KR20220062467A - 압전 패널 스피커 및 이를 포함하는 전자 기기 - Google Patents

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KR20220062467A
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Abstract

본 출원은 디스플레이 패널을 진동시켜 음향을 출력하고 생체 정보를 인식할 수 있는 압전 패널 스피커 및 이를 포함하는 전자 기기를 제공하는 것으로, 본 출원에 따른 전자 기기는 영상을 표시하는 디스플레이 모듈, 및 디스플레이 모듈의 후방에 배치되고 디스플레이 모듈을 진동시켜 음향을 출력하고 생체 인식 신호를 송수신하는 압전 패널 스피커 모듈을 포함할 수 있다.

Description

압전 패널 스피커 및 이를 포함하는 전자 기기{PIEZOELECTRIC PANEL SPEAKER AND ELECTRONIC APPARATUS COMPRISING THE SAME}
본 출원은 압전 패널 스피커 및 이를 포함하는 전자 기기에 관한 것이다.
일반적으로, 텔레비전, 모니터, 노트북 컴퓨터, 스마트 폰, 테블릿 컴퓨터, 전자 패드, 웨어러블 기기, 워치 폰, 휴대용 정보 기기, 네비게이션, 또는 차량 제어 디스플레이 기기 등의 전자 기기는 영상을 표시하는 디스플레이 장치 및 영상과 관련된 음향을 출력하기 위한 음향 장치를 포함한다. 또한, 최근의 전자 기기는 보안성과 사용 편리성을 강화시키기 위해 정전 용량 방식 또는 광학 방식의 지문 센서를 이용한 지문 인식 기능이 적용되고 있다.
그러나, 일반적인 전자 기기는 음향 장치에서 출력되는 음향이 디스플레이 장치의 후면 또는 하면(또는 측면) 방향으로 진행하기 때문에 벽 또는 지면에서 반사되는 음향간의 간섭으로 인하여 음질이 떨어지고, 이로 인하여 정확한 음향 전달이 어렵다는 문제점이 있으며, 시청자의 몰입을 방해하는 문제가 있다. 또한, 일반적인 전자 기기는 정전 용량 방식 또는 광학 방식을 이용한 지문 센서는 방수성이 낮고, 땀과 수분의 영향에 따른 손가락 지문 부위의 상태 변화에 민감하고, 낮은 해상도로 인해 위조가 용이하다는 단점이 있다.
본 출원은 디스플레이 패널을 진동시켜 음향을 출력하고 생체 정보를 인식할 수 있는 압전 패널 스피커 및 이를 포함하는 전자 기기를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 출원에 따른 압전 패널 스피커는 복수의 홀을 갖는 압전 패널, 및 복수의 홀 각각에 삽입된 복수의 지문 센서를 포함할 수 있다.
본 출원에 따른 전자 기기는 영상을 표시하는 디스플레이 모듈, 및 디스플레이 모듈의 후방에 배치되고 디스플레이 모듈을 진동시켜 음향을 출력하고 생체 인식 신호를 송수신하는 압전 패널 스피커 모듈을 포함할 수 있다.
본 출원에 따른 압전 패널 스피커는 디스플레이 패널을 진동시켜 음향을 출력하고 생체 정보를 인식할 수 있다.
본 출원에 따른 전자 기기는 압전 패널 스피커 모듈을 통해 디스플레이 패널을 진동시켜 음향을 출력함으로써 정확한 음향 출력을 통해 시청자의 몰입을 증가시킬 수 있고, 별도의 생체 정보 인식 장치 없이도 압전 패널 스피커 모듈을 통해 초음파 신호를 송수신하여 생체 정보를 인식할 수 있으며, 초음파 방식의 생체 정보를 인식하여 보안성이 강화될 수 있다.
위에서 언급된 본 출원의 효과 외에도, 본 출원의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 출원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 출원의 일 예에 따른 전자 기기를 개략적으로 단면도이다.
도 2는 본 출원의 일 예에 따른 압전 패널 스피커 모듈의 평면도이다.
도 3은 본 출원의 다른 예에 따른 압전 패널 스피커 모듈의 평면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 선 I-I'의 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 하나의 지문 센서를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 출원의 다른 예에 따른 압전 패널 스피커 모듈을 나타내는 평면도이다.
도 7은 본 출원에 따른 전자 기기의 음향 출력 및 생체 정보의 센싱을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 7에 도시된 지문 센서의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9 내지 도 11 각각은 본 출원의 또 다른 예에 따른 압전 패널 스피커 모듈을 설명하기 위한 도면들이다.
도 12는 도 4와 도 9 내지 도 11에 도시된 압전 패널 스피커 모듈의 주파수에 따른 음압 특성을 나타내는 그래프이다.
본 출원의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 일 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 출원은 이하에서 개시되는 일 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 출원의 일 예들은 본 출원의 개시가 완전하도록 하며, 본 출원의 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 출원의 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 출원의 일 예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 출원이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 출원의 예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 출원의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 명세서에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
제 1, 제 2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제 1 구성요소는 본 출원의 기술적 사상 내에서 제 2 구성요소일 수도 있다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제 1 항목, 제 2 항목 또는 제 3 항목 각각 뿐만 아니라 제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미할 수 있다.
본 출원의 여러 예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하에서는 본 출원에 따른 압전 패널 스피커 및 이를 포함하는 전자 기기의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다
도 1은 본 출원의 일 예에 따른 전자 기기를 개략적으로 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 출원의 일 예에 따른 압전 패널 스피커 및 이를 포함하는 전자 기기는 영상을 표시하는 디스플레이 모듈(100), 및 디스플레이 모듈(100)의 후방에 배치된 압전 패널 스피커 모듈(300)을 포함할 수 있다.
상기 디스플레이 모듈(100)은 디스플레이 패널(110), 및 터치 패널(130)을 포함할 수 있다.
상기 디스플레이 패널(110)은 발광 디스플레이 패널 또는 플렉서블 발광 디스플레이 패널일 수 있다. 일 예에 따른 디스플레이 패널(110)은 복수의 화소로 이루어진 화소 어레이를 갖는 화소 어레이 기판, 화소 어레이를 봉지하는 봉지층(encapsulation layer)을 포함할 수 있다.
상기 복수의 화소 각각은 화소 구동 라인들에 의해 정의되는 화소 영역에 각각 마련된다. 그리고, 복수의 화소 각각은 적어도 2개의 박막 트랜지스터와 적어도 하나의 커패시터를 갖는 화소 회로, 및 화소 회로부터 공급되는 전류에 의해 발광하는 발광 소자를 포함할 수 있다. 일 예로서, 발광 소자는 유기 발광층 또는 양자점 발광층을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 발광 소자는 마이크로 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 봉지층은 외부충격으로부터 박막 트랜지스터 및 발광 소자 등을 보호하고, 수분이 발광 소자로 침투하는 것을 방지한다. 그리고, 봉지층은 화소 어레이를 둘러싸는 충진재를 매개로 하여 화소 어레이 기판에 부착되는 봉지 기판으로 대체될 수도 있다. 충진재는 투명 충진재로 형성할 경우 봉지 기판은 투명 봉지 기판일 수 있다.
상기 터치 패널(130)은 디스플레이 패널(110) 상에 마련되고, 디스플레이 모듈(100)에 대한 사용자 터치를 센싱하기 위한 터치 전극을 갖는 터치 전극층을 포함한다. 터치 전극층은 사용자 터치에 따른 터치 전극의 정전 용량 변화를 센싱한다. 예를 들어, 터치 전극층은 상호 정전 용량 방식 또는 자기 정전 용량 방식에 따라 사용자 터치를 센싱하기 위한 터치 전극을 포함한다.
