KR20120055179A - 디스플레이 장치와 결합된 투명 음향 픽셀 트랜스듀서 및 그 제조 방법 - Google Patents

디스플레이 장치와 결합된 투명 음향 픽셀 트랜스듀서 및 그 제조 방법 Download PDF

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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명은 디스플레이(Display) 전면에 투명 압전박막(Transparent piezoelectric film) 픽셀 음향 트랜스듀서 소자(Acoustic transducer device)를 2차원 픽셀 어레이 형태로 배열하고 각 음향 픽셀(Acoustic pixel)을 개별적으로 어드레스 제어하여 디스플레이의 영상과 음향 발생의 위치가 서로 연결되도록 작동하거나 각 음향 픽셀의 음파의 크기 및 위상을 개별 제어하여 소리가 특정한 방향으로 더욱 강하게 방출되거나 주변의 음향 정보를 감지할 때 특정한 방향 및 거리에서 발생하는 음향 신호를 더욱 민감하게 감지하는 음향 제어 방법에 관한 것이다.

Description

디스플레이 장치와 결합된 투명 음향 픽셀 트랜스듀서 및 그 제조 방법{TRANSPARENT ACOUSTIC PIXEL TRANSDUCER IN CONNECTION WITH DISPLAY DEVICE AND FABRICATION METHOD THEREOF}
본 발명은 디스플레이 장치 전면에 배치된 투명 음향 픽셀 트랜스듀서(transducer)와 그 제조 방법에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 디스플레이 장치에 표시되는 영상 정보와 음향이 발생되는 위치 및 범위가 서로 일치하게 하거나 주변의 사람들에게는 소리가 잘 들리지 않고 특정한 방향에 위치한 사람에게만 소리가 잘 들리게 하는 지향성 음향, 그리고 특정한 방향 및 거리에서 발생하는 소리만을 선택적으로 감지하는 방법에 관한 것이다.
일반적인 음향 장치 모듈, 즉 스피커와 마이크는 소리를 발생시키는 기능 및 주변의 소리를 감지하는 기능을 갖고 있으며 스피커는 VCM(Voice Coil Motor) 또는 압전 세라믹 (Piezo Ceramic) 소자가 많이 사용되고 있다. 마이크는 정전 용량 방식이 대부분이고, ECM(Electret Condenser Microphone)이나 압전 소자를 사용하기도 하지만 대부분 부피가 큰 편이고 광학적으로 불투명하기 때문에 디스플레이의 측면이나 후면에 배치하여 사용하는 것이 일반적이다.
디스플레이 장치 표면에 투명 전극 구조를 갖는 투명 압전 박막 구조의 투명 음향 픽셀 모듈을 결합 제작하면 기존의 스피커가 제공하지 못했던 새로운 음향 제어 기능 및 서비스 제공이 가능해진다. 투명 음향 픽셀은 본 발명에서 처음 제안되는 용어로서 관련 있는 종래 기술로는 투명한 압전 소재를 이용한 투명 필름형 스피커 등이 있다.
첫 번째 종래 기술로는, 미국 특허 공개 번호 제2007-0081681 A1(Thin film transparent acoustic transducer)로서 창문에 부착되어 소리를 감지 또는 방출하여 소음을 상쇄 제거하는 스피커로 사용되거나 모니터 및 터치 패널에 부착되어 스피커로 사용되는 투명 압전 트랜스듀서 기술을 개시한다. 이 종래 기술은 디스플레이 등에서 영상 이미지와 연계되지 않고 또 특정한 방향으로 소리를 모으는 지향성 성능이 없는 단순 기능을 갖는 스피커의 기능만을 갖는다는 점이다.
두 번째 종래 기술로는, 한국 특허 제10-0573729호(압전성 단결정을 이용한 압전형 패널 스피커)로서 압전성 물질과 그 양면에 전극이 부착된 구조로 이루어져 전기적 신호를 기계적 진동으로 변환하기 위한 압전체와 상기 압전체의 일면에 부착되어 압전체로부터의 진동을 외부로 전달하기 위한 진동 패널을 개시한다. 이 구조는 원리가 간단하고 진동 패널을 투명한 재료로 사용함으로써 디스플레이와 스피커 일체형 구조를 실현할 수 있다. 이 종래 기술의 단점은 첫째 디스플레이 전면에 압전체와 진동 패널이 부착되어 단순히 한 종류의 소리만을 발생할 수 있다는 점이며, 둘째 스피커를 어레이 형태로 제어하는 것이 불가능하다는 점이다.
세 번째 종래 기술로는, 한국 특허 제10-0887337호(유연 박막 스피커 및 그 제조방법)로서 투명한 유연 박막 스피커 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 이 종래 기술은 전기 신호를 입력하는 전극으로 투명 전도 산화물 박막을 사용하고 그 위에 전기 절연을 위하여 투명 절연 산화물 박막을 코팅하는 방식으로 이중층 구조를 달성하여 음압이 높으면서도 투명한 디스플레이를 가능하게 한다. 이 종래 기술의 단점은 역시 전체 박막이 단일한 스피커로서 구동하므로 영상 이미지와 연계된 음원 생성 기술이 불가능하고 또한 지향성 스피커의 기능을 제공할 수 없다는 점이다.
