 스피커.16. The method of claim 15,
Wherein the plurality of integrated circuits are connected to either the first upper wiring and the second upper wiring.
상기 복수의 트랜스듀서는,
제1 주파수의 초음파를 발생시키는 복수의 제1 트랜스듀서, 및
상기 제1 주파수와 다른 제2 주파수의 초음파를 발생시키며, 상기 복수의 제2 트랜스듀서와 서로 다른 크기를 가지는 복수의 제2 트랜스듀서를 포함하는 압전 멤스 기반 초지향성 라우드 스피커.9. The method of claim 8,
Wherein the plurality of transducers comprise:
A plurality of first transducers for generating ultrasonic waves of a first frequency, and
And a plurality of second transducers generating ultrasonic waves of a second frequency different from the first frequency and having different sizes from the plurality of second transducers.
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KR1020170017566A KR101833892B1 (en) | 2017-02-08 | 2017-02-08 | Piezoelectric-mems high directional loudspeaker and beam steering method thereof |
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Cited By (3)
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KR102001778B1 (en) | 2018-05-23 | 2019-07-18 | 주식회사 제이디솔루션 | Advanced Ultrasonic Ultra Directional Speaker System and Frequency Modulation Processing Method thereof |
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- 2017-02-08 KR KR1020170017566A patent/KR101833892B1/en active IP Right Grant
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