KR100707193B1 - 복층 구조의 콤전극을 구비한 광스캐너 - Google Patents

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Abstract

복층 구조의 콤전극을 구비한 광스캐너가 개시된다. 개시된 복층 구조의 콤전극을 구비한 광스캐너는: 제1 방향으로 시이소 운동하는 스테이지; 상기 스테이지의 시이소 운동을 지지하는 지지부; 상기 스테이지의 상기 제1방향의 마주보는 양측에서 바깥쪽으로 연장된 구동 콤전극과, 상기 구동 콤전극과 대면하는 상기 지지부에서 상기 구동콤전극과 교호적으로 배치되게 연장된 고정콤전극을 구비하는 스테이지 구동부; 및 상기 지지부의 하부에서 상기 스테이지의 회동공간이 형성된 기판;을 구비하며, 상기 스테이지, 상기 지지부 및 상기 스테이지 구동부는 각각 복수 개의 도전층과 상기 도전층 사이의 절연층으로 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

복층 구조의 콤전극을 구비한 광스캐너{Laser scanner having multi-layered comb drive}
도 1은 종래의 광스캐너의 평면도이다.
도 2은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광스캐너의 개략적 사시도이다.
도 4는 도 3의 평면도이다.
도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ 선단면도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광스캐너의 작동원리를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광스캐너의 전기적 경로를 설명하기 위한 평면도이다.
도 8은 광스캐너의 각 층에 전극패드를 형성하기 위한 구조의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 9a는 구동각도에 따른 구동전극의 제3층 및 고정전극의 제1~제3층 사이의 커패시턴스의 변화율을 플로팅한 그래프이며, 도 9b는 구동전극 및 고정전극을 간략하게 표현한 도면이다.
도 10은 단층 구조의 고정 콤전극 및 구동 콤전극을 구비하는 광스캐너의 구 동을 시뮬레이션한 결과의 그래프이다.
도 11은 본 발명에 따른 3층 구조의 고정콤전극 및 구동콤전극을 구비하는 광스캐너의 구동을 시뮬레이션한 결과의 그래프이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광스캐너의 개략적 사시도이다.
도 13는 도 12의 평면도이다.
도 14는 도 12의 ⅩⅣ-ⅩⅣ 선단면도이다.
도 15는 본 발명의 제2실시예에 따른 광스캐너의 전기적 경로를 설명하는 평면도이다.
본 발명은 MEMS(Micro Electro-Mechanical System)기술로 제조되는 광스캐너에 관한 것으로, 보다 상세하게는 동일한 평면에서 복층으로 형성된 콤 전극을 구비하는 광스캐너에 관한 것이다.
광스캐너는 대형 디스플레이 장치에서 광(레이저 광)을 주사하는 데 사용될 수 있다. 광스캐너인 액츄에이터의 구동속도는 디스플레이장치의 해상도와 관계가 있으며, 구동각도는 화면 크기와 관계가 있다. 즉, 마이크로 미러의 구동속도가 빠를수록 해상도는 높아지며, 구동각도가 클수록 대형 디스플레이 장치에 사용될 수 있다. 따라서, 대형 및 고해상도의 디스플레이 구현을 위해서는 고속으로 구동하면서도 큰 구동각도를 가지는 액츄에이터의 확보가 필수적이다.
그러나, 액츄에이터의 구동속도와 구동각도는 서로 상충 관계(trade-off relation)에 있기 때문에, 액츄에이터의 구동속도를 빠르게 하면서 구동각도를 크게 하는데는 어려움이 있다.
도 1은 종래의 광스캐너의 평면도이며, 도 2은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선단면도이다. 도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 파이렉스 유리 등으로 된 기판(5) 상방에 스테이지(stage, 1)가 그 양측을 지지하는 토션스프링(2) 및 앵커(6)에 의해서 현가되어 있다. 상기 스테이지(1)의 양측에는 구동 콤전극(3)이 다수 나란하게 소정 길이로 형성되어 있다. 상기 기판(5)의 상면에는 상기 구동 콤전극(3)들과 교차되게 위치하는 고정 콤전극(4)이 다수 나란하게 형성되어 있다.