기존의 디스플레이 장치에서는 스피커나 마이크가 디스플레이 패널(panel)과 독립적으로 설치되어 영상 이미지와는 구분되어 소리가 발생되거나 스테레오(stereo) 또는 다채널(multi-channel)로서 배치되어 소리의 음원이 공간적으로 이동하도록 느끼는 기능을 제공하고 있으나 소리가 발생하는 위치가 정확히 디스플레이 장치의 특정 위치 및 영상 이미지와 직접 연결되기 어려웠다.
특히 최근 3D 영상 기술이 발전함에 따라 입체 영상 및 입체 음향의 수요가 크게 증가되었는데, 기존의 3D 영상 기술 및 3D 음향 기술은 독립적인 역할로 구분되어 있어 영상의 음원 이동 및 전달이 어려운 단점이 있었다. 즉, 기존에는 영상과 독립적으로 음원을 가상 공간에 형성함으로써 입체 음향을 구성하였으며, 이는 영상 내에서의 픽셀 단위로 음원의 이동 및 전달 등을 구현하기 어렵다는 단점이 있다. 또한 스피커 및 마이크를 어레이 형태로 배열하여 지향성 스피커 및 마이크로 사용하는 기술은 개발되었으나 디스플레이 장치와 독립적으로 구성되어 투명 디스플레이 장치 등 다양한 형태의 디스플레이 장치와 결합되어 사용하기 어려웠다.
이러한 단점을 극복하기 위하여 본 발명은 디스플레이의 전면에 제작된 투명 압전 음향 픽셀 어레이 모듈을 이용하여 영상 이미지와 소리 음원의 위치를 일치하게 하고 2차원 음향 픽셀 어레이의 음향 신호의 크기 및 위상을 개별 제어하여 지향성 스피커 또는 음향 빔포밍 마이크 기능 구현이 가능하다.
본 발명은 디스플레이 장치에서의 영상 이미지 정보 및 터치 정보와 연계되어 음향 사운드 음원의 위치 및 범위 설정이 가능하고 어레이 형태의 음향 픽셀의 음향 신호를 지향성(directional) 및 빔포밍(beamforming) 알고리즘을 이용하여 지향성 스피커(speaker) 또는 음향 빔포밍 마이크(microphone)로 작동 가능하도록 하는 기능을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 디스플레이 장치와 일체형으로 제작된 투명 음향 픽셀을 이용하여 영상 이미지 연동 음원 생성 및 지향성 음향 발생/감지 기능이 가능하도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기존의 디스플레이에 결합되는 스피커 및 마이크 등의 음향 모듈이 디스플레이 장치의 측면 또는 후면 그리고 외장형으로 제공되기 때문에 갖는 여러 가지 외관상 및 기능상의 단점을 극복하고, 투명 디스플레이 장치 등 다양한 형태의 디스플레이 장치에서 투명한 음향 픽셀이 갖는 차별성을 살려서 새로운 영상 이미지 연동 음원 및 지향성 음향의 기능을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 투명 음향 픽셀 트랜스듀서 어레이가 디스플레이 장치의 전면에 부착되어 영상 이미지와 연계되어 소리가 발생하는 위치 및 범위가 어드레스 제어되고 특정한 방향으로 소리가 발생하거나 특정한 방향에서 오는 소리만을 선택적으로 감지하는 디스플레이 일체형 음향 모듈 기능을 구현하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기존의 스피커가 디스플레이 장치와 별개로 설치되거나 측면 또는 후면에 설치되어 공간 및 디자인에 제약이 많고 영상 이미지와 연계하거나 지향성 음향을 구현하는 데 어려움이 있는 것을 해결하고 투명 음향 픽셀 어레이가 디스플레이 장치 전면에 부착되어 다양한 기능을 구현하게 하는 것을 목적으로 한다.
특히 본 발명에 의하면 영상 이미지와 연계된 소리가 영상 이미지의 위치 및 범위에서 발생하게 하는 영상 이미지 연동 음원 발생이 가능하며 주변 사람들에게 피해를 끼치지 않고 자신의 프라이버시를 보호하기 위하여 특정한 방향으로만 소리가 잘 들리게 하는 지향성 스피커 기능 구현이 용이하며 아울러 동시에 특정한 방향에서 발생하는 소리만을 선택적으로 잘 감지하는 빔포밍 제어 기능 구현이 가능하다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명에 따른 디스플레이 패널과 결합된 투명 음향 픽셀 트랜스듀서(transducer)는 디스플레이 패널, 및 디스플레이 패널의 전면에 복수의 픽셀을 형성하는 투명 압전 박막 소자를 포함하고, 투명 압전 박막 소자의 각 픽셀은 개별적으로 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명에 따른 디스플레이 패널과 결합된 투명 음향 픽셀 트랜스듀서(transducer)를 제조하는 방법은 디스플레이 패널을 제공하는 단계, 디스플레이 패널의 전면에 투명 압전 박막 소자를 픽셀 어레이 형태로 형성하는 단계, 및 투명 압전 박막 소자의 각 픽셀에 개별적인 신호를 전달하기 위해 투명 압전 박막 소자의 각 픽셀의 전면 또는 후면에 배선을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 기존의 스피커가 디스플레이 장치와 분리되거나 또는 디스플레이 장치의 측면이나 후면에 배치되기 때문에 소리가 영상과 별개로 공간적으로 분리되어 정보를 제공되는 문제점을 해결하고, 투명 음향 픽셀이 다양한 형태의 디스플레이 장치 전면에 부착되어 픽셀 단위로 음향 정보가 제어되어 디스플레이 영상과 직접적으로 연계하여 특정한 영상이 위치한 곳에서 소리가 발생하거나 발생하는 것처럼 가상 음원을 제어할 수 있다.
