KR102376692B1 - 압전 초음파 변환 장치, 이 장치를 포함하는 생체 정보 측정 장치 및 이 장치를 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents

압전 초음파 변환 장치, 이 장치를 포함하는 생체 정보 측정 장치 및 이 장치를 포함하는 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

실시 예의 압전 초음파 변환 장치는 초음파를 수신하는 수신부 및 수신부와 이격되어 수신부 주위에 배치된 평면 형상을 갖고, 초음파를 송신하는 복수의 송신부를 포함하고, 수신부는 송신부보다 초음파 수신력이 더 높은 구성 또는 재질 중 적어도 하나를 포함하고, 송신부는 수신부보다 초음파 송신력이 더 높은 구성 또는 재질 중 적어도 하나를 포함하고, 수신부는 제1 압전 부재; 및 제1 압전 부재의 상부 또는 하부 중 적어도 한 곳에 매트릭스 형태로 배치된 복수의 제1 전극을 포함하고, 송신부는 제2 압전 부재; 및 제2 압전 부재의 상부, 하부 또는 중간 중 적어도 한 곳에 배치된 제2 전극을 포함한다.

Description

압전 초음파 변환 장치, 이 장치를 포함하는 생체 정보 측정 장치 및 이 장치를 포함하는 디스플레이 장치{Piezoelectric ultrasonic transducer, biometric apparatus including the same, and display apparatus including the apparatus}
실시 예는 압전 초음파 변환 장치, 이 장치를 포함하는 생체 정보 측정 장치 및 이 장치를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
지문 인식 센서는 사람의 지문을 감지하는 센서로서, 기존에 널리 적용되던 도어락 등의 장치는 물론, 최근에는 전자 기기 전원의 온/오프 또는 슬립(sleep) 모드의 해제 여부를 결정하는 데에도 널리 이용되고 있다.
지문 인식 센서는 그 동작 원리에 따라 초음파 방식, 적외선 방식 및 정전용량 방식 등으로 구분할 수 있다. 예를 들어, 초음파 방식은 복수의 압전 센서에서 방출되는 일정 주파수의 초음파 (신호)가 지문의 골(VALLEY)과 마루(RIDGE)에서 반사되는 경우 각각의 골과 마루에서의 음향 임피던스(Acoustic Impedance)차이에 의한 반사되는 초음파의 차이를 초음파 발생원인 해당 복수의 압전 센서를 이용해 측정하여 지문을 감지한다. 특히, 초음파 방식의 장점은 단순한 지문 인식의 기능을 넘어서 초음파를 펄스(pulse) 형으로 발생시켜 그 반향파에 의한 도플러 효과를 검출함으로써 손가락 내부의 혈류 흐름을 파악할 수 있는 기능을 갖고 있으므로, 이를 이용하여 위조 지문 여부까지 판단할 수 있는 장점을 가질 수 있다.
이러한 지문 센서는 압전 물질의 양면에 전극을 배치하여 초음파를 발생한 후 지문에서 반사된 초음파를 이용하여 지문을 인식할 수 있다. 그러나, 기존의 지문 센서는 동일한 압전 부재에 의해 초음파를 송신하고 수신한다. 일반적으로 압전 부재는 초음파를 수신하는 성능만 우수하거나 초음파를 송신하는 성능만 우수하다. 따라서, 기존의 지문 센서는 송신과 수신 중 한 쪽의 성능만 우수하고 다른 쪽의 열화된 성능을 갖는다.
또한, 기존의 지문 센서는 초음파를 송신할 것인지 그렇지 않으면 송신할 것인지를 제어하는 스위치 구조를 요구하므로 복잡한 회로 구조를 갖는다.
대한민국공개특허공보 10-2013-0060874 (공개일자: 2013.06.10, 발명의 명칭: 지문 인식 센서 및 그 제조 방법.)
실시 예는 초음파 수신력과 송신력이 모두 우수한 압전 초음파 변환 장치, 이 장치를 포함하는 생체 정보 측정 장치 및 이 장치를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.
일 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치는 초음파를 수신하는 수신부; 및 상기 수신부와 이격되어 상기 수신부 주위에 배치된 평면 형상을 갖고, 초음파를 송신하는 복수의 송신부를 포함하고, 상기 수신부는 상기 송신부보다 초음파 수신력이 더 높은 구성 또는 재질 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 송신부는 상기 수신부보다 초음파 송신력이 더 높은 구성 또는 재질 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 수신부는 제1 압전 부재; 및 상기 제1 압전 부재의 상부 또는 하부 중 적어도 한 곳에 매트릭스 형태로 배치된 복수의 제1 전극을 포함하고, 상기 송신부는 제2 압전 부재; 및 상기 제2 압전 부재의 상부, 하부 또는 중간 중 적어도 한 곳에 배치된 제2 전극을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 압전 부재는 제1 압전 물질을 포함하고, 상기 제2 압전 부재는 제2 압전 물질을 포함하고, 상기 제1 압전 물질의 전압 출력 상수는 상기 제2 압전 물질의 전압 출력 상수보다 크고, 상기 제2 압전 물질의 압전 상수는 상기 제1 압전 물질의 압전 상수보다 클 수 있다.
예를 들어, 상기 수신부의 상기 복수의 제1 전극은 제1 수평 방향으로 서로 이격되어 배치된 복수의 제1 하부 전극; 및 제1 수평 방향과 교차하는 제2 수평 방향으로 서로 이격되어 배치된 복수의 제1 상부 전극을 포함하고, 상기 수신부의 상기 제1 압전 부재는 서로 이격되어 매트릭스 형태로 상기 제1 하부 전극과 상기 제1 상부 전극 사이에 배치된 복수의 압전 기둥을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 수신부는 상기 압전 기둥 사이에 배치되는 충진 부재; 상기 복수의 제1 상부 전극을 에워싸며 배치된 상부 전극 보호부; 및 상기 복수의 제1 하부 전극을 에워싸며 배치된 하부 전극 보호부를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 수신부는 상기 제1 압전 부재 아래에 배치된 기판을 더 포함하고, 상기 수신부의 상기 복수의 제1 전극은 상기 제1 압전 부재의 하부와 상기 기판 사이에서 제1 수평 방향으로 이격되어 배치된 복수의 제1 하부 전극; 및 상기 제1 압전 부재의 상부에 상기 제1 수평 방향과 교차하는 제2 수평 방향으로 이격되어 배치된 복수의 제1 상부 전극을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 복수의 송신부 각각의 상기 제2 전극은 상기 제2 압전 부재의 상부에 배치된 제2 상부 전극; 및 상기 제2 압전 부재의 하부에 배치된 제2 하부 전극을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 복수의 송신부 각각의 상기 제2 압전 부재는 수평 방향으로 서로 이격되어 배치된 복수의 제2-1 압전 세그먼트를 포함하고, 상기 복수의 송신부 각각의 상기 제2 전극은 상기 복수의 제2-1 압전 세그먼트 각각의 상부에 배치된 제2 상부 전극 세그먼트; 및 상기 복수의 제2-1 압전 세그먼트 각각의 하부에 배치된 제2 하부 전극 세그먼트를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 복수의 제2-1 압전 세그먼트는 공기 또는 폴리머를 사이에 두고 서로 이격되어 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 압전 초음파 변환 장치는 상기 복수의 제1 전극으로부터 인출되며 수신된 초음파에 대응하는 전기적 신호를 받고, 상기 제2 압전 부재가 초음파를 생성하기 위해 필요한 펄스 신호를 제2 전극으로 인가하는 구동 제어부를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 구동 제어부는 상기 송신부와 상기 수신부를 제어하여, 상기 초음파는 시차를 두고 송신 및 수신될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 압전 부재는 세라믹 계열의 물질을 포함하고, 상기 제2 압전 부재는 폴리머 계열의 물질을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 압전 초음파 변환 장치는 디스플레이 패널의 하단에서, 화면 영역과 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
다른 실시 예에 의한 생체 정보 측정 장치는 압전 초음파 변환 장치; 및 생체 대상물에서 반사된 초음파에 해당하는 전기적 신호를 상기 압전 초음파 변환 장치로부터 받아서 상기 생체 대상물의 생체 정보를 분석하는 생체 정보 분석부를 포함하고, 상기 압전 초음파 변환 장치는 상기 생체 대상물에서 반사된 초음파를 수신하는 수신부; 상기 수신부와 이격되어 상기 수신부 주위에 배치된 평면 형상을 갖고, 상기 생체 대상물로 초음파를 송신하는 복수의 송신부; 및 상기 초음파를 생성하여 송신하도록 상기 복수의 송신부를 제어하고, 상기 수신부에서 수신된 초음파에 상응하는 전기적 신호를 받아서 상기 생체 정보 분석부로 출력하는 구동 제어부를 포함하고, 상기 수신부는 상기 송신부보다 초음파 수신력이 더 높은 구성 또는 재질 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 송신부는 상기 수신부보다 초음파 송신력이 더 높은 구성 또는 재질 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 수신부는 제1 압전 부재; 및 상기 제1 압전 부재의 상부 또는 하부 중 적어도 한 곳에 매트릭스 형태로 배치되고, 수신된 초음파에 상응하는 상기 전기적 신호를 상기 구동 제어부로 전송하는 복수의 제1 전극을 포함하고, 상기 송신부는 제2 압전 부재; 및 상기 제2 압전 부재의 상부, 하부 또는 중간 중 적어도 한 곳에 배치된 제2 전극을 포함할 수 있다.
또 다른 실시 예에 의한 디스플레이 장치는, 활성 영역을 포함하는 디스플레이 패널; 및 상기 디스플레이 패널 하단에서, 상기 활성 영역과 대응하는 영역에 배치되는 압전 초음파 변화 장치를 포함하고, 상기 압전 초음파 변화 장치는 초음파를 수신하는 수신부; 및 상기 수신부와 이격되어 상기 수신부 주위에 배치된 평면 형상을 갖고, 초음파를 송신하는 복수의 송신부를 포함하고, 상기 수신부는 상기 송신부보다 초음파 수신력이 더 높은 구성 또는 재질 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 송신부는 상기 수신부보다 초음파 송신력이 더 높은 구성 또는 재질 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 수신부는 제1 압전 부재; 및 상기 제1 압전 부재의 상부 또는 하부 중 적어도 한 곳에 매트릭스 형태로 배치된 복수의 복수의 제1 전극을 포함하고, 상기 송신부는 제2 압전 부재; 및 상기 제2 압전 부재의 상부, 하부 또는 중간 중 적어도 한 곳에 배치된 제2 전극을 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 압전 초음파 변환 장치, 이 장치를 포함하는 생체 정보 측정 장치 및 이 장치를 포함하는 디스플레이 장치는 우수한 송신력과 우수한 수신력을 모두 가지며, 위치 제약을 받지 않고 송신부 또는 수신부 중 적어도 하나를 비교적 자유롭게 배치할 수 있고, 우수하여 대상물에 대한 정보를 정밀하게 획득할 수 있고, 회로 구조가 기존보다 복잡하지 않으며, 디스플레이 장치의 디스플레이 화면영역에 지문센서를 배치하여 사용 편의성을 증진할 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치의 평면도를 나타낸다.
도 2 (a) 및 (b)는 도 1b 및 도 1c에 도시된 복수의 송신부에서 송신된 초음파의 평면 모습을 예시적으로 나타낸다.
도 3a 내지 도 3d는 도 1a 내지 도 1c에 각각 도시된 수신부의 일 실시 예에 의한 단면도, 상면도, 저면도 및 투과도를 각각 나타낸다.
