WO2018101635A2 - 손가락 생체정보 인식모듈과, 이것이 적용된 전자기기, 그리고 손가락 생체정보 인식모듈의 제조방법과 트랜스듀서의 제조방법 - Google Patents

손가락 생체정보 인식모듈과, 이것이 적용된 전자기기, 그리고 손가락 생체정보 인식모듈의 제조방법과 트랜스듀서의 제조방법 Download PDF

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signal
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biometric information
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허신
송경준
곽준혁
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한국기계연구원
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    • G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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    • G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/14—Vascular patterns

Definitions

  • the present invention relates to a finger biometric information recognition module, an electronic device to which it is applied, and a manufacturing method of a finger biometric information recognition module and a manufacturing method of a transducer, and more specifically, by changing the characteristics of the transducer, Finger biometric information recognition module for increasing the recognition rate of the ultrasonic wave and recognizing the biometric information of the finger when recognizing the biometric information of the finger, an electronic device to which it is applied, and a method of manufacturing the biometric information recognition module And a method for manufacturing the transducer.
  • the fingerprint sensor is a sensor for detecting a human fingerprint, and is used to determine a device such as a door lock widely used in the related art, as well as the on / off or release of a sleep mode of an electronic device.
  • Such a fingerprint sensor may be classified into an ultrasonic method using ultrasonic waves, an optical method using infrared rays or ultraviolet rays, and a capacitive method using capacitances according to the operation principle of the core device.
  • the ultrasonic method returns ultrasonic waves of a certain frequency emitted from a plurality of piezoelectric sensors to be different from each other due to the difference in acoustic impedance between the VALLEY and RIDGE of the fingerprint. By measuring using a piezoelectric sensor, the fingerprint can be recognized.
  • a finger biometric recognition module has been developed that detects blood vessels (finger veins, etc.) distributed over a human finger beyond the detection of a fingerprint.
  • Such finger biometric information recognition technology is impossible to falsify or tamper with, and has emerged as a means for personal authentication due to its high accuracy.
  • the finger biometric information recognition module should increase the recognition rate of the biometric information through the module as the importance of security of the electronic device is gradually expanded.
  • the finger vein is located inside the finger as compared to the fingerprint bar, the ultrasound must be stably delivered to the inside of the finger, and the ultrasound must be stably received.
  • the power consumption of the miniaturized electronic device is increased, the cost of the piezoelectric sensor is increased, and the life of the piezoelectric sensor is shortened. have.
  • An object of the present invention is to solve the conventional problems, by changing the characteristics of the transducer, when recognizing the biometric information of the finger using the ultrasound, to increase the recognition rate of the ultrasonic wave, and to improve the accuracy of the biometric information recognition of the finger
  • the present invention provides a finger biometric information recognition module, an electronic device, and a method for manufacturing a finger biometric information recognition module and a method for manufacturing a transducer.
  • the finger biometric information recognition module is the finger biometric information for recognizing the biometric information including at least one of the finger vein and fingerprint from the contact finger
  • the transducer outputs an ultrasonic wave toward the finger and receives the ultrasonic wave reflected from the finger and returned;
  • a sound wave control member stacked on the transducer such that ultrasonic waves transmitted and received are transmitted without loss;
  • a signal processing unit configured to cause the transducer to output ultrasonic waves and detect biometric information of the finger according to the ultrasonic waves that are electrically connected to the transducer.
  • the transducer may include a plurality of unit piezoelectric cells spaced apart longitudinally and horizontally in a two-dimensional plane; And a filler filled between adjacent unit piezoelectric cells, wherein the unit piezoelectric cell comprises at least one of an inorganic piezoelectric material and an organic piezoelectric material.
  • the unit piezoelectric cell, the base material is processed by a dry etching technique or a micro-molding technique shows a columnar shape.
  • the inorganic piezoelectric material is formed with a plurality of pores in communication with each other, the organic piezoelectric material is formed in the pores surrounding the outer peripheral surface of the inorganic piezoelectric material.
  • the transducer includes a plate-shaped piezoelectric plate for outputting ultrasonic waves toward the finger.
  • the piezoelectric plate may include aluminum nitride (AlN) or lead zirconate titanate (PZT, PbZrTiO 3).
  • the finger biometric information recognition module further includes an ultrasonic wave transmitting member inserted and stacked between the transducer and the sound wave control member so that ultrasonic waves are transmitted between the transducer and the sound wave control member.
  • Finger biometric information recognition module further comprises a post member for forming a vacuum space between the transducer and the signal processing unit to prevent the ultrasonic wave is transmitted to the signal processing unit.
  • the signal processing unit, the ultrasonic drive unit is connected to the transducer for applying a drive signal to the transducer so that the ultrasonic wave is output from the transducer;
  • An ultrasonic processor connected to the transducer and configured to process ultrasonic waves received from the transducer;
  • a multiplexing logic unit selecting and outputting a specific signal suitable for a condition among the signals of the ultrasonic processor;
  • a signal converting unit converting a signal output from the multiplexing logic unit;
  • a signal processing controller for controlling the driving signal applied by the ultrasonic driver so that the frequency of the ultrasonic wave is adjusted, and controlling the operation of the ultrasonic processor, the multiplexing logic unit, and the signal converter in response to the controlled driving signal.
  • the ultrasonic processor by monitoring the received ultrasonic signal to extract the signal for the fingerprint or finger vein from the received ultrasonic signal to correct the received ultrasonic signal.
  • the signal processing control unit controls the drive signal such that the frequency of the ultrasonic wave output from the transducer indicates the first frequency
  • the signal processing unit detects the fingerprint of the finger and the finger vein, and in the transducer
  • the signal processing controller controls the driving signal so that the frequency of the output ultrasonic wave is greater than the first frequency
  • the signal processing unit may include: a Hilbert transform unit generating a converted signal by Hilbert transforming the signal converted by the signal conversion unit; A shaping unit for shaping the converted signal to generate a shaping signal; An image replacement unit generating a substitution signal by substituting the shaping signal with a three-dimensional image element; A logic synthesizer configured to synthesize the substitution signal to generate a three-dimensional signal; And an image acquisition unit obtaining a final 3D image based on the 3D signal.
  • Electronic device is the above-mentioned finger biometric information recognition module; And a main control unit controlling the electronic device based on the signal output from the signal processing unit.
  • the method of manufacturing the transducer according to the present invention is a method of manufacturing the above-described transducer using a dry etching technique, and manufacturing a thick film using the inorganic inorganic piezoelectric material and the organic piezoelectric material to produce a composite piezoelectric film. step; A thick film cutting step of cutting the composite piezoelectric film prepared through the thick film manufacturing step so that a partition slit is formed on the composite piezoelectric film; And a slit filling step of filling the filler in the compartment slit.
  • the thick film manufacturing step the lamination step of laminating a template for forming pores in the base; A precursor solution impregnation step of impregnating the precursor solution of the inorganic piezoelectric material to the temple; A drying step of drying the precursor liquid of the inorganic piezoelectric material; A temple removal step of removing the temple from the dried precursor solution of the inorganic piezoelectric material; A crystallization step of crystallizing the precursor liquid of the dried inorganic piezoelectric material; An organic material input step of introducing the organic piezoelectric material into the precursor liquid of the crystallized inorganic piezoelectric material; And a thickening step of preparing the composite piezoelectric film by mixing and molding the precursor liquid of the inorganic piezoelectric material and the organic piezoelectric material that are crystallized.
  • the manufacturing method of the transducer according to the present invention is a method of manufacturing the above-described transducer using a micro-molding technique, a mixed material of the inorganic piezoelectric material or the organic piezoelectric material or the inorganic piezoelectric material and the organic piezoelectric material Preparing a; Preparing a molding mold in which a cell groove corresponding to the unit piezoelectric cell is formed; Manufacturing the green array in which the unit piezoelectric cell is formed in the base layer by injecting the organic piezoelectric material, the inorganic piezoelectric material, or the mixed material into the molding mold; Sintering the green array to manufacture a sintered array; Separating the green array or the sintered array from the molding mold; And filling fillers between adjacent unit piezoelectric cells in the sintered array.
  • the method of manufacturing a transducer according to the present invention includes removing a base layer from the sintered array in which the filler is filled such that only the unit piezoelectric cell and the filler remain in the sintered array; And forming electrodes at both ends of the unit piezoelectric cell.
  • the method of manufacturing a finger biometric information recognition module according to the present invention is a method of manufacturing the above-described finger biometric information recognition module by applying the piezoelectric plate in the form of a plate, and an upper electrode, a piezoelectric plate, and a lower electrode on a base in this order.
  • the method for manufacturing a finger biometric information recognition module according to the present invention is carried out before the transducer is laminated to the signal processing unit, and a post member is laminated to the signal processing unit to prevent ultrasonic waves from being transmitted to the signal processing unit. It further comprises a step.
  • the method of manufacturing a finger biometric information recognition module according to the present invention is a method of manufacturing the above-described finger biometric information recognition module by applying the piezoelectric plate in the form of a plate, and transmitting ultrasonic waves forming a transmission path of ultrasonic waves transmitted and received by the transducer.
  • Preparing a transfer substrate for forming a member Sequentially stacking the upper electrode, the piezoelectric plate, and the lower electrode on the transfer base material; Etching the lower electrode to separate the lower electrode in the form of a plate corresponding to a unit cell; Forming a via hole in the piezoelectric plate and patterning a connection line for applying power to the upper electrode and the separated lower electrode, respectively, to form the transducer; Stacking the transducer and the transfer base material on the signal processing unit such that the signal processing unit and the connection line are electrically connected to each other; And processing the delivery base material to form the ultrasonic wave transmitting member.
  • the method of manufacturing a finger biometric information recognition module according to the present invention further includes stacking the sound wave control member on the ultrasonic wave transmitting member.
  • the characteristics of the transducer are changed, so that the biometric information of the finger using ultrasonic waves
  • the recognition rate of the ultrasound may be increased, and the accuracy of biometric information recognition of the finger may be improved.
  • the present invention stably matches the acoustic impedance between the transducer and the finger through a change in the characteristics of the transducer, it is possible to omit a separate matching member.
  • the present invention can reduce the lateral mode (vertical mode) perpendicular to the direction of the ultrasonic wave of the vibration components generated in the unit piezoelectric cell as well as to prevent vibration coupling (coupling) between adjacent unit piezoelectric cells, unit
  • the piezoelectric cells can be individually driven and individually received, and the transmission characteristics of the ultrasonic waves and the reception characteristics of the ultrasonic waves in the unit piezoelectric cells can be improved.
  • the driving signal of the ultrasonic wave and the reception signal of the ultrasonic wave are separated from the unit piezoelectric cell, thereby improving the transmission characteristic of the ultrasonic wave and the reception characteristic of the ultrasonic wave in the unit piezoelectric cell.
  • the present invention simplifies the manufacture of the transducer by simplifying the combination of the inorganic piezoelectric material and the organic piezoelectric material in the unit piezoelectric cell, as well as preventing the loss of power or ultrasonic energy of the ultrasonic in the unit piezoelectric cell, the skin of the ultrasonic The penetration rate can be improved.
  • the present invention by transmitting both the ultrasonic wave transmitted through the transducer and the sound wave control member without energy loss, thereby improving the transmission and reception sensitivity of the ultrasonic wave, the transmittance of the ultrasonic wave and the reflectance of the echo wave and the transmission force of the evanescent wave
  • the acoustic impedance between the transducer and the finger can be stably matched, and a separate matching member can be omitted.
  • the present invention can stably receive the evanescent wave having a small wavelength and amplitude through the transducer through the sound wave control member to be transmitted to the signal processing unit.
  • the present invention stably guides the ultrasonic waves input from the sound wave control member in the direction of travel, induces resonance of the ultrasonic waves from the sound wave control member, and allows the input ultrasonic waves to be transmitted without loss of energy between the contact member and the signal processing unit. Can stabilize the delivery of ultrasound.
  • the present invention by filling the control matching member in the portion formed through the sound wave control member, it is possible to prevent the attenuation of the ultrasonic wave, stabilize the transmission of the ultrasonic wave, and stably match the acoustic impedance with the finger.
  • the finger vein recognition and the fingerprint recognition may be used in combination by adjusting the frequency of the ultrasonic waves.
  • Dimensional images can be implemented.
  • the present invention can improve the security according to the recognition of the fingerprint or finger vein in the electronic device, it is possible to protect the personal information embedded in the electronic device.
  • the present invention implements the micro-machining of the micrometer unit for controlling the sound in the ultrasonic region, facilitates the manufacture of the sound wave control member, improves the strength of the structure of the sound wave control member, the support force of the structure Or you can increase your support.
  • the present invention can simplify the centering between the first signal transmission groove and the second signal transmission groove and the connection line formed in the sound wave control member, it is possible to minimize the stacking error to prevent the failure of the sound wave control member.
  • the present invention can reduce the height of the sound wave control member, and contribute to miniaturization and thinning of the finger biometric information recognition module.
  • the present invention is capable of imaging the finger vein or fingerprint even if there are contaminants (dust, sweat, residual cosmetics, etc.) on the finger, and correlates to the material (glass, aluminum, sapphire, plastic, etc.) of the contact member to which the finger is in contact.
  • the finger vein or fingerprint recognition is possible in the signal processing unit, and the design of the finger biometric information recognition module in the electronic device can be facilitated.
  • the present invention can obtain a high resolution three-dimensional image for the actual finger vein or fingerprint.
  • the present invention can obtain a high resolution three-dimensional image for the actual finger vein or fingerprint.
  • by extracting the feature points for the actual finger vein or fingerprint to be used for registration and authentication of the user it is possible to improve the security of the electronic device, and to implement a high-resolution finger vein recognition or fingerprint recognition technology based on low-power ultrasound.
  • the present invention allows the vanishing wave disappeared among the echoes of the finger through the sound wave control member to be transmitted to the transducer without energy loss, the signal processing unit to stably detect even the signal of the vanishing wave to improve the resolution of the image, In the same ultrasonic source as in the prior art, a more accurate image can be obtained than in the prior art, the performance of the signal processing unit can be lowered, and power consumption can be lowered.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a state in which a first node of a finger is used in an electronic device to which a finger biometric information recognition module is applied according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a state in which a second node of a finger is used in an electronic device to which the finger biometric information recognition module of FIG. 1 is applied.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the transducer of FIGS. 1 and 2.
  • FIGS. 1 and 2 are schematic cross-sectional views showing the sound wave control member of FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the signal processing unit of FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 6 is a configuration diagram showing an additional configuration of the signal processing unit of FIG.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating a finger biometric information recognition module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view illustrating the finger biometric information recognition module of FIG. 7.
  • 9 and 10 are cross-sectional views illustrating a coupling state of the finger biometric information recognition module of FIG. 7.
  • 11A through 11D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the finger biometric information recognition module of FIG. 7.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a transducer according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating a detailed configuration of a thick film manufacturing step in the method of manufacturing the transducer of FIG. 12.
  • 14A to 14H are flowcharts illustrating a modification of the configuration of the driving slit and the filler in the method of manufacturing the transducer of FIG. 12.
  • 15 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a transducer according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view illustrating a molding mold and a unit piezoelectric cell in a material releasing step in the method of manufacturing the transducer of FIG. 15.
  • finger 100 finger biometric information recognition module 200: main control unit
  • conversion control unit 10 transducer 10a: composite piezoelectric film
  • control matching member 50 contact member 60: transfer matching member
  • ultrasonic wave transmitting member 70a transfer substrate 71: support
  • injection hole S11 thick film manufacturing step
  • S11a template lamination step
  • a finger biometric information recognition module an electronic device to which it is applied, and a method for manufacturing a finger biometric information recognition module and a transducer manufacturing method.
  • the present invention is not limited or limited by the embodiment.
  • a detailed description of known functions or configurations may be omitted to clarify the gist of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a state in which a first node of a finger is used in an electronic device to which a finger biometric information recognition module is applied according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a state in which a second node of a finger is used in an electronic device to which the finger biometric information recognition module of FIG. 1 is applied.
  • 3 is a schematic cross-sectional view of the transducer of FIGS. 1 and 2.
  • 4 is a schematic cross-sectional view showing the sound wave control member of FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the signal processing unit of FIGS. 1 and 2. 6 is a configuration diagram showing an additional configuration of the signal processing unit of FIG.
  • the electronic device recognizes the biometric information including at least one of the finger vein and the fingerprint from the finger F through the finger biometric information recognition module 100, thereby providing the electronic device. It can enhance the security of the device.
  • the electronic device includes a finger biometric information recognition module 100 and a main control unit 200.
  • the finger biometric information recognition module 100 recognizes at least one of the finger vein and the fingerprint from the finger F in contact using ultrasonic waves. For example, the finger biometric information recognition module 100 detects at least one of the finger vein and the fingerprint in the finger F contacted using ultrasonic waves as the first node of the finger F is detected as shown in FIG. 1. Can be recognized. As another example, the finger biometric information recognition module 100 may recognize the finger vein in the contacted finger F by using ultrasonic waves as the second node of the finger F is detected as shown in FIG. 2.
  • the finger biometric information recognition module 100 will be described later.
  • the main control unit 200 controls the electronic device according to the signal detected by the signal processing unit 20 described later included in the finger biometric information recognition module 100.
  • the main control unit 200 is not limited thereto, and the electronic device may be controlled according to a signal sensed by the signal processing unit 20 to be described later.
  • the main control unit 200 may be connected to the signal processing unit 20 to be described later through electrodes formed in flip-chip bonding or perforated via holes.
  • the electronic device may further include a conversion control unit 300.
  • the conversion control unit 300 converts the signal detected by the signal processing unit 20 and transmits the signal to the main control unit 200.
  • the detailed configuration of the conversion control unit 300 will be described in detail in addition to the description of the finger biometric information recognition module 100.
  • the finger biometric information recognition module 100 will be described.
  • the finger biometric information recognition module 100 includes a transducer 10 and a signal processing unit 20 to recognize at least one of the finger vein and the fingerprint in the contacted finger F using ultrasonic waves, It may further include a sound wave control member 40. In the present embodiment, the finger biometric information recognition module 100 will be described based on the recognition of the finger vein.
  • the transducer 10 outputs ultrasonic waves toward the finger F and receives ultrasonic waves reflected from the finger F and returned.
  • the transducer 10 may be stacked and arranged on an upper surface of the signal processing unit 20 arranged above the conversion control unit 300.
  • the transducer 10 may include a plurality of unit piezoelectric cells 13 arranged longitudinally and horizontally spaced apart in a two-dimensional plane, and a filler 14 filled between adjacent unit piezoelectric cells 13. .
  • the filler 14 is filled in the compartment slit 13a.
  • the transducer 10 may include a lower electrode 11 electrically connected to one side of the unit piezoelectric cell 13 (or a lower surface as shown in FIG. 3), and the other side of the unit piezoelectric cell 13 (or As shown in FIG. 3, the upper electrode 15 may be further included.
  • the lower electrode 11 is connected to all of the unit piezoelectric cells 13 as one electrode, and the upper electrode 15 is divided into a plurality of electrodes to each of the individual unit piezoelectric cells 13. It can be connected in a 1: 1 correspondence.
