KR100682961B1 - 회전형 마이크로 미러 - Google Patents

Abstract

고속으로 구동하면서도 큰 구동각도를 가지면서 구조적 안정성이 개선된 회전형 마이크로 미러를 개시한다. 개시된 본 발명에 의한 회전형 마이크로 미러는, 기판, 광을 반사하며 회전 가능한 반사판, 상기 반사판이 상기 기판으로부터 부유되도록 상기 반사판을 양단에서 지지하며 상기 반사판의 회전 구동시 회전축이 되는 한 쌍의 비틀림 스프링, 상기 비틀림 스프링과는 연결되지 않고 상기 반사판과는 연결되며 상기 비틀림 스프링을 축으로 대칭으로 형성된 한 쌍의 프레임, 상기 반사판과 상기 프레임을 연결하는 프레임 지지부, 및 상기 프레임에 설치되는 이동콤과 이 이동콤에 대응되게 위치하도록 상기 기판에 설치되는 정전기력 발생을 위한 고정콤을 구비하는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

레이저, 마이크로 미러, 광스캐너, 콤(COMB), MEMS, 모멘트

Description

회전형 마이크로 미러{Rotational micro mirror}

도 1a 및 1b는 일반적인 마이크로 미러의 구조를 개략적으로 나타낸 평면도,

도 2는 도 1에 나타낸 마이크로 미러의 작용을 설명하기 위한 도면,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 미러의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도,

도 4는 도 3에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 미러의 작용을 설명하기 위한 도면

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10;반사판 20,20';비틀림 스프링

30;프레임

40;이동콤 50;고정콤

60;프레임 지지부

본 발명은 회전형 마이크로 미러에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 레이저 TV 등과 같은 디스플레이 장치에서 레이저 빔을 스캐닝하는 광스캐너로 이용 가능 한 마이크로 미러 및 그 제조방법에 관한 것이다.

멀티미디어 시대의 도래에 따라 대형 디스플레이에 대한 요구가 증대되고 있으며, 다양한 방식의 대형 디스플레이 장치들이 속속 개발되고 있다. 레이저 TV는 저가격으로 대형이면서 고해상도를 구현할 수 있는 차세대 디스플레이 장치로 제안되고 있다.

이러한 레이저 TV는 RGB 영상신호에 따라 레이저 다이오드 모듈에서 출사되는 레이저 빔을 수평 및 수직 방향으로 스캐닝하는 광스캐너를 구비한다. 상기 광스캐너로는 MEMS(Micro-Electro Mechanical System) 기술을 근간으로 제조되는 마이크로 미러가 사용된다.

도 1a 및 1b는 종래 일반적으로 알려지고 있는 마이크로 미러의 예들을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 상기 마이크로 미러의 작용을 설명하기 위한 도면이다.

도면들을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 마이크로 미러는 광을 반사하는 회전 가능한 미러부(1), 상기 미러부(1)의 양단에 연결되어 미러부(1)를 지지하며 미러부(1)가 회전할 때 회전축이 되는 한 쌍의 스프링부(2, 2') 및 상기 미러부(1)를 회전시키는 구동부를 구성하는 이동콤(3) 및 고정콤(4)을 구비한다.

상기 이동콤(3) 및 고정콤(4)은 각각 다수의 콤-핑거들을 구비한다. 상기 이동콤(3)은 도 1a에서와 같이 미러부(1)에 설치될 수도 있고, 또는 도 1b에서와 같이, 스프링부(2,2')에 설치될 수도 있다. 또한, 상기 고정콤(4)은 도 2에서와 같이, 상기 이동콤(3)의 하부 또는 상부에 설치되는데, 상기 고정콤(4)의 콤-핑거들 사이에 상기 이동콤(3)의 콤-핑거들이 깍지 끼워지도록 배치되어 있다.

따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 이동콤(3)의 좌우측 콤-핑거(3a,3b)를 각각 마이너스(-)로 대전시키고 고정콤(4)의 좌우측 콤-핑거(4a,4b) 중 일측 콤-핑거(4a)에 플러스(+) 전압을 인가하면, 이동콤(3)의 콤-핑거(3a)와 고정콤(4)의 콤-핑거(4a) 사이에 정전력이 발생하면서 미러부(1)가 스프링부(2)를 중심으로 도면에서 점선으로 도시한 바와 같이 회전 구동하게 된다. 그리고 고정콤(4)의 반대측 콤-핑거(4b)에 플러스(+) 전압을 인가하면, 미러부(1)가 반대 방향으로 회전 구동하게 된다. 이러한 미러부(1)의 회전 구동에 의해 입사광은 소정의 각 범위로 연속적이고 균일하게 반사되면서 주사면에 스캐닝된다.