그리고, 디스플레이 모듈(100)은 터치 패널(130) 상에 배치된 편광 필름(150)을 더 포함할 수 있다. 상기 편광 필름(150)은 필름 부착 부재를 매개로 하여 터치 패널(130)의 상면에 부착된다. 편광 필름(150)은 화소 어레이 기판에 마련된 박막 트랜지스터 및/또는 화소 구동 라인들 등에 의해 반사된 외부 광을 원편광 상태로 변경하여 디스플레이 패널(110)의 시인성과 명암비를 향상시키는 역할을 포함한다. 그리고, 편광 필름(150)은 디스플레이 패널(110)의 봉지층과 터치 패널(130) 사이에 배치될 수도 있다.
그리고, 디스플레이 모듈(100)은 디스플레이 패널(110)의 봉지층과 터치 패널(130) 사이에 개재된 배리어층을 더 포함할 수 있다. 배리어층은 수분 등이 화소 어레이 쪽으로 침투하는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다.
그리고, 디스플레이 모듈(100)은 디스플레이 패널(110)의 봉지층 상면에 마련된 컬러필터층을 더 포함할 수도 있다. 상기 컬러필터층은 복수의 화소 각각과 중첩되도록 마련되고, 복수의 화소 각각에 설정된 색상의 파장만을 투과시키는 컬러필터를 포함할 수 있다.
상기 압전 패널 스피커 모듈(300)(또는 압전 패널 스피커)은 디스플레이 모듈(100)의 후면, 디스플레이 패널(110)의 후면에 배치된다. 이때, 압전 패널 스피커 모듈(300)은 디스플레이 패널(110)을 직접적으로 진동시키기 위해, 접착 부재(200)를 매개로 하여 디스플레이 패널(110)의 후면에 부착될 수 있다. 예를 들어, 압전 패널 스피커 모듈(300)은 디스플레이 패널(110)의 후면 전체에 부착될 수 있다. 이러한 압전 패널 스피커 모듈(300)은 진동 구동 신호(또는 보이스 신호)에 따라 변형되어 디스플레이 패널(110)을 직접적으로 진동시킴으로써 디스플레이 패널(110)의 진동에 따라 발생되는 음향을 디스플레이 패널(110)의 전방(Z)으로 출력한다. 그리고, 압전 패널 스피커 모듈(300)은 생체 인식 구동 신호에 응답하여 생체 인식 신호를 송신하고 생체에 의해 반사되는 생체 인식 신호를 수신하여 생체 정보를 센싱한다. 여기서, 생체 인식 신호는 사용자의 손가락 지문, 혈관, 또는 뼈 형태를 센싱하기 위한 초음파 신호일 수 있다. 이하의 설명에서는 생체 인신 신호를 초음파 신호로 가정하여 설명하기로 한다.
상기 접착 부재(200)는 자연 경화성 접착제, 열경화성 접착제, 또는 광경화성 접착제로 이루어질 수도 있다. 예를 들면, 접착 부재(200)는 경화 공정의 열에 의해 압전 패널 스피커 모듈(300)의 특성 저하를 방지하기 위하여 자연 경화성 접착제로 이루어질 수 있다.
본 예에 따른 전자 기기는 하우징(400), 구동 회로부(500), 커버 윈도우(600), 및 후면 커버(700)를 더 포함한다.
상기 하우징(400)은 디스플레이 모듈(100)을 수납한다. 일 예에 따른 하우징(400)은 하우징 측벽(410), 및 하우징 플레이트(430)를 포함한다.
상기 하우징 측벽(410)은 디스플레이 모듈(100)이 수납되는 디스플레이 수납 공간을 가지도록 프레임 형태로 형성되어 디스플레이 모듈(100)의 각 측면을 둘러싼다. 하우징 측벽(410)은 커버 윈도우(600)와 후면 커버(700)를 지지한다. 하우징 측벽(410)은 상부 내측면으로부터 오목하게 마련되어 커버 윈도우(600)를 지지하는 상부 단차부(411), 및 하부 내측면으로부터 오목하게 마련되고 후면 커버(700)를 지지하는 하부 단차부(413)을 포함할 수 있다.
상기 하우징 플레이트(430)는 디스플레이 모듈(100)의 후면을 덮도록 하우징 측벽(410)의 내측면에 연결된다. 상기 하우징 플레이트(430)의 전면 상에는 하우징 측벽(410)에 의해 둘러싸이는 디스플레이 수납 공간이 마련되고, 상기 하우징 플레이트(430)의 후면 상에는 구동 회로부(500) 등의 회로 구성 및 배터리 등을 포함하는 전자 기기의 주변 회로 등이 수납되는 회로 수납 공간이 마련된다. 이를 위해, 상기 하우징 플레이트(430)는 디스플레이 모듈(100)의 후면으로부터 이격되며, 후면 커버(700)로부터 이격될 수 있다.
상기 구동 회로부(500)는 영상 신호를 생성하여 디스플레이 패널(110)에 마련된 복수의 화소 각각에 공급함으로써 디스플레이 패널(110)에 영상을 표시한다. 상기 구동 회로부(500)는 오디오 소스를 기반으로 보이스 신호를 생성하고 보이스 신호를 증폭하여 진동 구동 신호를 생성해 압전 패널 스피커 모듈(300)을 변형(또는 진동)시킨다. 구동 회로부(500)는 터치 패널(130)을 통해 사용자 터치에 대한 터치 위치를 산출하고, 산출된 터치 위치에 해당하는 어플리케이션을 실행한다. 구동 회로부(500)는 지문 인증 어플리케이션의 실행에 따른 생체 인식 구동 신호를 생성하여 압전 패널 스피커 모듈(300)을 통해 초음파 신호를 송신하고, 압전 패널 스피커 모듈(300)을 통해 수신되는 초음파 신호를 수신하여 생체 정보를 인식하고, 인식된 생체 정보와 미리 등록된 생체 정보 간의 일치 여부를 판단하여 생체 정보를 인증한다.
그리고, 구동 회로부(500)는 디스플레이 패널(110)에 실장될 수도 있다.
상기 커버 윈도우(600)는 하우징(400)에 결합되어 디스플레이 모듈(100)을 지지한다. 예를 들면, 커버 윈도우(500)는 디스플레이 모듈(100)을 지지하면서 하우징(400)의 하우징 측벽(410)에 마련된 상부 단차부(411)에 지지된다. 일 예에 따른 커버 윈도우(500)는 글라스(Glass) 또는 강화 글라스 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 커버 윈도우(500)는 사파이어 글라스(Sapphire Glass) 및 고릴라 글라스(Gorilla Glass) 중 어느 하나 또는 이들의 접합 구조를 가질 수 있다. 이러한 커버 윈도우(500)는 광학 점착 부재를 매개로 하여 디스플레이 모듈(100)의 전면(前面)에 부착될 수 있다. 그리고, 광학 점착 부재는 OCA(Optically Clear Adhesive), 또는 PSA(Pressure Sensitive Adhesive)일 수 있다.
커버 윈도우(600)는 디스플레이 모듈(100)의 표시 영역을 제외한 나머지 비표시 영역을 덮는다. 일 예에 따른 커버 윈도우(600)는 디스플레이 모듈(100)의 표시 영역과 중첩되는 투명 영역, 디스플레이 모듈(100)의 비표시 영역과 중첩되는 차광 영역, 및 차광 영역에 마련되어 디스플레이 모듈(100)의 비표시 영역을 가리는 디자인 층을 포함할 수 있다.
상기 커버 윈도우(600)와 하우징(400)의 상부 단차부(411) 사이에는 완충 부재(420)가 개재될 수 있다. 완충 부재(420)는 양면 테이프 또는 폼 패드를 포함할 수 있다. 완충 부재(420)는 커버 윈도우(500)에 가해지는 충격을 완충하고, 디스플레이 모듈(100)의 진동이 하우징(400)에 전달되는 것을 방지한다.