  • both the lower electrode 11 and the upper electrode 15 may be divided into a plurality of electrodes and may be connected to the individual unit piezoelectric cells 13 in a 1: 1 correspondence.
  • the unit piezoelectric cell 13 may easily acquire an image corresponding to the finger vein pattern or the fingerprint pattern according to the pitch between the unit piezoelectric cells 13 while improving the characteristics of the ultrasonic signal.
  • the unit piezoelectric cell 13 may be manufactured in a pillar shape by processing a base material by a dry etching technique or a micro molding technique.
  • the unit piezoelectric cell 13 may have a shape such as a square column, a hexagonal column, or a cylinder to maximize the power of the ultrasonic wave or the energy of the ultrasonic wave.
  • the transducer 10 may be manufactured by a method of manufacturing a transducer, which will be described later.
  • the unit piezoelectric cell 13 may include at least one of an inorganic piezoelectric material and an organic piezoelectric material. However, hereinafter, the unit piezoelectric cell 13 will be described as having an inorganic piezoelectric material and an organic piezoelectric material.
  • the inorganic piezoelectric material is excellent in the transmission characteristics of the ultrasonic waves
  • the organic piezoelectric material is excellent in the reception characteristics of the ultrasonic wave, so that the inorganic piezoelectric material to improve both the ultrasonic transmission characteristics and the ultrasonic reception characteristics of the unit piezoelectric cell 13.
  • the organic piezoelectric material may be mixed in a predetermined weight ratio.
  • the inorganic piezoelectric material and the organic piezoelectric material may be mixed in a weight ratio of 1: 9 to 9: 1.
  • at least the inorganic piezoelectric material is activated in response to the driving signal of the ultrasonic wave to improve the transmission characteristics of the ultrasonic wave, and at least the organic The piezoelectric material is activated to improve the reception characteristics of the ultrasonic waves.
  • the inorganic piezoelectric material may be made of aluminum nitride (AlN), titanic zirconate (PZT), barium titanate (BaTiO 3), etc., and has excellent piezoelectric properties but is inflexible and has low ultrasonic sensing performance.
  • the organic piezoelectric material may be made of polyvinylidene fluoride (PVDF), a piezoelectric material of a soft material or a flexible material, and the piezoelectric properties are relatively good, but the flexibility is excellent and the impedance is matched with the finger F. It is advantageous.
  • the transducer 10 manufactured by mixing the organic piezoelectric material and the inorganic piezoelectric material has excellent piezoelectric performance index and excellent impedance of the finger F because both of the ultrasonic transmitting property and the ultrasonic receiving property are excellent.
  • Favorable for matching even if a separate matching member is omitted between the finger (F) and the transducer 10 can be transmitted ultrasonically stably.
  • the inorganic piezoelectric material in the unit piezoelectric cell 13 is formed with a plurality of pores (not shown) in communication with each other, the organic piezoelectric material wraps around the outer circumferential surface of the inorganic piezoelectric material or in the pores (not shown) Can be formed.
  • the filler 14 reduces the lateral mode perpendicular to the traveling direction of the ultrasonic wave among the vibration components generated in the unit piezoelectric cell 13 as well as vibration between adjacent unit piezoelectric cells 13. (coupling) can be prevented.
  • the signal processing unit 20 causes the transducer 10 to output ultrasonic waves, and detects the finger vein of the finger F according to the ultrasonic waves that are electrically connected to the transducer 10.
  • the signal processing unit 20 may detect the finger vein of the finger F using the Doppler effect according to the received ultrasound.
  • detecting the finger vein of the finger (F) means that it is possible to detect at least one of the finger vein of the finger (F) and the fingerprint of the finger (F).
  • the signal processing unit 20 can image an arbitrary shape having an ultra fine line width in three dimensions, such as 50 micrometers ( ⁇ m). have.
  • the transducer 10 may transmit and receive ultrasonic waves in parallel through the unit piezoelectric cell 13, the signal processing unit 20 may image an arbitrary three-dimensional shape in depth.
  • the signal processing unit 20 controls the driving signal so that the frequency of the ultrasonic wave output from the transducer 10 indicates the first frequency
  • the signal processing unit 20 may detect at least one of the fingerprint and finger vein of the finger (F).
  • the driving signal may generate ultrasonic waves in the low frequency region to increase the penetration rate of the ultrasonic waves and smoothly detect the finger vein of the finger F.
  • the signal processing unit 20 may detect a fingerprint of the finger F.
  • the driving signal may generate ultrasonic waves in a high frequency region to relatively lower the penetration rate of the ultrasonic waves, and facilitate fingerprint detection of the finger F.
  • FIG. Ultrasonic waves in the low frequency region may be regarded as having a larger power or energy of ultrasonic waves than ultrasonic waves in the high frequency region.
  • the signal processing unit 20 controls the driving signal to output the ultrasonic waves from the transducer 10
  • the signal processing unit 20 receives the received information about the ultrasonic waves received from the transducer 10.
  • the signal processing unit 20 is connected to the unit piezoelectric cell 13 and the ultrasonic driver 21 for applying a drive signal to the unit piezoelectric cell 13 so that the ultrasonic wave is output from the unit piezoelectric cell 13;
  • An ultrasonic processor 22 connected to the unit piezoelectric cell 13 to process ultrasonic waves received from the unit piezoelectric cell 13, and a multiplexing signal for selecting and outputting a specific signal suitable for a condition among the signals of the ultrasonic processor 22; And a logic converter 23 and a signal converter 24 for converting a signal output from the multiplexing logic unit 23.
  • the ultrasonic processor 22 may process the received ultrasonic wave, including the function of restoring the received ultrasonic wave to its original state.
  • the ultrasonic processor 22 may monitor the received ultrasonic signal to correct a received ultrasonic signal by extracting a signal for a fingerprint or finger vein from the received ultrasonic signal.
  • the finger (F) is composed of the epidermis and the dermis, and in the case of the finger vein, it is located in the subcutaneous tissue.
  • the transducer 10 represents a state in which the unit piezoelectric cells 13 are vertically and horizontally arranged in a two-dimensional plane.
  • the transducer 10 transmits an ultrasonic signal to the finger F and receives an ultrasonic signal reflected from the finger F.
  • the ultrasonic signal received by the air layer in the valley portion of the fingerprint is sequentially received with a delayed time by the ultrasonic signal reflected from the air layer, the epidermis, the dermis and the finger vein, and in the ridge portion of the fingerprint.
  • the ultrasound signal reflected from the finger vein is sequentially received after a certain time delay. Then, image data may be formed by delay and sum of the received ultrasonic signals.
  • the ultrasonic processor 22 receives by separating and extracting the information on the bone and acid and finger vein of the fingerprint from the received ultrasonic signal, The ultrasound signal can be corrected and a 3D image can be easily formed based on the extracted information.
  • the signal converter 24 may convert a two-dimensional analog signal output from the multiplexing logic unit 23 into a two-dimensional digital signal.
  • the signal processing unit 20 controls the driving signal applied from the ultrasonic driving unit 21 so that the frequency of ultrasonic waves is adjusted, and the ultrasonic processing unit 22 and the multiplexing logic in response to the controlled driving signal. It may further include a signal processing control unit 25 for controlling the operation of the unit 23 and the signal conversion unit 24.
  • the signal processing control unit 25 may control an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) semiconductor included in the signal processing unit 20.
  • the signal processing controller 25 forms a driving pattern of the unit piezoelectric cell 13 to output ultrasonic waves in response to the driving signal, and the unit piezoelectric cell to receive ultrasonic waves in response to the driving signal.
  • a reception pattern of (13) is formed.
  • the unit piezoelectric cell 13 corresponding to the driving pattern does not overlap the unit piezoelectric cell 13 corresponding to the reception pattern, thereby preventing signal overlap in the unit piezoelectric cell 13 and preventing signal interference. To reduce as much as possible to transmit and receive a signal with high accuracy in the unit piezoelectric cell (13).
  • the signal processing unit 20 performs a Hilbert transform unit 31 to generate a converted signal by Hilbert transforming the signal converted by the signal converter 24 and the converted signal generated through the Hilbert transform unit 31.
  • a shaping unit 32 for shaping a shaping signal to form a shaping signal an image replacing unit 33 for generating a shaping signal by replacing a shaping signal generated through the shaping unit 32 with a three-dimensional image element, and a plurality of the Obtain a final 3D image based on the logic synthesizer 34 for generating a 3D signal by synthesizing the substitution signal generated through the image replacer 33 and the 3D signal generated through the logic synthesizer 34. It may include an image acquisition unit 35 to.
  • the final 3D image acquired through the image acquisition unit 35 may control the electronic device by the main control unit 200 to authenticate a user or be displayed on the electronic device.
  • the signal processing unit 20 synthesizes received information generated based on two different frequencies A and B based on the first frequency band or the second frequency band as shown in FIG. 3D image can be implemented.
  • the signal processing control unit 25 controls the drive signal to indicate the frequency of the ultrasonic wave output from the transducer is the primary frequency transmission signal and the secondary frequency transmission signal larger than the primary frequency transmission signal
  • the signal processing unit 20 synthesizes first reception information corresponding to the primary frequency transmission signal and second reception information corresponding to the secondary frequency transmission signal to implement a 3D image.
  • the Hilbert transform section 31 may include a first Hilbert transform section 31a for generating a first transform signal by Hilbert transforming the first signal converted by the signal converter 24 in response to the first reception information; In response to the second reception information, the second signal converted by the signal converter 24 may be classified into a second Hilbert transform unit 31b that generates a second converted signal by Hilbert transforming.
  • the shaping unit 32 may include a first shaping unit 32a for shaping a first transformed signal generated through the first Hilbert transform unit 31a to generate a first shaping signal, and the second Hilbert transform unit ( The second conversion signal generated through 31b) may be classified into a second shaping unit 32b for shaping a second shaping signal.
  • the image replacer 33 may include a first image replacer 33a configured to generate a first substituted signal by substituting a three-dimensional image element for the first shaped signal generated through the first shaped section 32a.
  • the second shaping signal generated by the second shaping part 32b may be divided into a second image replacing part 33b which generates a second substitution signal by substituting a three-dimensional image element.
  • the logic synthesis unit 34 combines the first substitution signal generated through the first image replacement unit 33a and the second substitution signal generated through the second image conversion unit 33b to generate a 3D digital signal. Will be created.
  • the signal processing unit 20 is a signal synthesis technique optimized for the unit piezoelectric cells 13 arranged in two dimensions, and may implement a low power and high efficiency three-dimensional image algorithm.
  • the signal processing unit 20 collects a hybrid fine pattern having a line width of 50 micrometers ( ⁇ m) or a line width of 100 micrometers ( ⁇ m) in parallel to enable high-speed three-dimensional imaging, and in two dimensions in the transducer 10.
  • the driving unit and the receiving unit for the unit piezoelectric cell 13 arranged can be integrated control.
  • the transducer 10 may implement a hybrid ultrasonic element array having a multi-operation frequency together with the signal processing unit 20. Then, three-dimensional imaging of an arbitrary shape having a fine line width of 50 micrometers ( ⁇ m) superior to the conventional high frequency ultrasonic device can be performed. In addition, it is possible to activate an imaging function using ultrasonic waves, to easily implement three-dimensional finger vein imaging, and to greatly improve security in electronic devices by imaging an arbitrary three-dimensional shape deeply through low frequencies received in parallel. have.
  • the finger biometric information recognition module 100 may further include a sound wave control member 40.
  • the sound wave control member 40 is stacked on the upper surface of the transducer 10.
  • the sound wave control member 40 allows the ultrasonic energy transmitted and received from the transducer 10 to be transmitted without loss.
  • the sound wave control member 40 may represent a waveguide structure that transmits ultrasonic energy transmitted and received by the unit piezoelectric cell 13 without loss.
  • the sound wave control member 40 may exhibit the characteristics of absorbing near-field ultrasonic waves with respect to the generated ultrasonic waves in a specific frequency region and resonating and transmitting ultrasonic energy using characteristics such as resonance tunneling.
  • the sound wave control member 40 may transmit ultrasonic energy without loss, and may image the ultrasonic wave below the wavelength.
  • the sound wave control member 40 may use a Helmholtz resonator array structure, surface resonant effect in doubly negative or single negative-mass metamaterials, FabryPerot (FP) resonant, near-zero mass, anisotropic metamaterial resonant tunneling method, and the like.
  • FP FabryPerot
  • the sound wave control member 40 includes a first signal transmission groove 41 recessed in one side facing the transducer 10 (that is, a bottom surface in FIG. 4) and the other side facing the one side surface ( That is, the second signal transmission groove 42 formed in the recess (top surface in Figure 4), and the connection line 43 for connecting the first signal transmission groove 41 and the second signal transmission groove 42 Included. Then, the first signal transmission groove 41 is recessed on one side of the sound wave control member 40, and the second signal transmission groove 42 is recessed on the other side of the sound wave control member 40. do.
  • the sound wave control member 40 is filled with a control matching member 45 inside the first signal transmission groove 41, the second signal transmission groove 42 and the connection line 43. That is, a control match for matching the acoustic impedance between the transducer 10 and the finger F to the first signal transmission groove 41, the second signal transmission groove 42, and the connection line 43. Member 45 is filled.
  • the control matching member 45 may be used when the sound wave control member 40 operates in a liquid. That is, the control matching member 45 has a sound substantially equal to the acoustic impedance of the finger F or the acoustic impedance of blood or tissue in the finger in order to substantially prevent energy loss of the ultrasonic waves transmitted and received by the transducer 10. Have an impedance.
  • the control matching member 45 may increase the transmittance of the ultrasonic waves in the sound wave control member 40.
  • the first signal transmission groove 41 and the second signal transmission groove 42 may have the same diameter, and the first signal transmission groove 41 may be formed larger than the diameter of the connection line 43. .
  • the sound wave control member 40 may further include a buffer space 44 formed on the connection line 43 with a diameter different from that of the connection line 43.
  • the buffer space 44 may have a diameter larger than the diameter of the connection line 43.
  • the control matching member 45 is filled in the buffer space 44.
  • the width of the buffer space 44 may be formed to be the same as the width of the first and second preferred transfer grooves (41, 42).
  • the sound wave control member 40 may be manufactured by at least one selected from a MEMS process, a NEMS process, a 3D printing process, a nano imprinting process, an injection process, and the like.
  • the finger biometric information recognition module 100 may further include a contact member 50 stacked on the sound wave control member 40 so that the finger F contacts.
  • the finger F is in contact with the contact member 50.
  • the contact member 50 may be made of glass, aluminum, sapphire, plastic, or the like.
  • the contact member 50 transmits ultrasonic waves to the finger F, and transmits ultrasonic waves returned from the finger F to the transducer 10.
  • the contact member 50 may be integrally formed with a touch screen device or a display device for outputting a screen provided in an electronic device.
  • the contact member 50 may be used as a cover attached to the front of the touch screen device or the display device.
  • the finger biometric information recognition module 100 may further include a transmission matching member 60 that is stacked and supported between the sound wave control member 40 and the contact member 50.
  • the contact member 50 and the transmission matching member 60 match the acoustic impedance between the transducer 10 and the finger F.
  • the transmission matching member 60 may facilitate the transmission of ultrasonic waves through the second signal transmission groove 42 between the sound wave control member 40 and the contact member 50.
  • it is possible to prevent the formation of an air layer between the control matching member 45 and the contact member 50, and to facilitate the transfer of ultrasonic waves.
  • the transmission matching member 60 may bond the sound wave control member 40 and the contact member 50 to each other.
  • the signal processing unit 20, the transducer 10, the sound wave control member 40, and the contact member 50 are sequentially stacked and fixed. At this time, the sound wave control member 40 is filled with the control matching member 45.
  • the impedance of the inorganic piezoelectric material is about 30 Mrayl, but the organic piezoelectric material has an impedance characteristic similar to that of the finger F (about 1.5 Mrayl), and thus the transducer may be omitted even if a separate matching member is omitted. In (10), it is possible to maintain the transmission and reception characteristics of the ultrasonic wave.
  • the transducer 10 is measured using the size of the transmitted wave and the echo wave returned from the finger F determined by the impedance (density of the object and sound wave propagation speed of the object) characteristics.
  • the echo generated from the transducer 10 and the echo wave returned from the finger F pass through the sound wave control member 40 and are almost 100% (90% to 100% or 95% to 100%) by resonance. It has a frequency of transmission.
  • the 3D image may be implemented by using a time delay value of the echo inputted to the transducer 10 or conversion of the echo through the signal processing unit 20.
  • the evanescent wave is transmitted to the transducer 10 without losing ultrasonic energy while passing through the sound wave control member 40, thereby facilitating the implementation of a three-dimensional image.
  • the conversion control unit 300 transmits the signal detected by the signal processing unit 20 to the main control unit 200.
  • the conversion control unit 300 may convert the signal converted by the signal conversion unit 24 into an output signal that can be output from the electronic device and transmit the converted signal to the main control unit 200.
  • the conversion control unit 300 may be connected to the signal processing unit 20 and the main control unit 200 through electrodes formed in flip chip bonding or perforated via holes, respectively.
  • the conversion control unit 300 may implement the high resolution three-dimensional image by synthesizing the reception information for two different frequency domains A and B in place of the signal processing unit 20. Accordingly, the conversion control unit 300 replaces the Hilbert transform unit 31, the shaping unit 32, the image replacing unit 33, and the logic synthesis unit in place of the signal processing unit 20. 34) and an image acquisition unit 35.
  • the final 3D signal obtained through the image acquisition unit 35 may be controlled by the main control unit 200 to authenticate the user or displayed on the electronic device.
  • the conversion control unit 300 may also implement a low power and high efficiency three-dimensional image algorithm as a signal synthesis technique optimized for the unit piezoelectric cells 13 arranged in two dimensions.
  • the finger biometric information recognition module 100 according to another embodiment of the present invention will be described.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating a finger biometric information recognition module according to another embodiment of the present invention.
  • 8 is an exploded perspective view illustrating the finger biometric information recognition module of FIG. 7.
  • 9 and 10 are cross-sectional views illustrating a coupling state of the finger biometric information recognition module of FIG. 7.
  • the finger biometric information recognition module 100 may include biometric information including at least one of the finger vein and the fingerprint from the finger F contacted. Finger biometric information recognition module for recognizing, the transducer 10 for outputting the ultrasonic wave toward the finger (F) and receiving the ultrasonic wave reflected from the finger (F), the transducer 10 is ultrasonic And a signal processing unit 20 for sensing the biometric information of the finger F according to the ultrasonic waves that are electrically connected to the transducer 10 and outputting the ultrasonic waves to be transmitted and received without loss. It may further include a sound wave control member 40 stacked on the transducer (10).
  • the signal processing unit 20 and the sound wave control member 40 are the signal processing unit 20 and the sound wave control member 40 in the embodiment described with reference to FIGS. The same configuration as in the description thereof will be omitted.
  • the transducer 10 may include a piezoelectric plate 16 having a plate shape for outputting ultrasonic waves toward the finger F.
  • the piezoelectric plate 16 may include aluminum nitride (AlN) or lead zirconate titanate (PZT, PbZrTiO 3).