디스플레이 장치가 대형화되고 TV 뿐 아니라 다양한 형태의 디지털 사이니지(signage)가 활용되는 추세를 감안하면 본 발명에 따른 투명 음향 픽셀 트랜스듀서는 실감나는 정보 전달이 가능하고 3D TV와 같이 거리감까지 제공되는 디스플레이 장치와 결합함으로써 3차원 공간에서 영상과 음원이 결합된 서비스가 가능해진다.
아울러, 본 발명이 아웃 도어의 DID(Digital Information Display)와 디지털 사이니지에 적용되면 이제까지 소음 문제나 프라이버시 문제로 음향 정보가 직접적으로 제공되지 못했던 상황에서 특정한 방향에 있는 사람에게만 소리가 잘 전달되게 하거나 또한 특정한 방향에 있는 사람의 소리만을 잘 감지하는 기능 구현이 용이하여 시끄러운 외부 환경에서 다양한 형태의 디스플레이 활용 서비스가 가능해진다. 특히 투명 창 디스플레이 장치와 같이 음향 모듈이 설치될 공간이나 위치가 부재한 상황에서 이와 같은 투명 음향픽셀은 더 효과적으로 사용 가능하다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따라 디스플레이 패널 전면에 투명 음향 픽셀 어레이가 배치된 투명 음향 픽셀 트랜스듀서의 정면도 및 측면도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따라 디스플레이 패널 전면의 테두리에 투명 음향 픽셀 어레이가 배치된 투명 음향 픽셀 트랜스듀서의 정면도 및 측면도.
도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따라 투명 음향 픽셀이 투명 전극 사이에 형성된 투명 압전 박막의 형태로 디스플레이 패널 전면에 배열된 것을 구체적으로 도시하는 평면도 및 측면도.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따라 투명 지지대가 투명 음향 픽셀 모서리의 꼭지점에 배치되는 구조를 도시하는 평면도 및 측면도.
도 5는 각각의 투명 음향 픽셀을 개별 구동시키는 신호 처리 회로 구조를 나타내는 개념도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 디스플레이 장치와 결합된 음향 트랜스듀서에서 영상 정보와 연동되어 특정 위치에서 음향을 발생시키는 기능을 나타내는 개념도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따라 디스플레이 패널 전면의 테두리에 투명 음향 픽셀 어레이가 배치된 음향 트랜스듀서에서 가상 음원을 형성하는 기능을 나타내는 개념도.
도 8은 투명 음향 픽셀 트랜스듀서에서 음향 신호를 특정 방향으로 지향시키는 지향성 음향 제어 기술을 설명하는 도면.
도 9는 투명 음향 픽셀 트랜스듀서에서 특정 방향 및 위치에서 발생하는 소리를 선택적으로 감지하는 빔포밍 음향 제어 기술을 설명하는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 동일한 구성요소에 대해서는 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호로 표시하며, 공지된 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 구체적인 설명은 생략하기로 함에 유의한다.
도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따라 디스플레이 패널 전면에 투명 음향 픽셀 어레이가 배치된 투명 음향 픽셀 트랜스듀서의 정면도 및 측면도를 나타내며, 각각의 투명 음향 픽셀에 어드레스를 부여함으로써 개별적으로 제어 작동하는 형태를 나타낸다.
도 1a를 참조하면, 디스플레이 패널(100) 전면에 투명 음향 픽셀(110)이 x축(가로축) 및 y축(세로축)의 2차원 격자 모양으로 픽셀 어레이(pixel array)로 배치된다. 이와 같은 투명 음향 픽셀(110)은 도 1a에 도시된 정사각형 픽셀 어레이 외에도 직사각형 및 원형이나 방사형 등 다양한 형태의 패턴으로 디스플레이 패널(100) 전면에 배치될 수 있다.
도 1b를 참조하면, 박막 형태의 투명 음향 픽셀(110)을 디스플레이 패널(100) 전면에 부착하기 위해 투명 지지대(120)가 형성된다. 이 투명 지지대(120)는 투명 음향 픽셀(110)을 디스플레이 패널(100)에 결합시키는 기능을 수행할 뿐만 아니라, 투명 음향 픽셀(110)이 개별적으로 진동하여 음향을 발생시키거나 개별적으로 음향을 감지하는데 필수적인 기능을 하는 인클로져(enclosure) 역할을 하는 음향 공간(cavity)(130)을 확보해 준다. 투명 지지대(120)는 투명 음향 픽셀의 모서리에 다양한 형태로 배치되어 각 투명 음향 픽셀 내의 공간을 분리하는 역할을 할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따라 디스플레이 패널 전면의 테두리에 투명 음향 픽셀이 배치된 투명 음향 픽셀 트랜스듀서를 나타내는 정면도 및 측면도를 나타낸다.