도 4a 및 도 4b는 제1 압전 부재와 충진 부재의 외관 사시도를 나타낸다.
도 5a 내지 도 5c는 도 1a 내지 도 1c에 각각 도시된 수신부의 다른 실시 예에 의한 단면도, 상면도 및 저면도를 각각 나타낸다.
도 6은 TFT 구조체의 일 례를 보이는 도면이다.
도 7a 내지 도 7d는 도 1a 내지 도 1c에 각각 도시된 수신부의 또 다른 실시 예에 의한 단면도, 상면도, 저면도 및 투과도를 각각 나타낸다.
도 8a 및 도 8b는 도 1a 내지 도 1c에 각각 도시된 수신부의 또 다른 실시 예에 의한 단면도 및 상면도를 각각 나타낸다.
도 9a 및 도 9b는 도 1a 내지 도 1c에 각각 도시된 수신부의 또 다른 실시 예에 의한 단면도 및 상면도를 각각 나타낸다.
도 10은 도 1a 내지 도 1c에 도시된 송신부 각각의 일 실시 예에 의한 단면도를 나타낸다.
도 11은 도 1a 내지 도 1c에 도시된 송신부 각각의 다른 실시 예에 의한 단면도를 나타낸다.
도 12는 도 1a 내지 도 1c에 도시된 송신부 각각의 또 다른 실시 예에 의한 단면도를 나타낸다.
도 13a 내지 도 13e는 도 3a에 도시된 수신부의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 14a 내지 도 14e는 도 3a에 도시된 수신부의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 평면도를 나타낸다.
도 15는 실시 예에 의한 생체 정보 측정 장치의 일 실시 예에 의한 외관을 나타내는 도면이다.
도 16은 일 실시 예에 의한 디스플레이 장치의 단면도를 나타낸다.
도 17은 다른 실시 예에 의한 디스플레이 장치의 단면도를 나타낸다.
도 18은 또 다른 실시 예에 의한 디스플레이 장치의 단면도를 나타낸다.
도 19는 또 다른 실시 예에 의한 디스플레이 장치의 단면도를 나타낸다.
도 20은 또 다른 실시 예에 의한 디스플레이 장치의 단면도를 나타낸다.
도 21은 또 다른 실시 예에 의한 디스플레이 장치의 단면도를 나타낸다.
도 22는 디스플레이 장치의 구동 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 23 (a) 내지 (c)는 도 22의 설명을 돕기 위한 도면이다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 실시 예의 설명에 있어서, 각 구성요소(element)의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 구성요소(element)가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 구성요소(element)가 상기 두 구성요소(element) 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.
또한 "상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"로 표현되는 경우 하나의 구성요소(element)를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서 이용될 수도 있다.
이하, 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치(100A 내지 100C), 이 장치를 포함하는 생체 정보 측정 장치(200) 및 이 장치(100A 내지 100C 또는 200)를 포함하는 디스플레이 장치(300A 내지 300F)를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다. 편의상, 데카르트 좌표계(x축, y축, z축)를 이용하여 압전 초음파 변환 장치(100A 내지 100C), 이 장치를 포함하는 생체 정보 측정 장치(200) 및 이 장치(100A 내지 100C 또는 200)를 포함하는 디스플레이 장치(300A 내지 300F)를 설명하지만, 다른 좌표계에 의해서도 이를 설명할 수 있음은 물론이다. 데카르트 좌표계에 의하면, x축, y축, z축은 서로 직교하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 다른 실시 예에 의하면, x축, y축, z축은 서로 교차할 수도 있다.
도 1a 내지 도 1c는 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치(100A, 100B, 100C)의 평면도를 나타낸다.
실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치(100A, 100B, 100C)는 수신부(110) 및 복수의 송신부[(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)]를 포함할 수 있다.
수신부(110)는 대상물(미도시)에서 반사된 초음파를 수신하는 역할을 한다. 이를 위해, 수신부(110)는 제1 압전 부재 및 복수의 제1 전극을 포함할 수 있다. 복수의 제1 전극은 제1 압전 부재의 상부 또는 하부 중 적어도 한 곳에 n x n 매트릭스 형태(또는 메쉬 형상)로 배치될 수 있다. 여기서, n은 1 이상의 양의 정수일 수 있다. 예를 들어, 매트릭스는 하나 이상의 행 및 복수 개의 열을 갖거나, 하나 이상의 열 및 복수 개의 행을 갖거나, 복수 개의 행 및 복수 개의 열을 가질 수 있다.
후술되는 바와 같이, 수신부(110)에서 수신된 초음파에 상응하는 전기적인 신호를 이용하여, 초음파를 반사한 대상물의 이미지를 생성할 수 있다. 이때, 생성되는 이미지의 해상도에 따라 n값이 달라질 수 있다. 예를 들어, 해상도는 350 dpi(dot per inch) 내지 1500 dpi일 수 있다. 만일, 해상도가 500 dpi일 경우, n은 160일 수 있으나, 실시 예는 n의 특정한 값에 국한되지 않는다.
복수의 송신부[(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)]는 초음파를 송신하는 역할을 한다. 이를 위해, 복수의 송신부[(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)] 각각은 제2 압전 부재 및 제2 전극을 포함할 수 있다. 제2 전극은 제2 압전 부재의 상부, 하부 또는 중간 중 적어도 한 곳에 배치될 수 있다.
복수의 송신부[(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)]는 수신부(110)와 이격되면서 수신부(110) 주위에 배치된 평면 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 복수의 송신부[(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)]와 수신부(110)는 동일 평면 상에 배치될 수 있다.
도 1a에 예시된 바와 같이, 제1 및 제2 송신부(120-11, 120-12)가 수신부(110)와 이격되면서 수신부(110)의 좌측과 우측에 각각 배치될 수 있다.
또는, 도 1b에 예시된 바와 같이, 제1 내지 제4 송신부(120-21 내지 120-24)가 수신부(110)와 이격되면서 수신부(110)의 좌측, 우측, 하측 및 상측에 각각 배치될 수 있다.
또는, 도 1c에 예시된 바와 같이, 제1 내지 제6 송신부(120-31 내지 120-36)가 수신부(110)와 이격되면서 수신부(110)를 기준으로 방사형으로 배치될 수 있다.
도 1a 내지 도 1c에 도시된 실시 예는 이해를 돕기 위함이며, 이에 국한되지 않고 복수의 송신부는 수신부(110)의 주변에 다양한 모습으로 배치될 수 있다. 즉, 복수의 송신부가 수신부(110)와 이격되면서 수신부(110)의 주변에 배치될 수 있다면, 복수의 송신부는 도 1a 내지 도 1c에 예시된 평면 배치 형상에 국한되지 않는다.
또한, 초음파가 반사되는 대상물은 수신부(110)와 수직 방향(예를 들어, z축 방향)으로 중첩되는 반면, 초음파를 송신하는 송신부[(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)]는 대상물과 수직 방향으로 중첩되지 않는다. 따라서, 송신된 초음파가 대상물에 포커싱될 수 있도록, 송신부[(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)]는 수신부(110)의 주변에 배치될 수 있다.
또한, 복수의 송신부[(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)]는 수신부(110)를 사이에 두고 서로 대칭적으로 배치될 수 있다. 이와 같이, 복수의 송신부[(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)]가 대칭적으로 배치될 때, 복수의 송신부[(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)]로부터 송신된 초음파가 대상물에 도달하는 량이 증가하여, 대상물에서 반사되어 수신부(110)에서 수신된 초음파의 세기가 증가할 수 있다.
또한, 복수의 송신부[(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)]의 개수가 증가할수록, 복수의 송신부[(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)]로부터 송신된 초음파가 대상물에 도달하는 량이 증가하여, 대상물에서 반사되어 수신부(110)에서 수신된 초음파의 세기가 증가할 수 있다.
도 2 (a) 및 (b)는 도 1b 및 도 1c에 도시된 복수의 송신부[(120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)]에서 송신된 초음파의 평면 모습을 예시적으로 나타낸다.
예를 들어, 도 1c 및 도 2 (b)에 도시된 바와 같이 송신부(120-31 내지 120-36)의 개수가 6개일 경우, 도 1b 및 도 2 (a)에 도시된 바와 같이 송신부(120-21 내지 120-24)의 개수가 4개일 때보다, 송신부로부터 송신되는 초음파(US)가 더 많이 대상물에 도달하기 때문에, 대상물에서 반사되어 수신부(110)에서 수신된 초음파의 세기도 증가할 수 있다.
또한, 도 1b에 도시된 바와 같이 송신부(120-21 내지 120-24)의 개수가 4개일 경우, 도 1a에 도시된 바와 같이 송신부(120-11 및 120-12)의 개수가 2개일 때보다, 송신부로부터 송신되는 초음파가 더 많이 대상물에 도달하기 때문에, 대상물에서 반사되어 수신부(110)에서 수신된 초음파의 세기가 증가할 수 있다.
또한, 수신부(110) 및 복수의 송신부[(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)] 각각은 다각형, 원형 또는 타원형 등과 같은 다양한 평면 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이 수신부(110)는 사각형 평면 형상을 가질 수 있다. 또한, 예를 들어, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 복수의 송신부[(120-11, 120-12) 및 (120-21 내지 120-24)] 각각은 사각형 평면 형상을 가질 수도 있고, 도 1c에 도시된 바와 같이 복수의 송신부(120-31 내지 120-36) 각각은 원형 평면 형상을 가질 수도 있다.
또한, 복수의 송신부[(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)]가 수신부(110)로부터 이격된 간격은 모두 동일할 수 있다.
도 1a를 참조하면 복수의 송신부(120-11, 120-12) 각각은 수신부(110)로부터 제1 수평 방향(예를 들어, y축 방향)으로 제1 거리(D1)만큼 이격된다. 도 1b를 참조하면 복수의 송신부(120-21, 120-22) 각각은 수신부(110)로부터 제1 수평 방향으로 제2 거리(D2)만큼 이격되고, 복수의 송신부(120-23, 120-24) 각각은 수신부(110)로부터 제1 수평 방향과 교차하는 제2 수평 방향(예를 들어, x축 방향)으로 제3 거리(D3)만큼 이격된다. 예를 들어, 제1 내지 제3 거리(D1 내지 D3) 각각은 50 ㎛ 내지 200 ㎛, 바람직하게는 500 ㎛ 내지 1 ㎜, 더욱 바람직하게는 4 ㎜ 내지 8 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 이때, 도 1a 내지 도 1c에 도시된 수신부(110)의 가로 길이(Y11)가 3 ㎜ 내지 8 ㎜이고 세로 길이(X11)가 8 ㎜ 내지 13 ㎜이고, 각 송신부[(120-11, 120-12) 또는 (120-21 내지 120-24)]의 가로 길이(Y12)가 1.5 ㎜ 내지 4 ㎜이고, 세로 길이(X12)가 4 ㎜ 내지 6 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
또한, 도 1c를 참조하면 수신부(110)의 중심(C1)과 복수의 송신부(120-31 내지 120-36) 각각의 중심(C2)은 제4 거리(D1)만큼 이격될 수 있다. 예를 들어, 제4 거리(D4)는 1.5 ㎜ 내지 10 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 이때, 송신부(120-31 내지 120-36) 각각의 지름은 1 ㎜ 내지 5 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 비록, 도 1c의 경우 복수의 송신부(120-31 내지 120-36)의 개수가 6개인 것으로 예시되어 있지만, 복수의 송신부(120-31 내지 120-36) 각각의 지름을 조정할 경우, 복수의 송신부의 개수는 4개, 5개, 7개 또는 8개일 수도 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치(100A 내지 100C)의 경우, 수신부(110)와 복수의 송신부[(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)]가 서로 이격되어 배치된 평면 형상을 갖기 때문에, 수신부(110)와 송신부[(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)]의 구성 또는 재질 중 적어도 하나를 다르게 구현할 수 있다.