상기와 같은 구조의 광스캐너는 구동 콤 전극(3) 및 고정 콤 전극(4) 사이의 정전기력에 의해 상기 스테이지(1)가 시이소 운동을 하게 된다. 예를 들어 토션스프링(2)을 중심축으로 하여 왼쪽에 위치하는 고정 콤 전극(4)에 소정의 전압(Vd1)을 인가하면, 구동 콤 전극(3) 및 고정 콤 전극(4)들 사이에 정전력이 발생되어서 구동콤전극(3)이 구동되며, 따라서 스테이지(1)가 왼쪽으로 움직인다. 그리고 오른쪽에 위치하는 고정콤전극(4)에 소정의 전압(Vd2)을 인가하면, 구동콤전극(3) 및 고정 콤 전극(4)들에 의해 인력이 작용하여 스테이지(1)가 오른쪽으로 움직인다. 제자리로 복귀하는 것은 토션스프링(2)의 탄성계수를 이용한 자체 복원력에 의한다. 왼쪽과 오른쪽에 반복적으로 구동전압을 인가하여 교대로 정전기력을 발생시킴으로써 상기 스테이지(1)의 시이소 운동이 발생하게 된다.
종래의 광스캐너는 2장의 웨이퍼를 사용하여 콤전극들을 정렬되게 하기 위해 서 고정콤전극 및 구동콤전극 사이의 갭(도 1의 g 참조)을 정렬오차 1 ㎛를 고려하여 4 ㎛ 되게 설계한다. 따라서 동일한 스테이지의 측면에 형성되는 구동콤 전극의 수가 제한되며, 구동력(driving force)가 작아질 수 있다.
상기 구동력에 의한 스테이지의 회전방정식은 식 1과 같다.
(식 1)
Figure 112005028889420-pat00001
여기서, I 는 스테이지의 관성모멘트, ??는 구동각이며, C는 댐핑 상수이며, K는 토션스프링 상수, M은 구동 전압 에 의한 가진 토크이다.
고주파수에서 구동각도를 증가시키기 위해서는 콤전극에 의한 구동력을 증가시켜야 하며, 이를 위해서는 동일한 크기의 스테이지에서 구동콤 전극 및 고정 콤전극 사이의 간격을 좁혀서 콤전극 수를 증가시켜야 한다.
본 발명의 목적은 구동시 구동력을 증가시켜서 구동각도를 증가시킨 복층 구조의 콤전극을 구비한 광스캐너를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 복층 구조의 콤전극을 구비한 광스캐너는: 제1 방향으로 시이소 운동하는 스테이지;
상기 스테이지의 시이소 운동을 지지하는 지지부; 및
상기 스테이지의 상기 제1방향의 마주보는 양측에서 바깥쪽으로 연장된 구동 콤전극과, 상기 구동 콤전극과 대면하는 상기 지지부에서 상기 구동콤전극과 교호적으로 배치되게 연장된 고정콤전극을 구비하는 스테이지 구동부;를 구비하며,
상기 스테이지, 상기 지지부 및 상기 스테이지 구동부는 각각 복수의 도전층과 상기 도전층 사이의 절연층으로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 도전층은 3층으로 형성될 수 있다.
상기 지지부는:
상기 제1 방향과 수직방향에서 상기 스테이지의 마주보는 양측으로부터 나란하게 연장되는 한 쌍의 토션스프링; 및
상기 토션스프링의 일단과 연결되는 테두리형 고정프레임;을 구비하며, 상기 고정콤전극은 상기 고정프레임의 마주보는 양측에 형성된다.
상기 구동콤전극의 각 도전층은 상기 토션스프링의 각 도전층을 통해서 구별되게 통전되며,
상기 고정프레임의 각 도전층은 상기 구동콤전극과 상기 고정콤전극에 구별되게 전압을 인가하도록 적어도 3개의 전기적 절연부가 형성된다.
본 발명의 일 국면에 따르면, 상기 고정프레임에는 최상 도전층의 하부층은 각각 바깥으로 연장되고, 각 도전층의 노출된 상부에는 각각 전극패드가 형성된다.