도 2a를 참조하면, 도 1a에서와 상이하게 투명 음향 픽셀(110)이 디스플레이 패널(100)의 테두리에만 배치되고, 디스플레이 패널(100)의 중앙 영역에서는 투명 음향 픽셀(110)이 배치되지 않는다. 따라서, 도 2a에 따른 디스플레이 패널(100)의 중앙 영역에서의 화면은 투명 음향 픽셀(110)의 영향을 받지 않고 표시될 수 있다. 디스플레이 패널(100)의 테두리에 배치된 투명 음향 픽셀(110)은 디스플레이 패널(100)의 전면에 도 2a에서 도시된 바와 같은 형태로 일렬로 배치될 수 있으며, 이 밖의 다양한 형태의 1차원, 2차원 배열이 가능하다.
도 2b는 디스플레이 패널 전면의 테두리에 투명 음향 픽셀이 배치된 투명 음향 픽셀 트랜스듀서의 측면도를 나타내며, 도 1b에서와 동일한 방식으로 박막 형태의 투명 음향 픽셀(110)과 디스플레이 패널(100) 전면 사이에 투명 지지대(120)가 다양한 방식으로 형성되어 각 투명 음향 픽셀(110)마다 음향 공간(cavity)(130)이 확보될 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따라 투명 음향 픽셀이 투명 전극 사이에 형성된 투명 압전 박막의 형태로 디스플레이 패널 전면에 배열된 것을 구체적으로 도시하는 평면도 및 측면도이다.
먼저 도 3b를 참조하면, 투명 음향 픽셀(110)은 상부면 및 하부면에 각각 투명 전극(140)이 배치된 투명 압전 박막(111)의 형태로서 구성되며, 투명 음향 픽셀(110)은 디스플레이 패널(100) 전면에 지지대(120)를 통해 배치된다. 투명 전극(140)은 투명 압전 박막(111)에 전압을 인가하여 압전 효과에 의해 투명 압전 박막(111)이 진동할 수 있도록 하는 전극으로 사용된다. 투명 전극(140)은 후면의 디스플레이의 영상이 가려지지 않고 잘 보일 수 있을 정도의 투명도를 가져야만 한다.
도 3a를 참조하면, 각각의 투명 음향 픽셀(110)에 개별적으로 전압을 인가하거나 각각의 투명 음향 픽셀(110)에서 감지한 전압 신호를 전달하기 위해 가로 배선(150) 및 세로 배선(160)이 수직 또는 수평 방향으로 투명 음향 픽셀(110)의 전면 또는 후면에 투명 전극(140)과 연결되어 형성되어야 한다. 예컨대, 가로 배선(150)은 수평 방향으로 음향 픽셀(110)의 후면에 형성되고, 세로 배선(160)은 수직 방향으로 음향 픽셀(110)의 전면에 형성될 수 있다. 또한, 개별 투명 음향 픽셀(110)의 전기적인 구동 또는 신호 처리를 위해 트랜지스터 등이 투명 음향 픽셀(110)에 형성될 수 있다.
각각의 투명 음향 픽셀(110)의 후면 쪽에는 박막 진동이 용이하고 개별 음향의 상호 간섭을 최소화하기 위하여 얇은 음향 공간(cavity)(130)이 형성되며 투명 음향 픽셀(110) 간의 음향 간섭 (cross-talk)을 최소화하기 위하여 얇은 투명 지지대(120)에 의해 각 투명 음향 픽셀(110)이 구분될 수 있다. 투명 지지대(120)는 각 투명 음향 픽셀(110)의 진동을 분리시킨다.
여기서, 음향 공간(130)은 스피커의 인클로저 역할을 하며 투명 압전 박막(111)에 댐핑 효과를 주어 음향 주파수의 음압을 평탄하게 하거나 공명판의 역할을 할 수 있다. 스피커 특성을 조절하기 위하여 경우에 따라서, 투명 음향 픽셀(110)의 모서리의 일부에 벤트 홀(vent hole)과 같은 틈을 만들어 공기가 배출 또는 흡입될 수 있는 구조를 형성할 수 있다.
이와 같은 투명한 구조에서 압전 특성을 갖는 투명 압전 박막(111)의 소재로서 PVDF, PVDF-TrEE, PVDF-TFE, PVC, PAN, PPEN, Polyamides 등 유기 압전 소재, PMN-PT, PZN-PT 등의 압전 단결정 소재, ZnO, PZT, PLZT, BaTiO3, LiNbO3, LiTaO3 등의 압전 세라믹 소재 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 또한, 투명 전극(140)은 ITO 등의 산화막, PEDOT과 같은 유기 전도층, 또는 탄소 나노튜브나 그래핀 등이 사용될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따라 투명 지지대가 투명 음향 픽셀 모서리의 꼭지점에 배치되는 구조를 도시하는 평면도 및 측면도이다.