이를 토대로, 실시 예의 경우, 수신부(110)는 초음파 송신력보다 초음파 수신력을 더 높이는 구성 또는 재질 중 적어도 하나를 포함하고, 송신부[(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)]는 초음파 수신력보다 초음파 송신력을 더 높이는 구성 또는 재질 중 적어도 하나를 포함하도록 구현될 수 있다. 이와 같이, 수신부(110)의 구성 또는 재질 중 적어도 하나를 초음파 수신력을 높이도록 구현할 경우, 수신부(110)에서 수신된 초음파의 세기가 커질 수 있다. 또한, 복수의 송신부([(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)] 각각의 구성 또는 재질 중 적어도 하나를 초음파 송신력을 높이도록 구현할 경우, 송신부([(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)]에 인가된 펄스 신호에 충실하게 초음파가 생성될 수 있다. 여기서, 펄스 신호는 진폭과 주파수를 가지는 전기적 신호로서, 전압 신호 또는 전류 신호일 수 있다. 예를 들어, 펄스 신호는 압전 물질에 진동을 부여하기 위한 교류 특성을 가질 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 수신부(110)가 송신부([(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)]보다 초음파 수신력이 더 높도록 하고, 송신부[(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)]는 수신부(110)보다 초음파 송신력이 더 높도록 하기 위해, 수신부(110)와 복수의 송신부([(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)] 각각의 재질을 달리할 수 있다.
수신부(110)에 포함되는 제1 압전 부재는 제1 압전 물질을 포함하고, 송신부([(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)] 각각에 포함된 제2 압전 부재는 제2 압전 물질을 포함한다고 하자.
이 경우, 수신부(110)가 송신부([(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)]보다 상대적으로 더 높은 초음파 수신력을 갖도록 하기 위해, 제1 압전 물질의 전압 출력 상수는 제2 압전 물질의 전압 출력 상수보다 클 수 있다. 전압 출력 상수란, 외부 진동에 의한 전압 발생 비율을 의미한다.
예를 들어, 제1 압전 물질의 전압 출력 상수(g33)는 40 x 10-3 Vm/N 내지 200 x 10-3 Vm/N일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 참고로, g33이란, 제1 압전 부재의 진동 방향이 z축 방향(g33의 아래 첨자 중 첫 번째 숫자 '3'의 의미)이고 정렬 방향이 z축 방향(g33의 아래 첨자 중 두 번째 숫자 '3'의 의미)임을 의미한다.
또한, 송신부[(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)]가 수신부(110)보다 상대적으로 더 높은 초음파 송신력을 갖도록 하기 위해, 제2 압전 물질의 압전 상수는 제1 압전 물질의 압전 상수보다 클 수 있다. 압전 상수란, 외부 전기장에 의한 변형률의 비율을 의미한다.
예를 들어, 제2 압전 물질의 압전 상수(d33)는 300 pC/N 내지 3000 pC/N일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 참고로, d33이란, 제2 압전 부재의 진동 방향이 z축 방향(d33의 아래 첨자 중 첫 번째 숫자 '3'의 의미)이고 정렬 방향이 z축 방향(d33의 아래 첨자 중 두 번째 숫자 '3'의 의미)임을 의미한다.
제1 및 제2 압전 부재 각각의 물질은 단결정 세라믹스, 다결정 세라믹스, 고분자 재료, 박막 재료 또는 다결정재료와 고분자 재료를 복합한 복합 재료 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 압전 부재는 압전 세라믹(예를 들어, PZT), 압전 단결정(예를 들어, PMN-PT 또는 PMN-PZT), 압전폴리머(예를 들어, PVDF, PVDF-TrFE, PVDF-TrFE-CTFE), 압전복합체(예를 들어, PVDF계열+PZT) 또는 압전후막재료(예를 들어, PZT, AlN) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
또한, 예를 들어, 제2 압전 부재는 압전 세라믹(예를 들어, PZT) 또는 압전단결정(예를 들어, PMN-PT 또는 PMN-PZT) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
제1 압전 부재에 압전폴리머, 압전복합체 등 상대적으로 압전상수가 우수한 재료를 사용하고, 제2 압전 부재에 압전 세라믹, 압전 단결정 등 상대적으로 전압출력 상수가 높은 재료를 사용하여 송신 및 수신 성능을 향상 시킬 수 있다.
또한, 제1 및 제2 전극 각각은 도전성을 갖는 물질로서, 패터닝될 수 있는 물질일 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 전극 각각은 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 몰리브덴(Mo). 금(Au), 티타튬(Ti) 또는 이들의 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
다른 실시 예에 의하면, 수신부(110)가 송신부([(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)]보다 초음파 수신력이 더 높도록 하고, 송신부[(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)]가 수신부(110)보다 초음파 송신력이 더 높도록 하기 위해, 수신부(110)와 복수의 송신부([(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)] 각각의 구성을 달리할 수 있다. 이와 같이, 수신부(110)와 송신부([(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)]의 구성이 다를 때, 제1 및 제2 압전 부재의 물질은 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다.
이하, 전술한 수신부(110)의 실시 예(110A 내지 110E)를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 3a 내지 도 3d는 도 1a 내지 도 1c에 각각 도시된 수신부(110)의 일 실시 예(110A)에 의한 단면도, 상면도, 저면도 및 투과도를 각각 나타낸다. 특히, 도 3a는 도 1a에 도시된 수신부(110)를 I-I' 선을 따라 절개한 단면도에 해당할 수 있다. 이해를 돕기 위해, 도 3b 내지 도 3d는 복수의 제1 전극에 의한 매트릭스의 크기가 4 x 4 (행 x 열)인 경우를 도시한 례이다. 또한, 이해를 돕기 위해, 도 3b 내지 도 3d에서 보호층(UP, LP)의 도시는 생략되었다.
일 실시 예에 의한 수신부(110A)는 제1 압전 부재(112A) 및 복수의 제1 전극(UEA1, LEA1)을 포함할 수 있다.
복수의 제1 전극은 복수의 제1 상부 전극(UEA1) 및 복수의 제1 하부 전극(LEA1)을 포함할 수 있다. 도 3b에 예시된 바와 같이, 복수의 제1 상부 전극(UEA1)은 제1 수평 방향(예를 들어, y축 방향)과 교차하는 제2 수평 방향(예를 들어, x축 방향)으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 도 3c에 예시된 바와 같이, 복수의 제1 하부 전극(LEA1)은 제1 수평 방향(예를 들어, y축 방향)으로 서로 이격되어 배치될 수 있다.
또한, 제1 압전 부재는 서로 이격되어 매트릭스 형태로 제1 하부 전극(LEA1)과 제1 상부 전극(UEA1) 사이에 배치된 복수의 압전 기둥(pillar)(또는, 압전 섬유)(112A)을 포함할 수 있다. 복수의 압전 기둥은 2-2 컴포지트(Composite) 또는 1-3 컴포지트 구조 등으로 배치될 수 있다.
예를 들어, 평면상에서 볼 때, 도 3d를 참조하면 제1 상부 전극(UEA1)과 제2 하부 전극(LEA1)이 교차하는 지점(즉, 수신 세그먼트)(RS:Receiving Segment)(또는, 노드 영역)은 압전 기둥(112A)이 배치되는 위치이다. 즉, 복수의 제1 상부 전극(UAE1) 각각은 제1 수평 방향(예를 들어, y축 방향)으로 서로 이격되어 배치된 복수의 압전 기둥(112A)의 상부면 위에 배치되고, 복수의 제1 하부 전극(LEA1) 각각은 제2 수평 방향(예를 들어, x축 방향)으로 서로 이격되어 배치된 복수의 압전 기둥(112A)의 하부면 아래에 배치된다. 대상물에서 반사된 초음파는 수신 세그먼트(RS)에서 수신될 수 있다.
각 압전 기둥(112A)의 상부면은 제1 상부 전극(UEA1)과 접하고, 하부면은 제1 하부 전극(LEA1)과 접하도록 배치될 수 있다. 각 압전 기둥(112A)의 두께 즉, 압전 기둥(112A)의 상부면부터 하부면까지의 거리인 각 압전 기둥(112A)의 높이는 약 50 ㎛ 내지 200 ㎛일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
또한, 각 압전 기둥(112A)의 폭은 5 ㎛ 내지 50 ㎛일 수 있고, 복수의 압전 기둥(112A) 간의 간격은 5 ㎛ 내지 50 ㎛일 수 있다.
또한, 각 압전 기둥(112A)의 높이를 각 압전 기둥(112A)의 폭보다 크게 구현하여, 각 압전 기둥(112A)의 높이 방향으로의 진동력을 극대화 할 수 있다.
매트릭스의 크기가 4 x 4일 경우(n=4), 16개(n개의 제곱)의 수신 세그먼트(RS)가 존재할 수 있으며, 이 경우, 압전 기둥(112A)의 개수는 수신 세그먼트(RS)의 개수와 동일할 수 있다. 또는 도면에 도시하지 않았지만, 매트릭스 크기가 4 x 4인 경우, 압전 기둥의 개수는 행 또는 열 중 하나의 방향으로 연결되며 다른 하나의 방향으로 이격되어 있는 4개 일 수 있다.
만일, 복수의 수신 세그먼트(RS) 간의 간격이 클 경우 해상도가 저하될 수 있고, 이에 따라, 복수의 수신 세그먼트(RS)에서 수신되는 초음파의 세기가 약해 대상물을 정확하게 인식할 수 없어 장치의 신뢰성이 저하될 수 있다.
제1 전극(UEA1, LEA1)의 개수, 선폭, 간격, 수신 세그먼트(RS)의 개수 등은 제조 공정 오차나 해상도 등을 고려하여 결정될 수 있다.
만일, 제1 전극(UEA1, LEA1)의 선폭이 약 0.1㎛ 미만일 경우 제조 공정의 수행이 불가능할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(UEA1, LEA1)의 선폭은 약 0.1 ㎛ 내지 약 10㎛, 바람직하게, 약 1㎛ 내지 약 5㎛, 더욱 바람직하게 약 1.5㎛ 내지 약 3㎛일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
만일, 제1 전극(UEA1, LEA1)의 두께가 약 100㎚ 미만인 경우, 전극 저항이 높아져서 전기적 특성이 저하될 수 있고, 약 1000㎚을 초과하는 경우, 압전 초음파 변환 장치(100A 내지 100C)의 전체적인 두께가 두꺼워지고, 공정 효율이 저하될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(UEA1, LEA1)의 두께는 약 100 ㎚ 내지 약 1000 ㎚, 바람직하게는 약 150 ㎚ 내지 약 500㎚, 더욱 바람직하게는 약 180㎚ 내지 약 200㎚일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
또한, 일 실시 예의 의한 수신부(110A)는 충진 부재(또는, 수지층)(114), 상부 전극 보호(passivation)부(UP) 및 하부 전극 보호부(LP)를 포함할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 제1 압전 부재(112A)와 충진 부재(114)의 외관 사시도를 나타낸다.