상기 구동콤전극 및 상기 고정콤전극은 실질적으로 동일한 평면에 형성된다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 복층 구조의 콤전극을 구비한 광스캐너는:
제1 방향으로 시이소 운동하는 스테이지;
상기 스테이지를 지지하는 제1 지지부;
상기 스테이지의 상기 제1방향의 마주보는 양측에서 바깥쪽으로 연장된 제1구동 콤전극과, 상기 제1구동 콤전극과 대면하는 상기 제1지지부에서 상기 제1구동콤전극과 교호적으로 배치되게 연장된 제1고정콤전극을 구비하는 스테이지 구동부;
상기 제1방향과 직교하는 제2방향으로 상기 제1 지지부가 시이소 운동하도록 상기 제1 지지부를 지지하는 제2 지지부; 및
상기 제1 지지부에 설치된 제2 구동 콤전극과, 상기 제2 구동 콤전극에 대응되게 형성된 제2 고정 콤전극을 구비하는 제1 지지부 구동부;를 구비하며,
상기 스테이지, 제1지지부, 스테이지 구동부, 제2지지부, 제1지지부 구동부는 각각 복수의 도전층과 상기 도전층 사이의 절연층으로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 제1 지지부는:
상기 스테이지의 양측으로부터 상기 제2 방향에 나란하게 연장되는 한 쌍의 제1 토션스프링; 및
상기 제1 토션스프링 각각이 연결되는 상호 나란한 한 쌍의 제1 부분과, 상기 제2 방향에 나란하게 연장되는 한 쌍의 제2 부분을 구비하는 4각 테두리형 운동 프레임;을 구비할 수 있다.
상기 제2 지지부는:
상기 제1 지지부의 제2 부분으로부터 상기 제1 방향으로 연장된 한 쌍의 제2 토션스프링과, 상기 제2 토션스프링이 연결되는 나란한 한 쌍의 제2 부분과 상기 제1 방향에 나란하게 연장되는 한 쌍의 제1 부분을 가진 4각 테두리형 고정 프레임;을 구비할 수 잇다.
상기 제1지지부 구동부는:
상기 운동프레임으로부터 상기 제2토션스프링과 나란하게 연장된 제1연장부재를 구비하며,
상기 제2구동콤전극은 상기 제1연장부재로부터 마주보는 상기 제2지지부의 제1부분 방향으로 연장되며,
상기 제2고정콤전극은 상기 제2 지지부로부터 상기 제1연장부재에 대응되게 연장된 제2연장부재로부터 연장되게 형성될 수 있다.
상기 제1구동콤전극의 각 도전층은 상기 하나의 제2토션스프링의 각 도전층을 통해서 통전되며,
상기 제1고정콤전극 및 제2구동콤전극의 각 도전층은 상기 다른 하나의 제2토션스프링의 각 도전층을 통해서 통전되며,
상기 제2고정콤전극의 각 도전층에는 상기 고정프레임의 각 도전층을 통해서 통전될 수 있다.
본 발명의 일 국면에 따르면, 상기 제1구동콤전극에는 고주파 스위칭 전압이 인가되며,
상기 제1고정콤전극 및 제2구동콤전극에는 고정된 전압이 인가되며,
상기 제2고정콤전극에는 저주파 스위칭 전압이 인가된다.
이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 복층 구조의 콤전극을 구비한 광스 캐너의 바람직한 실시예를 설명한다. 이하의 실시예의 설명에서, 도면에 도시된 구성요소들은 필요에 따라 과장되게 표현되거나, 도면의 복잡성을 피하고 이해를 돕기 위해 특정 도면에서 생략될 수 있고, 이러한 변형된 도면 상의 표현은 본원 발명의 기술적 범위를 제한하지 않음을 밝힌다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광스캐너의 개략적 사시도이며, 도 4는 도 3의 평면도이며, 도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ 선단면도이다.
도 3 내지 도 5를 함께 참조하면, 파이렉스 유리 등으로 된 기판(110) 상방에 스테이지(stage, 120)가 그 양측을 지지하는 지지부에 의해서 현가되어 있다. 상기 지지부는, 상기 스테이지(120)의 양측 가장자리의 중간부분에 연결되어 상기 스테이지(120)의 시이소 운동을 지지하는 토션스프링(130)과, 이 토션스프링(130)을 기판(110) 상에 현가되도록 지지하는 사각 테두리형 고정프레임(140)을 구비한다.
상기 스테이지(110)의 상면에는 광주사면인 거울면(미도시)이 형성되어 있고, 그 양측에는 구동 콤전극(122)이 다수 나란하게 소정 길이로 형성되어 있다. 상기 고정프레임(140)에는 상기 구동 콤전극(122)들과 교차되게 위치하는 고정 콤전극(142)이 형성되어 있다. 상기 구동 콤전극(122)과, 이에 대응하는 상기 고정 콤전극(142)은 중앙선(CL)을 중심으로 그 양쪽으로 분할되어 있다.