여기서, 상기 마이크로 미러의 구동속도는 디스플레이 장치의 해상도와 관계가 있으며, 구동각도는 화면 크기와 관계가 있다. 즉, 마이크로 미러의 구동속도가 빠를수록 해상도는 높아지며, 구동각도가 클수록 화면은 커진다. 따라서, 대형 및 고해상도의 레이저 TV 구현을 위해서는 고속으로 구동하면서도 큰 구동각도를 가지는 광스캐너, 즉 마이크로 미러의 확보가 필수적이다.

그러나, 마이크로 미러의 구동속도와 구동각도는 서로 상충 관계에 있기 때문에, 마이크로 미러의 구동속도를 빠르게 하면서 구동각도를 크게 하는 데는 어려움이 있다. 한편, 마이크로 미러의 구동각도를 크게 하기 위하여, 공진구동을 이용하는 방법이 있다. 그러나, 이 방법은 제작상의 오차로 미러의 고유 주파수를 구동 주파수에 맞추기가 어려워 수율이 매우 낮으며 따라서 주파수 조정을 위한 튜닝(Tunning) 구조가 요구되는 등의 문제가 있다.

종래 일반적으로 알려져 있는 도 1a에 도시한 바와 같은 마이크로 미러는 미러부(1)의 측면에 이동콤(3)을 설치하고 있는데, 이 경우, 미러부(1)의 회전중심에서부터의 거리(D₁)가 멀기 때문에, 같은 수의 콤을 사용하는 경우, 도 1b에 나타낸 스프링부(2,2')에 이동콤(3)을 설치하는 경우에 비하여 모멘트(Moment)가 크다. 그러나, 이는 이동콤(3)의 수가 제한될 뿐만 아니라 많은 수의 이동콤(3)을 설치하기 위해서는 미러부(1)가 커져야 하기 때문에 회전관성모멘트(moment of inertia)가 커짐으로써 미러의 고유주파수가 낮아져 구동속도를 빠르게 할 수 없다는 단점이 있다.

한편, 도 1b에 나타낸 바와 같은 마이크로 미러는, 스프링부(2,2')에 이동콤(3)을 설치하고 있는데, 이는 도 1a에 나타낸 구조의 미러에 비하여 이동콤(3)의 수를 증가시키면서도 회전관성모멘트의 크기를 작게 할 수 있다. 그러나, 중심축에서부터의 거리(D₂)가 짧아서 모멘트가 작게 발생되기 때문에 만족할만한 구동각도를 얻을 수 없다. 또한, 이 경우는 공정 오차 등으로 인해 스프링부(2,2')의 강성(즉, 탄성계수)이 일정하지 않게 되는 문제도 있다.

즉, 종래 알려지고 있는 상술한 바와 같은 마이크로 미러는 그 구조상 빠른 구동속도와 큰 구동각도를 동시에 만족시키는데 한계가 있으며, 따라서, 대형 및 고해상도 레이저 TV용 광스캐너로는 적합하지 않다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 회전관성모멘트는 감 소되면서 모멘트는 증가하도록 구조를 개선함으로써 큰 구동각도를 갖는 고속 광스캐너로 사용할 수 있는 회전형 마이크로 미러를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 회전관성모멘트는 감소되면서 모멘트는 증가시키되, 미러의 고속 동작에서 발생되는 변형 문제를 최소화 할 수 있는 구조를 제공 함으로써, 본 발명에 의한 미러를 사용하는 디스플레이 장치의 화질을 개선하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 회전형 마이크로 미러는, 기판, 광을 반사하며 회전 가능한 반사판, 상기 반사판이 상기 기판으로부터 부유되도록 상기 반사판을 양단에서 지지하며 상기 반사판의 회전 구동시 회전축이 되는 한 쌍의 비틀림 스프링, 상기 비틀림 스프링과는 연결되지 않고 상기 반사판과는 연결되며 상기 비틀림 스프링을 축으로 대칭으로 형성된 한 쌍의 프레임, 상기 반사판과 상기 프레임을 연결하는 프레임 지지부, 및 상기 프레임에 설치되는 이동콤과 이 이동콤에 대응되게 위치하도록 상기 기판에 설치되는 정전기력 발생을 위한 고정콤을 구비하는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 반사판은 그 형상을 한정하는 것은 아니나, 광 반사를 위한 최소의 면적을 가지는 원형으로 형성하는 것이 바람직하다.