  • the transducer 10 has a lower electrode 11 electrically connected to one side of the piezoelectric plate 16 (that is, a lower surface as shown in FIG. 8), and the other side of the piezoelectric plate 16. That is, it may further include an upper electrode 15 electrically connected to the upper surface, as shown in FIG.
  • the lower electrode 11 is connected to the piezoelectric plate 16 in a state of being vertically and horizontally arranged in a two-dimensional plane corresponding to a unit cell, and the upper electrode 15 is connected to the piezoelectric plate in the form of a plate.
  • the finger biometric information recognition module 100 is an ultrasonic wave that is inserted and stacked between the transducer 10 and the sound wave control member 40 so that ultrasonic waves are transmitted between the transducer 10 and the sound wave control member 40. It may further include a transmission member (70).
  • the support 71 may be laminated and supported on the ultrasonic wave transmitting member 70. The support part 71 may improve the coupling force between the transducer 10 and the ultrasonic wave transmitting member 70, and stably support the transducer 10 in the ultrasonic wave transmitting member 70.
  • a transmission hole through which ultrasonic waves are transmitted may correspond to a unit cell or the piezoelectric plate 16.
  • the ultrasonic wave transmitting member 70 may represent a waveguide structure for transmitting ultrasonic energy transmitted and received by the piezoelectric plate 16 without loss.
  • the ultrasonic transmitting member 70 may exhibit a characteristic of absorbing near-field ultrasonic waves with respect to the generated ultrasonic waves in a specific frequency region and resonating and transmitting ultrasonic energy using characteristics such as resonance tunneling.
  • the hole formed through the ultrasonic wave transmitting member 70 is filled with an impedance layer 72, thereby reducing the difference in acoustic impedance between the finger F and the transducer 10, and reducing the finger F and the finger.
  • the acoustic impedance between the transducers 10 can be matched.
  • the finger biometric information recognition module 100 is a post for forming a vacuum space between the transducer 10 and the signal processing unit 40 to prevent ultrasonic waves from being transmitted to the signal processing unit 20. It may further include a member (80).
  • the post member 80 may be laminated and fixed to the signal processing unit 20 through the adhesive portion 81.
  • the adhesive part 81 may be conductive for electric transmission, but may not be conductive.
  • the space 82 is formed through the post member 80 corresponding to the unit cell or the piezoelectric plate 16.
  • the space 82 forms a vacuum state, thereby generating ultrasonic waves in the transducer 10.
  • the ultrasonic wave received by the transducer 10 may be prevented from being transmitted to the signal processing unit 20, and the signal processing unit 20 may be protected from the ultrasonic signal.
  • the post member 80 and the adhesive part 81 may have a buffer function to prevent the ultrasonic wave from being transmitted to the signal processing unit 20.
  • the space portion 82 may be formed in the adhesive portion 81 corresponding to the shape of the post member 80.
  • Reference numeral 73 denotes a protective layer 73 for protecting the ultrasonic wave transmitting member 70 when the finger biometric information recognition module 100 is manufactured.
  • the protective layer 73 may be removed from the ultrasonic wave transmitting member 70 in the process of manufacturing the finger biometric information recognition module 100.
  • 11A through 11D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the finger biometric information recognition module of FIG. 7.
  • the transducer 10 and the ultrasonic wave transmitting member 70 may be stacked on the signal processing unit 20. Can be.
  • the support portion 71 and the protective layer 73 may be formed on the upper and lower surfaces of the transfer base material 70a, respectively.
  • the support portion 71 may be formed on the upper surface of the transfer parent material 70a.
  • the upper electrode 15, the piezoelectric plate 16, and the lower electrode 11 are sequentially stacked in the form of a plate on the upper surface of the support part 71 formed on the upper surface of the transfer base material 70a.
  • the upper electrode 15, the piezoelectric plate 16, and the lower electrode 11 are sequentially stacked and fixed to the transfer base material 70a.
  • the lower electrode 11 is etched so as to separate the lower electrode 11 in a plate form corresponding to the unit cell.
  • the lower electrode 11 may be etched by various types of wet etching or dry etching.
  • a via hole is formed in the piezoelectric plate 16 for electrical connection with the upper electrode 15, and a connection for applying power to the upper electrode 15 and the separated lower electrode 11, respectively.
  • the line 111 is patterned to form the transducer 10.
  • the transducer 10 integrally formed on the transmission base material 70a is laminated on the signal processing unit 20 so that the signal processing unit 20 and the connection line 111 are electrically connected to each other.
  • a post member 80 is stacked on the signal processing unit 20 to prevent ultrasonic waves from being transmitted to the signal processing unit 20.
  • the transmission substrate 70a is processed to form the ultrasonic wave transmitting member 70.
  • the ultrasonic wave transfer member 70 may be formed through the transfer base material 70a.
  • the sound wave control member 40 may be stacked on the ultrasonic wave transmitting member 70.
  • the finger biometric information recognition module may be manufactured.
  • the transducer 10 and the sound wave control member 40 may be stacked on the signal processing unit 20.
  • a base for stacking the upper electrode 15 is prepared.
  • the upper electrode 15, the piezoelectric plate 16, and the lower electrode 11 are stacked in the form of a plate on the base.
  • the upper electrode 15, the piezoelectric plate 16, and the lower electrode 11 are sequentially stacked and fixed to the sound wave control member 40.
  • the lower electrode 11 is etched so as to separate the lower electrode 11 in a plate form corresponding to the unit cell.
  • the lower electrode 11 may be etched by various types of wet etching or dry etching.
  • a via hole is formed in the piezoelectric plate 16 for electrical connection with the upper electrode 15, and a connection for applying power to the upper electrode 15 and the separated lower electrode 11, respectively.
  • the line 111 is patterned to form the transducer 10.
  • the transducer 10 is stacked on the signal processing unit 20 so that the signal processing unit 20 and the connection line 111 are electrically connected to each other.
  • a post member 80 is stacked on the signal processing unit 20 to prevent ultrasonic waves from being transmitted to the signal processing unit 20.
  • the space portion 82 is laminated by the transducer 10 stacked on the post member 80 stacked on the signal processing unit 20 in a vacuum atmosphere to form a vacuum state. To form a vacuum.
  • the sound wave control member 40 is laminated on the transducer 10.
  • the finger biometric information recognition module may be manufactured.
  • the base may be prepared separately, and may be separated from the transducer 10 before the sound wave control member 40 is laminated on the transducer 10.
  • the base may be provided with the sound wave control member 40.
  • the support part 71 and the protective layer 73 may be formed on the upper and lower surfaces of the sound wave control member 40.
  • the support portion 71 may be formed on the upper surface of the sound wave control member 40. Then, a process of stacking the sound wave control member 40 on the transducer 10, which is a final process, is omitted.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a transducer according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating a detailed configuration of a thick film manufacturing step in the method of manufacturing the transducer of FIG. 12.
  • 14A to 14H are flowcharts illustrating a modification of the configuration of the driving slit and the filler in the method of manufacturing the transducer of FIG. 12.
  • the method of manufacturing the transducer according to the present embodiment forms the unit piezoelectric cell 13 by using a dry etching technique, thereby providing the transducer 10. It means a method for producing.
  • the inorganic piezoelectric material and the organic piezoelectric material are mixed to prepare a composite piezoelectric film 10a, and a thick film manufacturing step (S11), and the partition slit in the composite piezoelectric film 10a.
  • Thick film cutting step (S12) for cutting the composite piezoelectric film (10a) prepared by the thick film manufacturing step (S11) to form a recess (13a) by an etching method, and the filler 14 in the partition slit (13a) It may include a slit filling step (S13) for filling. In the slit filling step S13, the filler 14 may be sintered.
  • pores may be formed in the inorganic piezoelectric material, and then the inorganic piezoelectric material and the organic piezoelectric material having pores may be mixed to form the composite piezoelectric thick film 10a.
  • the thick film manufacturing step (S11) is a lamination step of laminating a template for forming pores (not shown) in the base, and the impregnated precursor solution of the inorganic piezoelectric material in the temple lamination step (S11a) After the precursor liquid impregnation step (S11b) and the precursor liquid impregnation step (S11b) to dry the precursor liquid of the inorganic piezoelectric material (S11c) and the drying step (S11c) and then dried A crystallization step (S11e) of crystallizing the precursor solution of the inorganic piezoelectric material after the step of removing the temple (S11d), the step of removing the temple (S11d) from the precursor liquid of the inorganic piezoelectric material, and the After the crystallization step (S11e) and the organic material input step (S11f) for introducing the organic piezoelectric material into the precursor liquid of the crystallized inorganic piezoelectric material, and the precursor liquid and the organic piezo
  • the precursor solution of the inorganic piezoelectric material dried according to the step of removing the temple (S11d) forms pores (not shown) like the inorganic piezoelectric material that is finally completed to form a porous body.
  • the organic piezoelectric material is introduced into the precursor liquid of the inorganic piezoelectric material dried according to a predetermined mixing ratio of the inorganic piezoelectric material and the organic piezoelectric material.
  • the organic piezoelectric material surrounds the outer circumferential surface of the precursor liquid of the dried inorganic piezoelectric material or is formed in the pores according to the organic material input step S11f and the thick filming step S11g. Can be.
  • the composite piezoelectric thick film 10a is vertically and horizontally arranged in a state in which a plurality of unit piezoelectric cells 13 are spaced apart from each other.
  • the partition slit 13a is formed between adjacent unit piezoelectric cells 13.
  • the base layer may be removed to finally complete the transducer 10.
  • the unit piezoelectric cell 13 may decrease the diameter from the base layer toward the free end, thereby increasing the number of the unit piezoelectric cells 13 per unit area, and improving the resolution of the ultrasonic waves.
  • the resolution of the ultrasonic waves may be implemented at a high resolution ultrasonic transducer 10 with a resolution of 500 dpi or more.
  • the thick film cutting step S12 and the slit filling step S13 may be prevented from dropping the unit piezoelectric cell 13 in the thick film cutting step S12 by repeating two or more cycles. .
  • a first cutting step (S12a) of cutting the composite piezoelectric film 10a first by an etching method corresponding to the thick film manufacturing step (S11) and the unit piezoelectric cell 13 is performed.
  • the base layer may be removed to finally complete the transducer 10.
  • the method of manufacturing the transducer may further include an electrode forming step (S3).
  • the lower electrode 11 and the upper electrode 15 are formed on both surfaces of the composite piezoelectric film 10a to apply power to the transducer 10.
  • the electrode forming step (S3) is a lower electrode forming step (S31) of forming the lower electrode 11 on one side of the composite piezoelectric film 10a, and the upper side on the other side of the composite piezoelectric film 10a. It can be divided into the upper electrode forming step (S32) for forming the electrode (15).
  • the lower electrode forming step S31 and the upper electrode forming step S32 may be performed after the slit filling step S13, respectively.
  • the lower electrode forming step (S31) and the upper electrode forming step (S32) may be performed after the thick film manufacturing step (S11), respectively.
  • any one of the lower electrode forming step S31 and the upper electrode forming step S32 is performed after the thick film manufacturing step S11, and the lower electrode forming step S31 and the upper electrode are performed.
  • the other one of the forming step S32 may be performed after the slit filling step S13.
  • the transducer 10 may be connected to the signal processing unit 20 or the conversion control unit 300 in a completed state.
  • the transducer 10 is the thick film cutting step (S12) and the slit filling step in the state in which the composite piezoelectric film 10a is connected to the signal processing unit 20 or the conversion control unit 300. (S13) can be performed.
  • FIG. 15 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a transducer according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view illustrating a molding mold and a unit piezoelectric cell in a material releasing step in the method of manufacturing the transducer of FIG. 15.
  • the method of manufacturing the transducer according to the present embodiment may form the unit piezoelectric cell 13 by using a micro-molding technique to form the transducer 10. It means the method of manufacturing.
  • the method of manufacturing a transducer includes a material preparation step (S21), a molding mold preparation step (S22), a green array manufacturing step (S25), a sintering array manufacturing step (S26), and an array releasing step ( S27), and the array filling step (S28), and may further include a base layer removing step (S29), the electrode forming step (S3).
  • the inorganic piezoelectric material or the organic piezoelectric material or a mixed material obtained by mixing the inorganic piezoelectric material and the organic piezoelectric material is prepared.
  • the inorganic piezoelectric material, the organic piezoelectric material, or the mixed material may exhibit a liquid state or a paste state.
  • the inorganic piezoelectric material may form pores (not shown) through a process from the lamination step (S11a) to the crystallization step (S11e) of the thick film manufacturing step (S11) described above.
  • a molding mold 400 in which a cell groove 411 corresponding to the unit piezoelectric cell 13 is formed is prepared.
  • the molding mold 400 includes a first mold 410 in which the cell groove 411 corresponding to the unit piezoelectric cell 13 is recessed, and the organic piezoelectric material, the inorganic piezoelectric material, or the mixed material is injected.
  • the hole 421 includes a second mold 420 formed therethrough.
  • the first mold 410 and the second mold 420 are stacked and supported, and the second mold 420 may be lifted up and down relative to the first mold 410.
  • at least one of the first mold 410 and the second mold 420 may be recessed in the base groove 412 for forming the base layer 12 on which the unit piezoelectric cells 13 are arranged. have.
  • the molding mold preparing step (S22) is a master preparation step (S23) for preparing a master mold of a solid material in response to the state in which the unit piezoelectric cells 13 are arranged longitudinally and horizontally on the base layer 12, It may include a soft manufacturing step (S24) for producing a soft mold of a flexible material or a soft material using the master mold.
  • the soft mold may have the same shape as the first mold 410 in which the cell groove 411 corresponding to the unit piezoelectric cell 13 of the molding mold 400 is recessed.
  • the master mold is made of a hard material such as silicon, it is easy to manufacture a projection shape corresponding to the unit piezoelectric cell 13, the soft mold is made of a soft material or a flexible material such as silicon oil (PDMS, polydimethylsiloxane)
  • PDMS silicon oil
  • the cell groove 411 may be stably manufactured in correspondence with the protrusion shape formed on the master mold.
  • the green array manufacturing step (S25) is performed by injecting the organic piezoelectric material, the inorganic piezoelectric material, or the mixed material into the molding mold 400, wherein the unit piezoelectric cell 13 is formed on the base layer 12. 10b) is prepared.
  • the organic piezoelectric material, the inorganic piezoelectric material, or the mixed material is injected into the injection hole 421 while the first mold 410 and the second mold 420 are bonded to each other. By injecting the injected material into the cell groove 411 and the base groove 412, the green array 10b can be manufactured.
  • the sintering array manufacturing step (S26) to sinter the green array (10b) to produce a sintered array.
  • the green array 10b may be sintered using various types of sintering techniques.
  • the green array 10b or the sintered array is separated from the molding mold 400.
  • the filler 14 is filled between the unit piezoelectric cells 13 adjacent to each other in the sintered array.
  • the filler 14 is sintered to be integrated with the unit piezoelectric cell 13.
  • the base layer removing step (S29) removes the base layer from the sintered array in which the filler 14 is filled so that only the unit piezoelectric cell 13 and the filler 14 remain in the sintered array.
  • the lower electrode 11 and the upper electrode 15 are formed on both sides of the sintered array from which the base layer 12 is removed to apply power to the transducer 10. do.
  • the electrode forming step S3 includes a lower electrode forming step S31 of forming the lower electrode 11 on one side of the sintered array from which the base layer 12 is removed, and the base layer 12 being removed. It can be divided into the upper electrode forming step (S32) for forming the upper electrode 15 on the other side of the sintered array.
  • the lower electrode forming step S31 and the upper electrode forming step S32 may be performed after the base layer removing step S29, respectively.
  • the lower electrode forming step S31 and the upper electrode forming step S32 may be performed after the array filling step S27, respectively.
  • any one of the lower electrode forming step (S31) and the upper electrode forming step (S32) is performed after the array filling step (S27), and the lower electrode forming step (S31) and the upper electrode The other one of the forming step S32 may be performed after the base layer removing step S29.
  • the method of manufacturing the transducer manufactures the transducer 10 by manufacturing the sintered array on which the base unit piezoelectric cell 13 is formed, and filling the filler 14 in the sintered array. can do.
  • the transducer 10 manufactured according to the second embodiment of the present invention may be connected to the signal processing unit 20 or the conversion control unit 300 in a completed state.
  • the cell groove 411 formed in the molding mold 400 may have a diameter smaller from the inlet to the inside thereof, so that the unit piezoelectric cell 13 may be smaller in diameter from the base layer toward the free end. Then, the number of the unit piezoelectric cells 13 per unit area may be increased, and the resolution of the ultrasonic waves may be improved.
  • the resolution of the ultrasonic waves may be implemented at a high resolution ultrasonic transducer 10 with a resolution of 500 dpi or more.
  • the characteristics of the transducer 10 are changed, so that the finger uses ultrasonic waves.
  • biometric information such as the finger vein or fingerprint of (F)
  • the recognition rate of the ultrasound may be increased, and the accuracy of biometric information recognition of the finger F may be improved.
  • the acoustic impedance between the transducer 10 and the finger F through the characteristic change of the transducer 10 is stably matched, it is possible to omit a separate matching member.
  • the unit piezoelectric cell 13 may be individually driven and individually received, and the transmitting characteristic of the ultrasonic wave and the receiving characteristic of the ultrasonic wave may be simultaneously improved in the unit piezoelectric cell 13.
  • the driving signal of the ultrasonic wave and the receiving signal of the ultrasonic wave are separated from the unit piezoelectric cell 13, so that the transmitting characteristic of the ultrasonic wave and the receiving characteristic of the ultrasonic wave may be simultaneously improved in the unit piezoelectric cell 13.
  • the inorganic piezoelectric material and the organic piezoelectric material may be easily combined in the unit piezoelectric cell 13 to simplify the manufacture of the transducer 10, as well as the power of the ultrasonic wave in the unit piezoelectric cell 13 or the like. Energy loss of the ultrasonic waves can be prevented, and the skin penetration rate of the ultrasonic waves can be improved.
  • both the ultrasonic wave transmitted through the transducer 10 and the sound wave control member 40 and the ultrasonic wave received are transmitted without energy loss, thereby improving the transmission and reception sensitivity of the ultrasonic wave, the transmittance of the ultrasonic wave and the reflectance of the echo wave and The transmission force of the evanescent wave may be improved, and the acoustic impedance between the transducer 10 and the finger F may be stably matched, and a separate matching member may be omitted.
  • the evanescent wave having a smaller wavelength and amplitude can be stably received by the transducer 10 and can be stably transmitted to the signal processing unit 20.
  • the ultrasonic wave input from the sound wave control member 40 is stably guided in the advancing direction, the ultrasonic wave control member 40 induces resonance of the ultrasonic wave, and the input ultrasonic waves are transmitted without energy loss so that the contact is made.
  • the transmission of the ultrasonic waves may be stabilized between the member 50 and the signal processing unit 20.
  • control matching member 45 in the portion formed to penetrate the sound wave control member 40, it is possible to prevent the attenuation of the ultrasonic waves, stabilize the transmission of the ultrasonic waves, and stably match the acoustic impedance with the finger. Can be.