상기 스테이지(110), 지지부, 구동콤전극(122) 및 고정콤전극(142)을 포함하는 스테이지 구동부는 각각 3층의 도전성 층, 예컨대 고농도로 도핑된 폴리실리콘 층과, 폴리실리콘층 사이의 절연층, 예컨대 SiO2 층으로 형성되어 있다. 편의상 3층의 도전층은 아래로부터 제1층, 제2층, 제3층으로 칭한다.
한편, 본 발명의 콤전극들은 동일한 평면에 배치되며, 3층 구조의 기판을 사용시 한 장의 마스크로 콤전극들을 제조하므로, 콤전극들이 자기정렬(self-aligned)된다. 따라서, 구동콤전극 및 고정콤전극 사이의 간격을 종래의 기술에서 두장의 마스크 사용시의 정렬오차(1 ㎛)를 뺀 간격으로 보다 좁게 형성할 수 있다. 예컨대, 종래의 4 ㎛ 간격에서 본 발명에서는 구동콤전극 및 고정콤전극 사이의 간격을 3 ㎛ 으로 좁힐 수 있으며, 이는 콤전극수의 증가를 가져올 수 있으며, 이에 따라 콤전극 정전기력을 증가시킬 수 있게 된다.
상기 기판(110)은 상기 스테이지(120)의 회동을 위한 공간(112)이 마련되어 있다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 광스캐너의 작동원리를 설명하는 도면이며, 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용한다.
도 6a를 참조하면, 구동전극(122)이 화살표 방향으로 구동중일 때, 고정전극(142)의 제3층과 구동전극(122)의 제1층 사이에 소정의 전압차를 걸어주면, 고정전극 제3층과 구동전극(122) 제1층 사이에 정전기력(F)이 발생한다. 여기서, V는 소정의 전압, 예컨대 300 V DC 이며, G는 그라운드 전압을 나타낸다.
도 6b를 참조하면, 구동전극(122)의 제1층이 고정전극(142)의 제3층을 통과시 고정전극(142)에 걸리는 전압을 스위칭하면 구동전극(122)의 제1층과 고정전극 (142)의 제2층 사이에 정전기력이 발생하고, 구동전극(122)의 제2층 및 고정전극(142)의 제3층 사이에 정전기력이 발생된다. 따라서 구동전극(122)과 고정전극(142) 사이의 정전기력(2F)은 도 6a와 비교하여 대략 2배가 된다.
도 6c를 참조하면, 구동전극(122)의 제1층이 고정전극(142)의 제2층을 통과시 고정전극(142)에 걸리는 전압을 다시 스위칭하면 구동전극(122)의 제1층 및 고정전극(142)의 제1층, 구동전극(122)의 제2층 및 고정전극(142)의 제2층, 구동전극(122)의 제3층 및 고정전극(142)의 제3층 사이에는 각각 정전기력이 발생하며, 따라서 구동전극(122)과 고정전극(142) 사이의 정전기력(3F)은 도 6a와 비교하여 대략 3배가 될 수 있다. 따라서, 본 발명의 3층 구조의 콤전극을 구비한 광스캐너는 종래의 광스캐너와 비교하여 대략 3배의 정전기력이 발생하므로 종래의 광스캐너와 비교하여 구동각도가 증가될 수 있다.
도 6의 설명에서는 고정전극의 전압이 스위칭되는 것을 설명하였지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 반대로, 고정전극의 전압을 고정시키고, 구동전극의 전압을 스위칭하여도 된다.
도 7은 광스캐너의 전기적 경로를 설명하기 위한 평면도이다. 도면에서 어둡게 채색된 부분(IP)은 전기적 절연부(electrically isolated portion)이며, 참조번호 P1~P6은 외부 회로와의 결선을 위한 전극패드이다.
제1~제3 전극패드(P1~P3)는 스테이지의 제1~제3층에 각각 전기적으로 연결된다. 제4~제6 전극패드(P4~P6)는 고정콤전극(142)의 제1~제3층에 각각 전기적으로 연결된다.
스테이지(120)에 형성된 구동전극(122) 및 고정콤전극(142)의 제1층 및 제2층에 연결되는 전극패드(P1,P2,P4,P5)를 형성하기 위해서, 도 8에 도시된 것과 같이 해당부분의 제1층 및 제2층을 각각 노출되게 연장하고, 각 노출된 층의 상부에 전극 패드(P1,P2,P4,P5)를 형성하였다. 제1층의 하부 및 제3층의 상부에 설치된다.