도 4a를 참조하면, 복수의 압전 기둥(pillar)(112A)이 서로 이격되어 매트릭스 형태로 배치되고, 충진 부재(114)가 압전 기둥(112A) 사이에 충진되어 배치됨을 알 수 있다. 즉, 압전 기둥(112A)은 충진 부재(114) 내부에 분산되어 배치되고, 충진 부재(114)는 압전 기둥(112A)을 둘러싸며 배치될 수 있다.
충진 부재(114)는 압전 기둥(112A)을 지지하는 역할을 한다. 충진 부재(114)는 폴리머(polymer) 또는 레진(resion) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
또한, 상부 전극 보호부(UP)는 복수의 제1 상부 전극(UEA1)을 에워싸며 배치되어, 복수의 제1 상부 전극(UEA1)을 보호하는 역할을 한다. 또한, 하부 전극 보호부(LP)는 복수의 제1 하부 전극(LEA1)을 에워싸며 배치되어, 복수의 제1 하부 전극(LEA1)을 보호하는 역할을 한다.
또한, 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치(100A 내지 100C)는 도 3d에 도시된 바와 같이, 구동 제어부(130)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 구동 제어부(130)는 집적 회로(IC)의 형태로 구현될 수 있다.
구동 제어부(130)는 하부 외부 배선(LL1, LL2, LL3, LL4)을 통해 복수의 제1 하부 전극(LEA1)과 연결될 수 있다. 이때, 하부 외부 배선(LL1 내지 LL4)의 개수는 복수의 제1 하부 전극(LEA1)의 개수와 동일할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 또한, 구동 제어부(130)는 상부 외부 배선(UL1, UL2, UL3, UL4)을 통해 복수의 제1 상부 전극(UEA1)과 연결될 수 있다. 이때, 상부 외부 배선(UL1 내지 UL4)의 개수는 복수의 제1 상부 전극(UEA1)의 개수와 동일할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
복수의 제1 전극(UEA1, LEA1)은 수신 세그먼트(RS)에서 수신된 초음파에 대응하는 전기적 신호를 배선(UL1 내지 UL4 및 LL1 내지 LL4)을 통해 구동 제어부(130)로 출력한다. 구동 제어부(130)는 복수의 제1 전극(UEA1, LEA1)으로부터 인출된 전기적 신호를 받는다. 여기서, 송신된 초음파를 반사시킨 대상물에 대한 정보 예를 들어, 대상물에 대한 영상은 전기적 신호를 이용하여 생성될 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 도 1a 내지 도 1c에 각각 도시된 수신부(110)의 다른 실시 예(110B)에 의한 단면도, 상면도 및 저면도를 각각 나타낸다. 특히, 도 5a는 도 1a에 도시된 수신부(110)를 I-I' 선을 따라 절개한 단면도에 해당할 수 있다. 이해를 돕기 위해, 도 5b 및 도 5c는 복수의 제1 전극(LEB1)에 의한 매트릭스의 크기가 4 x 4 (행 x 열)인 경우를 도시한 례이다.
다른 실시 예에 의한 수신부(110B)는 박막 트랜지스터(TFT:Thin Film Transistor) 구조체(116), 제1 압전 부재(112B) 및 복수의 제1 전극(UEB1, LEB1)을 포함할 수 있다.
제1 압전 부재(112B)는 TFT 구조체(116) 위에 배치된다.
도 6은 TFT 구조체(116)의 일 례를 보이는 도면이다.
도 6을 참조하면, TFT 구조체(116)는 데이터 라인(DL:Data Line), 스캔 라인(SL:Scan Line) 및 스위칭 TFT(STFT)를 포함할 수 있다. TFT 구조체(116)는 널리 알려져 있으므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다. 도 6은 TFT 구조체(116)의 일 례에 불과하며, TFT 구조체(116)는 다양한 형상을 가질 수 있다.
다시, 도 5a를 참조하면, 복수의 제1 전극은 복수의 제1 하부 전극(LEB1) 및 하나의 제1 상부 전극(UEB1)을 포함할 수 있다.
도 5b를 참조하면 제1 상부 전극(UEB1)은 제1 압전 부재(112B)의 상부에 배치되며, 패턴을 갖지 않는 반면, 도 5c를 참조하면 복수의 제1 하부 전극(LEB1)은 제1 압전 부재(112B)의 하부와 TFT 구조체(116) 사이에서 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 복수의 제1 하부 전극(LEB1)은 TFT 구조체(116) 상부에서 수신된 초음파를 받는 역할을 수행한다.
비록 도시되지는 않았지만, 복수의 제1 하부 전극(LEB1)과 제1 상부 전극(UEB1)은 도 3d에 예시된 바와 같이 외부 배선을 통해 구동 제어부(130)와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 7a 내지 도 7d는 도 1a 내지 도 1c에 각각 도시된 수신부(110)의 또 다른 실시 예(110C)에 의한 단면도, 상면도, 저면도 및 투과도를 각각 나타낸다. 특히, 도 7a는 도 1a에 도시된 수신부(110)를 I-I' 선을 따라 절개한 단면도에 해당할 수 있다. 이해를 돕기 위해, 도 7b 내지 도 7d는 복수의 제1 전극에 의한 매트릭스의 크기가 4 x 4 (행 x 열)인 경우를 도시한 례이다.
또 다른 실시 예에 의한 수신부(110C)는 제1 압전 부재(112C), 복수의 제1 전극(UEC1, LEC1) 및 기판(118A)을 포함할 수 있다.
먼저, 제1 압전 부재(112C)는 기판(118A) 위에 배치될 수 있다.
복수의 제1 전극은 복수의 제1 상부 전극(UEC1) 및 복수의 제1 하부 전극(LEC1)을 포함할 수 있다. 도 7b에 예시된 바와 같이, 복수의 제1 상부 전극(UEC1)은 제1 압전 부재(112C)의 상부에 제1 수평 방향(예를 들어, y축 방향)과 교차하는 제2 수평 방향(예를 들어, x축 방향)으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 도 7c에 예시된 바와 같이, 복수의 제1 하부 전극(LEC1)은 제1 수평 방향(예를 들어, y축 방향)으로 서로 이격되어 배치될 수 있다.
평면상에서 볼 때, 도 7d를 참조하면 제1 상부 전극(UEC1)과 제2 하부 전극(LEC1)이 교차하는 지점(즉, 수신 세그먼트)(RS)의 개수는 매트릭스의 크기가 4 x 4일 경우, 16개일 수 있다.
또한, 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치(100A 내지 100C)는 도 7d에 도시된 바와 같이, 구동 제어부(130)를 더 포함할 수 있다. 구동 제어부(130)는 도 3d에 도시된 구동 제어부(130)와 동일하게 하부 외부 배선(LL1, LL2, LL3, LL4)을 통해 복수의 제1 하부 전극(LEC1)과 연결될 수 있다. 이때, 하부 외부 배선(LL1 내지 LL4)의 개수는 복수의 제1 하부 전극(LEC1)의 개수와 동일할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 또한, 구동 제어부(130)는 상부 외부 배선(UL1, UL2, UL3, UL4)을 통해 복수의 제1 상부 전극(UEC1)과 연결될 수 있다. 이때, 상부 외부 배선(UL1 내지 UL4)의 개수는 복수의 제1 상부 전극(UEC1)의 개수와 동일할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 복수의 제1 전극(UEC1, LEC1)은 수신 세그먼트(RS)에서 수신된 초음파에 대응하는 전기적 신호를 배선(LL1 내지 LL4, UL1 내지 UL4)을 통해 구동 제어부(130)로 출력한다. 구동 제어부(130)는 복수의 제1 전극(UEC1, LEC1)으로부터 인출된 전기적 신호를 받는다. 여기서, 송신된 초음파를 반사시킨 대상물에 대한 정보 예를 들어, 대상물에 대한 영상을 전기적 신호를 이용하여 획득할 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 도 1a 내지 도 1c에 각각 도시된 수신부(110)의 또 다른 실시 예(110D)에 의한 단면도 및 상면도를 각각 나타낸다. 특히, 도 8a는 도 1a에 도시된 수신부(110)를 I-I' 선을 따라 절개한 단면도에 해당할 수 있다. 이해를 돕기 위해, 도 8b는 MUT(Micromachined Ultrasonic Transducer)에 의한 매트릭스의 크기가 4 x 4 (행 x 열)인 경우를 도시한 례이다.
또 다른 실시 예에 의한 수신부(110D)는 제1 압전 부재(112D), 복수의 MUT 구조체 및 기판(118B)을 포함할 수 있다.
MUT 구조체는 제1 압전 부재(112D)와 기판(118B) 사이에서 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 복수의 MUT 구조체는 제1 복수의 전극을 포함할 수 있다. MUT 구조체에 대해서는 일반적인 사항이라 여기서는 구체적인 설명을 생략한다.
또한, 도 8a 및 도 8b에 도시된 MUT 구조체는 cMUT(capacitive-Micromachined Ultrasonic Transducer) 구조체일 수도 있고, pMUT(piezoelectric-Micromachined Ultrasonic Transducer) 구조체일 수도 있으며, 실시 예는 특정한 MUT 구조체에 국한되지 않는다.
비록 도시되지는 않았지만, 복수의 MUT 구조체에 포함된 제1 전극은 도 3d에 예시된 바와 같이 외부 배선을 통해 구동 제어부(130)와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 도 1a 내지 도 1c에 각각 도시된 수신부(110)의 또 다른 실시 예(110E)에 의한 단면도 및 상면도를 각각 나타낸다. 특히, 도 9a는 도 1a에 도시된 수신부(110)를 I-I' 선을 따라 절개한 단면도에 해당할 수 있다. 이해를 돕기 위해, 도 9b는 FET(Field Effect Transistor) 구조체에 의한 매트릭스의 크기가 4 x 4 (행 x 열)인 경우를 도시한 례이다.
또 다른 실시 예에 의한 수신부(110E)는 복수의 FET 구조체 및 기판(118C)을 포함할 수 있다.
도 7a, 도 8a 및 도 9a에 도시된 기판(118A, 118B, 118C) 각각은 실리콘 기판, SOI(Silicon-On-insulation) 기판, 글래스 기판 또는 폴리머 기판일 수 있으며, 실시 예는 기판(118A, 118B, 118C)의 특정한 종류에 국한되지 않는다.
복수의 FET 구조체는 기판(118C) 위에 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 또한, 복수의 FET 구조체 각각은 소스 전극(S), 드레인 전극(D), 제1 압전 부재(112E) 및 유전(dielectric)층(117)을 포함할 수 있다. 여기서, 소스 전극(S)과 드레인 전극(D)의 사이 및 유전층(117)의 아래 영역은 기판(118C)에 해당할 수 있다.
각 FET 구조체에서 제1 압전 부재(112E)는 게이트 전극에 해당하며, 소스 전극(S) 또는 드레인 전극(D) 중 적어도 하나는 제1 전극에 해당할 수 있다. 이와 같이, 일반적인 FET 구조에서 게이트 전극을 제1 압전 부재로 대체할 경우, 수신부(110E)의 초음파 수신력이 증가할 수 있다. 유전층(117)은 일반적인 FET 구조에서 게이트 산화막에 대응하는 역할을 수행할 수 있다.
전술한 각 FET 구조체의 구성 요소는 일반적인 사항이라 여기서는 구체적인 설명을 생략한다. 또한, 도 9a 및 도 9b에 도시된 FET 구조체는 일례에 불과하며, 실시 예는 특정한 FET 구조체에 국한되지 않는다.
비록 도시되지는 않았지만, 복수의 FET 구조체에 포함된 제1 전극은 도 3d에 예시된 바와 같이 외부 배선을 통해 구동 제어부(130)와 전기적으로 연결될 수 있다.