상기 후면 커버(700)는 하우징(400)에 결합되어 하우징(400)의 후면을 덮는다. 예를 들면, 후면 커버(700)는 하우징(400)의 후면에 마련된 회로 수납 공간을 덮는다. 이를 위해, 후면 커버(700)는 하우징(400)의 하우징 측벽(410)에 마련된 하부 단차부(413)에 결합된다. 일 예에 따른 후면 커버(700)는 커버 윈도우(600)와 동일한 재질로 이루어지거나, 커버 윈도우(600)와 다른 글라스(Glass) 또는 강화 글라스 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 후면 커버(700)는 사파이어 글라스(Sapphire Glass) 및 고릴라 글라스(Gorilla Glass) 중 어느 하나 또는 이들의 접합 구조를 가질 수 있다.
이와 같은, 본 출원에 따른 압전 패널 스피커 및 이를 포함하는 전자 기기는 압전 패널 스피커 모듈(300)을 통해 디스플레이 모듈(100), 즉 디스플레이 패널(110)을 진동시켜 디스플레이 패널(110)의 진동에 따라 발생되는 음향을 디스플레이 모듈(100)의 전방으로 출력함으로써 음향 출력을 통해 시청자의 몰입감을 증가시킬 수 있고, 별도의 생체 정보 인식 장치 없이도 압전 패널 스피커 모듈(300)을 통해 초음파 신호를 송수신하여 생체 정보를 인식할 수 있으며, 초음파 방식의 생체 정보를 인식하여 보안성이 강화될 수 있다.
도 2는 본 출원의 일 예에 따른 압전 패널 스피커 모듈의 평면도이고, 도 3은 본 출원의 다른 예에 따른 압전 패널 스피커 모듈의 평면도이고, 도 4는 도 2에 도시된 선 I-I'의 단면도이며, 도 5는 도 4에 도시된 하나의 지문 센서를 나타내는 단면도이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 출원의 일 예에 따른 압전 패널 스피커 모듈(300)은 복수의 홀(311h)을 갖는 압전 패널(310), 및 압전 패널(310)에 마련된 복수의 홀(311h) 각각에 삽입된 복수의 지문 센서(330)를 포함한다.
상기 압전 패널(310)은 보이스 신호에 따라 변형되어 디스플레이 패널을 진동시킨다. 일 예에 따른 압전 패널(310)은 압전 필름(311), 제 1 전극(313), 및 제 2 전극(315)을 포함할 수 있다.
상기 압전 필름(311)은 일정한 두께를 가지면서 디스플레이 패널과 동일한 형태를 가지며, 복수의 홀(311h)을 포함한다.
압전 필름(311)은 진동 구동 신호에 따른 역압전 효과(inverse piezoelectric effect)에 따라 변형(또는 진동)되는 압전 물질을 포함한다.
일 예에 따른 압전 필름(311)은 고분자 재료의 압전 물질, 박막 재료의 압전 물질, 또는 복합 재료의 압전 물질을 포함할 수 있지만, 반드시 이에 한정되지 않고 압전 효과를 갖는 물질이라면 적용 가능하다.
상기 고분자 재료의 압전 물질은 PVDF, P(VDF-TrFe), 또는 P(VDFTeFE)를 포함할 수 있다. 상기 박막 재료의 압전 물질은 ZnO, CdS, 또는 AlN을 포함할 수 있다. 상기 복합 재료의 압전 물질은 PZT-PVDF, PZT-Silicon Rubber, PZT-Epoxy, PZT-발포 폴리머, 또는 PZT-발포 우레탄을 포함할 수 있다. 이러한 압전 물질 중 PVDF는 반결정성의 강유전성(ferroelectric) 고분자로서, 높은 탄성계수를 가지면서도 유연성이 우수하고 필름으로 제조하기 용이하며, 가볍고, 유연하지만 부서지지 않고, 충격에 강한 특성을 가질 수 있다. 본 예에 따른 압전 필름(311)은 PVDF를 포함할 수 있다.
상기 복수의 홀(311h) 각각은 일정한 크기와 일정한 간격을 가지며, 압전 필름(311)을 수직 관통하도록 형성된다.
일 예에 따른 복수의 홀(311h) 각각은 도 3에 도시된 바와 같이 원 형태를 가지거나 도 4에 도시된 바와 같이, 정사각 형태를 가질 수 있다. 이들에 한정되지 않고, 삼각, 오각, 육각, 또는 팔각 형태 등의 다각 형태를 가지거나, 사용자 손가락의 형태와 유사한 타원 형태 또는 단변이 둥근 직사각 형태를 가질 수 있다.
일 예에 따른 복수의 홀(311h) 각각은 사용자의 생체 정보, 즉 사용자 손가락의 지문을 센싱할 수 있는 크기를 가질 수 있다. 예를 들면, 복수의 홀(311h) 각각은 1 ~ 4㎠의 크기를 가질 수 있다. 즉, 제 1 방향(X)과 나란한 복수의 홀(311h) 각각의 제 1 길이(L1)는 1 ~ 2cm이고, 제 2 방향(Y)과 나란한 복수의 홀(311h) 각각의 제 2 길이(L2)는 1 ~ 2cm일 수 있다. 여기서, 제 1 방향(X)은 압전 필름(311)의 가로 방향으로 정의될 수 있고, 제 2 방향(Y)은 압전 필름(311)의 세로 방향으로 정의될 수 있다.
일 예에 따른 복수의 홀(311h) 간의 간격(D1, D2)은 사용자의 생체 정보, 예를 들면, 사용자 손가락의 폭 이상으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 제 1 방향(X)과 나란한 복수의 홀(311h) 간의 제 1 간격(D1)은 3cm이상일 수 있고, 제 2 방향(Y)과 나란한 복수의 홀(311h) 각각의 제 2 간격(D2)은 3cm이상일 수 있다. 여기서, 복수의 홀(311h) 간의 최대 간격(D1, D2)은 생체 정보의 해상도에 따라 설정될 수 있다.
상기 제 1 전극(313)은 압전 필름(311)의 제 1 면 중 복수의 홀(311h)을 제외한 나머지에 배치된다. 일 예에 따른 제 1 전극(313)은 압전 필름(311)의 제 1 면에 하나의 몸체(또는 일체)(one body)로 형성될 수 있다.
상기 제 2 전극(315)은 압전 필름(311)의 제 1 면과 반대되는 제 2 면 중 복수의 홀(311h)을 제외한 나머지에 배치된다. 일 예에 따른 제 2 전극(315)은 압전 필름(311)의 제 2 면에 하나의 몸체(또는 일체)(one body)로 형성될 수 있다. 제 2 전극(315)은 압전 필름(311)을 사이에 두고 제 1 전극(313)과 중첩될 수 있다.
일 예에 따른 제 1 전극(313)과 제 2 전극(315)은 전도성 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 제 1 전극(313)과 제 2 전극(3150)은 인듐 주석 산화물(indium tin oxide), 인듐 아연 산화물(indium zinc oxide), 구리 산화물(copper oxide), 주석 산화물(tin oxide), 아연 산화물(zinc oxide), 티타늄 산화물(titanium oxide) 등의 금속 산화물과 같은 투명 전도성 물질을 포함할 수 있다. 다른 예로, 제 1 전극(313)과 제 2 전극(3150)은 나노 와이어, 감광성 나노 와이어 필름, 탄소 나노 튜브(CNT), 그래핀(graphene), 또는 전도성 폴리머를 포함할 수 있다. 또 다른 예로, 제 1 전극(313)과 제 2 전극(3150)은 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 몰리브덴(Mo), 금(Au), 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 및 이들의 합금 중 적어도 하나의 금속을 포함하는 단일층 또는 복층 구조를 가질 수 있다.