도 4a를 참조하면, 투명 지지대(120)에 의해 발생하는 디스플레이의 화면의 간섭을 최소화하기 위하여 투명 지지대(120)가 투명 음향 픽셀(110)의 모서리 중 사각 꼭지점에만 형성된다. 각 투명 음향 픽셀(110)의 음향 간섭 (cross-talk)을 최소화하기 위해서 투명 음향 픽셀(110) 간에는 경계를 따라서 틈이 형성될 수 있다. 이와 같은 구조에서는 개별 투명 음향 픽셀(110)의 진동 모드가 서로 잘 구분될 수 있는 장점이 있다. 한편, 개별 투명 음향 픽셀(110)의 음향 간섭이 다소 있더라도 디스플레이 화면의 화질을 최상으로 유지하기 위하여 투명 지지대(120)가 없는 구조도 가능할 것이다.
도 4b는 투명 지지대(120)가 투명 음향 픽셀(110)의 모서리 중 사각 꼭지점에만 형성된 투명 음향 픽셀 트랜스듀서의 측면도를 나타내며, 도 3b에서와 동일한 방식으로 형성될 수 있다. 각 음향 픽셀에서 발생하는 소리를 상호간의 간섭 및 영향을 최소화하도록 구동하게 하면 디스플레이 내부에 있는 투명 지지대(120)를 제거할 수 있고 디스플레이 영상의 화질을 극대화할 수 있는 구조의 제작도 가능하다.
도 5는 각각의 투명 음향 픽셀을 개별 구동시키는 신호 처리 회로 구조를 나타내는 개념도이다. 도 5에는 디지털-아날로그 컨버터(DAC, Digital-Analog-Converter) 및 아날로그-디지털 컨버터(ADC, Analog-Digital-Converter)를 포함하는 DAC/ADC(510), 디지털 음원 신호를 처리하는 디지털 신호 프로세서(DSP, Digital Signal Processor), 디지털 음원 소스 신호를 제공하는 음원 소스 신호부(530), 음원을 검출하는 음원 검출부(540)를 포함한다. 각각의 투명 음향 픽셀(110)은 후면에 배치된 가로 배선(150) 및 전면에 배치된 세로 배선(160)을 통해 개별적으로 어드레스 제어될 수 있다.
구체적으로, 음원 소스 신호부(530)에서 발생된 디지털 음원 소스는 DSP(520)에서 디지털 신호 처리되어 DAC/ADC(510)에서 디지털-아날로그(DAC) 변환을 거쳐서 개별 투명 음향 픽셀(110)이 x축, y축 좌표를 통해 어드레스 구동될 수 있다. 이와 반대로, 개별 투명 음향 픽셀(110)에서 감지된 음향 신호가 DAC/ADC(510)에서 아날로그-디지털(ADC) 변환을 거쳐서 DSP(520)에서 디지털 신호 처리하여 음원 검출부(540)에서 특정한 방향 및 거리에서의 음원을 추출해낼 수 있다.
도 5에 도시된 신호 처리 회로 구조를 통해 각각의 음향 픽셀에서 개별적인 소리를 발생시킬 수 있기 때문에 디스플레이 장치에서 표시되는 영상에 따라 특정한 소리가 특정한 위치 및 범위에서 구분된 소리가 생성되도록 하는 기술이 가능하다. 패턴 인식된 영상 정보의 어드레스를 활용하면 특정한 영상의 이미지에 연동되어 그 사물이 내는 소리를 그 사물이 표시되고 있는 위치 및 범위에서 발생하도록 하는 영상 연동 음원 기능 구현이 가능하다. 또한, 디스플레이 장치의 특정한 부분을 터치하였을 때 그 부분에서만 소리가 나거나 그 위치에 있는 텍스트 창 등과 연관된 소리를 나게 할 수 있다.
또한, 투명 음향 픽셀 어레이를 통해 개별 투명 음향 픽셀(110)에서 발생하는 소리의 크기와 위상을 제어하면 특정한 방향으로 소리가 강하게 지향 제어되는 지향성 스피커 기능이 구현 가능하다. 이를 통하여 주변 사람들에게는 내가 듣는 정보를 알리지 않는 개인 정보 보호 또는 소음 저감형 디스플레이 일체형 음향 서비스가 제공될 수 있다.
아울러 개별 투명 음향 픽셀 어레이에서 감지하는 소리의 신호를 제어하여 특정한 방향 또는 거리에서 발생하는 소리만을 선택적으로 감지하는 빔포밍 음향 제어 기능 구현이 가능하다. 이러한 기능을 이용할 경우 주변에서 발생하는 소음 등을 제거하고 특정한 위치 및 방향에 있는 사람의 소리만을 선택적으로 감지하는 디스플레이 일체형 음향 모듈 구현이 가능하다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 디스플레이 장치와 결합된 투명 음향 픽셀 트랜스듀서에서 영상 정보와 연동되어 특정 위치에서 음향을 발생시키는 기능을 나타내는 개념도이다. 도 6에 도시된 디스플레이 패널(100) 전면에 형성된 투명 음향 픽셀(110)의 구성은 도 1a와 관련하여 설명한 구성과 동일하다.