  • the finger F may use a combination of the recognition of the finger vein and the fingerprint, and the finger F may be accurately captured by the flow of the finger vein, the fingerprint, or the like. ) Can implement a three-dimensional image of the finger vein or fingerprint.
  • micro-machining in the micrometer unit for controlling the sound in the ultrasonic region to facilitate the manufacture of the sound wave control member 40, to improve the strength of the structure of the sound wave control member 40 In addition, it can increase the supporting or supporting force of the structure.
  • the height of the sound wave control member 40 may be reduced, and may contribute to miniaturization and thinning of the finger biometric information recognition module 100.
  • the finger biometric information recognition module 100 in the electronic device.
  • the sound wave control member 40 so that the vanish wave disappears among the echo wave at the finger (F) to the transducer 10 without energy loss, and in the signal processing unit 20 Even the signal can be stably sensed to improve the resolution of the image, and the same ultrasonic source can obtain a more accurate image than the conventional one, and can lower the performance of the signal processing unit 20 and lower the power consumption. have.

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Abstract

본 발명은 트랜스듀서의 특성이 변화됨으로써, 초음파를 이용하여 손가락의 생체정보를 인식할 때, 초음파의 인식율을 높이고, 손가락의 생체정보 인식에 대한 정밀도를 향상시킬 수 있도록 하는 손가락 생체정보 인식모듈과, 이것이 적용된 전자기기, 그리고 이를 위한 트랜스듀서의 제조방법에 관한 것이다. 이를 위해 손가락 생체정보 인식모듈은 손가락을 향해 초음파를 출력하고 손가락에서 반사되어 되돌아오는 초음파를 수신하는 트랜스듀서 및 트랜스듀서가 초음파를 출력하도록 하고 트랜스듀서와 송수신되는 초음파가 손실없이 전달되도록 트랜스듀서에 적층되는 음파제어부재 및 전기적으로 접속되어 수신되는 초음파에 따라 손가락의 생체정보를 감지하는 신호처리유닛을 포함한다.

Description

손가락 생체정보 인식모듈과, 이것이 적용된 전자기기, 그리고 손가락 생체정보 인식모듈의 제조방법과 트랜스듀서의 제조방법
본 발명은 손가락 생체정보 인식모듈과, 이것이 적용된 전자기기, 그리고 손가락 생체정보 인식모듈의 제조방법과 트랜스듀서의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 트랜스듀서의 특성이 변화됨으로써, 초음파를 이용하여 손가락의 생체정보를 인식할 때, 초음파의 인식율을 높이고, 손가락의 생체정보 인식에 대한 정밀도를 향상시킬 수 있도록 하는 손가락 생체정보 인식모듈과, 이것이 적용된 전자기기, 그리고 손가락 생체정보 인식모듈의 제조방법과 트랜스듀서의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 지문인식센서는 사람의 지문을 감지하는 센서로서, 기존에 널리 적용되던 도어락 등의 장치는 물론, 전자 기기 전원의 온/오프 또는 슬립(sleep) 모드의 해제를 결정하는데 이용되고 있다.
이러한 지문인식센서는 핵심소자의 동작 원리에 따라 초음파를 이용하는 초음파 방식, 적외선 또는 자외선을 이용하는 광방식, 정전용량을 이용하는 정전용량 방식으로 구분할 수 있다. 이 가운데 초음파 방식은 복수의 압전 센서에서 방출되는 일정 주파수의 초음파가 지문의 골(VALLEY)과 마루(RIDGE)에서 음향 임피던스(Acoustic Impedance)의 차이로 인하여 서로 다르게 되돌아오므로, 되돌아오는 초음파를 복수의 압전 센서를 이용하여 측정함으로써, 지문을 인식할 수 있다.
최근에는 지문의 감지를 넘어 사람의 손가락에 분포하는 혈관(손가락 정맥 등)을 감지하는 손가락 생체정보 인식모듈이 개발되고 있다. 이와 같은 손가락 생체정보 인식 기술은 위조 또는 변조가 불가능하고, 정확도가 높아 본인인증 수단으로 급부상하고 있다.
하지만, 손가락 생체정보 인식모듈은 전자기기의 보안에 대한 중요성이 점차 확대되어 감에 따라 모듈을 통한 생체정보의 인식율을 높여야 한다. 특히, 지정맥은 지문에 비해 손가락 내부에 위치하는 바, 초음파가 손가락 내부까지 안정적으로 전달되어야 하고, 되돌아오는 초음파를 안정적으로 수신하여야 한다. 여기서, 지정맥의 인식율을 높이기 위해 압전 센서의 감도를 높이는 경우, 소형화된 전자기기의 소비전력을 증가시키고, 압전 센서의 비용이 증가하며, 압전 센서의 수명이 단축되는 등 부가적인 문제점을 내포하고 있다.
관련 선행기술 문헌으로, 대한민국 공개특허공보 제2015-0080812호(발명의 명칭 : 지문감지센서 및 이를 포함하는 전자기기, 2015. 07. 10. 공개)가 있다.
본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 트랜스듀서의 특성이 변화됨으로써, 초음파를 이용하여 손가락의 생체정보를 인식할 때, 초음파의 인식율을 높이고, 손가락의 생체정보 인식에 대한 정밀도를 향상시킬 수 있도록 하는 손가락 생체정보 인식모듈과, 이것이 적용된 전자기기, 그리고 손가락 생체정보 인식모듈의 제조방법과 트랜스듀서의 제조방법을 제공함에 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 손가락 생체정보 인식모듈은 접촉되는 손가락으로부터 지정맥과 지문 중 적어도 어느 하나가 포함된 생체정보를 인식하기 위한 손가락 생체정보 인식모듈이고, 상기 손가락을 향해 초음파를 출력하고, 상기 손가락에서 반사되어 되돌아오는 초음파를 수신하는 트랜스듀서; 송수신되는 초음파가 손실없이 전달되도록 상기 트랜스듀서에 적층되는 음파제어부재; 및 상기 트랜스듀서가 초음파를 출력하도록 하고, 상기 트랜스듀서와 전기적으로 접속되어 수신되는 초음파에 따라 상기 손가락의 생체정보를 감지하는 신호처리유닛을 포함한다.
여기서, 상기 트랜스듀서는, 2차원 평면에서 종횡으로 이격 배열되는 다수의 단위압전셀; 및 상호 인접한 상기 단위압전셀 사이에 충진되는 충진재를 포함하며, 상기 단위압전셀은, 무기압전재료와 유기압전재료 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
여기서, 상기 단위압전셀은, 건식식각 기법 또는 마이크로몰딩 기법으로 모재가 가공되어 기둥 형태를 나타낸다.
여기서, 상기 무기압전재료에는 상호 연통된 다수의 기공이 형성되고, 상기 유기압전재료는 상기 무기압전재료의 외주면을 감싸거나 상기 기공에 형성된다.
이와 달리, 상기 트랜스듀서는, 상기 손가락을 향해 초음파를 출력하는 플레이트 형상의 압전플레이트를 포함한다.
여기서, 상기 압전플레이트는, 질화알루미늄(AlN, Aluminium nitride) 또는 티탄산 지르콘산 연(PZT, PbZrTiO3)을 포함한다.
본 발명에 따른 손가락 생체정보 인식모듈은 상기 트랜스듀서와 상기 음파제어부재 사이에서 초음파가 전달되도록 상기 트랜스듀서와 상기 음파제어부재 사이에 삽입 적층되는 초음파전달부재를 더 포함한다.
본 발명에 따른 손가락 생체정보 인식모듈은 초음파가 상기 신호처리유닛으로 전달되는 것을 방지하도록 상기 트랜스듀서와 상기 신호처리유닛 사이에 진공 상태의 공간을 형성하는 포스트부재를 더 포함한다.
여기서, 상기 신호처리유닛은, 상기 트랜스듀서에 접속되어 상기 트랜스듀서에서 초음파가 출력되도록 상기 트랜스듀서에 구동신호를 인가하는 초음파구동부; 상기 트랜스듀서에 접속되어 상기 트랜스듀서에서 수신되는 초음파를 처리하는 초음파처리부; 상기 초음파처리부의 신호 중 조건에 맞는 특정신호를 선택하여 출력하는 다중화논리부; 상기 다중화논리부에서 출력되는 신호를 변환하는 신호변환부; 및 초음파의 주파수가 조절되도록 상기 초음파구동부에서 인가되는 상기 구동신호를 제어하고, 제어된 상기 구동신호에 대응하여 상기 초음파처리부와 상기 다중화논리부와 상기 신호변환부의 동작을 제어하는 신호처리제어부를 포함한다.
여기서, 상기 초음파처리부는, 수신되는 초음파 신호를 모니터링 하여 수신되는 초음파 신호에서 지문 또는 지정맥에 대한 신호를 추출하여 수신되는 초음파 신호를 보정한다.
여기서, 상기 트랜스듀서에서 출력되는 초음파의 주파수가 제1주파수를 나타내도록 상기 신호처리제어부가 상기 구동신호를 제어하면, 상기 신호처리유닛은 상기 손가락의 지문과 지정맥이 감지되고, 상기 트랜스듀서에서 출력되는 초음파의 주파수가 상기 제1주파수보다 큰 제2주파수를 나타내도록 상기 신호처리제어부가 상기 구동신호를 제어하면, 상기 신호처리유닛은 상기 손가락의 지문이 감지된다.
여기서, 상기 신호처리유닛은, 상기 신호변환부에서 변환된 신호를 힐버트 변환시켜 변환신호를 생성하는 힐버트변환부; 상기 변환신호를 정형화시켜 정형화신호를 생성하는 정형화부; 상기 정형화신호를 3차원 이미지요소로 치환하여 치환신호를 생성하는 이미지치환부; 상기 치환신호를 합성하여 3차원 신호를 생성하는 논리합성부; 및 상기 3차원 신호를 바탕으로 최종 3차원 이미지를 획득하는 이미지획득부를 포함한다.
본 발명에 따른 전자기기는 상술한 손가락 생체정보 인식모듈; 및 상기 신호처리유닛에서 출력되는 신호를 기반으로 전자기기를 제어하는 메인제어유닛을 포함한다.
본 발명에 따른 트랜스듀서의 제조방법은 건식식각 기법을 이용하여 상술한 트랜스듀서를 제조하는 방법이고, 기 무기압전재료와 상기 유기압전재료 중 적어도 어느 하나를 이용하여 복합압전후막을 제조하는 후막제조단계; 상기 복합압전후막에 구획슬릿이 형성되도록 상기 후막제조단계를 거쳐 제조된 상기 복합압전후막을 재단하는 후막재단단계; 및 상기 구획슬릿에 상기 충진재를 충진하는 슬릿충진단계를 포함한다.
여기서, 상기 후막제조단계는, 베이스에 기공을 형성하기 위한 탬플을 적층하는 탬플적층단계; 상기 탬플에 상기 무기압전재료의 전구액을 함침시키는 전구액함침단계; 상기 무기압전재료의 전구액을 건조시키는 건조단계; 건조된 상기 무기압전재료의 전구액에서 상기 탬플을 제거하는 탬플제거단계; 건조된 상기 무기압전재료의 전구액을 결정화시키는 결정화단계; 결정화된 상기 무기압전재료의 전구액에 상기 유기압전재료를 투입하는 유기재료투입단계; 및 결정화된 상기 무기압전재료의 전구액과 상기 유기압전재료를 혼합 성형하여 상기 복합압전후막을 제조하는 후막화단계를 포함한다.
본 발명에 따른 트랜스듀서의 제조방법은 마이크로몰딩 기법을 이용하여 상술한 트랜스듀서를 제조하는 방법이고, 상기 무기압전재료 또는 상기 유기압전재료 또는 상기 무기압전재료와 상기 유기압전재료를 혼합한 혼합재료를 준비하는 단계; 상기 단위압전셀에 대응하는 셀홈이 형성된 성형몰드를 준비하는 단계; 상기 성형몰드에 상기 유기압전재료 또는 상기 무기압전재료 또는 상기 혼합재료를 주입하여 기저층에 상기 단위압전셀이 형성된 그린어레이를 제조하는 단계; 상기 그린어레이를 소결시켜 소결어레이를 제조하는 단계; 상기 그린어레이 또는 상기 소결어레이를 상기 성형몰드에서 분리하는 단계; 및 상기 소결어레이에서 상호 인접한 상기 단위압전셀 사이에 충진재를 충진하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 트랜스듀서의 제조방법은 상기 소결어레이에 상기 단위압전셀과 상기 충진재만 남도록 상기 충진재가 충진된 상기 소결어레이에서 기저층을 제거하는 단계; 및 상기 단위압전셀의 양단부에 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서의 제조방법.
본 발명에 따른 손가락 생체정보 인식모듈의 제조방법은 플레이트 형태의 상기 압전플레이트가 적용되어 상술한 손가락 생체정보 인식모듈을 제조하는 방법이고, 베이스에 상부전극과, 상기 압전플레이트와, 하부전극을 차례로 적층하는 단계; 단위셀에 대응하여 플레이트 형태의 상기 하부전극이 분리되도록 상기 하부전극을 식각하는 단계; 상기 압전플레이트에 비아홀을 형성하고, 상기 상부전극 및 분리된 상기 하부전극에 각각 전원을 인가하기 위한 연결라인을 패터닝하여 상기 트랜스듀서를 형성하는 단계; 상기 신호처리유닛과 상기 연결라인이 전기적으로 접속되도록 상기 신호처리유닛에 상기 트랜스듀서와 상기 베이스를 적층시키는 단계; 및 상기 지지부에 상기 음파제어부재를 적층시키는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 손가락 생체정보 인식모듈의 제조방법은 상기 신호처리유닛에 상기 트랜스듀서가 적층되기 전에 실시하고, 초음파가 상기 신호처리유닛으로 전달되는 것을 방지하는 포스트부재를 상기 신호처리유닛에 적층하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따른 손가락 생체정보 인식모듈의 제조방법은 플레이트 형태의 상기 압전플레이트가 적용되어 상술한 손가락 생체정보 인식모듈을 제조하는 방법이고, 상기 트랜스듀서에서 송수신되는 초음파의 전달 경로를 형성하는 초음파전달부재를 형성하기 위한 전달모재를 준비하는 단계; 상기 전달모재에 상기 상부전극과, 상기 압전플레이트와, 상기 하부전극을 차례로 적층하는 단계; 단위셀에 대응하여 플레이트 형태의 상기 하부전극이 분리되도록 상기 하부전극을 식각하는 단계; 상기 압전플레이트에 비아홀을 형성하고, 상기 상부전극 및 분리된 상기 하부전극에 각각 전원을 인가하기 위한 연결라인을 패터닝하여 상기 트랜스듀서를 형성하는 단계; 상기 신호처리유닛과 상기 연결라인이 전기적으로 접속되도록 상기 신호처리유닛에 상기 트랜스듀서와 상기 전달모재를 적층시키는 단계; 및 상기 전달모재를 가공하여 상기 초음파전달부재를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 손가락 생체정보 인식모듈의 제조방법은 상기 초음파전달부재에 상기 음파제어부재를 적층하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따른 손가락 생체정보 인식모듈과, 이것이 적용된 전자기기, 그리고 손가락 생체정보 인식모듈의 제조방법과 트랜스듀서의 제조방법에 따르면, 트랜스듀서의 특성이 변화됨으로써, 초음파를 이용하여 손가락의 생체정보를 인식할 때, 초음파의 인식율을 높이고, 손가락의 생체정보 인식에 대한 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 트랜스듀서의 특성 변화를 통해 트랜스듀서와 손가락 사이의 음향 임피던스를 안정되게 매칭시키고, 별도의 정합부재 생략이 가능하다.
또한, 본 발명은 단위압전셀에서 발생되는 진동성분 중 초음파의 진행 방향에 수직인 수평성분(lateral mode)을 감소시킴은 물론 인접한 단위압전셀 사이의 진동 간섭(coupling)을 방지할 수 있고, 단위압전셀의 개별 구동 및 개별 수신이 가능하며, 단위압전셀에서 초음파의 발신 특성과 초음파의 수신 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 단위압전셀에서 초음파의 구동신호와 초음파의 수신신호가 분리됨으로써, 단위압전셀에서 초음파의 발신 특성과 초음파의 수신 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 단위압전셀에서 무기압전재료와 유기압전재료의 결합을 간편하게 하여 트랜스듀서의 제조를 간편하게 함은 물론, 단위압전셀에서 초음파의 파워 또는 초음파의 에너지 손실을 방지하고, 초음파의 피부침투율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 트랜스듀서 및 음파제어부재를 통해 발신되는 초음파와 수신되는 초음파가 에너지 손실없이 모두 전달됨으로써, 초음파의 송수신 감도를 향상시키고, 초음파의 투과율 및 반향파의 반사율 그리고 소멸파의 전달력을 향상시키며, 트랜스듀서와 손가락 사이의 음향 임피던스를 안정되게 매칭시키고, 별도의 정합부재를 생략할 수 있다.
또한, 본 발명은 음파제어부재를 통해 파장 및 진폭이 작아지는 소멸파를 트랜스듀서에서 안정되게 수신하여 신호처리유닛까지 안정되게 전달할 수 있다.
또한, 본 발명은 음파제어부재에서 입력되는 초음파를 진행 방향으로 안정되게 유도하고, 음파제어부재에서 초음파의 공진을 유도하며, 입력되는 초음파가 에너지 손실없이 모두 전달되도록 하여 접촉부재와 신호처리유닛 사이에서 초음파의 전달을 안정화시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 음파제어부재에 관통 형성되는 부분에 제어정합부재를 충진함으로써, 초음파의 감쇄를 방지하고, 초음파의 전달을 안정화시키고, 손가락과의 음향 임피던스를 안정적으로 매칭시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 초음파의 주파수를 조절함에 따라 손가락에서 지정맥의 인식과 지문의 인식을 복합 사용할 수 있고, 손가락의 지정맥, 지문 등의 흐름을 정확하게 포착하여 손가락에서 지정맥 또는 지문에 대한 3차원 이미지를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명은 전자기기에서 지문 또는 지정맥의 인식에 따른 보안성을 향상시키고, 전자기기에 내장된 개인정보를 보호할 수 있다.
또한, 본 발명은 초음파 영역에서의 음향을 제어하기 위한 마이크로미터 단위의 미세 가공을 구현하고, 음파제어부재의 제조를 용이하게 하며, 음파제어부재의 구조물에 대한 강도를 향상시키며, 구조물의 지탱력 또는 버팀력을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 음파제어부재에 형성되는 제1신호전달홈과 제2신호전달홈과 연결라인 사이의 센터링을 간편하게 하고, 적층 오차를 최소화하여 음파제어부재의 불량을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 음파제어부재의 높이를 줄일 수 있고, 손가락 생체정보 인식모듈의 소형화 및 박형화에 이바지할 수 있다.
또한, 본 발명은 손가락에 오염물질(먼지, 땀, 잔류 화장품 등)이 있어도 지정맥 또는 지문의 이미징이 가능하고, 손가락이 접촉되는 접촉부재의 재질(유리, 알루미늄, 사파이어, 플라스틱 등)에 상관없이 신호처리유닛에서 지정맥 또는 지문 인식이 가능하며, 전자기기에서 손가락 생체정보 인식모듈의 디자인을 용이하게 할 수 있다.