본 예에 따른 압전 패널(310)은 제 1 전극(313)과 제 2 전극(315) 중 어느 하나에 인가되는 진동 구동 신호에 따라 제 1 전극(313)과 제 2 전극(315) 사이에 형성되는 전계에 따라 변형 또는 진동되어 디스플레이 패널을 진동시킴으로써 디스플레이 패널에서 음향을 발생시킨다.
상기 복수의 지문 센서(330) 각각은 압전 패널(310)에 마련된 복수의 홀(311h) 각각에 삽입되어 생체 인식 구동 신호에 따라 초음파 신호를 송수신하여 생체 정보를 센싱한다. 일 예에 따른 복수의 지문 센서(330) 각각은 복수의 압전 소자(331), 충진재(333), 제 1 센서 전극(335), 및 복수의 제 2 센서 전극(337)을 포함할 수 있다.
상기 복수의 압전 소자(331) 각각은 생체 인식 구동 신호에 따른 역압전 효과(inverse piezoelectric effect)에 따라 변형(또는 진동)되어 초음파 신호를 송신하고 생체에 의해 반사되는 초음파 신호에 따른 압전 효과(piezoelectric effect)에 따라 변형(또는 진동)되어 초음파 수신 신호를 발생한다. 예를 들면, 복수의 압전 소자(331) 각각은 생체에 의해 반사되는 초음파 신호에 의해 결정 구조에 압력 또는 비틀림 현상이 작용하면서 양(+) 이온과 음(-) 이온의 상대적인 위치 변화에 따른 유전 분극에 의해 발생되는 전위차에 대응되는 초음파 수신 신호를 발생하고, 반대로 생체 인식 구동 신호에 따른 전계에 의해 진동하여 초음파 신호를 방출한다.
일 예에 따른 복수의 압전 소자(331) 각각은 일정한 높이와 크기를 갖는 원 기둥 또는 다각 기둥 형태를 가질 수 있다. 일 예로, 기둥 형태를 갖는 복수의 압전 소자(331) 각각은 복수의 열과 행을 갖는 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 다른 예로, 기둥 형태를 갖는 복수의 압전 소자(331) 각각은 매트릭스 형태로 배열되며, 열 방향 또는 행 방향을 따라 지그재그 형태로 배열될 수 있다.
일 예에 따른 복수의 압전 소자(331) 각각은 세라믹 압전 물질을 포함할 수 있다. 다른 예에 따른 복수의 압전 소자(331) 각각은 압전 패널(310)의 압전 필름(311)과 동일한 압전 물질을 포함할 수도 있다. 여기서, 세라믹 압전 물질은 단결정 세라믹 또는 다결정 세라믹의 압전 물질을 포함할 수 있다. 상기 단결정 세라믹의 압전 물질은 α-AlPO4, α-SiO2, LiNbO3, Tb2(MoO4)3, Li2B4O7, 또는 ZnO을 포함할 수 있다. 상기 다결정 세라믹의 압전 물질은 PZT계, PT계, PZT-Complex Perovskite계, 또는 BaTiO3을 포함할 수 있다. 이러한 압전 물질을 포함하는 복수의 지문 센서(330) 각각은 넓은 주파수 응답 특성을 갖는 PZT계 세라믹 압전 물질을 포함할 수 있다.
일 예에 따른 복수의 압전 소자(331) 각각의 크기(D3)는 50㎛ 이하일 수 있다. 이에 한정되지 않고, 사용자의 손가락 지문의 융선, 즉 마루(ridge) 패턴과 마루 패턴 사이의 간격보다 작거나 생체 정보의 해상도에 따라 설정될 수 있다. 예를 들면, 손가락 지문의 마루 패턴과 마루 패턴 사이의 거리를 기준 거리라 정의하면, 복수의 압전 소자(331) 각각은 기준 거리 내에 2개 이상이 배치될 수 있는 크기를 가질 수 있다.
일 예에 따른 복수의 압전 소자(331) 간의 피치(P)는 150㎛ 이하일 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 생체 정보의 해상도에 따라 설정될 수 있다.
상기 충진재(333)는 압전 필름(311)에 마련된 홀(311h)과 동일한 형태를 가지면서 홀(311h)에 삽입 가능한 크기를 갖는다. 충진재(333)는 복수의 압전 소자(331) 각각을 둘러싼다. 예를 들면, 복수의 압전 소자(331) 각각은 일정한 간격을 가지도록 충진재(333)에 삽입될 수 있다. 일 예에 따른 충진재(333)는 폴리머 물질을 포함할 수 있다. 이러한 충진재(333)는 복수의 압전 소자(331) 각각이 진동에 의해 초음파 신호를 발생할 때 인접한 압전 소자(331) 간의 진동이 서로 간섭되는 것을 방지한다.
상기 제 1 센서 전극(335)은 충진재(333)의 제 1 면에 마련되고 복수의 압전 소자(331) 각각의 일단에 전기적으로 연결된다. 일 예에 따른 제 1 센서 전극(335)은 충진재(333)의 제 1 면에 하나의 몸체(또는 일체)(one body)로 형성될 수 있다. 예를 들면, 제 1 센서 전극(335)은 복수의 압전 소자(331) 각각의 일단과 공통적으로 연결되는 지문 센싱용 공통 전극이 될 수 있다.
상기 복수의 제 2 센서 전극(337) 각각은 충진재(333)의 제 2 면에 마련되고 복수의 압전 소자(331) 각각의 타단에 전기적으로 연결된다. 일 예에 따른 제 2 센서 전극(337)은 복수의 압전 소자(331) 각각의 타단과 개별적으로 중첩되도록 충진재(333)의 제 2 면에 패터닝됨으로써, 복수의 압전 소자(331) 각각의 타단과 일대일로 연결된다. 이러한 복수의 제 2 센서 전극(337) 각각은 수신 라우팅 라인을 통해 구동 회로부에 전기적으로 연결됨으로써, 복수의 압전 소자(331) 각각에서 발생되는 초음파 수신 신호를 수신 라우팅 라인을 통해서 구동 회로부에 제공한다.
선택적으로, 제 1 센서 전극(335)이 복수의 압전 소자(331) 각각의 일단과 일대일로 연결되도록 구성되고, 제 2 센서 전극(337)이 복수의 압전 소자(331) 각각의 타단과 공통적으로 연결되도록 구성될 수도 있다.
본 예에 따른 복수의 지문 센서(330) 각각은 케이스(339)를 더 포함할 수 있다. 상기 케이스(339)는 충진재(333)의 측면과 제 1 면 가장자리 및 제 2 면 가장자리를 둘러싼다. 일 예에 따른 케이스(339)는 외부 충격으로부터 지문 센서(330)의 변형을 방지할 수 있다.
본 예에 따른 복수의 지문 센서(330) 각각은 압전 패널(310)에 마련된 복수의 홀(311h) 각각에 삽입되어 생체 인식 구동 신호에 따른 역압전 효과(inverse piezoelectric effect)에 따라 변형(또는 진동)되어 초음파 신호를 송신하고 생체에 의해 반사되는 초음파 신호에 따라 변형(또는 진동)되어 초음파 수신 신호를 발생함으로써 생체 정보를 센싱한다.
본 예에 따른 압전 패널 스피커 모듈(300)은 압전 패널(310)과 복수의 지문 센서(330) 각각의 제 2 면을 덮는 절연 부재(350)를 더 포함할 수 있다.