한 쌍의 비틀림 스프링은 반사판의 회전축이 상기 반사판의 체적 중심을 지나도록 형성된 것이 바람직하며, 반사판의 회전 구동시 비틀림 운동을 한다. 　또한, 비틀림 스프링의 단면은 일정하지 않은 것이 바람직하며, 반사판에 가까운 쪽 의 단면은 넓고 반사판에서 먼 쪽의 단면은 좁은 것이 바람직하다. 　이렇게 함으로써, 반사판의 회전 구동시에 반사판과 비틀림 스프링이 만나는 부위에 스트레스가 집중되는 것을 방지할 수 있다.

프레임 지지부는 반사판과 비틀림 스프링이 만나는 부위와 프레임을 연결하는 것이 바람직하다. 이러한 프레임 지지부는, 예컨대, 적어도 4개인 것이 바람직하다.

상기 프레임은 상기 반사판의 둘레를 감싸는 곡선형일 수 있다.

상기 이동콤은 다수의 콤-핑거들을 구비하며, 상기 이동콤의 다수의 콤-핑거들은 프레임의 외주면에 배치된다. 또한, 상기 이동콤의 콤-핑거들은 반사판의 회전축에 수직 방향으로 형성되는 것이 좋으나, 이들의 형상을 상기의 경우로 꼭 한정하는 것은 아니다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 마이크로 미러의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 4는 그 작용을 보인 것이다

도면에서 보는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 회전형 마이크로 미러에서 광을 반사하는 반사판(10)은 광 반사를 위한 최소의 면적을 가지는 원형으로 형성되어 있다. 상기 반사판(10)의 형상을 도시된 예와 같이 반드시 원형으로 한정하는 것은 아니나, 원형의 경우가 회전관성모멘트를 크게 증가시키지 않기 때문에 바람직하다. 여기서, 상기 반사판(10)의 반경은 사용하고자 하는 광의 반경에 따라 적절하게 조절 가능하다.

상기와 같은 반사판(10)은 한 쌍의 비틀림 스프링(20,20')을 중심축으로 하여 소정각도 범위 내에서 회전 구동한다. 상기 한 쌍의 비틀림 스프링(20,20')은 상기 반사판(10)를 지지하며, 반사판(10)의 회전 구동시 비틀림 운동을 한다. 이때, 반사판(10)의 회전축이 상기 반사판(10)의 체적 중심을 지나도록 상기 비틀림 스프링(20,20')이 형성되어야 상기 반사판(10)의 초기 처짐이 없고, 회전 구동시 마이크로 미러의 안정적인 동작이 가능하다. 도3에서는, 비틀림 스프링(20,20')의 단면이 일정하지 않고, 반사판(10)에 가까운 쪽(20a,20a')의 단면은 넓고 반사판(10)에서 먼 쪽(20b,20b')의 단면은 좁은 것으로 도시하였다. 그러나, 이는 반사판(10)의 회전 구동시 반사판(10)과 비틀림 스프링(20,20')이 만나는 부위에 스트레스가 집중되는 것을 방지하기 위함이며, 반드시 비틀림 스프링(20,20')의 단면이 일정하지 않을 필요는 없다.

한편, 한 쌍의 프레임(30,30')은 상기 비틀림 스프링(20)(20')을 축으로 대칭이 되도록 반사판(10)을 감싸는 곡선형으로 형성되어 있다. 여기서, 상기 한 쌍의 프레임(30,30')은 상기 비틀림 스프링(20,20')과는 직접 연결되지 않으며, 반사판(10)의 양측면 및 상기 반사판(10)으로부터 돌출된 프레임 지지부(60)와 연결된다. 이러한 프레임(30,30')은 이동콤(40)을 지지하면서, 정전인력에 의해 고정콤(50)(도 4참조)으로부터 이동콤(40)에 전달되는 구동력을 반사판(10)에 전달하는 역할을 한다. 또한, 원형 반사판(10)의 외주면에 상기 곡선형 프레임(30,30')의 일부만이 외접되도록 배치됨으로써, 서로 접촉되지 않은 반사판(10)의 외주면과 프레임(30,30')의 사이에 소정의 공간(S)이 형성된다. 상기 공간(S)은 반사판(10)의 회 전 구동시 공기의 유동을 좋게 함으로써 반사판(10)의 회전 구동이 원활히 이루어지도록 하기 위한 것이다.

프레임 지지부(60)는, 반사판(10)과 비틀림 스프링(20,20')이 만나는 부위에서 도출되어 프레임(30,30')의 내주면을 연결함으로써, 상기 프레임(30,30')을 지지하여 구조적인 안정성을 도모하는 역할을 한다. 도3에서는 하나의 프레임에 2개의 프레임 지지부가 형성되어 있으나, 반드시 그러할 필요는 없으며, 하나의 프레임에 4개 이상의 프레임 지지부가 사용될 수도 있다.