도 6을 참조하면, 디스플레이 패널(100) 상에 나타나는 화면 중 특정한 사물이 표시되는 부분(610)에 존재하는 특정 위치 및 범위의 투명 음향 픽셀에서만 음향을 발생시키도록 개별 투명 음향 픽셀(110)이 어드레스 제어된다. 예컨대, 디스플레이 화면 상에 특정한 사람 또는 사물이 표시되는 디스플레이 위치 및 범위에서 해당되는 사람 또는 그 사물이 내는 소리가 발생하여 디스플레이를 보는 사용자에게 실제 그 사람 또는 그 사물이 말하거나 소리를 내는 것 같은 느낌을 갖게 하는 기능을 제공할 수 있다. 이러한 기능을 제공하기 위하여 미리 음원을 녹음할 때부터 특정한 음향과 함께 해당되는 화면 상의 어드레스 신호를 같이 연관시켜 저장하여야 한다. 즉, 화면 재생 시에 음향이 영상 이미지와 연동되어 화면 상의 특정한 좌표 및 범위에서만 발생되도록 투명 음향 픽셀(110)에 인가되는 입력 신호를 어드레스 제어할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따라 디스플레이 패널 전면의 테두리에 투명 음향 픽셀 어레이가 배치된 투명 음향 픽셀 트랜스듀서에서 가상 음원을 형성하는 기능을 나타내는 개념도이다. 도 7에 도시된 디스플레이 패널(100) 전면의 테두리에 형성된 투명 음향 픽셀(110)의 구성은 도 2a와 관련하여 설명한 구성과 동일하다.
도 7을 참고하면, 투명 음향 픽셀(110)이 디스플레이 패널(100)의 테두리에만 배치되고, 디스플레이 패널(100)의 중앙 영역에서는 투명 음향 픽셀(110)이 배치되지 않기 때문에, 디스플레이 화면 상의 특정 위치(710)에서 직접 음향이 발생할 수 없다. 따라서, 사용자가 디스플레이 화면 상의 특정 위치(710)에서 음향이 발생하는 것처럼 느끼게 하기 위해, 디스플레이 패널(100)의 테두리에 배치된 투명 음향 픽셀(110)을 개별적으로 제어함으로써 특정 위치(710)에 가상 음원을 형성할 수 있다. 즉, 디스플레이 패널(100)의 테두리에 배치된 투명 음향 픽셀(110)에서 발생하는 개별 음향 신호의 크기 및 위상을 제어함으로써 디스플레이 화면의 특정 위치(710)에서 음향이 발생하는 것처럼 가상 음원을 형성할 수 있다.
도 8은 투명 음향 픽셀 트랜스듀서에서 음향 신호를 특정 방향으로 지향시키는 지향성 음향 제어 기술을 설명하는 도면이다.
도 8을 참조하면, 투명 음향 픽셀 트랜스듀서는 디스플레이 패널(100) 전면에 형성된 개별 투명 음향 픽셀(110)에서 발생하는 음향 신호의 크기와 위상을 제어함으로써, 화면의 전면 방향에 위치한 사용자(810) 또는 그 밖의 다른 특정 방향에 위치한 사람에게만 소리가 크게 전달할 수 있도록 하는 지향성 음향을 제공한다.
이와 같은 지향성 음향을 이용하는 경우 주변의 다른 사람들에게는 소리가 잘 들리지 않으면서 특정 사용자(810)에게만 음향을 지향시킴으로써, 주변 사람에 대한 소음 피해를 최소화하고 또 특정 사용자(810)에게만 소리가 잘 들리므로 프라이버시 보호가 가능하다. 또한, 개별 투명 음향 픽셀(110)에서 발생하는 음향 신호의 크기와 위상을 제어함으로써, 사용자(810)의 위치 변화에 따라 음향 지향 방향을 제어하는 조향(steering) 기능을 구현할 수 있다.
도 9는 투명 음향 픽셀 트랜스듀서에서 특정 방향 및 위치에서 발생하는 소리를 선택적으로 감지하는 빔포밍 음향 제어 기술을 설명하는 도면이다.
도 9를 참조하면 디스플레이 패널(100) 전면에 형성된 개별 투명 음향 픽셀(110)이 감지하는 음향 신호의 크기 및 위상 정보를 빔포밍 제어하여 특정한 방향에 위치한 사용자(910)의 음성만을 선택적으로 감지한다. 특정한 방향은 전면으로 단순히 고정할 수도 있고, 카메라를 통하여 사용자(910)의 얼굴 위치를 인식할 수도 있다.
예컨대, 음향 신호 수신을 빔포밍 제어하기 위해서 시간 지연 및 합산(Delay & Sum) 알고리즘을 사용할 수 있다. 또한, 주변 소음이나 사이드로브(sidelobe)를 최소화하기 위해서 적응형 빔포밍(Adaptive Beamforming) 알고리즘을 사용할 수 있다.