또한, 본 발명은 실제 지정맥 또는 지문에 대하여 고분해능 3차원 이미지를 획득할 수 있다. 더불어 실제 지정맥 또는 지문에 대한 특징점을 추출하여 사용자의 등록 및 인증에 활용함으로써, 전자기기의 보안성을 향상시키고, 저전력의 초음파를 기반으로 고분해능의 지정맥 인식 또는 지문 인식 기술을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명은 음파제어부재를 통해 손가락에서의 반향파 중 사라지는 소멸파가 에너지 손실없이 트랜스듀서에 전달되도록 하고, 신호처리유닛에서는 소멸파의 신호까지도 안정되게 감지하여 이미지의 분해능을 향상시키고, 종래와 동일한 초음파 소스에 있어서 종래에 비해 정밀한 이미지를 획득할 수 있고, 신호처리유닛의 성능을 낮출 수 있으며, 소비전력을 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 손가락 생체정보 인식모듈이 적용된 전자기기에서 손가락의 첫째 마디를 사용하는 상태를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 손가락 생체정보 인식모듈이 적용된 전자기기에서 손가락의 둘째 마디를 사용하는 상태를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 트랜스듀서를 도시한 개략단면도이다.
도 4는 도 1 및 도 2의 음파제어부재를 도시한 개략단면도이다.
도 5는 도 1 및 도 2의 신호처리유닛을 도시한 구성도이다.
도 6은 도 5의 신호처리유닛의 부가 구성을 도시한 구성도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 손가락 생체정보 인식모듈을 도시한 사시도이다.
도 8은 도 7의 손가락 생체정보 인식모듈을 도시한 분해사시도이다.
도 9와 도 10은 도 7의 손가락 생체정보 인식모듈의 결합 상태를 도시한 단면도들이다.
도 11a 내지 도 11d는 도 7의 손가락 생체정보 인식모듈의 제조방법을 도시한 단면도들이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 트랜스듀서의 제조방법을 도시한 순서도이다.
도 13은 도 12의 트랜스듀서의 제조방법에서 후막제조단계의 세부 구성을 도시한 순서도이다.
도 14a 내지 도 14h는 도 12의 트랜스듀서의 제조방법에서 구동슬릿과 충진재의 구성에 대한 변형예를 도시한 공정도들이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 트랜스듀서의 제조방법을 도시한 순서도이다.
도 16은 도 15의 트랜스듀서의 제조방법에서 재료이형단계에서의 성형몰드와 단위압전셀을 나타내는 단면도이다.
* 부호의 설명
F: 손가락 100: 손가락 생체정보 인식모듈 200: 메인제어유닛
300: 변환제어유닛 10: 트랜스듀서 10a: 복합압전후막
10b: 그린어레이. 11: 하부전극 111: 연결라인
12: 기저층 13: 단위압전셀 14: 구획슬릿
15: 상부전극 16: 압전플레이트 20: 신호처리유닛
21: 초음파구동부 22: 초음파처리부 23: 다중화논리부
24: 신호변환부 25: 신호처리제어부 31: 힐버트변환부
32: 정형화부 33: 이미지치환부 34: 논리합성부
35: 이미지획득부 40: 음파제어부재 41: 제1신호전달부
42: 제2신호전달부 43: 연결라인 44: 버퍼공간
45: 제어정합부재 50: 접촉부재 60: 전달정합부재
70: 초음파전달부재 70a: 전달모재 71: 지지부
72: 임피던스층 80: 포스트 81: 접착부
82: 공간부 400: 성형몰드 410: 제1몰드
411: 셀홈 412: 기저홈 420: 제2몰드
421: 주입홀 S11: 후막제조단계 S11a: 탬플적층단계
S11b: 전구액함침단계 S11c: 건조단계 S11d: 탬플제거단계
S11e: 결정화단계 S11f: 유기재료투입단계 S11g: 후막화단계
S12: 후막재단단계 S12a: 제1재단단계 S12b: 제2재단단계
S12c: 제3재단단계 S13: 슬릿충진단계 S13a: 제1충진단계
S13b: 제2충진단계 S13c: 제3충진단계 S21: 재료준비단계
S22: 성형몰드준비단계 S23: 마스터준비단계 S24: 소프트제조단계
S25: 그린어레이제조단계 S26: 소결어레이제조단계
S27: 어레이이형단계 S28: 어레이충진단계
S29: 기저층제거단계 S3: 전극형성단계
S31: 하부전극형성단계 S32: 상부전극형성단계
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 손가락 생체정보 인식모듈과, 이것이 적용된 전자기기, 그리고 손가락 생체정보 인식모듈의 제조방법과 트랜스듀서의 제조방법의 일 실시예를 설명한다. 이때, 본 발명은 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명확하게 하기 위해 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 손가락 생체정보 인식모듈이 적용된 전자기기에서 손가락의 첫째 마디를 사용하는 상태를 도시한 단면도이다. 도 2는 도 1의 손가락 생체정보 인식모듈이 적용된 전자기기에서 손가락의 둘째 마디를 사용하는 상태를 도시한 단면도이다. 도 3은 도 1 및 도 2의 트랜스듀서를 도시한 개략단면도이다. 도 4는 도 1 및 도 2의 음파제어부재를 도시한 개략단면도이다. 도 5는 도 1 및 도 2의 신호처리유닛을 도시한 구성도이다. 도 6은 도 5의 신호처리유닛의 부가 구성을 도시한 구성도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예서, 상기 전자기기는 손가락 생체정보 인식모듈(100)을 통해 손가락(F)으로부터 지정맥과 지문 중 적어도 어느 하나가 포함된 생체정보를 인식함으로써, 전자기기의 보안성을 강화시킬 수 있다.
즉, 상기 전자기기는 손가락 생체정보 인식모듈(100)과, 메인제어유닛(200)을 포함한다.
상기 손가락 생체정보 인식모듈(100)은 초음파를 이용하여 접촉된 손가락(F)에서 지정맥과 지문 중 적어도 어느 하나를 인식한다. 일예로, 상기 손가락 생체정보 인식모듈(100)은 도 1에 도시된 바와 같이 손가락(F)의 첫째 마디를 감지함에 따라 초음파를 이용하여 접촉된 손가락(F)에서 지정맥과 지문 중 적어도 어느 하나를 인식할 수 있다. 다른 예로, 상기 손가락 생체정보 인식모듈(100)은 도 2에 도시된 바와 같이 손가락(F)의 둘째 마디를 감지함에 따라 초음파를 이용하여 접촉된 손가락(F)에서 지정맥을 인식할 수 있다.
상기 손가락 생체정보 인식모듈(100)은 후술하여 설명하기로 한다.
상기 메인제어유닛(200)은 상기 손가락 생체정보 인식모듈(100)에 포함된 후술하는 신호처리유닛(20)에서 감지된 신호에 따라 전자기기를 제어한다.
여기서, 상기 메인제어유닛(200)을 한정하는 것은 아니고, 후술하는 신호처리유닛(20)에서 감지된 신호에 따라 전자기기를 제어할 수 있다. 상기 메인제어유닛(200)은 플립칩 본딩(flip-chip bonding) 또는 타공된 비아홀(via hole)에 형성되는 전극을 통해 후술하는 신호처리유닛(20)과 접속될 수 있다.
상기 전자기기는 변환제어유닛(300)을 더 포함할 수 있다. 상기 변환제어유닛(300)은 상기 신호처리유닛(20)에서 감지된 신호를 변환하여 상기 메인제어유닛(200)에 전달한다. 상기 변환제어유닛(300)의 세부 구성은 상기 손가락 생체정보 인식모듈(100)의 설명에 부가하여 자세하게 설명하기로 한다.
이하에서는, 상기 손가락 생체정보 인식모듈(100)에 대하여 설명한다.
상기 손가락 생체정보 인식모듈(100)은 초음파를 이용하여 접촉된 손가락(F)에서 지정맥과 지문 중 적어도 어느 하나를 인식하는 것으로 트랜스듀서(10)와, 신호처리유닛(20)을 포함하고, 음파제어부재(40)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 상기 손가락 생체정보 인식모듈(100)은 지정맥을 인식하는 것을 중심으로 설명한다.
상기 트랜스듀서(10)는 상기 손가락(F)을 향해 초음파를 출력하고, 상기 손가락(F)에서 반사되어 되돌아오는 초음파를 수신한다. 이러한 상기 트랜스듀서(10)는 상기 변환제어유닛(300)의 상부에 배열되는 상기 신호처리유닛(20)의 상면에 적층되어 배열될 수 있다.
여기서, 상기 트랜스듀서(10)는 2차원 평면에서 종횡으로 이격 배열되는 다수의 단위압전셀(13)과, 상호 인접한 상기 단위압전셀(13) 사이에 충진되는 충진재(14)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 단위압전셀(13) 사이에는 구획슬릿(13a)이 형성됨에 따라 상기 구획슬릿(13a)에 상기 충진재(14)가 충진되도록 한다.
또한, 상기 트랜스듀서(10)는 상기 단위압전셀(13) 일측(또는 도 3에 도시된 바와 같이 하면)에 전기적으로 접속되는 하부전극(11)과, 상기 단위압전셀(13) 타측(또는 도 3에 도시된 바와 같이 상면)에 전기적으로 접속되는 상부전극(15)을 더 포함할 수 있다. 일예로, 상기 하부전극(11)은 하나의 전극으로 상기 단위압전셀(13)이 모두 접속되고, 상기 상부전극(15)은 복수의 전극으로 서로 분할되어 개별의 상기 단위압전셀(13)에 1:1 대응으로 접속될 수 있다. 다른 예로, 상기 하부전극(11)과 상기 상부전극(15)은 모두 복수의 전극으로 서로 분할되어 개별의 상기 단위압전셀(13)에 1:1 대응으로 접속될 수도 있다.
상기 단위압전셀(13)은 초음파 신호의 특성을 향상시키면서도 상기 단위압전셀(13) 사이의 피치에 따라 지정맥 패턴 또는 지문 패턴에 대응하여 이미지 획득을 용이하게 할 수 있다.
상기 단위압전셀(13)은 건식식각 기법 또는 마이크로몰딩 기법 등으로 모재가 가공되어 기둥 형태로 제작될 수 있다. 특히, 상기 단위압전셀(13)은 사각기둥 또는 육각기둥 또는 원기둥 등의 형태를 가져, 초음파의 파워 또는 초음파의 에너지를 극대화시킬 수 있다. 상기 트랜스듀서(10)는 후술하는 트랜스듀서의 제조방법에 의해 제조될 수 있다.
한편, 상기 손가락 생체정보 인식모듈(100)에서 상기 단위압전셀(13)은 무기압전재료와 유기압전재료 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 다만, 이하에서는 상기 단위압전셀(13)은 무기압전재료와 유기압전재료가 혼합된 것으로 설명한다.
여기서, 무기압전재료는 초음파의 발신 특성이 우수하고, 유기압전재료는 초음파의 수신 특성이 우수하므로, 상기 단위압전셀(13)의 초음파 발신 특성과 초음파 수신 특성을 모두 향상시키기 위해 상기 무기압전재료와 상기 유기압전재료는 기설정된 중량비로 혼합될 수 있다.
상기 무기압전재료와 상기 유기압전재료는 1:9 내지 9:1 의 중량비로 혼합될 수 있다. 이와 같이 상기 무기압전재료와 상기 유기압전재료의 혼합으로 인해, 초음파의 구동신호에 대응하여 적어도 상기 무기압전재료가 활성화되어 초음파의 발신 특성을 우수하게 하고, 초음파의 수신신호에 대응하여 적어도 상기 유기압전재료가 활성화되어 초음파의 수신 특성을 우수하게 한다.
상기 무기압전재료는 질화알루미늄(AlN), 지르콘산티탄산(PZT), 티탄산바륨(BaTiO3) 등으로 이루어질 수 있고, 압전 특성이 상대적으로 우수하나 유연하지 못하고 초음파 감지 성능이 상대적으로 낮다. 상기 유기압전재료는 폴리플루오르화비닐리덴(PVDF), 부드러운 재질 또는 유연한 재질의 압전물질 등으로 이루어질 수 있고, 압전 특성이 상대적으로 좋지 않으나 유연성이 우수하고 상기 손가락(F)과의 임프던스 정합에 유리하다.
상기 유기압전재료와 상기 무기압전재를 혼합하여 제조된 상기 트랜스듀서(10)는 초음파의 발신 특성과 초음파의 수신 특성이 모두 우수하므로, 높은 압전성능지수를 가지게 되고, 상기 손가락(F)의 임피던스 정합에 유리하게 되어 상기 손가락(F)과 상기 트랜스듀서(10) 사이에 별도의 정합부재가 생략되어도 안정되게 초음파가 전달될 수 있다.
이때, 상기 단위압전셀(13)에서 상기 무기압전재료에는 상호 연통된 다수의 기공(미도시)이 형성되고, 상기 유기압전재료는 상기 무기압전재료의 외주면을 감싸거나 상기 기공(미도시)에 형성되도록 할 수 있다.
상기 충진재(14)는 상기 단위압전셀(13)에서 발생되는 진동성분 중 초음파의 진행 방향에 수직인 수평성분(lateral mode)을 감소시킴은 물론 인접한 상기 단위압전셀(13) 사이의 진동이 간섭(coupling)되는 것을 방지할 수 있다.
상기 신호처리유닛(20)은 상기 트랜스듀서(10)가 초음파를 출력하도록 하고, 상기 트랜스듀서(10)와 전기적으로 접속되어 수신되는 초음파에 따라 상기 손가락(F)의 지정맥을 감지한다. 상기 신호처리유닛(20)은 수신되는 초음파에 따라 도플러 효과를 이용하여 상기 손가락(F)의 지정맥을 감지할 수 있다. 여기서, 상기 손가락(F)의 지정맥을 감지한다는 것은 상기 손가락(F)의 지정맥과 상기 손가락(F)의 지문 중 적어도 어느 하나를 감지할 수 있다는 의미를 포함한다.
상기 트랜스듀서(10)는 우수한 압전 특성을 가지는 다중 동작 주파수를 가지므로, 상기 신호처리유닛(20)은 50 마이크로미터(μm) 급과 같이 초미세 선폭을 가지는 임의 형상을 3차원으로 이미징할 수 있다. 또한, 상기 트랜스듀서(10)는 상기 단위압전셀(13)을 통해 병렬로 초음파를 송수신할 수 있으므로, 상기 신호처리유닛(20)은 깊이 있는 임의 3차원 형상을 이미징할 수 있다.
일예로, 상기 트랜스듀서(10)에서 출력되는 초음파의 주파수가 제1주파수를 나타내도록 상기 신호처리유닛(20)이 상기 구동신호를 제어하면, 손가락(F)의 첫째 마디 또는 둘째 마디가 감지됨에 따라 상기 신호처리유닛(20)은 손가락(F)의 지문과 지정맥 중 적어도 어느 하나를 감지할 수 있다. 상기 구동신호는 저주파 영역의 초음파를 발생시켜 초음파의 침투율을 높이고, 상기 손가락(F)의 지정맥 감지를 원활하게 할 수 있다.
다른 예로, 상기 트랜스듀서(10)에서 출력되는 초음파의 주파수가 상기 제1주파수보다 큰 제2주파수를 나타내도록 상기 신호처리유닛(20)이 상기 구동신호를 제어하면, 손가락(F)의 첫째 마디가 감지됨에 따라 상기 신호처리유닛(20)은 손가락(F)의 지문을 감지할 수 있다. 상기 구동신호는 고주파 영역의 초음파를 발생시켜 초음파의 침투율을 상대적으로 낮추고, 상기 손가락(F)의 지문 감지를 원활하게 할 수 있다. 저주파 영역의 초음파는 고주파 영역의 초음파에 비해 상대적으로 초음파의 파워 또는 초음파의 에너지가 크다고 볼 수 있다.
여기서, 상기 신호처리유닛(20)이 상기 구동신호를 제어하여 상기 트랜스듀서(10)에서 초음파가 출력되면, 상기 신호처리유닛(20)은 상기 트랜드듀서(10)에서 수신되는 초음파에 대한 수신정보를 합성하여 손가락(F)의 지문과 지정맥 중 적어도 어느 하나에 대한 3차원 이미지를 구현할 수 있다.
상기 신호처리유닛(20)은 상기 단위압전셀(13)에 접속되어 상기 단위압전셀(13)에서 초음파가 출력되도록 상기 단위압전셀(13)에 구동신호를 인가하는 초음파구동부(21)와, 상기 단위압전셀(13)에 접속되어 상기 단위압전셀(13)에서 수신되는 초음파를 처리하는 초음파처리부(22)와, 초음파처리부(22)의 신호 중 조건에 맞는 특정신호를 선택하여 출력하는 다중화논리부(23)와, 상기 다중화논리부(23)에서 출력되는 신호를 변환하는 신호변환부(24)를 포함할 수 있다. 상기 초음파처리부(22)는 수신되는 초음파를 원래 상태로 복구하는 기능을 포함하여 수신되는 초음파를 처리할 수 있다.
상기 초음파처리부(22)는 수신되는 초음파 신호를 모니터링하여 수신되는 초음파 신호에서 지문 또는 지정맥에 대한 신호를 추출하여 수신되는 초음파 신호를 보정할 수 있다.
좀더 자세하게, 상기 손가락(F)은 표피와 진피로 구성되고, 지정맥의 경우, 피하조직 내에 위치하게 된다. 여기서, 상기 트랜스듀서(10)는 2차원 평면에 단위압전셀(13)이 종횡으로 배열된 상태를 나타낸다.
그리고 상기 트랜스듀서(10)는 상기 손가락(F)에 초음파 신호를 송신하고, 상기 손가락(F)으로부터 반사되는 초음파 신호를 수신한다. 이때, 지문의 골(valley) 부분에서는 공기층으로 인하여 수신되는 초음파 신호에는 공기층, 표피, 진피, 지정맥에서 반사되는 초음파 신호가 일정 시간 지연되어 순차적으로 수신되고, 지문의 산(ridge) 부분에서는 진피, 지정맥에서 반사되는 초음파 신호가 일정 시간 지연되어 순차적으로 수신된다. 그러면, 수신되는 초음파 신호들을 지연과 합(delay and sum) 방식을 이용하여 이미지 데이터를 형성할 수 있다. 이때, 지문의 골 부분으로 공기층으로 인한 신호의 왜곡이 발생하므로, 상기 초음파처리부(22)는 수신되는 초음파 신호에서 지문의 골과 산에 대한 정보 및 지정맥에 대한 정보를 분리하여 추출함으로써, 수신되는 초음파 신호를 보정할 수 있고, 추출된 정보를 바탕으로 3차원 이미지를 용이하게 형성할 수 있다.
상기 신호변환부(24)는 상기 다중화논리부(23)에서 출력되는 2차원 아날로그 신호를 2차원 디지털 신호로 변환할 수 있다.