도 7의 전극패드 배치에서는 구동 콤전극(122)의 제1층~제3층에 제1전압, 제2전압, 제1전압이 각각 인가되며, 고정 콤전극(142)의 제1층~제3층에는 고정 콤전극(142)의 위치에 따라서 각각 제1전압, 제2전압, 제1전압 또는 제2전압, 제1전압, 제1전압이 각각 인가된다. 따라서 고정 콤전극(142)에 인가되는 전압이 스위칭된다.
한편, 고정전극(142)에 인가되는 전압의 스위칭을 위해서는 구동전극(122)의 위치를 측정하는 수단이 요구된다. 즉, 도 6b에서 구동전극(122)의 제1층이 고정전극(142)의 제3층을 지나서 제2층으로 진입하는 순간을 측정하여 고정전극(142)의 전압을 스위칭하는 것이 필요하다.
구동전극(122)의 위치측정을 위한 수단으로는 구동전극(122)의 각 층과 고정전극(142)의 각 층과의 사이의 커패시턴스를 측정하도록 커패시턴스 측정회로(미도시)를 구비할 수 있다.
도 9a는 구동전극(122)의 구동각도에 따른 구동전극(122)의 제3층 및 고정전극(142)의 제1~제3층 사이의 커패시턴스의 변화율을 플로팅한 그래프이며, 도 8b는 구동전극(122) 및 고정전극(142)을 간략하게 표현한 도면이다. 도 9a에서 "1,2,3" 숫자는 구동전극(122) 및 고정전극(142)의 각 층을 가리킨다.
도 9a 및 도 9b를 함께 참조하면, 구동전극(122)의 제3층과 고정전극(142)의 제1층 사이의 커패시턴스(C31)은 서로 겹쳐지는 시점(T1)에서 증가하다가 구동전극(122)의 상부가 고정전극(142)의 제1층의 상부를 통과하는 시점(T2)부터 커패시턴스 변화율이 감소한다. T2 시점에서 커패시턴스 변화율(C31)은 제로(zero)가 된다. 이때 고정전극(142)에 인가되는 전압을 스위칭하여 구동전극(122)의 제3층과 고정전극(142)의 제2층 사이의 정전기력을 생성시키고, 아울러 구동전극(122)의 제2층과 고정전극(142)의 제1층 사이의 정전기력을 발생시킨다. T2 시점은 구동전극(122)의 제3층과 고정전극(142)의 제2층 사이의 커패시턴스(C32)이 증가하기 시작하는 시점과 거의 일치한다.
동일한 방법으로, 구동전극(122)의 제3층과 고정전극(142)의 제2층 사이의 커패시턴스(C32)가 제로로 되는 T3 시점과, 구동전극(122)의 제3층과 고정전극(142)의 제3층 사이의 커패시턴스(C33)가 제로로 되는 T4 시점에서 고정전극(142)에 인가되는 전압을 각각 스위칭함으로써 구동전극(122) 및 고정전극(142) 사이의 구동력을 최고로 증가시킬 수 있게 된다.
도 10은 단층 구조의 고정 콤전극 및 구동 콤전극을 구비하는 광스캐너의 구동을 시뮬레이션한 결과의 그래프이며, 도 10은 본 발명에 따른 3층 구조의 고정콤전극 및 구동콤전극을 구비하는 광스캐너의 구동을 시뮬레이션한 결과의 그래프이다.
도 10을 참조하면, 구동전압이 300 V, 주파수가 22.5 kHz 인 공진구동에 있 어서 구동각도는 9.5ㅀ이며, 회전모멘트는 2.6 x 10-3 N.mm 이었다.
도 11을 참조하면, 구동전압이 300 V, 주파수가 22.5 kHz 인 공진구동에 있어서 구동각도는 21.7ㅀ이며, 회전모멘트는 12.5 x 10-3 N.mm이었다. 따라서, 본 발명에 따른 광스캐너가 종래의 광스캐너와 비교하여 구동각도 및 구동력이 증가됨을 알 수 있다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광스캐너의 개략적 사시도이며, 도 13는 도 12의 평면도, 도 14는 도 12의 ⅩⅣ-ⅩⅣ 선단면도이다.