본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 디스플레이 패널과 결합된 투명 음향 픽셀 트랜스듀서(transducer)로서,
    상기 디스플레이 패널; 및
    상기 디스플레이 패널의 전면에 복수의 픽셀을 형성하는 투명 압전 박막 소자를 포함하고,
    상기 투명 압전 박막 소자의 각 픽셀은 개별적으로 제어되는 것인 투명 음향 픽셀 트랜스듀서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 투명 압전 박막 소자의 각 픽셀은 상기 디스플레이 패널 상에 디스플레이되는 영상과 연동되어 동작 가능한 것인 투명 음향 픽셀 트랜스듀서.
  3. 제2항에 있어서, 상기 투명 압전 박막 소자의 각 픽셀은 개별적 어드레스 제어를 통해 상기 디스플레이되는 영상과 연관된 위치에서 가청 주파수 대역의 음향 신호를 발생시키는 것인 투명 음향 픽셀 트랜스듀서.
  4. 제3항에 있어서, 상기 디스플레이되는 영상 중 사물, 인물 또는 텍스트 창의 위치 상에 배치된 상기 투명 압전 박막 소자의 픽셀에서 음향이 발생되도록 제어되는 것인 투명 음향 픽셀 트랜스듀서.
  5. 제1항에 있어서, 상기 투명 압전 박막 소자의 각 픽셀에서 발생되는 음향의 크기와 위상을 제어함으로써 상기 투명 압전 박막 소자 전체에서 발생되는 음향이 미리 결정된 방향을 지향하도록 하는 것인 투명 음향 픽셀 트랜스듀서.
  6. 제5항에 있어서, 상기 투명 압전 박막 소자의 각 픽셀을 1차원 어레이 형태 또는 2차원 어레이 형태로 제어함으로써 상기 음향이 상기 미리 결정된 방향을 지향하도록 하는 것인 투명 음향 픽셀 트랜스듀서.
  7. 제1항에 있어서, 상기 투명 압전 박막 소자는 수신되는 음향 신호를 감지하는 것인 투명 음향 픽셀 트랜스듀서.
  8. 제7항에 있어서, 상기 투명 압전 박막 소자는 미리 결정된 방향으로 수신되는 음향만을 선택적으로 감지하도록 제어되는 것인 투명 음향 픽셀 트랜스듀서.
  9. 제8항에 있어서, 상기 투명 압전 박막 소자의 각 픽셀에서 감지되는 음향 신호의 크기 및 위상 정보를 빔포밍 제어함으로써, 미리 결정된 방향 및 미리 결정된 거리에서 발생하는 음향만을 선택적으로 감지하도록 제어되는 것인 투명 음향 픽셀 트랜스듀서.
  10. 제1항에 있어서, 상기 투명 압전 박막 소자의 상부면 및 하부면 중 적어도 하나에 투명 전극이 결합되는 것인 투명 음향 픽셀 트랜스듀서.
  11. 제1항에 있어서, 상기 투명 압전 박막 소자의 각 픽셀에서 발생하는 음향 신호의 크기, 위상, 시간 함수를 제어하는 디지털 신호 프로세서(DSP, Digital Signal Processor)를 더 포함하는 것인 투명 음향 픽셀 트랜스듀서.
  12. 제1항에 있어서, 상기 투명 압전 박막 소자는 유기 압전 소재, 압전 단결정 소재, 압전 세라믹 소재 중 어느 하나인 것인 투명 음향 픽셀 트랜스듀서.
  13. 제1항에 있어서, 상기 투명 압전 박막 소자는 상기 디스플레이 패널의 전면의 테두리에만 형성되는 것인 투명 음향 픽셀 트랜스듀서.
  14. 제13항에 있어서, 상기 디스플레이 패널에서 디스플레이되는 영상 중 사물, 인물 또는 텍스트 창의 위치 상에서 음향이 발생하는 것처럼 가상 음원을 형성하기 위해, 상기 투명 압전 박막 소자의 각 픽셀에서 발생하는 음향 신호의 크기 및 위상을 제어하는 것인 투명 음향 픽셀 트랜스듀서.
  15. 제1항에 있어서, 상기 투명 압전 박막 소자에서 발생하는 음향 신호의 디지털-아날로그간 신호 변환을 위한 디지털-아날로그 컨버터(DAC/ADC, Digital-Analog-Converter/Analog-Digital-Converter)를 더 포함하는 것인 투명 음향 픽셀 트랜스듀서.
  16. 디스플레이 패널과 결합된 투명 음향 픽셀 트랜스듀서(transducer)를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 디스플레이 패널을 제공하는 단계;
    상기 디스플레이 패널의 전면에 투명 압전 박막 소자를 픽셀 어레이 형태로 형성하는 단계; 및
    상기 투명 압전 박막 소자의 각 픽셀에 개별적인 신호를 전달하기 위해 상기 투명 압전 박막 소자의 각 픽셀의 전면 또는 후면에 배선을 형성하는 단계
    를 포함하는 투명 음향 픽셀 트랜스듀서 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 투명 압전 박막 소자의 각 픽셀은 상기 배선을 통해 전달되는 신호에 의해 개별적으로 제어되는 것인 투명 음향 픽셀 트랜스듀서 제조 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 투명 압전 박막 소자의 상부면 및 하부면에 투명 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 투명 음향 픽셀 트랜스듀서 제조 방법.