상기 절연 부재(350)는 압전 패널(310)에 마련된 제 2 전극(315) 및 복수의 지문 센서(330) 각각에 마련된 복수의 제 2 센서 전극(337)을 전기적으로 절연한다. 이러한 절연 부재(350)는 압전 패널 스피커 모듈(300)의 전면에 코팅되는 절연층이거나 디스플레이 패널과 압전 패널 스피커 모듈(300) 사이에 개재되는 절연 시트일 수 있다. 이러한 상기 절연 부재(350)는 생체 조직의 음향 임피던스 값과 유사한 물질을 포함할 수 있다. 일 예에 따른 절연 부재(350)는 폴리머 물질, 폴리 우레탄, 또는 폴리 스티렌 등을 포함할 수 있다.
그리고, 본 출원에 따른 압전 패널 스피커 모듈(300)은 디스플레이 패널을 진동시켜 음향을 출력하며, 압전 패널 스피커 모듈(300)의 저음역대 주파수 특성은 압전 필름(311)의 표면적이 증가할수록 강화될 수 있다. 하지만, 압전 필름(311)의 총 표면적은 복수의 지문 센서(330) 각각을 압전 필름(311)에 내장(또는 삽입)하기 위해 형성되는 복수의 홀(311h)을 인하여 복수의 홀(311h)이 차지하는 표면적만큼 감소하게 되고, 이로 인하여 압전 패널 스피커 모듈(300)의 저음역대 주파수 특성이 저하될 수 있다. 이에, 본 발명자들은 복수의 홀(311h)이 차지하는 표면적에 대한 압전 패널 스피커 모듈(300)의 저음역대 주파수 특성을 실험한 결과, 압전 패널 스피커 모듈(300)의 저음역대 주파수 특성은 압전 패널(311)의 총 표면적 중 복수의 홀(311h)이 차지하는 총 표면적이 압전 패널(311)의 총 표면적의 5% 미만일 경우에 발생되지 않는 반면, 압전 패널(311)의 총 표면적 중 복수의 홀(311h)이 차지하는 전체 표면적이 압전 패널(311)의 총 표면적의 20%를 초과하는 경우에는 발생되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 복수의 홀(311h)로 인한 압전 패널 스피커 모듈(300)의 저음역대 주파수 특성 저하를 최소화하기 위하여, 압전 패널(311)의 총 표면적 중 복수의 홀(311h)이 차지하는 총 표면적은 압전 패널(311)의 총 표면적의 5 ~ 20%로 설정될 수 있다.
이와 같은, 본 예에 따른 압전 패널 스피커 모듈(300)은 압전 패널(310)의 진동을 통해 디스플레이 패널을 진동시켜 디스플레이 패널에서 음향(SW)을 발생시킬 수 있고, 복수의 지문 센서(330) 각각을 통해 초음파 신호를 송수신하여 사용자의 생체 정보를 센싱할 수 있다. 이러한 본 예에 따른 압전 패널 스피커 모듈(300)은 복수의 지문 센서(330) 각각이 압전 패널(310)에 내장 또는 일체화됨으로써 전자 기기의 슬림화를 가능하게 하면서 제조 비용을 절감시킬 수 있다.
도 6은 본 출원의 다른 예에 따른 압전 패널 스피커 모듈을 나타내는 평면도로서, 이는 스마트 폰, 테블릿 컴퓨터, 전자 패드, 웨어러블 기기, 워치 폰, 휴대용 정보 기기 등의 전자 기기에 적용된 압전 패널 스피커 모듈을 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 본 출원의 다른 예에 따른 압전 패널 스피커 모듈(300)은 2개의 홀(311h)을 갖는 압전 패널(310), 및 압전 패널(310)에 마련된 2개의 홀(311h) 각각에 삽입된 2개의 지문 센서(330)를 포함한다.
상기 압전 패널(310)은 보이스 신호에 따라 변형되어 디스플레이 패널을 진동시키는 것으로, 2개의 홀(311h)을 포함하는 것을 제외하고는 도 2 내지 도 4에 도시된 압전 패널과 동일하므로, 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
상기 2개의 홀(311h)은 제 1 방향(X)을 기준으로, 압전 필름의 일측 가장자리와 타측 가장자리에 서로 나란하게 마련될 수 있다. 이러한 2개의 홀(311h) 각각은 전자 기기의 디스플레이 패널에 표시되는 소프트웨어적인 홈 버튼 영역(HBA)과 중첩될 수 있다. 예를 들어, 본 출원에 따른 전자 기기는 물리적인 홈 버튼 대신에 소프트웨어적인 홈 버튼을 디스플레이 패널에 표시하고, 소프트웨어적인 홈 버튼에 대한 사용자 터치에 따라 홈 버튼과 관련된 어플리케이션을 실행한다. 예를 들어, 소프트웨어적인 홈 버튼(또는 소프트웨어 적인 지문 인식 영역)은 전자 기기의 회전 상태에 따라 디스플레이 패널의 일측 가장자리 또는 타측 가장자리에 표시될 수 있다. 이에 따라, 2개의 홀(311h) 각각은 전자 기기의 회전 상태에 따라 표시되는 소프트웨어적인 홈 버튼과 중첩되는 압전 필름의 일측 가장자리와 타측 가장자리 각각에 지문 센서(330)를 내장하기 위해 마련된다.
상기 2개의 지문 센서(330)는 2개의 홀(311h) 각각에 삽입되어 초음파 신호를 송수신하여 생체 정보를 센싱한다. 이러한 2개의 지문 센서(330)는 소프트웨어적인 홈 버튼에 접촉된 사용자의 손가락을 통해 생체 정보를 센싱하는 것을 제외하고는, 도 2 내지 도 5에 도시된 지문 센서와 동일하므로, 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
그리고, 소프트웨어적인 홈 버튼이 전자 기기의 회전 상태와 무관하게 디스플레이 패널의 일측 가장자리(또는 타측 가장자리)에만 표시될 경우, 디스플레이 패널의 타측 가장자리(또는 일측 가장자리)와 중첩되는 홀 및 지문 센서를 생략된다. 이 경우, 본 예에 따른 압전 패널 스피커 모듈(300)은 적어도 하나의 홀(311h)을 갖는 압전 패널(310), 및 적어도 하나의 홀(311h)에 삽입된 적어도 하나의 지문 센서(330)를 포함할 수 있다.
도 7은 본 출원에 따른 전자 기기의 음향 출력 및 생체 정보의 센싱을 설명하기 위한 도면이며, 도 8은 도 7에 도시된 지문 센서의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 출원에 따른 전자 기기는 압전 패널 스피커 모듈(300)의 압전 패널(310)을 진동시키고 압전 패널(310)의 진동에 따라 진동하는 디스플레이 패널(110)에 의해 발생되는 음향(SW)을 디스플레이 패널(110)의 전방으로 출력한다. 예를 들면, 압전 패널(310)의 제 1 및 제 2 전극 간에 진동 구동 신호가 인가되면, 진동 구동 신호에 따른 압전 필름의 역압전 효과에 의해 압전 필름이 변형(또는 진동)되고, 압전 필름의 변형에 따른 압전 패널(310)의 진동에 의해 디스플레이 패널(110)이 진동됨으로써 디스플레이 패널(110)의 진동에 따라 음향(SW)이 출력된다.
그리고, 본 출원에 따른 전자 기기는 압전 패널 스피커 모듈(300)의 압전 패널(310)에 내장된 복수의 지문 센서(330) 각각을 통해 초음파 신호(USW)를 송수신하여 사용자(10)의 생체 정보를 센싱한다.
예를 들면, 사용자의 손가락(10) 등의 생체 인식 객체가 지문 센서(330) 상의 커버 윈도우(600)에 접촉되면, 지문 센서(330)는 생체 인식 구동 신호에 따른 복수의 압전 소자(331) 각각을 통해 초음파 신호(USW)를 생체 인식 객체로 방출한다.