도 12 내지 도 14를 참조하면, 파이렉스 등으로된 기판(210) 상방에 스테이지(200)가 그 양측을 지지하는 제1지지부에 의해 현가되어 있다.
상기 스테이지(200)는 제1 토션스프링(310) 및 사각 테두리형 운동 프레임(300)을 포함하는 제1 지지부에 의해 제1 방향(X 방향)으로 시이소 운동이 가능하게 지지된다. 상기 제1토션스프링(310)은 꼬불꼬불한 멘더스프링(meander spring) 구조로 형성되는 것이 바람직하다.
제1 지지부는 제2 토션스프링(410) 및 사각 테두리형 고정 프레임(400)을 포함하는 제2 지지부에 의해 제1방향과 직교하는 방향인 제2 방향(Y방향)으로 시이소 운동이 가능하게 지지된다. 따라서, 상기 스테이지(200)는 상기 제1 지지부 및 제2 지지부에 의해 2축 방향으로의 움직임이 가능하게 지지된다.
좀더 구체적으로 살펴보면, 스테이지(200)가 제2 방향으로 형성된 두 개의 제1 토션스프링(310)에 의해 사각 테두리형 운동 프레임(300)에 연결되어 있다. 따 라서, 상기 스테이지(300)는 제1 토션스프링(310)을 중심으로 시이소 운동이 가능하게 지지된다.
상기 사각 테두리형 운동 프레임(300)은 제1토션스프링(310)이 그 중앙에 연결되며, 제1 방향으로 나란한 두 개의 제1 부분(300x)과 후술하는 제2 토션스프링(410)이 그 중앙에 연결되며 제2방향으로 나란한 제2 부분(300y)을 구비한다. 상기 사각 테두리형 운동 프레임(300)의 둘레에는 이를 에워싸는 것으로, 제1 방향으로 연장되는 제1 부분(400x)과 제2 방향으로 연장되는 제2 부분(400y)을 갖춘 사각 테두리형 고정 프레임(400)이 마련된다. 고정 프레임(400)과 운동 프레임(300)은 각각의 제2 부분(300y, 400y)들 사이의 중앙에 위치하는 전술한 제2 토션스프링(410)에 연결된다. 상기 제2 토션스프링(410)은 제1 방향으로 연장된다. 따라서 운동 프레임(300)은 제2 토션스프링(410)을 중심으로 시이소 운동할 수 있게 지지된다.
상기 스테이지(300)의 시이소 운동을 발생시키는 스테이지 구동부는, 스테이지(200)의 외측에 형성된 제1 구동 콤전극(220) 및 운동프레임(300)으로부터 상기 제1구동 콤전극(220)과 엇갈리게 연장된 제1고정콤전극(320)을 구비한다. 이들 콤전극들은 수직으로 형성되며, 상호 대응되는 콤전극들은 실질적으로 동일한 평면상에 형성된다.
한편, 운동 프레임(300)과 고정 프레임(400) 사이에 제1지지부 구동부가 마련된다. 제2토션스프링(410)의 양측에 운동 프레임(300)의 제2 부분(300y)으로부터 이에 대면하는 고정 프레임(400)의 제2 부분(400y)방향으로 연장된 제1연장부재 (330)가 형성되어 있다. 제1연장부재(330)에는 제2 구동 콤전극(340)이 형성되어 있다. 고정 프레임(400)으로부터 연장되어 상기 제1연장부재(330)에 대응되게 제2연장부재(440)가 형성되어 있다. 상기 제2연장부재(440)의 상기 제1연장부재(330)과 마주보는 측면에 상기 제2구동 콤전극(340)과 대응되게 형성된 제2 고정 콤전극(450)이 형성되어 있다. 이들 콤전극들(340, 350)은 도 13에서 보듯이 상호 교호적으로 배치되어 있다.
스테이지(200), 제1지지부, 스테이지 구동부, 제2지지부, 제1 지지부 구동부는 각각 3층의 도전층, 예컨대 고농도로 도핑된 폴리실리콘층과, 폴리실리콘층 사이의 절연층, 예컨대 SiO2 층으로 형성되어 있다. 편의상 3층의 도전층은 아래로부터 제1층, 제2층, 제3층으로 칭한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 광스캐너는 복층으로 형성된 기판을 패터닝하여 콤전극 구조를 제조하므로 제조가 용이해지며, 각 도전층으로의 전기적 통로의 형성이 용이해 진다.