이하, 전술한 복수의 송신부([(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)] 각각의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 10은 도 1a 내지 도 1c에 도시된 송신부([(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)] 각각의 일 실시 예(120A)에 의한 단면도를 나타낸다.
도 10에 도시된 바와 같이, 일 실시 예에 의한 송신부(120A)는 제2 압전 부재(122A) 및 제2 전극(UED1, LED1)을 포함할 수 있다.
제2 전극은 제2 상부 전극(UED1) 및 제2 하부 전극(LED1)을 포함할 수 있다. 제2 상부 전극(UED1)은 제2 압전 부재(122A)의 상부에 배치되고, 제2 하부 전극(LED1)은 제2 압전 부재(122A)의 하부에 배치될 수 있다.
구동 제어부(130)는 상측 외부 배선(UL5)을 통해 제2 상부 전극(UED1)과 연결되고, 하측 외부 배선(LL5)을 통해 제2 하부 전극(LED1)과 연결될 수 있다.
구동 제어부(130)는 제2 압전 부재(122A)가 초음파를 생성하기 위해 필요한 펄스 신호를 제2 전극(UED1, LED1)으로 인가하는 역할을 한다.
수신부(110)와 대상물 사이의 영역 예를 들어, 도 3a에서 대상물에서 반사된 초음파가 수신부(110A)로 전달되는 영역(115), 및 송신부([(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)]와 대상물 사이의 영역 예를 들어, 도 10에서 송신된 초음파가 대상물로 전달되는 영역(150)에는 공기 또는 커버 글래스가 존재할 수도 있다. 또는, 이 영역(115, 150)에는 커플링 매체 또는 임피던스 매칭 부재 중 적어도 하나가 배치될 수 있다.
커플링 매체란, 송신부 및 수신부 각각과 대상물 간의 커플링을 개선시키기 역할을 수행하며, 접착제, 겔(gel) 또는 음향 결합 물질(acoustic coupling material) 등으로 구현될 수 있다. 임피던스 매칭 부재란, 대상물과 수신부(110) 간의 임피던스 부정합 또는 대상물과 송신부([(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)] 간의 임피던스 부정합을 개선시키는 역할을 하며, 실시 예는 임피던스 매칭 부재의 특정한 재질 및 구조에 국한되지 않는다.
도 11은 도 1a 내지 도 1c에 도시된 송신부([(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)] 각각의 다른 실시 예(120B)에 의한 단면도를 나타낸다.
도 11에 도시된 바와 같이, 다른 실시 예에 의한 송신부(120B)는 제2 압전 부재 및 제2 전극을 포함할 수 있다.
제2 압전 부재는 수평 방향(예를 들어, y축 방향)으로 서로 이격되어 배치된 복수의 제2-1 압전 세그먼트(122B1 내지 122B4)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 제2-1 압전 세그먼트(122B1 내지 122B4)는 공기 또는 폴리머(polymer)를 사이에 두고 서로 이격되어 배치될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 또한, 도 11의 경우, 제2 압전 부재가 4개의 제2-1 압전 세그먼트를 포함하는 것으로 예시되어 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 다른 실시 예에 의하면, 제2 압전 부재에 포함되는 제2-1 압전 세그먼트의 개수는 2개, 3개 또는 5개 이상일 수도 있다.
제2 전극은 복수의 제2 상부 전극 세그먼트(UEE1) 및 복수의 제2 하부 전극 세그먼트(LEE1)를 포함할 수 있다. 제2 상부 전극 세그먼트(UEE1)는 복수의 제2-1 압전 세그먼트(122B1 내지 122B4) 각각의 상부에 배치되고, 제2 하부 전극 세그먼트(LEE1)는 복수의 제2-1 압전 세그먼트(122B1 내지 122B4) 각각의 하부에 배치될 수 있다. 제2 하부 전극 세그먼트(LEE1) 및 제2 상부 전극 세그먼트(UEE1) 각각의 개수는 제2-1 압전 세그먼트(122B1 내지 122B4)의 개수와 동일할 수 있다.
제2 상부 전극 세그먼트(UEE1)는 상부 외부 배선(UL6 내지 UL9)(여기서, UL7과 UL8은 미도시됨)를 통해 구동 제어부(130)와 연결되고, 제2 하부 전극 세그먼트(LEE1)는 하부 외부 배선(LL6 내지 LL9)을 통해 구동 제어부(130)와 전기적으로 연결될 수 있다. 구동 제어부(130)는 제2-1 압전 부재 세그먼트(122B1 내지 122B4)가 초음파를 생성하기 위해 필요한 펄스 신호를 제2 전극(UEE1, LEE1)으로 인가하는 역할을 한다.
또한, 복수의 제2-1 압전 세그먼트(122B1 내지 122B4)에서 초음파를 생성하여 송신하는 시각이 서로 달라지도록, 구동 제어부(130)는 서로 다른 시점에 복수의 제2 상부 및 하부 전극 세그먼트(UEE1, LEE1)로 펄스 신호를 인가할 수 있다. 즉, 구동 제어부(130)는 초음파가 송신하기 위해 빔포밍(beam forming) 기술을 이용한다. 이와 같이, 빔포밍 기술에 의거하여 초음파가 시차를 두고 송신될 경우, 초음파가 평행파 형태로 전송되거나 초음파가 대상물에 동시에 집속(focusing)되어 도달할 수 있다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1c에서 수신부(110)가 대상물과 수직 방향(예를 들어, z축 방향)으로 중첩하는 반면, 송신부([(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)]는 대상물과 수직 방향으로 중첩되지 않는다. 이 경우, 빔 포밍 기술을 이용할 경우, 복수의 송신부([(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)]로부터 송신된 초음파가 대상물에 동시에 집속되어 도달할 수 있다.
이와 같이, 송신부(120B)가 도 11에 도시된 바와 같이 구현될 경우, 송신되는 초음파가 진행되는 방향을 조정할 수 있다.
도 12는 도 1a 내지 도 1c에 도시된 송신부([(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)] 각각의 또 다른 실시 예(120C)에 의한 단면도를 나타낸다.
도 12에 도시된 바와 같이, 또 다른 실시 예에 의한 송신부(120C)는 제2 압전 부재 및 제2 전극을 포함할 수 있다.
제2 압전 부재는 수직 방향(예를 들어, z축 방향)으로 서로 이격되어 배치된 복수의 제2-2 압전 세그먼트(122C1 내지 122C3)를 포함할 수 있다. 이때, 제2 전극은 복수의 제2-2 압전 세그먼트(122C1 내지 122C3)의 상부와 하부에 배치될 수 있다.
도 12의 경우, 제2 압전 부재가 3개의 제2-2 압전 세그먼트를 포함하는 것으로 예시되어 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 다른 실시 예에 의하면, 제2 압전 부재에 포함되는 제2-2 압전 세그먼트의 개수는 2개 또는 4개 이상일 수도 있다.
제2 전극은 제2 상부 전극 세그먼트(UEF1), 제2 하부 전극 세그먼트(LEF1), 2개의 제2 중간 전극 세그먼트(MEF1, MEF2)를 포함할 수 있다. 제2 상부 전극 세그먼트(UEF1)는 제2-2 압전 세그먼트(122C1)의 위에 배치되고, 제2 하부 전극 세그먼트(LEF1)는 제2-2 압전 세그먼트(122C3)의 아래에 배치된다. 제2 중간 전극 세그먼트(MEF1)는 제2-2 압전 세그먼트(122C1, 122C2) 사이에 배치되고, 제2 중간 전극 세그먼트(MEF2)는 제2-2 압전 세그먼트(122C2, 122C3) 사이에 배치될 수 있다.
제2 상부 전극 세그먼트(UEF1)는 상부 외부 배선(UL10)를 통해 구동 제어부(130)와 연결되고, 제2 하부 전극 세그먼트(LEF1)는 하부 외부 배선(LL10)을 통해 구동 제어부(130)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제2 중간 전극 세그먼트(MEF1, MEF2)는 중간 외부 배선(ML1, ML2)를 통해 구동 제어부(130)와 각각 연결될 수 있다.
구동 제어부(130)는 제2-2 압전 부재 세그먼트(122C1 내지 122C3)가 초음파를 생성하기 위해 필요한 펄스 신호를 제2 전극(UEF1, LEF1, MEF1, MEF2)으로 인가하는 역할을 한다.
일반적으로 제2 압전 부재에서 초음파를 생성하기 위해 요구되는 구동 펄스 신호는 예를 들어, 10볼트 내지 20볼트로서 매우 높다. 그러나, 제2 압전 부재의 두께가 증가할수록 구동 펄스 신호의 레벨이 낮아질 수 있다. 따라서, 도 12에 도시된 바와 같이 복수의 제2-2 압전 부재 세그먼트가 적층되어 제2 압전 부재가 구현될 경우, 제2 압전 부재(122C1 내지 122C3)에서 초음파를 생성하기 위해 필요한 구동 펄스 신호의 레벨을 낮출 수 있다.
이하, 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치의 제조 방법을 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 살펴본다. 이때, 비록 도 3a에 도시된 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치의 수신부(110A)의 제조 방법에 대해서만 설명하지만, 다른 수신부(110B 내지 110E)도 수신부(110A)의 제조 방법을 변형하여 제조될 수 있음은 물론이다.
도 13a 내지 도 13e는 도 3a에 도시된 수신부(110A)의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이고, 도 14a 내지 도 14e는 도 3a에 도시된 수신부(110A)의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 평면도를 나타낸다.
수신부(110A)의 제조 방법은 도 13a 내지 도 13e 및 도 14a 내지 도 14e에 도시된 제조 방법에 국한되지 않고 다른 다양한 제조 방법에 의해 제조될 수 있음은 물론이다.
먼저, 도 13a 및 도 14a를 참조하면, 제1 압전 부재용 압전 물질(예를 들어, PZT)층(112)의 상부를 패터닝하여, 복수의 압전 기둥(112A)을 형성한다. 이때, 패터닝된 복수의 압전 기둥(112A)을 갖는 제1 압전 부재용 압전 물질층을 먼저 제조한 후, 원하는 크기로 다이싱(dicing)할 수도 있고, 제1 압전 부재용 압전 물질층을 다이싱한 후 패터닝하여 복수의 압전 기둥(112A)을 형성할 수도 있다.
이후, 도 13b 및 도 14b를 참조하면, 복수의 압전 기둥(112A)을 에워싸도록 충진 부재(114)를 제1 압전 부재용 압전 물질층의 상부에 채운다.
이후, 도 13c 및 도 14c를 참조하면, 도 13b 및 도 14b에 도시된 결과물을 연삭(grinding)하여, 압전 기둥(112A)의 상부면과 하부면을 노출시킨다.
이후, 도 13d 및 도 14d를 참조하면, 도 13c 및 도 14c에 도시된 결과물의 상부와 하부에 각각 제1 상부 전극(UEA1) 및 제1 하부 전극(LEA1)을 각각 형성한다.
이후, 도 13e 및 도 14e를 참조하면, 도 13d 및 도 14d에 도시된 결과물을 연마(polishing)하여 수신부(110A)를 완성한다.
이상에서, 수신부(110A)에 대한 제조 방법만을 설명하였지만, 도 13a, 도 13b, 도 14a 및 도 14b에 도시된 공정을 제외하면, 송신부(120)의 제조 방법도 수신부(110A)의 제조 방법과 유사할 수 있다.