복수의 압전 소자(331) 각각으로부터 방출되는 초음파 신호 중 지문의 골 패턴(13)으로 진행하는 초음파 신호(USW)는 압전 소자(331)와 공기층 사이의 음향 임퍼던스 차이로 인하여, 압전 소자(331)와 공기층 사이의 경계면을 통과하지 못하고 압전 소자(331)로 반사된다. 반면, 복수의 압전 소자(331) 각각으로부터 방출되는 초음파 신호(USW) 중 지문의 마루 패턴(11)으로 진행하는 초음파 신호(USW)는 압전 소자(331)와 공기층 사이의 경계면을 통과하여 사용자 손가락(10) 내부로 진행하게 된다. 이에 따라, 지문의 골 패턴(13)과 중첩되는 압전 소자(331)로부터 방출되는 초음파 신호(USW)의 대부분은 압전 소자(331)로 반사되며, 지문의 마루 패턴(11)과 중첩되는 압전 소자(331)로부터 방출되는 초음파 신호(USW)의 대부분은 압전 소자(331)로 반사되지 못한다. 따라서, 지문 센서(330)는 복수의 압전 소자(331) 각각에 수신되는 초음파 신호(USW)에 따른 압전 소자(331)들의 압전 효과에 따라 압전 소자별 초음파 수신 신호를 발생하여 구동 회로부에 제공한다.
일 예에 따른 구동 회로부는 지문 센서(330)의 압전 소자별 초음파 수신 신호의 세기를 기반으로 사용자 손가락(10)의 지문 패턴(또는 생체 정보)를 인식한다.
다른 예에 따른 구동 회로부는 지문의 마루 패턴(11)과 중첩되는 압전 소자(331)들에 해당되는 초음파 수신 신호의 세기를 기반으로 사용자 손가락(10) 내부의 뼈 형태 또는 혈관 형태 등의 생체 정보를 추가로 인식할 수도 있다. 예를 들면, 지문의 마루 패턴(11)과 중첩되는 압전 소자(331)로부터 방출되는 초음파 신호(USW)는 사용자 손가락(10) 내부의 뼈 또는 혈관 등에 의해 반사되어 압전 소자(331)로 되돌아올 수 있기 때문에 구동 회로부는 지문의 마루 패턴(11)과 중첩되는 압전 소자(331)로부터 제공되는 초음파 수신 신호의 세기를 기반으로 사용자 손가락(10) 내부의 뼈 형태 또는 혈관 형태를 인식할 수 있다. 따라서, 본 예는 지문 센서(330)를 통해 지문 패턴뿐만 아니라 뼈 형태 및/또는 혈관 형태를 포함하는 생체 정보를 인식하여 지문 위조 여부를 판단함으로써 전자 기기의 보안성을 더욱 강화시킬 수 있다.
이와 같은, 본 출원의 일 예에 따른 전가 기기는 압전 패널 스피커 모듈(300)의 압전 패널(310)을 통해 디스플레이 패널을 진동시켜 디스플레이 패널에서 음향(SW)을 발생시킬 수 있고, 압전 패널 스피커 모듈(300)의 지문 센서(330)들을 통해 초음파 신호(USW)를 송수신하여 사용자(10)의 생체 정보를 센싱할 수 있다. 이러한 본 출원은 압전 패널 스피커 모듈(300)의 압전 패널(310)에 복수의 지문 센서(330) 각각을 내장 또는 일체화함으로써 전자 기기의 슬림화를 가능하게 하면서 제조 비용을 절감시킬 수 있으며, 전자 기기의 화면 전체 영역 또는 특정 영역에서 사용자 손가락의 생체 정보를 인식할 수 있다.
도 9 내지 도 11 각각은 본 출원의 또 다른 예에 따른 압전 패널 스피커 모듈을 설명하기 위한 도면들로서, 도 2에 도시된 선 I-I'의 다른 단면도이며, 도 12는 도 4와 도 9 내지 도 11에 도시된 압전 패널 스피커 모듈의 주파수에 따른 음압 특성을 나타내는 그래프이다.
먼저, 도 9 및 도 12를 참조하면, 본 출원의 다른 예에 따른 압전 패널 스피커 모듈(300)은 복수의 홀(311h)을 갖는 압전 패널(310), 및 압전 패널(310)에 마련된 복수의 홀(311h) 각각에 삽입된 복수의 지문 센서(330)를 포함하는 것으로, 이는 도 2 내지 도 5에 도시된 압전 패널 스피커 모듈에서 압전 패널(310)의 구조를 변경한 것이다. 이에 따라, 이하의 설명에서는 압전 패널(310) 및 이와 관련된 사항에 대해서만 설명하기로 하고, 나머지 구성들에 대한 설명은 생략하기로 한다.
본 예에 따른 압전 패널(310)은 복수의 홀(311h)을 갖는 압전 필름(311), 압전 필름(311)의 제 1 면에 마련된 제 1 전극(313), 압전 필름(311)의 제 2 면에 마련된 제 2 전극(315), 및 복수의 홀(311h) 각각을 둘러싸도록 압전 필름(310)의 제 1 면으로 돌출된 복수의 돌출부(317)를 포함할 수 있다. 이러한 구성을 갖는 압전 패널(310)은 복수의 돌출부(317) 각각을 제외한 나머지 구성은 도 2 내지 도 5에 도시된 압전 패널 스피커 모듈의 압전 패널과 동일하므로, 동일한 구성들에 대한 설명은 생략하기로 한다.
상기 복수의 돌출부(317) 각각은 복수의 홀(311h) 각각을 둘러싸도록 압전 필름(310)의 제 1 면으로부터 곡면 형태의 단면 구조를 가지도록 돌출된다. 일 예에 따른 복수의 돌출부(317) 각각은 반원 형태의 단면을 가질 수 있으며, 복수의 홀(311h) 각각과 중첩되는 개구부를 갖는다. 이러한 복수의 돌출부(317) 각각은 복수의 홀(311h) 각각이 형성될 압전 필름(311)의 일부 영역, 즉 홀 형성 영역이 압전 필름(311)의 제 1 면 외부로 돌출되는 것에 의해 형성될 수 있다. 그리고, 압전 필름(311)은 고온에서 용융되는 압전 물질로 이루어짐으로써, 복수의 홀(311h) 각각을 형성할 시 홀 형성 영역의 압전 물질이 압전 필름(311)의 제 1 면 외부로 돌출되어 돌출부(317)를 형성할 수 있다.
일 예로, 복수의 돌출부(317) 각각은 고온으로 가열된 홀 가공 기구로 상기 압전 필름의 홀 형성 영역을 가압함으로써 홀 형성 영역의 압전 물질을 압전 필름(311)의 제 1 면 외부로 돌출시키는 것에 의해 형성될 수 있다. 이때, 압전 필름(311)의 제 1 면 외부로 돌출된 압전 물질은 곡면 형태를 가지도록 자연적으로 경화될 수 있다. 또는, 압전 필름(311)의 제 1 면 외부로 돌출된 압전 물질은 마스크 지그에 마련된 곡면 형태의 오목부에 충진되어 경화됨으로써 곡면 형태를 가질 수 있다.
다른 예로, 복수의 돌출부(317) 각각은 열에 강한 세라믹 압전 물질로 이루어진 복수의 지문 센서(330) 각각을 고온으로 가열하고, 고온으로 가열된 복수의 지문 센서(330) 각각으로 상기 압전 필름의 홀 형성 영역을 가압함으로써 홀 형성 영역의 압전 물질을 압전 필름(311)의 제 1 면 외부로 돌출시키는 것에 의해 형성될 수 있다. 이때, 압전 필름(311)의 제 1 면 외부로 돌출된 압전 물질은 곡면 형태를 가지도록 자연적으로 경화될 수 있다. 또는, 압전 필름(311)의 제 1 면 외부로 돌출된 압전 물질은 마스크 지그에 마련된 곡면 형태의 오목부에 충진되어 경화됨으로써 곡면 형태를 가질 수 있다.