또한, 상기 신호처리유닛(20)은 초음파의 주파수가 조절되도록 상기 초음파구동부(21)에서 인가되는 상기 구동신호를 제어하고, 제어된 상기 구동신호에 대응하여 상기 초음파처리부(22)와 상기 다중화논리부(23)와 상기 신호변환부(24)의 동작을 제어하는 신호처리제어부(25)를 더 포함할 수 있다. 일예로, 상기 신호처리제어부(25)는 상기 신호처리유닛(20)에 포함되는 에이직(ASIC, Application Specific Integrated Circuit) 반도체를 제어할 수 있다.
이때, 상기 신호처리제어부(25)는 상기 구동신호에 대응하여 초음파를 출력하기 위해 상기 단위압전셀(13)의 구동패턴을 형성하고, 상기 구동신호에 대응하여 초음파를 수신하기 위해 상기 단위압전셀(13)의 수신패턴을 형성한다. 여기서, 상기 구동패턴에 대응되는 단위압전셀(13)은 상기 수신패턴에 대응되는 단위압전셀(13)과 겹치지 않도록 함으로써, 상기 단위압전셀(13)에서의 신호 중첩을 방지하고, 신호 간섭을 최대한 줄여 상기 단위압전셀(13)에서 정확도 높은 신호를 송수신할 수 있도록 한다.
상기 신호처리유닛(20)은 상기 신호변환부(24)에서 변환된 신호를 힐버트 변환시켜 변환신호를 생성하는 힐버트변환부(31)와, 상기 힐버트변환부(31)를 거쳐 생성된 변환신호를 정형화시켜 정형화신호를 생성하는 정형화부(32)와, 상기 정형화부(32)를 거쳐 생성된 정형화신호를 3차원 이미지요소로 치환하여 치환신호를 생성하는 이미지치환부(33)와, 다수의 상기 이미지치환부(33)를 거쳐 생성된 치환신호를 합성하여 3차원 신호를 생성하는 논리합성부(34)와, 상기 논리합성부(34)를 거쳐 생성된 3차원 신호를 바탕으로 최종 3차원 이미지를 획득하는 이미지획득부(35)를 포함할 수 있다.
그리고 상기 이미지획득부(35)를 거쳐 획득된 최종 3차원 이미지는 상기 메인제어유닛(200)에 의해 전자기기를 제어하여 사용자를 인증하거나 전자기기에 표시될 수 있다.
좀더 자세하게, 상기 신호처리유닛(20)은 도 6에 도시된 바와 같이 제1주파수 대역 또는 제2주파수 대역을 기준으로 서로 다른 두 주파수(A, B)를 기반으로 발생되는 수신정보를 합성하여 고분해능의 3차원 이미지를 구현할 수 있다.
그러면, 상기 신호처리제어부(25)가 상기 구동신호를 제어하여 상기 트랜스듀서에서 출력되는 초음파의 주파수가 1차주파수 발신신호와, 상기 1차주파수 발신신호보다 큰 2차주파수 발신신호를 나타내면, 상기 신호처리유닛(20)은 3차원 이미지를 구현하기 위해 상기 1차주파수 발신신호에 대응하는 제1수신정보와 상기 2차주파수 발신신호에 대응하는 제2수신정보를 합성하게 된다.
상기 힐버트변환부(31)는 상기 제1수신정보에 대응하여 상기 신호변환부(24)에서 변환된 제1신호를 힐버트 변환시켜 제1변환신호를 생성하는 제1힐버트변환부(31a)와, 상기 제2수신정보에 대응하여 상기 신호변환부(24)에서 변환된 제2신호를 힐버트 변환시켜 제2변환신호를 생성하는 제2힐버트변환부(31b)로 구분할 수 있다.
상기 정형화부(32)는 상기 제1힐버트변환부(31a)를 거쳐 생성된 제1변환신호를 정형화시켜 제1정형화신호를 생성하는 제1정형화부(32a)와, 상기 제2힐버트변환부(31b)를 거쳐 생성된 제2변환신호를 정형화시켜 제2정형화신호를 생성하는 제2정형화부(32b)로 구분할 수 있다.
상기 이미지치환부(33)는 상기 제1정형화부(32a)를 거쳐 생성된 제1정형화신호를 3차원 이미지요소로 치환하여 제1치환신호를 생성하는 제1이미지치환부(33a)와, 상기 제2정형화부(32b)를 거쳐 생성된 제2정형화신호를 3차원 이미지요소로 치환하여 제2치환신호를 생성하는 제2이미지치환부(33b)로 구분할 수 있다.
상기 논리합성부(34)는 상기 제1이미지치환부(33a)를 거쳐 생성된 제1치환신호와 상기 제2이미지변환부(33b)를 거쳐 생성된 제2치환신호를 합성하여 3차원 디지털 신호를 생성하게 된다.
상기 신호처리유닛(20)은 2차원으로 배열된 상기 단위압전셀(13)에 최적화된 신호 합성 기술로써, 저전력이고 고효율인 3차원 이미지 알고리즘을 구현할 수 있다. 상기 신호처리유닛(20)은 선폭 50 마이크로(μm) 급 또는 선폭 100 마이크로(μm) 급의 하이브리드 미세 패턴을 병렬로 수집하여 고속 3차원 이미징이 가능하고, 상기 트랜스듀서(10)에서 2차원으로 배열된 상기 단위압전셀(13)에 대한 구동부와 수신부를 통합 제어할 수 있다.
이와 같이 상기 손가락 생체정보 인식모듈(100)에서 상기 트랜스듀서(10)는 상기 신호처리유닛(20)과 더불어 다중 동작 주파수를 가지는 하이브리드 초음파 소자 어레이를 구현할 수 있다. 그러면, 고주파수의 초음파 소자로 기존보다 우수한 50 마이크로(μm) 급의 미세 선폭을 가지는 임의의 형상을 3차원 이미징할 수 있다. 또한, 병렬로 수신되는 저주파수를 통해 깊이 있는 임의 3차원 형상을 이미징하여 초음파를 이용한 이미징 기능을 활성화시키고, 3차원의 지정맥 이미징을 용이하게 구현할 수 있으며, 전자기기에서 보안성을 크게 향상시킬 수 있다.
상기 손가락 생체정보 인식모듈(100)은 음파제어부재(40)를 더 포함할 수 있다.
상기 음파제어부재(40)는 상기 트랜스듀서(10)의 상면에 적층된다. 상기 음파제어부재(40)는 상기 트랜스듀서(10)에서 송수신되는 초음파 에너지가 손실없이 전달되도록 한다.
상기 음파제어부재(40)는 상기 단위압전셀(13)에서 송수신되는 초음파 에너지를 손실없이 전달하는 도파관 구조를 나타낼 수 있다.
상기 음파제어부재(40)는 발생된 특정 주파수 영역의 초음파에 대하여 근접장 초음파를 흡수하고, 공진 터널링 등과 같은 특성을 이용하여 초음파 에너지를 공진시켜 투과시키는 특성을 나타낼 수 있다.
이에 따라 상기 음파제어부재(40)는 초음파 에너지를 손실없이 전달할 수 있고, 파장 이하의 초음파에 대해서도 이미징을 할 수 있다.
상기 음파제어부재(40)는 Helmholtz resonator 어레이 구조, surface resonant effect in doubly negative 또는 single negative-mass metamaterials, FabryPerot (FP) resonant, Near-zero mass, 이방성 메타소재의 공진 터널링 방식 등을 사용할 수 있다.
상기 음파제어부재(40)에는 상기 트랜스듀서(10)와 마주보는 일측면(즉, 도 4에서의 하면)에 함몰 형성되는 제1신호전달홈(41)과, 일측면과 대향되는 타측면(즉, 도 4에서의 상면)에 함몰 형성되는 제2신호전달홈(42)과, 상기 제1신호전달홈(41)과 상기 제2신호전달홈(42)을 연결하는 연결라인(43)이 포함된다. 그러면, 상기 음파제어부재(40)의 일측면에는 상기 제1신호전달홈(41)이 함몰 형성되고, 상기 음파제어부재(40)의 타측면에는 상기 제2신호전달홈(42)이 함몰 형성된다.
이때, 상기 음파제어부재(40)에는 제어정합부재(45)가 상기 제1신호전달홈(41), 상기 제2신호전달홈(42) 및 상기 연결라인(43)의 내부에 충진되도록 한다. 즉, 상기 제1신호전달홈(41)과 상기 제2신호전달홈(42)과 상기 연결라인(43)에는 상기 트랜스듀서(10)와 상기 손가락(F) 사이의 음향 임피던스를 매칭시키는 제어정합부재(45)가 충진된다.
상기 제어정합부재(45)는 상기 음파제어부재(40)가 액체 내에서 작동할 때 사용될 수 있다. 즉, 상기 제어정합부재(45)는 상기 트랜스듀서(10)에서 송수신되는 초음파의 에너지 손실을 실질적으로 방지하기 위해 손가락(F)의 음향 임피던스 또는 손가락 내 혈액 또는 조직의 음향 임피던스와 실질적으로 동일한 음향 임피던스를 갖도록 한다.
상기 제어정합부재(45)는 상기 음파제어부재(40)에서 초음파의 투과율을 증대시킬 수 있다.
상기 제1신호전달홈(41)과 상기 제2신호전달홈(42)은 상호 동일한 직경을 나타내고, 상기 제1신호전달홈(41)은 상기 연결라인(43)의 직경보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 상기 음파제어부재(40)에는 상기 연결라인(43)과 직경이 다른 크기로 상기 연결라인(43) 상에 형성되는 버퍼공간(44)이 더 포함될 수 있다. 일예로, 상기 버퍼공간(44)은 상기 연결라인(43)의 직경보다 큰 직경을 가질 수 있다. 상기 버퍼공간(44)에는 상기 제어정합부재(45)가 충진되도록 한다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 버퍼공간(44)의 너비는 상기 제1 및 제2 선호전달홈들(41, 42)의 너비와 동일하게 형성될 수 있다.
상기 음파제어부재(40)는 MEMS 공정, NEMS 공정, 3D Printing 공정, 나노 임프린팅 공정, 사출 공정 등에서 선택되는 적어도 하나에 의해 제조될 수 있다.
상기 손가락 생체정보 인식모듈(100)은 상기 손가락(F)이 접촉되도록 상기 음파제어부재(40)의 상부에 적층되는 접촉부재(50)를 더 포함할 수 있다.
상기 접촉부재(50)는 상기 손가락(F)이 접촉된다. 상기 접촉부재(50)는 유리, 알루미늄, 사파이어, 플라스틱 등으로 이루어질 수 있다. 상기 접촉부재(50)는 초음파를 손가락(F)으로 전달하고, 손가락(F)으로부터 되돌아오는 초음파를 상기 트랜스듀서(10) 측으로 전달한다.
상기 접촉부재(50)는 전자기기에 구비되는 터치스크린 장치 또는 화면을 출력하기 위한 디스플레이 장치와 일체로 형성될 수 있다. 상기 접촉부재(50)는 터치스크린 장치 또는 디스플레이 장치의 전면에 부착되는 커버로 이용될 수 있다.
상기 손가락 생체정보 인식모듈(100)은 상기 음파제어부재(40)와 상기 접촉부재(50) 사이에 적층 지지되는 전달정합부재(60)를 더 포함할 수 있다. 상기 접촉부재(50)와 상기 전달정합부재(60)는 상기 트랜스듀서(10)와 상기 손가락(F) 사이의 음향 임피던스를 매칭시킨다.
일예로, 상기 전달정합부재(60)는 상기 음파제어부재(40)와 상기 접촉부재(50) 사이에서 상기 제2신호전달홈(42)을 통한 초음파의 전달을 용이하게 할 수 있다. 좀더 자세하게, 상기 제어정합부재(45)와 상기 접촉부재(50) 사이의 공기층이 형성되는 것을 방지하고, 초음파의 전달을 용이하게 할 수 있다.
다른 예로, 상기 전달정합부재(60)는 상기 음파제어부재(40)와 상기 접촉부재(50)를 상호 접합시킬 수 있다.
이하에서는, 상기 손가락 생체정보 인식모듈(100)의 동작에 대하여 설명한다.
상기 손가락 생체정보 인식모듈(100)은 상기 신호처리유닛(20)과 상기 트랜스듀서(10)와 상기 음파제어부재(40)와 상기 접촉부재(50)가 순차적으로 적층 고정된다. 이때, 상기 음파제어부재(40)에는 상기 제어정합부재(45)가 충진된다.
상기 손가락(F)의 지정맥 패턴에 대하여 혈관의 사이즈가 200 μm 내지 1,000 μm 이고, 상기 손가락(F)의 지문 패턴에 대하여 인접한 골과 마루의 주기는 약 200 μm 내지 300 μm이므로, 패턴 이미지 분해능은 약 50 μm가 필요하다. 여기서, 상기 무기압전재료에 대한 임피던스는 약 30 Mrayl 이지만, 상기 유기압전재료는 상기 손가락(F)의 임피던스(약 1.5 Mrayl)와 유사한 임피던스 특성을 가지므로, 별도의 정합부재를 생략하더라도 상기 트랜스듀서(10)에서 초음파의 송수신 특성을 유지시킬 수 있다.
그러면, 상기 트랜스듀서(10)는 임피던스(물체의 밀도와 물체의 음파전파속도) 특성에 의해 결정되는 투과파와 손가락(F)으로부터 되돌아오는 반향파의 크기를 이용하여 측정하게 된다.
상기 트랜스듀서(10)에서 발생되는 초음파 및 손가락(F)으로부터 되돌아오는 반향파는 상기 음파제어부재(40)를 통과하면서 공진에 의해 거의 100%(90% 내지 100% 또는 95% 내지 100%)가 투과되는 주파수를 갖게 된다.
또한, 상기 트랜스듀서(10)에 입력되는 반향파에서의 시간 지연값 또는 상기 신호처리유닛(20)을 통한 반향파의 변환을 이용하여 3차원 이미지를 구현할 수 있다. 본 실시예에서는 소멸파가 상기 음파제어부재(40)를 통과하면서 초음파 에너지의 손실없이 상기 트랜스듀서(10)에 전달됨으로써, 3차원 이미지 구현을 용이하게 할 수 있다.
상술한 설명에 기초하여 상기 변환제어유닛(300)은 상기 신호처리유닛(20)에서 감지된 신호를 상기 메인제어유닛(200)에 전달한다. 상기 변환제어유닛(300)은 상기 신호변환부(24)에서 변환된 신호를 전자기기에서 출력이 가능한 출력신호로 변환하여 상기 메인제어유닛(200)에 전달할 수 있다.
상기 변환제어유닛(300)은 플립칩 본딩 또는 타공된 비아홀에 형성되는 전극을 통해 상기 신호처리유닛(20)과 상기 메인제어유닛(200)에 각각 접속될 수 있다.
도시되지 않았지만, 상기 변환제어유닛(300)은 상기 신호처리유닛(20)을 대신하여 서로 다른 두 주파수 영역(A, B)에 대한 수신정보를 합성하여 고분해능의 3차원 이미지를 구현할 수 있다. 이에 따라 상기 변환제어유닛(300)은 상기 신호처리유닛(20)을 대신하여 상기 힐버트변환부(31)와, 상기 정형화부(32)와, 상기 이미지치환부(33)와, 상기 논리합성부(34)와, 이미지획득부(35)를 포함할 수 있다.
그리고 상기 이미지획득부(35)를 거쳐 획득된 최종 3차원 신호는 상기 메인제어유닛(200)에 의해 전자기기를 제어하여 사용자를 인증하거나 전자기기에 표시될 수 있다.
이에 따라 상기 변환제어유닛(300)도 2차원으로 배열된 상기 단위압전셀(13)에 최적화된 신호 합성 기술로써, 저전력이고 고효율인 3차원 이미지 알고리즘을 구현할 수 있다.
지금부터는 본 발명의 다른 실시예에 따른 손가락 생체정보 인식모듈(100)에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 손가락 생체정보 인식모듈을 도시한 사시도이다. 도 8은 도 7의 손가락 생체정보 인식모듈을 도시한 분해사시도이다. 도 9와 도 10은 도 7의 손가락 생체정보 인식모듈의 결합 상태를 도시한 단면도들이다.
도 1 내지 도 6 및 도 7 내지 도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 손가락 생체정보 인식모듈(100)은 접촉되는 손가락(F)으로부터 지정맥과 지문 중 적어도 어느 하나가 포함된 생체정보를 인식하기 위한 손가락 생체정보 인식모듈로써, 상기 손가락(F)을 향해 초음파를 출력하고 상기 손가락(F)에서 반사되어 되돌아오는 초음파를 수신하는 트랜스듀서(10)와, 상기 트랜스듀서(10)가 초음파를 출력하도록 하고 상기 트랜스듀서(10)와 전기적으로 접속되어 수신되는 초음파에 따라 상기 손가락(F)의 생체정보를 감지하는 신호처리유닛(20)을 포함하고, 송수신되는 초음파가 손실없이 전달되도록 상기 트랜스듀서(10)에 적층되는 음파제어부재(40)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에서의, 상기 신호처리유닛(20)과 상기 음파제어부재(40)는 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한 실시예에서의 상기 신호처리유닛(20)과 상기 음파제어부재(40)와 동일한 구성으로 이에 대한 설명은 생략한다.
이때, 상기 트랜스듀서(10)는 상기 손가락(F)을 향해 초음파를 출력하는 플레이트 형상의 압전플레이트(16)를 포함할 수 있다. 상기 압전플레이트(16)는 질화알루미늄(AlN, Aluminium nitride) 또는 티탄산 지르콘산 연(PZT, PbZrTiO3)을 포함할 수 있다.
상기 트랜스듀서(10)는 상기 압전플레이트(16)의 일측면(즉, 도 8에 도시된 바와 같이 하면)에 전기적으로 접속되는 하부전극(11)과, 상기 압전플레이트(16)의 타측면(즉, 도 8에 도시된 바와 같이 상면)에 전기적으로 접속되는 상부전극(15)을 더 포함할 수 있다. 상기 하부전극(11)은 단위셀에 대응하여 2차원 평면에서 종횡으로 분리 배열된 상태로 상기 압전플레이트(16)에 접속되고, 상기 상부전극(15)은 플레이트 형태로 상기 압전플레이트에 접속된다.
상기 손가락 생체정보 인식모듈(100)은 상기 트랜스듀서(10)와 상기 음파제어부재(40) 사이에서 초음파가 전달되도록 상기 트랜스듀서(10)와 상기 음파제어부재(40) 사이에 삽입 적층되는 초음파전달부재(70)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 초음파전달부재(70)에는 지지부(71)가 적층 지지될 수 있다. 상기 지지부(71)는 상기 트랜스듀서(10)와 상기 초음파전달부재(70) 사이의 결합력을 향상시키고, 상기 초음파전달부재(70)에서 상기 트랜스듀서(10)를 안정적으로 지지할 수 있다.