전술한 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치(100A 내지 100C)의 경우, 초음파가 송신된 후 초음파를 수신할 수 있다. 즉, 초음파가 송신되는 시점과 초음파가 수신되는 시점에 차이가 있다. 이와 같이, 초음파가 시차를 두고 송신 및 수신되도록, 구동 제어부(130)는 송신부([(120-11, 120-12), (120-21 내지 120-24) 또는 (120-31 내지 120-36)]와 수신부(110)를 제어할 수 있다.
한편, 전술한 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치(100A 내지 100C)는 초음파를 이용하는 다양한 장치 또는 시스템 등에 이용될 수 있다. 예를 들어, 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치(100A 내지 100C)는 모바일 전화, 멀티미디어 인터넷 휴대 전화, 이동용 텔레비젼 수상기, 무선 장치, 스마트 폰, 블루투스 장치, 휴대 정보 단말기(PDA), 무선 전자 메일 수신기, 휴대용 컴퓨터, 넷북(netbook), 노트북, 스마트북, 테블릿(tablets), 핸드라이팅 계수기(handwriting digitizers), 지문 검사기, 프린터, 복사기, 스캐너, 팩시밀리 장치, GPS 수신기, GPS 네비게이터, 카메라, 디지털 미디어 플레이어(예를 들어, MP3), 캠코더, 게임 콘솔, 손목 시계, 벽시계, 계산기, 텔레비젼 모니터, 평판형 디스플레이, 전자 판독기(예를 들어, e-readers), 휴대용 건강 (모니터링) 장치, 컴퓨터 모니터, 자동차용 디스플레이 장치(주행계 및 속도계 포함), 조종석 제어 장치나 디스플레이 장치, 카메라 뷰 디스플레이(camera view display)(예를 들어, 자동차용 블랙 박스), 전자 사진기, 전자 광고판, 프로젝터, 전자 레인지(microwave), 냉장고, 스테레오 시스템, 카셋트 리코더나 플레이어, DVD 플레이어, CD 플레이어, VCR, 라디오, 휴대용 메모리 칩, 세탁기, 드라이, 주차 미터, 패키징(packaging)(EMS, MEMS 등), 심미적 구조 장치(예를 들어, 보석 가게나 옷가게 등에서 사용되는 영상 표시 장치) 등의 전자 기기에 포함될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
구체적으로, 전술한 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치(100A 내지 100C)는 생체 감지, 영상, 터치 및 제스쳐 인식용 전기적 센서 어레이 또는 쌍방향 디스플레이 등에 적용될 수 있다.
더욱 구체적으로, 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치(100A 내지 100C)는 초음파 지문 센서와 같은 생체 감지 장치, 제스쳐 검사 장치, 마이크로폰, 스피커, 초음파 영상 장치, 초음파 화학적 센서, 초음파 터치 패드 등에 적용될 수 있다. 예를 들어, 생체 감지 장치로서, 초음파 지문 센서뿐만 아니라, 초음파 표피나 진피 센서, 피부의 팽팽한 정도나 피부의 손상 정도를 인식하는 초음파 피부 상태 센서 등이 있다.
정전 용량 방식으로 지문을 인식할 때보다 정전기적 간섭이 적으며, 투과도가 높아 압전 초음파 변환 장치(100A 내지 100C)에 의해 초음파 방식으로 지문을 인식할 경우 지문이 더 정확하게 인식될 수 있다.
이하, 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치(100A 내지 100C)를 포함하는 생체 정보 측정 장치(200)를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 살펴본다.
도 15는 실시 예에 의한 생체 정보 측정 장치(200)의 일 실시 예에 의한 외관을 나타내는 도면이다.
도 15를 참조하면, 일 실시 예에 의한 생체 정보 측정 장치(200)는 압전 초음파 변환 장치, 임피던스 정합 부재(202) 및 생체 정보 분석부(210)를 포함할 수 있다.
임피던스 정합 부재(202)는 생체 대상물(OB)과 송신부(120A) 사이 및 생체 대상물(OB)와 수신부(110A) 사이의 임피던스 부정합을 개선시키는 역할을 한다. 압전 초음파 변환 장치는 수신부(110A), 송신부(120A) 및 구동 제어부(130)를 포함할 수 있다. 여기서, 수신부(110A)는 도 3a에 도시된 수신부(110A)에 해당하고, 송신부(120A) 및 구동 제어부(130)는 도 10에 도시된 송신부(120A) 및 구동 제어부(130)에 각각 해당하므로, 동일한 참조부호를 사용하였으며, 중복되는 설명을 생략한다. 도 15에 도시된 압전 초음파 변환 장치에 포함되는 송신부(120A)는 다른 송신부(120B, 120C)로 대체될 수도 있고, 수신부(110A)는 다른 수신부(110B 내지 110E)로 대체될 수도 있다.
송신부(120A)에서 생성된 초음파는 생체 대상물(OB)로 송신된다. 생체 대상물(OB)은 예를 들어, 산(R:Ridge)과 골(V:Valley)을 갖는 지문일 수 있다.
구동 제어부(130)는 초음파를 생성하여 송신하도록 복수의 송신부(120A)를 제어하고, 수신부(110A)에서 수신된 초음파에 상응하는 전기적 신호를 받아서 생체 정보 분석부(210)로 출력한다. 이에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
구동 제어부(130)가 제2 전극(UED1, LED1)으로 초음파 대역의 공진 주파수를 가지는 펄스 신호를 인가하여, 제2 압전 부재(122A)에서 초음파가 생성할 수 있다. 송신부(120A)에서 송신된 초음파는, 임피던스 정합 부재(202)의 상부면(202T) 중에서 생체 대상물(OB)의 산(R)과 접하는 부분에서는 생체 대상물(OB)로 진입하는 반면, 임피던스 정합 부재(202)의 상부면(202T) 중에서 공기와 접한 부분에서는 압전 초음파 변환 장치의 내부 쪽으로 반사될 수 있다. 이와 같이, 초음파는 손가락(OB) 등이 접촉 또는 접근하지 않는 경우에는, 초음파가 방출되고자 하는 임피던스 정합 부재(202)와 공기 사이의 음향 임피던스 차이로 인해, 초음파의 대부분이 임피던스 정합 부재(202)와 공기의 계면을 통과하지 못한다. 반면에, 손가락(OB)이 접촉 또는 접근한 지점의 경우 송신되는 초음파의 일부가 손가락(OB)의 피부와 임피던스 정합 부재(202)의 경계면을 뚫고 손가락(OB) 내부로 진행하게 된다. 이 경우, 반사되어 수신부(110A)에 수신되는 초음파의 강도가 낮아져 이로부터 지문 패턴을 감지할 수 있다.
생체 대상물(OB)에서 반사된 초음파는 수신부(110A)에서 수신된다. 구동 제어부(130)는 비록 도시되지는 않았지만, 도 3d에 도시된 바와 같이 상부 외부 배선과 하부 외부 배선을 통해 제1 전극(UEA1, LEA1)과 연결되어, 수신부(110A)에서 수신된 초음파에 대응하는 전기적 신호를 받아서 생체 정보 분석부(210)로 출력한다.
육안으로는 확인이 어려우나, 손가락(OB)의 지문은 수많은 골(V)과 마루(R)가 반복되어 나타나는 패턴을 가지며, 지문의 골(V)에 대응하는 임피던스 정합 부재(202)로부터 송신되는 초음파는 외부로 극히 적게 방출되고 거의 대부분이 압전 초음파 변환 장치의 내부 쪽으로 반사되어 수신 세그먼트(RS)로 수신되고, 지문의 마루(R)에 대응하는 임피던스 정합 부재(202)로부터 방출되는 초음파는 상당량이 손가락(OB) 경계면을 통과하고 진행함으로 반사되어 수신 세그먼트(RS)에 수신되는 초음파의 강도가 상대적으로 크게 감소한다.
생체 정보 분석부(210)는 구동 제어부(130)를 통해 받은 전기적 신호를 이용하여 생체 대상물(OB)의 생체 정보를 분석할 수 있다. 예를 들어, 생체 대상물(OB)이 지문일 경우, 생체 정보 분석부(210)는 전기적 신호를 이용하여 지문(OB)의 골(V)과 마루(R)에 따른 음향 임피던스 차이로부터 발생하는 초음파가 수신되는 반사 신호의 세기 또는 반사 계수를 측정함으로써 손가락의 지문 패턴을 감지할 수 있다. 이를 위해, 도 15에 도시된 수신부(110A)는 지문 이미지 픽셀에 비례하는 만큼의 개수를 갖는 압전 기둥(112A)을 포함할 수 있다.
이하, 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치와 기존의 압전 초음파 변환 장치를 비교하여 설명한다.
비교 례에 의한 압전 초음파 변환 장치는 동일한 압전 부재에 의해 초음파를 송신하고 수신한다. 일반적으로 압전 부재는 초음파를 수신하는 성능이 우수하지만 초음파를 송신하는 능력이 낮거나, 초음파를 송신하는 성능이 우수하지만 초음파를 수신하는 능력이 낮을 수 있다. 즉, 일반적인 압전 부재는 송신과 수신 중 한 쪽의 성능만 우수하며 송신과 수신 성능 모두 우수할 수 없다. 이를 고려할 때, 기존의 압전 초음파 변환 장치의 초음파 송신과 초음파 수신 중 어느 한 쪽의 성능이 열화될 수 밖에 없다.
반면에, 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치는 초음파를 송신하는 송신부와 초음파를 수신하는 수신부가 서로 이격되고, 수신부(110)의 구성 또는 재질 중 적어도 하나를 초음파 수신력을 높이도록 구현하고, 송신부(120)의 구성 또는 재질 중 적어도 하나를 초음파 송신력을 높이도록 구현한다. 따라서, 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치는 초음파 송신력과 수신력이 모두 우수한 효과를 갖는다.
송신부(120)에서 초음파의 송신력이 높아지고 수신부(110)에서 수신된 초음파의 세기가 커질 경우, 대상물에 대한 정보를 정확하게 인식할 수 있도록 한다. 이를 고려할 때, 기존의 압전 초음파 변환 장치와 달리, 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치는 송신부의 초음파 송신력이 우수하고 수신부의 초음파 수신력이 우수하므로, 대상물에서 반사된 초음파의 세기가 커서 우수한 감지 능력을 갖는다. 예를 들어, 도 15에 도시된 생체 정보 측정 장치(200)에서, 송신된 초음파를 반사시키는 대상물(OB)이 손가락의 지문일 경우, 표피를 통과하여 진피에서 반사된 후 수신된 초음파의 수신되는 세기가 커질 수 있다. 이로 인해, 실시 예에 의한 생체 정보 측정 장치(200)가 지문뿐만 아니라 표피 및 진피를 인식하는 성능이 개선될 수 있다.
또한, 기존의 압전 초음파 변환 장치는 동일한 압전 부재에 의해 초음파를 송신하고 수신하므로, 초음파를 송신할것인지 그렇지 않으면 송신할 것인지를 제어하는 스위치 구조를 요구한다. 따라서, 기존의 압전 초음파 변환 장치의 회로가 복잡해진다.
반면에, 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치는 송신부와 수신부가 분리되어 있고, 분리된 송신부와 수신부로의 전원 공급을 구동 제어부(130)에서 제어하기만 하면 되므로, 별도의 스위치 구조를 요구하지 않는다. 따라서, 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치는 기존의 압전 초음파 변환 장치보다 회로 구조가 복잡하지 않다.