이와 같은, 본 예에 따른 압전 패널 스피커 모듈(300)은 곡면 형태의 단면 구조를 가지도록 압전 패널(310)에 마련된 복수의 돌출부(317) 각각에 의해 표면적이 증가됨으로써 음압이 증가될 수 있다. 예를 들면, 본 예에 따른 압전 패널 스피커 모듈(300)의 음압 특성(B)은 도 4에 도시된 압전 패널 스피커 모듈의 음압 특성(A) 대비 0 ~ 80Hz 및 150 ~ 1000Hz 영역의 음역대 주파수 특성이 증가될 수 있다.
다음으로, 도 10 및 도 12를 참조하면, 본 예에 따른 압전 패널 스피커 모듈(300)에서, 압전 패널(310)에 마련된 복수의 돌출부(317) 각각은 복수의 홀(311h) 각각을 둘러싸도록 압전 필름(310)의 제 1 면으로부터 멀어질수록 작은 면적을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다. 일 예에 따른 복수의 돌출부(317) 각각은 복수의 단차부를 갖는 계단 형태의 단면을 가질 수 있으며, 복수의 홀(311h) 각각과 중첩되는 개구부를 갖는다. 이러한 복수의 돌출부(317) 각각은 단면 형태를 제외하고는 도 9에 도시된 돌출부와 동일한 방법으로 형성되므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
이와 같은, 본 예에 따른 압전 패널 스피커 모듈(300)은 복수의 단차부를 갖는 계단 형태의 단면을 가지도록 압전 패널(310)에 마련된 복수의 돌출부(317) 각각에 의해 표면적이 증가됨으로써 전체적으로 음압이 더욱 증가될 수 있고, 이로 인하여 본 예에 따른 압전 패널 스피커 모듈(300)의 음압 특성(C)은 도 4에 도시된 압전 패널 스피커 모듈의 음압 특성(A) 대비 0 ~ 1000Hz 영역의 음역대 주파수 특성이 증가될 수 있으며, 특히 0 ~ 80Hz의 저음역대 주파수 특성이 증가될 수 있다.
다음으로, 도 11 및 도 12를 참조하면, 본 예에 따른 압전 패널 스피커 모듈(300)에서, 압전 패널(310)에 마련된 복수의 돌출부(317) 각각은 복수의 홀(311h) 각각을 둘러싸도록 압전 필름(311)의 제 1 면으로부터 돌출된 수직부(317a), 및 압전 필름(311)의 제 1 면과 나란하도록 수직부(317a)로부터 절곡된 수평부(317b)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 예에 따른 복수의 돌출부(317) 각각은 복수의 홀(311h) 각각을 둘러싸는 "┛ ┗"자 형태의 단면 구조를 가질 수 있다. 복수의 돌출부(317) 각각의 수평부(317b)는 갭 영역을 사이에 두고 압전 필름(311)의 제 1 면과 나란하게 마련됨으로써 음압을 반사시키는 반사판의 기능을 한다. 이러한 복수의 돌출부(317) 각각은 단면 형태를 제외하고는 도 9에 도시된 돌출부와 동일한 방법으로 형성되므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
이와 같은, 본 예에 따른 압전 패널 스피커 모듈(300)은 반사판 기능을 가지도록 압전 패널(310)에 마련된 복수의 돌출부(317) 각각에 의해 표면적이 증가됨으로써 전체적으로 음압이 더욱 증가될 수 있고, 이로 인하여 본 예에 따른 압전 패널 스피커 모듈(300)의 음압 특성(D)은 도 4에 도시된 압전 패널 스피커 모듈의 음압 특성(A) 대비 0 ~ 1000Hz 영역의 음역대 주파수 특성이 증가될 수 있으며, 특히 복수의 돌출부(317) 각각에 의한 공진과 위상차를 갖는 음향이 디스플레이 패널의 전면으로 출력되는 음향에 더해져 0 ~ 200Hz의 저음역대 주파수 특성이 증가될 수 있다.
따라서, 본 출원의 일 예에 따른 전자 기기는 압전 패널 스피커 모듈(300)의 압전 패널(310)에 마련된 복수의 돌출부(317)에 의해 압전 패널(310)의 표면적이 증가됨으로써 전체적으로 음압이 증가될 수 있고, 특히, 저음역대 주파수 특성이 증가될 수 있다.
이상과 같은, 본 출원에 따른 전자 기기는 텔레비전, 월페이퍼(wall paper) 텔레비전, 모니터, 노트북 컴퓨터, 스마트 폰, 테블릿 컴퓨터, 전자 패드, 웨어러블 기기(wearable device), 폴더블 기기(foldable device), 롤러블 기기(rollable device), 벤더블 기기(bendable device), 플렉서블 기기(flexible device), 커브드 기기(curved device), 워치 폰, 휴대용 정보 기기, 네비게이션, 또는 차량 제어 디스플레이 기기 등이 될 수 있다.
본 출원에 따른 압전 패널 스피커는 복수의 홀을 갖는 압전 패널; 및 복수의 홀 각각에 삽입된 복수의 지문 센서를 포함할 수 있다.
본 출원에서, 압전 패널은 복수의 홀을 갖는 압전 필름; 압전 필름의 제 1 면 중 복수의 홀을 제외한 나머지에 마련된 제 1 전극; 및 압전 필름의 제 1 면과 반대되는 제 2 면 중 복수의 홀을 제외한 나머지에 마련된 제 2 전극을 포함할 수 있다.
본 출원에서, 압전 필름은 고분자 재료의 압전 물질, 박막 재료의 압전 물질, 또는 복합 재료의 압전 물질을 포함할 수 있다.
본 출원에서, 고분자 재료의 압전 물질은 PVDF, P(VDF-TrFe), 또는 P(VDFTeFE)를 포함하고, 박막 재료의 압전 물질은 ZnO, CdS, 또는 AlN을 포함하며, 복합 재료의 압전 물질은 PZT-PVDF, PZT-Silicon Rubber, PZT-Epoxy, PZT-발포 폴리머, 또는 PZT-발포 우레탄을 포함할 수 있다.
본 출원에서, 복수의 지문 센서 각각은 복수의 압전 소자를 포함할 수 있다.
본 출원에서, 복수의 압전 소자 각각은 단결정 세라믹 또는 다결정 세라믹의 압전 물질을 포함할 수 있다.
본 출원에서, 단결정 세라믹의 압전 물질은 α-AlPO4, α-SiO2, LiNbO3, Tb2(MoO4)3, Li2B4O7, 또는 ZnO을 포함하며, 다결정 세라믹의 압전 물질은 PZT계, PT계, PZT-Complex Perovskite계, 또는 BaTiO3을 포함할 수 있다.
본 출원에서, 복수의 지문 센서 각각은 복수의 압전 소자 각각의 일단에 전기적으로 연결된 제 1 센서 전극; 및 복수의 압전 소자 각각의 타단에 전기적으로 연결된 복수의 제 2 센서 전극을 더 포함할 수 있다.
본 출원에서, 복수의 홀이 차지하는 총 표면적은 압전 패널의 총 표면적의 5 ~ 20%일 수 있다.
본 출원에서, 복수의 홀 각각의 면적은 1 ~ 4㎠이고, 복수의 홀 간의 거리는 3cm 이상일 수 있다.
본 출원에서, 압전 패널은 복수의 홀 각각을 둘러싸도록 압전 필름의 제 1 면으로부터 돌출된 복수의 돌출부를 더 포함할 수 있다.