상기 초음파전달부재(70)에는 단위셀 또는 상기 압전플레이트(16)에 대응하여 초음파가 전달되는 전달홀이 관통 형성될 수 있다. 그러면, 상기 초음파전달부재(70)는 상기 압전플레이트(16)에서 송수신되는 초음파 에너지를 손실없이 전달하는 도파관 구조를 나타낼 수 있다. 상기 초음파전달부재(70)는 발생된 특정 주파수 영역의 초음파에 대하여 근접장 초음파를 흡수하고, 공진 터널링 등과 같은 특성을 이용하여 초음파 에너지를 공진시켜 투과시키는 특성을 나타낼 수 있다.
이때, 상기 초음파전달부재(70)에 관통 형성된 홀에는 임피던스층(72)이 충진됨으로써, 상기 손가락(F)과 상기 트랜스듀서(10) 사이의 음향 임피던스 차이를 줄이고, 상기 손가락(F)과 상기 트랜스듀서(10) 사이의 음향 임피던스를 매칭시킬 수 있다.
상기 손가락 생체정보 인식모듈(100)은 초음파가 상기 신호처리유닛(20)으로 전달되는 것을 방지하도록 상기 트랜스듀서(10)와 상기 신호처리유닛(40) 사이에 진공 상태의 공간을 형성하기 위한 포스트부재(80)를 더 포함할 수 있다. 상기 포스트부재(80)는 접착부(81)를 매개로 상기 신호처리유닛(20)에 적층 고정될 수 있다. 상기 접착부(81)는 전기 전달을 위해 전도성을 나타낼 수 있지만, 전도성이 아니어도 무방하다.
여기서, 상기 포스트부재(80)에는 단위셀 또는 상기 압전플레이트(16)에 대응하여 공간부(82)가 관통 형성된다. 상기 트랜스듀서(10)와 상기 포스트부재(80)와 상기 신호처리유닛(20)이 적층 결합될 때, 상기 공간부(82)는 진공 상태를 형성함으로써, 상기 트랜스듀서(10)에서 발생하는 초음파 또는 상기 트랜스듀서(10)에 수신되는 초음파가 상기 신호처리유닛(20)으로 전달되는 것을 방지하고, 초음파 신호로부터 상기 신호처리유닛(20)을 보호할 수 있다. 이와 더불어 상기 포스트부재(80)와 상기 접착부(81)는 초음파가 상기 신호처리유닛(20)에 전달되는 것을 방지하도록 완충 기능을 가질 수 있다.
상기 공간부(82)는 상기 포스트부재(80)의 형상에 대응하여 상기 접착부(81)에도 형성될 수 있다.
미설명 부호 73은 상기 손가락 생체정보 인식모듈(100)을 제조할 때, 상기 초음파전달부재(70)를 보호하기 위한 보호층(73)이다. 상기 보호층(73)은 손가락 생체정보 인식모듈(100)을 제조하는 과정에서 상기 초음파전달부재(70)로부터 제거될 수 있다.
이하에서는 본 실시예에 따른 상기 손가락 생체정보 인식모듈(100)의 제조방법에 대하여 설명한다.
도 11a 내지 도 11d는 도 7의 손가락 생체정보 인식모듈의 제조방법을 도시한 단면도들이다.
도 11a 내지 도 11d를 참조하면, 본 실시예에서 따른 상기 손가락 생체정보 인식모듈의 제조방법에서, 상기 신호처리유닛(20)에 상기 트랜스듀서(10)와 상기 초음파전달부재(70)가 적층될 수 있다.
먼저, 상기 초음파전달부재(70)를 형성하기 위한 전달모재(70a)를 준비한다. 이때, 상기 전달모재(70a)의 상하면에는 상기 지지부(71)와 상기 보호층(73)이 각각 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 전달모재(70a)의 상면에 상기 지지부(71)가 형성되어도 무방하다.
그리고, 상기 전달모재(70a)의 상면에 형성된 상기 지지부(71)의 상면에 상기 상부전극(15)과 상기 압전플레이트(16)와 상기 하부전극(11)을 플레이트 형태로 순차적으로 적층한다. 상기 상부전극(15)과 상기 압전플레이트(16)와 상기 하부전극(11)은 상기 전달모재(70a)에 순차적으로 적층 고정되도록 한다.
다음으로, 단위셀에 대응하여 플레이트 형태의 상기 하부전극(11)이 분리되도록 상기 하부전극(11)을 식각한다. 상기 하부전극(11)의 식각은 다양한 형태의 습식 식각 또는 건식 식각으로 실시할 수 있다.
다음으로, 상기 압전플레이트(16)에 상기 상부전극(15)과의 전기적 연결을 위한 비아홀을 형성하고, 상기 상부전극(15) 및 분리된 상기 하부전극(11)에 각각 전원을 인가하기 위한 연결라인(111)을 패터닝하여 상기 트랜스듀서(10)를 형성한다.
다음으로, 상기 신호처리유닛(20)과 상기 연결라인(111)이 전기적으로 접속되도록 상기 전달모재(70a)에 일체로 형성된 상기 트랜스듀서(10)를 상기 신호처리유닛(20)에 적층한다.
여기서, 상기 신호처리유닛(20)에는 초음파가 상기 신호처리유닛(20)으로 전달되는 것을 방지하는 포스트부재(80)가 적층된다. 그리고 상기 공간부(82)가 진공 상태를 형성하기 위해 진공 분위기에서 상기 전달모재(70a)에 일체로 형성된 상기 트랜스듀서(10)를 상기 신호처리유닛(20)에 적층된 상기 포스트부재(80)에 적층하도록 한다.
마지막으로, 상기 전달모재(70a)를 가공하여 상기 초음파전달부재(70)를 형성한다. 상기 전달모재(70a)에 상기 전달홀을 타공함은 물론 상기 보호층(73)을 제거함으로써, 상기 전달모재(70a)를 매개로 상기 초음파전달부재(70)를 형성할 수 있다.
여기에 추가하여, 상기 초음파전달부재(70)에 상기 음파제어부재(40)를 적층할 수 있다.
상술한 일련의 과정을 통해 상기 손가락 생체정보 인식모듈을 제조할 수 있다.
이와 달리, 손가락 생체정보 인식모듈의 제조방법에서, 상기 신호처리유닛(20)에 상기 트랜스듀서(10)와 상기 음파제어부재(40)가 적층될 수 있다.
먼저, 상기 상부전극(15)의 적층을 위한 베이스를 준비한다.
그리고, 상기 베이스에 상기 상부전극(15)과 상기 압전플레이트(16)와 상기 하부전극(11)을 플레이트 형태로 적층한다. 상기 상부전극(15)과 상기 압전플레이트(16)와 상기 하부전극(11)은 상기 음파제어부재(40)에 순차적으로 적층 고정되도록 한다.
다음으로, 단위셀에 대응하여 플레이트 형태의 상기 하부전극(11)이 분리되도록 상기 하부전극(11)을 식각한다. 상기 하부전극(11)의 식각은 다양한 형태의 습식 식각 또는 건식 식각으로 실시할 수 있다.
다음으로, 상기 압전플레이트(16)에 상기 상부전극(15)과의 전기적 연결을 위한 비아홀을 형성하고, 상기 상부전극(15) 및 분리된 상기 하부전극(11)에 각각 전원을 인가하기 위한 연결라인(111)을 패터닝하여 상기 트랜스듀서(10)를 형성한다.
다음으로, 상기 신호처리유닛(20)과 상기 연결라인(111)이 전기적으로 접속되도록 상기 트랜스듀서(10)를 상기 신호처리유닛(20)에 적층한다.
여기서, 상기 신호처리유닛(20)에는 초음파가 상기 신호처리유닛(20)으로 전달되는 것을 방지하는 포스트부재(80)가 적층된다. 그리고 상기 공간부(82)가 진공 상태를 형성하기 위해 진공 분위기에서 상기 트랜스듀서(10)를 상기 신호처리유닛(20)에 적층된 상기 포스트부재(80)에 적층함으로서, 상기 공간부(82)가 진공 상태를 형성하도록 한다.
마지막으로, 상기 트랜스듀서(10)에 상기 음파제어부재(40)를 적층시킨다.
상술한 일련의 과정을 통해 상기 손가락 생체정보 인식모듈을 제조할 수 있다.
여기서, 상기 베이스는 별도로 준비될 수 있고, 상기 음파제어부재(40)를 상기 트랜스듀서(10)에 적층시키기 전에 상기 트랜스듀서(10)로부터 분리시킬 수 있다.
또한, 상기 베이스는 상기 음파제어부재(40)로 구비될 수 있다. 이때, 상기 음파제어부재(40)의 상하면에는 상기 지지부(71)와 상기 보호층(73)이 형성될 수 있다. 상기 음파제어부재(40)의 상면에 상기 지지부(71)가 형성되어도 무방하다. 그러면, 마지막 공정인 상기 트랜스듀서(10)에 상기 음파제어부재(40)를 적층시키는 공정이 생략된다.
이하에서는, 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 트랜스듀서의 제조방법에 대하여 설명한다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 트랜스듀서의 제조방법을 도시한 순서도이다. 도 13은 도 12의 트랜스듀서의 제조방법에서 후막제조단계의 세부 구성을 도시한 순서도이다. 도 14a 내지 도 14h는 도 12의 트랜스듀서의 제조방법에서 구동슬릿과 충진재의 구성에 대한 변형예를 도시한 공정도들이다.
도 1 내지 도 6, 및 도 12 내지 도 14h를 참조하면, 본 실시예에 따른 트랜스듀서의 제조방법은 건식식각 기법을 이용하여 상기 단위압전셀(13)을 형성함으로써, 상기 트랜스듀서(10)를 제조하는 방법을 의미한다.
본 실시예에 따른 트랜스듀서의 제조방법은 상기 무기압전재료와 상기 유기압전재료를 혼합하여 복합압전후막(10a)을 제조하는 후막제조단계(S11)와, 상기 복합압전후막(10a)에 구획슬릿(13a)이 함몰 형성되도록 상기 후막제조단계(S11)를 거쳐 제조된 상기 복합압전후막(10a)을 식각 기법으로 재단하는 후막재단단계(S12)와, 상기 구획슬릿(13a)에 상기 충진재(14)를 충진하는 슬릿충진단계(S13)를 포함할 수 있다. 상기 슬릿충진단계(S13)에서는 상기 충진재(14)를 소결시킬 수 있다.
여기서, 상기 후막제조단계(S11)는 상기 무기압전재료에 기공을 형성한 다음, 기공이 형성된 상기 무기압전재료와 상기 유기압전재료를 혼합하여 상기 복합압전후막(10a)을 형성할 수 있다.
상기 후막제조단계(S11)는 베이스에 기공(미도시)을 형성하기 위한 탬플을 적층하는 탬플적층단계와, 상기 탬플적층단계(S11a)를 거친 다음 상기 탬플에 상기 무기압전재료의 전구액을 함침시키는 전구액함침단계(S11b)와, 상기 전구액함침단계(S11b)를 거친 다음 상기 무기압전재료의 전구액을 건조시키는 건조단계(S11c)와, 상기 건조단계(S11c)를 거친 다음 건조된 상기 무기압전재료의 전구액에서 상기 탬플을 제거하는 탬플제거단계(S11d)와, 상기 탬플제거단계(S11d)를 거친 다음 건조된 상기 무기압전재료의 전구액을 결정화시키는 결정화단계(S11e)와, 상기 결정화단계(S11e)를 거친 다음 결정화된 상기 무기압전재료의 전구액에 상기 유기압전재료를 투입하는 유기재료투입단계(S11f)와, 결정화된 상기 무기압전재료의 전구액과 상기 유기압전재료를 혼합 성형하여 상기 복합압전후막(10a)을 제조하는 후막화단계(S11g)를 포함할 수 있다.
상기 탬플제거단계(S11d)를 거침에 따라 건조된 상기 무기압전재료의 전구액은 최종 완성되는 상기 무기압전재료와 같이 기공(미도시)을 형성하여 다공질체를 형성하게 된다.
또한, 상기 유기재료투입단계(S11f)에서는 상기 무기압전재료와 상기 유기압전재료의 기설정된 혼합비에 따라 건조된 상기 무기압전재료의 전구액에 상기 유기압전재료를 투입하게 된다. 또한, 상기 유기재료투입단계(S11f)와 상기 후막화단계(S11g)를 거침에 따라 상기 유기압전재료는 건조된 상기 무기압전재료의 전구액의 외주면을 감싸거나, 상기 기공(미도시)에 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 트랜스듀서의 제조방법에서 상기 후막재단단계(S12)를 거침에 따라 상기 복합압전후막(10a)은 기저층에 다수의 단위압전셀(13)이 상호 이격된 상태로 종횡으로 배열되고, 인접한 단위압전셀(13) 사이에는 상기 구획슬릿(13a)이 형성된다. 그리고 상기 슬릿충진단계(S13)를 거친 다음에는, 상기 기저층을 제거하여 상기 트랜스듀서(10)를 최종 완성할 수 있다.
상기 단위압전셀(13)은 상기 기저층에서 자유단부로 갈수록 직경이 작아지도록 하여 단위 면적당 상기 단위압전셀(13)의 개수를 증가시키고, 초음파의 해상도를 향상시킬 수 있다.
상기초음파의 해상도는 500dpi 이상으로 고해상도 초음파 트랜스듀서(10)를 구현할 수 있다.
이와 달리, 상기 후막재단단계(S12)와 상기 슬릿충진단계(S13)는 2회 이상 순환하면서 반복함에 따라 상기 후막재단단계(S12)에서 상기 단위압전셀(13)이 탈락되는 것을 방지할 수 있다.
이와 달리, 트랜스듀서의 제조방법은 상기 후막제조단계(S11)와, 상기 단위압전셀(13)에 대응하여 1차로 상기 복합압전후막(10a)을 식각 기법으로 재단하는 제1재단단계(S12a)와, 상기 제1재단단계(S12a)에 의해 형성된 상기 구획슬릿(13a)에 상기 충진재(14)를 충진하는 제1충진단계(S13a)와, 상기 단위압전셀(13)에 대응하여 2차로 상기 복합압전후막(10a)을 식각 기법으로 재단하는 제2재단단계(S12b)와, 상기 제2재단단계(S12b)에 의해 형성된 상기 구획슬릿(13a)에 상기 충진재(14)를 충진하는 제2충진단계(S13b)를 포함하고, 부가적으로 상기 단위압전셀(13)에 대응하여 3차로 상기 복합압전후막(10a)을 식각 기법으로 재단하는 제3재단단계(S12c)와, 상기 제3재단단계(S12c)에 의해 형성된 상기 구획슬릿(13a)에 상기 충진재(14)를 충진하는 제3충진단계(S13c)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 트랜스듀서의 제조방법은 상기 제2충진단계(S13b) 또는 상기 제3충진단계(S13c)를 거친 다음, 상기 기저층을 제거하여 상기 트랜스듀서(10)를 최종 완성할 수 있다.
한편, 상기 트랜스듀서의 제조방법은 전극형성단계(S3)를 더 포함할 수 있다.
상기 전극형성단계(S3)는 상기 트랜스듀서(10)에 전원을 인가하기 위해 상기 복합압전후막(10a)의 양면에 각각 상기 하부전극(11)과 상기 상부전극(15)을 형성한다.
상기 전극형성단계(S3)는 상기 복합압전후막(10a)의 일측면에 상기 하부전극(11)을 형성하는 하부전극형성단계(S31)와, 상기 복합압전후막(10a)의 타측면에 상기 상부전극(15)을 형성하는 상부전극형성단계(S32)로 구분할 수 있다.
일예로, 상기 하부전극형성단계(S31)와 상기 상부전극형성단계(S32)는 각각 상기 슬릿충진단계(S13)를 거친 다음 실시될 수 있다.
다른 예로, 상기 하부전극형성단계(S31)와 상기 상부전극형성단계(S32)는 각각 상기 후막제조단계(S11)를 거친 다음 실시될 수 있다.
또 다른 예로, 상기 하부전극형성단계(S31)와 상기 상부전극형성단계(S32) 중 어느 하나는 상기 후막제조단계(S11)를 거친 다음 실시되고, 상기 하부전극형성단계(S31)와 상기 상부전극형성단계(S32) 중 다른 하나는 상기 슬릿충진단계(S13)를 거친 다음 실시될 수 있다.
상기 상기 트랜스듀서(10)는 완성된 상태에서 상기 신호처리유닛(20) 또는 상기 변환제어유닛(300)과 연결할 수 있다.
또한, 상기 상기 트랜스듀서(10)는 상기 복합압전후막(10a)을 상기 신호처리유닛(20) 또는 상기 변환제어유닛(300)에 연결한 상태에서 상기 후막재단단계(S12)와 상기 슬릿충진단계(S13)를 실시할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 트랜스듀서의 제조방법에 대하여 설명한다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 트랜스듀서의 제조방법을 도시한 순서도이다. 도 16은 도 15의 트랜스듀서의 제조방법에서 재료이형단계에서의 성형몰드와 단위압전셀을 나타내는 단면도이다.
도 1 내지 도 6 및 도 15와 도 16을 참조하면, 본 실시예에 따른 트랜스듀서의 제조방법은 마이크로몰딩 기법을 이용하여 상기 단위압전셀(13)을 형성함으로써, 상기 트랜스듀서(10)를 제조하는 방법을 의미한다.
본 실시예에 따른 트랜스듀서의 제조방법은 재료준비단계(S21)와, 성형몰드준비단계(S22)와, 그린어레이제조단계(S25)와, 소결어레이제조단계(S26)와, 어레이이형단계(S27)와, 어레이충진단계(S28)를 포함하고, 기저층제거단계(S29)와, 전극형성단계(S3)를 더 포함할 수 있다.
상기 재료준비단계(S21)는 상기 무기압전재료 또는 상기 유기압전재료 또는 상기 무기압전재료와 상기 유기압전재료를 혼합한 혼합재료를 준비한다. 상기 무기압전재료 또는 상기 유기압전재료 또는 상기 혼합재료는 액상 또는 페이스트 상태를 나타낼 수 있다. 여기서, 상기 무기압전재료는 상술한 후막제조단계(S11) 중 상기 탬플적층단계(S11a) 내지 상기 결정화단계(S11e) 까지의 공정을 통해 기공(미도시)을 형성할 수 있다.
상기 성형몰드준비단계(S22)는 상기 단위압전셀(13)에 대응하는 셀홈(411)이 형성된 성형몰드(400)를 준비한다. 상기 성형몰드(400)는 상기 단위압전셀(13)에 대응하는 셀홈(411)이 함몰 형성되는 제1몰드(410)와, 상기 유기압전재료 또는 상기 무기압전재료 또는 상기 혼합재료가 주입되는 주입홀(421)이 관통 형성되는 제2몰드(420)를 포함한다. 상기 제1몰드(410)와 상기 제2몰드(420)는 적층 지지되고, 상기 제2몰드(420)는 상기 제1몰드(410)에 대하여 상대 운동으로 승강이 가능하다. 여기서, 상기 제1몰드(410)와 상기 제2몰드(420) 중 적어도 어느 하나에는 상기 단위압전셀(13)이 배열되는 기저층(12)을 형성하기 위한 기저홈(412)이 함몰 형성될 수 있다.