또한, 송신부와 수신부가 수직으로 적층된 기존의 압전 초음파 변환 장치와 달리, 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치에서 송신부와 수신부는 수평으로 서로 이격되어 배치되므로, 기존보다 두께가 얇아질 수 있다. 이와 같이 박형화가 가능한 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치는 얇은 두께를 요구하는 분야에서 유용하게 이용될 수 있다.
또한, 송신부가 대상물과 수직 방향으로 중첩되지 않는다고 하더라도, 빔 포밍 기술을 이용하여 초음파를 대상물에 집속하여 도달시킬 수 있어, 수신된 초음파의 세기가 증가함으로써, 대상물의 이미지의 해상도를 개선시킬 수 있다.
만일, 전술한 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치(100A 내지 100C)가 디스플레이 장치에 적용될 경우, 압전 초음파 변환 장치(100A 내지 100C)는 디스플레이 장치의 디스플레이의 화면 영역의 하단에 배치될 수 있다.
전술한 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치(100A 내지 100C)는 디스플레이 장치에서 지문 센서로서 적용될 수 있다. 디스플레이 장치는 디스플레이 패널 및 커버 기판 등을 포함하므로, 두께가 약 1mm 정도 될 수 있다. 이러한 디스플레이 장치에서 정전용량 방식의 지문 센서를 이용할 경우 투과도 및 디스플레이 내부 회로에 의한 간섭에 의해서 지문을 인식하는 정확도가 떨어질 수 있다. 반면에, 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치(100A 내지 100C)를 디스플레이 장치에서 초음파 지문센서로 채택할 경우, 지문을 인식하는 정확도가 증가할 수 있으며, 압전 초음파 변환 장치(100A 내지 100C)를 디스플레이 하단에 배치하더라도 지문 인식이 가능할 수 있다.
이하, 전술한 압전 초음파 변환 장치(100A 내지 100C)를 포함하는 실시 예에 의한 디스플레이 장치(300A 내지 300F)를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 살펴본다.
도 16은 일 실시 예에 의한 디스플레이 장치(300A)의 단면도를 나타낸다.
일 실시 예에 의한 디스플레이 장치(300A)는 커버 부재(310A), 접착층(320A), 디스플레이 패널(330A) 및 압전 초음파 변환 장치(340A)를 포함할 수 있다. 경우에 따라, 커버 부재(310A)와 접착층(320A)은 생략될 수 있다.
커버 부재(310A)는 리지드(rigid)하거나 또는 플렉서블(flexible)할 수 있다. 바람직하게는, 커버 부재(310A)는 휘어지거나(bending) 접힐 수 있도록(foldable) 플렉서블할 수 있다.
예를 들어, 커버 부재(310A)는 플라스틱이나 글래스(glass)를 포함할 수 있다. 자세하게, 커버 부재(310A)는 폴리이미드(Polyimide, PI), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 프로필렌 글리콜(propylene glycol, PPG), 폴리 카보네이트(PC) 등의 강화 혹은 연성 플라스틱을 포함하거나 사파이어를 포함할 수 있다.
또한, 커버 부재(310A)는 광등방성 필름을 포함할 수 있다. 일례로, 커버 부재(310)는 COC(Cyclic Olefin Copolymer), COP(Cyclic Olefin Polymer), 광등방 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 또는 광등방 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등을 포함할 수 있다.
디스플레이 패널(330A)은 커버 부재(310A)의 하부에 배치될 수 있다. 디스플레이 패널(330A)과 커버 기재(310A)는 광학용 투명 접착제 등의 접착층(320A)을 통해 서로 접착될 수 있다.
디스플레이 패널(330A)은 제1 기판(332) 및 제2 기판(334)을 포함할 수 있다.
디스플레이 패널(330A)이 액정표시패널인 경우, 디스플레이 패널(330A)은 박막트랜지스터(Thin Film Transistor,TFT)와 화소전극을 포함하는 제1 기판(332)과 컬러필터층들을 포함하는 제2 기판(334)이 액정층을 사이에 두고 합착된 구조로 형성될 수 있다.
또한, 디스플레이 패널(330A)은 박막트랜지스터, 칼라필터 및 블랙매트릭스가 제1 기판(332)에 형성되고, 제2 기판(334)이 액정층을 사이에 두고 제1 기판(332)과 합착되는 COT(color filter on transistor)구조의 액정표시패널일 수도 있다. 즉, 제1 기판(332) 상에 박막 트랜지스터를 형성하고, 박막 트랜지스터 상에 보호막을 형성하고, 보호막 상에 컬러필터층을 형성할 수 있다.
또한, 제1 기판(332)에는 박막 트랜지스터와 접촉하는 화소전극을 형성한다. 이때, 개구율을 향상하고 마스크 공정을 단순화하기 위해 블랙매트릭스를 생략하고, 공통 전극이 블랙매트릭스의 역할을 겸하도록 형성할 수도 있다.
또한, 디스플레이 패널(330A)이 액정표시패널인 경우, 디스플레이 장치(300A)는 디스플레이 패널(330A) 배면에서 광을 제공하는 백라이트 유닛(미도시)을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 디스플레이 패널(330A)은 활성 영역을 포함할 수 있다. 여기서, 활성 영역은 실제로 화면이 출사되는 영역일 수 있다. 이 경우, 압전 초음파 변환 장치(340A)는 디스플레이 패널(330A)의 하단에서, 활성 영역과 대응하는 영역에 배치될 수 있다. 구체적으로 압전 초음파 변환 장치는 활성 영역의 지문 영역 상에 배치될 수 있으며, 특히 수신부가 지문 영역에 대응되도록 배치될 수 있다.
특히, 모바일 디스플레이 장치에서, 실시 예에 의한 압전 초음파 변환 장치를 생체 인식 장치로 사용하는 경우, 기존에 사용하던 지문 센서 버튼을 제거할 수 있어, 모바일 디스플레이 장치의 활성 영역을 넓힐 수 있는 장점이 있다.
도 17은 다른 실시 예에 의한 디스플레이 장치(300B)의 단면도를 나타낸다.
도 17에 도시된 디스플레이 장치(300B)는 커버 글래스(310B), 플라스틱 OLED(POLED)(330B) 및 압전 초음파 변환 장치(340B)를 포함할 수 있다.
커버 글래스(310B)는 도 16에 도시된 커버 부재(310A)가 글래스로 구현된 경우이며, 커버 부재(310A)와 동일한 역할을 수행한다.
POLED(330B)는 도 16에 도시된 디스플레이 패널(330A)의 다른 례이다.
도 18은 또 다른 실시 예에 의한 디스플레이 장치(300C)의 단면도를 나타낸다.
도 18에 도시된 디스플레이 장치(300C)는 디스플레이 패널(330C), 접착층(320B) 및 압전 초음파 변환 장치(340C)를 포함할 수 있다.
디스플레이 패널(330C), 접착층(320B) 및 압전 초음파 변환 장치(340C)는 도 16에 도시된 디스플레이 패널(330A), 접착층(320A) 및 압전 초음파 변환 장치(340A) 각각에 해당하며, 동일한 역할을 수행할 수 있으므로 여기서는 중복되는 설명을 생략한다.
도 19는 또 다른 실시 예에 의한 디스플레이 장치(300D)의 단면도를 나타낸다.
도 19에 도시된 디스플레이 장치(300D)는 디스플레이 TFT(330D), 접착층(320C) 및 압전 초음파 변환 장치(340D)를 포함할 수 있다.
디스플레이 TFT(330D)는 도 16에 도시된 디스플레이 패널(330A)이 박막 트랜지스터로 구현된 경우이다. 접착층(320C) 및 압전 초음파 변환 장치(340D)는 도 16에 도시된 접착층(320A) 및 압전 초음파 변환 장치(340A) 각각에 해당하며, 동일한 역할을 수행할 수 있으므로 여기서는 중복되는 설명을 생략한다.
도 20은 또 다른 실시 예에 의한 디스플레이 장치(300E)의 단면도를 나타낸다.
도 20에 도시된 디스플레이 장치(300E)는 디스플레이 하부 기판(TFT)(330E), 접착층(320D), 압전 초음파 변환 장치(340E), 폼 테이프(form tape)(350) 및 백 플레이트(back plate)(360)를 포함할 수 있다.
디스플레이 하부 기판(TFT)(330E)은 도 19에 도시된 디스플레이 TFT(330D)와 동일한 역할을 한다. 폼 테이프(350)는 디스플레이 하부 기판(330E)과 백 플레이트(360) 사이에 배치될 수 있다. 접착층(320D) 및 압전 초음파 변환 장치(340E)는 도 16에 도시된 접착층(320A) 및 압전 초음파 변환 장치(340A) 각각에 해당하며, 동일한 역할을 수행할 수 있으므로 여기서는 중복되는 설명을 생략한다.
도 21은 또 다른 실시 예에 의한 디스플레이 장치(300F)의 단면도를 나타낸다.
도 21에 도시된 디스플레이 장치(300F)는 커버 기판(310C), 디스플레이 패널(330F), 폼 테이프(350), 백 플레이트(360), 접착층(320E) 및 압전 초음파 변환 장치(340F)를 포함할 수 있다.
커버 기판(310C)은 도 16에 도시된 커버 부재(310C)에 해당하며, 동일한 역할을 수행할 수 있다.
디스플레이 패널(330F)이 유기전계발광표시(OLED) 패널인 경우, 디스플레이 패널(330F)은 별도의 광원이 필요하지 않은 자발광 소자를 포함한다. 디스플레이 패널(330F)은 편광판(335), 봉지재(encapsulation)(336), 컬러 필터 어레이(337) 및 OLED TFT(338)를 포함할 수 있다.
편광판(335)은 커버 기판(310C)과 봉지재(336) 사이에 배치된다. 봉지재(336)는 편광판(335)과 필터 어레이(337) 사이에 배치될 수 있으며, 인캡슐레이션을 위한 봉지 기판 역할을 한다.
픽셀 어레이(337)는 적색 화소(R), 녹색 화소(G) 및 청색 화소(B)로 구현될 수 있다.
OLED TFT(338)는 픽셀 어레이(337)와 폼 테이프(350) 사이에 배치될 수 있다. OLED TFT(338)는 박막 트랜지스터(TFT) 및 박막 트랜지스터(TFT)와 접촉하는 유기 발광 소자(OLED)를 포함할 수 있다. 유기 발광 소자(OLED)는 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 형성된 유기발광층을 포함할 수 있다.
폼 테이프(350), 백 플레이트(360), 접착층(320E) 및 압전 초음파 변환 장치(340F)는 도 20에 도시된 폼 테이프(350), 백 플레이트(360), 접착층(320D) 및 압전 초음파 변환 장치(340E) 각각에 해당하며, 동일한 역할을 수행할 수 있으므로 여기서는 중복되는 설명을 생략한다.
도 16 내지 도 21에 도시된 압전 초음파 변환 장치(340A 내지 340F)는 도 1a 내지 도 12에 도시된 압전 초음파 변환 장치에 해당하며 지문 센서일 수 있다. 또한, 도 17에 예시된 바와 같이 압전 초음파 변환 장치(340B)는 유효 영역(AA)에 배치될 수 있다.
도 16 내지 도 21에 따른 디스플레이 장치의 압전 초음파 변환 장치(340A 내지 340F)는 사용자 인증 시에 사용될 수 있다. 예를 들어, 압전 초음파 변환 장치(340A 내지 340F)가 배치된 지문 영역에 사용자가 터치하여, 인증한 후 디스플레이 장치의 잠금 화면의 해제할 수 있다.