본 출원에서, 복수의 돌출부 각각은 곡면 형태의 단면 구조를 가지거나, 압전 필름의 제 1 면으로부터 멀어질수록 작은 면적을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다.
본 출원에서, 복수의 돌출부 각각은 압전 필름의 제 1 면으로부터 돌출된 수직부; 및 압전 필름의 제 1 면과 나란하도록 수직부로부터 절곡된 수평부를 포함할 수 있다.
본 출원에서, 복수의 지문 센서 각각은 초음파 신호를 송수신할 수 있다.
본 출원에 따른 전자 기기는 영상을 표시하는 디스플레이 모듈; 및 디스플레이 모듈의 후방에 배치된 압전 패널 스피커 모듈을 포함하며, 압전 패널 스피커 모듈은 디스플레이 모듈을 진동시켜 음향을 출력하고 생체 인식 신호를 송수신할 수 있다.
본 출원에서, 압전 패널 스피커 모듈은 적어도 하나의 홀을 갖는 압전 패널; 및 적어도 하나의 홀에 삽입된 적어도 하나의 지문 센서를 포함할 수 있다.
본 출원에서, 적어도 하나의 지문 센서는 생체 인식 신호를 송수신하는 복수의 압전 소자를 포함할 수 있다.
본 출원에서, 적어도 하나의 지문 센서는 복수의 압전 소자 각각의 제 1 면에 연결된 제 1 센서 전극; 및 복수의 압전 소자 각각의 제 2 면에 연결된 복수의 제 2 센서 전극을 더 포함할 수 있다.
본 출원에서, 디스플레이 모듈은 유기 발광 디스플레이 패널을 포함하며, 압전 패널 스피커 모듈은 유기 발광 디스플레이 패널의 후면에 부착될 수 있다.
본 출원에서, 압전 패널 스피커 모듈은 상기의 압전 패널 스피커를 포함할 수 있다.
본 출원에서, 생체 인식 신호는 압전 패널 스피커에 포함된 복수의 지문 센서 각각에서 송수신되는 초음파 신호일 수 있다.
본 출원에서, 디스플레이 모듈은 유기 발광 디스플레이 패널을 포함하며, 압전 패널 스피커 모듈은 유기 발광 디스플레이 패널의 후면에 부착될 수 있다.
이상에서 설명한 본 출원은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 출원의 기술적 사항을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 출원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 그러므로, 본 출원의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 출원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 디스플레이 모듈 110: 디스플레이 패널
300: 압전 패널 스피커 모듈 310: 압전 패널
311: 압전 필름 330: 지문 센서
331: 압전 소자 317: 돌출부
400: 하우징 500: 구동 회로부
600: 커버 윈도우 700: 후면 커버

Claims (20)

  1. 압전 물질을 포함하는 압전 패널; 및
    상기 압전 패널에 삽입된 복수의 센서를 포함하고,
    상기 복수의 센서 각각은,
    복수의 압전 소자; 및
    상기 복수의 압전 소자 각각을 둘러싸는 충진재를 포함하는, 압전 패널 스피커.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 센서 각각은 상기 압전 패널의 압전 물질에 의해 둘러싸인, 압전 패널 스피커.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 센서 각각은,
    상기 충진재의 제 1 면에서 상기 복수의 압전 소자 각각의 일단과 전기적으로 연결된 제 1 센서 전극; 및
    상기 충진재의 제 1 면에서 상기 복수의 압전 소자 각각의 타단에 전기적으로 연결된 복수의 제 2 센서 전극을 더 포함하는, 압전 패널 스피커.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 센서 전극은 상기 복수의 압전 소자 각각의 일단과 공통적으로 연결된, 압전 패널 스피커.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 센서 각각은 상기 충진재의 측면을 둘러싸는 케이스를 더 포함하며,
    상기 케이스는 상기 압전 패널의 압전 물질에 의해 둘러싸인, 압전 패널 스피커.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 압전 패널과 상기 복수의 센서 각각의 제 2 면을 덮는 절연 부재를 더 포함하는, 압전 패널 스피커.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 압전 패널은,
    상기 압전 물질수의 홀을 갖는 압전 필름;
    상기 압전 필름의 제 1 면 중 상기 복수의 센서 각각의 삽입 부분을 제외한 나머지 부분에 있는 제 1 전극; 및
    상기 압전 필름의 제 1 면과 반대되는 제 2 면 중 상기 복수의 센서 각각의 삽입 부분을 제외한 나머지 부분에 있는 제 2 전극을 포함하는, 압전 패널 스피커.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 압전 필름은 고분자 재료의 압전 물질, 박막 재료의 압전 물질, 또는 복합 재료의 압전 물질을 포함하는, 압전 패널 스피커.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 고분자 재료의 압전 물질은 PVDF, P(VDF-TrFe), 또는 P(VDFTeFE)를 포함하고,
    상기 박막 재료의 압전 물질은 ZnO, CdS, 또는 AlN을 포함하며,
    상기 복합 재료의 압전 물질은 PZT-PVDF, PZT-Silicon Rubber, PZT-Epoxy, PZT-발포 폴리머, 또는 PZT-발포 우레탄을 포함하는, 압전 패널 스피커.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 압전 패널은 상기 복수의 센서 각각을 둘러싸도록 상기 압전 필름의 제 1 면으로부터 돌출된 복수의 돌출부를 더 포함하는, 압전 패널 스피커.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수의 돌출부 각각은 곡면 형태의 단면 구조를 가지거나, 상기 압전 필름의 제 1 면으로부터 멀어질수록 작은 면적을 갖는 다층 구조를 갖는, 압전 패널 스피커.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수의 돌출부 각각은,
    상기 압전 필름의 제 1 면으로부터 돌출된 수직부; 및
    상기 압전 필름의 제 1 면과 나란하도록 상기 수직부로부터 절곡된 수평부를 포함하는, 압전 패널 스피커.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 압전 소자 각각은 단결정 세라믹 또는 다결정 세라믹의 압전 물질을 포함하는, 압전 패널 스피커.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 단결정 세라믹의 압전 물질은 α-AlPO4, α-SiO2, LiNbO3, Tb2(MoO4)3, Li2B4O7, 또는 ZnO을 포함하며,
    상기 다결정 세라믹의 압전 물질은 PZT계, PT계, PZT-Complex Perovskite계, 또는 BaTiO3을 포함하는, 압전 패널 스피커.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압전 패널은 진동에 따라 음향을 출력하도록 구성되며,
    상기 복수의 센서 각각은 초음파 신호를 송수신하도록 구성된, 압전 패널 스피커.
  16. 영상을 표시하는 디스플레이 모듈; 및
    상기 디스플레이 모듈을 진동시키도록 구성된 압전 패널 스피커 모듈을 포함하며,
    상기 압전 패널 스피커 모듈은 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항의 압전 패널 스피커를 포함하는, 전자 기기.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 디스플레이 모듈은 유기 발광 디스플레이 패널을 포함하며,
    상기 압전 패널 스피커 모듈은 상기 유기 발광 디스플레이 패널의 후면에 부착된, 전자 기기.
  18. 영상을 표시하는 디스플레이 모듈; 및
    상기 디스플레이 모듈을 진동시켜 음향을 출력하고 생체 인식 신호를 송수신하도록 구성된 압전 패널 스피커 모듈을 포함하며,
    상기 압전 패널 스피커 모듈은 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항의 압전 패널 스피커를 포함하는, 전자 기기.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 생체 인식 신호는 상기 압전 패널 스피커에 포함된 복수의 센서 각각에서 송수신되는 초음파 신호인, 전자 기기.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 디스플레이 모듈은 유기 발광 디스플레이 패널을 포함하며,
    상기 압전 패널 스피커 모듈은 상기 유기 발광 디스플레이 패널의 후면에 부착된, 전자 기기.
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