상기 성형몰드준비단계(S22)는 상기 기저층(12)에 상기 단위압전셀(13)이 상호 이격되어 종횡으로 배열된 상태에 대응하여 단단한 재질의 마스터몰드를 준비하는 마스터준비단계(S23)와, 상기 마스터몰드를 이용하여 유연한 재질 또는 부드러운 재질의 소프트몰드를 제조하는 소프트제조단계(S24)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 소프트몰드는 상기 성형몰드(400) 중 상기 단위압전셀(13)에 대응하는 셀홈(411)이 함몰 형성되는 제1몰드(410)와 같은 형상을 나타낼 수 있다.
상기 마스터몰드는 실리콘 등과 같은 단단한 재질로 이루어져 상기 단위압전셀(13)에 대응하는 돌기 형상의 제조가 용이하고, 상기 소프트몰드는 실리콘오일(PDMS, polydimethylsiloxane) 등과 같은 부드러운 재질 또는 유연한 재질로 이루어져 상기 마스터몰드에 형성된 돌기 형상에 대응하여 상기 셀홈(411)을 안정적으로 제조할 수 있다.
상기 그린어레이제조단계(S25)는 상기 성형몰드(400)에 상기 유기압전재료 또는 상기 무기압전재료 또는 상기 혼합재료를 주입하여 상기 기저층(12)에 상기 단위압전셀(13)이 형성된 그린어레이(10b)를 제조한다. 상기 그린어레이제조단계(S25)는 상기 제1몰드(410)와 상기 제2몰드(420)가 합착된 상태에서 상기 주입홀(421)에 상기 유기압전재료 또는 상기 무기압전재료 또는 상기 혼합재료를 주입하여 주입된 재료가 상기 셀홈(411) 및 상기 기저홈(412)에 충진되도록 함으로써, 그린어레이(10b)를 제조할 수 있다.
상기 소결어레이제조단계(S26)는 상기 그린어레이(10b)를 소결시켜 소결어레이를 제조한다. 상기 소결어레이제조단계(S26)는 다양한 형태의 소결 기법을 이용하여 상기 그린어레이(10b)를 소결시킬 수 있다.
상기 어레이이형단계(S27)는 상기 그린어레이(10b) 또는 상기 소결어레이를 상기 성형몰드(400)에서 분리한다.
상기 어레이충진단계(S27)는 상기 소결어레이에서 상호 인접한 상기 단위압전셀(13) 사이에 충진재(14)를 충진한다. 상기 충진재(14)는 소결되어 상기 단위압전셀(13)과 일체를 이루도록 한다.
상기 기저층제거단계(S29)는 상기 소결어레이에 상기 단위압전셀(13)과 상기 충진재(14)만 남도록 상기 충진재(14)가 충진된 상기 소결어레이에서 상기 기저층을 제거한다.
상기 전극형성단계(S3)는 상기 트랜스듀서(10)에 전원을 인가하기 위해 상기 기저층(12)이 제거된 상기 소결어레이의 양면에 각각 상기 하부전극(11)과 상기 상부전극(15)을 형성한다.
상기 전극형성단계(S3)는 상기 기저층(12)이 제거된 상기 소결어레이의 일측면에 상기 하부전극(11)을 형성하는 하부전극형성단계(S31)와, 상기 기저층(12)이 제거된 상기 소결어레이의 타측면에 상기 상부전극(15)을 형성하는 상부전극형성단계(S32)로 구분할 수 있다.
일예로, 상기 하부전극형성단계(S31)와 상기 상부전극형성단계(S32)는 각각 상기 기저층제거단계(S29)를 거친 다음 실시될 수 있다.
다른 예로, 상기 하부전극형성단계(S31)와 상기 상부전극형성단계(S32)는 각각 상기 어레이충진단계(S27)를 거친 다음 실시될 수 있다.
또 다른 예로, 상기 하부전극형성단계(S31)와 상기 상부전극형성단계(S32) 중 어느 하나는 상기 어레이충진단계(S27)를 거친 다음 실시되고, 상기 하부전극형성단계(S31)와 상기 상부전극형성단계(S32) 중 다른 하나는 상기 기저층제거단계(S29)를 거친 다음 실시될 수 있다.
상기 트랜스듀서의 제조방법은 상기 기저층(12)에 사기 단위압전셀(13)이 형성된 상기 소결어레이를 제조하고, 상기 소결어레이에 상기 충진재(14)를 충진시킴으로써, 상기 트랜스듀서(10)를 제조할 수 있다. 본 발명의 제2실시예에 따라 제조되는 상기 트랜스듀서(10)는 완성된 상태에서 상기 신호처리유닛(20) 또는 상기 변환제어유닛(300)과 연결할 수 있다.
상기 성형몰드(400)에 형성된 상기 셀홈(411)은 입구에서 내부로 갈수록 직경이 작아지도록 하여 상기 단위압전셀(13)이 상기 기저층에서 자유단부로 갈수록 직경이 작아지도록 할 수 있다. 그러면, 단위 면적당 상기 단위압전셀(13)의 개수를 증가시키고, 초음파의 해상도를 향상시킬 수 있다.
상기 초음파의 해상도는 500dpi 이상으로 고해상도 초음파 트랜스듀서(10)를 구현할 수 있다.
상술한 손가락 생체정보 인식모듈과, 이것이 적용된 전자기기, 그리고 손가락 생체정보 인식모듈의 제조방법과 트랜스듀서의 제조방법에 따르면, 상기 트랜스듀서(10)의 특성이 변화됨으로써, 초음파를 이용하여 상기 손가락(F)의 지정맥 또는 지문과 같은 생체정보를 인식할 때, 초음파의 인식율을 높이고, 상기 손가락(F)의 생체정보 인식에 대한 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 트랜스듀서(10)의 특성 변화를 통해 상기 트랜스듀서(10)와 상기 손가락(F) 사이의 음향 임피던스를 안정되게 매칭시키고, 별도의 정합부재 생략이 가능하다.
또한, 상기 단위압전셀(13)에서 발생되는 진동성분 중 초음파의 진행 방향에 수직인 수평성분(lateral mode)을 감소시킴은 물론 인접한 상기 단위압전셀(13) 사이의 진동 간섭(coupling)을 방지할 수 있고, 상기 단위압전셀(13)의 개별 구동 및 개별 수신이 가능하며, 상기 단위압전셀(13)에서 초음파의 발신 특성과 초음파의 수신 특성을 동시에 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 단위압전셀(13)에서 초음파의 구동신호와 초음파의 수신신호가 분리됨으로써, 상기 단위압전셀(13)에서 초음파의 발신 특성과 초음파의 수신 특성을 동시에 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 단위압전셀(13)에서 상기 무기압전재료와 상기 유기압전재료의 결합을 간편하게 하여 상기 트랜스듀서(10)의 제조를 간편하게 함은 물론, 상기 단위압전셀(13)에서 초음파의 파워 또는 초음파의 에너지 손실을 방지하고, 초음파의 피부침투율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 트랜스듀서(10) 및 상기 음파제어부재(40)를 통해 발신되는 초음파와 수신되는 초음파가 에너지 손실없이 모두 전달됨으로써, 초음파의 송수신 감도를 향상시키고, 초음파의 투과율 및 반향파의 반사율 그리고 소멸파의 전달력을 향상시키며, 상기 트랜스듀서(10)와 상기 손가락(F) 사이의 음향 임피던스를 안정되게 매칭시키고, 별도의 정합부재를 생략할 수 있다.
또한, 상기 음파제어부재(40)를 통해 파장 및 진폭이 작아지는 소멸파를 상기 트랜스듀서(10)에서 안정되게 수신하여 상기 신호처리유닛(20)까지 안정되게 전달할 수 있다.
또한, 상기 음파제어부재(40)에서 입력되는 초음파를 진행 방향으로 안정되게 유도하고, 상기 음파제어부재(40)에서 초음파의 공진을 유도하며, 입력되는 초음파가 에너지 손실없이 모두 전달되도록 하여 상기 접촉부재(50)와 상기 신호처리유닛(20) 사이에서 초음파의 전달을 안정화시킬 수 있다.
또한, 상기 음파제어부재(40)에 관통 형성되는 부분에 상기 제어정합부재(45)를 충진함으로써, 초음파의 감쇄를 방지하고, 초음파의 전달을 안정화시키고, 손가락과의 음향 임피던스를 안정적으로 매칭시킬 수 있다.
또한, 초음파의 주파수를 조절함에 따라 상기 손가락(F)에서 지정맥의 인식과 지문의 인식을 복합 사용할 수 있고, 상기 손가락(F)의 지정맥, 지문 등의 흐름을 정확하게 포착하여 상기 손가락(F)에서 지정맥 또는 지문에 대한 3차원 이미지를 구현할 수 있다.
또한, 전자기기에서 지문 또는 지정맥의 인식에 따른 보안성을 향상시키고, 전자기기에 내장된 개인정보를 보호할 수 있다.
또한, 초음파 영역에서의 음향을 제어하기 위한 마이크로미터 단위의 미세 가공을 구현하고, 상기 음파제어부재(40)의 제조를 용이하게 하며, 상기 음파제어부재(40)의 구조물에 대한 강도를 향상시키며, 구조물의 지탱력 또는 버팀력을 증대시킬 수 있다.
또한, 상기 음파제어부재(40)에 형성되는 상기 제1신호전달홈(41)과 상기 제2신호전달홈(42)과 상기 연결라인(43) 사이의 센터링을 간편하게 하고, 적층 오차를 최소화하여 상기 음파제어부재(40)의 불량을 방지할 수 있다.
또한, 상기 음파제어부재(40)의 높이를 줄일 수 있고, 손가락 생체정보 인식모듈(100)의 소형화 및 박형화에 이바지할 수 있다.
또한, 상기 손가락(F)에 오염물질(먼지, 땀, 잔류 화장품 등)이 있어도 지정맥 또는 지문의 이미징이 가능하고, 상기 손가락(F)이 접촉되는 상기 접촉부재(50)의 재질(유리, 알루미늄, 사파이어, 플라스틱 등)에 상관없이 상기 신호처리유닛(20)에서 지정맥 또는 지문 인식이 가능하며, 전자기기에서 손가락 생체정보 인식모듈(100)의 디자인을 용이하게 할 수 있다.
또한, 실제 지정맥 또는 지문에 대하여 고분해능 3차원 이미지를 획득할 수 있다. 더불어 실제 지정맥 또는 지문에 대한 특징점을 추출하여 사용자의 등록 및 인증에 활용함으로써, 전자기기의 보안성을 향상시키고, 저전력의 초음파를 기반으로 고분해능의 지정맥 인식 또는 지문 인식 기술을 구현할 수 있다.
또한, 상기 음파제어부재(40)를 통해 상기 손가락(F)에서의 반향파 중 사라지는 소멸파가 에너지 손실없이 상기 트랜스듀서(10)에 전달되도록 하고, 상기 신호처리유닛(20)에서는 소멸파의 신호까지도 안정되게 감지하여 이미지의 분해능을 향상시키고, 종래와 동일한 초음파 소스에 있어서 종래에 비해 정밀한 이미지를 획득할 수 있고, 상기 신호처리유닛(20)의 성능을 낮출 수 있으며, 소비전력을 낮출 수 있다.
상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면, 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있다.

Claims (17)

  1. 접촉되는 손가락으로부터 지정맥과 지문 중 적어도 어느 하나가 포함된 생체정보를 인식하기 위한 손가락 생체정보 인식모듈이고,
    상기 손가락을 향해 초음파를 출력하고, 상기 손가락에서 반사되어 되돌아오는 초음파를 수신하는 트랜스듀서;
    송수신되는 초음파가 손실없이 전달되도록 상기 트랜스듀서에 적층되는 음파제어부재; 및
    상기 트랜스듀서가 초음파를 출력하도록 하고, 상기 트랜스듀서와 전기적으로 접속되어 수신되는 초음파에 따라 상기 손가락의 생체정보를 감지하는 신호처리유닛을 포함하는 손가락 생체정보 인식모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 트랜스듀서는,
    2차원 평면에서 종횡으로 이격 배열되는 다수의 단위압전셀; 및
    상호 인접한 상기 단위압전셀 사이에 충진되는 충진재를 포함하며,
    상기 단위압전셀은, 무기압전재료와 유기압전재료 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 손가락 생체정보 인식모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 단위압전셀은,
    건식식각 기법 또는 마이크로몰딩 기법으로 모재가 가공되어 기둥 형태를 나타내는 것을 특징으로 하는 손가락 생체정보 인식모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 무기압전재료에는 상호 연통된 다수의 기공이 형성되고,
    상기 유기압전재료는 상기 무기압전재료의 외주면을 감싸거나 상기 기공에 형성되는 것을 특징으로 하는 손가락 생체정보 인식모듈.
  5. 제1항에 있어서, 상기 트랜스듀서는,
    상기 손가락을 향해 초음파를 출력하는 플레이트 형상의 압전플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 손가락 생체정보 인식모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 트랜스듀서와 상기 음파제어부재 사이에서 초음파가 전달되도록 상기 트랜스듀서와 상기 음파제어부재 사이에 삽입 적층되는 초음파전달부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 손가락 생체정보 인식모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    초음파가 상기 신호처리유닛으로 전달되는 것을 방지하도록 상기 트랜스듀서와 상기 신호처리유닛 사이에 진공 상태의 공간을 형성하는 포스트부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 손가락 생체정보 인식모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 신호처리유닛은,
    상기 트랜스듀서에 접속되어 상기 트랜스듀서에서 초음파가 출력되도록 상기 트랜스듀서에 구동신호를 인가하는 초음파구동부;
    상기 트랜스듀서에 접속되어 상기 트랜스듀서에서 수신되는 초음파를 처리하는 초음파처리부;
    상기 초음파처리부의 신호 중 조건에 맞는 특정신호를 선택하여 출력하는 다중화논리부;
    상기 다중화논리부에서 출력되는 신호를 변환하는 신호변환부; 및
    초음파의 주파수가 조절되도록 상기 초음파구동부에서 인가되는 상기 구동신호를 제어하고, 제어된 상기 구동신호에 대응하여 상기 초음파처리부와 상기 다중화논리부와 상기 신호변환부의 동작을 제어하는 신호처리제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 손가락 생체정보 인식모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 초음파처리부는,
    수신되는 초음파 신호를 모니터링 하여 수신되는 초음파 신호에서 지문 또는 지정맥에 대한 신호를 추출하여 수신되는 초음파 신호를 보정하는 것을 특징으로 하는 손가락 생체정보 인식모듈.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 트랜스듀서에서 출력되는 초음파의 주파수가 제1주파수를 나타내도록 상기 신호처리제어부가 상기 구동신호를 제어하면, 상기 신호처리유닛은 상기 손가락의 지문과 지정맥이 감지되고,
    상기 트랜스듀서에서 출력되는 초음파의 주파수가 상기 제1주파수보다 큰 제2주파수를 나타내도록 상기 신호처리제어부가 상기 구동신호를 제어하면, 상기 신호처리유닛은 상기 손가락의 지문이 감지되는 것을 특징으로 하는 손가락 생체정보 인식모듈.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 신호처리유닛은,
    상기 신호변환부에서 변환된 신호를 힐버트 변환시켜 변환신호를 생성하는 힐버트변환부;
    상기 변환신호를 정형화시켜 정형화신호를 생성하는 정형화부;
    상기 정형화신호를 3차원 이미지요소로 치환하여 치환신호를 생성하는 이미지치환부;
    상기 치환신호를 합성하여 3차원 신호를 생성하는 논리합성부; 및
    상기 3차원 신호를 바탕으로 최종 3차원 이미지를 획득하는 이미지획득부를 포함하는 것을 특징으로 하는 손가락 생체정보 인식모듈.
  12. 제1항에 기재된 손가락 생체정보 인식모듈; 및
    상기 신호처리유닛에서 출력되는 신호를 기반으로 전자기기를 제어하는 메인제어유닛을 포함하는 전자기기.
  13. 제2항에 기재된 트랜스듀서를 제조하는 방법이고,
    상기 무기압전재료와 상기 유기압전재료 중 적어도 어느 하나를 이용하여 복합압전후막을 제조하는 후막제조단계;
    상기 복합압전후막에 구획슬릿이 형성되도록 상기 복합압전후막을 재단하는 후막재단단계; 및
    상기 구획슬릿에 상기 충진재를 충진하는 슬릿충진단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 후막제조단계는,
    베이스에 기공을 형성하기 위한 탬플을 적층하는 탬플적층단계;
    상기 탬플에 상기 무기압전재료의 전구액을 함침시키는 전구액함침단계;
    상기 무기압전재료의 전구액을 건조시키는 건조단계;
    건조된 상기 무기압전재료의 전구액에서 상기 탬플을 제거하는 탬플제거단계;
    건조된 상기 무기압전재료의 전구액을 결정화시키는 결정화단계;
    결정화된 상기 무기압전재료의 전구액에 상기 유기압전재료를 투입하는 유기재료투입단계; 및
    결정화된 상기 무기압전재료의 전구액과 상기 유기압전재료를 혼합 성형하여 상기 복합압전후막을 제조하는 후막화단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서의 제조방법.
  15. 제2항에 기재된 트랜스듀서를 제조하는 방법이고,
    상기 무기압전재료 또는 상기 유기압전재료 또는 상기 무기압전재료와 상기 유기압전재료를 혼합한 혼합재료를 준비하는 단계;
    상기 단위압전셀에 대응하는 셀홈이 형성된 성형몰드를 준비하는 단계;
    상기 성형몰드에 상기 유기압전재료 또는 상기 무기압전재료 또는 상기 혼합재료를 주입하여 기저층에 상기 단위압전셀이 형성된 그린어레이를 제조하는 단계;
    상기 그린어레이를 소결시켜 소결어레이를 제조하는 단계;
    상기 그린어레이 또는 상기 소결어레이를 상기 성형몰드에서 분리하는 단계; 및
    상기 소결어레이에서 상호 인접한 상기 단위압전셀 사이에 충진재를 충진하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 소결어레이에 상기 단위압전셀과 상기 충진재만 남도록 상기 충진재가 충진된 상기 소결어레이에서 기저층을 제거하는 단계; 및
    상기 단위압전셀의 양단부에 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서의 제조방법.
  17. 제5항에 기재된 손가락 생체정보 인식모듈을 제조하는 방법이고,
    베이스에 상부전극과, 상기 압전플레이트와, 하부전극을 차례로 적층하는 단계;
    단위셀에 대응하여 플레이트 형태의 상기 하부전극이 분리되도록 상기 하부전극을 식각하는 단계;
    상기 압전플레이트에 비아홀을 형성하고, 상기 상부전극 및 분리된 상기 하부전극에 각각 전원을 인가하기 위한 연결라인을 패터닝하여 상기 트랜스듀서를 형성하는 단계; 및
    상기 신호처리유닛과 상기 연결라인이 전기적으로 접속되도록 상기 신호처리유닛에 상기 트랜스듀서와 상기 베이스를 적층시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 손가락 생체정보 인식모듈의 제조방법.
PCT/KR2017/012644 2016-12-02 2017-11-09 손가락 생체정보 인식모듈과, 이것이 적용된 전자기기, 그리고 손가락 생체정보 인식모듈의 제조방법과 트랜스듀서의 제조방법 WO2018101635A2 (ko)

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