도 22는 디스플레이 장치의 구동 방법(400)을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 23 (a) 내지 (c)는 도 22의 설명을 돕기 위한 도면이다.
도 22를 참조하면, 디스플레이 장치에서 화면이 터치되었는가를 판단한다(제410 단계). 만일, 화면이 터치되었다고 인식되지 않으면, 도 23 (a)에 도시된 바와 같이 화면이 턴 오프된 대기 상태를 유지한다. 제410 단계에서의 터치는 디스플레이 장치에서 화면 이외의 다른 부분의 터치일 수도 있다. 화면이 터치되었는가를 판단하는 기준은 일정 시간 간격을 둔 소정의 횟수 이상의 터치, 일정 압력 이상을 가하는 터치, 소정의 시간 이상을 유지하고 있는 터치일 수 있으며, 특별히 제한하지 않는다.
그러나, 디스플레이 장치에서 화면이 터치되었다고 인식되면, 화면을 턴 온시켜 지문 영역을 표시하고, 지문 센서를 활성화시킨다(제420 단계). 여기서, 화면의 턴 온이란, 도 23 (b)에 예시된 바와 같이 화면이 사용자에게 디스플레이된 상태를 의미한다. 제420 단계에서, 디스플레이 장치의 잠금 상태는 유지된다.
제420 단계 후에, 디스플레이 장치의 화면이 추가로 터치되었는가를 판단한다(제430 단계). 만일, 디스플레이 장치의 화면이 추가로 터치되지 않았다고 판단되면 화면을 다시 턴 오프한다. 추가로 화면이 터치되었는가를 판단하는 기준은 제410 단계에서의 터치 이후 별도의 터치 입력일 수 있고, 또는, 제410 단계에서 터치를 유지하고 있는 터치 입력일 수 있으며, 활성화된 지문 센서로 인식이 가능한 상태인지 판단할 수 있는 입력이면 족하며 이에 제한하지 않는다.
그러나, 디스플레이 장치의 화면이 추가로 터치되었다고 판단되면, 디스플레이 장치의 지문 영역이 터치되었는가를 판단한다(제440 단계). 여기서, 지문 영역이란, 지문 센서가 지문을 감지할 수 있는 영역을 의미하며, 디스플레이 장치의 화면에 위치하며, 사용자의 지문이 지문 영역을 터치할 때만, 지문 센서가 지문을 센싱할 수 있다.
만일, 디스플레이 장치의 지문 영역이 터치되지 않았다고 판단되면, 지문 영역을 터치하라는 메시지를 사용자에게 보낸 후, 제420 단계로 진행한다(제450 단계). 지문 영역의 일 례가 도 23 (b)에 도시되어 있다.
그러나, 지문 영역이 터치되었다고 판단되면, 터치된 지문이 디스플레이 장치의 사용이 허가된 지문인가를 판단한다(제460 단계). 이를 위해, 디스플레이 장치의 사용이 허가된 지문은 사전에 저장되고, 제460 단계에서 터치된 지문이 사전에 저장된 지문과 동일한가를 판단한다.
만일, 터치된 지문이 디스플레이 장치의 사용이 허가된 지문이 아니라고 판단되면, 지문 재인식을 요구하는 메시지를 사용자에게 보낸 후, 제420 단계로 진행한다(제470 단계).
그러나, 터치된 지문이 디스플레이 장치의 사용이 허가된 지문이라고 판단되면, 디스플레이 장치의 잠금을 해제하여 사용자로 하여금 디스플레이 장치를 사용하도록 허가한다(제480 단계). 도 23 (c)는 잠금 해체된 일 례를 보인다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100A, 100B, 100C, 340A 내지 340F: 압전 초음파 변환 장치
110, 110A 내지 110E: 수신기 112A 내지 112D: 제1 압전 부재
114: 충진 부재 116: FET 구조체
118A 내지 118C: 기판
120-11, 120-12, 120-21 내지 120-24, 120-31 내지 120-36, 120A 내지 120C: 송신기
122A, 122B1 내지 122B4, 122C1 내지 122C3: 제2 압전 부재
130: 구동 제어부 200: 생체 정보 측정 장치
202: 임피던스 정합 부재 210: 생체 정보 분석부
300A 내지 300F: 디스플레이 장치 310A: 커버 부재
310B: 커버 글래스 320A 내지 320E: 접착층
330A: 디스플레이 패널

Claims (14)

  1. 초음파를 수신하는 수신부; 및
    상기 수신부와 이격되어 상기 수신부 주위에 배치된 평면 형상을 갖고, 초음파를 송신하는 복수의 송신부를 포함하고,
    상기 수신부는 초음파 송신력보다 초음파 수신력을 더 높이는 구성 또는 재질 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 송신부는 초음파 수신력보다 초음파 송신력을 더 높이는 구성 또는 재질 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 수신부는
    제1 압전 부재; 및
    상기 제1 압전 부재의 상부 또는 하부 중 적어도 한 곳에 매트릭스 형태로 배치된 복수의 제1 전극을 포함하고,
    상기 송신부는
    제2 압전 부재; 및
    상기 제2 압전 부재의 상부, 하부 또는 중간 중 적어도 한 곳에 배치된 제2 전극을 포함하는 압전 초음파 변환 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 제1 압전 부재는 제1 압전 물질을 포함하고, 상기 제2 압전 부재는 제2 압전 물질을 포함하고,
    상기 제1 압전 물질의 전압 출력 상수는 상기 제2 압전 물질의 전압 출력 상수보다 크고,
    상기 제2 압전 물질의 압전 상수는 상기 제1 압전 물질의 압전 상수보다 큰 압전 초음파 변환 장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 수신부의 상기 복수의 제1 전극은
    제1 수평 방향으로 서로 이격되어 배치된 복수의 제1 하부 전극; 및
    제1 수평 방향과 교차하는 제2 수평 방향으로 서로 이격되어 배치된 복수의 제1 상부 전극을 포함하고,
    상기 수신부의 상기 제1 압전 부재는
    서로 이격되어 매트릭스 형태로 상기 제1 하부 전극과 상기 제1 상부 전극 사이에 배치된 복수의 압전 기둥을 포함하는 압전 초음파 변환 장치.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 수신부는
    상기 압전 기둥 사이에 배치되는 충진 부재;
    상기 복수의 제1 상부 전극을 에워싸며 배치된 상부 전극 보호부; 및
    상기 복수의 제1 하부 전극을 에워싸며 배치된 하부 전극 보호부를 더 포함하는 압전 초음파 변환 장치.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 수신부는 상기 제1 압전 부재 아래에 배치된 기판을 더 포함하고,
    상기 수신부의 상기 복수의 제1 전극은
    상기 제1 압전 부재의 하부와 상기 기판 사이에서 제1 수평 방향으로 이격되어 배치된 복수의 제1 하부 전극; 및
    상기 제1 압전 부재의 상부에 상기 제1 수평 방향과 교차하는 제2 수평 방향으로 이격되어 배치된 복수의 제1 상부 전극을 포함하는 압전 초음파 변환 장치.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 복수의 송신부 각각의 상기 제2 전극은
    상기 제2 압전 부재의 상부에 배치된 제2 상부 전극; 및
    상기 제2 압전 부재의 하부에 배치된 제2 하부 전극을 포함하는 압전 초음파 변환 장치.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 복수의 송신부 각각의 상기 제2 압전 부재는
    수평 방향으로 서로 이격되어 배치된 복수의 제2-1 압전 세그먼트를 포함하고,
    상기 복수의 송신부 각각의 상기 제2 전극은
    상기 복수의 제2-1 압전 세그먼트 각각의 상부에 배치된 제2 상부 전극 세그먼트; 및
    상기 복수의 제2-1 압전 세그먼트 각각의 하부에 배치된 제2 하부 전극 세그먼트를 포함하는 압전 초음파 변환 장치.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 복수의 제2-1 압전 세그먼트는 공기 또는 폴리머를 사이에 두고 서로 이격되어 배치된 압전 초음파 변환 장치.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 복수의 제1 전극으로부터 인출되며 수신된 초음파에 대응하는 전기적 신호를 받고, 상기 제2 압전 부재가 초음파를 생성하기 위해 필요한 펄스 신호를 제2 전극으로 인가하는 구동 제어부를 더 포함하는 압전 초음파 변환 장치.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 구동 제어부는 상기 송신부와 상기 수신부를 제어하여, 상기 초음파는 시차를 두고 송신 및 수신되는 압전 초음파 변환 장치.
  11. 제1 항에 있어서, 상기 제1 압전 부재는 세라믹 계열의 물질을 포함하고, 상기 제2 압전 부재는 폴리머 계열의 물질을 포함하는 압전 초음파 변환 장치.
  12. 제1 항에 있어서, 상기 압전 초음파 변환 장치는 디스플레이 패널의 하단에서, 화면 영역과 대응되는 위치에 배치되는 압전 초음파 변환 장치.
  13. 압전 초음파 변환 장치; 및
    생체 대상물에서 반사된 초음파에 해당하는 전기적 신호를 상기 압전 초음파 변환 장치로부터 받아서 상기 생체 대상물의 생체 정보를 분석하는 생체 정보 분석부를 포함하고,
    상기 압전 초음파 변환 장치는
    상기 생체 대상물에서 반사된 초음파를 수신하는 수신부;
    상기 수신부와 이격되어 상기 수신부 주위에 배치된 평면 형상을 갖고, 상기 생체 대상물로 초음파를 송신하는 복수의 송신부; 및
    상기 초음파를 생성하여 송신하도록 상기 복수의 송신부를 제어하고, 상기 수신부에서 수신된 초음파에 상응하는 전기적 신호를 받아서 상기 생체 정보 분석부로 출력하는 구동 제어부를 포함하고,
    상기 수신부는 초음파 송신력보다 초음파 수신력을 더 높이는 구성 또는 재질 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 송신부는 초음파 수신력보다 초음파 송신력을 더 높이는 구성 또는 재질 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 수신부는
    제1 압전 부재; 및
    상기 제1 압전 부재의 상부 또는 하부 중 적어도 한 곳에 매트릭스 형태로 배치되고, 수신된 초음파에 상응하는 상기 전기적 신호를 상기 구동 제어부로 전송하는 복수의 제1 전극을 포함하고,
    상기 송신부는
    제2 압전 부재; 및
    상기 제2 압전 부재의 상부, 하부 또는 중간 중 적어도 한 곳에 배치된 제2 전극을 포함하는 생체 정보 측정 장치.
  14. 활성 영역을 포함하는 디스플레이 패널; 및
    상기 디스플레이 패널 하단에서, 상기 활성 영역과 대응하는 영역에 배치되는 압전 초음파 변화 장치를 포함하고,
    상기 압전 초음파 변화 장치는
    초음파를 수신하는 수신부; 및
    상기 수신부와 이격되어 상기 수신부 주위에 배치된 평면 형상을 갖고, 초음파를 송신하는 복수의 송신부를 포함하고,
    상기 수신부는 초음파 송신력보다 초음파 수신력을 더 높이는 구성 또는 재질 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 송신부는 초음파 수신력보다 초음파 송신력을 더 높이는 구성 또는 재질 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 수신부는
    제1 압전 부재; 및
    상기 제1 압전 부재의 상부 또는 하부 중 적어도 한 곳에 매트릭스 형태로 배치된 복수의 복수의 제1 전극을 포함하고,
    상기 송신부는
    제2 압전 부재; 및
    상기 제2 압전 부재의 상부, 하부 또는 중간 중 적어도 한 곳에 배치된 제2 전극을 포함하는 디스플레이 장치.
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