  19. 제16항에 있어서, 상기 투명 압전 박막 소자의 각 픽셀에서 발생하는 음향 간의 간섭을 막기 위해 각 픽셀의 테두리에 투명 지지대를 형성하는 단계를 더 포함하는 투명 음향 픽셀 트랜스듀서 제조 방법.
  20. 제16항에 있어서, 상기 투명 압전 박막 소자의 각 픽셀에서 발생하는 음향 간의 간섭을 막기 위해 각 픽셀의 테두리의 꼭지점에만 투명 지지대를 형성하는 단계를 더 포함하는 투명 음향 픽셀 트랜스듀서 제조 방법.
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Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101323323B1 (ko) * 2012-06-21 2013-10-29 한국전기연구원 투명 압전 단결정 소자를 이용한 압전 스피커
US9667949B2 (en) 2013-03-15 2017-05-30 Samsung Electronics Co., Ltd. Display apparatus for visual and audio multiplexed display
KR20180041981A (ko) * 2016-10-17 2018-04-25 엘지전자 주식회사 오디오 출력 장치
KR101890534B1 (ko) * 2017-09-29 2018-08-21 한국과학기술원 단일 채널 입력을 이용한 음장의 지향성 제어 방법 및 장치
KR102031987B1 (ko) * 2018-11-06 2019-10-14 한국세라믹기술원 펨토초 레이저 가공 방법을 이용한 투명 음향 스피커 제조 방법
WO2019221492A1 (ko) * 2018-05-14 2019-11-21 엘지디스플레이 주식회사 음향기능을 가진 광학소자 및 이를 이용한 표시장치
KR20190134025A (ko) * 2018-05-24 2019-12-04 엘지디스플레이 주식회사 표시 장치
US10542235B2 (en) 2017-07-18 2020-01-21 Lg Display Co., Ltd. Display apparatus
EP3654667A1 (en) * 2018-11-19 2020-05-20 Beijing Xiaomi Mobile Software Co., Ltd. Electronic device and a method of outputting audio signal
US10845877B2 (en) 2015-04-27 2020-11-24 Samsung Electronics Co., Ltd. Apparatus and method of forming localized vibration field, and method of disposing exciters
CN115036348A (zh) * 2022-04-28 2022-09-09 苏州清听声学科技有限公司 一种定向显示装置及电子装置
WO2023226123A1 (zh) * 2022-05-25 2023-11-30 南京洛普股份有限公司 显示屏面罩和显示屏

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101323323B1 (ko) * 2012-06-21 2013-10-29 한국전기연구원 투명 압전 단결정 소자를 이용한 압전 스피커
US9667949B2 (en) 2013-03-15 2017-05-30 Samsung Electronics Co., Ltd. Display apparatus for visual and audio multiplexed display
US10845877B2 (en) 2015-04-27 2020-11-24 Samsung Electronics Co., Ltd. Apparatus and method of forming localized vibration field, and method of disposing exciters
KR20180041981A (ko) * 2016-10-17 2018-04-25 엘지전자 주식회사 오디오 출력 장치
US11974066B2 (en) 2017-07-18 2024-04-30 Lg Display Co., Ltd. Display apparatus
US10542235B2 (en) 2017-07-18 2020-01-21 Lg Display Co., Ltd. Display apparatus
US10924704B2 (en) 2017-07-18 2021-02-16 Lg Display Co., Ltd. Display apparatus
KR101890534B1 (ko) * 2017-09-29 2018-08-21 한국과학기술원 단일 채널 입력을 이용한 음장의 지향성 제어 방법 및 장치
WO2019221492A1 (ko) * 2018-05-14 2019-11-21 엘지디스플레이 주식회사 음향기능을 가진 광학소자 및 이를 이용한 표시장치
KR20190134025A (ko) * 2018-05-24 2019-12-04 엘지디스플레이 주식회사 표시 장치
KR102031987B1 (ko) * 2018-11-06 2019-10-14 한국세라믹기술원 펨토초 레이저 가공 방법을 이용한 투명 음향 스피커 제조 방법
EP3654667A1 (en) * 2018-11-19 2020-05-20 Beijing Xiaomi Mobile Software Co., Ltd. Electronic device and a method of outputting audio signal
US11064307B2 (en) 2018-11-19 2021-07-13 Beijing Xiaomi Mobile Software Co., Ltd. Electronic device and method of outputting audio
CN115036348A (zh) * 2022-04-28 2022-09-09 苏州清听声学科技有限公司 一种定向显示装置及电子装置
CN115036348B (zh) * 2022-04-28 2023-12-29 苏州清听声学科技有限公司 一种定向显示装置及电子装置
WO2023226123A1 (zh) * 2022-05-25 2023-11-30 南京洛普股份有限公司 显示屏面罩和显示屏

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