도 15는 본 발명의 제2실시예에 있어서, 스테이지(300)의 2축운동과 상기 제1 실시예에서 설명한 구동력 향상을 위한 복층 구조의 도전층에 구별되게 전압을 인가하기 위한 전기적 경로를 도시한 평면도이다. 도면에서 어둡게 채색된 부분(IP)은 전기적 절연부(electrically isolated portion)이며, 참조번호 P1~P12는 외부 회로와의 결선을 위한 전극패드이다.
도 15를 참조하면, 제1~제3 전극패드(P1~P3)는 하나의 토션스프링(410)의 각 층을 통해서 제1구동콤전극(220)의 각층으로 연결된다. 제4~제6 전극패드(P4~P6)는 제1고정콤전극(320) 및 제2구동콤전극(340)의 제1~제3층에 각각 전기적으로 연결된다. 제7~제9 전극패드(P7~P9) 및 제10~제12 전극패드(P10~P12)는 각각 제2고정콤전극(450)의 각 층으로 연결된다.
도 15의 전극패드 배치에서는 제1고정콤전극(320) 및 제2구동콤전극(340)의 제1~제3층에 제1전압, 제2전압, 제1전압이 각각 고정되게 인가되며, 제1구동콤전극(220)의 제1~제3층에 제1전압, 제2전압, 제1전압 또는 제2전압, 제1전압, 제1전압이 고주파로 스위칭된다. 제2고정콤전극(450)의 제1~제3층에는 저주파로 스위칭 전압이 인가된다. 이와 같이 고주파 스위칭 전압이 제1 구동콤 전극(340)에 인가되고, 제2 고정콤 전극(450)에 저주파 스위칭 전압이 인가되는 광스캐너는 평면 디스플레이용 영상 스캐너로 이용될 수 있다.
한편, 인가되는 전압의 스위칭을 위해서는 제1 및 제2 구동콤전극(220,340)의 위치를 측정하는 수단이 요구된다. 제1 및 제2 구동콤전극(220,230)의 위치측정을 위한 수단으로는 제1 및 제2 구동콤전극(220,230)의 각 층과 제1 및 제2고정콤전극(320,450)의 각 층과의 사이의 커패시턴스를 측정하도록 커패시턴스 측정회로(미도시)를 구비할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 광스캐너의 작용은 실질적으로 제1 실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
상기와 같은 본 발명의 광스캐너는 동일한 평면에 복층의 콤전극 구조를 가 지므로 한 장의 마스크로 콤전극을 형성할 수 있으며, 따라서 콤전극 사이의 간격을 좁힐 수 있어서 콤전극 수를 증가시킬 수 있다.
또한, 복층의 콤전극에 인가되는 전압을 스위칭함으로써 복층 콤전극 사이의 정전기력을 증가시킬 수 있다. 이러한 구동력의 증가는 구동각도의 증가를 가져온다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 고안의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (15)

  1. 제1 방향으로 시이소 운동하는 스테이지;
    상기 스테이지의 시이소 운동을 지지하는 지지부; 및
    상기 스테이지의 상기 제1방향의 마주보는 양측에서 바깥쪽으로 연장된 구동 콤전극과, 상기 구동 콤전극과 대면하는 상기 지지부에서 상기 구동콤전극과 교호적으로 배치되게 연장된 고정콤전극을 구비하는 스테이지 구동부;를 구비하며,
    상기 스테이지, 상기 지지부 및 상기 스테이지 구동부는 각각 복수의 도전층과 상기 도전층 사이의 절연층으로 형성된 것을 특징으로 하는 복층 구조의 콤전극을 구비한 광스캐너.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전층은 3층으로 형성된 것을 특징으로 하는 복층 구조의 콤전극을 구비한 광스캐너.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 지지부는:
    상기 제1 방향과 수직방향에서 상기 스테이지의 마주보는 양측으로부터 나란하게 연장되는 한 쌍의 토션스프링; 및
    상기 토션스프링의 일단과 연결되는 테두리형 고정프레임;을 구비하며, 상기 고정콤전극은 상기 고정프레임의 마주보는 양측에 형성된 것을 특징으로 하는 복층 구조의 콤전극을 구비한 광스캐너.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 구동콤전극의 각 도전층은 상기 토션스프링의 각 도전층을 통해서 구별되게 통전되며,
    상기 고정프레임의 각 도전층은 상기 구동콤전극과 상기 고정콤전극에 구별되게 전압을 인가하도록 적어도 3개의 전기적 절연부가 형성된 것을 특징으로 하는 복층 구조의 콤전극을 구비한 광스캐너.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 고정프레임에는 최상 도전층의 하부층은 각각 바깥으로 연장되고, 각 도전층의 노출된 상부에는 각각 전극패드가 형성된 것을 특징으로 하는 광스캐너.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 구동콤전극 및 상기 고정콤전극은 실질적으로 동일한 평면에 형성된 것을 특징으로 하는 복층 구조의 콤전극을 구비한 광스캐너.