이동콤(40)은 다수의 콤-핑거를 구비한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이동콤(40)의 다수의 콤-핑거들은 상기 프레임(30,30')의 외주면에 일정한 간격을 유지하여 배치된다. 따라서, 종래의 구조와 비교하여 보면, 본 발명의 구조는 보다 많은 수의 콤-핑거를 가지는 이동콤(40)의 설치가 가능하면서도, 회전관성모멘트에 영향을 미치는 반사부(10)의 면적 등은 오히려 종래보다 작아진다.

고정콤(50)도 역시 다수의 콤-핑거를 구비한다. 상기 고정콤(50)의 다수의 콤-핑거들은 도 4에서 보는 바와 같이, 상기 이동콤(40)의 하부에 위치하도록 배치되며 기판(도시되지 않음)에 고정된다. 이 때, 상기 이동콤(40)의 콤-핑거들과 고정콤(50)의 콤-핑거들은 서로 깍지 끼워지도록 배치된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 회전형 마이크로 미러에서, 프레임(30,30')에 배치된 이동콤(40)에는 이와 맞물리도록 설치된 도 4에 도시한 바와 같은 고정콤(50)에 의해 정전기력이 작용된다. 이 정전기력은 반사판(10)의 비틀림 스프링(20,20')을 축으로 하는 중심축에 대해 회전력을 유발되게 한다. 즉, 이동콤(40)의 좌우측 콤-핑거(40a,40b)를, 예컨대, 각각 마이너스(-)로 대전시키고 고정콤(50)의 좌우측 콤-핑거(50a,50b) 중 일측 콤-핑거(50a)에 플러스(+) 전압을 인가하면, 이동콤(40)의 콤-핑거(40a)와 고정콤(50)의 콤-핑거(50a) 사이에 정전기력이 발생한다. 따라서 반사판(10)은 비틀림 스프링(20,20')을 중심으로 회전하게 되는데, 고정콤(50)의 전압을 일정한 구동 주파수로 걸어주면 반사판(10)은 구동 주파수로 반복 회전 운동하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 회전관성모멘트가 크게 증가되지 않으면서 모멘트는 크게 할 수 있는 구조의 마이크로 미러의 구현이 가능하다.

또한 회전관성모멘트는 감소되면서 모멘트는 증가되고, 동시에 마이크로 미러의 고속 동작에서 발생되는 변형은 최소화 되는 구조의 실현이 가능하므로, 회전형 마이크로 미러를 사용하는 레이저 디스플레이 장치의 화질을 개선하는 효과가 있다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (10)

1. 기판;

   광을 반사하며 회전 가능한 반사판;

   상기 반사판이 상기 기판으로부터 부유되도록 상기 반사판을 양단에서 지지하며, 상기 반사판의 회전 구동시 회전축이 되는 한 쌍의 비틀림 스프링;

   상기 비틀림 스프링과는 연결되지 않고, 상기 반사판의 양측과 연결되며, 상기 비틀림 스프링을 축으로 대칭으로 형성된 한 쌍의 프레임;

   상기 반사판과 상기 프레임을 연결하는 프레임 지지부; 및

   상기 프레임에 설치되는 이동콤과 상기 이동콤에 대응되도록 상기 기판에 설치되는 정전기력 발생을 위한 고정콤을 구비하는 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 마이크로 미러.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 반사판은 원형인 것을 특징으로 하는 회전형 마이크로 미러.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 반사판의 회전축이 상기 반사판의 체적 중심을 지나도록 상기 비틀림 스프링이 형성된 것을 특징으로 하는 회전형 마이크로 미러.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 비틀림 스프링의 단면이 일정하지 않은 것을 특징으로 하는 회전형 마이크로 미러.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 비틀림 스프링의 단면은 상기 반사판에 가까운 쪽이 상기 반사판에서 먼 쪽 보다 넓은 것을 특징으로 하는 회전형 마이크로 미러.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 프레임 지지부는 상기 반사판과 상기 비틀림 스프링이 만나는 부위와 상기 프레임의 내주면을 연결하는 것을 특징으로 하는 회전형 마이크로 미러.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 프레임 지지부는 적어도 4 개인 것을 특징으로 하는 회전형 마이크로 미러.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 프레임은 상기 반사판의 둘레를 감싸는 곡선형인 것을 특징으로 하는 회전형 마이크로 미러.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 이동콤은 다수의 콤-핑거들을 구비하며, 상기 이동콤의 다수의 콤-핑거들은 상기 프레임의 외주면에 배치된 것을 특징으로 하는 회전형 마이크로 미러.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 프레임의 외주면에 설치되는 상기 이동콤의 콤-핑거들은 상기 반사판의 회전축에 수직 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 회전형 마이크로 미러.

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