  7. 제1 방향으로 시이소 운동하는 스테이지;
    상기 스테이지를 지지하는 제1 지지부;
    상기 스테이지의 상기 제1방향의 마주보는 양측에서 바깥쪽으로 연장된 제1 구동 콤전극과, 상기 제1구동 콤전극과 대면하는 상기 제1지지부에서 상기 제1구동콤전극과 교호적으로 배치되게 연장된 제1고정콤전극을 구비하는 스테이지 구동부;
    상기 제1방향과 직교하는 제2방향으로 상기 제1 지지부가 시이소 운동하도록 상기 제1 지지부를 지지하는 제2 지지부; 및
    상기 제1 지지부에 설치된 제2 구동 콤전극과, 상기 제2 구동 콤전극에 대응되게 형성된 제2 고정 콤전극을 구비하는 제1 지지부 구동부;를 구비하며,
    상기 스테이지, 제1지지부, 스테이지 구동부, 제2지지부, 제1지지부 구동부는 각각 복수의 도전층과 상기 도전층 사이의 절연층으로 형성된 것을 특징으로 하는 복층 구조의 콤전극을 구비한 광스캐너.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 도전층은 3층으로 형성된 것을 특징으로 하는 광스캐너.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 제1 지지부는:
    상기 스테이지의 양측으로부터 상기 제2 방향에 나란하게 연장되는 한 쌍의 제1 토션스프링; 및
    상기 제1 토션스프링 각각이 연결되는 상호 나란한 한 쌍의 제1 부분과, 상기 제2 방향에 나란하게 연장되는 한 쌍의 제2 부분을 구비하는 4각 테두리형 운동 프레임;을 구비하는 것을 특징으로 하는 광스캐너.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제2 지지부는:
    상기 제1 지지부의 제2 부분으로부터 상기 제1 방향으로 연장된 한 쌍의 제2 토션스프링과, 상기 제2 토션스프링이 연결되는 나란한 한 쌍의 제2 부분과 상기 제1 방향에 나란하게 연장되는 한 쌍의 제1 부분을 가진 4각 테두리형 고정 프레임;을 구비하는 것을 특징으로 하는 광스캐너.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제1지지부 구동부는:
    상기 4각 테두리형 운동프레임으로부터 상기 제2토션스프링과 나란하게 연장된 제1연장부재를 구비하며,
    상기 제2구동콤전극은 상기 제1연장부재로부터 마주보는 상기 제2지지부의 제1부분 방향으로 연장되며,
    상기 제2고정콤전극은 상기 제2 지지부로부터 상기 제1연장부재에 대응되게 연장된 제2연장부재로부터 연장되게 형성된 것을 특징으로 하는 광스캐너.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1구동콤전극의 각 도전층은 상기 하나의 제2토션스프링의 각 도전층을 통해서 통전되며,
    상기 제1고정콤전극 및 제2구동콤전극의 각 도전층은 상기 다른 하나의 제2토션스프링의 각 도전층을 통해서 통전되며,
    상기 제2고정콤전극의 각 도전층에는 상기 고정프레임의 각 도전층을 통해서 통전되는 것을 특징으로 하는 광스캐너.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1구동콤전극에는 고주파 스위칭 전압이 인가되며,
    상기 제1고정콤전극 및 제2구동콤전극에는 고정된 전압이 인가되며,
    상기 제2고정콤전극에는 저주파 스위칭 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 광스캐너.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 고정프레임의 최상 도전층의 하부층은 각각 바깥으로 연장되고, 각 도전층의 노출된 상부에는 각각 전극패드가 형성된 것을 특징으로 하는 광스캐너.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 구동콤전극 및 상기 제1 및 제2 고정콤전극은 실질적으로 동일한 평면에 형선된 것을 특징으로 하는 광스캐너.
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